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双积分A/D转换技术(MC68HC908GP32)
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双积分是一种常用的A/D转换技术,具有精度高,抗干扰能力强等优点。但高精度的双积分A/D芯片,价格较贵,增加了单片机系统的成本。本文介绍了以MC68HC908GP32为例,利用单片机的16位定时器构成的高精度、低成本的双积分A/D转换技术。 原理MC68HC908GP32是MOTOROLA公司生产的8位单片机,具有以下特点:32K的片内FLASH 程序存储器,512B片内RAM,8M的内部总线频率,两个16位双通道定时器接口模块(TIM1和TIM2),每个通道可选择为输入捕获、输出捕获和PWM,8路8位A/D转换器。当需大于8位的A/D转换时,我们可用片内16位的定时器外接运放、比较器和多路开关实现双积分A/D转换。 原理图如图1所示,运放为LM311、比较器为LM339、多路开关为MC14052。MC68HC908GP32单片机的PTD5、PTD4作为输出控制MC14052多路开关的输入选择。PTD7作为输入口,捕捉LM339比较器的输出跳变。C为积分电容,常取0.1μF左右的聚丙烯电容,R为积分电阻,可取100K左右,Vi为输入电压,-E为负的基准电压。 测量前,PTD5、PTD4 = 00,使得运放的输入与输出短路,电容C放电,运放的输出电压为0。开始转换时,PTD5、PTD4 = 10,积分器输入接至输入电压,使Vi通过电阻R向C充电,设积分时间为T,然后将PTD5、PTD4 = 11,即积分器输入接至基准电压(-E),电容C开始通过R向-E逆向充电,当运放的输出低于0V时,比较器输出反转,设逆向充电的时间为t,则有 Vi = t / T´E 软件结构 设置定时T1通道0工作在输出比较方式,输出比较值为T,定时器T2通道1工作在输入捕捉方式。置PTD5、PTD4= 00,软件10ms延时,使电容C放电;置位PTD5,开定时器1,开定时器2,使电容充电;当定时器T1到达输出比较值是自动置位PTD4,使负电源(-E)对电容的逆向充电,直到PTD7翻转为至,完成一次双积分A/D转换。 程序由初始化程序和输入捕捉中断服务组成,初始化流程图如下: 输入比较中断服务程序读出捕捉值。 逆向充电时间=捕捉值+溢出值-比较值。滤波后,定标,根据公式计算既可得到Vi 初始化程序如下: T1CH0作为输出比较,10MS LDA #%00110001 ;8M系统总线,1/2分频,TSTOP,TRES STA T1SC LDA #$9C STA T1CHOH LDA #$40 STA T1CHOL LDA #%00011100 ;初始PD4=0,比较成功后 PD4=1 STA T1SCO T2CH1作为输入捕捉 LDA #%01110001 ;1/2分频,TSTOP,TRES,溢出中断 STA T2SC LDA #%01001000 STA T2SC1 开定时器T1,T2 LDA % 00000010 STA T1SC LDA % 01000010 ; 允许T2溢出中断 STA T2SC 特点1.分辨率高:A/D转换的分辨率取决于定时器的计数值,MC68HC908GP32的定时器为16位的,故很容易实现16位的分辨率,若利用另一个寄存器来计数,定时器T的溢出次数,则可实现多于16位的A/D转换。 2. 精度:该双积分的A/D转换采用了输出比较及输入捕捉,定时精确高,A/D精度较好,线性度较好。 3.转换时间与分辨率和充放电时间T有关,T越大,分辨率越高,转换时间越长。同双积分的A/D芯片相比较,转换速度较快。 4.抗干扰能力。通过积分方法来测量电压,本身具有了滤波功能,可滤去各种尖脉冲干扰,对于50Hz的交流干扰,可取T=20ms的整数倍,由于一个周期内的交流电的平均值为0,则可滤去。 |
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