基于单片机的高精度快速积分型AD转换器

摘要

本发明涉及一种基于单片机的高精度快速积分型AD转换器，它包括积分信号控制电路、积分器、电平比较电路及单片机四部分。积分信号控制电路由电阻R1、R2、R3、R4以及模拟电子开关K1、K2、K3、K4构成；积分器由运算放大器及电容C组成；电平比较电路包括下限比较器、上限比较器以及过零比较器等三个高速比较器；单片机输出的UNK、SC、FC以及RC信号分别与模拟电子开关K1、K2、K3以及K4的受控端相连并控制它们的通断。本发明采用单片机直接控制，省去了外部计数器和可编程逻辑器件，既简化了电路，降低了成本，又使本发明更容易与AD应用系统结合。

主权项

一种基于单片机的高精度快速积分型AD转换器，包括积分信号控制电路(1)、积分器(2)、电平比较电路(3)及单片机(4)四部分，其特征在于：所述的积分信号控制电路(1)由电阻R1、R2、R3和R4以及模拟电子开关K1、K2、K3和K4构成，被转换电压Vi与电阻R1和模拟电子开关K1串联后连接到运算放大器的“‑”输入端，基准电压‑Er一路与电阻R2和模拟电子开关K2串联后连接到运算放大器的“‑”输入端，基准电压‑Er的另一路与电阻R3和模拟电子开关K3串联后连接到运算放大器的“‑”输入端；积分器(2)由运算放大器和电容C组成，电容C跨接在运算放大器的“‑”输入端与输出端之间，运算放大器的“+”端与地线相连，积分器(2)输出的OUT信号经过电阻R4和模拟电子开关K4串联后也同样连接到运算放大器的“‑”输入端；电平比较电路(3)包括下限比较器、上限比较器以及过零比较器三个高速比较器，下限比较器、上限比较器以及过零比较器的三个输出信号分别与单片机(4)的三个输入端Li、Hi以及Zi相连；单片机(4)输出的UNK、SC、FC以及RC四个信号分别与四个模拟电子开关K1、K2、K3以及K4的受控端相连并控制它们的通断；在所述的单片机(4)的控制下，一次AD转换过程包括以下四个阶段，第一阶段为信号积分阶段，单片机发出低电平RC信号控制模拟电子开关K4断开，同时发出高电平UNK信号控制模拟电子开关K1导通，使被测信号Vi通过电阻R1送入积分器(2)开始对电容器C进行充电，同时积分器(2)输出的OUT信号送入电平比较电路(3)与上限电平‑VH和下限电平‑VL比较，在此阶段，单片机不断地检测上、下限比较器送出的Hi、Li信号，一旦发现积分器输出的OUT信号低于上限值‑VH就发出高电平FC信号控制模拟电子开关K3导通，将基准信号‑Er通过电阻R3接入积分器(2)对电容器C进行快速放电；第二阶段为快速基准积分阶段，单片机发出低电平UNK信号控制模拟电子 开关K1断开，同时检测积分器输出的OUT信号，如低于下限电平‑VL，就送出高电平FC信号控制模拟电子开关K3导通，将基准信号‑Er通过电阻R3接入积分器(2)对电容器C进行快速放电，一旦积分器输出的OUT信号高于下限电平‑VL后就断开模拟电子开关K3；第三阶段为慢速基准积分阶段，在此阶段单片机送出高电平SC信号控制模拟电子开关K2导通，将基准信号‑Er通过电阻R2接入积分器(2)对电容器C进行慢速放电，直到积分器输出的OUT信号大于零点；第四阶段为调零阶段，单片机发出高电平RC信号控制模拟电子开关K4导通，将电阻R4接入运算放大器的“‑”端和输出端之间，对积分器进行自动调零，为下次转换作准备；所述的单片机(4)利用内部的定时器/计数器对FC信号的高电平时间进行累加测量并得到计数结果N1，在慢速基准积分阶段单片机对SC信号的高电平时间进行测量并得到计数结果N2，通过公式N＝K*N1+N2计算实际的AD转换值，其中K为慢速放电支路的电阻值与快速放电支路的电阻值之比；而慢速放电支路的电阻值包括电阻R2及模拟电子开关K2的导通电阻，快速放电支路的电阻值包括电阻R3及模拟电子开关K3的导通电阻。