基于8OC196的高精度、低成本A／D轉(zhuǎn)換

2 A／D轉(zhuǎn)換的硬件實(shí)現(xiàn)
利用80C196KB自帶的10位A／D轉(zhuǎn)換器和PWM輸出，實(shí)現(xiàn)高精度A／D轉(zhuǎn)換的原理如下：假設(shè)傳感器提供的信號(hào)為Vs，經(jīng)放大后提供給A／D轉(zhuǎn)換器信號(hào)為As，A／D轉(zhuǎn)換的結(jié)果為Rd，A／D轉(zhuǎn)換的舍入誤差為Ed，對(duì)于逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換有0≤Edlbit，若As對(duì)應(yīng)的真實(shí)數(shù)字量為Ad，則有：Ad=Rd+Ed，所以有：Ad-Rd=Ed，在此，Rd信號(hào)由10位A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果舍掉后兩位后得到，它作為A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位，然后由PWM信號(hào)輸出，經(jīng)濾波后得到Rd的模擬量RA，取As與RA的差分信號(hào)Es=As-RA，放大28倍后再次A／D轉(zhuǎn)換，第二次轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量作為低10位數(shù)字量，兩次A／D轉(zhuǎn)換的結(jié)果合成后可以達(dá)到18位精度，其電路實(shí)現(xiàn)如圖2所示。該圖經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和實(shí)際運(yùn)行證明性能良好，具有實(shí)用性和參考價(jià)值。

圖中，運(yùn)算放大器H1和H2構(gòu)成了差分放大器，H1和H2應(yīng)選用性能較好的運(yùn)算放大器，該電路具有極高的共模抑制比，傳感器信號(hào)Vs經(jīng)過(guò)差分放大器放大后得到As，As連接到80C196KB的0號(hào)A／D通道輸入口ACH0，A／D轉(zhuǎn)換后得到高8位數(shù)字量；80C196KB的PWM輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)U2與E2構(gòu)成的濾波器濾波后，得到直流信號(hào)Rd，這就是80C196KB通過(guò)PWM進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換的典型電路；運(yùn)算放大器H3構(gòu)成的電路實(shí)現(xiàn)Es×28，該信號(hào)連接到80C196KB的1號(hào)A／D通道輸入口ACH1，完成Es的A／D轉(zhuǎn)換，得到低位數(shù)字量。通過(guò)軟件合并高位數(shù)字量和低位數(shù)字量即可實(shí)現(xiàn)高精度A／D轉(zhuǎn)換。

3 A／D轉(zhuǎn)換的軟件實(shí)現(xiàn)
為保證實(shí)時(shí)性，A／D轉(zhuǎn)換的軟件通過(guò)中斷方式實(shí)現(xiàn)，首先主程序在初始化中設(shè)定定時(shí)器和A／D中斷工作模式，定時(shí)器中斷到來(lái)時(shí)啟動(dòng)0通道A／D轉(zhuǎn)換。A／D中斷時(shí)，判斷A／D的通道號(hào)，當(dāng)0通道ACH0中斷時(shí)，讀取并保存A／D結(jié)果的高8位，通過(guò)PWM輸出該結(jié)果，然后啟動(dòng)下一次l通道ACHl的A／D轉(zhuǎn)換；當(dāng)ACHl中斷時(shí)，讀取A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果并與高8位合并，得到最終結(jié)果。
當(dāng)采用12MHz晶振時(shí)，80C196KB的A／D轉(zhuǎn)換時(shí)間為22us，PWM輸出周期是64us，PWM信號(hào)輸出后，為使D／A結(jié)果穩(wěn)定后再啟動(dòng)ACHl，延時(shí)了3倍PWM周期，整個(gè)A／D轉(zhuǎn)換時(shí)間(包括A／D轉(zhuǎn)換時(shí)間和軟件運(yùn)行時(shí)間)可以在1ms內(nèi)完成。A／D中斷服務(wù)程序的流程框圖如圖3所示。初始化程序和定時(shí)器中斷服務(wù)程序較簡(jiǎn)單，流程圖略。

4 結(jié)束語(yǔ)
利用80C196KB單片機(jī)的內(nèi)置10位A／D轉(zhuǎn)換器和PWM信號(hào)，輔以簡(jiǎn)單的放大電路和濾波電路實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。這種方法成本低、精度高、速度快、容易實(shí)現(xiàn)，具有較高的實(shí)用價(jià)值。該A／D轉(zhuǎn)換方法在我單位研制的全自動(dòng)數(shù)控對(duì)刀儀上得到成功應(yīng)用。