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基于80C196的高精度、低成本A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)

作者: 時間:2010-09-12 來源:網(wǎng)絡 收藏

0 引言

在智能化儀表中,器直接影響儀表的性能,器的性能主要在兩個方面,轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時間。目前常用的有逐次逼近型轉(zhuǎn)換器、并行轉(zhuǎn)換器、雙積分轉(zhuǎn)換器等。其中,雙積分器因為轉(zhuǎn)換精度高、抗干擾性能強,并且價格相對較低,在數(shù)字測溫儀表以及工業(yè)現(xiàn)場的慢變信號數(shù)據(jù)采集中得到非常廣泛的應用。但是雙積分A/D轉(zhuǎn)換器在實際應用中仍有不足之處。由于其工作過程中零點漂移誤差、以及電容充放電造成的非線性,使得其如要獲得較高的精度,對電路中運放、電阻、電壓基準等元件的精確度和溫漂系數(shù)等指標的要求就非常高,特別是它不適合快變信號的數(shù)據(jù)采集。而適合快變信號的高精度并行轉(zhuǎn)換器的價格太高,如12位精度的AD7874價格就十分昂貴。因此尋找一種高精度、高速且低成本的A/D轉(zhuǎn)換方法是有實用價值的。本文利用Intel公司80C196自帶的10位A/D轉(zhuǎn)換器和PWM輸出,外加放大器、濾波器等簡單電路配合,實現(xiàn)了高精度(最高可達18位精度)、高速A/D轉(zhuǎn)換,滿足快變信號的A/D轉(zhuǎn)換要求。經(jīng)使用表明,該A/D轉(zhuǎn)換方法的性價比高,效果非常好。

1 80C196簡介

80C196是INTEL公司推出的一種準16位系列,常見的型號有80C196KB、80C196KC、80C196KT等,本文選用了80Cl96KB,與其他通用的相比,80C196KB主要有以下特點:(1)片上232字節(jié)的寄存器兼有RAM和累加器的功能,克服了面向累加器引起的瓶頸問題,提高了執(zhí)行效率;(2)具有8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器(逐次逼近型),特別適合于智能儀表、控制系統(tǒng)等應用領域;(3)脈寬調(diào)制輸出器PWM,經(jīng)過積分就可以獲得直流輸出,可作為D/A轉(zhuǎn)換器使用,D/A轉(zhuǎn)換器的為8位;(4)高速輸入/輸出器(HSI/HSC)),HSI/HSO特別適合于測量和產(chǎn)生分辨力高達2us的脈沖;(5)16為監(jiān)視定時器(WDT),即看門狗,有軟硬件故障時,WDT將使系統(tǒng)復位,提供了一種軟硬件故障的恢復能力;(6)可動態(tài)配置的總線,在運行過程中,80C196KB總線可以動態(tài)地配置成8位或16位,以便適應對外部存儲器進行字節(jié)操作或字操作的不同需求。

80C196的特點決定了它很適合應用于自動化儀表與控制,自帶的A/D可以方便的進行數(shù)據(jù)采集,PWM可以輸出D/A信號,WDT保證了運行的可靠性,HIS/HSO方便脈沖信號的測量與產(chǎn)生。80C196KB共有68管腳,采用PLCC型封裝,其管腳圖如圖1所示。

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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≤Ed

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圖中,運算放大器H1和H2構成了差分放大器,H1和H2應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。

當采用12MHz晶振時,80C196KB的A/D轉(zhuǎn)換時間為22us,PWM輸出周期是64us,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程序較簡單,流程圖略。

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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用。



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