單片機(jī)實(shí)現(xiàn)低成本A/D轉(zhuǎn)換

在前面的文章中分別介紹了兩種用普通單片機(jī)實(shí)現(xiàn)低成本A/D轉(zhuǎn)換的方法，這兩種方法中在單片機(jī)的外部都要使用到一個(gè)比較器，在本文中繼續(xù)向大家介紹低成本的A/D轉(zhuǎn)換的一種方法，只是這種方法成本會(huì)更低，而且外部無(wú)需使用比較器。此種方法的A/D轉(zhuǎn)換精度不高，只有6～7bit，并且被測(cè)電壓范圍較為有限，但在某些精度要求不高，且被測(cè)電壓值變化不大的場(chǎng)合也很有實(shí)用價(jià)值，比如溫度測(cè)量方面。

其電路如圖一所示：

其工作原理說(shuō)明如下：

1、硬件說(shuō)明：

圖一中的R1、R2和C1構(gòu)成RC充電電路，被測(cè)量通過(guò)R1、R2對(duì)C1充電。N1為單片機(jī)，本電路中采用MICROCHIP的PIC12C508A來(lái)舉例說(shuō)明。C2為給電源供電用的濾波電路，VD1為保護(hù)用穩(wěn)壓二極管，以避免輸入電壓過(guò)高而損壞單片機(jī)。

2、A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程：

首先GP5輸出低電平，使電容C1上的電量完全放光，隨后GP5即轉(zhuǎn)變?yōu)檩斎霠顟B(tài)，此時(shí)單片機(jī)開(kāi)始計(jì)時(shí)，被測(cè)電壓經(jīng)過(guò)R1、R2電阻對(duì)電容C1進(jìn)行充電，電容C1上的電壓會(huì)逐漸升高，C1上的電壓U滿(mǎn)足以下公式：

其中U為電容C1上的電壓，E為輸入電壓(被測(cè)量)，T=(R1+R2)*C1，t為時(shí)間。

當(dāng)C1上的電壓U達(dá)到單片機(jī)I/O腳的門(mén)嵌電壓時(shí)，單片機(jī)的GP5由低電平狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)。記錄從充電開(kāi)始至此時(shí)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間t。

從上式可知，當(dāng)單片機(jī)I/O腳的門(mén)嵌電壓、R1、R2、C1值都固定不變時(shí)，被測(cè)量的電壓值E與時(shí)間t呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

因此測(cè)量輸入電壓對(duì)C1電容充電到門(mén)嵌電壓的時(shí)間，進(jìn)行查表計(jì)算，就可以得到被測(cè)電壓值，從而實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。

3、A/D轉(zhuǎn)換誤差分析及解決辦法：

A/D轉(zhuǎn)換的誤差主要由以下幾個(gè)方面決定，分別說(shuō)明如下：

(1)單片機(jī)的電源電壓VDD：在該A/D轉(zhuǎn)換中，VDD電壓變化較大時(shí)有可能造成I/O口的門(mén)嵌電壓發(fā)生變化，不過(guò)其影響較小。

(2)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器對(duì)C1電容上電壓上升時(shí)間的測(cè)量偏差：該測(cè)量偏差是A/D轉(zhuǎn)換誤差的主要因素。