毕业设计（论文）-高精度线性电压频率转换器.

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1、毕业设计说明书毕业设计说明书题题 目：目： 高精度线性电压频率转换器高精度线性电压频率转换器学学 院：院： 专专 业：业： 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 完成日期：完成日期： 20212021 年年 5 5 月月 目录摘要.1ABSTRACT.1第 1 章 引 言.21.1 高精度电压频率转换的目的 .21.2 有关电压频率转换的应用 .2第 2 章 设计方案确实定.4实现电压频率转换的方法 .4方案的分析 .4通过多谢振荡器来实现电压频率转换 .42.2.2 集成化电压/频率转换电路： .7第 3 章 方案比拟确定.14第 4 章 工作原理.15元器件介绍 .154.

2、1.1 555 定时器.154.1.2 LM324 运算放大器.17第 5 章 工作原理.215.1 稳定电压源模块 .215.2 信号输入模块 .225.3 恒流源模块 .235.4 输入信号变换模块 .235.5 555 定时器为核心的压频转换模块.235.6 实验数据分析 .245.7 实验仿真 .26第 6 章 总结.28谢辞.29参考文献.30高精度线性电压频率转换器高精度线性电压频率转换器摘要摘要：设计高精度电压转换器，可以利用 LM324 运算放大器与 555 定时器为核心器件的高精度线性电压频率转换器。整个电路主要是由稳定电压源模块、信号输入模块、恒流源模块、输入信号变换模块、

3、以 555 定时器为核心的压频转换模块等 5 个模块组成的。本设计方案温漂小、抗干扰能力强、价格廉价、线性度较好、而且变换精度高。关键词关键词：555 定时器；线性；电压频率转High precision linear voltage frequency converterAbstract: Design precision voltage converter, can use LM324 op-amp 555 timing for the core device with the high precision linear voltage frequency converters. The

4、whole circuit is mainly composed of stable voltage source module, signal input module, constant current source module, input signal transformation module, 555 timing as the core to pressure frequency conversion module, as well as five modules. This design scheme WenPiao small, strong anti-jamming ca

5、pability, cheap, good linearity and transform high precision. KeywordsKeywords: 555 timing; Linear; Voltage frequency conversion 第第 1 1 章章 引引 言言1.11.1 高精度电压频率转换的目的高精度电压频率转换的目的电压频率转换器 VFCVoltage Frequency Converter是一种实现模数转换功能的器件，将模拟电压量变换为脉冲信号，该输出脉冲信号的频率与输入电压的大小成正比。电压频率转换器也称为电压控制振荡电路VCO，简称压控振荡电路。随电压频率

6、转换实际上是一种模拟量和数字量之间的转换技术。当模拟信号电压或电流转换为数字信号时，转换器的输出是一串频率正比于模拟信号幅值的矩形波，显然数据是串行的。这与目前通用的模数转换器并行输出不同，然而其分辨率却可以很高。串行输出的模数转换在数字控制系统中很有用，它可以把模拟量误差信号变成与之成正比的脉冲信号，以驱动步进式伺服机构用来精密控制。着现代电子技术渐渐的向着大规模的数字集成电路开展，面对大量的连续变化模拟量例如幅度的变化。难以对其直接分析，但可以先将模拟量转换成数字量，再在研究中都对数字信号0 和 1的直接处理分析的方法，这就需要将信号由模拟到数字进行变换。而本设计高精度电压转换器既：电压频

7、率转换。其过程即实现了由模拟量到数字量的转换。在进行数模转换过程中，可以应用的芯片很多，如 AD0809、AD574A、LM331 等都可以实现数模转换。但人们发现芯片一般输出都是并行输出独立、同时、同步 ，但一般的电路对信号的处理都是串行的。但运用电压转换为频率就解决了数模的转换，同时又可以输出串行信号，几乎完全可以替代 AD 芯片的作用。另外相对于电压，一个信号的频率更为稳定。大家发现通过讲电压先转换为频率，再测量其频率值，从而即可得到电压的幅度值。所以在测量中不管信号的幅度值有多大，都可以只考虑其转换后所得到的较之更为稳定的频率来代替直接对信号的分析，这样得到的结果精度会更高。以上都使得

8、此课题非常具有研究价值。1.21.2 有关电压频率转换的应用有关电压频率转换的应用电压频率转换器在无线电技术中，用作频率调制FM ；在信号源电路中，用作压控振荡等。其用在 A/D 转换器时拥有的独特特点，良好的精度、线性和积分输入特性，常能提供其他类型转换器无法提供的性能和效果。因为用频率表示的模拟量本身就属于一种串行数据流，所以在大型多通道系统中很容易传输处理，因为频率信号可以使用廉价的数字传输线发送器和接收器通过长线来进行传输，抗干扰能力强，并防止了使用昂贵的模拟多路转换电路。电压/频率转换器跟双斜率 A/D 转换器一样，具有真正的积分输入特性。逐次近似 A/D 转换器定期进行“抽样“，因

9、此易受噪声峰值点的影响，而电压频率转换器的输入端一直在进行积分，因此能对噪声或变化的输入信号进行平滑的处理。第第 2 章章 设计方案确实定设计方案确实定2.12.1 实现电压频率转换的方法实现电压频率转换的方法实现电压/频率的转换的方法很多，电压/频率转换电路实际上是一种振荡电路，它的振荡频率随外加控制电压变化而变化。对它的根本要求是输出频率应与输入控制电压成线性关系，且动态范围要大，加上本设计的要求既高精度。一般我们设计电压频率转换的方法大致分为以下几种：(1) 通过多谐振荡器实现电压频率转换；(2) 通过集成化电路实现电压频率的转换。2.22.2 方案的分析方案的分析首先我们来简单分析一下

10、以上两种压频率转换方式，通过对它们优、缺点的分析来得出本此设计所采用的方法。2.2.12.2.1 通过多谢振荡器来实现电压频率转换通过多谢振荡器来实现电压频率转换 这种设计的电压频率转换器系统框图如图2.1，包括一个由放大器组成的电压电流转换器、带隙恒流源和多谐振荡器。其中多谐振荡器采用射极耦合电路，其振荡频率与控制电流成正比，而控制电流由输入电压大小决定，参考电压源为振荡器提供稳定的偏置，驱动级接受振荡波形并对外部模块提供大的电流输出。参考电压OSC驱动器AMPOUT-VSRVin图电压频率转换器框图整体结构设计：电压频率转换器一般要求具有高的线性度(01)、动态范围(10000：1)和低的

11、频率温度漂移(100ppm/K)，其中最关键的局部 为振荡器。本文采用文献1提出的集电极钳位振荡器思路，如图2.2所示，电压 VR为稳定的参考电压源。Q1、Q2、A1、A2组成正反应环路，稳态时 Q1、Q2一个导通，一个那么截止。假定 Q1导通，它的发射极电流为2I，电容 C 上充电电流方向自左向右，D1导通，Q1的集电极电位被钳置在(VS-VR-VBE)，VBE 为一个二极管的正向压降；Q2截止，D4导通，流经 D4的电流也为 I，那么 Q2的集电极电位被钳置在(VS-VBE)，两个集电极电压之差为 VR，Q2导通时情况也一样。这样振荡器的电压摆幅就为 VR，不随温度、电源电压的影响。频率