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一种单片机双极模拟信号A/D转化的电路设计

通常A/D转换都需使用A/D转换芯片来实现,MC9S12XS128MAL是飞思卡尔公司HCS12系列16位单片机中的一种,它有8 kB的RAM、128 kB的片内闪存(Flash EEPROM)、

  一般A/D转化都需运用A/D转化芯片来完成,MC9S12XS128MAL是飞思卡尔公司HCS12系列16位单片机中的一种,它有8 kB的RAM、128 kB的片内闪存(Flash EEPROM)、2 kB的电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)及多种功用的接口,MC9S12XS128内置的A/D模块是16通道、12位精度、多路输入复用、逐次迫临型的模数转化器,故可省去运用A/D转化芯片而规划的硬件电路,可下降本钱,进步了体系的稳定性及可靠性。但单片机的模仿输入端只能承受单极正向模仿信号,不能直接进行双极模仿信号的模数转化,为此有必要把双极模仿信号转化成单极正向模仿信号。在一般的规划中,常常要把形如-ui-+ui的双极型模仿信号经过电位平移电路转化成0~5 V单极信号,而这种平移电路会使得A/D转化的精度下降一倍,并且稳定性也下降。而文中选用对称电路规划,使得单片机可接纳的A/D信号由0~5 V扩展到-5~+5 V,A/D转化的量程扩展了1倍,稳定性也大幅进步。

  1、电路规划

  

 

  图1 整体电路示意图

  1.1 规划原理

  当输入的信号经扩展电路扩展后,若信号为正,则二极管1截止,信号无损失地从AD0口输入,一起正的信号经反相器反相后变成负的信号,二极管2导通,所以AD1口接纳到的信号为二极管2的正导游通压降的负值,只需这个负值电压的起伏小于A/D口输入的答应值,则由此口收集的A/D值就为0,因此在这种情况下的A/D值便是AD0口的值;

  反之,当输入的信号为负值时,二极管1导通,AD0口接纳的数据为0,而经反相器反相后的信号为正,二极管2截止,AD1口接纳数据。

  若AD=AD0-AD1,当信号为正时,AD=AD0-0,为正;当信号为负时,AD=0-AD1,为负。此刻,AD可接纳的数据由本来的0~5 V扩展为-5~+5 V。

  1.2 二极管的挑选

  若从线性度考虑,应该挑选正向压降高的二极管,例如1 N4007。但1N4007的正向压降约为0.7 V,当二极管导通时,对应的A/D口所接纳到的信号为-0.7 V,这会焚毁单片机,所以从安全性考虑应该挑选压降较低的二极管进行试验。PMEG2010的压降约为0.1 V,1N60的压降约为0.2~0.3 V,均能保护好单片机不被烧坏。在安全性的前提下,别离丈量数据剖析二极管的线性度。

  2、试验与定论

  2.1 PMEG2010

  文中以某种信号为输入信号,丈量输出信号和输入信号是否成线性联系。

  表1是二极管为PMEG2010是测得的数据,将数据拟合后可得到二极管为PMEG2010时所得曲线,如图2所示。

  

 

  

 

  表1 二极管为PMEG2010时的输入与输出值

  

 

  图2 二极管为PMEG2010时所得曲线

  由图2所示,在零点邻近输入与输出之间呈显着的非线性联系。原因是PMEG2010的反相漏电流过大,且漏电流巨细与输入信号的巨细之间也呈非线性联系,所以测得的数据与输入值之间呈非线性。

  2.2 1N60

  当把PMEG2010换成1N60后,再次测得一组数据,并剖析其线性相关性。

  表2 二极管为1N60时的输入与输出值

  

 

  将上述所测得数据拟合后得到图3所示。

  

 

  图2 二极管为1N60时所得测得的曲线

  图3是拟合后的曲线,由图可看出输入值和输出值之间呈较好的线性联系,拟合曲线的方程为y=0.049 421 335 942 257 8+2.261 803 178 235 24×x,相联系数为R=0.999 72,可满意一般的丈量需求。

  3、结束语

  经过试验数据验证以及参阅相关材料文献,可得出以下定论:(1)本电路规划能有效地处理单片机接纳单极信号和双极信号的联系,使得单片机可接纳并处理双极信号。(2)经过对称电路的规划,使得A/D可接纳的信号由本来的0~5 V变为-5~+5 V,有效地扩展了A/D的量程。(3)当二极管选用得适宜,可以确保数据的线性联系。(4)规划运用单片机内置的A/D模块,节省了A/D芯片的运用,使得规划本钱下降。

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