AD的另一种实现方式：压－频转换
本帖最后由 songjiao 于 2015-3-11 21:50 编辑从模拟信号到数字信号的转换，即AD转换，有好多种方式和途径，具体情况大家可以在网上搜索了解，这里不再重复。
其中有一类AD转换方式是：电压－频率转换，就是把电压信号转换为频率的方式。
压－频方式的AD转换器，其原理就是菜鸟也容易理解，可以用常见低价元件进行实验，容易和单片机结合实现计数。
因此，我就试着做了一次压－频转换实验。
我选择的电路是《新编555集成电路应用800例》中的一个：5－38《高精度线性电压/频率转换器》（第66－68页）
就是以555为核心转换器件，实现压－频转换，再辅以运放调节和高稳定性电源。
书中关于这个电路的具体描述如下：
在实验中发现书中的电路图有一处画的有误：就是运放A4的同相输入端和反相输入端要换过来，否则运放A1会饱和、不会有频率输出。
下面是改正后的电路图：
下面是用Altium Designer做的印刷板：
需要的元件种类和个数：
下面是我用洞洞板搭的实际实验板：
下面是做好后的测量数据：
输入电压是由电池通过可变电阻取得，用HP3478A测量；输出频率是用普通频率计。
下面是根据测量数据生成的线性度曲线（y轴为频率、x轴是电压）：
下面是相当于将上图分段，分别是0－40mV、30－170mV、100－350mV、150－350mV、160－350mV、250－350mV各段所对应的压频曲线和线性度。
可以看出：两头的两段是完全线性的，最差的线性度将近0.003%，在150－350mV这一段可以有0.001%的线性。
输入端小形（555的2脚）：
输出波形：
实验后的初步感觉：
1、压频转换是很灵敏的，意思是微伏级的信号也能在频率计上显示出频率较显著的变化。
2、压频转换的线性度确实还不错。
3、温度和电源的稳定性对输出频率影响显著。
4、使用普通频率计，难以精确的读出频率值，频率计是8位读数，通常只能读出前3位，后面的变化太快不好确定。
请大家对这次实验和测量数据进行分析点评，并对压频转换的方式发表看法和意见？
牛 关注 作为学习贴，还是很不错的 在那些地方可以应用。 有个IC专门干这事的，还可以反过来用，好像精度市0.01%的，不太清楚了 器件太普通，LT有专门的这种芯片
利用AD652实现高精度AD转换 本帖最后由 hnhuqiong 于 2015-3-11 19:47 编辑
LTC1043专门干这个，精度极高。
记得可以达到0.005%的精度，对元器件基本没有啥特殊要求，6-7个元件随便一搭配就可以出这个精度。
还有个经典的LM331，同样可逆，大约可以做到12位好像 日置的3520电桥就是用电压-频率转换来做ADC的 不知道温度影响咋样 LM331，专门干这事的。 我觉得电压在转换为频率以后，就不受中间电源电压影响了，自然电源电压的温漂也无关，那楼主有没有分析一下温漂的原因？ 大家分析一下压频曲线：在100mV－34KHz处为中心，有一个隆起，并向两边逐渐平滑下降。因此我觉得不像是测量误差或者测量仪表造成的，应是电路本身好像有个“谐振”点一样。
看电路图，有两处电路我不懂，就是C4与R9、C5与R10。大家分析一下是否与压频曲线有关？ 整体线性度为什么没达到设计指标呢 本帖最后由 songjiao 于 2015-3-15 16:13 编辑
终于摸索出了影响线性的一些因素
就是在前面提到的：以100mV为中心有一个突起，影响了整个曲线的线性度。
通过多次改变部分元件的数值和大量数据测量，终于发现C4、R9，C5、R10是关键。
当把 R9 和 R10 由原来的 680 欧，替换为 180 欧左右时，整个曲线几乎完全是一条直线了，也就是说线性已经很完美了。请看下面的图表：
输入电压从 0mV 到 550mV ，压频曲线是完全线性的。
备注：
1、RP1 用于调零；
2、RP2 影响最高输入电压，它由大变小时，输入电压的最大值将变大，比如RP2为1.8K时，最高可输入200mV，RP2为0时，最高可输入350mV。同时，RP2也影响输出频率。
3、该电路C3为1500pF时，最高输出频率可到 100KHz ，也是线性的，再高没有试验。
4、电源电压的稳定性，影响输出频率的稳定性，电源电压升高，输出频率降低、电压电压降低，输出频率升高。
此电路还有一个不足：就是随着输出频率不同，占空也改变，低频时占空比太小，高频时占空比太大。
如何使占空比变化较小呢？ songjiao 发表于 2015-3-15 10:58
此电路还有一个不足：就是随着输出频率不同，占空也改变，低频时占空比太小，高频时占空比太大。
如何使 ...
简单有效的方法，二分频即可，也就是使用高速的二进制计数器即可。
收益和技术都不错的
向楼主学习了 我就有点搞不懂了，你这么能折腾，为什么不直接用单片机内部的ADC，比这个简单多了，直接通过分压电阻分压给单片机的端口就可以了，直接使用内部的ADC，既然你懂编程，何必搞的这么麻烦？ 深山老妖 发表于 2015-4-22 15:17
我就有点搞不懂了，你这么能折腾，为什么不直接用单片机内部的ADC，比这个简单多了，直接通过分压电阻分压 ...
需要隔离的情况下，这个方法就非常有用了，这样就能用光耦传输，你总不能在热地也放个单片机吧。
学习了
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