红外防盗报警系统组成及工作原理

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1、用单片机实现低成本高精度A/D与D/A转换摘要:用普通单片机实现低成本的多路A/D与D/A转换,其转换结果为8bit或更高。关键词:单片机 A/D转换 D/A转换 PWM(脉冲宽度调制)比较器       目前单片机在电子产品中已得到广泛应用,许多类型的单片机内部已带有A/D转换电路,但此类单片机会比无A/D转换功能的单片机在价格上高几元甚至很多,本文给大家提供一种实用的用普通单片机实现的A/D转换电路,它只需要使用普通单片机的2个I/O脚与1个运算放大器即可实现,而且它可以很容易地扩展成带有4通道A/D转换功能

2、,由于它占用资源很少,成本很低,其A/D转换精度可达到8位或更高,因此很具有实用价值。其电路如图一所示:图一其工作原理说明如下:1、硬件说明:图一中“RA0”和“RA1”为单片机的两个I/O脚,分别将其设置为输出与输入状态,在进行A/D转换时,在程序中通过软件产生PWM,由RA0脚送出预设占空比的PWM波形。RA1脚用于检测比较器输出端的状态。R1、C1构成滤波电路,对RA0脚送出的PWM波形进行平滑滤波。RA0输出的PWM波形经过R1、C1滤波并延时后,在U1点产生稳定的电压值,其电压值U1=VDD*D1/(D

3、1+D2),若单片机的工作电压为稳定的+5V,则U1=5V*D1/(D1+D2)。图一中的LM324作为比较器使用,其输入负端的U1电压与输入正端的模拟量电压值进行比较,当U1大于模拟量输入电压时,比较器的输出端为低电平,反之为高电平。2、A/D转换过程:如果使RA0输出PWM波形,其占空比由小到大逐渐变化,则U1的电压会由小到大逐渐变化,当U1电压超过被测电压时,比较器的输出端由高电平变为低电平,因此可以认为在该变化的瞬间被测的模拟量与U1的电压相等。由于U1的电压值=VDD*D1/(D1+D2),当VDD固定

4、时,其电压值取决于PWM波形的占空比,而PWM的占空比由单片机软件内部用于控制PWM输出的寄存器值决定,若软件中用1个8位寄存器A来存放RA0输出的PWM的占空比值D1,因此在RA1检测到由“1”变为“0”的瞬间,A寄存器的值D1即为被测电压的A/D转换值,其A/D转换结果为8位。如果用16位寄存器来作输出PWM的占空比,则A/D转换值可达到16位。3、A/D转换误差分析及解决办法:A/D转换的误差主要由以下几个方面决定,分别说明如下:(1)    单片机的电源电压VDD:在该A/D转换中,VDD电压是造成A/D

5、转换误差的主要原因,如果使VDD电压精度做到较高,则A/D转换误差可以做到很小,在VDD电压精度为0.5%情况下,实际的A/D转换误差小于1%。(2)    软件产生的PWM占空比:若用于产生PWM的软件设计不良,会使存放占空比的寄存器值与实际输出的PWM占空比不一致,这会导致测量误差。(3)    比较器输入端的失调电压:该电压对A/D转换精度有一定影响,但影响较小。(4)    RC滤波电路的纹波:在R1、C1取值不当的情况下,U1处的电压纹波较大,并且延时时间不够,会使A/D转换产生误差,因此R1、C1取值

6、不能太小,但太大又会影响A/D转换速度,推荐使用图一中所示的R1、C1参数,在纹波合理的情况下,其转换误差也可通过软件消除。A/D转换误差的解决办法:(1)    对VDD造成的误差,只能通过提高VDD电压精度来解决,它相当于A/D转换的基准电压。(2)    对于软件中PWM设计不良导致的误差,可修改软件进行解决,本文提供了用软件产生PWM的程序流程图,实际使用中可按此流程设计程序。(3)    对比较器及RC滤波电路的纹波导致的误差,在软件中可通过上、下检测法进行消除,即先将PWM的占空比由小到大变化,使U1

7、电压由低往高逐渐变化,在比较器输出端变化时记录其A/D转换值,再将PWM的占空比由大到小变化,使U1电压由高到低变化,在比较器输出端变化时记录其A/D转换值,将两次的A/D转换值进行平均,可有效地消除这两种误差。(4)    对A/D转换值进行数字滤波,如多次转换求平均值等。数字滤波消除误差的方法很多,在此不再赘述。4、A/D转换速度及提高办法:由于该A/D转换是通过PWM滤波后再进行比较来完成的,其PWM的产生与滤波都需要一定的时间,因此其A/D转换速度较慢,适用于对A/D转换速度要求不高的产品中,其A/D转换

8、速度取决于以下几个方面:(1)    单片机的运行速度:单片机的运行速度越高则PWM的频率可以越高,RC值就可以取得越小,其延时时间也可以更短,转换速度就更快。(2)    被测电压值的大小:由于U1电压时是由小到大逐渐加大的,当被测电压值较小时,U1电压上升到相应值的时间就越短,完成A/D转换的速度就越快。(3)    初始占空比:初始占空比越高,U1电压较大,其上升到

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