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1、(10)申请公布号 CN 102394651 A (43)申请公布日 2012.03.28 C N 1 0 2 3 9 4 6 5 1 A *CN102394651A* (21)申请号 201110265067.4 (22)申请日 2011.09.01 H03M 1/50(2006.01) (71)申请人徐州师范大学 地址 221000 江苏省徐州市铜山新区上海路 101号徐州师范大学计算机科学与技 术学院 (72)发明人吕俊怀 任世锦 郝国生 朱信诚 (54) 发明名称 可编程双积分型32位ADC (57) 摘要 本发明涉及一种可编程双积分型32位ADC， 包括信号放大与处理电路J0、提供参。
2、考电压电路 J1、运算放大器J2、比较器J3、微处理器J4以及数 据通信模块J5，通过各个模块对数据的处理，将 模拟信号转换为数字信号。该可编程双积分型32 位ADC可将双积分型ADC的分辨率提高到32位， 极大的满足了高精度物理量检测的需求，同时，简 化了电路结构，控制方便。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 CN 102394660 A 1/1页 2 1.可编程双积分型32位ADC，该可编程双积分型32位ADC包括信号放大与处理电路 J0、提供参考电压电路J1、运算放大器J2、比较器J3、微。
3、处理器J4以及数据通信模块J5；其 特征是：信号放大与处理电路J0正信号输出端Ui接电阻R2，开关三极管T集电极与电阻 R2的一端连接，电阻R2的另一端连接运算放大器J2的“-”输入端和积分电容C的Uc端， C的另一端接J3的“-”输入端；T发射极接地，T的基极通过电阻R1与微处理器J4的P1.0 端连接；信号放大与处理电路J0的负信号输出端H连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端 连接提供参考电压电路J1的L端，J1输出标准参考电压Ua和Ub，Ub接J2的“+”输入端； Ua接比较器J3的“+”输入端，J1的Q端接“+5V”电源；运算放大器J2的“-”输入端与R2 连接，J2的“+”输入端与J。
4、1的Ub端连接，J2的输出端U0与比较器J3的“-”输入端连接； 比较器电路J3有三个连接端，J3的“+”端与J1的Ua连接，J3的“-”端与J2的输出端U0 连接，J3的输出端Um与微处理器J4的P3.2引脚连接；微处理器J4的P1.0引脚通过电阻 R1与T基极连接，J4的P3.2引脚连接J3的输出端Um，J4的TxD、RxD引脚与数据通信模 块J5的11引脚、12引脚连接，J5是TTL电平转换为232电平的芯片MAX232。 2.根据权利要求1所述的可编程双积分型32位ADC；其特征是：在201模块中，初始化 系统，进入死循环，循环调用202模块和203模块；204模块采集到的数据量由20。
5、2模块完 成滤波、转换；204模块完成数据处理后，由203模块将204模块处理后的数据通过J4串行 发送TxD和串行接收RxD引脚分别连接MAX232的对应的12和11引脚输出。 权 利 要 求 书CN 102394651 A CN 102394660 A 1/4页 3 可编程双积分型 32 位 ADC 技术领域 0001 本发明涉及一种将模拟信号转换为数字信号的电路，尤其是抗干扰能力强、转换 精度高的可编程双积分型32位ADC。 背景技术 0002 目前，已知的双积分型ADC只能将额定的模拟量最多转换成16位数字量，分辨率 能达到1/(2 16 )，仅能满足一般测量要求；32位-型的ADC是。
6、TI公司生产，内含PGA放 大器，拟制高频噪声和固定的低频干扰能力；其他类型的ADC分辨率低于24位。在开发高分 辨率压力测量系统新产品的过程中，运用已有的16位积分型的ADC不能达到系统1/(10 5 ) 的测量精度要求，使用32位-型的ADC抗干扰能力相对较差，同时价格太高。若能够 提供一种32双积分型ADC，则可以将模拟量转换为更多位数的数字量，同时满足高精度物 理量检测、高分辨率图像采集和人体生物信号检测的需求。 发明内容 0003 为了克服现有的ADC不满足高精度信号检测的不足，本发明提供一种可编程双积 分型32位ADC，该32位ADC解决了已有的双积分型ADC分辨率低的缺点，为高精。
7、度信号测 量提供了方便。 0004 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该可编程双积分型32位ADC包括信 号放大与处理电路J0、提供参考电压电路J1、运算放大器J2、比较器J3、微处理器J4以及 数据通信模块J5。 0005 信号放大与处理电路J0正信号输出端Ui接电阻R2，开关三极管T集电极与电 阻R2的一端连接，电阻R2的另一端连接运算放大器J2的“-”输入端和积分电容C的Uc 端，C的另一端接J3的“-”输入端；T发射极接地，T的基极通过电阻R1与微处理器J4的 P1.0端连接。 0006 信号放大与处理电路J0的负信号输出端H连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端 连接提供参考电压。
8、电路J1的L端，J1输出标准参考电压Ua和Ub，Ub接J2的“+”输入端； Ua接比较器J3的“+”输入端，J1的Q端接“+5V”电源。 0007 运算放大器J2的“-”输入端与R2连接，J2的“+”输入端与J1的Ub端连接，J2 的输出端U0与比较器J3的“-”输入端连接。 0008 比较器电路J3有三个连接端，J3的“+”端与J1的Ua连接，J3的“-”端与J2的 输出端U0连接，J3的输出端Um与微处理器J4的P3.2引脚连接。 0009 微处理器J4的P1.0引脚通过电阻R1与T基极连接，J4的P3.2引脚连接J3的 输出端Um，J4的TxD、RxD引脚与数据通信模块J5的11引脚、1。
9、2引脚连接，J5是TTL电平 转换为232电平的芯片MAX232。 0010 开关三极管T工作在截止和饱和两种工作状态，这两种状态由J4引脚P1.0送出 的1或0控制，在正向充电阶段，P1.0送出0，T截至，输入信号Ui通过电阻R2对积分电 说 明 书CN 102394651 A CN 102394660 A 2/4页 4 容C定时充电，充电时间到，充电过程结束，这时U0值最小；在反向充电(放电)阶段，P1.0 送出1，T饱和，积分电容C通过电阻R2对地放电，随着放电时间增加，电压U0增加，当U0 Ua时，J3输出电压Um突变为低电平，Um加在J4的P3.2引脚，J4产生外部0中断，放电 结束。
10、，J4内部定时/计数器T0/T1记录放电时间，T0/T1的值经过软件滤波，再使用软件进 行数据处理后，作为输入端的模拟量转换的数字量，从串口输出。 0011 正向充电阶段到反向充电阶段的转换是由定时时间实现的，反向充电阶段到正向 充电阶段的转换是由U0Ua实现的。转换过程由软件编程和硬件电路共同实现。 0012 下面对本发明的软件设计部分做详细说明： 0013 图2所示的201模块中，初始化系统，进入死循环：循环调用202模块和203模块。 204模块采集到的数据量由202模块完成滤波、转换；204模块完成数据处理后，由203模块 将204模块处理后的数据通过J4串行发送TxD和串行接收RxD。
11、引脚分别连接MAX232的对 应的12和11引脚输出。 0014 第一步：每当放电结束时，J3输出Um是低电平或电平的下降沿送给J4的外部中 断0引脚，J4响应外部中断0，调用图2所示的204模块。 0015 图2所示的204模块中：读出T0/T1值作为数字量特征值，初始化T1并设置成计 数方式，T0置初值作为正向充电定时时间，J4的P1.0送出低电平0给T的基极，使T的集 电极和基极断开，Ui对积分电容C充电，设置充电定时时间，启动T0定时。 0016 第二步：进入正向定时充电阶段，定时器在时间域均匀增值，直到定时时间到，正 向充电结束时U0值最低，充电定时时间到，产生T0定时中断，调用图2。
12、所示的206模块。 0017 图2所示的206模块中：初始化T0，J4的P1.0送出高电平1给T的基极，启动计 数器T1/T0开始计数，T0每中断一次，令T1+1。 0018 第三步：J4的P1.0送出高电平1给T的基极，使T的集电极与发射极饱和短路， 积分电容C通过T的集电极对地放电，进入反向充电阶段。 0019 第四步：每当T0计数满并溢出就产生T0中断，继续调用图2所示的206模块，在 206模块中，初始化T0，T1+1；第四步循环执行，随着积分电容C放电时间的增加，U0不断升 高，当J2输出端输出电压升高到U0Ua，即比较器J3“-”输入端电压U0等于J3的“+” 输入端标准参考电压U。
13、a时，放电结束，比较器J3产生翻转。 0020 第五步：J3输出电平Um变成低电平或输出下降沿给J4的P3.2引脚，J4再次产生 外部0中断，返回到第一步，调用图2所示的204模块，在204模块中，读出T0/T1计数值作 为输入模拟信号转换的特征数字量。如果T1溢出产生中断，数据长度超过32位，作为无效 数据处理，如果T1没有产生中断，数据有效，特征数字量乘以一个系数(通过数据拟合得到 特征数字量对应数字量的系数)就是模拟量转换的数字量。 0021 该可编程双积分型32位ADC使用J4内部的T0/T1，正向定时积分和反向放电积分 采用不同刻度计数时钟，反向积分计数时钟比正向积分定时时钟快8-1。
14、2倍，由于提高了积 分电容C放电过程的计数频率，提高了模数转换的精度；采用软件方法将微处理器J4内部 的2个16位定时/计数器链接成32位，实现了32位计数器电路；J1模块输出的Ua、Ub是 相对电压值，对电源电压要求较低，不需要专用高精度专用电源。 0022 本发明的有益效果是，该可编程双积分型32位ADC可将双积分型ADC的分辨率提 高到32位，比已有的16位ADC分辨率提高了65536倍，极大的满足了高精度物理量检测的 说 明 书CN 102394651 A CN 102394660 A 3/4页 5 需求，同时，省去了一般ADC电路所必须的若干逻辑开关、定时电路、计数器电路、逻辑控制 。
15、电路、简化了电容充放电控制电路，结构简单，控制方便。 附图说明 0023 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 0024 图1是本发明的32位双积分型ADC结构图。 0025 图2是本发明的32位双积分型ADC软件运行流程图。 具体实施方式 0026 在图1中，该可编程双积分型32位ADC包括信号放大与处理电路J0、提供参考电 压电路J1、运算放大器J2、比较器J3、微处理器J4以及数据通信模块J5。 0027 信号放大与处理电路J0正信号输出端Ui接电阻R2，开关三极管T集电极与电 阻R2的一端连接，电阻R2的另一端连接运算放大器J2的“-”输入端和积分电容C的Uc 端，C的另一端接J。
16、3的“-”输入端；T发射极接地，T的基极通过电阻R1与微处理器J4的 P1.0端连接。 0028 信号放大与处理电路J0的负信号输出端H连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端 连接提供参考电压电路J1的L端，J1输出标准参考电压Ua和Ub，Ub接J2的“+”输入端； Ua接比较器J3的“+”输入端，J1的Q端接“+5V”电源。 0029 运算放大器J2的“-”输入端与R2连接，J2的“+”输入端与J1的Ub端连接，J2 的输出端U0与比较器J3的“-”输入端连接。 0030 比较器电路J3有三个连接端，J3的“+”端与J1的Ua连接，J3的“-”端与J2的 输出端U0连接，J3的输出端Um与微处。
17、理器J4的P3.2引脚连接。 0031 微处理器J4的P1.0引脚通过电阻R1与T基极连接，J4的P3.2引脚连接J3的 输出端Um，J4的TxD、RxD引脚与数据通信模块J5的11引脚、12引脚连接，J5是TTL电平 转换为232电平的芯片MAX232。 0032 开关三极管T工作在截止和饱和两种工作状态，这两种状态由J4引脚P1.0送出 的1或0控制，在正向充电阶段，P1.0送出0，T截至，输入信号Ui通过电阻R2对积分电 容C定时充电，充电时间到，充电过程结束，这时U0值最小；在反向充电(放电)阶段，P1.0 送出1，T饱和，积分电容C通过电阻R2对地放电，随着放电时间增加，电压U0增加。
18、，当U0 Ua时，J3输出电压Um突变为低电平，Um加在J4的P3.2引脚，J4产生外部0中断，放电 结束，J4内部定时/计数器T0/T1记录放电时间，T0/T1的值经过软件滤波，再使用软件进 行数据处理后，作为输入端的模拟量转换的数字量，从串口输出。 0033 正向充电阶段到反向充电阶段的转换是由定时时间实现的，反向充电阶段到正向 充电阶段的转换是由U0Ua实现的。转换过程由软件编程和硬件电路共同实现。 0034 下面对本发明的软件设计部分做详细说明： 0035 图2所示的201模块中，初始化系统，进入死循环：循环调用202模块和203模块。 204模块采集到的数据量由202模块完成滤波、转。
19、换；204模块完成数据处理后，由203模块 将204模块处理后的数据通过J4串行发送TxD和串行接收RxD引脚分别连接MAX232的对 应的12和11引脚输出。 说 明 书CN 102394651 A CN 102394660 A 4/4页 6 0036 第一步：每当放电结束时，J3输出Um是低电平或电平的下降沿送给J4的外部中 断0引脚，J4响应外部中断0，调用图2所示的204模块。 0037 图2所示的204模块中：读出T0/T1值作为数字量特征值，初始化T1并设置成计 数方式，T0置初值作为正向充电定时时间，J4的P1.0送出低电平0给T的基极，使T的集 电极和基极断开，Ui对积分电容C。
20、充电，设置充电定时时间，启动T0定时。 0038 第二步：进入正向定时充电阶段，定时器在时间域均匀增值，直到定时时间到，正 向充电结束时U0值最低，充电定时时间到，产生T0定时中断，调用图2所示的206模块。 0039 图2所示的206模块中：初始化T0，J4的P1.0送出高电平1给T的基极，启动计 数器T1/T0开始计数，T0每中断一次，令T1+1。 0040 第三步：J4的P1.0送出高电平1给T的基极，使T的集电极与发射极饱和短路， 积分电容C通过T的集电极对地放电，进入反向充电阶段。 0041 第四步：每当T0计数满并溢出就产生T0中断，继续调用图2所示的206模块，在 206模块中，。
21、初始化T0，T1+1；第四步循环执行，随着积分电容C放电时间的增加，U0不断升 高，当J2输出端输出电压升高到U0Ua，即比较器J3“-”输入端电压U0等于J3的“+” 输入端标准参考电压Ua时，放电结束，比较器J3产生翻转。 0042 第五步：J3输出电平Um变成低电平或输出下降沿给J4的P3.2引脚，J4再次产生 外部0中断，返回到第一步，调用图2所示的204模块，在204模块中，读出T0/T1计数值作 为输入模拟信号转换的特征数字量。如果T1溢出产生中断，数据长度超过32位，作为无效 数据处理，如果T1没有产生中断，数据有效，特征数字量乘以一个系数(通过数据拟合得到 特征数字量对应数字量。
22、的系数)就是模拟量转换的数字量。 0043 该可编程双积分型32位ADC使用J4内部的T0/T1，正向定时积分和反向放电积分 采用不同刻度计数时钟，反向积分计数时钟比正向积分定时时钟快8-12倍，由于提高了积 分电容C放电过程的计数频率，提高了模数转换的精度；采用软件方法将微处理器J4内部 的2个16位定时/计数器链接成32位，实现了32位计数器电路；J1模块输出的Ua、Ub是 相对电压值，对电源电压要求较低，不需要专用高精度专用电源。 说 明 书CN 102394651 A CN 102394660 A 1/2页 7 图1 说 明 书 附 图CN 102394651 A CN 102394660 A 2/2页 8 图2 说 明 书 附 图CN 102394651 A 。