一種單片機雙極模擬信號A/D轉換的電路設計

通常A/D轉換都需使用A/D轉換芯片來實現，MC9S12XS128MAL是飛思卡爾公司HCS12系列16位單片機中的一種，它有8 kB的RAM、128 kB的片內閃存（Flash EEPROM）、2 kB的電可擦寫可編程只讀存儲器（EEPROM）及多種功能的接口，MC9S12XS128內置的A/D模塊是16通道、12位精度、多路輸入復用、逐次逼近型的模數轉換器，故可省去使用A/D轉換芯片而設計的硬件電路，可降低成本，提高了系統的穩(wěn)定性及可靠性。但單片機的模擬輸入端只能接受單極正向模擬信號，不能直接進行雙極模擬信號的模數轉換，為此必須把雙極模擬信號轉換成單極正向模擬信號。在一般的設計中，常常要把形如-ui-+ui的雙極型模擬信號通過電位平移電路轉換成0～5 V單極信號，而這種平移電路會使得A/D轉換的精度降低一倍，而且穩(wěn)定性也降低。而文中采用對稱電路設計，使得單片機可接收的A/D信號由0～5 V擴大到-5～+5 V，A/D轉換的量程擴大了1倍，穩(wěn)定性也大幅提高。

1電路設計


圖1總體電路示意圖

1.1設計原理

當輸入的信號經放大電路放大后，若信號為正，則二極管1截止，信號無損失地從AD0口輸入，同時正的信號經反相器反相后變成負的信號，二極管2導通，所以AD1口接收到的信號為二極管2的正向導通壓降的負值，只要這個負值電壓的幅度小于A/D口輸入的允許值，則由此口采集的A/D值就為0，因此在這種情況下的A/D值就是AD0口的值；

反之，當輸入的信號為負值時，二極管1導通，AD0口接收的數據為0，而經反相器反相后的信號為正，二極管2截止，AD1口接收數據。

若AD=AD0-AD1，當信號為正時，AD=AD0-0，為正；當信號為負時，AD=0-AD1，為負。此時，AD可接收的數據由原來的0～5 V擴展為-5～+5 V.

1.2二極管的選擇

若從線性度考慮，應該選擇正向壓降高的二極管，例如1 N4007.但1N4007的正向壓降約為0.7 V，當二極管導通時，對應的A/D口所接收到的信號為-0.7 V，這會燒毀單片機，所以從安全性考慮應該選擇壓降較低的二極管進行實驗。PMEG2010的壓降約為0.1 V，1N60的壓降約為0.2～0.3 V，均能保護好單片機不被燒壞。在安全性的前提下，分別測量數據分析二極管的線性度。

2實驗與結論

2.1 PMEG2010

文中以某種信號為輸入信號，測量輸出信號和輸入信號是否成線性關系。

表1是二極管為PMEG2010是測得的數據，將數據擬合后可得到二極管為PMEG2010時所得曲線，如圖2所示。

表1二極管為PMEG2010時的輸入與輸出值

圖2二極管為PMEG2010時所得曲線