智能仪器原理第五章

（1）电源电压：4.5～16V。
（2）触发电压：电源电压5V时典型值为1.67V。 （3）阈值电压：2/3电源电压。 （4）触发电流典型为0.5μA。
（5）输出低电平：5V电源电压，吸收电流5mA.
（6）输出高电平：5V电源电压，驱动能力为100mA。
（7）输出上升，下降时间典型值都为100ms。
/
1．TD650简介 （1）性能特点 1）最大线性度：满刻度输出频率为10kHz时，最大线性 度典型值为0.002%。 2）频率输出采用输出管集电极开路输出，与TTL或 CMOS电路兼容。 /
3）输入电压范围大，输入方式可以是单极性、双极性、 差动输入电压或单极性输入电流。
4）工作频率高，最高工作频率可达1MHz。 5）具有独立的数字地与模拟地。 6）外围电路结构简单，既可作V/F转换，又可作F/V转 换。
； 显示程序
CJNE R7，#0wk.baidu.comH，LOOP
MOV R0，#2EH 2EH,2FH中
；频率值应放在
MOV A，TL0
MOV @R0，A
INC R0
MOV A，TH0
MOV @R0，A
……
中断服务子程序：
INT1：PUSH PSW
CLR PSW.3
DJNZ R7，LOOP1
CLR TR0
CLR TR1
程序清单： MOV TMOD，#15H MOV IE，#8AH MOV TL0，#00H MOV TH0，#00H MOV TL1，#0B0H MOV TH1，#3CH MOV R7，#0AH SETB TR0 SETB TR1
；置定时 ；100mS
；1S计数,100mS×10=1S
LOOP：ACALL
复位过程结束后，开始积分过程，其积分时间为
t1 VINT
/ dV dt
tOS (1 I IN ) / CINT I IN / CINT
第五章 智能仪器中常用信号转换技术
• V/F、F/V转换技术 • I/V与V/I转换技术 • D/A转换技术
•/
5.1 V/F、F/V转换技术
5.1.1 用NE555实现V/F转换
1．NE555的性能 NE555为单定时器电路，基本单元包括两个电压比较器、
一个RS触发器、放电场效应管和输出反相器。
由C1充电公式 得
2 3 VCC
T1
VCC (1 e R1C1 )
T1 (ln 3)R1C1
根据电荷平衡原理 Q Q，得到与输入模拟电压成比例的输出 频率信号：
f RSVin 2.09 RLC1R1
/
2．LM331组成V/F转换电路 图5.1.4（b）所示为一LM331组成V/F转换器基本电路。
（2）结构及工作原理 在图5.1.8所示的内部工作原理电路中，工作过程是： 当输入为正电压时，输入电流为IIN=VIN/RIN，给积分电
容CINT充电，积分器的输出电位不断下降； 当积分器的输出电位降到比较器的阈值电位－0.6V时，
比较器状态翻转，触发单稳电路进入暂态，开始复位过程， 此时0.5mA的恒流源连接到COS上电位降至－V时，单稳电路 复位，结束暂态进入稳态。
图5.1.5所示为 高精度V/F转换电路。
3．LM331与单片机的接口 将V/F芯片的频率输出端送至单片机定时器T0。 置T1为定时方式，产生所需的定时时间为T0外部计数的时
间闸门。
T0在这段时间内的计数值就是与被测输入信号成比例的数字 量。
测频有计数法和周期法，本例采用计数法。
使用8031内部的两个定时/计数器T0，T1。 置T0为计数方式1，T1为定时方式1。 定时时间为100ms，溢出十次可获得1s定时。
5.1.2 LM331 V/F转换器
LM331电压/频率转换器在智能仪器中可作为模/数转换器、 高精度频率转换器等功能电路。
1．LM331简介 （1）最大线性度为0.01%。 （2）双电源或单电源工作。 （3）脉冲输出与所有逻辑形式电路兼容。 （4）小功耗。 （5）宽的动态范围，10kHz满量程频率下最小值100dB。 （6）满量程频率范围：1Hz～100kHz。 （7）输出可驱动3个TTL负载。 /
/
单稳电路的定时时间由COS决定的时间和门延迟时间TC（约 300ns）决定，即
tOS VCOS / ID TC COS 6.8103 3.0107 (s) (V 3.4V , ID 0.5mA,TC 300109 s) 积分器复位过程的上升电压
VINT tOS dV / dt tOS (1 I IN ) / CINT
AJMP ABC
LOOP1：MOV TH1，#3CH
MOV TL1，#0B0H
ABC： POP PSW
RETI
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5.1.3 TD650原理与V/F转换应用
TD650是高精度高频型单片集成V/F和F/V转换电路。 TD650可以构成高分辨率低速A/D和D/A转换器、远距离隔离 信号传输电路、锁相环电路、调制解调电路、窄带滤波电路、 精密转速表、马达转速控制电路等。
在每个周期T中，3CJ1供给的电荷是：
Q1 T (VIN / R1)
C3放掉的电荷即充电电荷是Q2=5C3（5代表电源电压－ 15V的1/3）。根据电荷平衡原理，Q1=Q2，即可以有
T（VIN/R1）＝5C3 由此变换周期及频率分别为：
T R1C3 5 / VIN fO VIN / 5R1C3(Hz )
2．用NE555组成V/F转换电路
NE555的应用很广，如图5.1.2所示的电路，它可以把0～ 10V电压变换成0～10kHz脉冲频率输出，线性误差仅0.1%左右。
输出频率f0可用下式计算
/
fO
VIN 10
1 R1C1
VIN (kHz)
图5.1.3所示电压频率转换电路是采用定电荷充电、放电 的方式，其功能是把输入电压0～＋10V转换成输出脉冲重复 频率0～10kHz，线性误差在0.05%以内，温漂系数约 100ppm/℃。
图5.1.4（a）是LM331的功能原理图。
设Vout＝0V的时间为T1。电流源流出的电荷为：
Q iT1
i是内部能隙基准电路形成的基准电流，其值为1.9/Rs。流过RL 的电荷
为：
Q iLT
式中QiL 为流过RL的电流，T为输出信号的周期。当Vin≈Vx时，
iL
Vx RL
Vin RL
故
Q VinT RL