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双积分A/D转换技术
常州技术师范学院计算机系 周根元
新疆大学计算机系 袁保社
摘要： 本文论述了用MC68HC908GP32单片机的16位定时器构成的高精度低成本双积分A/D转换原理，软、硬件结构。分析了A/D转换器精度，分辩率，以及转换时间。
关键字：双积分A/D，输出比较，输入捕捉，分辨率
前言
双积分是一种常用的A/D转换技术，具有精度高，抗干扰能力强等优点。但高精度的双积分A/D芯片，价格较贵，增加了单片机系统的成本。本文介绍了以MC68HC908GP32为例，利用单片机的16位定时器构成的高精度、低成本的双积分A/D转换技术。
原理
MC68HC908GP32是MOTOROLA公司生产的8位单片机，具有以下特点：32K的片内FLASH 程序存储器，512B片内RAM，8M的内部总线频率，两个16位双通道定时器接口模块（TIM1和TIM2），每个通道可选择为输入捕获、输出捕获和PWM，8路8位A/D转换器。当需大于8位的A/D转换时，我们可用片内16位的定时器外接运放、比较器和多路开关实现双积分A/D转换。
原理图如图1所示，运放为LM311、比较器为LM339、多路开关为MC14052。MC68HC908GP32单片机的PTD5、PTD4作为输出控制MC14052多路开关的输入选择。PTD7作为输入口，捕捉LM339比较器的输出跳变。C为积分电容，常取0.1μF左右的聚丙烯电容,R为积分电阻,可取100K左右,Vi为输入电压,-E为负的基准电压。
测量前，PTD5、PTD4 = 00，使得运放的输入与输出短路，电容C放电，运放的输出电压为0。开始转换时，PTD5、PTD4 = 10，积分器输入接至输入电压，使Vi通过电阻R向C充电，设积分时间为T，然后将PTD5、PTD4 = 11，即积分器输入接至基准电压（-E），电容C开始通过R向-E逆向充电，当运放的输出低于0V时，比较器输出反转，设逆向充电的时间为t，则有
Vi = t / T´E
软件结构
设置定时T1通道0工作在输出比较方式，输出比较值为T，定时器T2通道1工作在输入捕捉方式。置PTD5、PTD4= 00，软件10ms延时，使电容C放电；置位PTD5，开定时器1，开定时器2，使电容充电；当定时器T1到达输出比较值是自动置位PTD4，使负电源（-E）对电容的逆向充电，直到PTD7翻转为至，完成一次双积分A/D转换。
程序由初始化程序和输入捕捉中断服务组成，初始化流程图如下：
输入比较中断服务程序读出捕捉值。
逆向充电时间=捕捉值+溢出值-比较值。滤波后，定标，根据公式计算既可得到Vi
初始化程序如下：
T1CH0作为输出比较，10MS
LDA #%00110001 ；8M系统总线，1/2分频，TSTOP，TRES
STA T1SC
LDA #$9C
STA T1CHOH
LDA #$40
STA T1CHOL
LDA #%00011100 ；初始PD4=0，比较成功后 PD4=1
STA T1SCO
T2CH1作为输入捕捉
LDA #%01110001 ；1/2分频，TSTOP，TRES，溢出中断
STA T2SC
LDA #%01001000
STA T2SC1
开定时器T1，T2
LDA % 00000010
STA T1SC
LDA % 01000010 ； 允许T2溢出中断
STA T2SC
特点
1.分辨率高:A/D转换的分辨率取决于定时器的计数值，MC68HC908GP32的定时器为16位的，故很容易实现16位的分辨率，若利用另一个寄存器来计数，定时器T的溢出次数，则可实现多于16位的A/D转换。
2. 精度:该双积分的A/D转换采用了输出比较及输入捕捉，定时精确高，A/D精度较好，线性度较好。
3．转换时间与分辨率和充放电时间T有关，T越大，分辨率越高，转换时间越长。同双积分的A/D芯片相比较，转换速度较快。
4．抗干扰能力。通过积分方法来测量电压，本身具有了滤波功能，可滤去各种尖脉冲干扰，对于50Hz的交流干扰，可取T=20ms的整数倍，由于一个周期内的交流电的平均值为0，则可滤去。
参考文献
1. 68HC908GP32 Advance Information Mar 15 .1999
2. CPU 08 Central Processor unit Reference Manual
3. TIM08 TIMER INTERFACE MODUIE REFERENCE MANUAL | 
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