摘要：介紹了一種基于80C196單片機的A／D轉換硬件電路和軟件實現， 利用80C196自帶的10位A／D轉換器和PWM輸出及簡單外圍電路，實現了高精度、高速A／D轉換。該方法同時具有成本低、實用性強等特點。
關鍵詞：單片機；A／D轉換；PWM信號；分辨率
0 引言
在智能化儀表中，A／D轉換器直接影響儀表的性能，A／D轉換器的性能主要在兩個方面，轉換精度和轉換時間。目前常用的有逐次逼近型轉換器、并行轉換器、雙積分轉換器等。其中，雙積分A／D轉換器因為轉換精度高、抗干擾性能強，并且價格相對較低，在數字測溫儀表以及工業現場的慢變信號數據采集中得到非常廣泛的應用。但是雙積分A／D轉換器在實際應用中仍有不足之處。由于其工作過程中零點漂移誤差、以及電容充放電造成的非線性，使得其如要獲得較高的精度，對電路中運放、電阻、電壓基準等元件的精確度和溫漂系數等指標的要求就非常高，特別是它不適合快變信號的數據采集。而適合快變信號的高精度并行轉換器的價格太高，如12位精度的AD7874價格就十分昂貴。因此尋找一種高精度、高速且低成本的A／D轉換方法是有實用價值的。本文利用Intel公司單片機80C196自帶的10位A／D轉換器和PWM輸出，外加放大器、濾波器等簡單電路配合，實現了高精度(最高可達18位精度)、高速A／D轉換，滿足快變信號的A／D轉換要求。經使用表明，該A／D轉換方法的性價比高，效果非常好。
1 80C196簡介
80C196是INTEL公司推出的一種準16位單片機系列，常見的型號有80C196KB、80C196KC、80C196KT等，本文選用了80Cl96KB，與其他通用的單片機相比，80C196KB主要有以下特點：(1)片上232字節的寄存器兼有RAM和累加器的功能，克服了面向累加器引起的瓶頸問題，提高了執行效率；(2)具有8通道10位A／D轉換器(逐次逼近型)，特別適合于智能儀表、控制系統等應用領域；(3)脈寬調制輸出器PWM，PWM信號經過積分就可以獲得直流輸出，可作為D／A轉換器使用，D／A轉換器的分辨率為8位；(4)高速輸入／輸出器(HSI／HSC)),HSI／HSO特別適合于測量和產生分辨力高達2us的脈沖；(5)16為監視定時器(WDT)，即看門狗，有軟硬件故障時，WDT將使系統復位，提供了一種軟硬件故障的恢復能力；(6)可動態配置的總線，在運行過程中，80C196KB總線可以動態地配置成8位或16位，以便適應對外部存儲器進行字節操作或字操作的不同需求。
80C196的特點決定了它很適合應用于自動化儀表與控制，自帶的A／D可以方便的進行數據采集，PWM可以輸出D／A信號，WDT保證了運行的可靠性，HIS／HSO方便脈沖信號的測量與產生。80C196KB共有68管腳，采用PLCC型封裝，其管腳圖如圖1所示。
2 A／D轉換的硬件實現
3 A／D轉換的軟件實現
4 結束語
利用80C196KB自帶的10位A／D轉換器和PWM輸出，實現高精度A／D轉換的原理如下：假設傳感器提供的信號為Vs，經放大后提供給A／D轉換器信號為As，A／D轉換的結果為Rd，A／D轉換的舍入誤差為Ed，對于逐次逼近式A／D轉換有0≤Ed
圖中，運算放大器H1和H2構成了差分放大器，H1和H2應選用性能較好的運算放大器，該電路具有極高的共模抑制比，傳感器信號Vs經過差分放大器放大后得到As，As連接到80C196KB的0號A／D通道輸入口ACH0，A／D轉換后得到高8位數字量；80C196KB的PWM輸出信號經過U2與E2構成的濾波器濾波后，得到直流信號Rd，這就是80C196KB通過PWM進行D／A轉換的典型電路；運算放大器H3構成的電路實現Es×28，該信號連接到80C196KB的1號A／D通道輸入口ACH1，完成Es的A／D轉換，得到低位數字量。通過軟件合并高位數字量和低位數字量即可實現高精度A／D轉換。
為保證實時性，A／D轉換的軟件通過中斷方式實現，首先主程序在初始化中設定定時器和A／D中斷工作模式，定時器中斷到來時啟動0通道A／D轉換。A／D中斷時，判斷A／D的通道號，當0通道ACH0中斷時，讀取并保存A／D結果的高8位，通過PWM輸出該結果，然后啟動下一次l通道ACHl的A／D轉換；當ACHl中斷時，讀取A／D轉換結果并與高8位合并，得到最終結果。
當采用12MHz晶振時，80C196KB的A／D轉換時間為22us，PWM輸出周期是64us，PWM信號輸出后，為使D／A結果穩定后再啟動ACHl，延時了3倍PWM周期，整個A／D轉換時間(包括A／D轉換時間和軟件運行時間)可以在1ms內完成。A／D中斷服務程序的流程框圖如圖3所示。初始化程序和定時器中斷服務程序較簡單，流程圖略。
利用80C196KB單片機的內置10位A／D轉換器和PWM信號，輔以簡單的放大電路和濾波電路實現模數轉換。這種方法成本低、精度高、速度快、容易實現，具有較高的實用價值。該A／D轉換方法在我單位研制的全自動數控對刀儀上得到成功應用。