專利名稱：一種單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器及裝有此模塊的實(shí)驗(yàn)箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電壓頻率轉(zhuǎn)換器，具體為一種單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器，特別是裝在實(shí)驗(yàn)室教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱上的電壓頻率轉(zhuǎn)換器，尤其是能與實(shí)驗(yàn)室教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱上其它數(shù)字電路或模擬電路實(shí)驗(yàn)?zāi)K相配合使用的單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
目前在儀表控制領(lǐng)域，一些信號(hào)轉(zhuǎn)換器如電壓頻率轉(zhuǎn)換器可以通過(guò)單片機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，但帶來(lái)的問(wèn)題是單片機(jī)負(fù)擔(dān)過(guò)重，因?yàn)閱纹瑱C(jī)要處理鍵盤(pán)信息，還要顯示過(guò)程數(shù)據(jù)， 這樣單片機(jī)的實(shí)時(shí)性就很難保證，也會(huì)影響到電壓頻率轉(zhuǎn)換器的性能，比較好的辦法是電壓頻率轉(zhuǎn)換器由硬件實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)處理鍵盤(pán)、顯示以及其它信息；目前在高校的電氣、電子類(lèi)專業(yè)，前期課程有電子技術(shù)，學(xué)生有電壓到頻率轉(zhuǎn)換的實(shí)驗(yàn)，后期有單片機(jī)課程，如果能夠設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)，使前期課程和后期課程有很好的銜接，這樣使學(xué)生們既能學(xué)好當(dāng)前知識(shí)又能鞏固前面的知識(shí)，同時(shí)還能進(jìn)一步改善實(shí)踐教學(xué)效果，近幾年實(shí)驗(yàn)室建設(shè)蓬勃發(fā)展，盡管實(shí)驗(yàn)設(shè)備品種繁多，但相互之間沒(méi)有相關(guān)性，相互彼此獨(dú)立，比如單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)設(shè)備的被控對(duì)象通常是數(shù)字電路，而電壓頻率轉(zhuǎn)換器是模擬電子技術(shù)課程開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)，這兩種實(shí)驗(yàn)設(shè)備分布在不同的實(shí)驗(yàn)室，這就會(huì)造成設(shè)備利用率低，資源浪費(fèi)，現(xiàn)有設(shè)備不能滿足學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明公開(kāi)了一種單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器，包括電壓信號(hào)Vi輸入部分和頻率信號(hào)f輸出部分，所述單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器還包括鍵盤(pán)電路、顯示電路、單片機(jī)、數(shù)字電位器、電壓頻率轉(zhuǎn)換器及反饋電路；所述鍵盤(pán)電路還設(shè)有啟動(dòng)鍵和停止鍵控制電壓頻率轉(zhuǎn)換的啟停；所述顯示電路與鍵盤(pán)電路配合進(jìn)行線性度指標(biāo)和精度指標(biāo)的參數(shù)設(shè)定，該顯示電路顯示輸入信號(hào)和輸出信號(hào)實(shí)時(shí)狀態(tài)；所述鍵盤(pán)電路的信息由單片機(jī)接收，進(jìn)而調(diào)節(jié)所述數(shù)字電位器的值，從而改變輸出頻率，該單片機(jī)還負(fù)責(zé)接收輸入信號(hào)Vi，輸出信號(hào)f經(jīng)過(guò)所述反饋電路反饋給單片機(jī)。本發(fā)明提供的單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，設(shè)計(jì)合理、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用并且可靠，還可以供實(shí)驗(yàn)室教學(xué)設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)，有助于改善實(shí)踐教學(xué)效果。優(yōu)選的是，所述的單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)選用MEGA8。優(yōu)選的是，所述的單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器的數(shù)字電位器選用X9241，與所述單片機(jī)之間采用兩線通信方式進(jìn)行通信。優(yōu)選的是，所述數(shù)字電位器的1腳、2腳和3腳是可調(diào)電阻的三個(gè)引腳端子，其中1 腳是可調(diào)電阻的滑動(dòng)引腳端子，將1腳和2腳短接，使得1腳和3腳之間形成可調(diào)電阻R，并與所述的電壓頻率轉(zhuǎn)換器電路中運(yùn)放U4的反相輸入端相連。
優(yōu)選的是，所述電壓頻率轉(zhuǎn)換器電路，包括電阻R3、R4、R5、R6、R7，電容Cl，運(yùn)放 U3，運(yùn)放U4，二極管Dl以及雙向穩(wěn)壓二極管D2 ；R3外接于U3的輸出端，R4 —端連接R3，另一端連接U3的同相輸入端，形成反饋；Cl外接于U4的負(fù)反饋端，U4輸出端輸出頻率信號(hào)
fo優(yōu)選的是，所述電容Cl選擇聚丙乙烯電容，所述運(yùn)放U3和運(yùn)放U4選用的型號(hào)是 LM324，采用雙電源供電，所述二極管Dl選擇肖特基管，所述雙向穩(wěn)壓二極管D2選擇穩(wěn)壓值 υτ為5V的穩(wěn)壓管。優(yōu)選的是，所述反饋電路包括運(yùn)放TO和二極管D3，所述運(yùn)放TO連接成過(guò)零比較器，輸出方波信號(hào)，并反饋給所述單片機(jī)MEGA8的12腳。優(yōu)選的是，所述的反饋電路中的運(yùn)放TO選用的型號(hào)是LM324，并采用雙電源供電， 所述二極管D3選擇肖特基管。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明的單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器包括上述各方案及這些方案的任意組合。本發(fā)明還提供一種實(shí)驗(yàn)箱，其上裝有如上所述的單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器模塊，教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱上其它數(shù)字電路或模擬電路實(shí)驗(yàn)?zāi)K與所述單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器相配合，設(shè)計(jì)單片機(jī)學(xué)習(xí)的綜合實(shí)驗(yàn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明提出的單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器的優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)原理框圖。圖2是圖1所示單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器實(shí)施例的系統(tǒng)電路原理圖。
具體實(shí)施例方式在圖1所示的優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明給出的單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器由鍵盤(pán)電路1、顯示電路2、單片機(jī)3、數(shù)字電位器4、電壓頻率轉(zhuǎn)換器5及反饋電路6組成。電壓頻率轉(zhuǎn)換器又叫V/F轉(zhuǎn)換器，電壓頻率轉(zhuǎn)換器是將電壓輸入信號(hào)Vi轉(zhuǎn)換成頻率輸出信號(hào)f;在輸入信號(hào)Vi —定的情況下，通過(guò)調(diào)整電壓頻率轉(zhuǎn)換器里的電阻可以改變輸出頻率f。選用數(shù)字電位器X9241來(lái)代替原來(lái)的可調(diào)電阻，通過(guò)單片機(jī)3調(diào)節(jié)數(shù)字電位器4 的值，從而改變輸出頻率。鍵盤(pán)電路1用來(lái)設(shè)定線性度指標(biāo)和精度指標(biāo)，鍵盤(pán)電路里還有啟動(dòng)鍵和停止鍵， 控制控制電壓頻率轉(zhuǎn)換的啟停。顯示電路2與鍵盤(pán)電路1配合進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，可以實(shí)時(shí)顯示輸入信號(hào)Vi和輸出信號(hào)f。單片機(jī)3選用MEGA8，接收鍵盤(pán)電路的信息和輸入信號(hào)Vi，輸出顯示信息，輸出信號(hào)f通過(guò)反饋電路6反饋給單片機(jī)；單片機(jī)3通過(guò)信號(hào)處理和運(yùn)算，調(diào)節(jié)數(shù)字電位器Ul，從而調(diào)節(jié)輸出頻率f，最終使電壓頻率轉(zhuǎn)換器滿足一定的線性度要求和精度要求。單片機(jī)3與數(shù)字電位器4之間采用兩線通信方式進(jìn)行通信。數(shù)字電位器Ul選用X9241，它的1腳、2腳和3腳是可調(diào)電阻的三個(gè)引腳端子，其中1腳是可調(diào)電阻的滑動(dòng)引腳端子，將1腳和2腳短接，使得1腳和3腳形成可調(diào)電阻R，并與電壓頻率轉(zhuǎn)換器相連；X9241的9腳和14腳設(shè)置上拉電阻Rl和R2，如圖2所示。電壓頻率轉(zhuǎn)換器5由電阻1 3、1 4、1 5、1 6、1 7，電容(1，運(yùn)放仍，運(yùn)放諷，二極管01 以及雙向穩(wěn)壓二極管D2組成。其中，雙向穩(wěn)壓二極管D2選擇穩(wěn)壓值υτ為5V的穩(wěn)壓管；二極管Dl選擇肖特基管；電容Cl選擇聚丙乙烯電容；運(yùn)放U3和運(yùn)放U4選用LM324，采用雙反饋電路由運(yùn)放TO和二極管D3組成。其中，運(yùn)放TO選用LM324，采用雙電源供電；二極管D3選擇肖特基管；運(yùn)放TO連接成過(guò)零比較器，輸出方波信號(hào)。電壓輸入信號(hào)Vi和頻率輸出信號(hào)f的關(guān)系為
/ I-* 丄(1)
2及C1 U1…
式中，i/z=5V，C1=O. 022 μ F，是數(shù)字電位器仏的可調(diào)電阻，Ki是電壓輸入信號(hào)，其最大值要求不超過(guò)4V，/是三角波頻率輸出信號(hào)。由公式(1)可知單片機(jī)首先檢測(cè)電壓輸入信號(hào)Ki,檢測(cè)頻率輸出信號(hào)八通過(guò)信號(hào)處理和運(yùn)算，調(diào)節(jié)數(shù)字電位器Ul的可調(diào)電阻/ ，從而調(diào)節(jié)輸出頻率，最終使電壓頻率轉(zhuǎn)換器滿足一定的線性度要求和精度要求。所述單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器可以與實(shí)驗(yàn)室教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱上其它數(shù)字電路或模擬電路實(shí)驗(yàn)?zāi)K相連，設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)。如在單片機(jī)編程和電路設(shè)計(jì)能力實(shí)驗(yàn)中，采用所述單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器，既能夠?qū)崿F(xiàn)被控對(duì)象和單片機(jī)的結(jié)合，同時(shí)完成電壓頻率轉(zhuǎn)換電路實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的較高的利用率和學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中綜合設(shè)計(jì)能力的鍛太東。本發(fā)明基于現(xiàn)有技術(shù)，是為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的而將這些現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合在一起，為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，說(shuō)明書(shū)中并未事無(wú)巨細(xì)地將這些現(xiàn)有技術(shù)一一詳細(xì)描述，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了說(shuō)明書(shū)后知其所云。在閱讀了本說(shuō)明書(shū)之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，但在沒(méi)有閱讀本說(shuō)明書(shū)之前，本發(fā)明是不容易想到的，為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的而將現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合起來(lái)構(gòu)成本發(fā)明，這種結(jié)合凝結(jié)著發(fā)明人大量理論研究和實(shí)驗(yàn)，是發(fā)明人創(chuàng)造性勞動(dòng)的結(jié)晶。
權(quán)利要求
1.一種單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器，包括電壓信號(hào)Vi輸入部分和頻率信號(hào)f輸出部分，其特征在于所述單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器還包括鍵盤(pán)電路(1)、顯示電路(2)、單片機(jī)(3)、數(shù)字電位器(4)、電壓頻率轉(zhuǎn)換器(5)及反饋電路(6)；所述鍵盤(pán)電路⑴還設(shè)有啟動(dòng)鍵和停止鍵控制電壓頻率轉(zhuǎn)換的啟停；所述顯示電路(2)與鍵盤(pán)電路(1)配合進(jìn)行線性度指標(biāo)和精度指標(biāo)的參數(shù)設(shè)定，該顯示電路顯示輸入信號(hào)和輸出信號(hào)實(shí)時(shí)狀態(tài)；所述鍵盤(pán)電路的信息由單片機(jī)(3)接收，進(jìn)而調(diào)節(jié)所述數(shù)字電位器的值，從而改變輸出頻率，該單片機(jī)還負(fù)責(zé)接收輸入信號(hào)Vi，輸出信號(hào)f經(jīng)過(guò)所述反饋電路(6)反饋給單片機(jī)(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述單片機(jī)選用 MEGA8。
3.如權(quán)利要求1或2所述的單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述數(shù)字電位器選用X9241，與所述單片機(jī)之間采用兩線通信方式進(jìn)行通信。
4.如權(quán)利要求3所述的單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述數(shù)字電位器的1腳、2腳和3腳是可調(diào)電阻的三個(gè)引腳端子，其中1腳是可調(diào)電阻的滑動(dòng)引腳端子，將1 腳和2腳短接，使得1腳和3腳之間形成可調(diào) 電阻R，并與所述的電壓頻率轉(zhuǎn)換器電路中運(yùn)放U4的反相輸入端相連。
5.如權(quán)利要求1或4所述的單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電壓頻率轉(zhuǎn)換器電路，包括電阻R3、R4、R5、R6、R7，電容Cl，運(yùn)放U3，運(yùn)放U4，二極管Dl以及雙向穩(wěn)壓二極管D2 ；R3外接于U3的輸出端，R4 —端連接R3，另一端連接U3的同相輸入端，形成反饋；Cl外接于U4的負(fù)反饋端，U4輸出端輸出頻率信號(hào)f。
6.如權(quán)利要求5所述的單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述電容Cl選擇聚丙乙烯電容；所述運(yùn)放U3和運(yùn)放U4選用的型號(hào)是LM324，采用雙電源供電；所述二極管 Dl選擇肖特基管，所述雙向穩(wěn)壓二極管D2選擇穩(wěn)壓值Ui為5V的穩(wěn)壓管。
7.如權(quán)利要求1或2所述的單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述反饋電路包括運(yùn)放U5和二極管D3，所述運(yùn)放U5連接成過(guò)零比較器，輸出方波信號(hào)，并反饋給所述單片機(jī)MEGA8的12腳。
8.如權(quán)利要求7所述的單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述反饋電路中的運(yùn)放TO選用的型號(hào)是LM324，采用雙電源供電；所述二極管D3選擇肖特基管。
9.一種實(shí)驗(yàn)箱，包括各種實(shí)驗(yàn)室教學(xué)用的數(shù)字電路或模擬電路實(shí)驗(yàn)?zāi)K，其特征在于 所述實(shí)驗(yàn)箱裝有如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單片機(jī)控制的電壓頻率轉(zhuǎn)換器及裝有此模塊的實(shí)驗(yàn)箱，由鍵盤(pán)電路、顯示電路、單片機(jī)、數(shù)字電位器、電壓頻率轉(zhuǎn)換器及反饋電路組成，所述鍵盤(pán)電路設(shè)有啟動(dòng)鍵和停止鍵；所述顯示電路顯示輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，與所述鍵盤(pán)電路配合設(shè)定線性度和精度；所述電壓頻率轉(zhuǎn)換器優(yōu)選用數(shù)字電位器來(lái)代替現(xiàn)有技術(shù)中的可調(diào)電阻，通過(guò)所述單片機(jī)調(diào)節(jié)所述數(shù)字電位器的值從而改變輸出頻率，單片機(jī)負(fù)責(zé)接收輸入信號(hào)Vi和輸出頻率的反饋信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理和運(yùn)算，調(diào)節(jié)輸出頻率，最終使電壓頻率轉(zhuǎn)換器滿足線性度要求和精度要求。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，設(shè)計(jì)合理、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用并且可靠，還可以供實(shí)驗(yàn)室教學(xué)設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)，改善實(shí)踐教學(xué)效果。
文檔編號(hào)G09B23/18GK102436772SQ20111026306
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者田文杰 申請(qǐng)人:北京聯(lián)合大學(xué)