摘要:本文主要介绍一种应用v/f转换器lm331实现a/d转换的电路,本电路价格低廉，外围电路简单, 适合应用在转换速度不太高的场合应用.本文包括硬件电路和软件程序的实现.
关键词:a/d转换器,v/f转换器, 高精度.

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4～40v。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。

二.a/d转换原理

1.电压-频率转换

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-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。

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