基于8OC196的高精度、低成本A／D轉(zhuǎn)換

2 A／D轉(zhuǎn)換的硬件實現(xiàn)
利用80C196KB自帶的10位A／D轉(zhuǎn)換器和PWM輸出，實現(xiàn)高精度A／D轉(zhuǎn)換的原理如下：假設(shè)傳感器提供的信號為Vs，經(jīng)放大后提供給A／D轉(zhuǎn)換器信號為As，A／D轉(zhuǎn)換的結(jié)果為Rd，A／D轉(zhuǎn)換的舍入誤差為Ed，對于逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換有0≤Edlbit，若As對應(yīng)的真實數(shù)字量為Ad，則有：Ad=Rd+Ed，所以有：Ad-Rd=Ed，在此，Rd信號由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信號輸出，經(jīng)濾波后得到Rd的模擬量RA，取As與RA的差分信號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)果合成后可以達到18位精度，其電路實現(xiàn)如圖2所示。該圖經(jīng)實驗驗證和實際運行證明性能良好，具有實用性和參考價值。

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

3 A／D轉(zhuǎn)換的軟件實現(xiàn)
為保證實時性，A／D轉(zhuǎn)換的軟件通過中斷方式實現(xiàn)，首先主程序在初始化中設(shè)定定時器和A／D中斷工作模式，定時器中斷到來時啟動0通道A／D轉(zhuǎn)換。A／D中斷時，判斷A／D的通道號，當(dāng)0通道ACH0中斷時，讀取并保存A／D結(jié)果的高8位，通過PWM輸出該結(jié)果，然后啟動下一次l通道ACHl的A／D轉(zhuǎn)換；當(dāng)ACHl中斷時，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，80C196KB的A／D轉(zhuǎn)換時間為22us，PWM輸出周期是64us，PWM信號輸出后，為使D／A結(jié)果穩(wěn)定后再啟動ACHl，延時了3倍PWM周期，整個A／D轉(zhuǎn)換時間(包括A／D轉(zhuǎn)換時間和軟件運行時間)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。初始化程序和定時器中斷服務(wù)程序較簡單，流程圖略。

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