Double?integral A/D Converter with Reasonable Price and Practi cal Character

LIN Haoshun

(Land and Resources Information Center of FuJian Province, Fuzhou 350 001, China)

　　Key words: double?integral A/D converters; MCU; timer

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16位的定時器外接運放、比較器實現雙積分A/D轉換。原理圖如圖1所示(電源和5l單片機外圍電路同常規電路)，TL082是JFETINPUT運放；LM358作為比較器；MC4066是多路開關。51單片機P1口的P10、P11、P12作為輸出，控制MC4066多路開關的輸入選擇；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構成了積分器，U2B是過零檢測運放。VIN為輸入電壓，VREF為基準電壓，AGND為轉換器的參考零點。VREF和參考零點以R9、R10、R11分壓產生。
　　測量前，TK3=1、TK2=0、TK1=0，打開U1C、U1D模擬開關，使積分器輸入等于AGND，進入調零階段，第一次啟動轉換的時間為300ms；啟動以后調零時間為40ms。開始轉換時，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電壓VREF，電容C1開始通過R2向VREF逆向放電。當運放的輸出低于C2電容電壓時，比較器輸出反轉。然后，TK3=1、TK2=0、TK1=0，打開U1C、U1D模擬開關，又進入調零階段。設逆向充電的時間為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是基準參考電壓，AGND是轉換器的參考零點。積分器輸出波形如圖2所示。

?

　　程序由初始化程序、輸入捕捉中斷服務程序、TIME0中斷服務程序和調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，進行初始調零；進行正向積分時，關閉INT0，置TK3=0、TK2=0、TK1=1，開TIME0(設置TIME0工作在定時方式)，進行定時正向積分；正向積分完畢，設置定時TIME0工作在輸入捕獲方式，打開INT0，置TK3=0、TK2=1、TK1=0，進行反向積分，TIME0進行計時，利用另一個寄存器來計數定時器溢出次數；當比較器輸出反轉、INT0中斷產生時，單片機自動關斷TIME0，完成一次雙積分A／D轉換。AD值(HEX)=寄存器計數值*100+TIME0。
　　源程序清單如下：
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　?

　　(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板設計時模數電源的地要分開，單點相接；AD轉換部分元件連線盡可能短，這部分元件應與數字部分元件分開；PCB板應采用較厚銅箔的板材。
　　(3)保持PCB板和元件的清潔，模擬部分應涂上防水膠。
　　(4)積分電容應采用漏電小的聚丙烯電容，基準分壓電阻和積分電阻應采用溫度系數和噪聲較小的電阻。