基于单片机的双积分型A／D电路设计

(2)积分阶段：对模拟输入电压Uin进行固定时间积分，积分时长T1，由A／D的精度决定，精度越高积分时间越长，此阶段积分器的输出电压

(3)比较阶段：对模拟输入电压进行定时积分后，再对零电平进行反向积分直到比较器的输出发生翻转，此阶段积分器的输出电压为由比较器原理得U10=U1，由此可得

其中T1、U0、R、C、U1均为常数，即对零电平的积分时间T0与模拟输入电压U成正比，T0即为所求值。具体转换波形如图4所示。

3)软件设计

单片机内部定时器T0分别控制对基准电压和模拟电压的定时积分，计数器T1用来记录反向积分时间，P1．0、P1．1、P1．2控制多路选择开关的通道，且单片机以查询方式检测比较器的输出电平。以上分析可知该系统A／D转换流程图如图5所示。

3 电路特点分析

由上述分析可知，模拟电压U大于基准电压U1时，在对模拟电压U定时积分后对零电平进行定值积分，波形图如图4所示。而当模拟电压U小于基准电压U1时，在对模拟电压U定时积分后应对U0进行定值积分，只需在软件设计上加以区别或提供负值的基准电压即可。本电路充分利用了单片机成本低廉、可靠性高的优势，主要元件仅仅为一个单片机89C5 1、一个多通道模拟开关CD4051、一个四运放LM324，因而结构简单，性价比高。实际应用表明，此双积分型A／D转换器的特点是工作性能稳定并且抗干扰能力比较强，但从原理分析可知，该电路存在固有的延迟，因此不适合采集连续快速变化的信号。

4 结束语

本设计电路保留了双积分A／D转换的主要特点，且整个电路构成的成本非常低廉。只要合理选择、调整电路参数，减少数据处理误差，就可以进一步提高转换精度和速度，且具有转换过程简单、转换精度高和成本低等突出的特点。因此在数据采集系统及其他应用系统中有很好的使用价值。

本文创新点：本文采用了多路选择开关CD4051实现了积分器输入变量的转换，单片机控制其通道的选择，完成了清零、积分、比较各环节，完成双积分A／D，此电路具有结构简单，成本低廉，稳定性好的特点。