摘 要：介绍用51单片机和通用分立器件构成的双积分a/d转换器，文中给出了详细的源程序清单。
关键词：双积分a/d转换器；单片机；定时器
doubleintegral a/d converter with reasonable price and practi cal character
lin haoshun
(land and resources information center of fujian province, fuzhou 350 001, china)
abstract: the essay mainly introduces how to make reasonable pri ce of doubleintegral highaccuracy a/d converter with 51 mcu and discrete dev ices in common use, presents program list.
key words: doubleintegral a/d converters; mcu; timer
1原理
51系列单片机具有两个以上16位双通道定时器(time0和time1)，每个通道可选择为输入捕获方式来测量脉宽。我们用片内16位的定时器外接运放、比较器实现双积分a/d转换。原理图如图1所示(电源和5l单片机外围电路同常规电路)，tl082是jfetinput运放；lm358作为比较器；mc4066是多路开关。51单片机p1口的p10、p11、p12作为输出，控制mc4066多路开关的输入选择；int0作为中断输入口，捕捉lm358比较器的输出电平跳变。c1为积分电容，常取0.22μf左右的聚丙烯电容，r2为积分电阻，可取500k左右，u2a为积分运放，u2a、c1、r2构成了积分器，u2b是过零检测运放。vin为输入电压，vref为基准电压，agnd为转换器的参考零点。vref和参考零点以r9、r10、r11分压产生。
测量前，tk3=1、tk2=0、tk1=0，打开u1c、u1d模拟开关，使积分器输入等于agnd，进入调零阶段，第一次启动转换的时间为300ms；启动以后调零时间为40ms。开始转换时，tk3=0、tk2=0、tk1=1，积分器输入接至输入电压，使vin通过积分电阻r2向c1充电，设积分时间为t。然后，将tk3=0、tk2=1、tk1=0，即积分器输入接至基准电压vref，电容c1开始通过r2向vref逆向放电。当运放的输出低于c2电容电压时，比较器输出反转。然后，tk3=1、tk2=0、tk1=0，打开u1c、u1d模拟开关，又进入调零阶段。设逆向充电的时间为t，则有
上式中vin是被测电压，t是正向积分时间，t是反向积分时间，vref是基准参考电压，agnd是转换器的参考零点。积分器输出波形如图2所示。
2软件结构
程序由初始化程序、输入捕捉中断服务程序、time0中断服务程序和调用该程序模块的接口程序组成。
程序初始化时，置tk3=1、tk2=0、tk1=0，软件300ms延时，进行初始调零；进行正向积分时，关闭int0，置tk3=0、tk2=0、tk1=1，开time0(设置time0工作在定时方式)，进行定时正向积分；正向积分完毕，设置定时time0工作在输入捕获方式，打开int0，置tk3=0、tk2=1、tk1=0，进行反向积分，time0进行计时，利用另一个寄存器来计数定时器溢出次数；当比较器输出反转、int0中断产生时，单片机自动关断time0，完成一次双积分a／d转换。ad值(hex)=寄存器计数值*100+time0。
源程序清单如下：
3工艺上应注意的问题
(1)充放电时间(t和t)一般不能超过2rc。超过时线性误差会增大。
(2)pcb板设计时模数电源的地要分开，单点相接；ad转换部分元件连线尽可能短，这部分元件应与数字部分元件分开；pcb板应采用较厚铜箔的板材。
(3)保持pcb板和元件的清洁，模拟部分应涂上防水胶。
(4)积分电容应采用漏电小的聚丙烯电容，基准分压电阻和积分电阻应采用温度系数和噪声较小的电阻。
