1. 引言
对测控现场的被测 模拟 信号 的处置普通罕用A/D或V/F转换技术，两种方法各有特点：A/D转换技术普通用于被测信号速率较高，但搅扰不是太重大的场所，而V/F转换技术因为具备较强的抗搅扰性且便于成功信号的远传和隔离，因此往往用于现场的搅扰较为重大、且信号传输距离较远的场所。但因为V/F变换的采样速率较低，在对分辨率、采样速率和抗搅扰性要求都较高时，则驳回V/F转换技术往往也难以满足采样要求。虽然A/D转换的采样速率较高，但因为其抗搅扰性较差，从而使系统的牢靠性、稳固性和测试精度都会遭到影响，有时甚至不可反常上班。
本文提出一种驳回PWM技术的新型的高性能 模数转换器 的设计方法，应用外部的 定时器 ，联合改良的逐次迫近的对分试探 算法 ，只须驳回普通 元器件 即可设计出具备高分辨率的A/D 转换器 ，以成功对模拟电压的测量，经过试验证实该设计能够到达较高的精度和分辨率，电路繁难、牢靠、老本低、传输信号线少，便于远传或隔离，抗搅扰才干强，具备较好的运行价值。
2. 基于PWM技术的A/D转换上班原理及 接口 电路设计
普通模数转换包括采样、坚持、量化和编码四个环节。采样就是将一个延续变动的信号x （t） 转换成期间上团圆的采样信号x （n） 。通常采样脉冲的宽度tw 是很短的，故采样输入是断续的窄脉冲。要把一个采样输入信号数字化，要求将采样输入所得的刹时模拟信号坚持一段期间，这就是坚持环节。量化是将延续幅度的抽样信号转换成团圆期间、团圆幅度的 数字信号 ，量化的关键疑问就是量化误差。编码是将量化后的信号编码成二进制代码输入。这些环节有些是兼并启动的。例如，采样和坚持就应用一个电路衔接成功，量化和编码也是在转换环节同时成功的，且所用期间又是坚持期间的一部分。
PWM即脉冲宽度调制，PWM信号是一种周期（T）固定、占空比变动的数字信号。当对其启动积分或低通滤波后，便可取得与其脉冲宽度呈正比的模拟电压，于是将该电压作为试探值与被测模拟量启动比拟便可取得与被测模拟量相对应的PWM值或数字量。本设计是应用定时器发生PWM脉冲输入信号，应用 比拟器 作为试探结果形态标记，驳回改良的逐次迫近试探算法来成功对被测模拟量的A/D变换。因为普通 单片机 外部都有定时器，因此可间接应用片内定时器来发生PWM信号即可，本设计驳回的是单片机，因为其外部的定时器A具备比拟/捕捉配置，且外部具备多个捕捉/比拟器：CCR0--CCRn，因此应用这种配置可更繁难的发生PWM信号，从而成功A/D转换。PWM波形的发生是应用定时器A输入形式中的“复位/置位”形式。例如可应用其中的捕捉/比拟器CCR0来控制PWM的周期，而用CCR1通道控制PWM的占空比，从而可繁难的取得PWM信号，如图1所示“复位/置位”形式输入示用意。
由图1可知，只需扭转CCR1和CCR0的值就可以扭转输入波形的脉冲宽度和脉冲周期，例如，以CCR0信号作为脉冲周期控制，当CCR1的值扭转时即可扭转PWM信号的脉冲宽度或占空比，输入信号就是PWM信号。如图2所示。
若PWM信号的占空比随期间变动，那么经过低通滤波后的输入信号将是幅度变动的模拟信号，因此经过控制PWM信号的占空比，就可以发生不同的模拟信号。本设计中，驳回MSP430单片机的定时器A的CCR0来控制周期，驳回CCR1来控制占空比，从而发生所要求的PWM信号。
驳回PWM技术的A/D转换电路设计如图3、4所示。A/D转换经过MSP430单片机的外部定时器A发生的PWM信号，经过P23口输入，经过两级RC低通滤波后失掉与其对应的模拟信号，而后经过 运算加大器 构成的电压追随器启动阻抗变换后，作为试探值送电压比拟器LM393的一端，在比拟器的另一端接入被测模拟量，两信号在比拟器中启动比拟，经过 检测 比拟器的输入电平形态即可反映出试探值的大小，由比拟器的输入形态调整PWM信号的占空比，发生下一次性PWM信号的输入，于是经过不时的试探并修正PWM信号的占空比即可使试探值接近或等于被测量，则此时的脉冲值即为被测量的A/D转换值，可以到达16位的转换精度。另外，由原理图4可知，因为整个电路比拟繁难且该转换器与系统的衔接只要两条信号线：即PWM信号输入线和用于将试探值与被测模拟量启动比拟的比拟器信号输入线，因此在启动抗搅扰隔离时将很容易成功，而在驳回普通A/D转换器的电路中启动抗搅扰隔离时则要费事的多。
3. 微控制器 MCU的选型
为繁难经常使用和操作，本设计岂但设计繁难，而且功耗要低，因此经多方面综合、对比选择驳回 公司 的具备SOC特点的MSP430系列MCU，这是一种超低功耗的16位混合信号 控制器 ，其外部集成了少量的中心模块和 温度传感器 ，特意实用于电池 供电 的手持式设施或要求对环境温度启动补救的测试仪器。
MSP430单片机驳回 最新 的低功耗技术，上班在1.8～3.6V 电压下，有反常上班形式（ A M ） 和4 种低功耗上班形式；在最小功耗形式下其上班 电流 仅为0.1μA，而且可以繁难地在各种上班形式之间切换。它的超低功耗性在实践运行中， 尤其是在电池供电的便携式设施中体现尤为突出。在系统初始化后便进入待机形式，当有准许的终止恳求时，将在6μs的期间内被唤醒， 进入优惠形式，口头终止服务程序。口头终了，在RETI 指令之后，系统前往到终止前的形态，继续低功耗形式。
本设计所驳回的是MSP430F1232微控制器，具备十分高的集成度，除外部带有具备PWM配置的定时器外，片内还集成了10通道的1 0位A / D转换、温度传感器、USART、 看门狗 定时器、片内 数控 振荡器 O、少量的具备终止配置的I/O 端口 、大容量的片内Flash 和以及 信息 Flash 存储器［4］。其中的16位定时器A中带有3个捕捉/比拟通道，外部的Flash 存储器可以成功掉电包全和软件更新。由此驳回MSP430单片机作为该设计的 处置器 ，岂但可简化系统电路设计、缩短开发周期，降落系统功耗，还可应用其外部集成的温度传感器，繁难的对被测模拟量启动温度补救，从而使系统的测试精度得以提高。
4. A/D 转换分辨率剖析及主程序设计
因为驳回PWM技术的A/D转换器的分辨率取决于控制PWM脉冲占空比的定时器的计数值位数或字长，因此可经过扭转定时器计数位数来扭转A/D转换的分辨率，而MSP430单片机的外部定时器A中的计数器字长为16位，因此其PWM信号占空比的调整范围为0～216-1，于是当系统定时器的计数器字长为16位时，驳回PWM技术的A/D转换器的最大分辨率可达16位。因为单片机外部的16位定时器驳回晶振作为外部计数器的上班 时钟 ，因此其定时精度普通都较高，且其计数值与PWM脉冲占空比成严厉的线性相关，输入脉冲准确，因此A/D转换的线性度和精度较好，线性度误差小于1%。转换速率与分辨率和选取的PWM信号的周期无关，分辨率越高，转换期间越长，但同驳回V/F形式相比拟，转换速度要快的多。
为了能够缩短试探期间提高在高分辨率下的采样速度，驳回改良的逐次迫近的对分试探法使得试探值能够迅速迫近被测模拟量。惯例的对分试探法是每次试探开局时，首先将最大计数值的一半（即字长对分值）作为试探初值并将其转换成PWM信号输入，相当于输入1:1占空比的PWM脉冲信号，而后测试比拟器的形态，以确定以后试探值的大小，若试探值小于被测模拟量，则保管以后试探值，否则去掉，而后再将残余值的一半（即：残余对分值）作为新的增量与上次保管值相加后发生新的试探值并将其转换成PWM脉冲信号输入，再测试比拟器的形态，若大于被测模拟量，则去掉以后增量，否则保管，随后每次的输入都将残余对分值作为增量启动试探，不时继续的试探下去，直到试探完与分辨率相当的次数，例如：成功具备16位分辨率的A/D转换就要试探16次。因为该方法在采样时无论以后采样值试探值如许接近被测值，其每次采样的试探次数都相反，为减小试探次数提高采样速率，在本设计中驳回了一种改良的逐次迫近试探算法，可大大缩小试探次数，其详细成功的方法是：当第一次性试探完并取得采样值后，保管以后采样值，不再以残余对分值作为新的增量，而是以最小值作为首次增量（即：将最低位置1，可将其看作权值），与上次保管值相加并转换成PWM信号输入，经过测试比拟器输入确定以后增量值能否要求保管，若试探值小于被测模拟量，则保管以后试探值，否则去掉。若要求增大试探值时，则可将权值左移一位再与上次试探值相加，以构成新的试探值，这样可以使逐次迫近试探值总处在跟踪试探形态，从而大大缩小了试探次数。因为在实践测试环节中被测模拟量普通很少有突变状况出现，大都处在缓变参与或缓变减小形态，因此驳回这种改良的逐次迫近的试探算法，将会有效的提高A/D转换器的采样速率。
驳回PWM技术的A/D转换器的主程序，驳回 汇编 言语编写。其主程序流程图如图5所示：
5. 完结语
驳回普通元器件应用MCU外部定时器联合PWM技术设计高分辨率的A/D转换器，扭转A/D转换的分辨率只须修正PWM定时器的无关 参数 即可，灵敏繁难，稳固性好，线性度高，因为该转换器与系统的衔接仅为两条信号线，因此，可以很繁难的驳回 光电 隔离技术提高系统的抗搅扰才干，另外因为电路中的低通滤波环节，使得电路自身也具备必定的抗搅扰才干，这比拟适宜在具备较强的搅扰环境中经常使用，驳回改良的逐次迫近试探算法成功对模拟电压的测量或A/D变换，提高了采样速率，转换电路设计及算法成功繁难，测试分辨率和精度较高，具备较好的运行价值。
本文翻新点：应用PWM技术成功对模拟电压的测量或A/D变换，既具备较高的分辨率，又具备较好的抗搅扰性，且便于驳回光电隔离。同时联合应用改良的逐次迫近试探算法大大缩小了试探次数，转换电路的设计及转换算法成功繁难，A/D转换分辨率可以依据要求恣意设置，具备较好的运行价值。
目前市场上14—16位的A/D转换器 芯片 的开售多少钱大概在100元—300元之间，具备相应分辨率的V/F转换模块的开售多少钱约为100—150元，而驳回PWM技术设计的A/D转换器中所用到的关键芯片或元器件为：运放：8元；高速比拟器LM311或LM393：2元；MCU：15元（但驳回A/D转换器芯片时也必定要用MCU，当驳回用户系统中的MCU时此费用可省），即：总费用包括MCU时才不超越30元，依照激进用量计算：若A/D芯片加V/F转换模块的年需求总量为十万片（块）时，其经济效益是相当可观的。