(完整word版)基于AT89S51单片机的VF转换附有程序..

基于AT89S51单片机的V/F压频转换的设计

摘要：电压频率转换作为一种新型的技术被广泛应用，其将模拟电压量变换为脉冲信号，使输出脉冲信号的频率与输入电压的大小成正比。本文设计了一种基于AT89S51单片机的V/F转换系统，主要由两部分组成：电压频率转换部分及频率计数显示部分，主要使用了LM331芯片及AT89S51单片机。本文首先探讨了电压频率转换工作原理，然后分析了LM331作为压频转换器与AT89S51单片机接口，完成电压频率转换，设计V/F 变换电路，最后通过不断调试达到了设计的指标要求。

关键词：电压频率转换；LM331芯片；计数；LED显示

Abstract:Voltage to frequency conversion as a new technology has been widely applied, the analog voltage is transformed to a pulse signal, the output pulse signal frequency and the input voltage is proportional to the size of. This paper describes the design of a AT89S51 conversion system based on single-chip microcomputer and V/F, consists of two parts mainly: voltage frequency conversion and frequency counting and displaying part, the main use of the LM331 chip and AT89S51 chip. This paper discusses the working principle of voltage to frequency conversion, and then analyze the LM331 as a voltage to frequency converter and AT89S51 MCU interface, complete the voltage frequency conversion, design of V/F conversion circuit, finally through continuous debugging has reached the design requirements of the target.

Key words:Voltage to frequency conversion；LM331；Count；LED display

1 引言

随着电子技术和计算机科学技术的迅速发展，集成的电压频率变换电路在电子技术、

自动控制、数字仪表、通信设备、调频、锁相和模数变换等许多领域得到广泛的应用。电压/频率变换电路简称V/F 变换电路或者V/F 变换器（VFC）。模拟电压变换成频率转换以后，其抗干扰能力增强了，因此尤其适用于遥控系统、干扰较大的场合和远距离传输等方面。电压/频率转换电路稳定，具有较高的转换精度和良好的线性度。

本文对电压频率转换技术做了探讨，电压频率转换技术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。电压频率转换也可以称为伏频转换。把电压信号转换为脉冲信号后，可以明显地增强信号的抗干扰能力，也利于远距离的传输。通过和单片机的计数器接口，可以实现电压频率转换的量化显示。

2 系统设计原理

本设计把模拟信号送LM331进行电压频率转换，然后将AT89S51的定时器T0设为定时状态，T1设为计数状态，对脉冲信号进行计数。定时器读取T1计数值，经“二--十”转换后送LED数码管显示。

AT89S51单片机片内的计数器把V/F转换器输出的频率信号作为计数脉冲，同时定时器作为定时计数。这样的计数器的计数值与V/F转换器输出的脉冲频率信号之间的关系为：

f=D/T （2—1）

式中，D是计数器计得的值，T是已知的计数时间。

3 系统总体方案设计

针对本课题的设计任务，在总体上大致可分为以下两个部分组成：电压/频率转换部分和频率计数显示部分。利用集成芯片LM331设计电压/频率变换电路所用元件较少，电路相对简单，而且转换精度高，所以采用LM331设计电压/频率变换电路。被测电压转换为与其成比例的频率信号后送入AT89S51A单片机进行处理，最后通过数码管显示定时器的值。该V/F转换器的设计，通过不断修改与调试后达到了设计的指标要求。系统原理框图

如图3-1所示：

图3-1 系统原理框图

4 硬件电路设计

4.1 利用LM331实现电压频率转换电路设计

LM331是一种非常理想的精密电压/频率转换器，可用于制作简洁、低成本的模数转换器，特长积分周期的数字积分器，线性频率调制与解调及其其他各种功能电路。当作为压/频转换器使用时，其输出脉冲链的频率精确地与输入端施加的电压成比例变化，体现了压/频转换器的特有的优势，LM331可以达到很高的精度——温度稳定性[1]。

LM331内部由输入比较器、定时比较器、RS 触发器、输出驱动、基准电路等组成。输出管采用集电极开路形式，因此可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，从而适应TTL 、DTL 和CMOS 等不同的逻辑电路。此外，LM331 可采用单/双电源供电，输出高达40V 。R I （1IN P ）为电流源输出端，在0f （3IN P ）输出逻辑低电平时，电流源R I 输出对电容L C 充电，内部相当于脉冲恒流源，脉冲宽度与内部单稳态电路相同。引脚2（2IN P ）为增益调整，改变S R 的值可调节电路转换增益的大小，S R 越小，输出电流越大。0f （3IN P ）为频率输出端，为逻辑低电平，输出脉冲宽度及相位同单稳态电路相同，脉冲宽度由t R 和t C 决定，不用时可悬空或接地。引脚4（4IN P ）为电源地。引脚5（5IN P ）为定时比较器正相输入端。引脚6（6IN P ）为输入比较器反相输入端。引脚7（7IN P ）为输入比较器正相输入端。引脚8（8IN P ）为电源正端[2]。

输入电压

LM331

AT89S51

定时器/计数器

LED 数码管显示

示波器