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基于单片机的双积分A/D转换器设计刘茂陈 汪曾冯璨 双积分A/D转换器的设计原理 基本原理： 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。 图1 组成框图 图2 工作原理波形图 硬件电路设计： 计算： 工作过程分为3个阶段 1).起始阶段t0—t1 2).采样阶段t1—t2 3).比较阶段t2—t3 图2 工作原理波形图 3.1 起始阶段 起始阶段( t 0 ~ t 1 )： 由逻辑控制电路先将图 3中电子开关 S4 接通 (其余断开 ), 使积分器输入电压 Ui= 0 , 则其输出电压 U0 = 0 ,作为初始状态,对应图 2中的 t 0 ~ t 1区间。 3.2采样阶段 采样阶段 ( t 1 ~ t 2 )： 设被测电压为 Ui 为负值。在 t1时刻,逻辑控制电路将电子开关 S1 接通,同时断开 S4。(图3)接入被测电压 Ui, 积分器作正向积分,输出电压 U01增加。同时逻辑控制电路的控制下释放时钟脉冲开始计数。设计数器的计数值为 6000 , 当计数的脉冲个数N1= 6000时, 即在 时刻单片机计数器有一进位脉冲,通过逻辑控制电路将开关 S1 断开, 获得定时时间间隔 T1 ,则 在t2时刻有 当 Ux为直流时,Uxi则有 可见积分器输出电压最大值与被测电压平均值成正比。 若单片机晶振为 6 MHz , 时钟脉冲周期为T0 =1 /6μs则： 所以 t 1 ~ t 2 区间是定时积分, T1 是预先设定的。 3.3比较阶段 比较阶段 t 2 ~ t 3 : 在t2时刻 S1断开,同时将 S2合上, 接入正的基准电压NR 1 (设+2.5V，图3)则积分器从 t 2开始对NR 1进行反向积分, 同时在 t 2 时刻计数器清零后重新开启,重新计数,计数结果送入内部寄存器保存备用。到 t 3 时刻,积分器输出电压 uo2 = 0 ,获得时间间隔 T2 , 在此期间内有 在 t 3时刻 ( 3)式与( 2)式联立,得 因为 UR、 T1均为固定值,则被测电压 Ui正比于时间间隔T2。若 T2期间计数的脉冲个数为N 2 , 则 这时 在数值上取 则 所以，如果基准电压UR选择恰当，被测电压就等于在T2期间计数的脉冲个数。 在t3时刻，Uo2=0，此时由过0比较器发出信号，通过逻辑控制电路停止计数，同时令寄存器释放脉冲数至译码显示电路，显示出最后测得的数值。 结束语 此A/D转换器对元件的要求低，除了对基准电压的稳定性有所要求外，对其它电子器件没有特殊的要求，成本较低，性价比较高。因此在一些数字测量仪表和现场数据采集中可以有有一定的应用。