單片機實現低成本A/D轉換

在前面的文章中分別介紹了兩種用普通單片機實現低成本A/D轉換的方法，這兩種方法中在單片機的外部都要使用到一個比較器，在本文中繼續向大家介紹低成本的A/D轉換的一種方法，只是這種方法成本會更低，而且外部無需使用比較器。此種方法的A/D轉換精度不高，只有6～7bit，并且被測電壓范圍較為有限，但在某些精度要求不高，且被測電壓值變化不大的場合也很有實用價值，比如溫度測量方面。

其電路如圖一所示：

其工作原理說明如下：

1、硬件說明：

圖一中的R1、R2和C1構成RC充電電路，被測量通過R1、R2對C1充電。N1為單片機，本電路中采用MICROCHIP的PIC12C508A來舉例說明。C2為給電源供電用的濾波電路，VD1為保護用穩壓二極管，以避免輸入電壓過高而損壞單片機。

2、A/D轉換過程：

首先GP5輸出低電平，使電容C1上的電量完全放光，隨后GP5即轉變為輸入狀態，此時單片機開始計時，被測電壓經過R1、R2電阻對電容C1進行充電，電容C1上的電壓會逐漸升高，C1上的電壓U滿足以下公式：

其中U為電容C1上的電壓，E為輸入電壓(被測量)，T=(R1+R2)*C1，t為時間。

當C1上的電壓U達到單片機I/O腳的門嵌電壓時，單片機的GP5由低電平狀態轉變為高電平狀態。記錄從充電開始至此時所經過的時間t。

從上式可知，當單片機I/O腳的門嵌電壓、R1、R2、C1值都固定不變時，被測量的電壓值E與時間t呈一一對應關系。

因此測量輸入電壓對C1電容充電到門嵌電壓的時間，進行查表計算，就可以得到被測電壓值，從而實現了A/D轉換。

3、A/D轉換誤差分析及解決辦法：

A/D轉換的誤差主要由以下幾個方面決定，分別說明如下：

(1)單片機的電源電壓VDD：在該A/D轉換中，VDD電壓變化較大時有可能造成I/O口的門嵌電壓發生變化，不過其影響較小。

(2)單片機內部的定時器對C1電容上電壓上升時間的測量偏差：該測量偏差是A/D轉換誤差的主要因素。