由LM331构成单片机V_F精密数据采集电路

阻分别与 VCC、GN D 相连 ; 获得固定的比较电压 2 /3VCC。另 一个输入端 5脚接 Rt、Ct 相连 ;获得随 Ct 充电状态变化的电 压 V5。V5 与 2 /3VCC比较 ,当 Ct充电到 V5 > 2 /3VCC时 ,定时比 较器使片內 R - S触发器复位 。在 R - S触发器复位状态下电
IAVE = i ×t ×fout = Vx /RL 。又 V IN≈ VX ,故有 : i ×t ×fout≈ Vx /RL
fou t
=
RL
V IN ×i
×t
=
RL
×1.
1R t
V IN ×Ct ×1.
9 / (RS + RS′)
=
V IN 2. 09
×( R ×RL
S +R ×R t
S′) ×Ct
换器 。设定时 /计数器初值为 nC ,定时时间内计数器终值为 n′C ,则 fout = ( n′C - nC ) /0. 1。
V IN = fout /1000 = ( n′C - nC ) /100 绝对误差 △f = 1 / T = 1 /0. 1 = 10HZ
8031采样程序分为两部分 。 ( 1)启动定时 100m s; ( 2)定 时到读取计数器终值 nC →,并计算 fout
流开关断开 ,输出驱动晶体管截止 ,使 Ct 开始放电 。片內 R S触发器与定时比较器和复位晶体管以及外接 Rt、Ct 构成一 个单稳脉冲定时器 。定时周期 T = 1. 1Rt ×Ct。
当输入比较器的 V IN > VX 时 ,启动单稳脉冲定时器并导 通频率输出晶体管 ,使 3 脚连接的光电耦合器导通 。同时片
MOV TL0, #0H MOV TH0, #0H LOOP3: JNB P3. 5, LOOP3 ; T1 引脚上升沿到来前 ,延长 定时
CLR TF0 CLR TR0 CLR TR1 MOV A , #50H ADD A , TL0 MOV R0, A MOV A , #0C3H ADD A , TH0 MOV R1, A ; 取 ( 0C350H加上延长定时 ) MOV R2, TH1 ;取 MOV R3, TL1 R ET ⑵周期法 。V / F脉冲送入 8031 的 INT0或 INT1脚 。通过 测定 T0或 T1定时 /计数器在 V / F脉冲一个周期 T内 ,对定时 时钟脉冲 Tc的计数 nc, T = nc ×Tc。周期法适用于 V / F输出 频率范围较低情况 。, T0或 T1 定时脉冲 Tc = 12 /6MHZ = 2μS 。频率相对测量误差 δ= 1 / nc,当 fout = 10HZ时 ,δ = 1 / 50000 = 2 ×10 - 5 ,当 fout = 10KHZ时 ,δ= 1 / 50 = 2 ×10 - 3。V IN越低 , 误差 δ越小 。 程序 : BEGIN: NOP MOV TMOD , #08H ; T0定时方式 1, TR0决定 T0 工作
LM331V / F转换电路可作为计算机模拟电压输入通道 ,它 将电压信号转换成脉冲频率信号 ,输出频率严格正比于输入 电压 。通过一根 I/O 口线或作为中断源 ,计数输入 。符合 TTL 标准 ,采用光电耦合 ,具有良好的抗干扰能力 ,适用于远距离 传输 。V / F转换输入通道基本结构 ,如图 1所示 。
Ct = 0. 01μF
fou t ≈
2.
15 ×1000 ×V IN 09 ×100 ×1000 ×6. 8 ×1000 ×0.
01 ×0.
000001
=
1000 V IN 可得 :当 V IN = 1V 时 , fout = 1000HZ;当 V IN = 10V 时 , fout
= 10000HZ,线性度可达 0. 01%。 输入电压 V IN经一个 RC低通滤波器消除干扰 ,进入输入
采用 V / F转换器作为计算机接口 ,与 A /D 转换器相比有 许多优点 。LM131A /131、LM231A /LM231、LM331A /LM331 是 美国国家半导体公司 LMX31 电压频率转换器系列产品 。很 适用于作模数转换器 、精密频率和电压转换器 、长时间积分 器 、线性频率调制 /解调等功能电路 ,并可得到具有高水平的 精度 - 温度特性 。 1 电路功能及电路图
端 7脚 。RC滤波器截止频率 fo为 :
fo
=
V IN 2πR1 C1
=
2
×3.
14
×100
1 ×1000
×0.
4
×0.
≈ 000001
16H Z
RS、RL 、R t和 Ct直接影响转换结果 ,对元件精度有一定要求 , 可根据转换精度适当选择。RS、RL、R t和 Ct要选用低温漂的稳定 元件 , CL 虽对转换结果无影响 ,但应选择漏电流小的电容。 3 频率测量程序设计
内开关电源导通电流 i通过 1 脚向 CL 充电 , Vx 逐渐升高 ;当 Vx 上升到 V IN < Vx 时 ,电流 i关断 ,定时器自行复位 。 3脚连 接的光电耦合器截止 ,此时 CL 开始通过 RL 放电 ,直到再次
V IN >Vx。重复上述循环 ,在 3脚输出一个脉冲频率信号 。 注入 CL 的平均电流 IAVE = i ×t ×fout严格地等于 Vx /RL 。
Iout 精密电流输出 Rc 定时比较器输出
Rs
输出调节
Vx 比较阈值电压
Fout 频率输出
V in
输入电压
GND
地
V cc
电源
片内输入比较器的两个输入端 : 7脚接被测输入电压 V IN 。 6脚为阈值电压 VX 并与电流输出端 1 脚相连 。外接 RL 、CL 电路 。片内定时比较器两个输入端 :一个在片内通过 R、2R电
Abstract: This paper introduces an app lication of a voltage frequency converter formed a serial modulus converter, in2 cluding the singlechip computer along w ith its circuit of the interface and high definition frequency measurm ent design method. Achieve the transference of the analog signals from the digital signals which are the computer required. They are w idely used in intelligentized signals checking instrum ent and m eter, It can using by a few circuits form the V / F data acquisition channel and the p rogram control of circuit interface. Key words: V / F transform ation; m icro controller unit; frequency m easurement
LM331 的 3脚输出脉冲频率信号经光电耦合器隔离后送
入 8031,由程序对被测信号频率进行计数 ,或测定被测信号的
周期 ,即可有两种方法 。被测量信号频率 fout = 0 ～10KHZ,当 单片机系统时钟为 6MHZ时 , T0或 T1定时脉冲 fc = 6MHZ /12
= 500 KHZ,由测频公式 fout = nx / nc 3 fc ( nx 为被测信号计数 值 , nc 为定时脉冲计数值 ) ,当 nc 固定时 ,为频率法 ,当 nx 固 定时 ,为周期法 。
MCS系列单片机定时 /计数器为 16 位 ,可通过增加软件定时 位数解决 ,但使用的采样周期变长 。
⑵在整个频率范围内分辨率和精度是非均匀的 。 参考文献 : [ 1 ]杨振江 ,孙占彪. 智能仪器与数据采集系统中的新器件及 应用. 西安电子科技大学出版社 , 2001. [ 2 ]何立民. 单片机应用技术选编 ( 2) . 北京航空航天大学出 版社 , 2000. [ 3 ]何立民. MCS - 51系列单片机应用系统设计系统配置与接 口技术. 北京航空航天大学出版社 , 1998. [ 4 ]李昌禧. 智能仪表原理与设计. 化学工业出版社 , 2005.
MOV TL0, #00H MOV TH0, #00H LOOP1: NOP JNB P3. 2, LOOP1 ;等待被测信号的上升沿到来 , 起始同步 SETB TR0 ;若为 1,设置 TR0为 1。启动 T0 LOOP2: NOP
·51·
JB P3. 2, LOOP2 ;检测若是否为 0了 LOOP3: NOP
2007年 8月 第 24卷第 8期
湖北教育学院学报 Journal of Hubei Institute of Education
Aug. 2007 Vol. 24 No. 8
由 LM331构成单片机 V/ F精密数据采集电路
李建新 1 李聚春 2
(1, 2 武汉软件工程职业学院 , 武汉 430205)
图 3 同步计数时序
非同步计数 :δ= 1 / nc = 1 nx / nc nx
同步计数 :δ′= 1 / ( nc + 1) - 1 / nc = 1
1 / nc
nx
因 nc > nx ,故 δ′< δ,降低了误差 。
⑴频率法 。被测脉冲送入 8031 的 T1 定时 /计数器 ,若
T0定时 T = 0. 1秒 ,由 T = 2N , N≈ 10相当于 10位 A /D 转 10 KH Z
摘要 :本文介绍了一种电压频率转换器构成串行模数转换器的应用 ,包括单片计算机与其接口的电路和高精度频率 测量程序设计方法 。使用少量线路构成 V / F数据采集通道 ,程序控制电路接口 ,实现模拟信号高精度转换为计算机 要求的数字信号 。 关键词 : V / F转换 ;单片机 ;频率测量 中图分类号 : TP392 文献标识码 : A 文章编号 : 1007 - 1687 (2007) 08 - 0050 - 03
BEGIN: MOV TMOD , #51H ; T0方式 1定时 , T1方式外部 计数
MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H MOV TH1, #00H MOV TL1, #00H SETB P3. 5 SETB TR1 LOOP1: JNB P3. 5, LOOP1 ; T0定时的起始与 T1引脚上升 沿同步 SETB TR0 ;设置 TR0为 1。启动 T0定时 100mS LOOP2: JNB TF0, LOOP2 ;检测 T0定时 100M s, T0定时结 束
JNB P3. 2, LOOP3 ;检测若是否为 1,若为 1,一个 周期
CLR TR0 ;结束同步. 读定时计数 Nc值 MOV B , TH0 MOV A , TL0 MOV TL0, #00H MOV TH0, #00H R ET 4存在的问题 ⑴测量的频率范围内存在 0 ～7. 6HZ的死 区 , 原 因 是
图 2 LM331引脚 RS + RS,后形成基准电流 i = 1. 9 / (RS + RS, ) 。本例 i = 1. 9 /
·50·
收稿日期 : 2007 - 04 - 27 作者简介 :李建新 ( 1954 - ) ,男 ,湖南常宁人 ,副教授 ,高
级工程师 ,研究方向为光电检测 。
根据已知电路参数 RS + RS′= 15k, RL = 100k, Rt = 6. 8k,
由于定时的起始 、结束边沿与被测的计数脉冲边沿不同
步 ,将出现 ±1个被测的计数脉冲的误差 δ,误差 δ与被测量 信号频率 fout有关 , fout越低 ,误差 δ越大 。要实现高精度频率 测量 ,可采用同步计数技术来改善误差 δ。用频率低的被测信 号来控制定时计数的起始 、结束 (同步 ) ,此时产生的 ±1个脉 冲的误差 δ为 ±1个频率高的定时计数脉冲 ,降低了误差 δ。 同步计数时序见图 3, fout - 待测频率信号 , START - 定时信号 , nx - 待测频率信号计数 , nc - 定时计数 。
The V / F Da ta Acqu isition C ircu it for the S inglech ip M icrocom puter Besed on LM 331
L I J ian - xin L I Ju - chun (W uhan Institute of Software Engineering, W uhan 430205, China)
图 1a V / F转换输入通道基本结构
图 1b LM331构成单片机 V / F数据采集前向通道电原理图 2 电路工作原理
LM331引脚如图 2和下表所示 。片内能隙基准电路产生 1. 9V直流电压送到 2脚 ,并钳位在 1. 9V 上 。当 2脚外接
ห้องสมุดไป่ตู้
(12k + RS, ) , imax = 1. 9 /12k = 158μA , im in = 1. 9 /17k = 112 μA。