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1、目录摘要2第一章 压/频变换的目的、意义及要求31.1 压频变换的目的、意义31.2 压频变换的任务与要求3第二章 系统框图、方案的论证与选择42.1方案的论证与选择42.1.1 方案的论证42.1.2 方案的选择5第三章 电压频率转换方框原理图53.1 系统的方框图53.2 单元电路的设计53.2.1 积分电路的设计63.2.2 单稳态触发器的设计63.2.3 电子开关电路的设计73.2.4 恒流源的设计7第四章 电路的原理图、工作原理及参数的选择、计算74.1 电路的整体原理图74.2 电路的工作原理84.2 参数的选择、计算8第五章 电路的仿真9第六章 电路的系统框图、电路设计原理及参数
2、计算116.1 电路的系统框图116.2 电路的设计原理及参算计算126.2. 1 LM331组成的压频转换器及其工作原理126.2. 2 电路的原理图及参数的计算13第七章 电路的组装与调试147.1 电路的仿真147.2 电路板的制作与焊接157.3 电路板的调试167.4 调试中出现的故障及解决的方法与技巧187.5 电路设计的优缺点及课题述心价值19课设总结19谢辞20附件一21附件二22附件三23参考文献24摘要 设计线性电压/频率转换电路，课设中使用了两种方法来设计。第一：通过使用运算放大器和555定时器为核心器件，再利用其它外围电路来实现。整个电路主要由积分电路模块、恒流模块、单
3、稳态模块及电子开头模块这四个基本模块组成，本方案使用的器件价格便宜。第二：使用LM331及其外围器件组成,该方案电路原理图结构简单，可调性强且精度高。关键词：电压频率转换 、线性、555定时器、运放、LM331 第一章 压/频变换的目的、意义及要求 1.1 压频变换的目的、意义电压频率转换实质上是一种振荡频率随外加电压的变化而变化，通过输入电压控制输出频率，电压/频率变换电路的输出信号频率f0与输入电压成正比。所以在调频和模/数变换许多领域中得到广泛的应用。若用方波作为控制电压，压控振荡器就是双频振荡器，能交替输出两种频率的波形；若用正弦波作为控制电压，压控振荡器就成了调频振荡器，能输出抗干扰
4、能力强的调频波。通过对压频变换电路的设计，把理论的知识运用到实践中去，提高自己的动手能力。在设计过程中学会解决问题的方法和技巧，通过总结经验，将实践经验上升到理论的深度。1.2 压频变换的任务与要求设计要求：(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0V2V时，输出振荡的频率为10HZ10KHZ；(3)给定元件：555时基电路、运放、电阻、电容或使用LM331。第二章 系统框图、方案的论证与选择2.1方案的论证与选择2.1.1 方案的论证 方案一：利用LM331及外围电路组成的压频转换电路。 Vif图 2.1.1 LM331压频转换图图为典型用芯片LM331及外围电路
5、组成压频转换电路，输入电压经过 一个稳压电路之后输出直接输入到芯片的输入端，在芯片外部接入由电阻电容组成的放电电路， 便可以构成压频转换电路，且转换精度高。管脚为一个RC的充电电路；管脚为接地，管脚接工作电压，管脚为输出且并联一个上拉电阻管脚为一个低通的RC滤波电路；、管脚相连，并连接一个RC电路。方案二：利用555及外围电路组成的压频转换电路 通过使用芯片555外接电容和电阻组成单稳态触发器，当外部有一个负脉冲信号经电容输入到端口2时，且其端口瞬时低于（1/3）Vcc,低电平比较器动作，单稳态开始一个暂态过程，而电容两端的电压也开始充电，当电容两端电压大开（2/3）Vcc时，使输出从高电平返
6、回到低电平，电容上的电荷经放电开头放电，暂态结束，恢复稳态。所以将输入电压经积分电路接到2端口，再加上开关电路的通断，使积分电路进行充放电，便可以实现压频转换电路。2.1.2方案的选择 方案一中原理简单，电路也较为简单，转换精度也很高，而方案二电路元器件价格便宜，适合于课程设计。并且该方案主要是通过几个简单的模块组合起来，思路很清晰，对于课程设计来说方案二更适合学生，虽然方案二较为复杂，但方案二所涉及的知识面广，对让初学者来说，该方案更能提高自己的动手能力以及对问题的处理能力。所以综合以上分别对这两种方案进行设计，并进行比较。 第三章 电压频率转换方框原理图3.1 系统的方框图积分电路单稳态电
7、路开关电路恒流源电路Vif图 3.1.1电压频率转换方框图 3.2 单元电路的设计 3.2.1 积分电路的设计图 1.2.1 积分电路的设计该积分电路使用运算放大器和RC构成的反向放大电路，输出电压u0为输入电压Vi对时间的积分。利用输入的电压的大小控制电容充放电的速度，从而改变振动器的振荡频率，所以可以将积分电路的输出信号去控制单稳态触发器，得到矩形波。电路输入端接上51k 滑动变阻是为更好地调节电容的充电时间。，电容中并联上一个二极管的目的是使输出电压在-0.7V以上。3.2.2 单稳态触发器的设计图 3.2.2 单稳态电路的设计 单稳态触发器采用555定时器来设计，当外部有一个负脉冲信号
8、经电容输入到端口2时，且其端口瞬时低于（1/3）Vcc,低电平比较器动作，单稳态开始一个暂态过程，而电容两端的电压也开始充电，当电容两端电压大开（2/3）Vcc时，使输出从高电平返回到低电平，电容上的电荷经放电开头放电，暂态结束，恢复稳态。外接电阻和电容，电路和脉宽主要由R6和C2决定，即Tw=1.1*，电容C3主要起旁路电容的作用。3.2.3 电子开关电路的设计图 3.2.3 电子开关的设计 电子开关使用三极管连接 而成，当触发器输出为高电平时，三极管饱和导通，输出近似为0，当触发输出为低电平时，三极管截止，输出近似为VCC。图 3.2.4 恒流源的设计 3.2.4 恒流源的设计图表 2恒流
9、源电路图恒流源由三极管和稳压管组成，稳压管保证三极管的基极和发射极之间有恒定电压，因为，所以/,为稳压管的稳压值，因此的电流可近似为恒定电流。积分电容可以通过三极管放电。此D2、D3截止，D1导通。第四章 电路的原理图、工作原理及参数的选择、计算4.1 电路的整体原理图 图 4.1.1 555电路的整体原理图4.2 电路的工作原理当在输入端加上输入电压Vi时，积分电路的输出电压逐渐减小，当电压下降到（1/3）VCC时，单稳态电路开始一个暂态过程，输出高电平，此时三极管开头电路Q2饱和导通，开关电路输出电压约为0;D2、D3截止，D1导通，积分电容通过恒流源的三极管Q1放电,即进行反向充电,在这
10、过程中积分电路的输出电压逐渐增大，当电压增大到（1/3）VCC时，单稳态电路输出电压从高电平返回到低电平。此时电子开头Q1截止，输出电压约为VCC,D2、D3导通，D1截止。积分电容又开始充电，周而复始，积分电容跟据输入电压的不同，控制积分电容充放电的时间，从而形成线性压频转换电路。4.2参数的选择、计算单稳态触发器暂稳态的持续时间=1.1*,为了计算的方便，选择电容为1000pf,电阻为45k, =0.495ms,经查表，常用电阻中没有45k电阻，所以选择=43k,此时=1.1*=1.1*1000*45*=0.473m0.5ms积分电路如右图所示输入电压Vi与输出电压V0的关系为： 所以与单
11、稳态电路联系起来可得其中所以有图 4.2.1积分电路图 即 选择电容因为要求电压为2V时，输出频率为其中所以解得 第五章 电路的仿真 图 5.1.1 555压频电路的仿真原理图图5.1.2 输出波形 输出波形截图：其中方波为单稳态的输出波形，锯齿波为积分电路的输出波形。仿真数据的测量如下：(V)0.20.30.40.511.522.5（）1.21.82.53.26.510.113.917.9图5.2.3 数据图-曲线如下：图5.2.4 曲线图由上图知在误差允许范围内满足线性压频/变换的条件。图5.2.5 555压/频变换PCB图 第六章 电路的系统框图、电路设计原理及参数计算6.1 电路的系统
12、框图图6.1.1 系统的流程图6.2 电路的设计原理及参算计算6.2. 1 LM331组成的压频转换器及其工作原理 图6.2.1 LM331组成的压/频转换器 上图为LM331组成的电压/频率变换电路。外接Rt、Ct和定时比较器、复零晶体管、R-S锁存器等构成单稳态电路，当输入端输入一正电压时，输入比较器输出高电平，使R-S锁存器置位，Q输出高电，输出驱动管导通，输出端f0为低电平，同时电流开头打向右边，电流源对CL充电。由于复晶体管截止，电源VCC也通过电阻Rt对Ct充电。当电容Ct两端的充电电压大于时，定时比较器输出高电平，使R-S复位，Q输出低电平，输出驱动管截止，输出端f0为高电平，同
13、时复晶体管导通，电容Ct通过复晶体管迅速放电。电容开头打向左边，电容CL对电阻RL进行放电同。当电容的放电电压等于输入电压Vi时，输入比较器又输出高电平，使R-S输出高电平，输出驱动管导通，输出端f0为低电平。这样如此反复循环，构成自激振荡。6.2.2 电路的原理图及参数的计算图6.2.2 LM331电路的原理图上图电路原理图中接7管脚中的的电阻R1和C1组成一个RC滤波器，R1改变时，对输出波形频率不影响。电容C1、CL、CT都为接地电容，起稳定波形的作用，所以选择典型的1000pF。选择RL=100k,RT=10K;RS用一个5k电阻与一个10k的电位器。设CL的充电时间为T1,即电容上的
14、电压CT从0充电到时间，所以有：电容CL在充电时得到的电荷为：其中为LM331内部的恒流源，为流过RL的电流。设振荡周为T,所以放电时间为T2=T-T1;又因为流过RL的电流为：所以CL的放电电荷为：根据电荷相等:算得：所以输出的振荡频率为: 经查证参考电源将代入得到：由上式可知输出频率与输入电成正比，题目要求输入电压Vi2V变化，输出频率f0从来10HZ到10KH变化所以变换系数为：/V又因为：所以当RS、RT、CT、RL选择适当的值时，即可以满足输入电压Vi为02V变化，输出频率f0从10HZ到10KH变化的要求。第七章 电路的组装与调试7.1 电路的仿真图7.1.1 LM331仿真原理图
15、图7.1.2 LM331压/频转换输出波形7.2 电路板的制作与焊接（1） 在把打印的电路图印到电路板之前，要先把铜板用砂纸擦干净，以免有杂质影响电路图的印制；在用熨斗烫电路板时要仔细，并且毎个地方都要烫到，直到看到清晰的电路轮廓。等到冷却方可把纸慢慢拿开。（2） 在腐蚀电路板之前，必须要检察电路是否有“断线”，如果有，必须用炭笔画上或者重新印制。在腐蚀过程中要注意掌握时间。最后将腐蚀好的电路板清洗干净。（3） 在用打孔机打孔时，要选择正确的钻针，不能把孔钻的太大也不太小。同时要注意安全。（4） 焊接时要注意元器件实物是否与pcb的封装相对应；用万用表测出阻值的大小，插到相应的位置；还要注意分
16、清二极管及稳压管的正负极，以免错接。 7.3 电路板的调试当入电压Vi=0.5V时，f0=3.144KH图7.3.1输入0.5V的实际波形当入电压Vi=1V时，f0=6.39KH图7.3.2 输入1V的实际波形当入电压Vi=1.5V时，f0=9.17KH图7.3.3 输入1.5V的实际波形当入电压Vi=2V时，f0=11.84KH图7.3.4 输入2V的实际波形输入电压实测值理论值0.5V3.14KH2.4KH1V6.39KH4.8KH1.5V9.17KH7.5KH2V11.46KH10.3KH图7.3.5 数据测量图7.3.6 数据曲线图7.4 调试中出现的故障及解决的方法与技巧 在用555
17、定时器制做压频转换电路时，由于电路由多个小单元组成，在连接成整个电路有点复杂，在电路的调试过程中，由于电路相对复杂，难以检查出其中的错误，不能消除其中的杂波，因而失败了。而使用LM331制作压频转换电路时，电路的原理简单，电路图也相对简单。在调试波形时，发现波形不稳定，不管示波器怎样调都不能稳定下来，这是因为输入杂波的影响，通过将滤波电容减小，波形稳定下。在调试过程中，发现同一输入电压有时输出频率不同，这是因为在测量过程中工作电压改变了，所以在测量调试时要保持工作电压的不变。在测量数据的过程中，发现输出频率不满足要求，可以通过调节滑动变阻器来达到要求的波形。 7.5 电路设计的优缺点及课题述心
18、价值 对于用555定时器及其外围器件组成的外围器件组成的电路电路，其电路复杂，使用元器多。而对于用LM331构成的压频转换电路，电路结构简单，所需元作少，并且线性度高。这就是用LM331做压频转换的核心价值的体现。即用最少的器件，最小的花费，做出好的作品。但在制作的过程中，还有许多不足的地方，实际的数据与理论还有一定的差距。所以应该在除了课的时间外，还需多动手实践。才能提高自己的运手能力。 课设总结 通过本次的课程设计，主要学习了通过使用555定时器和运放为核心的压频转换电路以及LM331来构成压频转换电路。将输入电压去控制输出频率，使频率的变化成线性。将做好的电路板通过用示波器显示出来，测出
19、数据并绘出波形，同时与理论值相比较。分析其误差产生的原因。 在课设过程中将所学的理论知识运用到了实践中，提高了自己对学习的兴趣。课设中运用了数电和模电和知识；而电路中都是由所学的知识点组合起来，懂得了将不同的单元小电路连接起来形成一个较为复杂的电路。学习的过程中不能将所学的各门学科独立起来，在思考问题的时候，要时刻将它们相互联系起来。只有灵活运用才能更好地去解决问题，掌握处理问题的方法和技巧。在课设过中，学习了用不同的软件对电路图进行仿真，对LM331组成的压频转换电路时行仿真时学习了使用软件proteus进行仿真，在对555组成的压频转换电路中学习了对multisim软件的使用。而在画原理图
20、及PCB时，又对protel加强了练习。在画pcb时要学会手动布线，使电路图更加美观合理。 在课程设计的过程中给我一个最深的体会是，理论与实践是有差距的，在掌握理论的同时也要加强自身的实践能力。通过这次课设，发现自己的动手能力还远远不够，自己应该主动动手去做一些实践。这样才能把理论与实践相结合。把实践经验中上升到理论的高度。谢辞本次课程设计在王月娥老师的悉心指导和严格要求我们学到了很多东西，老师也给了我们很多宝贵的建议。在设计过程中遇到了很多的问题，老师都耐心地为们解答。在此，我向王老师表示深深的谢意和崇高的敬意。同时也感谢学院为们提供了课设所需的设备，可以让我们在课设期间了解了不少仪器的使用。当然，也要感谢周围的同学，在遇到困难和问题时可以相互讨论，找一起找出解决问题的方法。在一起讨论的过程中，不仅增长了我们的知识还增强了彼此之间的友谊。附件一 元件清单表 附件二 电路原理图及PCB图LMC331压/频变换原理图LM331压/频变换PCB图附件三实物图 LM331压/频变换实物图1LM331压/频变换实物图2参考文献【1】康华光：电子技术基础模拟部分 高等教育出版社【2】阎石：数字电子技术基础 高等教育出版社 【3】周巍：数字逻辑电路 桂林电子科技大学出版社 【4】劳五一：模拟电子电路分析、设计与仿真 清华大学出版社24