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LM331 的货源和报价 LM331 的相关技术信息

其他型号

LM331与PIC16F73单片机实现数据采集

     1 引言

　　数据采集中模数转换是将模拟输入信号转换为N位二进制数字输出信号的技术。采用数字信号处理能够方便实现各种先进的自适应算法,完成模拟电路无法实现的功能。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, 对于转换精度要求较高的应用场合, 一般采用AD574 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 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。在温度控制系统中, 其对转换速度要求不高, 但对精度要求高。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,通过单片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。例如江汉钻头厂的粉沫冶金的烧结炉,其在烧结金钢石钻头时,炉温高达1300℃,其控制精度达到0.1℃。其温度调节器的炉温数据采集系统就是由LM331 构成的A/D转换电路,其不仅具有电路结构简单,价格低廉, 同时具有转换精度高等特点。

　　2 系统构成

图1 采集系统

　　用LM331 构成的A/D 变换器采集系统如图1 所示。

　　2.1 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、线性度好、最大非线性失真小于0.01%、工作频率低到0.

　　1Hz 时尚有较好的线性;变换精度高数字分辨率可达16位;外接电路简单,只需接入几个外部元件就可方便构成V/F 变换电路,并且容易保证转换精度。LM331 是一种非常理想的精密电压/ 频率转换器, 可用于制作简洁、低成本的模数转换器, 特长积分周期的数字积分器, 线性频率调制与解调及其它各种功能电路。当作为压/ 频转换器使用时,其输出脉冲链的频率精确地与输入端施加的电压成比例变化,体现了压/ 频转换器的特有的优势。可轻松应用于所有的标准压/ 频转换场合。更值得一提的是,LM331 达到的精度- 温度稳定性很高,其它同等级别温度稳定性的压/ 频转换模块成本要高的多。

　　另外,LM331 也适用于低工作电压的数字系统,在微处理器控制系统中作为低成本的模数转换器。此外,用这种转换方式和光电偶合器时连接相当方便。

　　由于LM331 内含温度补偿带隙基准源,所以4.0V电压供电的情况下,就可在整个工作温度范围内高精确的工作;内部精密计时器电路在很低偏置电流的情况下,也不会降低对5 0 0 k H z 电压/ 频率转换器的响应。

　　LM331 的输出可驱动三个TTL 负载,其输出端可承受高达40V 的电压冲击。

　　2.2 电压 - 频率转换

图2 电压 - 频率转换电路

　　当前12 位以上的A/D 转换器的价格仍较昂贵, 用V/F 变换器来代替A/D 转换器,在要求速度不太高的场合是一种较好的选择。从传感器来的毫伏级的电压信号经低温漂运算放大器OP07 放大到0～10V 后加到V/F变换器LM331 的输入端,从频率输出端f0 输出的频率信号加到PIC16F73 单片机的输入端T1 上。根据分辨率的要求利用软件处理,最后得到A/D 转换的结果[1]。

　　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V i n 的输入范围- V C C ～0 V , 频率范围为1 ～500KHZ,非线性低于0.01％。模拟信号Vin 经积分器OP07 积分处理后,在INPUT 端变成与输入电压Vin 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OP07 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Vin 或FOUT 变化,因此有很高的线性度。

　　2.3 频率 - 数字信号变换

图3 LM331 实现A/D 转换框架图

　　图3 中, 模拟信号经压/ 频转换器LM33 1, 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PIC16F73 单片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PIC16F73 单片机的计数/ 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。

　　3 单片机软件编程

　　LM3 3 1 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TMR0 端口连接,定时器TMR1 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TMR1 确定,通过计算得出FOUT,然后进行数据处理与存储。程序流程图如图4 和图5, 简要程序及说明如下:

图4 主程序

图5 TMR0 TMR1 中断处理子程序

　　主程序MAIN 设置定时器TMR0、TMR1 工作方式分别为1 6 位计数和定时, 并置初值, T MR 1 开中断,TMR1 的定时时间根据转换精度需要而定,如果取转换精度为1 4 位, 最高频率为5 0 0KHZ, 计满量程时间为3FFFH/500K=32.766ms。PIC16F73 单片机采用4MHZ晶振时, 机器周期＝ 1 μ s , 定时初值为：

　　调DATA_NB 子程序主要是进行数据处理并存储,得到的数据就是14 位A/D 转换数据,改变定时初值,可调节A/D 转换位,如15 位,16 位等。

　　4 结束语

　　在信号的采集与处理对速度要求不太高, 对于转换精度要求较高的应用场合,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 等电路相比硬件成本具有更低价格。