高精度小体积的数字式I/F转换器

摘要

I/F转换器，即电流频率转换器，是将输入的电流信号按照线性的比例关系转换成输出频率信号的器件或装置。常规的I/F转换器的转换精度只能达到10-4，有的甚至只有10-3，温度漂移也高达几百ppm/℃，体积也比较大，已经不能满足军工要求。本文采用数字信号控制器和高精度的A/D转换器，设计出转换精度小于5×10-5，温漂低于10ppm/℃，体积较小的数字式I/F转换器。
　　本文对电源电路、晶振电路、复位电路、信号调理电路、A/D转换电路、频率输出电路等的关键硬件技术进行了研究分析，主要通过对A/D转换电路、频率输出电路的设计研究，采用Freescale公司的MC56F8023数字信号控制器和TI公司的ADS1259设计出满足性能指标的数字I/F转换器。之后提出了基于MC56F8023的软件设计方案，主要是通过对A/D转换器的数字信号进行采集、分析、处理，其中为了实现高精度的设计目标，采用MC56F8023对采集的信号完成了数字滤波和数字频率合成，并通过PWM或TMR管脚输出计算的频率信号。与此同时，还对设计过程中遇到的噪声干扰研究和分析，设计出针对性的软硬件抗干扰措施。
　　本文最后对实际产品做了进一步的测试，根据实验数据得出此次设计均达到设计指标，验证了本次课题的可行性，并对数字I/F转换器的下一步设计提出了自己的展望。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 课题研究的意义与价值

1．3 国内外研究现状

1．4 数字I／F转换器的设计性能指标

1．5 课题来源及主要研究内容

第二章 系统总体设计方案

2．1 方案设计背景

2．2 总体设计方案

2．3 本章小结

第三章 数字I／F转换器硬件设计

3．1 电源系统设计

3．2 晶振电路设计

3．3 复位电路设计

3．4 信号调理电路设计

3．5 A／D转换电路设计

3．5．1 A／D转换芯片选择

3．5．2 A／D转换电路实现

3．6 SPI通信介绍

3．7 频率输出设计

3．7．1 MC56F8023数字信号控制器介绍

3．7．2 MC56F8023片内TMR模块

3．7．3 MC56F8023可编程间隔定时器(PIT)

3．7．4 频率输出的实现

3．8 本章小结

第四章 数字I／F转换器软件设计

4．1 软件开发环境介绍

4．2 软件总体设计方案

4．3 滤波算法

4．3．1 滤波器简介

4．3．2 FIR数字滤波器与IIR数字滤波器及其比较

4．3．3 I／F转换器数字滤波器的选取

4．3．4 巴特沃斯数字低通滤波器的设计

4．4 频率合成算法

4．4．1 频率合成技术

4．4．2 基于PWM或定时器的数字频率合成算法

4．4．3 数字频率合成算法在MC56F8023中的移植

4．5 本章小结

第五章 噪声分析及抗干扰措施

5．1 噪声介绍及分类

5．1．1 内部噪声

5．1．2 外部噪声

5．2 噪声进入系统途径

5．3 抗干扰措施

5．3．1 硬件抗干扰技术设计

5．3．2 软件抗干扰技术设计

5．4 本章小结

第六章 实验数据分析

总结与展望

1 本文研究成果

2 展望

参考文献

附录

1．SCI通讯上位机C语言程序

2．FFT变换数据处理Matlab程序

3．数字滤波器阶次和差分方程计算Matlab程序

致谢

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