基于單片機(jī)的雙積分型A／D電路設(shè)計(jì)

(2)積分階段：對模擬輸入電壓Uin進(jìn)行固定時(shí)間積分，積分時(shí)長T1，由A／D的精度決定，精度越高積分時(shí)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(jìn)行定時(shí)積分后，再對零電平進(jìn)行反向積分直到比較器的輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)，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(shù)，即對零電平的積分時(shí)間T0與模擬輸入電壓U成正比，T0即為所求值。具體轉(zhuǎn)換波形如圖4所示。

3)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器T0分別控制對基準(zhǔn)電壓和模擬電壓的定時(shí)積分，計(jì)數(shù)器T1用來記錄反向積分時(shí)間，P1．0、P1．1、P1．2控制多路選擇開關(guān)的通道，且單片機(jī)以查詢方式檢測比較器的輸出電平。以上分析可知該系統(tǒng)A／D轉(zhuǎn)換流程圖如圖5所示。

3 電路特點(diǎn)分析

由上述分析可知，模擬電壓U大于基準(zhǔn)電壓U1時(shí)，在對模擬電壓U定時(shí)積分后對零電平進(jìn)行定值積分，波形圖如圖4所示。而當(dāng)模擬電壓U小于基準(zhǔn)電壓U1時(shí)，在對模擬電壓U定時(shí)積分后應(yīng)對U0進(jìn)行定值積分，只需在軟件設(shè)計(jì)上加以區(qū)別或提供負(fù)值的基準(zhǔn)電壓即可。本電路充分利用了單片機(jī)成本低廉、可靠性高的優(yōu)勢，主要元件僅僅為一個(gè)單片機(jī)89C5 1、一個(gè)多通道模擬開關(guān)CD4051、一個(gè)四運(yùn)放LM324，因而結(jié)構(gòu)簡單，性價(jià)比高。實(shí)際應(yīng)用表明，此雙積分型A／D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)是工作性能穩(wěn)定并且抗干擾能力比較強(qiáng)，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(xù)快速變化的信號。

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)電路保留了雙積分A／D轉(zhuǎn)換的主要特點(diǎn)，且整個(gè)電路構(gòu)成的成本非常低廉。只要合理選擇、調(diào)整電路參數(shù)，減少數(shù)據(jù)處理誤差，就可以進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換精度和速度，且具有轉(zhuǎn)換過程簡單、轉(zhuǎn)換精度高和成本低等突出的特點(diǎn)。因此在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其他應(yīng)用系統(tǒng)中有很好的使用價(jià)值。

本文創(chuàng)新點(diǎn)：本文采用了多路選擇開關(guān)CD4051實(shí)現(xiàn)了積分器輸入變量的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)控制其通道的選擇，完成了清零、積分、比較各環(huán)節(jié)，完成雙積分A／D，此電路具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。