单片机实现低成本A/D转换

在前面的文章中分别介绍了两种用普通单片机实现低成本A/D转换的方法，这两种方法中在单片机的外部都要使用到一个比较器，在本文中继续向大家介绍低成本的A/D转换的一种方法，只是这种方法成本会更低，而且外部无需使用比较器。此种方法的A/D转换精度不高，只有6～7bit，并且被测电压范围较为有限，但在某些精度要求不高，且被测电压值变化不大的场合也很有实用价值，比如温度测量方面。

其电路如图一所示：

其工作原理说明如下：

1、硬件说明：

图一中的R1、R2和C1构成RC充电电路，被测量通过R1、R2对C1充电。N1为单片机，本电路中采用MICROCHIP的PIC12C508A来举例说明。C2为给电源供电用的滤波电路，VD1为保护用稳压二极管，以避免输入电压过高而损坏单片机。

2、A/D转换过程：

首先GP5输出低电平，使电容C1上的电量完全放光，随后GP5即转变为输入状态，此时单片机开始计时，被测电压经过R1、R2电阻对电容C1进行充电，电容C1上的电压会逐渐升高，C1上的电压U满足以下公式：

其中U为电容C1上的电压，E为输入电压(被测量)，T=(R1+R2)*C1，t为时间。

当C1上的电压U达到单片机I/O脚的门嵌电压时，单片机的GP5由低电平状态转变为高电平状态。记录从充电开始至此时所经过的时间t。

从上式可知，当单片机I/O脚的门嵌电压、R1、R2、C1值都固定不变时，被测量的电压值E与时间t呈一一对应关系。

因此测量输入电压对C1电容充电到门嵌电压的时间，进行查表计算，就可以得到被测电压值，从而实现了A/D转换。

3、A/D转换误差分析及解决办法：

A/D转换的误差主要由以下几个方面决定，分别说明如下：

(1)单片机的电源电压VDD：在该A/D转换中，VDD电压变化较大时有可能造成I/O口的门嵌电压发生变化，不过其影响较小。

(2)单片机内部的定时器对C1电容上电压上升时间的测量偏差：该测量偏差是A/D转换误差的主要因素。