一種廉價(jià)實(shí)用的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器
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1原理
51系列單片機(jī)具有兩個(gè)以上16位雙通道定時(shí)器(TIME0和TIME1)，每個(gè)通道可選擇為輸入捕獲方式來(lái)測(cè)量脈寬。我們用片內(nèi)16位的定時(shí)器外接運(yùn)放、比較器實(shí)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(jī)外圍電路同常規(guī)電路)，TL082是JFETINPUT運(yùn)放；LM358作為比較器；MC4066是多路開(kāi)關(guān)。51單片機(jī)P1口的P10、P11、P12作為輸出，控制MC4066多路開(kāi)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(yùn)放，U2A、C1、R2構(gòu)成了積分器，U2B是過(guò)零檢測(cè)運(yùn)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(diǎn)。VREF和參考零點(diǎn)以R9、R10、R11分壓產(chǎn)生。
測(cè)量前，TK3=1、TK2=0、TK1=0，打開(kāi)U1C、U1D模擬開(kāi)關(guān)，使積分器輸入等于AGND，進(jìn)入調(diào)零階段，第一次啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的時(shí)間為300ms；啟動(dòng)以后調(diào)零時(shí)間為40ms。開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)，TK3=0、TK2=0、TK1=1，積分器輸入接至輸入電壓，使VIN通過(guò)積分電阻R2向C1充電，設(shè)積分時(shí)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(kāi)始通過(guò)R2向VREF逆向放電。當(dāng)運(yùn)放的輸出低于C2電容電壓時(shí)，比較器輸出反轉(zhuǎn)。然后，TK3=1、TK2=0、TK1=0，打開(kāi)U1C、U1D模擬開(kāi)關(guān)，又進(jìn)入調(diào)零階段。設(shè)逆向充電的時(shí)間為t，則有
上式中VIN是被測(cè)電壓，T是正向積分時(shí)間，t是反向積分時(shí)間，VREF是基準(zhǔn)參考電壓，AGND是轉(zhuǎn)換器的參考零點(diǎn)。積分器輸出波形如圖2所示。
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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(shí)，置TK3=1、TK2=0、TK1=0，軟件300ms延時(shí)，進(jìn)行初始調(diào)零；進(jìn)行正向積分時(shí)，關(guān)閉INT0，置TK3=0、TK2=0、TK1=1，開(kāi)TIME0(設(shè)置TIME0工作在定時(shí)方式)，進(jìn)行定時(shí)正向積分；正向積分完畢，設(shè)置定時(shí)TIME0工作在輸入捕獲方式，打開(kāi)INT0，置TK3=0、TK2=1、TK1=0，進(jìn)行反向積分，TIME0進(jìn)行計(jì)時(shí)，利用另一個(gè)寄存器來(lái)計(jì)數(shù)定時(shí)器溢出次數(shù)；當(dāng)比較器輸出反轉(zhuǎn)、INT0中斷產(chǎn)生時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)關(guān)斷TIME0，完成一次雙積分A／D轉(zhuǎn)換。AD值(HEX)=寄存器計(jì)數(shù)值*100+TIME0。
源程序清單如下：
3工藝上應(yīng)注意的問(wèn)題
(1)充放電時(shí)間(T和t)一般不能超過(guò)2RC。超過(guò)時(shí)線性誤差會(huì)增大。
(2)PCB板設(shè)計(jì)時(shí)模數(shù)電源的地要分開(kāi)，單點(diǎn)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(kāi)；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(píng)論