本發明涉及一種模數轉換器，尤其是一種基于單片機技術的模數轉換器。

背景技術：

a/d轉換器是溝通模擬與數字的橋梁，一般作為與單片機異步前向的外設通道來配置，作為一種模擬和數字的混合體，市面上低速、低分辨率的通用型a/d模組其售價都高于單片機，而且a/d轉換器本身還要配置電壓基準和眾多數量的電阻電容，這樣就要占用更多的pcb版面和布線，加之過多外配元件必然帶來對環境的敏感性和通過這些外配元件引入的內外部熱噪聲和蠕變偏移。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明公開一種基于單片機技術的模數轉換器，包括電源+vcc，場效應管j103，單片機、若干電容、電阻和二極管。電源+vcc連接電阻r1與場效應管j103，場效應管j103串聯電阻r1組成“可控恒流源”，引入電流負反饋可獲得恒流電源i0；場效應管j103與二極管d1、d2相連，其中d1連接單片機引腳3，d2、d3串聯，d3連接單片機引腳11、電容c1和電阻r0，三只二極管d1、d2、d3構成電子開關；電容c2和電阻r0并聯接地，電阻r0并聯電容c2構成rc積分電路，將輸入信號進行積分運算；輸入電源vin連接電阻r2接入單片機引腳13，單片機引腳13連接電容c1接地，電阻r2并聯電容c1構成阻容低通濾波器，電阻r2引入需要轉換的模擬信號vin,經所述阻容低通濾波器過濾掉輸入信號vin中的交流撥動后輸入到單片機片內的比較器正向輸入端com+；單片機引腳11接入電源+vcc，單片機引腳14接地。

優選的，所述場效應管j103為p溝道結型場效應管

優選的，所述單片機型號為15w413as-28。

優選的，所述若干電容、電阻和二極管為：電容c1、c2；電阻r0、r1、r2；二極管d1、d2、d3。

優選的，所述二極管為高速開關二極管1n4148。

一種基于單片機技術的模數轉換方法，所述方法包括主流程與子流程，所述主流程為：首先整個系統上電開始，然后單片機配置比較器接著配置定時器，然后設置總采樣次數n0，最后清零充電次數n后進入休眠；所述子流程：首先定時中斷子程序，然后將比較結果傳送到p1.0判斷結果，如結果為高，則對應運行算法“n＝n+1”增加一個充電計數，否則就跳過計數，此過程后再做采樣，采樣次數運行“n0＝n0-1”次，如采樣次數沒有為0，則中斷返回；如果采樣次數為0，則將“轉移存儲n”到寄存器ram中，此時寄存器ram中的值即為a/d轉換結果，最后重新賦值n0和n返回主流程。

由于單片機都配置了比較器，本發明的核心在于利用單片機上的比較器，通過軟化模擬一種同步型電壓-數字轉換器，達到減少硬件數量和成本的目的，同時所述電壓-數字轉換器在線性度、分辨率、抗干擾性、動態范圍乃至在低元件敏感度上都有上佳的表現。

附圖說明

圖1為硬件電路圖。

圖2為a/d轉換器圖。

圖3為恒流原理，與j103轉移特性曲線。

圖4為具體實施方式流程框圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清晰、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

如圖1和圖2所示，一種基于單片機技術的模數轉換器，包括單片機、電源+vcc，場效應管j103，若干電容、電阻和二極管；電源+vcc連接電阻r1與場效應管j103，場效應管j103串聯電阻r1組成“可控恒流源”，引入電流負反饋可獲得恒流電源i0；場效應管j103與二極管d1、d2相連，其中d1連接單片機引腳3，d2、d3串聯，d3連接單片機引腳11、電容c1和電阻r0，三只二極管d1、d2、d3構成電子開關；電容c2和電阻r0并聯接地，電阻r0并聯電容c2構成rc積分電路，將輸入信號進行積分運算；輸入電源vin連接電阻r2接入單片機引腳13，單片機引腳13連接電容c1接地，電阻r2并聯電容c1構成阻容低通濾波器，電阻r2引入需要轉換的模擬信號vin,經所述阻容低通濾波器過濾掉輸入信號vin中的交流撥動后輸入到單片機片內的比較器正向輸入端com+；單片機引腳11接入電源+vcc，單片機引腳14接地。

所述場效應管j103為p溝道結型場效應管

所述單片機型號為15w413as-28。

所述若干電容、電阻和二極管為：電容c1、c2；電阻r0、r1、r2；二極管d1、d2、d3。

所述二極管為高速開關二極管1n4148。

一種基于單片機技術的模數轉換器，其硬件工作原理如下：首先“恒流源”在p溝道結型場效應管串聯電阻r1上引入電流負反饋獲得i0，單片機引腳p1.0控制二極管d1、d2、d3構成的電子開關的導通，和com-是動態平衡的，由于積分電容c2上電壓com-在跟蹤輸入電壓com+，此刻com+沒有變，com-動態平均值也不變，此時電容c2上的電荷等于電容c2通過電阻r0放出去的電荷，當cmo+>com-p1.0＝1時二極管d1反向截止，二極管d2、d3正向導通，所述恒流源i0穿過二極管d1、d2向所述積分電路充電使com-電壓上升高并超過com+；當com+<com-p1.0＝0時，二極管d1因正向導通鉗位，所述恒流源i0穿過二極管d1通過單片機接地下拉，二極管d2和d3因反向偏置被迫截止，然后電容c2上的電壓隨著電阻r0的放電逐漸下降，其趨勢也同樣是追尋com+和com-電壓之間的平衡。

如圖4所示，一種基于單片機技術的模數轉換器，包括硬件與具體實施方式，所述具體實施方式包括主流程與子流程，所述主流程為：首先整個系統上電開始，然后單片機配置比較器接著配置定時器，然后設置總采樣次數n0，最后清零充電次數n后進入休眠；所述子流程為：首先定時中斷子程序，然后將比較結果傳送到p1.0判斷結果，如結果為高，則對應運行算法“n＝n+1”增加一個充電計數，否則就跳過計數，此過程后再做采樣，采樣次數運行“n0＝n0-1”次，如采樣次數沒有為0，則中斷返回；如果采樣次數為0，則將“轉移存儲n”到寄存器ram中，此時寄存器ram中的值即為a/d轉換結果，最后重新賦值n0和n返回主流程。

首先定義一個的數據存儲器單元作為a/d轉換結果數據寄存器，啟動a/d轉換之前在此寄存器內預置一個采樣次數n0，比較器的同相端電平高于反相端電平時，比較器輸出邏輯“1”，并產生一次中斷，比較器的同相端電平低于反相端電平時，比較器輸出邏輯“0”，也產生一次中斷，比較器輸出邏輯狀態“1”或“0”可從其特殊功能寄存器的相關位查詢獲取。在比較器中斷程序中，根據查詢結果逐次修改“a/d轉換結果數據寄存器”中的數據，使電平逐次逼近并最終收斂于待轉換模擬信號電平，收斂時數據寄存器中的值即為a/d轉換結果，具體如圖2所示，本發明中單片機的比較器被用作溝通模擬到數字之間的橋梁，通過對其實施所述方法可以直接等效為一片d觸發器。

設定總的采樣窗口時間是n0*t0,總的充電時間為n*t0，總的放電時間為(n0-n)*t，然后根據充放電的凈電荷量相等的關系可以列出等量式：(i0-vin/r0)*n*t0＝vin/r0*(n0-n)*to整理得n＝n0*vin/(i0*r0)＝n0*vin/vref其中vref＝i0*r0為標準的a/d轉換線性關系式。

對于系統的穩定性而言，n0是認為賦予的一個固定的數，一旦被賦予以后是不會變的，一般說來電阻的熱穩定性是非常高的，電阻r1和電阻r0都采用10k阻值的電阻，使得在同一環境下其變化趨勢相同，使得vref＝i0*r0a/d轉換線性關系式變得非常穩定，而p溝道結型場效應管最大優勢就是熱穩定性非常好，所以本發明涉及的一種基于單片機技術的模數轉換器環境適應能力非常好。

對于系統的線性度而言，如圖3所示，左圖是源柵電壓vsg對恒流i0的控制特性和通過r1引入電流負反饋恒流值與電阻之間的曲線交匯關系，是一個連列的超越方程，i0＝f(vgs)是曲線，vgs＝i0*r0是過坐標的原點的直線，二者相交的地方就是恒流值i0,圖中r1表示當電阻r1阻值增大時，電流i0’將減小，由于系統中r0和r1是同步增大的，所以在vref乘積中相互抵消確保了vref不隨環境因素改變；圖3右圖示意了p溝道結型場效應管j103的轉移特性曲線，顯示的是控制p溝道結型場效應管j103漏源電壓對電流i0的影響，在圖中豎直中線的右側，當p溝道結型場效應管j103內部溝道夾斷時，電流i0完全不受vgs電壓變化的影響，保證了無論是c2上的電壓是高還是低，電流i0都是不變的，保障了系統有極高的線性度。

本發明利用單片機上的比較器，通過軟化模擬一種同步型電壓-數字的模數轉換器，達到了減少硬件數量和成本的目的，同時所述電壓-數字轉換器在線性度、分辨率、抗干擾性、動態范圍乃至在低元件敏感度上都有上佳的表現。