基于8OC196的高精度、低成本A／D转换

2 A／D转换的硬件实现
利用80C196KB自带的10位A／D转换器和PWM输出，实现高精度A／D转换的原理如下：假设传感器提供的信号为Vs，经放大后提供给A／D转换器信号为As，A／D转换的结果为Rd，A／D转换的舍入误差为Ed，对于逐次逼近式A／D转换有0≤Edlbit，若As对应的真实数字量为Ad，则有：Ad=Rd+Ed，所以有：Ad-Rd=Ed，在此，Rd信号由10位A／D转换结果舍掉后两位后得到，它作为A／D转换结果的高8位，然后由PWM信号输出，经滤波后得到Rd的模拟量RA，取As与RA的差分信号Es=As-RA，放大28倍后再次A／D转换，第二次转换后的数字量作为低10位数字量，两次A／D转换的结果合成后可以达到18位精度，其电路实现如图2所示。该图经实验验证和实际运行证明性能良好，具有实用性和参考价值。

图中，运算放大器H1和H2构成了差分放大器，H1和H2应选用性能较好的运算放大器，该电路具有极高的共模抑制比，传感器信号Vs经过差分放大器放大后得到As，As连接到80C196KB的0号A／D通道输入口ACH0，A／D转换后得到高8位数字量；80C196KB的PWM输出信号经过U2与E2构成的滤波器滤波后，得到直流信号Rd，这就是80C196KB通过PWM进行D／A转换的典型电路；运算放大器H3构成的电路实现Es×28，该信号连接到80C196KB的1号A／D通道输入口ACH1，完成Es的A／D转换，得到低位数字量。通过软件合并高位数字量和低位数字量即可实现高精度A／D转换。

3 A／D转换的软件实现
为保证实时性，A／D转换的软件通过中断方式实现，首先主程序在初始化中设定定时器和A／D中断工作模式，定时器中断到来时启动0通道A／D转换。A／D中断时，判断A／D的通道号，当0通道ACH0中断时，读取并保存A／D结果的高8位，通过PWM输出该结果，然后启动下一次l通道ACHl的A／D转换；当ACHl中断时，读取A／D转换结果并与高8位合并，得到最终结果。
当采用12MHz晶振时，80C196KB的A／D转换时间为22us，PWM输出周期是64us，PWM信号输出后，为使D／A结果稳定后再启动ACHl，延时了3倍PWM周期，整个A／D转换时间(包括A／D转换时间和软件运行时间)可以在1ms内完成。A／D中断服务程序的流程框图如图3所示。初始化程序和定时器中断服务程序较简单，流程图略。

4 结束语
利用80C196KB单片机的内置10位A／D转换器和PWM信号，辅以简单的放大电路和滤波电路实现模数转换。这种方法成本低、精度高、速度快、容易实现，具有较高的实用价值。该A／D转换方法在我单位研制的全自动数控对刀仪上得到成功应用。