基于8OC196的高精度、低成本A／D轉換

2 A／D轉換的硬件實(shí)現
利用80C196KB自帶的10位A／D轉換器和PWM輸出，實(shí)現高精度A／D轉換的原理如下：假設傳感器提供的信號為Vs，經(jīng)放大后提供給A／D轉換器信號為As，A／D轉換的結果為Rd，A／D轉換的舍入誤差為Ed，對于逐次逼近式A／D轉換有0≤Edlbit，若As對應的真實(shí)數字量為Ad，則有：Ad=Rd+Ed，所以有：Ad-Rd=Ed，在此，Rd信號由10位A／D轉換結果舍掉后兩位后得到，它作為A／D轉換結果的高8位，然后由PWM信號輸出，經(jīng)濾波后得到Rd的模擬量RA，取As與RA的差分信號Es=As-RA，放大28倍后再次A／D轉換，第二次轉換后的數字量作為低10位數字量，兩次A／D轉換的結果合成后可以達到18位精度，其電路實(shí)現如圖2所示。該圖經(jīng)實(shí)驗驗證和實(shí)際運行證明性能良好，具有實(shí)用性和參考價(jià)值。

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(guò)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A(yíng)CH0，A／D轉換后得到高8位數字量；80C196KB的PWM輸出信號經(jīng)過(guò)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(guò)PWM進(jìn)行D／A轉換的典型電路；運算放大器H3構成的電路實(shí)現Es×28，該信號連接到80C196KB的1號A／D通道輸入口A(yíng)CH1，完成Es的A／D轉換，得到低位數字量。通過(guò)軟件合并高位數字量和低位數字量即可實(shí)現高精度A／D轉換。

3 A／D轉換的軟件實(shí)現
為保證實(shí)時(shí)性，A／D轉換的軟件通過(guò)中斷方式實(shí)現，首先主程序在初始化中設定定時(shí)器和A／D中斷工作模式，定時(shí)器中斷到來(lái)時(shí)啟動(dòng)0通道A／D轉換。A／D中斷時(shí)，判斷A／D的通道號，當0通道ACH0中斷時(shí)，讀取并保存A／D結果的高8位，通過(guò)PWM輸出該結果，然后啟動(dòng)下一次l通道ACHl的A／D轉換；當ACHl中斷時(shí)，讀取A／D轉換結果并與高8位合并，得到最終結果。
當采用12MHz晶振時(shí)，80C196KB的A／D轉換時(shí)間為22us，PWM輸出周期是64us，PWM信號輸出后，為使D／A結果穩定后再啟動(dòng)ACHl，延時(shí)了3倍PWM周期，整個(gè)A／D轉換時(shí)間(包括A／D轉換時(shí)間和軟件運行時(shí)間)可以在1ms內完成。A／D中斷服務(wù)程序的流程框圖如圖3所示。初始化程序和定時(shí)器中斷服務(wù)程序較簡(jiǎn)單，流程圖略。

4 結束語(yǔ)
利用80C196KB單片機的內置10位A／D轉換器和PWM信號，輔以簡(jiǎn)單的放大電路和濾波電路實(shí)現模數轉換。這種方法成本低、精度高、速度快、容易實(shí)現，具有較高的實(shí)用價(jià)值。該A／D轉換方法在我單位研制的全自動(dòng)數控對刀儀上得到成功應用。