电器自动化设计精品 基于三菱FX2N-128PLC五层电梯控制系统.doc

课程设计(论文)说明书
设计课题: 电压/频率变换器
院(系): 电子工程与自动化
专业: 测控技术与仪器
学生姓名:
学号:
指导教师:
职称: 讲师

2011年1月20日
摘要
设计电压/频率变换电路,可以利用集成芯片LM331来实现。外部电压通过低通滤波输入芯片,在相应管脚接入充放电电路,在输出管脚便可输出合适的频率。LM331线性度较好,不需要运放便可以实现电压频率转换,而且变换精度高。
关键词:LM331;线性;电压频率转换
目录
引言 1
1 设计任务及要求 1
设计内容 1
设计要求 1
2 设计方案及方案确定 1
设计方案 1
两种方案的设计 1
方案确定 1
系统框图设计 2
总电路图及其工作原理 3
3 理论值的计算 3
元器件的选择与计算 3
4 电路仿真 4
仿真软件 4
仿真结果 4
仿真电路图设计 4
仿真数据记录 4
5 电路的调试 6
调试使用的仪器 6
数据记录 6
遇到的主要问题 6
原因分析及解决措施 6
调试电路板及波形 7
调试电路板 7
调试波形 7
6 总结 8
心得与体会 8
谢辞 8
参考文献 8
器件表 8
附图 9
原理图 9
PCB图 10
引言
在电压频率转换电路的设计中,对芯片LM331的应该是本电路设计的核心。通过对相关资料的查询与王老师的指导,我利用LM331外接相关部分电路,设计了一个线性的电压/频率变换电路,输入经过低通滤波输送入芯片,在芯片外部还应接入充放电电路,用时间常数与芯片内部结构共同来控制电路工作。此电路满足设计指标要求,芯片的非线性失真小,并且转换精度高。
1 设计任务及要求
设计内容
设计内容:线形电压/频率变换器
设计要求
1)要求将输入电压转换成一定频率的振荡电路;
2)当输入信号电压在0V——5V时,输出振荡的频率为10HZ——10KHZ;
3)给定元件:LM331、运放、电阻、电容。
2 设计方案及方案确定
设计方案
两种方案的设计
方案一:利用积分电路和单稳态电路组合够成电压/频率变换器。原理框图如图1所示:
电子开关
积分器
单稳态触发器
恒流源
方案二:利用芯片LM331设计电压/频率转换器,输入电压通过滤波之后直接输入芯片,在芯片外部接入由电容电阻所构成充放电电路,就能够组成电压频率转换电路,并且转换精度较高。
方案确定
利用集成芯片LM331设计电压/频率变换电路所用元件较少,电路相对简单,而且转换精度高,所以采用LM331设计电压/频率变换电路此方案。
芯片的介绍
LM331是当前最简单的一种高精度V/F转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器以及其它相关的器件。LM331为双列直插式8引脚芯片,其引脚框图如图2所示。
输入比较器
Q
定时比较器
+-
-
RS触发器
精密电流
电流开关
基准电路
1
2
3
5
6
7
4
VCC
8
图2 LM331内部结构电路
LM331 各引脚功能说明:脚1为脉冲电流输出端,内部相当于脉冲恒流源,脉冲宽度与内部单稳态电路相同;脚2为输出端脉冲电流幅度调节,RS 越小,输出电流越大;脚3为脉冲电压输出端, OC 门结构,输出脉冲宽度及相位同单稳态,不用时可悬空或接地;脚4为地;脚5为单稳态外接定时时间常数RC ;脚6为单稳态触发脉冲输入端,低于脚7电压触发有效,要求输入负脉冲宽度小于单稳态输出脉冲宽度Tw ;脚7为比较器基准电压,用于设置输入脉冲的有效触发电平高低; , 正常工作电压范围为4~40V。线性度好, 最大非线性失真小于0. 01 % , 而且有较好的线性;变换精度高,数字分辨率可达12位;外接电路简单,只需接入几个外部元件就可方便构成V/F变换电路,并且容易保证转换精度。
系统框图设计
输出频率
LM331
集成芯片
输入电压
低通滤波
充放电电路


总电路图及其工作原理
Ui
8
+5V
VCC
VCC
1
2
3 fo
5
6
4
图1 LM331内部结构电路
Ct
Rs2
RS触发器
精密电流
电流开关
基准电路
CL
+-
输入比较器
-
定时比较器
Q
R
2R
输出驱动
复零晶体管
7
当输入端