基于單片機的雙積分型A／D電路設計

(2)積分階段：對模擬輸入電壓Uin進行固定時間積分，積分時長T1，由A／D的精度決定，精度越高積分時間越長，此階段積分器的輸出電壓

(3)比較階段：對模擬輸入電壓進行定時積分后，再對零電平進行反向積分直到比較器的輸出發生翻轉，此階段積分器的輸出電壓為由比較器原理得U10=U1，由此可得

其中T1、U0、R、C、U1均為常數，即對零電平的積分時間T0與模擬輸入電壓U成正比，T0即為所求值。具體轉換波形如圖4所示。

3)軟件設計

單片機內部定時器T0分別控制對基準電壓和模擬電壓的定時積分，計數器T1用來記錄反向積分時間，P1．0、P1．1、P1．2控制多路選擇開關的通道，且單片機以查詢方式檢測比較器的輸出電平。以上分析可知該系統A／D轉換流程圖如圖5所示。

3 電路特點分析

由上述分析可知，模擬電壓U大于基準電壓U1時，在對模擬電壓U定時積分后對零電平進行定值積分，波形圖如圖4所示。而當模擬電壓U小于基準電壓U1時，在對模擬電壓U定時積分后應對U0進行定值積分，只需在軟件設計上加以區別或提供負值的基準電壓即可。本電路充分利用了單片機成本低廉、可靠性高的優勢，主要元件僅僅為一個單片機89C5 1、一個多通道模擬開關CD4051、一個四運放LM324，因而結構簡單，性價比高。實際應用表明，此雙積分型A／D轉換器的特點是工作性能穩定并且抗干擾能力比較強，但從原理分析可知，該電路存在固有的延遲，因此不適合采集連續快速變化的信號。

4 結束語

本設計電路保留了雙積分A／D轉換的主要特點，且整個電路構成的成本非常低廉。只要合理選擇、調整電路參數，減少數據處理誤差，就可以進一步提高轉換精度和速度，且具有轉換過程簡單、轉換精度高和成本低等突出的特點。因此在數據采集系統及其他應用系統中有很好的使用價值。

本文創新點：本文采用了多路選擇開關CD4051實現了積分器輸入變量的轉換，單片機控制其通道的選擇，完成了清零、積分、比較各環節，完成雙積分A／D，此電路具有結構簡單，成本低廉，穩定性好的特點。