一種廉價實用的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器
加入技術(shù)交流群
1原理
51系列單片機具有兩個以上16位雙通道定時器(TIME0和TIME1)，每個通道可選擇為輸入捕獲方式來測量脈寬。我們用片內(nèi)16位的定時器外接運放、比較器實現(xiàn)雙積分A/D轉(zhuǎn)換。原理圖如圖1所示(電源和5l單片機外圍電路同常規(guī)電路)，TL082是JFETINPUT運放；LM358作為比較器；MC4066是多路開關(guān)。51單片機P1口的P10、P11、P12作為輸出，控制MC4066多路開關(guān)的輸入選擇；INT0作為中斷輸入口，捕捉LM358比較器的輸出電平跳變。C1為積分電容，常取0.22μF左右的聚丙烯電容，R2為積分電阻，可取500k左右，U2A為積分運放，U2A、C1、R2構(gòu)成了積分器，U2B是過零檢測運放。VIN為輸入電壓，VREF為基準(zhǔn)電壓，AGND為轉(zhuǎn)換器的參考零點。VREF和參考零點以R9、R10、R11分壓產(chǎn)生。
測量前，TK3=1、TK2=0、TK1=0，打開U1C、U1D模擬開關(guān)，使積分器輸入等于AGND，進(jìn)入調(diào)零階段，第一次啟動轉(zhuǎn)換的時間為300ms；啟動以后調(diào)零時間為40ms。開始轉(zhuǎn)換時，TK3=0、TK2=0、TK1=1，積分器輸入接至輸入電壓，使VIN通過積分電阻R2向C1充電，設(shè)積分時間為T。然后，將TK3=0、TK2=1、TK1=0，即積分器輸入接至基準(zhǔn)電壓VREF，電容C1開始通過R2向VREF逆向放電。當(dāng)運放的輸出低于C2電容電壓時，比較器輸出反轉(zhuǎn)。然后，TK3=1、TK2=0、TK1=0，打開U1C、U1D模擬開關(guān)，又進(jìn)入調(diào)零階段。設(shè)逆向充電的時間為t，則有
上式中VIN是被測電壓，T是正向積分時間，t是反向積分時間，VREF是基準(zhǔn)參考電壓，AGND是轉(zhuǎn)換器的參考零點。積分器輸出波形如圖2所示。
點擊看原圖
2軟件結(jié)構(gòu)
程序由初始化程序、輸入捕捉中斷服務(wù)程序、TIME0中斷服務(wù)程序和調(diào)用該程序模塊的接口程序組成。
程序初始化時，置TK3=1、TK2=0、TK1=0，軟件300ms延時，進(jìn)行初始調(diào)零；進(jìn)行正向積分時，關(guān)閉INT0，置TK3=0、TK2=0、TK1=1，開TIME0(設(shè)置TIME0工作在定時方式)，進(jìn)行定時正向積分；正向積分完畢，設(shè)置定時TIME0工作在輸入捕獲方式，打開INT0，置TK3=0、TK2=1、TK1=0，進(jìn)行反向積分，TIME0進(jìn)行計時，利用另一個寄存器來計數(shù)定時器溢出次數(shù)；當(dāng)比較器輸出反轉(zhuǎn)、INT0中斷產(chǎn)生時，單片機自動關(guān)斷TIME0，完成一次雙積分A／D轉(zhuǎn)換。AD值(HEX)=寄存器計數(shù)值*100+TIME0。
源程序清單如下：
3工藝上應(yīng)注意的問題
(1)充放電時間(T和t)一般不能超過2RC。超過時線性誤差會增大。
(2)PCB板設(shè)計時模數(shù)電源的地要分開，單點相接；AD轉(zhuǎn)換部分元件連線盡可能短，這部分元件應(yīng)與數(shù)字部分元件分開；PCB板應(yīng)采用較厚銅箔的板材。
(3)保持PCB板和元件的清潔，模擬部分應(yīng)涂上防水膠。
(4)積分電容應(yīng)采用漏電小的聚丙烯電容，基準(zhǔn)分壓電阻和積分電阻應(yīng)采用溫度系數(shù)和噪聲較小的電阻。
評論