电压频率转换电路设计报告

湖南文理学院芙蓉学院

课程设计报告

课程名称：电子设计制作与工艺实习

专业班级：自动化01班 学号（7位）

学生姓名： * *

指导教师： ***

完成时间： 2013年 6月 21 日

报告成绩：

评阅意见：

评阅教师 日期

电

压

频

率

转

换

电

路

1

绪论

随着电子技术和计算机技术的迅速进步，工业自动化得到了快速发展，而在工业控制领域，检测传感器件起着越来越重要的作用，各种先进的传感器正在大量应用。但是很多传感器只提供4～20mA或者0～5V的直流模拟信号输出，而我国煤矿使用的煤矿安全监测系统大部分只允许接入1～5mA或者200～1000Hz的模拟信号，所以在一般工业现场使用的传感器要实现在煤矿的应用，除了考虑防爆因素外，还必须进行输出模拟信号的转换。这种输出信号的转换如果购买专用的转换设备，不仅价格高，使用也不是很方便。实际上自己设计制作一些转换电路也可以方便的实现所需性能。

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Introduction

As the electronic technology and the rapid progress of computer technology,

industrial automation has been rapid development, and in the field of industrial

control, detection sensor plays a more and more important role, a variety of

advanced sensors are a large number of applications. But many sensors

provide only 4 ~ 20 ma, or 0 ~ 5 v dc analog signal output, and the use of coal

mine safety monitoring system in coal mines most only allow access of 1 ~ 5

ma or analog signals from 200 ~ 1000 hz, so in general industrial field use

sensors to realize the application in coal mine, in addition to consider

explosion-proof factor, also has to be output analog signal conversion. The

output signal conversion if buy dedicated conversion equipment, not only the

price is high, the use is not very convenient. Design some conversion circuit can

also be convenient to yourself actually required for the implementation of the

performance.

3 目录

第一章. 题目 ·································2

第二章. 引言 ································2

第三章. 系统设计原理内容及要求 ···············3

3.1 设计目的·····································3

3.2 设计要求····································3

3.3 系统设计原理及内容···························3

3.3.1 设计思想··································3

3.3.2 电压/频率转换器原理框图··················4

3.3.3 各模块方案设计···························5

1. 积分器的设计方案································5

2．比较器的设计方案································7

3. 单稳态触发器设计方案····························8

4. 低通滤波器设计方案·····························10

3.3.4 模块的整合·······························11

第四章 . 元件清单·······························13

第五章. 心得体会································14

第六章． 参考文献································15

4 第一章． 题目 电压/频率转换电路的设计

第二章． 引言

本实验是对信号的产生、处理及变换功能电路的设计，在实际生产和操作中有这广泛的应用。本设计是在大二学生学习完《电路》、《电子线路（线性部分）》《信号与系统》等专业课程之后进行的，具有可操作性和应用性，学生能够独立完成。电路信号的转换已经在电子领域中广泛应用，如：采样/保持（S/H）电路、电压比较电路、V/f（电压/频率）转换器、f/V（频率/电压）转换器、V/I（电压/电流）转换器、I/V（电流/电压）转换器、A/D（模/数）转换器、D/A（数/模）转换器等。可以从本实验中学习到更多的电路设计的方法，激发学生的设计兴趣和激情，为以后的学习和工作打下良好大的基础。

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第三章． 系统设计原理内容及要求

3.1 设计目的

（1）、熟悉和应用比较器的构成及设计方法，尤其是迟滞比较器的应用。

（2）、熟悉和应用积分器的构成和设计方法，了解电容在其中的工作原理。（3）、熟悉和简单应用二极管作电子开关的构成和设计方法。

（4）、熟悉迟滞比较器与积分器之间的波形转换。

（5）、熟悉掌握运用multisim画图、调试和仿真。

3.2 设计要求

（1）、设计一个将直流电压转换成给定频率的矩形波，包括：积分器；电压比较器。

（2）、输入为直流电压0~10V

（3）、输出为f=0~500Hz的矩形波。

3.3 系统设计原理及内容

3.3.1 设计思想

电压/频率转换器的输出信号f0与输入电压V的大小成正比，输入控制电压为直流电压。

利用输入电压的大小改变电容的充电速度，从而改变振荡电路的震荡频率，故可以采用积分器作为输入电路。积分器的输入信号去控制电压比较器，从电压比较器6号引脚输出为矩形脉冲信号，从积分器的6号引脚输出为三角波信号，两者频率相同。将输出信号的电平通过回路，反馈到积分器，控制积分电容放电，同时运用二极管的单向导电性，做成电子开关，当积分器的电容放电到一点数值时，开关二极管作用，电源给电容充电。这样就构成了一个电容反复充电、放电的过程，电路震荡产生波形，并且输入电压的大小决定了电容的充放电的速度，从而进行输出波形频率的改变，达到设计目的。

6 3.3.2电压/频率转换器原理框图如下，

电压/频率变换电路的原理框图0fRVivFv积分器比较器

图 3.3.2-1

器比较过零发器态触单稳器滤波低通if0v图电压变换电路的原理框频率/

图3.3.2-2

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3.3.4 各模块方案设计

1. 积分器的设计方案

基本设计方案如下方截图3

R1100kΩR2100kΩR320kΩU1UA741CD3247651R410kΩC15nF

图3.3.4-1

积分电路是实现波形变换、滤波等信号处理功能的基本电路，它可以将周期性的方波电压变换为三角波电压。

当T导通时，积分电路的等效电路如下图所示，集成运放A同相输出端的电位为

R2U1UA741CD3247651C1/3U1Uo1

图3.3.4-2

11434131uuRRRup••

反相输入端电位11PNuu。积分电路的输出电压为

8 0101121311tuttuCRuoo•

当T截止时，积分电路的等效电路如下图所示，Up1、Un1不变，仍为3/1u。积分电路的输出电压为

R2U1UA741CD3247651C1/3U1Uo1R1

图3.3.4-3

11121`21111211211321311tuttuCRRtuttuuCRRuooo••