廉价实用的双积分A/D转换器

1原理
　　51系列单片机具有两个以上 16位双通道定时器 (TIME0和TIME1)，每个通道可选择为输入捕获方式来测量脉宽。我们用片内16位的定时器外接运放、比较器实现 双积分A/D 转换。原理图如图1所示(电源和5l单片机外围电路同常规电路)，TL082是JFETINPUT运放；LM358作为比较器；MC4066是多路开关。 51单片机 P1口的P10、P11、P12作为输出，控制MC4066多路开关的输入选择；INT0作为中断输入口，捕捉LM358比较器的输出电平跳变。C1为积分电容，常取0.22μF左右的聚丙烯电容，R2为积分电阻，可取500k左右，U2A为积分运放，U2A、C1、R2构成了积分器，U2B是过零检测运放。VIN为输入电压，VREF为基准电压，AGND为转换器的参考零点。VREF和参考零点以R9、R10、R11分压产生。
　　测量前，TK3=1、TK2=0、TK1=0，打开U1C、U1D模拟开关，使积分器输入等于AGND，进入调零阶段，第一次启动转换的时间为300ms；启动以后调零时间为40ms。开始转
换时，TK3=0、TK2=0、TK1=1，积分器输入接至输入电压，使VIN通过积分电阻R2向C1充电，设积分时间为T。然后，将TK3=0、TK2=1、TK1=0，即积分器输入接至基准电压VREF，电容C1开始通过R2向VREF逆向放电。当运放的输出低于C2电容电压时，比较器输出反转。然后，TK3=1、TK2=0、TK1=0，打开U1C、U1D模拟开关，又进入调零阶段。设逆向充电的时间为t，则有


　　上式中VIN是被测电压，T是正向积分时间，t是反向积分时间，VREF是基准参考电压，AGND是转换器的参考零点。积分器输出波形如图2所示。