一种频率转电压电路与方法技术

本发明专利技术涉及一种频率转电压电路，包括频率信号整形电路(1)、可编程逻辑器件(2)、脉宽调制驱动电路(3)、低通滤波器(4)和输出驱动电路(5)。还涉及一种频率转电压方法。使用本发明专利技术所述的频率转电压电路与方法，简化了硬件，省略了软件的开发过程，使得产品的研发周期缩短，降低了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航空电子
，具体涉及一种频率转电压电路与方法。
技术介绍
飞机上传感器种类、数量众多，对于机载设备而言，则往往需要采用不同的采集接口硬件和软件来采集这些传感器信号。出于对主要机载设备(如仪表指示系统、采集记录系统)通用性设计的考虑，往往通过小型的信号转换盒将不同类型的传感器信号转换成更为通用的总线、模拟电压或离散量信号。频率量为周期信号，而模拟量为连续信号。典型的频率转电压原理框图如图2所示，其转换方式为采用微处理器采集计算频率的值，然后通过控制数模转换器进行模拟信号输出。这样的系统需在航空产品上需要投入更多的人力资源和研发周期来进行软件和硬件的开发。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提出了一种频率转电压电路与方法，给出一种硬件实现的频率转电压电路与方法。考虑到现有技术的上述问题，根据本专利技术公开的一个方面，本专利技术采用以下技术方案：一种频率转电压电路，包括频率信号整形电路(1)、可编程逻辑器件(2)、脉宽调制驱动电路(3)、低通滤波器(4)和输出驱动电路(5)；频率信号输入频率信号整形电路(1)，可编程逻辑器件(2)接收整形后的的频率信号，输出的脉宽调制信号经过脉宽调制驱动电路(3)进行驱动，并经过低通滤波器(4)滤波后，变为直流电压信号，由输出驱动电路(5)输出。一种频率转电压方法，其使用如上所述的频率转电压电路进行频率与电压的转换，所述方法包括以下步骤：1)可编程逻辑器件在每个频率信号的上升沿时通过可编程逻辑器件的脉宽调制接口输出高电平；2)在固定时长T后，可编程逻辑器件的脉宽调制接口输出低电平，直到下一个频率信号的上升沿又输出高电平；3)根据输出高电平和输出低电平计算输出直流电压信号的值并输出，计算方法为：设频率信号的频率为f，输出高电平为VH，输出低电平为VL，则输出直流电压信号的值为：VO=T·VH+(1f-T)VL1f=f·T·VH+(1-f·T)·VL]]>……①当VL为0V，VH、T为固定值时，输出直流电压信号的值与频率成正比；由于实际情况下，VH的精度能够保证，而VL在单电源供电情况下，则很难为0V，根据公式①可知，频率越低，则VL的不准确引入的误差越大；假设VL为一个确定的值，采用脉宽动态修正方法消除误差；脉宽动态修正方法依据可编程逻辑器件外部设置一个固定值SET来调整系数，当直流电压信号的值偏高时，降低T值来降低电压，设对T的调整量为t，则：VO＝f·T·VH＝f·(T-t)·VH+[1-f·(T-t)]·VL……②进而得到：(1f-T)VLt(VH-VL)=1]]>……③在VL一定的情况下，则为一个固定值，其中为低电平宽度，即需要调整的脉宽长度与低电平宽度是成正比的，那么只要在信号的每个周期获取低电平的宽度，然后等比的得到一个调整系数t，即能够调整高电平的宽度T，根据公式②得到输出直流电压信号的值，使得输出电压与频率成正比。使用本专利技术所述的频率转电压电路与方法，简化了硬件，省略了软件的开发过程。该技术的应用使得产品的研发周期缩短，降低了成本。附图说明图1为本专利技术频率转电压电路原理框图；图2为典型的频率转电压原理框图；图3为频率转脉宽调制的基本原理图；图4为转换误差以及修正示意图；图5为脉宽调制驱动电路以及滤波原理。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。请参阅图1、图3、图4、图5。本专利技术的一种频率转电压电路，包括频率信号整形电路(1)、可编程逻辑器件(2)、脉宽调制驱动电路(3)、低通滤波器(4)和输出驱动电路(5)；频率信号输入频率信号整形电路(1)，可编程逻辑器件(2)接收整形后的的频率信号，输出的脉宽调制信号经过脉宽调制驱动电路(3)进行驱动，并经过低通滤波器(4)滤波后，变为直流电压信号，由输出驱动电路(5)输出。硬件的实现上，频率信号整形电路(1)采用常见电路，如比较器等，用于将频率信号整形为规则的TTL接口的方波输出。脉宽调制驱动电路(3)和低通滤波器(4)的实现方式如图5所示，由二极管和简单的二阶RC滤波器构成。输出驱动电路(5)则由常规的电压跟随器构成。可编程逻辑器件(2)采用CPLD，如XC95系列即可。本专利技术还涉及一种频率转电压方法，其使用如上所述的频率转电压电路进行频率与电压的转换，所述方法包括以下步骤：1)可编程逻辑器件在每个频率信号的上升沿时通过可编程逻辑器件的脉宽调制接口输出高电平；2)在固定时长T后，可编程逻辑器件的脉宽调制接口输出低电平，直到下一个频率信号的上升沿又输出高电平；3)根据输出高电平和输出低电平计算输出直流电压信号的值并输出，计算方法为：设频率信号的频率为f，输出高电平为VH，输出低电平为VL，则输出直流电压信号的值为：VO=T·VH+(1f-T)VL1f=f·T·VH+(1-f·T)·VL]]>……①当VL为0V，VH、T为固定值时，输出直流电压信号的值与频率成正比，参见附图3；由于实际情况下，VH的精度能够保证，而VL在单电源供电情况下，则很难为0V，根据公式①可知，频率越低，则VL的不准确引入的误差越大；假设VL为一个确定的值，采用脉宽动态修正方法消除误差；脉宽动态修正方法依据可编程逻辑器件外部设置一个固定值SET来调整系数，当直流电压信号的值偏高时，降低T值来降低电压，设对T的调整量为t，则：VO＝f·T·VH＝f·(T-t)·VH+[1-f·(T-t)]·VL……②进而得到：(1f-T)VLt(VH-VL)=1]]>……③在VL一定的情况下，则为一个固定值，其中为低电平宽度，即需要调整的脉宽长度与低电平宽度是成正比的，那么只要在信号的每个周期获取低电平的宽度，然后等比的得到一个调整系数t，即能够调整高电平的宽度T，根据公式②得到输出直流电压信号的值，使得输出电压与频率成正比，实现了图4中的修正方案。调试过程中,根据需要采集频段各测试点的电压偏差，合理的调整系数(SET值，由可编程逻辑器件的IO口识别)，达到误差修正的目的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种频率转电压电路，包括频率信号整形电路(1)、可编程逻辑器件(2)、脉宽调制驱动电路(3)、低通滤波器(4)和输出驱动电路(5)；频率信号输入频率信号整形电路(1)，可编程逻辑器件(2)接收整形后的的频率信号，输出的脉宽调制信号经过脉宽调制驱动电路(3)进行驱动，并经过低通滤波器(4)滤波后，变为直流电压信号，由输出驱动电路(5)输出。

【技术特征摘要】
1.一种频率转电压电路，包括频率信号整形电路(1)、可编程逻辑器件(2)、脉宽调制驱动电路(3)、低通滤波器(4)和输出驱动电路(5)；频率信号输入频率信号整形电路(1)，可编程逻辑器件(2)接收整形后的的频率信号，输出的脉宽调制信号经过脉宽调制驱动电路(3)进行驱动，并经过低通滤波器(4)滤波后，变为直流电压信号，由输出驱动电路(5)输出。2.一种频率转电压方法，其使用如权利要求1所述的频率转电压电路进行频率与电压的转换，所述方法包括以下步骤：1)可编程逻辑器件在每个频率信号的上升沿时通过可编程逻辑器件的脉宽调制接口输出高电平；2)在固定时长T后，可编程逻辑器件的脉宽调制接口输出低电平，直到下一个频率信号的上升沿又输出高电平；3)根据输出高电平和输出低电平计算输出直流电压信号的值并输出，计算方法为：设频率信号的频率为f，输出高电平为VH，输出低电平为VL，则输出直流电压信号的值为：VO=T·VH+(1f-T)VL1f=f·T&C...

【专利技术属性】
技术研发人员：田军，孙立威，
申请(专利权)人：陕西千山航空电子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61