双积分型adc的最长转换时间，双积分式ADC的原理及如何设计

很多朋友对双积分型adc的最长转换时间，双积分式ADC的原理及如何设计不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

介绍

A/D转换电路是数据采集系统的重要组成部分，也是计算机应用系统中的重要功能接口。市场上常用的A/D转换芯片有两种。一类是逐次逼近型，如AD1*，其特点是转换速度高、功耗低。另一种是双积分型，如ICL7135，其特点是转换精度高、抗干扰能力强。然而，高位数A/D转换器的价格相对较高。本文介绍一种基于单片机的高精度双积分A/D转换电路。具有电路体积小、成本低、性价比高、结构简单、调试方便、运行可靠等特点。具有良好的实际应用价值。

1 双积分ADC的基本原理

双积分ADC的基本电路如图1所示，运算放大器A1、R和C组成积分器，运算放大器A2用作比较器。该电路首先对未知的模拟输入电压U1进行固定时间T1的积分，然后切换到对标准电压U0的反向积分，直到积分输出返回到起始值，反向积分时间为T0。如图2所示，输入电压U1越大，反向积分时间越长。在整个采样周期内，积分电容C上的充电电荷等于放电电荷。因此，由于U0和T1都是常数，因此反向积分时间T0与输入模拟电压U1成正比。在此期间，单片机内部计数器的计数值与信号电压的大小成正比，这个计数值就是U1对应的数字量。

2 实用双积分A/D转换电路

1）硬件电路图

如图3所示，运放A1、R和C组成积分电路。 C通常取0.22F聚丙烯电容，R通常取500k左右，A2为电压跟随器，为电路提供稳定的比较电压。运算放大器A3作为电压比较器，保证A/D转换电平的快速翻转。 CD4051是多通道选择开关。微控制器P1.0和P1。 1、P1.2作为输出口，控制其地址选择端子A、B、C选择不同的通道输入到积分器A1。 U是要转换为A/D的模拟输入电压，Uin是积分器的输入电压。U0为比较电压，U1为参考电压。为了使A/D转换结果具有较高的精度，参考电路应提供准确的电压。建议使用精度为1%的精密电阻。单片机采用89C51，其内部定时器T0为积分电路提供精确的时间计时，计数器T1用于记录反向积分时间，INT0用于检测比较器电平变化。模拟输入信号、零参考电压和待测参考电压连接至多路选择开关的输入端。通过单片机中的程序控制，依次选择各个输入信号，分别采用积分电路进行定时或定压。固定值点。

积分电路的输出信号与作为比较器的输入信号的比较电压进行比较。当比较器输出翻转信号时，CPU计数器停止计数以获得零参考电压的计数值。对这些数据进行处理和计算后，进行A/D转换。

2）转换过程

为了给积分电路提供积分零点，在系统上电阶段，积分电路首先打开GND。当比较器输出为低电平时，积分电路放电一段时间，使积分电容为零电荷。因此，双积分电路的工作过程分为三个阶段：

(1) 清零阶段：当比较器输出低电平时，积分电容上会积累大量电荷，必须将其放电，为后续的A/D转换提供准确的零起点。即对U0进行定值积分，如下：

其中，T1、U0、R、C、U1均为常数，即零电平积分时间T0与模拟输入电压U成正比，T0为计算值。具体转换波形如图4所示。

3）软件设计

单片机内部定时器T0分别控制参考电压和模拟电压的定时积分，计数器T1用于记录反向积分时间P1.0，P1。 1、P1.2控制多路选择开关的通道，单片机以查询方式检测比较器的输出电平。由上述分析可知，系统的A/D转换流程图如图5所示。

3 电路特性分析

从上述分析可以看出，当模拟电压U大于参考电压U1时，对模拟电压U进行定时积分后，零电平积分在固定值处。波形如图4所示。模拟电压U小于参考电压U1，U0应在模拟电压U定时积分后以固定值进行积分。只需在软件设计上稍加修改或提供负参考电压即可。该电路充分利用了单片机成本低、可靠性高的优点。主要元件只有单片机89C51、多路模拟开关CD4051、四运放LM324，因此结构简单，性价比较高。实际应用表明，该双积分A/D转换器具有工作性能稳定、抗干扰能力较强的特点。但从原理分析可以看出，该电路存在固有的延迟，不适合采集连续快速变化的信号。

4。结论

本设计电路保留了双积分A/D转换的主要特点，并且整个电路的成本很低。只要合理选择和调整电路参数，减少数据处理误差，就可以进一步提高转换精度和速度，并且具有转换过程简单、转换精度高、成本低的突出特点。因此，在数据采集系统和其他应用系统中具有良好的使用价值。

本文的创新点：本文采用多路选择开关CD4051来实现积分器输入变量的转换。单片机控制其通道的选择，完成清零、积分、比较环节，完成双积分A/D。该电路结构简单、成本低、稳定性好。

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