引言

　　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，一般采用AD574或ADC0809等芯片組成的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和ADC0809等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)計(jì)算機(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  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。

　　一、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  簡(jiǎn)單的一種高  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，其引腳框圖如圖1所示。

　　圖1 LM331邏輯框圖

　　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) 的輸入范圍-VCC～0V，頻率范圍為1～500KHZ，非線性低于0.01％。模擬信號(hào) 經(jīng)積分器LF356積分處理后，在INPUT端變成與輸入電壓 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)，F(xiàn)OUT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  ，為克服此缺點(diǎn)，高  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LF356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 或FOUT變化，因此有很高的線性度。

　　二、頻率-數(shù)字信號(hào)變換

　　模擬信號(hào)經(jīng)壓/頻轉(zhuǎn)換器LM331，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，有計(jì)算機(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)器可以使用計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)/定時(shí)端口，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)?；鶞?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。

　　三、 計(jì)算機(jī)軟件編程

　　LM331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T0端口連接，定時(shí)器T1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T1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)。簡(jiǎn)要程序及說(shuō)明如下：

　主程序MAIN設(shè)置定時(shí)器T0、T1工作方式分別為16位計(jì)數(shù)和定時(shí)，并置初值，T1開中斷，T1的定時(shí)時(shí)間根據(jù)轉(zhuǎn)換  需要而定，如果取轉(zhuǎn)換  為12位，  頻率為100KHZ，計(jì)滿量程時(shí)間為FFFH/100K=8.192ms.單片機(jī)采用12MHZ晶振時(shí)，機(jī)器周期＝1?s，定時(shí)初值為：

　　調(diào)DATA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12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13位，14位等。

　　四、結(jié)論

　　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  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，價(jià)格便宜幾倍。