基于高精度V/F转换器LM331芯片实现A/D转换电路的设计
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。
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。
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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。
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。
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