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微控制器以高分辨率將頻率轉(zhuǎn)換為電壓
當(dāng)您需要將測量信號從數(shù)字域轉(zhuǎn)換為模擬域時(shí)，此設(shè)計(jì)是僅需兩個(gè)芯片的合適解決方案。頻率到電壓的轉(zhuǎn)換在儀器電路中有許多應(yīng)用。
該設(shè)計(jì)（圖1）基于14引腳PIC單片機(jī)16F753 ，該單片機(jī)具有嵌入式16位計(jì)數(shù)器和9位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）。此設(shè)計(jì)的輸入頻率范圍在0至50 KHz之內(nèi)，其輸出電壓在0至4.99 V的范圍內(nèi)，分辨率為10 mV。
1. PIC微控制器是該頻率電壓轉(zhuǎn)換器的中心。
為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，將輸入頻率分為四個(gè)刻度，這些刻度由輸入SEL1和SEL2 （圖2）手動(dòng)選擇。
2.通過DIP微型開關(guān)將輸入頻率分為四個(gè)刻度
當(dāng)輸入代碼為1FFh（511d）時(shí)，DAC的最大值為4.99 V；對于輸入值為000h的最大值，則DAC的最大值為0.000V。對于第一個(gè)比例，我們獲得在以下轉(zhuǎn)換方程式中替換的最大值和最小值：
替換這些值，我們得到兩個(gè)方程式：
求解兩個(gè)方程，我們得到：
求解M，我們得到：
將兩個(gè)值代入公式1中，我們得到偏移值，結(jié)果是公式3：
現(xiàn)在，公式3可以用PIC基本代碼實(shí)現(xiàn)。但是首先，我們需要使用TIMER1以1.00秒的間隔測量輸入頻率，如下所示：
TMR1L = 0; 清除TIMER1寄存器
TMR1H = 0;
T1CON.0 = 1; 計(jì)時(shí)器1已啟用
暫停1000； 持續(xù)1.00秒
T1CON.0 = 0; 定時(shí)器1已禁用
COUNTER.BYTE0 = TMR1L; 將兩個(gè)寄存器都存儲(chǔ)在兩個(gè)字節(jié)中
COUNTER.BYTE1 = TMR1H;
現(xiàn)在我們可以將等式3應(yīng)用于：
DIV =計(jì)數(shù)器* 1000
DAC = DIV32 9784
DAC = DAC +失調(diào); 頻率偏移量= 0;
例如，如果在TIMER1中獲得2500個(gè)脈沖，則可以通過將讀取的脈沖除以我們先前發(fā)現(xiàn)的常數(shù)9.784來獲得DAC的值：
然后，將其轉(zhuǎn)換為軟件代碼，我們得到：
現(xiàn)在我們可以確定多少個(gè)脈沖等效于所測量的每個(gè)位（圖3）。
3.該表顯示了刻度2的頻率到電壓的轉(zhuǎn)換。
對于每個(gè)刻度，必須通過執(zhí)行與公式1、2和3相同的方法來獲得常數(shù)。因此，對于第二個(gè)刻度（5-10 kHz），我們得到公式4：
然后我們確定每個(gè)位相當(dāng)于多少個(gè)脈沖（圖4）。
4.該表顯示了刻度3的頻率到電壓的轉(zhuǎn)換。
對于第三個(gè)音階（10-15 kHz），我們得到 公式5：
然后，我們確定每個(gè)位相當(dāng)于多少個(gè)脈沖（圖5）。
5.下表顯示了刻度3的頻率到電壓的轉(zhuǎn)換。
對于第四刻度（10-50 kHz），我們得到公式6：
然后，最后，我們確定圖6中的每個(gè)位等效于多少個(gè)脈沖。
6.該表顯示了刻度4的頻率到電壓的轉(zhuǎn)換
圖7和圖8 顯示了針對不同輸入頻率及其各自的電壓輸出的兩種情況。下面的代碼清單顯示了在PIC16F753中實(shí)現(xiàn)的軟件代碼。
7.屏幕截圖描繪了以0-5 kHz的比例施加的5.000 kHz輸入頻率，以及其各自的5.04 V輸出。
8.此屏幕截圖顯示了以0-5 kHz的比例施加的1.000 kHz輸入頻率，以及其各自的1.00 V輸出。
基于PIC16F753的頻率電壓轉(zhuǎn)換器的軟件代碼
'* 名稱 ：FREQ-TO-VOLTAGE.BAS
'* 作者：里卡多·希門尼斯和加布里埃爾·李·阿爾瓦雷斯
'* 版本：1
; PIC16F753
; 頻率至電壓轉(zhuǎn)換器
; 0hz-5khz = 0v-5 v; 第一尺度
; 5khz-10khz = 0-5v; 第二等級
; 10khz-15khz = 0-5v; 第三等級
; 10khz-50khz = 0-5v; 第四等級
; pic16f753
; 振蕩器和PORTS配置
OSCCON = 26美元；= $ 26; 時(shí)鐘設(shè)置為4 MHz
OSCTUNE = 0;
TRISA =％111110; RA0是輸出，RA1：RA5作為輸入
ANSELA =％000010; RA0：RA5數(shù)字
TRISC =％0000000; RC0：RC2作為輸入，RC3：RC5作為 輸出
ANSELC =％000000; RC0：RC5作為數(shù)字
WPUA =％011100；RA2，RA3拉動(dòng)使能
WPUC =％000000
DEFINE LCD_DREG PORTC'PORTC是LCD數(shù)據(jù)端口
DEFINE LCD_DBIT 0'PORTC.0是數(shù)據(jù)LSB
DEFINE LCD_RSREG PORTC'RS連接到PORTC.4
定義LCD_RSBIT 4
DEFINE LCD_EREG PORTC'E連接到PORTC.5
定義LCD_EBIT 5
使用DEFINE LCD_BITS 4'4數(shù)據(jù)線
DEFINE LCD_LINES 2'是2行顯示
DEFINE LCD_COMMANDUS 1500'使用1500uS命令延遲
DEFINE LCD_DATAUS 44'使用44uS數(shù)據(jù)延遲
; ---------設(shè)置LCD ------------------------------------- -------------------
LCDOUT $ FE，$ 28； $ 28功能套裝，4位
LCDOUT $ FE，$ 10； $ 10 SHIFT顯示
LCDOUT $ FE，$ 0C; $ 0C顯示
LCDOUT $ FE，$ 06; $ 06進(jìn)入模式設(shè)定
; ------------定時(shí)器配置----------
T1CON =％10000100; $ 84定時(shí)器1禁用
; --- HPWM設(shè)置為250 Hz，需要時(shí)刪除分號-
; CCP1CON =％00001100; PWM模式選擇和CCPx使能
; PR2 = 79; 從方程式獲得的值
; T2CON =％00000100; 啟用計(jì)時(shí)器2，PRESCALER 16
; CCP1CON.5 = 0
; CCP1CON.4 = 0
; CCPR1L =％000101000;
; ADC使能
ADCON0 =％10000111; 使能ADC
ADCON1 =％00000000; FOSC / 2
; -------- DAC 配置---------------------------------------
DAC1CON0 =％11100000; $ E0，DAC使能正確
; ---------聲明變量
COUNTER VAR WORD; 聲明計(jì)數(shù)變量
; COUNTER.BYTE0 VAR TMR1L
; COUNTER.BYTE1
DAC VAR WORD； 可能由DAC使用
SEL VAR BYTE； 刻度選擇器
HZ VAR BYTE [5]; 赫茲的數(shù)字
DIV VAR WORD;
在VAR BYTE中；
VBE var word
OUT VAR BYTE;
我是VAR WORD；
I2 VAR WORD；
ID VAR BYTE [3];
VIN VAR WORD;
VID VAR BYTE [4];
VED VAR BYTE [4];
VIN2 VAR WORD;
INVERT VAR PORTA.2; 資料倒換密碼
x var字節(jié);
VO VAR WORD [4];
OPTION_REG.7 = 0;
; --------程序啟動(dòng)----------------
RPT：
;第一測試，讓我們做第一尺度
; DAC中的位數(shù)= 511，所以5KHZ / 511
; 5KHZ / 511 = 9.7843
; K = 9.7843
對于X = 0至5; 開始循環(huán)
HZ [X] =“ 0”;
VO [X] =“ 0”;
VIN = 0; 清算變量
IN = 0;
OUT = 0;
SEL = 0;
DAC = 0;
DIV = 0;
DAC = 0;
VID [X] =“ 0”;
ID [X] =“ 0”
NEXT X;
LCDOUT $ FE，$ C0，“等待縮放”
OBTAIN_PULSES ：；
LCDOUT $ FE，$ 80，“ HZ =”，HZ [4]，HZ [3]，HZ [2]，HZ [1]，HZ [0]，“ Vout =”，VO [2]，“。”，“ VO [1]，VO [0];
TMR1L = 0; 在TIMER1中清除寄存器
TMR1H = 0;
T1CON.0 = 1; 啟用計(jì)時(shí)器1
暫停1000；
T1CON.0 = 0; 定時(shí)器1已禁用
COUNTER.BYTE0 = TMR1L; 存儲(chǔ)低字節(jié)寄存器
COUNTER.BYTE1 = TMR1H; 存儲(chǔ)高字節(jié)寄存器
對于X = 0至4;
IN = COUNTER DIG X; 獲取數(shù)字
LOOKUP IN，[“ 0123456789”]，OUT; 解碼每個(gè)數(shù)字
HZ [X] = OUT; 存儲(chǔ)數(shù)字
NEXT X;
LCDOUT $ FE，$ 80，“ HZ =”，HZ [4]，HZ [3]，HZ [2]，HZ [1]，HZ [0]，“ Vout =”，VO [2]，“。”，“ VO [1]，VO [0];
; -----選擇------------
;對于X = 0到255
SEL =（PORTA＆％011000）>> 3; 讀取PORTA ANS SHIFT右位3位
;選擇比例
如果SEL =％00，則GOSUB ESC1; 0-5KHZ
如果SEL =％01 THEN GOSUB ESC2; 10K-50K
如果SEL =％10 THEN GOSUB ESC3; 10KHZ-15KHZ
如果SEL =％11 THEN GOSUB ESC4; 5KHZ-10KHZ
如果INVERT = 0，則DAC = 511-DAC; 反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)IF = 0
GOSUB V_DAC;
LCDOUT $ FE，$ 80，“ HZ =”，HZ [4]，HZ [3]，HZ [2]，HZ [1]，HZ [0]，“ Vout =”，VO [2]，“。”，“ VO [1]，VO [0];
GOSUB DAC_OUT;
轉(zhuǎn)到OBTAIN_PULSES; 轉(zhuǎn)到標(biāo)簽OBTAIN_PULSES；
; ------------------第一尺度 ----------------------------- --
ESC1 ：； 0HZ 5KHZ
; 獲取比例值
DIV =計(jì)數(shù)器* 1000
DAC = DIV32 9784
如果（COUNTER> 5000）THEN DAC = 0; ; 如果不在范圍內(nèi)，則等于零
LCDOUT $ FE，$ C0，“ 0-5KHZ DAC =”，dec dac，“ ”
返回;
; ---------------------- 4th SCALE -------------------
ESC4 ：； 10KHZ-50KHZ
DIV =計(jì)數(shù)器* 100
DAC = DIV32 7827
DAC = DAC-127;
如果（計(jì)數(shù)器> 50000）或（計(jì)數(shù)器<10000）然后DAC = 0;如果不在范圍內(nèi)則等于零
LCDOUT $ FE，$ C0，“ 10-50KHZ DAC =”，DEC DAC，“ ”
返回;
; ----------------------- 3rd scale -----------------
ESC3： ; 埃斯卡拉10KHZ-15KHZ
DIV =計(jì)數(shù)器* 1000
DAC = DIV32 9784
DAC = DAC-1022;
如果（COUNTER> 15000）或（COUNTER <10000）THEN DAC = 0; 如果不在范圍內(nèi)則DAC = 0
LCDOUT $ FE，$ C0，“ 10-15KHZ DAC =”，DEC DAC，“ ”
返回;
; ------------------------------------------------- -----------------------------
ESC2 ：；比例5KHZ-10KHZ
; --------------獲取此標(biāo)度的值
如果（COUNTER> 10000）或（COUNTER <5000）然后DAC = 0; 如果不在范圍內(nèi)則DAC = 0
LCDOUT $ FE，$ C0，“ 5-10KHZ DAC =”，DEC DAC，“ ”
DIV =計(jì)數(shù)器* 1000
DAC = DIV32 9784
DAC = DAC-511;
如果（COUNTER> 10000）或（COUNTER <5000）THEN DAC = 0
LCDOUT $ FE，$ C0，“ 5-10KHZ DAC =”，DEC DAC，“ ”
返回;
;-伏打DAC ---------
V_DAC：
禁用
VO [1] = DAC * 976; 從DAC獲取電壓
VO [3] = DIV32 100; 與數(shù)字有關(guān)
啟用
對于X = 0至2;
IN = VO [3] DIG（X + 1）; 查找相應(yīng)的數(shù)字
LOOKUP IN，[“ 0123456789”]，OUT;解碼數(shù)字
VO [X] = OUT; 商店數(shù)字
NEXT X;
返回;
; ------------------------------------------------- ------------------------------
DAC_OUT：
DAC1REFL = DAC.BYTE0; 修改DAC0寄存器
DAC1REFH = DAC.8; 修改DAC0位8
返回;
; ------------------------------
結(jié)束;