本發(fā)明屬于航空電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種頻率轉(zhuǎn)電壓電路與方法。

背景技術(shù)：

飛機(jī)上傳感器種類(lèi)、數(shù)量眾多，對(duì)于機(jī)載設(shè)備而言，則往往需要采用不同的采集接口硬件和軟件來(lái)采集這些傳感器信號(hào)。出于對(duì)主要機(jī)載設(shè)備(如儀表指示系統(tǒng)、采集記錄系統(tǒng))通用性設(shè)計(jì)的考慮，往往通過(guò)小型的信號(hào)轉(zhuǎn)換盒將不同類(lèi)型的傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成更為通用的總線(xiàn)、模擬電壓或離散量信號(hào)。

頻率量為周期信號(hào)，而模擬量為連續(xù)信號(hào)。典型的頻率轉(zhuǎn)電壓原理框圖如圖2所示，其轉(zhuǎn)換方式為采用微處理器采集計(jì)算頻率的值，然后通過(guò)控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬信號(hào)輸出。這樣的系統(tǒng)需在航空產(chǎn)品上需要投入更多的人力資源和研發(fā)周期來(lái)進(jìn)行軟件和硬件的開(kāi)發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種頻率轉(zhuǎn)電壓電路與方法，給出一種硬件實(shí)現(xiàn)的頻率轉(zhuǎn)電壓電路與方法。

考慮到現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的一個(gè)方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種頻率轉(zhuǎn)電壓電路，包括頻率信號(hào)整形電路(1)、可編程邏輯器件(2)、脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路(3)、低通濾波器(4)和輸出驅(qū)動(dòng)電路(5)；

頻率信號(hào)輸入頻率信號(hào)整形電路(1)，可編程邏輯器件(2)接收整形后的的頻率信號(hào)，輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路(3)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并經(jīng)過(guò)低通濾波器(4)濾波后，變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)，由輸出驅(qū)動(dòng)電路(5)輸出。

一種頻率轉(zhuǎn)電壓方法，其使用如上所述的頻率轉(zhuǎn)電壓電路進(jìn)行頻率與電壓的轉(zhuǎn)換，所述方法包括以下步驟：

1)可編程邏輯器件在每個(gè)頻率信號(hào)的上升沿時(shí)通過(guò)可編程邏輯器件的脈寬調(diào)制接口輸出高電平；

2)在固定時(shí)長(zhǎng)T后，可編程邏輯器件的脈寬調(diào)制接口輸出低電平，直到下一個(gè)頻率信號(hào)的上升沿又輸出高電平；

3)根據(jù)輸出高電平和輸出低電平計(jì)算輸出直流電壓信號(hào)的值并輸出，計(jì)算方法為：設(shè)頻率信號(hào)的頻率為f，輸出高電平為V_H，輸出低電平為V_L，則輸出直流電壓信號(hào)的值為：

$V_O=\frac{T\·V_H+(\frac{1}{f}-T)V_L}{\frac{1}{f}}=f\·T\·V_H+(1-f\·T)\·V_L$……①

當(dāng)V_L為0V，V_H、T為固定值時(shí)，輸出直流電壓信號(hào)的值與頻率成正比；

由于實(shí)際情況下，V_H的精度能夠保證，而V_L在單電源供電情況下，則很難為0V，根據(jù)公式①可知，頻率越低，則V_L的不準(zhǔn)確引入的誤差越大；

假設(shè)V_L為一個(gè)確定的值，采用脈寬動(dòng)態(tài)修正方法消除誤差；

脈寬動(dòng)態(tài)修正方法依據(jù)可編程邏輯器件外部設(shè)置一個(gè)固定值SET來(lái)調(diào)整系數(shù)，當(dāng)直流電壓信號(hào)的值偏高時(shí)，降低T值來(lái)降低電壓，設(shè)對(duì)T的調(diào)整量為t，則：

V_O＝f·T·V_H＝f·(T-t)·V_H+[1-f·(T-t)]·V_L……②

進(jìn)而得到：

$\frac{(\frac{1}{f}-T)V_L}{t(V_H-V_L)}=1$……③

在V_L一定的情況下，則為一個(gè)固定值，其中為低電平寬度，即需要調(diào)整的脈寬長(zhǎng)度與低電平寬度是成正比的，那么只要在信號(hào)的每個(gè)周期獲取低電平的寬度，然后等比的得到一個(gè)調(diào)整系數(shù)t，即能夠調(diào)整高電平的寬度T，根據(jù)公式②得到輸出直流電壓信號(hào)的值，使得輸出電壓與頻率成正比。

使用本發(fā)明所述的頻率轉(zhuǎn)電壓電路與方法，簡(jiǎn)化了硬件，省略了軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程。該技術(shù)的應(yīng)用使得產(chǎn)品的研發(fā)周期縮短，降低了成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明頻率轉(zhuǎn)電壓電路原理框圖；

圖2為典型的頻率轉(zhuǎn)電壓原理框圖；

圖3為頻率轉(zhuǎn)脈寬調(diào)制的基本原理圖；

圖4為轉(zhuǎn)換誤差以及修正示意圖；

圖5為脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路以及濾波原理。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

請(qǐng)參閱圖1、圖3、圖4、圖5。本發(fā)明的一種頻率轉(zhuǎn)電壓電路，包括頻率信號(hào)整形電路(1)、可編程邏輯器件(2)、脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路(3)、低通濾波 器(4)和輸出驅(qū)動(dòng)電路(5)；

頻率信號(hào)輸入頻率信號(hào)整形電路(1)，可編程邏輯器件(2)接收整形后的的頻率信號(hào)，輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路(3)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并經(jīng)過(guò)低通濾波器(4)濾波后，變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)，由輸出驅(qū)動(dòng)電路(5)輸出。

硬件的實(shí)現(xiàn)上，頻率信號(hào)整形電路(1)采用常見(jiàn)電路，如比較器等，用于將頻率信號(hào)整形為規(guī)則的TTL接口的方波輸出。脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路(3)和低通濾波器(4)的實(shí)現(xiàn)方式如圖5所示，由二極管和簡(jiǎn)單的二階RC濾波器構(gòu)成。輸出驅(qū)動(dòng)電路(5)則由常規(guī)的電壓跟隨器構(gòu)成?？删幊踢壿嬈骷?2)采用CPLD，如XC95系列即可。

本發(fā)明還涉及一種頻率轉(zhuǎn)電壓方法，其使用如上所述的頻率轉(zhuǎn)電壓電路進(jìn)行頻率與電壓的轉(zhuǎn)換，所述方法包括以下步驟：

1)可編程邏輯器件在每個(gè)頻率信號(hào)的上升沿時(shí)通過(guò)可編程邏輯器件的脈寬調(diào)制接口輸出高電平；

2)在固定時(shí)長(zhǎng)T后，可編程邏輯器件的脈寬調(diào)制接口輸出低電平，直到下一個(gè)頻率信號(hào)的上升沿又輸出高電平；

3)根據(jù)輸出高電平和輸出低電平計(jì)算輸出直流電壓信號(hào)的值并輸出，計(jì)算方法為：設(shè)頻率信號(hào)的頻率為f，輸出高電平為V_H，輸出低電平為V_L，則輸出直流電壓信號(hào)的值為：

$V_O=\frac{T\·V_H+(\frac{1}{f}-T)V_L}{\frac{1}{f}}=f\·T\·V_H+(1-f\·T)\·V_L$……①

當(dāng)V_L為0V，V_H、T為固定值時(shí)，輸出直流電壓信號(hào)的值與頻率成正比，參見(jiàn)附圖3；

由于實(shí)際情況下，V_H的精度能夠保證，而V_L在單電源供電情況下，則很難為0V，根據(jù)公式①可知，頻率越低，則V_L的不準(zhǔn)確引入的誤差越大；

假設(shè)V_L為一個(gè)確定的值，采用脈寬動(dòng)態(tài)修正方法消除誤差；

脈寬動(dòng)態(tài)修正方法依據(jù)可編程邏輯器件外部設(shè)置一個(gè)固定值SET來(lái)調(diào)整系數(shù)，當(dāng)直流電壓信號(hào)的值偏高時(shí)，降低T值來(lái)降低電壓，設(shè)對(duì)T的調(diào)整量為t，則：

V_O＝f·T·V_H＝f·(T-t)·V_H+[1-f·(T-t)]·V_L……②

進(jìn)而得到：

$\frac{(\frac{1}{f}-T)V_L}{t(V_H-V_L)}=1$……③

在V_L一定的情況下，則為一個(gè)固定值，其中為低電平寬度，即需要調(diào)整的脈寬長(zhǎng)度與低電平寬度是成正比的，那么只要在信號(hào)的每個(gè)周期獲取低電平的寬度，然后等比的得到一個(gè)調(diào)整系數(shù)t，即能夠調(diào)整高電平的寬度T，根據(jù)公式②得到輸出直流電壓信號(hào)的值，使得輸出電壓與頻率成正比，實(shí)現(xiàn)了圖4中的修正方案。

調(diào)試過(guò)程中,根據(jù)需要采集頻段各測(cè)試點(diǎn)的電壓偏差，合理的調(diào)整系數(shù)(SET值，由可編程邏輯器件的IO口識(shí)別)，達(dá)到誤差修正的目的。