基于高精度V/F转换器LM331芯片实现A/D转换电路的设计

赫飞;汪玉凤;刘 发表于 2020-08-11 16:32:57 收藏 已收藏
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基于高精度V/F转换器LM331芯片实现A/D转换电路的设计

赫飞;汪玉凤;刘 发表于 2020-08-11 16:32:57
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引言

数据的采集与处理广泛地应用在自动化领域中,由于应用的场合不同,对数据采集与处理所要求的硬件也不相同。在控制过程中,有时要对几个模拟信号进行采集与处理,这些信号的采集与处理对速度要求不太高,一般采用AD574或ADC0809等芯片组成的A/D转换电路来实现信号的采集与模数转换,而AD574和ADC0809等A/D转换器价格较贵,线路复杂,从而提高了产品价格和项目的费用。在本文中,从实际应用出发,给出了一种应用V/F转换器LM331芯片组成的A/D转换电路,V/F转换器LM331芯片能够把电压信号转换为频率信号,而且线性度好,通过计算机处理,再把频率信号转换为数字信号,就完成了A/D转换。它与AD574等电路相比,具有接线简单,价格低廉,转换精度高等特点,而且LM331芯片在转换过程中不需要软件程序驱动,这与AD574等需要软件程序控制的A/D转换电路相比,使用起来方便了许多。

一、芯片简介

LM331是美国NS公司生产的性能价格比比较高的集成芯片。它是当前最简单的一种高精度V/F转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器以及其它相关的器件。LM331为双列直插式8引脚芯片,其引脚框图如图1所示。

基于高精度V/F转换器LM331芯片实现A/D转换电路的设计

图1 LM331逻辑框图

图2是我们常用的一种压频转换电路,按照图2设计电路, LM331采用单电源供电,电源电压VCC,模拟信号 的输入范围-VCC~0V,频率范围为1~500KHZ,非线性低于0.01%。模拟信号 经积分器LF356积分处理后,在INPUT端变成与输入电压 成正比的稳定电流输入,通过LM331芯片进行V/F转换后,变成与电压成正比的频率信号,FOUT端输出的频率信号送到计算机的计数/定时端口,计算机对频率信号进行采集、处理、存储。从而实现模拟信号到数字信号的转换。由于LM331的转换线性度直接影响转换结果的准确性,而通常引起V/F转换产生非线性误差的原因是引脚1的输出阻抗,它使输出电流随输入电压的变化而变化,因而影响转换精度,为克服此缺点,高精度V/F转换器在1脚和7脚间加入了一个积分器,这个积分器是由常规运放LF356和积分电容C4构成的反积分器。加上积分电路后,由于电流源(1引脚)总是保持地电位,电压不随 或FOUT变化,因此有很高的线性度。

二、频率-数字信号变换

图2电压-频率转换电路

图3中,模拟信号经压/频转换器LM331,把电压信号转化为脉冲信号,脉冲信号送到计算机的计数/定时端口,有计算机对频率信号进行接收、处理、储存。由于压/频转换器LM331的压/频转换关系成线性,所以我们可以根据采集到频率数据知道模拟信号的大小,从而实现了模拟信号到数字信号的转换。频率计数器、定时器可以使用计算机的计数/定时端口,通过软件编程实现。基准频率,数据处理也是通过软件编程实现,数据可以储存到内部数据存储器或外部数据存储器中。

三、 计算机软件编程

LM331要实现A/D转换,需与计数器配合使用.LM331的输出端FOUT与单片机计数器T0端口连接,定时器T1用于定时,由公式f=D/T,D是计数值;T是计数时间。计数时间T由定时器T1确定,通过计算得出FOUT,然后进行数据处理与存储。简要程序及说明如下:

图3 LM331实现A/D转换框架图

主程序MAIN设置定时器T0、T1工作方式分别为16位计数和定时,并置初值,T1开中断,T1的定时时间根据转换精度需要而定,如果取转换精度为12位,最高频率为100KHZ,计满量程时间为FFFH/100K=8.192ms.单片机采用12MHZ晶振时,机器周期=1µs,定时初值为:

调DATA子程序主要是进行数据处理并存储,得到的数据就是12位A/D转换数据 ,改变定时初值,可调节A/D转换位,如13位,14位等。

四、结论

运用LM331实现A/D转换, 具有电路简单,成本低,测量精度高并且转换位数可调的特点,在实际工作之前,对电路器件参数进行调校,调校之后,系统稳定性好。与AD574等电路相比,价格便宜几倍。

责任编辑:gt

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