普通單片機(jī)實(shí)現(xiàn)低成本高精度Ａ／Ｄ與Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換

用普通單片機(jī)實(shí)現(xiàn)低成本高精度Ａ／Ｄ與Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換本文介紹一種用普通單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換電路，本設(shè)計(jì)只用普通單片機(jī)的２個(gè)Ｉ／Ｏ口加１個(gè)運(yùn)算放大器即可實(shí)現(xiàn)１路Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換，而且很容易擴(kuò)展成４通道Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換。該電路占用資源少，成本低，Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換精度可達(dá)到８位或更高，很具實(shí)用價(jià)值。其工作原理如下：１． 硬件電路電路如圖１所示。ＲＡ０和ＲＡ１為單片機(jī)的Ｉ／Ｏ口。進(jìn)行Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換時(shí)，通過軟件產(chǎn)生ＰＷＭ，從ＲＡ０口送..

用普通單片機(jī)實(shí)現(xiàn)低成本高精度Ａ／Ｄ與Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換

本文介紹一種用普通單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換電路，本設(shè)計(jì)只用普通單片機(jī)的２個(gè)Ｉ／Ｏ口加１個(gè)運(yùn)算放大器即可實(shí)現(xiàn)１路Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換，而且很容易擴(kuò)展成４通道Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換。該電路占用資源少，成本低，Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換精度可達(dá)到８位或更高，很具實(shí)用價(jià)值。

其工作原理如下：

１． 硬件電路

電路如圖１所示。ＲＡ０和ＲＡ１為單片機(jī)的Ｉ／Ｏ口。進(jìn)行Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換時(shí)，通過軟件產(chǎn)生ＰＷＭ，從ＲＡ０口送出預(yù)定占空比的ＰＷＭ波形，ＲＡ１口用于檢測(cè)比較器輸出端的狀態(tài)。

Ｒ１、Ｃ１構(gòu)成濾波電路，對(duì)ＲＡ０口送出的ＰＷＭ波形進(jìn)行平滑濾波。ＲＡ０輸出的ＰＷＭ波形經(jīng)過Ｒ１、Ｃ１濾波并延時(shí)后，在Ｕ１產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓，其電壓值Ｕ１＝ＶＤＤ×Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ２）。
ＬＭ３２４作比較器用，其負(fù)輸入端的電壓Ｕ１與正輸入端的模擬電壓值進(jìn)行比較，當(dāng)Ｕ１大于模擬量輸入電壓時(shí)，比較器的輸出端為低電平，反之為高電平。

２． Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換過程

如果使ＲＡ０輸出ＰＷＭ波形，且占空比由小到大逐漸變化，則Ｕ１的電壓隨之由低到高。當(dāng)Ｕ１電壓超過被測(cè)電壓時(shí)，比較器的輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖�，因此可以認(rèn)為在比較器輸出電壓由高到低跳變的瞬間被測(cè)的模擬量與Ｕ１的電壓相等。

由于Ｕ１的電壓值＝ＶＤＤ×Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ２），當(dāng)ＶＤＤ為固定值時(shí)，其電壓值取決于ＰＷＭ波形的占空比，而ＰＷＭ的占空比由內(nèi)部用于控制ＰＷＭ輸出的寄存器的值決定。若用寄存器Ａ來存放ＲＡ０輸出的ＰＷＭ的占空比值Ｄ１，在ＲＡ１口由“１”變?yōu)椤埃啊钡乃查g，Ａ寄存器的值Ｄ１即為被測(cè)電壓的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換值，其Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換值為８位數(shù)。如果用１６位寄存器來作輸出ＰＷＭ的占空比，則可達(dá)到１６位。

３． Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換誤差分析及誤差解決

（１）誤差分析

Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換的誤差主要由以下幾個(gè)方面決定。

１） 單片機(jī)的電源電壓ＶＤＤ：在此Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換中，ＶＤＤ電壓不穩(wěn)定是造成Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換誤差的主要原因。若ＶＤＤ電壓精度較高，則Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換誤差可以很小，在ＶＤＤ電壓精度為０．５％時(shí)，實(shí)際的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換誤差小于１％。

２） ＰＷＭ占空比：若產(chǎn)生ＰＷＭ的軟件設(shè)計(jì)不合理，會(huì)使存放占空比的寄存器值與實(shí)際輸出的ＰＷＭ占空比不一致，引起測(cè)量誤差。

３）比較器輸入端的失調(diào)電壓：該電壓對(duì)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換精度有一定影響，但影響較小。

４）ＲＣ濾波電路的紋波：若Ｒ１、Ｃ１取值不當(dāng)，Ｕ１處的電壓紋波較大，延時(shí)時(shí)間不夠，會(huì)使Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換產(chǎn)生誤差，因此Ｒ１、Ｃ１取值不能太小，但太大了又會(huì)影響Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換速度，推薦使用圖１中所示的Ｒ１、Ｃ１參數(shù)。在紋波合理的情況下，其轉(zhuǎn)換誤差可以通過軟件消除。

（２）誤差的解決辦法

１）提高ＶＤＤ電壓精度。

２）修改軟件，解決軟件中ＰＷＭ設(shè)計(jì)不良導(dǎo)致的誤差。圖２為產(chǎn)生ＰＷＭ的程序流程圖，可按此流程設(shè)計(jì)程序。

３）比較器及ＲＣ濾波電路的紋波導(dǎo)致的誤差可通過上、下檢測(cè)法消除，即先將ＰＷＭ的占空比由小調(diào)到大，使Ｕ１電壓由低向高變化，并記錄比較器輸出端的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換值，再將ＰＷＭ的占空比由大調(diào)到小，使Ｕ１電壓由高向低變化，記錄比較器輸出端的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換值，將兩次的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換值進(jìn)行平均。

４）對(duì)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換值進(jìn)行數(shù)字濾波，如多次轉(zhuǎn)換求平均值等。

４． Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換速度及其提高

由于Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換是通過