基于8OC196的高精度、低成本A／D轉(zhuǎn)換

摘要：介紹了一種基于80C196單片機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換硬件電路和軟件實(shí)現(xiàn)， 利用80C196自帶的10位A／D轉(zhuǎn)換器和PWM輸出及簡單外圍電路，實(shí)現(xiàn)了高精度、高速A／D轉(zhuǎn)換。該方法同時具有成本低、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；A／D轉(zhuǎn)換；PWM信號；分辨率

0 引言
在智能化儀表中，A／D轉(zhuǎn)換器直接影響儀表的性能，A／D轉(zhuǎn)換器的性能主要在兩個方面，轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時間。目前常用的有逐次逼近型轉(zhuǎn)換器、并行轉(zhuǎn)換器、雙積分轉(zhuǎn)換器等。其中，雙積分A／D轉(zhuǎn)換器因?yàn)檗D(zhuǎn)換精度高、抗干擾性能強(qiáng)，并且價格相對較低，在數(shù)字測溫儀表以及工業(yè)現(xiàn)場的慢變信號數(shù)據(jù)采集中得到非常廣泛的應(yīng)用。但是雙積分A／D轉(zhuǎn)換器在實(shí)際應(yīng)用中仍有不足之處。由于其工作過程中零點(diǎn)漂移誤差、以及電容充放電造成的非線性，使得其如要獲得較高的精度，對電路中運(yùn)放、電阻、電壓基準(zhǔn)等元件的精確度和溫漂系數(shù)等指標(biāo)的要求就非常高，特別是它不適合快變信號的數(shù)據(jù)采集。而適合快變信號的高精度并行轉(zhuǎn)換器的價格太高，如12位精度的AD7874價格就十分昂貴。因此尋找一種高精度、高速且低成本的A／D轉(zhuǎn)換方法是有實(shí)用價值的。本文利用Intel公司單片機(jī)80C196自帶的10位A／D轉(zhuǎn)換器和PWM輸出，外加放大器、濾波器等簡單電路配合，實(shí)現(xiàn)了高精度(最高可達(dá)18位精度)、高速A／D轉(zhuǎn)換，滿足快變信號的A／D轉(zhuǎn)換要求。經(jīng)使用表明，該A／D轉(zhuǎn)換方法的性價比高，效果非常好。

1 80C196簡介
80C196是INTEL公司推出的一種準(zhǔn)16位單片機(jī)系列，常見的型號有80C196KB、80C196KC、80C196KT等，本文選用了80Cl96KB，與其他通用的單片機(jī)相比，80C196KB主要有以下特點(diǎn)：(1)片上232字節(jié)的寄存器兼有RAM和累加器的功能，克服了面向累加器引起的瓶頸問題，提高了執(zhí)行效率；(2)具有8通道10位A／D轉(zhuǎn)換器(逐次逼近型)，特別適合于智能儀表、控制系統(tǒng)等應(yīng)用領(lǐng)域；(3)脈寬調(diào)制輸出器PWM，PWM信號經(jīng)過積分就可以獲得直流輸出，可作為D／A轉(zhuǎn)換器使用，D／A轉(zhuǎn)換器的分辨率為8位；(4)高速輸入／輸出器(HSI／HSC)),HSI／HSO特別適合于測量和產(chǎn)生分辨力高達(dá)2us的脈沖；(5)16為監(jiān)視定時器(WDT)，即看門狗，有軟硬件故障時，WDT將使系統(tǒng)復(fù)位，提供了一種軟硬件故障的恢復(fù)能力；(6)可動態(tài)配置的總線，在運(yùn)行過程中，80C196KB總線可以動態(tài)地配置成8位或16位，以便適應(yīng)對外部存儲器進(jìn)行字節(jié)操作或字操作的不同需求。
80C196的特點(diǎn)決定了它很適合應(yīng)用于自動化儀表與控制，自帶的A／D可以方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，PWM可以輸出D／A信號，WDT保證了運(yùn)行的可靠性，HIS／HSO方便脈沖信號的測量與產(chǎn)生。80C196KB共有68管腳，采用PLCC型封裝，其管腳圖如圖1所示。