51单片机电压频率转换.doc

基于单片机的电压频率转换电路设计、装配与调试1．电压频率转换电路图3-13 LM331构成单片机V/F数据采集前向通道电原理图电路工作原理分析LM331片内能隙基准电路产生1.9V直流电压送到2脚，并钳位在1.9V上。当2脚外接RS+RS’，后形成基准电流i＝1.9/(RS+RS’)。本例i＝1.9/(12k+RS’)，imax＝1.9/12k＝158μA，imin＝1.9/17K＝112μA。片内输入比较器的两个输入端：7脚接被测输入电压VIN。6脚为阈值电压VX,并与电流输出端1脚相连。外接RL、CL电路。片内定时比较器两个输入端：一个在片内通过R、2R电阻分别与VCC、GND相连；获得固定的比较电压2/3VCC。另一个输入端5脚接Rt、Ct相连；获得随Ct充电状态变化的电压V5。V5与2/3VCC比较，当Ct充电到V52/3VCC时，定时比较器使片內R-S触发器复位。在R-S触发器复位状态下电流开关断开，输出驱动晶体管截止，使Ct开始放电。片內R-S触发器与定时比较器和复位晶体管以及外接Rt、Ct构成一个单稳脉冲定时器。定时周期T＝1.1Rt×Ct。当输入比较器的VINVX时，启动单稳脉冲定时器并导通频率输出晶体管，使3脚连接的光电耦合器导通。同时片内开关电源导通电流i通过1脚向CL充电，Vx逐渐升高；当Vx上升到VINVx时，电流i关断,定时器自行复位。3脚连接的光电耦合器截止,此时CL开始通过RL放电，直到再次VINVx。重复上述循环，在3脚输出一个脉冲频率信号。注入CL的平均电流IAVE＝i×t×fout严格地等于Vx／RL。IAVE＝i×t×fout＝ Vx/RL。又VIN≈VX，故有：　　　 i×t×fout≈　Vx/RLfout　＝＝＝　　　　 根据已知电路参数RS+RS’＝15k，RL＝100k，Rt＝6.8k，Ct＝0.01μF fout≈＝1000VIN可得当VIN=1V时，fout=1000HZ。VIN=10V时，fout=10000HZ，线性度可达0.01`％。输入电压VIN经一个RC低通滤波器消除干扰，进入输入端7脚。RC滤波器截止频率fo为:fo＝=≈16HZRS、RL、Rt和Ct直接影响转换结果，对元件精度有一定要求，可根据转换精度适当选择。RS、RL、Rt和Ct要选用低温漂的稳定元件，CL虽对转换结果无影响，但应选择漏电流小的电容。3. 频率测量程序设计LM331的3脚输出脉冲频率信号经光电耦合器隔离后，送入8031。由单片机程序对被测信号频率进行计数，或测定被测信号的周期，即可有两种方法。被测量信号频率fout＝0～10KHZ，当单片机系统时钟为6MHZ时，T0或T1定时脉冲fc=6MHZ／12=500 KHZ，由测频公式fout＝*fc (为被测信号计数值，为定时脉冲计数值)，当固定时，为频率法，当固定时，为周期法。由于定时的起始、结束边沿与被测的计数脉冲边沿不同步，将出现±1个被测的计数脉冲的误差δ，误差δ与被测量信号频率fout有关，fout越低，误差δ越大。要实现高精度频率测量，可采用同步计数技术来改善误差δ。用频率低的被测信号来控制定时计数的起始、结束（同步），此时产生的±1个脉冲的误差δ为±1个频率高的定时计数脉冲，降低了误差δ。同步计数时序见图3-14，fout-待测频率信号，START-定时信号，nx-待测频率信号计数，nc-定时计数。非同步计数：δ＝=同步计数：δ’＝=因＞,故δ’＜ δ，降低了误差。图3-14 同步计数时序⑴ 频率法 图3-14 同步计数时序被测脉冲送入8031的T1定时/计数器，若T0定时T＝0. 1秒，由T＝，N≈10相当于10位A／D转换器。设定时/计数器初值为nC，定时时间内计数器终值为nC’，则fout=( nC’－ nC)／0.1。VIN＝fout／1000＝(nC’－nC)／100绝对误差 ?f＝1／T＝1/0.1＝10HZ8031采样程序分为二部分。（1）启动定时100ms（2）定时到读取计数器终值nC’，并计算foutBEGIN： MOV TMOD，#51H ； T0方式1定时，T1方式外部计数MOV TH0，#3CHMOV TL0，#0B0HMOV TH1，#00HMOV TL1，#00HSETB P3.5SETB TR1LOOP1： JNB P3.5，LOOP1 ；T0定时的起始与T1引脚上升沿同步 SETB TR0 ；设置TR0为1。启动T0定时100mSLOOP2： JNB TF0，LOOP2 ；检测T0定时100ms，T0定时结束 MOV TL0，#0HMOV TH0，#0HLO