专利名称：可编程双积分型32位adc的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将模拟信号转换为数字信号的电路，尤其是抗干扰能力强、转换精度高的可编程双积分型32位ADC。
背景技术：
目前，已知的双积分型ADC只能将额定的模拟量最多转换成16位数字量，分辨率能达到1Λ216)，仅能满足一般测量要求；32位Σ -Δ型的ADC是TI公司生产，内含PGA放大器，拟制高频噪声和固定的低频干扰能力；其他类型的ADC分辨率低于对位。在开发高分辨率压力测量系统新产品的过程中，运用已有的16位积分型的ADC不能达到系统1/(105) 的测量精度要求，使用32位Σ 型的ADC抗干扰能力相对较差，同时价格太高。若能够提供一种32双积分型ADC，则可以将模拟量转换为更多位数的数字量，同时满足高精度物理量检测、高分辨率图像采集和人体生物信号检测的需求。
发明内容
为了克服现有的ADC不满足高精度信号检测的不足，本发明提供一种可编程双积分型32位ADC，该32位ADC解决了已有的双积分型ADC分辨率低的缺点，为高精度信号测量提供了方便。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该可编程双积分型32位ADC包括信号放大与处理电路J0、提供参考电压电路J1、运算放大器J2、比较器J3、微处理器J4以及数据通信模块J5。信号放大与处理电路JO正信号输出端Ui'接电阻R2，开关三极管T集电极与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端连接运算放大器J2的“-”输入端和积分电容C的Uc 端，C的另一端接J3的“-”输入端；T发射极接地，T的基极通过电阻Rl与微处理器J4的 Pl. 0端连接。信号放大与处理电路JO的负信号输出端H连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接提供参考电压电路Jl的L端，Jl输出标准参考电压Ua和证，证接J2的“ + ”输入端； Ua接比较器J3的“ + ”输入端，Jl的Q端接“+5V”电源。运算放大器J2的“_”输入端与R2连接，J2的“ + ”输入端与Jl的Ub端连接，J2 的输出端UO与比较器J3的“-”输入端连接。比较器电路J3有三个连接端，J3的“ + ”端与Jl的Ua连接，J3的“_”端与J2的输出端UO连接，J3的输出端Um与微处理器J4的Ρ3. 2引脚连接。微处理器J4的Pl. 0引脚通过电阻Rl与T基极连接，J4的Ρ3. 2引脚连接J3的输出端Um, J4的TxD, RxD引脚与数据通信模块J5的11引脚、12引脚连接，J5是TTL电平转换为232电平的芯片ΜΑΧ232。开关三极管T工作在截止和饱和两种工作状态，这两种状态由J4引脚Pl. 0送出的1或0控制，在正向充电阶段，Pl. 0送出0，T截至，输入信号Ui ‘通过电阻R2对积分电容C定时充电，充电时间到，充电过程结束，这时UO值最小；在反向充电(放电)阶段，P1.0 送出1，T饱和，积分电容C通过电阻R2对地放电，随着放电时间增加，电压UO增加，当UO =fe时，J3输出电压突变为低电平，^!加在J4的P3. 2引脚，J4产生外部0中断，放电结束，J4内部定时/计数器T0/T1记录放电时间，T0/T1的值经过软件滤波，再使用软件进行数据处理后，作为输入端的模拟量转换的数字量，从串口输出。正向充电阶段到反向充电阶段的转换是由定时时间实现的，反向充电阶段到正向充电阶段的转换是由UO = Ua实现的。转换过程由软件编程和硬件电路共同实现。下面对本发明的软件设计部分做详细说明图2所示的201模块中，初始化系统，进入死循环循环调用202模块和203模块。 204模块采集到的数据量由202模块完成滤波、转换；204模块完成数据处理后，由203模块将204模块处理后的数据通过J4串行发送TxD和串行接收RxD引脚分别连接MAX232的对应的12和11引脚输出。第一步每当放电结束时，J3输出Um是低电平或电平的下降沿送给J4的外部中断0引脚，J4响应外部中断0，调用图2所示的204模块。图2所示的204模块中读出T0/T1值作为数字量特征值，初始化Tl并设置成计数方式，TO置初值作为正向充电定时时间，J4的Pl. 0送出低电平0给T的基极，使T的集电极和基极断开，Ui'对积分电容C充电，设置充电定时时间，启动TO定时。第二步进入正向定时充电阶段，定时器在时间域均勻增值，直到定时时间到，正向充电结束时UO值最低，充电定时时间到，产生TO定时中断，调用图2所示的206模块。图2所示的206模块中初始化TO，J4的Pl. 0送出高电平1给T的基极，启动计数器ΤΙ/TO开始计数，TO每中断一次，令T1+1。第三步J4的Pl. 0送出高电平1给T的基极，使T的集电极与发射极饱和短路， 积分电容C通过T的集电极对地放电，进入反向充电阶段。第四步每当TO计数满并溢出就产生TO中断，继续调用图2所示的206模块，在 206模块中，初始化T0，T1+1 ；第四步循环执行，随着积分电容C放电时间的增加，UO不断升高，当J2输出端输出电压升高到UO = Ua,即比较器J3 “-”输入端电压UO等于J3的“ + ” 输入端标准参考电压Ua时，放电结束，比较器J3产生翻转。第五步J3输出电平Um变成低电平或输出下降沿给J4的Ρ3. 2弓丨脚，J4再次产生外部0中断，返回到第一步，调用图2所示的204模块，在204模块中，读出Τ0/Τ1计数值作为输入模拟信号转换的特征数字量。如果Tl溢出产生中断，数据长度超过32位，作为无效数据处理，如果Tl没有产生中断，数据有效，特征数字量乘以一个系数(通过数据拟合得到特征数字量对应数字量的系数)就是模拟量转换的数字量。该可编程双积分型32位ADC使用J4内部的Τ0/Τ1，正向定时积分和反向放电积分采用不同刻度计数时钟，反向积分计数时钟比正向积分定时时钟快8-12倍，由于提高了积分电容C放电过程的计数频率，提高了模数转换的精度；采用软件方法将微处理器J4内部的2个16位定时/计数器链接成32位，实现了 32位计数器电路Jl模块输出的fejb是相对电压值，对电源电压要求较低，不需要专用高精度专用电源。本发明的有益效果是，该可编程双积分型32位ADC可将双积分型ADC的分辨率提高到32位，比已有的16位ADC分辨率提高了 65536倍，极大的满足了高精度物理量检测的需求，同时，省去了一般ADC电路所必须的若干逻辑开关、定时电路、计数器电路、逻辑控制电路、简化了电容充放电控制电路，结构简单，控制方便。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1是本发明的32位双积分型ADC结构图。图2是本发明的32位双积分型ADC软件运行流程图。
具体实施例方式在图1中，该可编程双积分型32位ADC包括信号放大与处理电路J0、提供参考电压电路J1、运算放大器J2、比较器J3、微处理器J4以及数据通信模块J5。信号放大与处理电路JO正信号输出端Ui ‘接电阻R2，开关三极管T集电极与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端连接运算放大器J2的“-”输入端和积分电容C的Uc 端，C的另一端接J3的“-”输入端；T发射极接地，T的基极通过电阻Rl与微处理器J4的 Pl. 0端连接。信号放大与处理电路JO的负信号输出端H连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接提供参考电压电路Jl的L端，Jl输出标准参考电压Ua和证，证接J2的“ + ”输入端； Ua接比较器J3的“ + ”输入端，Jl的Q端接“+5V”电源。运算放大器J2的“_”输入端与R2连接，J2的“ + ”输入端与Jl的Ub端连接，J2 的输出端UO与比较器J3的“-”输入端连接。比较器电路J3有三个连接端，J3的“ + ”端与Jl的Ua连接，J3的“_”端与J2的输出端UO连接，J3的输出端Um与微处理器J4的P3. 2引脚连接。微处理器J4的Pl. 0引脚通过电阻Rl与T基极连接，J4的P3. 2引脚连接J3的输出端Um, J4的TxD, RxD引脚与数据通信模块J5的11引脚、12引脚连接，J5是TTL电平转换为232电平的芯片MAX232。开关三极管T工作在截止和饱和两种工作状态，这两种状态由J4引脚Pl. 0送出的1或0控制，在正向充电阶段，Pl. 0送出0，T截至，输入信号Ui ‘通过电阻R2对积分电容C定时充电，充电时间到，充电过程结束，这时UO值最小；在反向充电(放电)阶段，P1.0 送出1，T饱和，积分电容C通过电阻R2对地放电，随着放电时间增加，电压UO增加，当UO =fe时，J3输出电压突变为低电平，^!加在J4的P3. 2引脚，J4产生外部0中断，放电结束，J4内部定时/计数器T0/T1记录放电时间，T0/T1的值经过软件滤波，再使用软件进行数据处理后，作为输入端的模拟量转换的数字量，从串口输出。正向充电阶段到反向充电阶段的转换是由定时时间实现的，反向充电阶段到正向充电阶段的转换是由UO = Ua实现的。转换过程由软件编程和硬件电路共同实现。下面对本发明的软件设计部分做详细说明图2所示的201模块中，初始化系统，进入死循环循环调用202模块和203模块。 204模块采集到的数据量由202模块完成滤波、转换；204模块完成数据处理后，由203模块将204模块处理后的数据通过J4串行发送TxD和串行接收RxD引脚分别连接MAX232的对应的12和11引脚输出。
第一步每当放电结束时，J3输出to是低电平或电平的下降沿送给J4的外部中断0引脚，J4响应外部中断0，调用图2所示的204模块。图2所示的204模块中读出T0/T1值作为数字量特征值，初始化Tl并设置成计数方式，TO置初值作为正向充电定时时间，J4的Pl. 0送出低电平0给T的基极，使T的集电极和基极断开，Ui'对积分电容C充电，设置充电定时时间，启动TO定时。第二步进入正向定时充电阶段，定时器在时间域均勻增值，直到定时时间到，正向充电结束时UO值最低，充电定时时间到，产生TO定时中断，调用图2所示的206模块。图2所示的206模块中初始化TO，J4的Pl. 0送出高电平1给T的基极，启动计数器ΤΙ/TO开始计数，TO每中断一次，令T1+1。第三步J4的Pl. 0送出高电平1给T的基极，使T的集电极与发射极饱和短路， 积分电容C通过T的集电极对地放电，进入反向充电阶段。第四步每当TO计数满并溢出就产生TO中断，继续调用图2所示的206模块，在 206模块中，初始化T0，T1+1 ；第四步循环执行，随着积分电容C放电时间的增加，UO不断升高，当J2输出端输出电压升高到UO = Ua,即比较器J3 “-”输入端电压UO等于J3的“ + ” 输入端标准参考电压Ua时，放电结束，比较器J3产生翻转。第五步J3输出电平Um变成低电平或输出下降沿给J4的Ρ3. 2引脚，J4再次产生外部0中断，返回到第一步，调用图2所示的204模块，在204模块中，读出Τ0/Τ1计数值作为输入模拟信号转换的特征数字量。如果Tl溢出产生中断，数据长度超过32位，作为无效数据处理，如果Tl没有产生中断，数据有效，特征数字量乘以一个系数(通过数据拟合得到特征数字量对应数字量的系数)就是模拟量转换的数字量。该可编程双积分型32位ADC使用J4内部的Τ0/Τ1，正向定时积分和反向放电积分采用不同刻度计数时钟，反向积分计数时钟比正向积分定时时钟快8-12倍，由于提高了积分电容C放电过程的计数频率，提高了模数转换的精度；采用软件方法将微处理器J4内部的2个16位定时/计数器链接成32位，实现了 32位计数器电路Jl模块输出的fejb是相对电压值，对电源电压要求较低，不需要专用高精度专用电源。
权利要求
1.可编程双积分型32位ADC，该可编程双积分型32位ADC包括信号放大与处理电路 J0、提供参考电压电路J1、运算放大器J2、比较器J3、微处理器J4以及数据通信模块J5 ；其特征是信号放大与处理电路JO正信号输出端Ui ‘接电阻R2，开关三极管T集电极与电阻 R2的一端连接，电阻R2的另一端连接运算放大器J2的“_”输入端和积分电容C的Uc端， C的另一端接J3的“_”输入端；T发射极接地，T的基极通过电阻Rl与微处理器J4的Pl. 0 端连接；信号放大与处理电路JO的负信号输出端H连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接提供参考电压电路Jl的L端，Jl输出标准参考电压Ua和证，证接J2的“ + ”输入端； Ua接比较器J3的“ + ”输入端，Jl的Q端接“+5V”电源；运算放大器J2的“_”输入端与R2 连接，J2的“ + ”输入端与Jl的证端连接，J2的输出端UO与比较器J3的“_”输入端连接； 比较器电路J3有三个连接端，J3的“ + ”端与Jl的fe连接，J3的“_”端与J2的输出端UO 连接，J3的输出端Um与微处理器J4的P3. 2引脚连接；微处理器J4的Pl. 0引脚通过电阻 Rl与T基极连接，J4的P3. 2引脚连接J3的输出端Um，J4的TxD、RxD引脚与数据通信模块J5的11引脚、12引脚连接，J5是TTL电平转换为232电平的芯片MAX232。
2.根据权利要求1所述的可编程双积分型32位ADC；其特征是在201模块中，初始化系统，进入死循环，循环调用202模块和203模块；204模块采集到的数据量由202模块完成滤波、转换；204模块完成数据处理后，由203模块将204模块处理后的数据通过J4串行发送TxD和串行接收RxD引脚分别连接MAX232的对应的12和11引脚输出。
全文摘要
本发明涉及一种可编程双积分型32位ADC，包括信号放大与处理电路J0、提供参考电压电路J1、运算放大器J2、比较器J3、微处理器J4以及数据通信模块J5，通过各个模块对数据的处理，将模拟信号转换为数字信号。该可编程双积分型32位ADC可将双积分型ADC的分辨率提高到32位，极大的满足了高精度物理量检测的需求，同时，简化了电路结构，控制方便。
文档编号H03M1/50GK102394651SQ20111026506
公开日2012年3月28日 申请日期2011年9月1日 优先权日2011年9月1日
发明者任世锦, 吕俊怀, 朱信诚, 郝国生 申请人:徐州师范大学