单片机系统中模数转换精度探讨

摘要：在研究单片机的过程中，重要的环节是模数转换，特别是在以单片机或计算机为核心的系统中起着至关重要的作用。这篇文章主要介绍了用MCS-51单片机系统控制积分电路正、反向积分，通过简单计算，并得出实现N位模数转换。每次A/D转换时间为2s。

关键词：单片机系统；模数转换；精度；探讨

中图分类号：TM13 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 01-0000-02

SCM System Accuracy of Analog-Digital Conversion

He Tao

(Aviation Repair Shop,Shanghai200436,China)

Abstract:SCM in the study process,the important part is the analog-digital conversion,especially in the microcontroller or computer as the core of the system plays a vital role.This article describes the use of MCS-51 microcontroller control system integrator forward and reverse integration,through simple calculations, and draw to achieve N-bit analog-digital conversion.Each A / D conversion time of 2s.

Keywords:SCM system;ADC;Accuracy;Research

一、模数转换

通常情况下模数转换器有两种：串行模数转换器和并行模数转换器，后者传输速率可以很高，但引脚多、体积大、占用机器口线多，应常对单片机的1/0扩展；而前者体积小、占用单片机的口线少，应比较广泛，随着科技的发展其传输速率也可以做的很高。在单片机操作过程中，当时的气温、时速等非电模拟量通过传感器转换成连续的信号以后，又需要使用模数转换为分散的数字量。加上高科技领域的发展，A/D转换的新设计、制作不断创新。构造特性不一的A/D电路应时而生，正符合了每种检测检测和控制任务的需要。A/D电路按照工作方式可分为直接和间接两种。现今，直接A/D电路运用最为普遍，主要表现形式为逐次逼近式，但间接A/D运用较为广泛的表现形式为双积分式。逐次逼近式A/D，如ADC0809，特性是转换速度高，价格低廉，如果转换时速不高，通常为几次/每秒。假如单片机及时测控，通常要求精度高于0.1%，其分辨率多于n位（二进制），转换的速度是几十次/每秒。

二、模数转换工作原理

模数转换工作原理。观察图1，积分器首先以恒定的时间T对等待检测输入模拟电压V；对其展开正向积分，则积分电容C积累的电荷应是：

Q =T （1）

之后，位置2为开关，开关对标准电压―E实施逆向积分，直到积分器输出变回原值。令逆向积分时间为t，得出电容器C释放的电荷为：

Q = t（2）

显然Q = Q ，因此有：

V = Et（3）

t（逆向积分时间）与输入电压V 成正比。在确切地掌控正向积分时间T的情况下，测量t，就会由分式（3）计算得输入模拟电压V 的值。而单片机最优越的功能就是定时、控制和计算。

我们来看一下MCS-51单片机定时/计数器TO（或T1）的结构和功能。图3是T0。工作方式1的框图。置GATEo=1，G/ =0，即方式控制字TMOD=09H，当TR0=1时，定时器T0的启停完全由外部INT0引脚的电平控制； =“1”，T0即从当前值X开始对内部定时信号加一计时； =“0"，T0即停止计时，如果T0从OFFFFH加一产生谩出时，漫出标志TF0置“1”，并向CPU申请中断。进中断服务时，硬件自动清零TF0，让我们感到惊奇的是，软件自动查询和清零TF0。

将两者结合，就是运用MCS-51单片机的定时器T0（或T1），用T（恒定时间）对输入的V（模拟电压），展开正向积分，其次，控制一E（标准电压）逆向积分，测出积分器返回原始数值的时间――t（逆向积分时间），然后按照公式（3）计算V ；即实现A/D转换。详细接口电路如图4所示，操作程序为：

（一）首先，置P1。0=O，P1。-1=0，模拟开关CD4052的Io；接通FA，积分电容C被短接 ＝0，T0暂停计数。此时单片机对T0原始化：TMOD=09H，即门控方式1定时，原始值为X：

X=2 －

T为正向积分时间。

（二）置TRO="1"，准备启动

置P1。0="1"，CD4052的I ；接通FA，对V 正向积分，同时 ="1"，T0

从原始值X开始定时。

（三）定时T时间到，T0溢出，TF0="1"，CPU置P1。1="1"，并清零TF0，CD4052的I 接通FA，对－E逆向积分，与此同时T0从0000H不间断地加一计时。

（四）积分器输出返回原值，比较器输出“0"， ="0"，T0停止计时。

这个时候读出TH0和TL0的值，由（3）式便可计算出V 的值。此时，置TR0=0，P1。0=0，P1。1=0，以便为下次A/D作好充分准备。

此电路作N位（二进制）A/D转换过程中，正向积分时间采取T=21 s，依情况来选择E，R1，R2的参数，可以得到满度逆向积分时间t=T，就能完成一次A/D转换，一般情况下，最多用时间为2T，也就是说，每秒钟可以转换102 次。在智能仪表操作过程中，大凡情况下可取N=13，即二进制13位A/D，每秒钟可转换60次以上。转换精度、速度都是可编程的，均可满足要求。

因为执行查询TF0指令（JNBTF0，LOOPI）需2个指令周期，所以测量t（逆向积分时间）的无法补偿的最大绝对误差为+2 s。转换程序还可以运用T0溢出中断的方式来设计，但是中断响应时间却为3~8个指令周期，与其对应的最大绝对误差为+5个指令周期（+5 s）。

三、结语：

实践证明，相对来说，MCS-51单片机的模数转的精度还是比较不错的。在单片机系统的应用中，它既简单，又方便。

参考文献：

[1]徐君毅等.单片微型计算机原理与应用.上海科学技术出版社

[2]孙涵芳等.MCS-51、96系列单片机原理及应用.北京航空航天大学出版社