双积分型A╱D转换器.doc

双积分型A/D转换器尽管双积分型A/D转换器的转换速度普遍不高(通常每秒转换几次到几百次),但是双积分A/D转换器具有转换精度高,廉价,抗干扰能力强等优点,在速度要求不高的实际工程中使用广泛。常用的双积分型A/D转换器有MCl4433、ICL7106、ICL7135、AD7555等芯片,下面以具有代表性的MCl4433和ICL7135为例,从两种不同的角度,分别介绍它们与MCS-51单片机的接口及编程方法。1.MCl44333位A/D转换器(1)MCl4433芯片介绍MCl4433具有以下特点：. 3位双积分型A/D转换器;.外部基准电压输入=200mV或2V;.自动调零;.量程有199.9mV或1.999V两种(由外部基准电压VREF决定);.转换速度为(110)次/s,速度较慢。MCl4433为DIP24封装,芯片引脚排列如图1所示,引脚的功能及含义如下：(1)与电源相关的引脚(共6脚) .VDD：正电源端,典型值+5V。.VEE：模拟负电源端,典型值5V。.VSS：数字地(所有数字信号输入输出的零电位)。.GND：模拟地(所有模拟信号的零电位)。Vx：被测电压输入端。.VREF：外接电压基准(2V或200mV)输入端。(2)与外接电阻、电容相关的引脚(共7脚).R1：外接积分电阻输入。.C1：外接积分电容输入。图1 MC14433芯片引脚.R1/C1：外接电阻R1和外接电容C1的公共端,电容C1常采用聚丙烯电容,典型值0.1uF,电阻R1有两种选择：一是量程为200mV时,R1=470k;另一是量程为2V时,R1=27k。.C01、C02：外接失调补偿电容端,典型值为0.1uF。.CLK0、CLKl：时钟振荡器外接电阻Rc接入端,外接电阻Rc典型值为470k,时钟频率随Rc电阻阻值的增加而下降。(3)与控制信号相关的引脚(共3脚) .DU：更新转换控制信号输入,高电平有效。.EOC：转换结束输出,当DU有效后,EOC变低,16400个时钟脉冲(CLK)周期后产生一个0.5倍时钟周期宽度的正脉冲,表示转换结束。典型的,EOC与DU相连,每次A/D转换结束后均自动启动新的转换。.OR：过量程状态输出,低电平有效。当|Vx|VREF时,OR有效(输出低电平)。(4)与选通和数据相关的引脚(共8脚) .DS4DS1：分别表示个、十、百、千位的选通脉冲输出,格式为18个时钟周期宽度的正脉冲。例如,当DS2有效期间,Q0Q3上输出的BCD码表示转换的百位的数值。Q0Q3：某位BCD码数字量输出。具体是哪位,由选通脉冲DS4 DSl指定,其中Q3为高位,Q0为低位。 MCl4433选通时序如图5.12所示。EOC输出1/2个CLK周期正脉冲表示转换结束,依次DSl、DS2、DS3、DS4有效。当DSl有效期间从Q3Q0端读出的数据是千位数,DS2有效期间读出的为百位数,依次类推,周而复始。当DSl有效时,Q3Q0上输出的数据为千位数,由于千位只能是0或1,故DSl有效期间,Q3Q0输出的数据被赋予了新的含义：Q3表示千位。Q3=0,表示千位为1;Q3=1,表示千位为0。Q2表示极性。Q2=0,表示极性为负;Q2=1,表示极性为正。Q0表示超量程。Q0=1,表示超量程;Q0=0,表示未超量程。Q0=1时,进一步确定是由过量程还是欠量程引起的超量程,由Q3(千位数据)来确定。当Q3=0,表示千位为1,是由过量程引起的;当Q3=1,表示千位为0,是由欠量程引起的。MCl4433千位选通含义如表1所示。表1 MC14433 千位选通含义BCD输出DS1有效时千位的含义Q3Q2Q1Q0极性千位量程111001010011110欠量程10110欠量程010010000101111过量程00111过量程图2 MCl4433选通时序(2)接口与编程MCl4433与MCS-51的连接如图3所示,采用中断方式(下降沿触发),结果存储格式如表2所示,欠量程、过量程和极性分别保存在00H02H位地址单元中。图3 MCl4433接口原理表2 存储格式要求存储单元31H高4位31H低4位30H高4位30H低4位所存数据千位百位十位个位程序清单如下：UNDER：EQU 00H ;位地址单元存放欠量程(1真0假)OVER： EQU 01H ;位地址单元存放过量程(1真0假)POLA： EQU 02H ;位地址单元存放极性(1负0正) HIGH： EQU 31H ;高位LOW： EQU 30H ;低位 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0013H ;INTl中断服务入口地址 lJMP INTlFMAIN： MOV LOW,#0 MOV HIGH,#0 ;将存放结果的单元清0 CLR UNDER CLR OVER ;将存放欠量程、超量程的位地址单元清零 CLR POLA ;假定结果为正 SETB Itl ;置外部中断为下降沿触发 SETB Exl ;开INTl中断允许 SETB EA ;开中断总允许 LJMP $ ;等待中断INTlF：MOV A,P1 ;进入中断,说明MCl4433转换结束,读P1 JNB Acc.4,INTlF ;DS1无效,等待; JB Acc.2,NEXT ;Q2=1表示正,已经预处理过,继续 SETB POLA 为负,需将02H置位NEXT： JB Acc.3,NEXTl ;千位为0,已经预处理过,继续 ORL HIGH,转10H ;将千位信息保存在高位单元中NEXTl： JB Acc.0,ERROR ;转欠、超量程处理,有千位已能区分INll： MOV A,P1JNB Acc.5,Inll ;等待百位选通信号ANL A,#0FH ;屏蔽高4位ORL HIGH,AINl2： MOV A,P1JNB Acc.6,INl2 ;等待十位选通信号ANL A,#0FH ;屏蔽高4位SWAP A ;交换到高4位ORL LOW,AINl3： MOV A,P1JNB ACC.7,INLL ;等待个位选通信号ANL A,#0FH ;屏蔽高4位ORL LOW,ARETIERROR： MOV A,HIGH ;欠、超量程处理CJNE A,#0,OV ;有千位表示过量程SETB UNDER ;置欠量程标志RETIOV： SETB OVER ;置过量程标志RETl提示：现在市场上许多常见的3位半数字万用表就是采用类似转换芯片2.ICL-7135 4位A/D转换器(1)ICL-7135芯片介绍ICI-7135是4位双积分A/D转换芯片,可以转换输出20000个数字量,有STB选通控制的BCD码输出,与微机接口十分方便。ICL7135具有精度高(相当于14位A/D转换),价格低的优点。其转换速度与时钟频率相关,每个转换周期均有：自校准(调零)、正向积分(被测模拟电压积分)、反向积分(基准电压积分)和过零检测四个阶段组成,其中自校准时间为10001个脉冲,正向积分时间为10000个脉冲,反向积分直至电压到零为止(最大不超过20001个脉冲)。故设计者可以采用从正向积分开始计数脉冲个数,到反向积分为零时停止计数。将计数的脉冲个数减10000,即得到对应的模拟量。图4给出了ICL7135时序,由图可见,当BUSY变高时开始正向积分,反向积分到零时BUSY变低,所以BUSY可以用于控制计数器的启动停止。ICL7135为DIP28封装,芯片引脚排列如图5所示,引脚的功能及含义如下：(1)与供电及电源相关的引脚(共7脚) .-V：ICL7135负电源引入端,典型值-5V,极限值-9V;.+V：ICL7135正电源引入端,典型值+5V,极限值+6V;.DGND：数字地,ICL7135正、负电源的低电平基准;. REF：参考电压输入,REF的地为AGND引脚,典型值1V,输出数字量=10000(VIN/VREF);.AC：模拟地,典型应用中,与DGND（数字地）“一点接地”;.INHI：模拟输入正;.INLO：模拟输入负,当模拟信号输入为单端对地时,直接与AC相连。图4 1CL7135时序图5 1CL7135芯片引脚(2)与控制和状态相关的引脚 (共12脚) .CLKIN：时钟信号输入。当T=80ms时,fcp=125kHz,对50Hz工频干扰有较大抑制能力,此时转换速度为3次/s。极限值fcp=1MHz时,转换速度为25次/s。.REFC+：外接参考电容正,典型值1F。.REFC-：外接参考电容负。.BUFFO：缓冲放大器输出端,典型外接积分电阻。.INTO：积分器输出端,典型外接积分电容。.AZIN：自校零端。.LOW： 欠量程信号输出端,当输入信号小于量程范围的10时,该端输出高电平。.HIGH：过量程信号输出端,当输入信号超过计数范围(20001)时,该端输出高电平。.STOR：数据输出选通信号(负脉冲),宽度为时钟脉冲宽度的一半,每次A/D转换结束时,该端输出5个负脉冲,分别选通由高到低的BCD码数据(5位),该端用于将转换结果打到并行I/O接口。.R/H：自动转换/停顿控制输入。当输入高电平时;每隔40002个时钟脉冲自动启动下一次转换;当输入为低电平时,转换结束后需输入一个大于300ns的正脉冲,才能启动下一次转换。.POL：极性信号输出,高电平表示极性为正。.BUSY：忙信号输出,高电平有效。正向积分开始时自动变高,反向积分结束时自动变低。(3)与选通和数据输出相关的引脚(共9脚).B8B1：BCD码输出。B8为高位,对应BCD码;。D5：万位选通;.D4D1：千、百、十、个位选通。ICL7135外接阻容的典型应用如图6所示。由于单片机资源的宝贵,如果采用MCl4433的接口方法,将占用8条以上端口线,下面重点介绍一种利用BUSY信号特点的“转换”方式,大大地减少了对单片机资源的占用。图6 ICL7135典型应用(2)接口与编程ICL7135与MCS-51的连接可参照MCLl4433与处理器连接方法,依次读出万位到个位的BCD码。本节采用另外一种方法,重点推荐采用计数法进行A/D转换”的方法。ICL7135与MCS-51连接如图7所示。图7 1CL7135与MCS51连接（1）硬件连接。设MCS-51的外接晶振fosc=6MHz,则ALE输出约为1MHz,将ALE信号输入CD4040的CLK引脚。CD4040是由12个T型触发器组成的串行二进制计数器/分频器,有12个分频输出端,Q1Q12,最大分频系数为2124096,由于CD4040的所有输入、输出端都设有缓冲器,所以有较好的噪声容限。CD4040的Q2输出是对ALE进行了224分频,故输入ICL7135的时钟为1MHz/4=250kHz,可得TCP1/250ms=0.004mS,由于一次转换最多需(10001+10000+20001)=40002个脉冲,故转换一次需0.00440002160ms,因此ICL7135的转换速度为6.25次s。选择这一频率,以牺牲ICL7135抗工频干扰为代价,使MCS-51的16位计数器能一次计数AD转换”的CP脉冲数。在满电压输入时,BUSY宽度为正向积分10000个CP脉冲,反向积分20001个CP脉冲(总计30 001个CP脉冲)。在fosc=6MHz情况下,8031内部定时频率为6MHz12=500kHz,比ICL7135时钟频率250kHz大了1倍。在满刻度电压输入时,定时器计数值应为30 0012=60002,不超过MCS-51的16位计数的最大可计数值(216),故在BUSY高电平期间,计数器计数值除以2,再减去10000(2710H),余数就是被测电压的数值。(2)程序设计。假定将转换的结果(二进制)存放在R3,R2寄存器中,其中R3存放高位.程序清单如下：JB P3.2,$ ;等待BUSY变低(AD转换结束)MOV TL0,#0MOV THO,#0 ;16位计数器初值清0MOV TMOD,01H ;TO定时,