一種基于CPLD的可編程頻率電壓變換電路介紹摘要：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對基準電壓信號進行斬波，斬波信號經低通濾波后輸出直流電壓信號。0前言電氣自動化和過程自動化及自動檢測領域常常用到頻率電壓變換器F／V，需要將頻率信號轉換為電壓信號。F／V變換器的實現方法一般有3種：一是基于專用F／V轉換芯片（如LM331），二是基于模擬電路，三是基于微處理器和D／A轉換器。前兩種F／V變換器的共同缺點是量程單一，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設置、精度高，具有較好的實用價值。1電路的基本原理F／V變換電路的基本結構，頻率信號經K分頻電路轉換為占空比為50％的方波信號；方波信號經頻率／脈寬變換電路轉換為脈寬與頻率成正比的脈沖調寬信號；脈沖調寬信號的高電平控制模擬開關與電壓基準接通，低電平控制模擬開關與信號地接通，模擬開關的輸出經低通濾波器將脈沖寬度信號轉換為直流電壓信號。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位二進制計數器，U1、U2為上升沿觸發的D觸發器。當K分頻器輸出fk為0時，計數C1器清零，U1觸發器的輸出置1，當fk為1時，計數器C1在M分頻器的輸出fc的作用下增量計數。當計數器C1計數由N-1變為N時，其計數器C1的Qn腳輸出由0變為1，觸發D觸發器1的輸出為邏輯0。當K分頻器輸出fk為1時，計數C2器清零，U2觸發器的輸出置1，當fk為0時，計數器C2在M分頻器的輸出fc的作用下增量計數。當計數器C2輸出由N-1變為N時，其計數器C2的Q腳輸出由0變為1，觸發D觸發器U2的輸出為邏輯0。兩組計數一觸發電路邏輯相反，經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，脈寬調制信號的寬度為τ，設計數器對fc的計數為N，則τ=MN／f0，脈寬調制信號fPWM的占空比DPWM與fs成正比。由于DPWM≤1，所以被變換信號的頻率上限fsmax為Kf0／2MN，顯然，通過改變分頻數M或K或計數值N，均可改變被變換的頻率上限。圖4為將PWM信號變換為直流電壓信號的原理圖。PWM信號的高電平控制模擬開關與電壓基準VR接通，低電平控制模擬開關與信號地接通，模擬開關的輸出經低通濾波器將脈沖寬度信號轉換為直流電壓信號Vout。2實驗結果采用Xilinx公司的CPLD芯片XC9572來實現圖2描述的邏輯功能，將頻率信號變換成脈沖寬度信號。CPLD輸出的與頻率信號成正比的脈沖寬度信號連到模擬開關ADG408芯片的1腳，作為通道選擇信號?；鶞孰妷盒盘朧R為5V且連到ADG408的5腳，ADG408的8腳輸出的電壓信號經低通濾波電路濾波，輸出與頻率信號成正比的直流電壓信號Vout。參考時鐘f0的頻率為80MHz，CPLD內部D1和D2為2分頻器，C1、C2為12位二進制計數器，基準電壓信號VR為5V，根據公式fsmax=Kf0／2MN，可變換的最大頻率為19．531kHz。不同參考時鐘分頻數M對應的頻率信號變換范圍如表1所示。不同計數器計數值N對應的頻率變換信號范圍如表2所示。3結論本文介紹了一種基于CPLD的可編程頻率電壓變換電路，該電路先