使用集成的微控制器創(chuàng)建低成本ADC

本應(yīng)用筆記介紹了使用集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和比較器的微控制器（μC）來(lái)創(chuàng)建線性度為0.05%的低成本ADC。

圖1所示的簡(jiǎn)單3V模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）非常小，不需要負(fù)電源或昂貴的精密元件，并且消耗最小的電源電流（10μA）。單個(gè)轉(zhuǎn)換由 12，000 次比較組成，大約需要 300 毫秒。電路工作原理如下所述。

圖1.這種低廉的0.05%線性ADC可以添加到現(xiàn)有設(shè)備中，或用于升級(jí)某些μC（如PIC 16C71）中包含的轉(zhuǎn)換器。

每次比較后，微控制器（μC）關(guān)閉兩個(gè)開關(guān)之一：IC2A（比較器高電平）或IC2B（比較器低電平）。開關(guān)連接任一 V裁判（1.2V） 或接地到其“B”端子，產(chǎn)生脈寬調(diào)制 （PWM） 信號(hào)，該信號(hào)由 R3 和 C1 濾波并針對(duì) V 進(jìn)行差分積分在.結(jié)果與 V 進(jìn)行比較裁判.

當(dāng)此操作對(duì)誤差電壓上下積分時(shí)，μC計(jì)算比較器輸出為高電平（IC2A開關(guān)閉合）的比較次數(shù)。此計(jì)數(shù) （NH） 除以 12，000 等于 PWM 占空比。該系統(tǒng)是全比率的，因此占空比等于NH/12000 = V在/V裁判.重新排列和替換 V裁判= 1.2V 產(chǎn)生 V在= NH/10,000.

清單 1* 使 LCD 模塊能夠直接顯示電壓值，就像數(shù)字面板儀表一樣。子例程“DVM”生成嵌入式應(yīng)用程序所需的實(shí)際 A/D 轉(zhuǎn)換值。將量程常數(shù)（比較次數(shù)）設(shè)置為 12，000 會(huì)產(chǎn)生 300ms 轉(zhuǎn)換，分辨率為 4-1/2 位，并生成 1.1999 滿量程顯示。通過將量程常量設(shè)置為 1200，可以將轉(zhuǎn)換速度加快到 30ms，這將生成一個(gè) 3-1/2 位顯示，滿量程讀數(shù)為 1.199。

IC2近乎理想的開關(guān)特性是0.05%非線性度低的原因。IC2是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4066的高性能、3V指定版本，是一款四通道模擬開關(guān)，具有35Ω導(dǎo)通電阻和0.1nA （最大值）關(guān)斷漏電流。用MAX323雙通道模擬開關(guān)代替IC2可以節(jié)省空間：MAX323單通道/單擲器件，規(guī)格與MAX4066相似。MAX323采用8引腳μMAX封裝（MAX4066采用14引腳SO封裝）。

Vcc限制為 μC （6V） 允許的最大值。IC1，使用Vcc在整個(gè)溫度范圍內(nèi)低至 2.8V，僅吸收 7μA 的電源電流。IC1中的基準(zhǔn)電壓源對(duì)于小于100pF或大于0.05μF的容性負(fù)載是穩(wěn)定的。為確保穩(wěn)定性，基準(zhǔn)電壓源的外部旁路電容（C3）應(yīng)保持較大。

圖2.在圖1中，輸出非線性度（占滿量程的百分比）如圖所示變化。

審核編輯：郭婷