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LM331 的PDF資料 下載 ,286730K

LM331 的貨源和報(bào)價(jià) LM331 的相關(guān)技術(shù)信息

其他型號(hào)

LM331與PIC16F73單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集

     1 引言

　　數(shù)據(jù)采集中模數(shù)轉(zhuǎn)換是將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為N位二進(jìn)制數(shù)字輸出信號(hào)的技術(shù)。采用數(shù)字信號(hào)處理能夠方便實(shí)現(xiàn)各種先進(jìn)的自適應(yīng)算法,完成模擬電路無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。數(shù)據(jù)的采集與處理廣泛地應(yīng)用在自動(dòng)化領(lǐng)域中, 由于應(yīng)用的場(chǎng)合不同, 對(duì)數(shù)據(jù)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(duì)幾個(gè)模擬信號(hào)進(jìn)行采集與處理,這些信號(hào)的采集與處理對(duì)速度要求不太高, 對(duì)于轉(zhuǎn)換精度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合, 一般采用AD574 芯片組成的A/D 轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集與模數(shù)轉(zhuǎn)換, 而AD574 A/D 轉(zhuǎn)換器價(jià)格較貴,線路復(fù)雜,從而提高了產(chǎn)品價(jià)格和項(xiàng)目的費(fèi)用。在溫度控制系統(tǒng)中, 其對(duì)轉(zhuǎn)換速度要求不高, 但對(duì)精度要求高。在本文中從實(shí)際應(yīng)用出發(fā), 給出了一種應(yīng)用V / F 轉(zhuǎn)換器LM331 芯片組成的A/D 轉(zhuǎn)換電路,V/F 轉(zhuǎn)換器LM331芯片能夠把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào), 而且線性度好,通過(guò)單片機(jī)處理再把頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),就完成了A/D 轉(zhuǎn)換。它與AD574 等電路相比,具有接線簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,轉(zhuǎn)換精度高等特點(diǎn),而且LM331 芯片在轉(zhuǎn)換過(guò)程中不需要軟件程序驅(qū)動(dòng),這與AD574 等需要軟件程序控制的A/D 轉(zhuǎn)換電路相比,使用起來(lái)方便了許多。例如江漢鉆頭廠的粉沫冶金的燒結(jié)爐,其在燒結(jié)金鋼石鉆頭時(shí),爐溫高達(dá)1300℃,其控制精度達(dá)到0.1℃。其溫度調(diào)節(jié)器的爐溫?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是由LM331 構(gòu)成的A/D轉(zhuǎn)換電路,其不僅具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉, 同時(shí)具有轉(zhuǎn)換精度高等特點(diǎn)。

　　2 系統(tǒng)構(gòu)成

圖1 采集系統(tǒng)

　　用LM331 構(gòu)成的A/D 變換器采集系統(tǒng)如圖1 所示。

　　2.1 芯片簡(jiǎn)介

　　LM331 是美國(guó)NS 公司生產(chǎn)的性能價(jià)格比比較高的集成芯片。它是當(dāng)前最簡(jiǎn)單的一種高精度V/F 轉(zhuǎn)換器、A/D 轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長(zhǎng)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、線性度好、最大非線性失真小于0.01%、工作頻率低到0.

　　1Hz 時(shí)尚有較好的線性;變換精度高數(shù)字分辨率可達(dá)16位;外接電路簡(jiǎn)單,只需接入幾個(gè)外部元件就可方便構(gòu)成V/F 變換電路,并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。LM331 是一種非常理想的精密電壓/ 頻率轉(zhuǎn)換器, 可用于制作簡(jiǎn)潔、低成本的模數(shù)轉(zhuǎn)換器, 特長(zhǎng)積分周期的數(shù)字積分器, 線性頻率調(diào)制與解調(diào)及其它各種功能電路。當(dāng)作為壓/ 頻轉(zhuǎn)換器使用時(shí),其輸出脈沖鏈的頻率精確地與輸入端施加的電壓成比例變化,體現(xiàn)了壓/ 頻轉(zhuǎn)換器的特有的優(yōu)勢(shì)。可輕松應(yīng)用于所有的標(biāo)準(zhǔn)壓/ 頻轉(zhuǎn)換場(chǎng)合。更值得一提的是,LM331 達(dá)到的精度- 溫度穩(wěn)定性很高,其它同等級(jí)別溫度穩(wěn)定性的壓/ 頻轉(zhuǎn)換模塊成本要高的多。

　　另外,LM331 也適用于低工作電壓的數(shù)字系統(tǒng),在微處理器控制系統(tǒng)中作為低成本的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。此外,用這種轉(zhuǎn)換方式和光電偶合器時(shí)連接相當(dāng)方便。

　　由于LM331 內(nèi)含溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)源,所以4.0V電壓供電的情況下,就可在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)高精確的工作;內(nèi)部精密計(jì)時(shí)器電路在很低偏置電流的情況下,也不會(huì)降低對(duì)5 0 0 k H z 電壓/ 頻率轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)。

　　LM331 的輸出可驅(qū)動(dòng)三個(gè)TTL 負(fù)載,其輸出端可承受高達(dá)40V 的電壓沖擊。

　　2.2 電壓 - 頻率轉(zhuǎn)換

圖2 電壓 - 頻率轉(zhuǎn)換電路

　　當(dāng)前12 位以上的A/D 轉(zhuǎn)換器的價(jià)格仍較昂貴, 用V/F 變換器來(lái)代替A/D 轉(zhuǎn)換器,在要求速度不太高的場(chǎng)合是一種較好的選擇。從傳感器來(lái)的毫伏級(jí)的電壓信號(hào)經(jīng)低溫漂運(yùn)算放大器OP07 放大到0～10V 后加到V/F變換器LM331 的輸入端,從頻率輸出端f0 輸出的頻率信號(hào)加到PIC16F73 單片機(jī)的輸入端T1 上。根據(jù)分辨率的要求利用軟件處理,最后得到A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果[1]。

　　圖2 是我們常用的一種壓頻轉(zhuǎn)換電路, 按照?qǐng)D2 設(shè)計(jì)電路,LM331 采用單電源供電,電源電壓VCC,模擬信號(hào)V i n 的輸入范圍- V C C ～0 V , 頻率范圍為1 ～500KHZ,非線性低于0.01％。模擬信號(hào)Vin 經(jīng)積分器OP07 積分處理后,在INPUT 端變成與輸入電壓Vin 成正比的穩(wěn)定電流輸入, 通過(guò)LM331 芯片進(jìn)行V/F 轉(zhuǎn)換后,變成與電壓成正比的頻率信號(hào),FOUT 端輸出的頻率信號(hào)送到計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)/ 定時(shí)端口,計(jì)算機(jī)對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行采集、處理、存儲(chǔ)。從而實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。由于LM331 的轉(zhuǎn)換線性度直接影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性,而通常引起V/F 轉(zhuǎn)換產(chǎn)生非線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(zhuǎn)換精度,為克服此缺點(diǎn),高精度V/F轉(zhuǎn)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(guī)運(yùn)放OP07 和積分電容C4 構(gòu)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Vin 或FOUT 變化,因此有很高的線性度。

　　2.3 頻率 - 數(shù)字信號(hào)變換

圖3 LM331 實(shí)現(xiàn)A/D 轉(zhuǎn)換框架圖

　　圖3 中, 模擬信號(hào)經(jīng)壓/ 頻轉(zhuǎn)換器LM33 1, 把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào),脈沖信號(hào)送到計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)/ 定時(shí)端口,有PIC16F73 單片機(jī)對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行接收、處理、儲(chǔ)存。由于壓/ 頻轉(zhuǎn)換器LM331 的壓/ 頻轉(zhuǎn)換關(guān)系成線性,所以我們可以根據(jù)采集到頻率數(shù)據(jù)知道模擬信號(hào)的大小, 從而實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換.

　　頻率計(jì)數(shù)器、定時(shí)器可以使用PIC16F73 單片機(jī)的計(jì)數(shù)/ 定時(shí)端口, 通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)。基準(zhǔn)頻率, 數(shù)據(jù)處理也是通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)可以儲(chǔ)存到內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。

　　3 單片機(jī)軟件編程

　　LM3 3 1 要實(shí)現(xiàn)A / D 轉(zhuǎn)換, 需與計(jì)數(shù)器配合使用LM331 的輸出端FOUT 與單片機(jī)計(jì)數(shù)器TMR0 端口連接,定時(shí)器TMR1 用于定時(shí),由公式f=D/T,D 是計(jì)數(shù)值;T 是計(jì)數(shù)時(shí)間.計(jì)數(shù)時(shí)間T 由定時(shí)器TMR1 確定,通過(guò)計(jì)算得出FOUT,然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)。程序流程圖如圖4 和圖5, 簡(jiǎn)要程序及說(shuō)明如下:

圖4 主程序

圖5 TMR0 TMR1 中斷處理子程序

　　主程序MAIN 設(shè)置定時(shí)器TMR0、TMR1 工作方式分別為1 6 位計(jì)數(shù)和定時(shí), 并置初值, T MR 1 開(kāi)中斷,TMR1 的定時(shí)時(shí)間根據(jù)轉(zhuǎn)換精度需要而定,如果取轉(zhuǎn)換精度為1 4 位, 最高頻率為5 0 0KHZ, 計(jì)滿量程時(shí)間為3FFFH/500K=32.766ms。PIC16F73 單片機(jī)采用4MHZ晶振時(shí), 機(jī)器周期＝ 1 μ s , 定時(shí)初值為：

　　調(diào)DATA_NB 子程序主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并存儲(chǔ),得到的數(shù)據(jù)就是14 位A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),改變定時(shí)初值,可調(diào)節(jié)A/D 轉(zhuǎn)換位,如15 位,16 位等。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　在信號(hào)的采集與處理對(duì)速度要求不太高, 對(duì)于轉(zhuǎn)換精度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合,運(yùn)用LM331 實(shí)現(xiàn)A/D 轉(zhuǎn)換,具有電路簡(jiǎn)單、成本低、測(cè)量精度高并且轉(zhuǎn)換位數(shù)可調(diào)的特點(diǎn),在實(shí)際工作之前,對(duì)電路器件參數(shù)進(jìn)行調(diào)校, 調(diào)校之后,系統(tǒng)穩(wěn)定性好,與AD574 等電路相比硬件成本具有更低價(jià)格。