51系列單片機(jī)具有兩個以上16位雙通道定時器(TIME0和TIME1),每個通道可選擇為輸入捕獲方式來測量脈寬。我們用片內(nèi)16位的定時器外接運(yùn)放、比較器實(shí)現(xiàn)雙積分A/D轉(zhuǎn)換。原理圖如圖1所示(電源和5l單片機(jī)外圍電路同常規(guī)電路),TL082是JFETINPUT運(yùn)放;LM358作為比較器;MC4066是多路開關(guān)。51單片機(jī)P1口的P10、P11、P12作為輸出,控制MC4066多路開關(guān)的輸入選擇;INT0作為中斷輸入口,捕捉LM358比較器的輸出電平跳變。C1為積分電容,常取0.22μF左右的聚丙烯電容,R2為積分電阻,可取500k左右,U2A為積分運(yùn)放,U2A、C1、R2構(gòu)成了積分器,U2B是過零檢測運(yùn)放。VIN為輸入電壓,VREF為基準(zhǔn)電壓,AGND為轉(zhuǎn)換器的參考零點(diǎn)。VREF和參考零點(diǎn)以R9、R10、R11分壓產(chǎn)生。

　　測量前,TK3=1、TK2=0、TK1=0,打開U1C、U1D模擬開關(guān),使積分器輸入等于AGND,進(jìn)入調(diào)零階段,第一次啟動轉(zhuǎn)換的時間為300ms;啟動以后調(diào)零時間為40ms。開始轉(zhuǎn)換時,TK3=0、TK2=0、TK1=1,積分器輸入接至輸入電壓,使VIN通過積分電阻R2向C1充電,設(shè)積分時間為T。然后,將TK3=0、TK2=1、TK1=0,即積分器輸入接至基準(zhǔn)電壓VREF,電容C1開始通過R2向V_REF逆向放電。當(dāng)運(yùn)放的輸出低于C2電容電壓時,比較器輸出反轉(zhuǎn)。然后,TK3=1、TK2=0、TK1=0,打開U1C、U1D模擬開關(guān),又進(jìn)入調(diào)零階段。設(shè)逆向充電的時間為t,則有

　　上式中V_IN是被測電壓,T是正向積分時間,t是反向積分時間,V_REF是基準(zhǔn)參考電壓,AGND是轉(zhuǎn)換器的參考零點(diǎn)。積分器輸出波形如圖2所示。

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       2軟件結(jié)構(gòu)

　　程序由初始化程序、輸入捕捉中斷服務(wù)程序、TIME0中斷服務(wù)程序和調(diào)用該程序模塊的接口程序組成。

　　程序初始化時,置TK3=1、TK2=0、TK1=0,軟件300ms延時,進(jìn)行初始調(diào)零;進(jìn)行正向積分時,關(guān)閉INT0,置TK3=0、TK2=0、TK1=1,開TIME0(設(shè)置TIME0工作在定時方式),進(jìn)行定時正向積分;正向積分完畢,設(shè)置定時TIME0工作在輸入捕獲方式,打開INT0,置TK3=0、TK2=1、TK1=0,進(jìn)行反向積分,TIME0進(jìn)行計時,利用另一個寄存器來計數(shù)定時器溢出次數(shù);當(dāng)比較器輸出反轉(zhuǎn)、INT0中斷產(chǎn)生時,單片機(jī)自動關(guān)斷TIME0,完成一次雙積分A／D轉(zhuǎn)換。AD值(HEX)=寄存器計數(shù)值*100+TIME0。

　　源程序清單如下： 　　　　　　

          

　

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        3工藝上應(yīng)注意的問題

　　(1)充放電時間(T和t)一般不能超過2RC。超過時線性誤差會增大。

　　(2)PCB板設(shè)計時模數(shù)電源的地要分開,單點(diǎn)相接;AD轉(zhuǎn)換部分元件連線盡可能短,這部分元件應(yīng)與數(shù)字部分元件分開;PCB板應(yīng)采用較厚銅箔的板材。

　　(3)保持PCB板和元件的清潔,模擬部分應(yīng)涂上防水膠。

　　(4)積分電容應(yīng)采用漏電小的聚丙烯電容,基準(zhǔn)分壓電阻和積分電阻應(yīng)采用溫度系數(shù)和噪聲較小的電阻。