一種基于CPLD的可編程FV變換電路
摘要:文章介紹了一種可編程的頻率電壓變換電路(F/V),將頻率信號通過復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)變換為與頻率成正比的脈寬信號,脈寬信號控制模擬開關(guān)對基準(zhǔn)電壓信號進(jìn)行斬波,斬波信號經(jīng)低通濾波后輸出直流電壓信號。
關(guān)鍵詞:可編程邏輯器件;頻率電壓變換;脈沖寬度調(diào)制
0 前言
電氣自動化和過程自動化及自動檢測領(lǐng)域常常用到頻率電壓變換器F/V,需要將頻率信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。F/V變換器的實(shí)現(xiàn)方法一般有3種:一是基于專用F/V轉(zhuǎn)換芯片(如LM331),二是基于模擬電路,三是基于微處理器和D/A轉(zhuǎn)換器。前兩種F/V變換器的共同缺點(diǎn)是量程單一,頻率變換范圍不能在線改變或不能方便地改變。第三種F/V變換器需要較高速度的微處理器和高分辨率D/A轉(zhuǎn)換器,成本較高。本文介紹一種基于CPLD的可編程F/V變換電路,該電路簡單、頻率變換范圍可任意連續(xù)設(shè)置、精度高,具有較好的實(shí)用價值。
1 電路的基本原理
F/V變換電路的基本結(jié)構(gòu),頻率信號經(jīng)K分頻電路轉(zhuǎn)換為占空比為50%的方波信號;方波信號經(jīng)頻率/脈寬變換電路轉(zhuǎn)換為脈寬與頻率成正比的脈沖調(diào)寬信號;脈沖調(diào)寬信號的高電平控制模擬開關(guān)與電壓基準(zhǔn)接通,低電平控制模擬開關(guān)與信號地接通,模擬開關(guān)的輸出經(jīng)低通濾波器將脈沖寬度信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號。
圖2為F/PWM變換電路的原理圖,fs為被變換頻率信號,f0為參考時鐘信號,D1為M分頻器,D2為K分頻器,C1、C2為n位二進(jìn)制計數(shù)器,U1、U2為上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器。當(dāng)K分頻器輸出fk為0時,計數(shù)C1器清零,U1觸發(fā)器的輸出置1,當(dāng)fk為1時,計數(shù)器C1在M分頻器的輸出fc的作用下增量計數(shù)。當(dāng)計數(shù)器C1計數(shù)由N-1變?yōu)镹時,其計數(shù)器C1的Qn腳輸出由0變?yōu)?,觸發(fā)D觸發(fā)器1的輸出為邏輯0。當(dāng)K分頻器輸出fk為1時,計數(shù)C2器清零,U2觸發(fā)器的輸出置1,當(dāng)fk為0時,計數(shù)器C2在M分頻器的輸出fc的作用下增量計數(shù)。當(dāng)計數(shù)器C2輸出由N-1變?yōu)镹時,其計數(shù)器C2的Q腳輸出由0變?yōu)?,觸發(fā)D觸發(fā)器U2的輸出為邏輯0。兩組計數(shù)一觸發(fā)電路邏輯相反,經(jīng)過邏輯組合輸出得到脈寬與頻率fk成正比的輸出波形fPWM。頻率脈寬變換時序圖如圖3所示。
設(shè)被變換頻率信號fs的周期為T,則K分頻信號fk的周期為KT,脈寬調(diào)制信號的寬度為τ,設(shè)計數(shù)器對fc的計數(shù)為N,則τ=MN/f0,脈寬調(diào)制信號fPWM的占空比DPWM與fs成正比。
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