基于单片机的双积分A_D转换器设计

第8卷第1期 兰州石化职业技术学院学报 2008年3月JournalofLanzhouPetrochemicalCollegeofTechnology

Vo.l8No.1

Mar.,2008

文章编号:1671-4067(2008)01-0037-03

基于单片机的双积分A/D转换器设计

张宏

(兰州石化职业技术学院电子电气工程系,甘肃兰州730060)

摘 要:双积分型A/D转换器,具有精度高,抗干扰能力强等优点。但高位数的双积分A/D芯片,价格较贵,限制了它的广泛使用。提出用51系列单片机控制分立器件实现廉价双积分A/D转换器,给出了硬件电路以及转换数据的定量计算过程及提高精度的的方法。利用该转换器可实现多位数A/D转换,并且容易实现电气隔离。

关键词:A/D转换器;单片机;计数器;精度

中图分类号:TP368 1 文献标志码:A

0 引言

A/D转换器是仪器仪表与电子设备实现数字化的必要部件,也是计算机应用系统中一种重要的功能接口。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义,仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准,而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。模数转换器最重要的参数是转换的精度,通常用输出的数字信号的位数的多少表示。转换器能够准确输出的数字信号的位数越多,表示转换器能够分辨输入信号的能力越强,转换器的性能也就越好。目前常用的A/D转换器有逐次逼近型转换器、并行转换器、跟踪型转换器、双积分转换器等。其中,双积分A/D转换器因为转换精度高、抗干扰能力强,在数字电压表、数字测温仪表以及工业现场的实时信号采集中得到非常广泛的应用。但高位数的A/D转换器价格相对较高。利用单片机控制能力强的特点,控制分离器件可实现多位数A/D转换器。

图1 A/D转换器组成框图

双积分A/D转换器的基本原理是对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分,将输入电压平均值变成与之成正比的时间间隔。然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔,进而得到相应的数字量输出。由于该转换电路是对输入电压的平均值进行变换,因此它具有很强的抗工频干扰能力。

具体转换进程如图1所示,电路先对未知的输入电压作固定时间的积分,固定时间为;然后转换为对基准电源提供的标准电压进行反向积分,直到积分器的输出电压为零,从反向积分开始到过零点的积分时间为(对时钟脉冲计数获得),则与输入电压大小成正比

[1]

。

图2为双积分A/D转换器工作原理波形图。对应两个不同的负电压A和B(假定基准电压为正),分别有正比于电压值的反向积分时间T2和T 2。采用公式:Ui=-NR1Ti/T1

就可以计算待转换摸拟电压的值。对应于A段电压,有UA=-NR1T2/T1;对应B段电压,有UB-NR1T T1。2/

1 双积分A/D转换器的原理

双积分A/D转换器的组成框图如图1所示。

收稿日期:2008-02-02

作者简介:张 宏(1966-),男,甘肃甘谷人,讲师