LM331中文资料及其在AD转换电路中的应用.doc

LM331中文资料及其在AD转换电路中的应用 (1)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 LM331 各引脚功能说明如下:脚1 为脉冲电流输出端,内部相当于脉冲恒流源,脉冲宽度与内部单稳态电路相同;脚2 为输出端脉冲电流幅度调节,RS 越小,输出电流越大;脚3 为脉冲电压输出端, OC 门结构,输出脉冲宽度及相位同单稳态,不用时可悬空或接地;脚4 为地;脚5 为单稳态外接定时时间常数RC ;脚6 为单稳态触发脉冲输入端,低于脚7 电压触发有效,要求输入负脉冲宽度小于单稳态输出脉冲宽度Tw ;脚7 为比较器基准电压,用于设置输入脉冲的有效触发电平高低;脚8 为电源Vcc , 正常工作电压范围为440V。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12 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 或F/ V 等变换电路,并且容易保证转换精度。图2电压-频率转换电路 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-VCC0V,频率范围为1500KHZ，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。2.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: 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1s,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.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。lm331中文资料-lm331应用电路-引脚图-功能-lm331芯片精密电压/频率转换器-电路图-介绍LM331是美国NS公司生产的性能价格比高、外围电路简单、可单电源供电、低功耗的精密电压/频率转换器集成电路。LM331动态范围宽达100dB，工作频率低到01Hz时尚有较好的线性度，数字分辨率达12位。LM331的输出驱动器采用集电极开路形式，因此可通过选择逻辑电流和外接电阻来灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL和CMOS等不同逻辑电路。LM331可工作在40V40V之间，输出可高达40V，而且可以防止VCC短路。特点：保证线性：0.01（最大） 低功耗：15mW 5V 广泛的全面频率：1Hz to 100kHz 脉冲输出兼容所有的逻辑形式宽动态范围：100db 图1 LM331引脚图功能说明：1, CURRENT UOT PUT电流输入 2 ,REFERENCE CURRENT VOLTAGE 参考电压3 ,LOGIC OUTPUT 逻辑输出 4 ,GND5 ,R-C 定时器6 ,THRESHOLD 阈值输入7 ,COMPARATOR比较器输入8 ,VCC极限参数：Parameter 参数Symbol 符号Value 数值Unit 单位Supply Voltage 电源电压VCC 40 V Input Voltage 输入电压VI -0.2 + VCC V Operating Temperature Range 工作温度范围TOPR 0 +70 Power Dissipation 功耗PD 500 mW Electrical Characteristics电气特性：Parameter 参数Symbol 符号Conditions 测试条件最小典型最大 单位VFC Non-Linearity VFC非线性VFCNL4.5 VCC 20V -0.003 0.01 % Full-ScaleConversion Accuracy Scale Factor 转换精度比例因数ACCUR VI= -10V,RS=14K 0.90 1.00 1.10 KHz/V Chang Of Gain With VCC 增益虚拟通道连接VCCG/VCC4.5VVCC10V -0.01 0.1 %/V10V VCC 40V -0.006 0.06Rated Full - Scale Frequency 额定满量程频率fVI = -10V 10.0 -KHzINPUT COMPARATOR 输入比较器Offset Voltage 偏移电压VIO0 TA +70 -3 10 mVBias Current 偏置电流IBIAS -80 -300 nAOffset Current 失调电流IIO -8 100 nACommon-Mode Range 共模范围VCM0 TA +70 -0.2 -VCC-2.0 VTIMER 定时器(引脚5) Timer Threshold Voltage 定时器阈值电压VTH -0.63 0.667 0.701 VCC Input Bias Current 输入偏置电流IBIASVCC=15V, 0VV5 9.9V -10 100 nAV5 = 10V -200 1000 nASaturation Voltage 饱和电压VSATI = 5mA -0.22 0.5 VCURRENT SOURCE 电流源(引脚1)Output Current 输出电流IORS = 14K, V1=0V 116 136 156 AChange with Voltage电压变化 IO/V10V V1 10V -0.2 1.0 ACurrent Source Off Leakage 泄漏电流源关闭ILKG -0.02 10.0 nAREFERENCE VOLTAGE 参考电压（引脚2 ）Reference Voltage 参考电压VREF -1.70 1.89 2.08 VDCStability vs Temperature 随温度的稳定性STT -60 -ppm/Stability vs Time, 1000Hours 稳定性随时间， 1000HoursSTT -0.1 -%LOGIC OUTPUT 逻辑输出(引脚 3)Saturation Voltage 饱和电压VSAT I = 5mA -0.15 0.50 V I = 3.2mA -0.10 0.40Off Leakage 关闭泄漏ILKG -0.05 1.0 ASUPPLY CURRENT 电源电流Supply Current 电源电流ICC VCC = 5V 1.5 3.0 6.0 mA VCC = 40V 2.0 4.0 8.0 应用电路：图2 高精度电压频率转换器，100kHz的满量程 图3 光照强度变换器 图4 简单的频率对电压转换器，100kHz的满量程 图5 M331封装图lm331应用电路图上图是由LM331等构成的电压/频率转换电路。LM331是由片内19v的基准电压、电流开关.比较器和触发器等构成的单片电压/频率转换集成电路.为了扩大量程范围,电路中增设A1运算放大器.基准电流IR由(Rl+R(RPl)进行设定，由于内部基准电压为19V，因此IR=l9V/(Rl+R(RPl)，通常的设定范围为100一500A。另外，电流开关输出(1脚)端的电流平均值I。与输人电流Ii相等。对于片内的充放电电路，当充电电压达到电源电压的2A时，电路复位，因此脉冲宽度等于11R4C3。由于输入电流Ii等于1lxR4xC3xf0xIR，输入电流Ii与振荡频率f0成比例，即输出频率f0与-Ui成比例。LM331 是美国NS 公司生产的性能价格