红外防盗报警系统组成及工作原理.doc

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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，由于

2、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/（D1+D2），

3、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固定时，其电压值取决于

4、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转换误差的主要原因，如果

5、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取值不能太小，但太大又会影响A/D

6、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电压由低往高逐渐变化，在比较器输出端

7、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转换速度取决于以下几个方面：（1）    单片

8、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