专利名称：一种单片机控制的电压频率转换器及装有此模块的实验箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电压频率转换器，具体为一种单片机控制的电压频率转换器，特别是装在实验室教学实验箱上的电压频率转换器，尤其是能与实验室教学实验箱上其它数字电路或模拟电路实验模块相配合使用的单片机控制的电压频率转换器。
背景技术：
目前在仪表控制领域，一些信号转换器如电压频率转换器可以通过单片机软件来实现，但带来的问题是单片机负担过重，因为单片机要处理键盘信息，还要显示过程数据， 这样单片机的实时性就很难保证，也会影响到电压频率转换器的性能，比较好的办法是电压频率转换器由硬件实现，单片机处理键盘、显示以及其它信息；目前在高校的电气、电子类专业，前期课程有电子技术，学生有电压到频率转换的实验，后期有单片机课程，如果能够设计综合实验，使前期课程和后期课程有很好的衔接，这样使学生们既能学好当前知识又能巩固前面的知识，同时还能进一步改善实践教学效果，近几年实验室建设蓬勃发展，尽管实验设备品种繁多，但相互之间没有相关性，相互彼此独立，比如单片机课程实验设备的被控对象通常是数字电路，而电压频率转换器是模拟电子技术课程开设的实验，这两种实验设备分布在不同的实验室，这就会造成设备利用率低，资源浪费，现有设备不能满足学生的综合设计能力。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明公开了一种单片机控制的电压频率转换器。本发明是通过以下技术方案实现的
一种单片机控制的电压频率转换器，包括电压信号Vi输入部分和频率信号f输出部分，所述单片机控制的电压频率转换器还包括键盘电路、显示电路、单片机、数字电位器、电压频率转换器及反馈电路；所述键盘电路还设有启动键和停止键控制电压频率转换的启停；所述显示电路与键盘电路配合进行线性度指标和精度指标的参数设定，该显示电路显示输入信号和输出信号实时状态；所述键盘电路的信息由单片机接收，进而调节所述数字电位器的值，从而改变输出频率，该单片机还负责接收输入信号Vi，输出信号f经过所述反馈电路反馈给单片机。本发明提供的单片机控制的电压频率转换器克服了现有技术的缺陷，设计合理、电路结构简单、实用并且可靠，还可以供实验室教学设计综合实验，有助于改善实践教学效果。优选的是，所述的单片机控制的电压频率转换器的单片机选用MEGA8。优选的是，所述的单片机控制的电压频率转换器的数字电位器选用X9241，与所述单片机之间采用两线通信方式进行通信。优选的是，所述数字电位器的1脚、2脚和3脚是可调电阻的三个引脚端子，其中1 脚是可调电阻的滑动引脚端子，将1脚和2脚短接，使得1脚和3脚之间形成可调电阻R，并与所述的电压频率转换器电路中运放U4的反相输入端相连。
优选的是，所述电压频率转换器电路，包括电阻R3、R4、R5、R6、R7，电容Cl，运放 U3，运放U4，二极管Dl以及双向稳压二极管D2 ；R3外接于U3的输出端，R4 —端连接R3，另一端连接U3的同相输入端，形成反馈；Cl外接于U4的负反馈端，U4输出端输出频率信号
fo优选的是，所述电容Cl选择聚丙乙烯电容，所述运放U3和运放U4选用的型号是 LM324，采用双电源供电，所述二极管Dl选择肖特基管，所述双向稳压二极管D2选择稳压值 υτ为5V的稳压管。优选的是，所述反馈电路包括运放TO和二极管D3，所述运放TO连接成过零比较器，输出方波信号，并反馈给所述单片机MEGA8的12脚。优选的是，所述的反馈电路中的运放TO选用的型号是LM324，并采用双电源供电， 所述二极管D3选择肖特基管。本领域技术人员可以理解，本发明的单片机控制的电压频率转换器包括上述各方案及这些方案的任意组合。本发明还提供一种实验箱，其上装有如上所述的单片机控制的电压频率转换器模块，教学实验箱上其它数字电路或模拟电路实验模块与所述单片机控制的电压频率转换器相配合，设计单片机学习的综合实验。
图1是根据本发明提出的单片机控制的电压频率转换器的优选实施例的系统原理框图。图2是图1所示单片机控制的电压频率转换器实施例的系统电路原理图。
具体实施例方式在图1所示的优选实施例中，本发明给出的单片机控制的电压频率转换器由键盘电路1、显示电路2、单片机3、数字电位器4、电压频率转换器5及反馈电路6组成。电压频率转换器又叫V/F转换器，电压频率转换器是将电压输入信号Vi转换成频率输出信号f;在输入信号Vi —定的情况下，通过调整电压频率转换器里的电阻可以改变输出频率f。选用数字电位器X9241来代替原来的可调电阻，通过单片机3调节数字电位器4 的值，从而改变输出频率。键盘电路1用来设定线性度指标和精度指标，键盘电路里还有启动键和停止键， 控制控制电压频率转换的启停。显示电路2与键盘电路1配合进行参数设定，可以实时显示输入信号Vi和输出信号f。单片机3选用MEGA8，接收键盘电路的信息和输入信号Vi，输出显示信息，输出信号f通过反馈电路6反馈给单片机；单片机3通过信号处理和运算，调节数字电位器Ul，从而调节输出频率f，最终使电压频率转换器满足一定的线性度要求和精度要求。单片机3与数字电位器4之间采用两线通信方式进行通信。数字电位器Ul选用X9241，它的1脚、2脚和3脚是可调电阻的三个引脚端子，其中1脚是可调电阻的滑动引脚端子，将1脚和2脚短接，使得1脚和3脚形成可调电阻R，并与电压频率转换器相连；X9241的9脚和14脚设置上拉电阻Rl和R2，如图2所示。电压频率转换器5由电阻1 3、1 4、1 5、1 6、1 7，电容(1，运放仍，运放讽，二极管01 以及双向稳压二极管D2组成。其中，双向稳压二极管D2选择稳压值υτ为5V的稳压管；二极管Dl选择肖特基管；电容Cl选择聚丙乙烯电容；运放U3和运放U4选用LM324，采用双反馈电路由运放TO和二极管D3组成。其中，运放TO选用LM324，采用双电源供电；二极管D3选择肖特基管；运放TO连接成过零比较器，输出方波信号。电压输入信号Vi和频率输出信号f的关系为
/ I-* 丄(1)
2及C1 U1…
式中，i/z=5V，C1=O. 022 μ F，是数字电位器仏的可调电阻，Ki是电压输入信号，其最大值要求不超过4V，/是三角波频率输出信号。由公式(1)可知单片机首先检测电压输入信号Ki,检测频率输出信号八通过信号处理和运算，调节数字电位器Ul的可调电阻/ ，从而调节输出频率，最终使电压频率转换器满足一定的线性度要求和精度要求。所述单片机控制的电压频率转换器可以与实验室教学实验箱上其它数字电路或模拟电路实验模块相连，设计综合实验。如在单片机编程和电路设计能力实验中，采用所述单片机控制的电压频率转换器，既能够实现被控对象和单片机的结合，同时完成电压频率转换电路实验，实现了实验设备的较高的利用率和学生在实验室教学中综合设计能力的锻太东。本发明基于现有技术，是为实现本发明的目的而将这些现有技术结合在一起，为了简明起见，说明书中并未事无巨细地将这些现有技术一一详细描述，然而本领域技术人员在阅读了说明书后知其所云。在阅读了本说明书之后，本领域技术人员可以在不付出创造性劳动的基础上实现本发明，但在没有阅读本说明书之前，本发明是不容易想到的，为实现本发明的目的而将现有技术结合起来构成本发明，这种结合凝结着发明人大量理论研究和实验，是发明人创造性劳动的结晶。
权利要求
1.一种单片机控制的电压频率转换器，包括电压信号Vi输入部分和频率信号f输出部分，其特征在于所述单片机控制的电压频率转换器还包括键盘电路(1)、显示电路(2)、单片机(3)、数字电位器(4)、电压频率转换器(5)及反馈电路(6)；所述键盘电路⑴还设有启动键和停止键控制电压频率转换的启停；所述显示电路(2)与键盘电路(1)配合进行线性度指标和精度指标的参数设定，该显示电路显示输入信号和输出信号实时状态；所述键盘电路的信息由单片机(3)接收，进而调节所述数字电位器的值，从而改变输出频率，该单片机还负责接收输入信号Vi，输出信号f经过所述反馈电路(6)反馈给单片机(3)。
2.如权利要求1所述的单片机控制的电压频率转换器，其特征在于所述单片机选用 MEGA8。
3.如权利要求1或2所述的单片机控制的电压频率转换器，其特征在于所述数字电位器选用X9241，与所述单片机之间采用两线通信方式进行通信。
4.如权利要求3所述的单片机控制的电压频率转换器，其特征在于所述数字电位器的1脚、2脚和3脚是可调电阻的三个引脚端子，其中1脚是可调电阻的滑动引脚端子，将1 脚和2脚短接，使得1脚和3脚之间形成可调 电阻R，并与所述的电压频率转换器电路中运放U4的反相输入端相连。
5.如权利要求1或4所述的单片机控制的电压频率转换器，其特征在于所述电压频率转换器电路，包括电阻R3、R4、R5、R6、R7，电容Cl，运放U3，运放U4，二极管Dl以及双向稳压二极管D2 ；R3外接于U3的输出端，R4 —端连接R3，另一端连接U3的同相输入端，形成反馈；Cl外接于U4的负反馈端，U4输出端输出频率信号f。
6.如权利要求5所述的单片机控制的电压频率转换器，其特征在于所述电容Cl选择聚丙乙烯电容；所述运放U3和运放U4选用的型号是LM324，采用双电源供电；所述二极管 Dl选择肖特基管，所述双向稳压二极管D2选择稳压值Ui为5V的稳压管。
7.如权利要求1或2所述的单片机控制的电压频率转换器，其特征在于所述反馈电路包括运放U5和二极管D3，所述运放U5连接成过零比较器，输出方波信号，并反馈给所述单片机MEGA8的12脚。
8.如权利要求7所述的单片机控制的电压频率转换器，其特征在于所述反馈电路中的运放TO选用的型号是LM324，采用双电源供电；所述二极管D3选择肖特基管。
9.一种实验箱，包括各种实验室教学用的数字电路或模拟电路实验模块，其特征在于 所述实验箱装有如权利要求1-8任一项所述的单片机控制的电压频率转换器。
全文摘要
本发明涉及一种单片机控制的电压频率转换器及装有此模块的实验箱，由键盘电路、显示电路、单片机、数字电位器、电压频率转换器及反馈电路组成，所述键盘电路设有启动键和停止键；所述显示电路显示输入信号和输出信号，与所述键盘电路配合设定线性度和精度；所述电压频率转换器优选用数字电位器来代替现有技术中的可调电阻，通过所述单片机调节所述数字电位器的值从而改变输出频率，单片机负责接收输入信号Vi和输出频率的反馈信号，通过信号处理和运算，调节输出频率，最终使电压频率转换器满足线性度要求和精度要求。本发明克服了现有技术的缺陷，设计合理、电路结构简单、实用并且可靠，还可以供实验室教学设计综合实验，改善实践教学效果。
文档编号G09B23/18GK102436772SQ20111026306
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者田文杰 申请人:北京联合大学