LM331在A(yíng)D轉換電路中的應用

數據的采集與處理廣泛地應用在自動(dòng)化領(lǐng)域中,由于應用的場(chǎng)合不同,對數據采集與處理所要求的硬件也不相同.在控制過(guò)程中,有時(shí)要對幾個(gè)模擬信號進(jìn)行采集與處理,這些信號的采集與處理對速度要求不太高,一般采用AD574或ADC0809等芯片組成的A/D轉換電路來(lái)實(shí)現信號的采集與模數轉換，而AD574和ADC0809等A/D轉換器價(jià)格較貴，線(xiàn)路復雜,從而提高了產(chǎn)品價(jià)格和項目的費用.在本文中,從實(shí)際應用出發(fā),給出了一種應用V/F轉換器LM331芯片組成的A/D轉換電路，V/F轉換器LM331芯片能夠把電壓信號轉換為頻率信號，而且線(xiàn)性度好，通過(guò)計算機處理，再把頻率信號轉換為數字信號，就完成了A/D轉換。它與AD574等電路相比，具有接線(xiàn)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，轉換精度高等特點(diǎn)，而且LM331芯片在轉換過(guò)程中不需要軟件程序驅動(dòng)，這與AD574等需要軟件程序控制的A/D轉換電路相比，使用起來(lái)方便了許多。

一.芯片簡(jiǎn)介

LM331是美國NS公司生產(chǎn)的性能價(jià)格比比較高的集成芯片。它是當前最簡(jiǎn)單的一種高精度V/F轉換器、A/D轉換器、線(xiàn)性頻率調制解調、長(cháng)時(shí)間積分器以及其它相關(guān)的器件。LM331為雙列直插式8引腳芯片，其引腳框圖如圖1所示。

圖1 LM331邏輯框圖

LM331 各引腳功能說(shuō)明如下:腳1 為脈沖電流輸出端,內部相當于脈沖恒流源,脈沖寬度與內部單穩態(tài)電路相同;腳2 為輸出端脈沖電流幅度調節,RS 越小,輸出電流越大;腳3 為脈沖電壓輸出端,
OC 門(mén)結構,輸出脈沖寬度及相位同單穩態(tài),不用時(shí)可懸空或接地;腳4 為地;腳5 為單穩態(tài)外接定時(shí)時(shí)間常數RC ;腳6 為單穩態(tài)觸發(fā)脈沖輸入端,低于腳7 電壓觸發(fā)有效,要求輸入負脈沖寬度小于單穩態(tài)輸出脈沖寬度Tw ;腳7 為比較器基準電壓,用于設置輸入脈沖的有效觸發(fā)電平高低;腳8 為電源Vcc , 正常工作電壓范圍為4～40V。線(xiàn)性度好, 最大非線(xiàn)性失真小于0. 01 % , 工作頻率低到0. 1Hz 時(shí)尚有較好的線(xiàn)性;變換精度高數字分辨率可達12 位; 外接電路簡(jiǎn)單, 只需接入幾個(gè)外部元件就可方便構成V/ F 或F/ V 等變換電路,并且容易保證轉換精度。

圖2電壓-頻率轉換電路

圖2是我們常用的一種壓頻轉換電路，按照圖2設計電路, LM331采用單電源供電，電源電壓VCC，模擬信號 的輸入范圍-VCC～0V,頻率范圍為1～500KHZ，非線(xiàn)性低于0.01％。模擬信號 經(jīng)積分器LF356積分處理后,在INPUT端變成與輸入電壓 成正比的穩定電流輸入,通過(guò)LM331芯片進(jìn)行V/F轉換后,變成與電壓成正比的頻率信號,FOUT端輸出的頻率信號送到計算機的計數/定時(shí)端口,計算機對頻率信號進(jìn)行采集、處理、存儲。從而實(shí)現模擬信號到數字信號的轉換。由于LM331的轉換線(xiàn)性度直接影響轉換結果的準確性，而通常引起V/F轉換產(chǎn)生非線(xiàn)性誤差的原因是引腳1的輸出阻抗，它使輸出電流隨輸入電壓的變化而變化，因而影響轉換精度，為克服此缺點(diǎn)，高精度V/F轉換器在1腳和7腳間加入了一個(gè)積分器，這個(gè)積分器是由常規運放LF356和積分電容C4構成的反積分器。加上積分電路后，由于電流源（1引腳）總是保持地電位，電壓不隨 或FOUT變化，因此有很高的線(xiàn)性度。

2.頻率-數字信號變換

圖3 LM331實(shí)現A/D轉換框架圖

圖3中,模擬信號經(jīng)壓/頻轉換器LM331,把電壓信號轉化為脈沖信號,脈沖信號送到計算機的計數/定時(shí)端口,有計算機對頻率信號進(jìn)行接收、處理、儲存。由于壓/頻轉換器LM331的壓/頻轉換關(guān)系成線(xiàn)性,所以我們可以根據采集到頻率數據知道模擬信號的大小,從而實(shí)現了模擬信號到數字信號的轉換.頻率計數器、定時(shí)器可以使用計算機的計數/定時(shí)端口，通過(guò)軟件編程實(shí)現?；鶞暑l率，數據處理也是通過(guò)軟件編程實(shí)現，數據可以?xún)Υ娴絻炔繑祿鎯ζ骰蛲獠繑祿鎯ζ髦小?/p>

三. 計算機軟件編程

LM331要實(shí)現A/D轉換,需與計數器配合使用.LM331的輸出端FOUT與單片機計數器T0端口連接,定時(shí)器T1用于定時(shí),由公式f=D/T,D是計數值;T是計數時(shí)間.計數時(shí)間T由定時(shí)器T1確定,通過(guò)計算得出FOUT,然后進(jìn)行數據處理與存儲.簡(jiǎn)要程序及說(shuō)明如下:

主程序MAIN設置定時(shí)器T0、T1工作方式分別為16位計數和定時(shí),并置初值,T1開(kāi)中斷,T1的定時(shí)時(shí)間根據轉換精度需要而定,如果取轉換精度為12位，最高頻率為100KHZ,計滿(mǎn)量程時(shí)間為FFFH/100K=8.192ms.單片機采用12MHZ晶振時(shí)，機器周期＝1µs,定時(shí)初值為

調DATA子程序主要是進(jìn)行數據處理并存儲,得到的數據就是12位A/D轉換數據 ,改變定時(shí)初值,可調節A/D轉換位,如13位,14位等.

結論:

運用LM331實(shí)現A/D轉換, 具有電路簡(jiǎn)單,成本低，測量精度高并且轉換位數可調的特點(diǎn),在實(shí)際工作之前,對電路器件參數進(jìn)行調校,調校之后,系統穩定性好.與AD574等電路相比，價(jià)格便宜幾倍。