在智能丈量体系及自适应信号处理体系中，常常需要将频率信号转化为电压信号或将电压信号转化为频率信号[1-4]。可是因为频率/电压转化芯片本身功能的约束，所规划的频率/电压转化电路能转化的频率规模一般比较小，很难处理频率比较高的信号。因而，为了处理这些问题，有必要对频率/电压转化电路所答应输入信号的频率规模进行扩展。
现阶段完结宽频频率/电压转化电路的办法是直接使用宽频频率/电压转化芯片，例如ADI公司出产的根据ΣΔ技能的频率/电压转化芯片AD7740、AD7741、AD652、AD654、AD650及ADVFC32等[5-6]。可是这些芯片构成的频率/电压转化电路的答应频率规模最大也只要3 MHz左右，而且芯片的本钱较高，构成的电路结构比较复杂，功耗较大。本文提出了一种使用分频及扩大原理对LM331的频率转化规模进行扩展的办法，规划了一种宽频频率/电压转化电路，处理了一般频率/电压转化芯片转化频率低的问题。
1 硬件电路规划
1.1 体系框图
根据LM331的宽频频率/电压转化电路的体系结构框图如图1所示，它由主控电路、分频电路、频率电压转化电路、扩大电路四部分组成。主控电路选用AT89S52单片机作为主控芯片；分频电路选用高速双D型触发器、十进制同步加/减计数器、双4选1数据挑选器来完结；频率/电压转化电路由频率/电压转化芯片LM331及一些电阻电容构成；扩大电路由运算扩大器、双向模仿开关及电阻网络来完结。
为了完结宽频频率电压转化，首要将整形后待处理信号经400分频后，由AT89S52单片机丈量信号频率并挑选适宜的分频比，操控分频电路从头对整形后的信号进行分频；一起单片机操控扩大电路发生相应扩大倍数的信号，从头分频后的信号经过频率/电压转化电路转化为电压信号，最终经扩大电路扩大相应的倍数后输出以完结宽频频率/电压转化。
1.2 根据LM331的宽频频率电压转化电路的规划
1.2.1 频率/电压转化
频率/电压转化便是把输入的脉冲信号转化为电压信号输出的一种电路。输出的电压与输入的脉冲频率成线性联系，并可经过丈量其输出端的电压值来间接丈量输入的脉冲频率。频率/电压转化电路由专用的频率/电压转化芯片LM331及少数的电阻电容组成。
LM331外接电路简略，只需接入几个外部元件就可便利构成V/F或F/V等改换电路，而且简略确保转化精度。LM331构成的频率/电压转化电路如图2所示，经扩大整形后的信号Fi1经过R1、C3组成的微分电路加到LM331的6脚。当Fi1的下降沿到来时经过微分电路将在6脚发生负向尖峰脉冲，当负向尖峰脉冲大于VCC/3时LM331的内部触发器将置位，其内部的电流源对电容CL充电，一起电源VCC经过Rt对电容Ct充电。当CL上的电压大于2VCC/3时，LM331内部的触发器复位，CL经过RL放电，一起守时%&&&&&%Ct敏捷放电，完结一次充放电进程。尔后，每经过一次充放电进程电路重复上面的作业进程，这样就完结了频率/电压的转化。LM331输出的电压Vf1与输入信号频率Fi1的联系可表示为：
1.2.2 分频电路的规划
因为LM331最大电压转化频率为100 kHz，要处理频率较高的信号，首要需要对扩大整形后的信号进行分频。分频电路如图3所示。分频电路主要是由高速双D型触发器74ALS74、计数器74ALS168和数据挑选器74ALS153组成。当待处理信号的频率较高时，先将其400分频后送入主控电路丈量频率并挑选适宜的分频比，进行不分频、4分频、40分频或400分频。这时分频电路规划的脉冲占空比为50%，满意频率/电压转化电路要求输入脉冲信号的占空比有必要为30%以上的要求。
1.2.3 程控扩大电路的规划
待处理信号经分频电路分频并完结频率/电压转化后，需程控扩大电路依照相应的分频比对电压信号进行扩大。程控扩大电路如图4所示，该电路由运算扩大器OP37、4双向模仿开关CD4066及电阻网络构成。主控芯片AT89S52单片机经过写不同的操控字操控模仿开关挑选适宜的电阻网络，然后调理扩大电路的扩大倍数。
该电路的特点是把电阻网络及模仿开关接在运算扩大器的反相输入端之前，使得模仿开关的电阻对扩大倍数几乎没有影响。在运算扩大器的1引脚和8引脚接Rp用于完结运算扩大器的调零。该电路能够完结不扩大、扩大4倍、扩大40倍、扩大400倍。
2 软件规划
程序流程图如图5所示，体系上电完结器材初始化后，等候发动键K2按下。当K2键按下时发动频率丈量，当待测频率变化时单片机进行参数核算并经过P1口输出适宜的操控字，操控分频电路和扩大电路挑选对应的分频比和扩大倍数对信号进行相应的处理。当完毕键K3按下时体系停止作业，不然重复前面的过程。
当单片机测得信号的频率在75 kHz～10 kHz之间时，信号将被400分频后输入频率/电压转化电路，一起扩大电路会挑选扩大400倍的档位；当测得信号的频率在10 kHz～4 kHz之间时，信号将被40分频后输入频率/电压转化电路，一起扩大电路会挑选扩大40倍的档位；当测得信号的频率在4 kHz～250 Hz之间时，信号将被4分频后输入频率/电压转化电路，一起扩大电路会挑选扩大4倍的档位；当测得信号的频率小于250 Hz时，待处理信号不分频直接输入频率/电压转化电路，一起扩大电路变成了电压跟从器，不对待处理信号进行扩大。
3 试验成果
3.1 低频频率/电压转化电路实测成果
在试验中当信号频率较低时，可将整形后的信号直接参加频率电压转化电路，而不经过分频电路。直接选取Rt=910 Ω，RL=19 kΩ，Rs=14.5 kΩ，Ct=0.01 μF，当输入信号的频率小于100 kHz时，测得的试验成果如表1所示。
比较剖析以上成果可知，使用分频电路和扩大电路能够完结根据LM331的频率/电压转化电路频率规模的扩展，有效地处理了现有频率/电压转化芯片转化频率不高的问题。可是该电路在信号频率较小时，转化后的电压差错较大，这可能是因为频率/电压改换系数较小的原因。
本文规划完结的根据LM331的宽频频率/电压转化电路使用由高速双D型触发器74ALS74、计数器74ALS168和数据挑选器74ALS153组成的分频电路以及由运算扩大器OP37、4双向模仿开关CD4066和电阻网络构成的扩大电路对LM331的频率/电压转化规模进行了扩展。规划的宽频频率/电压转化电路所答应输入信号频率规模为1 kHz～30 MHz，电路结构简略，本钱低，功耗小，能够使用于传感器丈量、电机的转速丈量、自适应信号处理等范畴，具有杰出的使用远景。
参考文献
[1] KOUTROULIS E，KALAITZAKIS K.Development of an integrated data-acquisition system for renewable energy sources systems monitoring[J].Renewable Energy，2003，1(28)：139-152.
[2] Sun Yao，Li Zhenfeng，Zhao Shuang.Research on key technology of well-ground ERT transmitter[J].Procedia Engineering，2012(29)：1099-1106.
[3] SIMONETTA S H，GOLOMBEK D A.An automated tracking system for caenorhabditis elegans locomotor behavior and circadian studies application[J].Journal of Neuroscience Methods，2007，2(16)：273-280.
[4] REN T J，CHEN T C.Robust speed-controlled” style=”color: rgb(229, 0, 20); text-decoration: none; font-weight: bold; “>ledinduction motor drive based on recurrent neural network[J].Electric Power Systems Research，2006，12(76)：1064-1074.
[5] 徐柯，秦建军，张厚，等.3 V/5 V低功耗同步电压频率改换芯片AD7740[J].国外电子元器材，2001(2)：35-38.
[6] 罗毅，李莺，姚毅，等.根据AD652的高精度数据收集体系[J].四川理工学院学报，2011，3(24)：338-340.
