本發(fā)明涉及一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，尤其是一種基于單片機(jī)技術(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

a/d轉(zhuǎn)換器是溝通模擬與數(shù)字的橋梁，一般作為與單片機(jī)異步前向的外設(shè)通道來(lái)配置，作為一種模擬和數(shù)字的混合體，市面上低速、低分辨率的通用型a/d模組其售價(jià)都高于單片機(jī)，而且a/d轉(zhuǎn)換器本身還要配置電壓基準(zhǔn)和眾多數(shù)量的電阻電容，這樣就要占用更多的pcb版面和布線，加之過(guò)多外配元件必然帶來(lái)對(duì)環(huán)境的敏感性和通過(guò)這些外配元件引入的內(nèi)外部熱噪聲和蠕變偏移。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開(kāi)一種基于單片機(jī)技術(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括電源+vcc，場(chǎng)效應(yīng)管j103，單片機(jī)、若干電容、電阻和二極管。電源+vcc連接電阻r1與場(chǎng)效應(yīng)管j103，場(chǎng)效應(yīng)管j103串聯(lián)電阻r1組成“可控恒流源”，引入電流負(fù)反饋可獲得恒流電源i0；場(chǎng)效應(yīng)管j103與二極管d1、d2相連，其中d1連接單片機(jī)引腳3，d2、d3串聯(lián)，d3連接單片機(jī)引腳11、電容c1和電阻r0，三只二極管d1、d2、d3構(gòu)成電子開(kāi)關(guān)；電容c2和電阻r0并聯(lián)接地，電阻r0并聯(lián)電容c2構(gòu)成rc積分電路，將輸入信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算；輸入電源vin連接電阻r2接入單片機(jī)引腳13，單片機(jī)引腳13連接電容c1接地，電阻r2并聯(lián)電容c1構(gòu)成阻容低通濾波器，電阻r2引入需要轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)vin,經(jīng)所述阻容低通濾波器過(guò)濾掉輸入信號(hào)vin中的交流撥動(dòng)后輸入到單片機(jī)片內(nèi)的比較器正向輸入端com+；單片機(jī)引腳11接入電源+vcc，單片機(jī)引腳14接地。

優(yōu)選的，所述場(chǎng)效應(yīng)管j103為p溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

優(yōu)選的，所述單片機(jī)型號(hào)為15w413as-28。

優(yōu)選的，所述若干電容、電阻和二極管為：電容c1、c2；電阻r0、r1、r2；二極管d1、d2、d3。

優(yōu)選的，所述二極管為高速開(kāi)關(guān)二極管1n4148。

一種基于單片機(jī)技術(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，所述方法包括主流程與子流程，所述主流程為：首先整個(gè)系統(tǒng)上電開(kāi)始，然后單片機(jī)配置比較器接著配置定時(shí)器，然后設(shè)置總采樣次數(shù)n0，最后清零充電次數(shù)n后進(jìn)入休眠；所述子流程：首先定時(shí)中斷子程序，然后將比較結(jié)果傳送到p1.0判斷結(jié)果，如結(jié)果為高，則對(duì)應(yīng)運(yùn)行算法“n＝n+1”增加一個(gè)充電計(jì)數(shù)，否則就跳過(guò)計(jì)數(shù)，此過(guò)程后再做采樣，采樣次數(shù)運(yùn)行“n0＝n0-1”次，如采樣次數(shù)沒(méi)有為0，則中斷返回；如果采樣次數(shù)為0，則將“轉(zhuǎn)移存儲(chǔ)n”到寄存器ram中，此時(shí)寄存器ram中的值即為a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果，最后重新賦值n0和n返回主流程。

由于單片機(jī)都配置了比較器，本發(fā)明的核心在于利用單片機(jī)上的比較器，通過(guò)軟化模擬一種同步型電壓-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，達(dá)到減少硬件數(shù)量和成本的目的，同時(shí)所述電壓-數(shù)字轉(zhuǎn)換器在線性度、分辨率、抗干擾性、動(dòng)態(tài)范圍乃至在低元件敏感度上都有上佳的表現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1為硬件電路圖。

圖2為a/d轉(zhuǎn)換器圖。

圖3為恒流原理，與j103轉(zhuǎn)移特性曲線。

圖4為具體實(shí)施方式流程框圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清晰、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1和圖2所示，一種基于單片機(jī)技術(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括單片機(jī)、電源+vcc，場(chǎng)效應(yīng)管j103，若干電容、電阻和二極管；電源+vcc連接電阻r1與場(chǎng)效應(yīng)管j103，場(chǎng)效應(yīng)管j103串聯(lián)電阻r1組成“可控恒流源”，引入電流負(fù)反饋可獲得恒流電源i0；場(chǎng)效應(yīng)管j103與二極管d1、d2相連，其中d1連接單片機(jī)引腳3，d2、d3串聯(lián)，d3連接單片機(jī)引腳11、電容c1和電阻r0，三只二極管d1、d2、d3構(gòu)成電子開(kāi)關(guān)；電容c2和電阻r0并聯(lián)接地，電阻r0并聯(lián)電容c2構(gòu)成rc積分電路，將輸入信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算；輸入電源vin連接電阻r2接入單片機(jī)引腳13，單片機(jī)引腳13連接電容c1接地，電阻r2并聯(lián)電容c1構(gòu)成阻容低通濾波器，電阻r2引入需要轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)vin,經(jīng)所述阻容低通濾波器過(guò)濾掉輸入信號(hào)vin中的交流撥動(dòng)后輸入到單片機(jī)片內(nèi)的比較器正向輸入端com+；單片機(jī)引腳11接入電源+vcc，單片機(jī)引腳14接地。

所述場(chǎng)效應(yīng)管j103為p溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

所述單片機(jī)型號(hào)為15w413as-28。

所述若干電容、電阻和二極管為：電容c1、c2；電阻r0、r1、r2；二極管d1、d2、d3。

所述二極管為高速開(kāi)關(guān)二極管1n4148。

一種基于單片機(jī)技術(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其硬件工作原理如下：首先“恒流源”在p溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管串聯(lián)電阻r1上引入電流負(fù)反饋獲得i0，單片機(jī)引腳p1.0控制二極管d1、d2、d3構(gòu)成的電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通，和com-是動(dòng)態(tài)平衡的，由于積分電容c2上電壓com-在跟蹤輸入電壓com+，此刻com+沒(méi)有變，com-動(dòng)態(tài)平均值也不變，此時(shí)電容c2上的電荷等于電容c2通過(guò)電阻r0放出去的電荷，當(dāng)cmo+>com-p1.0＝1時(shí)二極管d1反向截止，二極管d2、d3正向?qū)?，所述恒流源i0穿過(guò)二極管d1、d2向所述積分電路充電使com-電壓上升高并超過(guò)com+；當(dāng)com+<com-p1.0＝0時(shí)，二極管d1因正向?qū)ㄣQ位，所述恒流源i0穿過(guò)二極管d1通過(guò)單片機(jī)接地下拉，二極管d2和d3因反向偏置被迫截止，然后電容c2上的電壓隨著電阻r0的放電逐漸下降，其趨勢(shì)也同樣是追尋com+和com-電壓之間的平衡。

如圖4所示，一種基于單片機(jī)技術(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括硬件與具體實(shí)施方式，所述具體實(shí)施方式包括主流程與子流程，所述主流程為：首先整個(gè)系統(tǒng)上電開(kāi)始，然后單片機(jī)配置比較器接著配置定時(shí)器，然后設(shè)置總采樣次數(shù)n0，最后清零充電次數(shù)n后進(jìn)入休眠；所述子流程為：首先定時(shí)中斷子程序，然后將比較結(jié)果傳送到p1.0判斷結(jié)果，如結(jié)果為高，則對(duì)應(yīng)運(yùn)行算法“n＝n+1”增加一個(gè)充電計(jì)數(shù)，否則就跳過(guò)計(jì)數(shù)，此過(guò)程后再做采樣，采樣次數(shù)運(yùn)行“n0＝n0-1”次，如采樣次數(shù)沒(méi)有為0，則中斷返回；如果采樣次數(shù)為0，則將“轉(zhuǎn)移存儲(chǔ)n”到寄存器ram中，此時(shí)寄存器ram中的值即為a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果，最后重新賦值n0和n返回主流程。

首先定義一個(gè)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元作為a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)寄存器，啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換之前在此寄存器內(nèi)預(yù)置一個(gè)采樣次數(shù)n0，比較器的同相端電平高于反相端電平時(shí)，比較器輸出邏輯“1”，并產(chǎn)生一次中斷，比較器的同相端電平低于反相端電平時(shí)，比較器輸出邏輯“0”，也產(chǎn)生一次中斷，比較器輸出邏輯狀態(tài)“1”或“0”可從其特殊功能寄存器的相關(guān)位查詢獲取。在比較器中斷程序中，根據(jù)查詢結(jié)果逐次修改“a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)寄存器”中的數(shù)據(jù)，使電平逐次逼近并最終收斂于待轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)電平，收斂時(shí)數(shù)據(jù)寄存器中的值即為a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果，具體如圖2所示，本發(fā)明中單片機(jī)的比較器被用作溝通模擬到數(shù)字之間的橋梁，通過(guò)對(duì)其實(shí)施所述方法可以直接等效為一片d觸發(fā)器。

設(shè)定總的采樣窗口時(shí)間是n0*t0,總的充電時(shí)間為n*t0，總的放電時(shí)間為(n0-n)*t，然后根據(jù)充放電的凈電荷量相等的關(guān)系可以列出等量式：(i0-vin/r0)*n*t0＝vin/r0*(n0-n)*to整理得n＝n0*vin/(i0*r0)＝n0*vin/vref其中vref＝i0*r0為標(biāo)準(zhǔn)的a/d轉(zhuǎn)換線性關(guān)系式。

對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性而言，n0是認(rèn)為賦予的一個(gè)固定的數(shù)，一旦被賦予以后是不會(huì)變的，一般說(shuō)來(lái)電阻的熱穩(wěn)定性是非常高的，電阻r1和電阻r0都采用10k阻值的電阻，使得在同一環(huán)境下其變化趨勢(shì)相同，使得vref＝i0*r0a/d轉(zhuǎn)換線性關(guān)系式變得非常穩(wěn)定，而p溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管最大優(yōu)勢(shì)就是熱穩(wěn)定性非常好，所以本發(fā)明涉及的一種基于單片機(jī)技術(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器環(huán)境適應(yīng)能力非常好。

對(duì)于系統(tǒng)的線性度而言，如圖3所示，左圖是源柵電壓vsg對(duì)恒流i0的控制特性和通過(guò)r1引入電流負(fù)反饋恒流值與電阻之間的曲線交匯關(guān)系，是一個(gè)連列的超越方程，i0＝f(vgs)是曲線，vgs＝i0*r0是過(guò)坐標(biāo)的原點(diǎn)的直線，二者相交的地方就是恒流值i0,圖中r1表示當(dāng)電阻r1阻值增大時(shí)，電流i0’將減小，由于系統(tǒng)中r0和r1是同步增大的，所以在vref乘積中相互抵消確保了vref不隨環(huán)境因素改變；圖3右圖示意了p溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管j103的轉(zhuǎn)移特性曲線，顯示的是控制p溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管j103漏源電壓對(duì)電流i0的影響，在圖中豎直中線的右側(cè)，當(dāng)p溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管j103內(nèi)部溝道夾斷時(shí)，電流i0完全不受vgs電壓變化的影響，保證了無(wú)論是c2上的電壓是高還是低，電流i0都是不變的，保障了系統(tǒng)有極高的線性度。

本發(fā)明利用單片機(jī)上的比較器，通過(guò)軟化模擬一種同步型電壓-數(shù)字的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，達(dá)到了減少硬件數(shù)量和成本的目的，同時(shí)所述電壓-數(shù)字轉(zhuǎn)換器在線性度、分辨率、抗干擾性、動(dòng)態(tài)范圍乃至在低元件敏感度上都有上佳的表現(xiàn)。