專利名稱：一種提高avr系列單片機(jī)內(nèi)部a/d轉(zhuǎn)換器分辨率的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單片機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種提高AVR系列單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器分辨率的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
AVR系列單片機(jī)是Atmel公司1997年推出的RISC單片.RISC通過(guò)使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理而提高運(yùn)算速度的，RISC優(yōu)先選取使用頻率最高的簡(jiǎn)單指令，避免復(fù)雜指令；并固定指令寬度，減少指令格式和尋址方式的種類，從而縮短指令周期，提高運(yùn)行速度.AVR單片機(jī)系列齊全，可適用于各種不同場(chǎng)合的要求。AVR單片機(jī)吸收了 DSP雙總線的特點(diǎn)，采用Harvard總線結(jié)構(gòu)，因此單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是分離的，并且可對(duì)具有相同地址的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行獨(dú)立的尋址.因此，AVR的單片機(jī)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，工業(yè)實(shí)時(shí)控制，儀器儀表，通訊設(shè)備，家用電器，宇航設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域.
AVR系列單片機(jī)功能非常強(qiáng)大，而且內(nèi)部自帶10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其基本上能滿足一定的測(cè)量的要求，但是，在某些場(chǎng)合在要求高精度數(shù)控恒流源則要求至少12位A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率，通常，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越高，分辨率就越高.為了使得這款功能非常強(qiáng)大的AVR系列單片機(jī)，又要滿足高精度測(cè)量的要求，本發(fā)明提供了一種提高AVR系列單片機(jī)自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率的系統(tǒng)，分辨率可以任意設(shè)定。在現(xiàn)有技術(shù)中，提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率的方法主要是靠邏輯切換分壓檔位，這種方法的缺點(diǎn)是分辨率不能任意設(shè)定，邏輯切換速度較慢，因此不能滿足快速測(cè)量的需要.在測(cè)量精度要求很高的場(chǎng)合，如果選擇高位數(shù)的A/D芯片，價(jià)格就會(huì)大幅度的提高。

發(fā)明內(nèi)容
AVR系列單片內(nèi)部都是自帶10位的A/D轉(zhuǎn)換器，但是在某些場(chǎng)合，例如高精度數(shù)控恒流源則需要至少12位的A/D轉(zhuǎn)換器分辨率.在這些場(chǎng)合，為了還能夠繼續(xù)使用功能非常強(qiáng)大的AVR系列單片機(jī)，又能滿足高精度測(cè)量的要求，本發(fā)明提供的一種提高AVR系列單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器分辨率的系統(tǒng)，該系統(tǒng)切換速度快，而且分辨率可以任意設(shè)定，例如，需要12位的A/D轉(zhuǎn)換器分辨率的時(shí)候，通過(guò)鍵盤就可以及時(shí)更改模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率，方便快捷.
本發(fā)明提供一種提高AVR系列單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器分辨率的系統(tǒng)，其特征在于，包括鍵盤電路，顯示電路，單片機(jī)，邏輯電路，差分放大電路，第一數(shù)字電位器，第二數(shù)字電位器，模擬開(kāi)關(guān)切換電路，
其中，鍵盤電路和單片機(jī)相連接；
顯示電路和單片機(jī)相連接；
邏輯電路和單片機(jī)、差分放大電路相連接；
模擬開(kāi)關(guān)切換電路和差分放大電路、單片機(jī)、第一數(shù)字電位器、第二數(shù)字電位器相連接;
差分放大電路和單片機(jī)、邏輯電路、模擬開(kāi)關(guān)切換電路、第一數(shù)字電位器相連接；
第一數(shù)字電位器和差分放大電路、模擬開(kāi)關(guān)切換電路、第二數(shù)字電位器相連接；
第二數(shù)字電位器和模擬開(kāi)關(guān)切換電路、第一數(shù)字電位器相連接。優(yōu)選的是，所述鍵盤電路和所述顯示電路共同配合來(lái)設(shè)定分辨率。
優(yōu)選的是，所述模擬切換電路連接成三選一的方式。優(yōu)選的是，所述單片機(jī)的中斷程序用來(lái)實(shí)現(xiàn)檔位切換。


為了使本發(fā)明便于理解，現(xiàn)在結(jié)合附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。圖I為本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)原理框 圖2為本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)電路原理 圖3為本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的中斷服務(wù)程序。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖I是本發(fā)明提供的一種提高AVR系列單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器分辨率的系統(tǒng)原理框圖，它是由鍵盤電路、顯示電路、單片機(jī)、數(shù)字電位器、差分放大電路、模擬開(kāi)關(guān)切換電路以及邏輯電路組成。其中，需要鍵盤電路和顯示電路配合來(lái)設(shè)定需要的分辨率，如圖I所示，通過(guò)鍵盤電路可以設(shè)定模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率，當(dāng)某一個(gè)分辨率設(shè)定好以后，通過(guò)單片機(jī)、差分放大電路、邏輯電路、數(shù)字電位器和模擬開(kāi)關(guān)切換電路實(shí)現(xiàn)邏輯切換，最后，通過(guò)顯示電路顯示運(yùn)算結(jié)果。例如，在AVR系列單片機(jī)內(nèi)部自帶10位A/D轉(zhuǎn)換功能的基礎(chǔ)上，要實(shí)現(xiàn)12位A/D轉(zhuǎn)換功能，通過(guò)鍵盤電路設(shè)定12位的分辨率，即比10位的自動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率多出兩位，就要將基準(zhǔn)電壓分成2的2次方=4檔，放大電路的放大倍數(shù)要求為4倍；如果要實(shí)現(xiàn)13位A/D轉(zhuǎn)換功能，通過(guò)鍵盤電路設(shè)定13位的分辨率，即比10位的自動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率多出三位，就要將基準(zhǔn)電壓分成2的3次方=8檔，放大電路的放大倍數(shù)要求為8倍。以此類推，只要滿足2n的關(guān)系，其中n是在10位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上要提高的分辨率位數(shù)，通過(guò)調(diào)整數(shù)字電位器來(lái)調(diào)整基準(zhǔn)電壓的分壓檔位，檔位的確定是由檔位邏輯電路檢測(cè)并送單片機(jī)來(lái)判斷，最終由單片機(jī)控制數(shù)字電位器來(lái)調(diào)整。一般來(lái)說(shuō)，放大器的增益誤差和零點(diǎn)誤差是系統(tǒng)誤差的主要來(lái)源。因此為了消除系統(tǒng)誤差，本發(fā)明提供了模擬開(kāi)關(guān)切換電路，本發(fā)明所采用數(shù)字電位器共有四個(gè)可調(diào)電阻，其中模擬開(kāi)關(guān)切換電路使用一個(gè)可調(diào)電阻，分壓檔位調(diào)整使用一個(gè)可調(diào)電阻，差分放大電路的放大倍數(shù)調(diào)整使用兩個(gè)可調(diào)電阻。圖2是本發(fā)明提供的系統(tǒng)電路原理圖。單片機(jī)U2選用的型號(hào)是MEGA8，AVR系列單片機(jī)有很多種型號(hào)，圖2中以MEGA8作為一實(shí)施例，當(dāng)然，選擇本系列其它型號(hào)的單片機(jī)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，數(shù)字電位器Ul選擇的型號(hào)是X9241，模擬開(kāi)關(guān)U9選擇的型號(hào)是CD4016.數(shù)字電位器Ul與單片機(jī)U2采用兩線通信，R6和R7是上拉電阻，數(shù)字電位器Ul內(nèi)部有四個(gè)可調(diào)電阻，數(shù)字電位器Ul的I腳、2腳和3腳是第一個(gè)可調(diào)電阻(定義為PRl)的三個(gè)引腳端子，其中I腳是可調(diào)電阻的滑動(dòng)引腳端子，數(shù)字電位器Ul的6腳、7腳和8腳是第二個(gè)可調(diào)電阻(定義為PR2)的三個(gè)引腳端子，其中6腳是可調(diào)電阻的滑動(dòng)引腳端子，數(shù)字電位器Ul的11腳、12腳和13腳是第三個(gè)可調(diào)電阻(定義為R3)的三個(gè)引腳端子，其中13腳是可調(diào)電阻的滑動(dòng)引腳端子，數(shù)字電位器Ul的17腳、18腳和19腳是第四個(gè)可調(diào)電阻(定義為R4)的三個(gè)引腳端子，其中19腳是可調(diào)電阻的滑動(dòng)引腳端子，數(shù)字電位器Ul的2腳和7腳接5伏基準(zhǔn)電源VR，3腳、8腳以及17腳接地。如圖2所示，數(shù)字電位器Ul的6腳作為滑動(dòng)引腳輸出一個(gè)(T5V的分壓信號(hào)并與運(yùn)算放大器U5的正端連接，U5連接成跟隨器的功能，這樣PR2和U5組成一個(gè)分壓器，這個(gè)分壓器可以分成多少個(gè)檔位由單片機(jī)控制，數(shù)字電位器Ul的6腳還連接模擬開(kāi)關(guān)U9的I腳.其中，可調(diào)電阻R2、可調(diào)電阻R3，電阻R0、電阻R4、二極管D3以及運(yùn)算放大器U6構(gòu)成差分放大電路，其中設(shè)定R2= R3，RO= R4，差分放大電路的放大倍數(shù)為A=R2/ R0，差分放大電路的放大倍數(shù)是通過(guò)單片機(jī)控制R2和R3的數(shù)值得到的。模擬開(kāi)關(guān)U9連接成三選一的方式,三個(gè)輸入信號(hào)分別是PRl的分壓信號(hào)、PR2的分壓信號(hào)以及被測(cè)電壓輸入信號(hào)Vi，模擬開(kāi)關(guān)U9輸出信號(hào)與運(yùn)算放大器UlO的正端連接，UlO連接成跟隨器的功能，通過(guò)單片機(jī)程序控制實(shí)現(xiàn)三選一的功能，模擬開(kāi)關(guān)U9的作用是為了消除系統(tǒng)誤差，當(dāng)單片機(jī)處在測(cè)量狀態(tài)時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)U9的輸出選擇被測(cè)電壓輸入信號(hào)Vi,由于放大器的增益誤差和零點(diǎn)誤差是系統(tǒng)誤差的主要來(lái)源，因此，當(dāng)單片機(jī)處在消除系統(tǒng)誤差狀態(tài)時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)U9的輸出選擇PRl的分壓信號(hào)或PR2的分壓信號(hào)。接下來(lái)，就具體消除系統(tǒng)誤差給出本發(fā)明的理論推導(dǎo)。假設(shè)差分放大器的測(cè)量公式為:y = kx-a0，其中，y被測(cè)電壓輸入信號(hào)，X是單片機(jī)的測(cè)量值，k是差分放大倍數(shù)，S0是零點(diǎn)誤差有關(guān)參數(shù)，假設(shè)當(dāng)前的檔位是m.首先模擬開(kāi)關(guān)U9的輸出選擇PR2的分壓信號(hào)
Cm檔位)，單片機(jī)得到的值是;r2，然后模擬開(kāi)關(guān)U9的輸出選擇PRl的分壓信號(hào)(m+l
檔位)，單片機(jī)得到的值是W，得到兩個(gè)方程如下72 = fa2- Q和W =解這兩
權(quán)利要求
1.一種提高AVR系列單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器分辨率的系統(tǒng)，其特征在于，包括鍵盤電路，顯示電路，單片機(jī)，邏輯電路，差分放大電路，第一數(shù)字電位器，第二數(shù)字電位器，模擬開(kāi)關(guān)切換電路， 其中，鍵盤電路和單片機(jī)相連接； 顯示電路和單片機(jī)相連接； 邏輯電路和單片機(jī)、差分放大電路相連接； 模擬開(kāi)關(guān)切換電路和差分放大電路、單片機(jī)、第一數(shù)字電位器、第二數(shù)字電位器相連接; 差分放大電路和單片機(jī)、邏輯電路、模擬開(kāi)關(guān)切換電路、第一數(shù)字電位器相連接； 第一數(shù)字電位器和差分放大電路、模擬開(kāi)關(guān)切換電路、第二數(shù)字電位器相連接； 第二數(shù)字電位器和模擬開(kāi)關(guān)切換電路、第一數(shù)字電位器相連接； 輸入電壓信號(hào)與模擬開(kāi)關(guān)切換電路相連接。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述鍵盤電路和所述顯示電路共同配合來(lái)設(shè)定分辨率。
3.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬切換電路連接成三選一的方式。
4.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機(jī)的中斷程序用來(lái)實(shí)現(xiàn)檔位切換。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種提高AVR系列單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器分辨率的系統(tǒng)，由于AVR系列單片機(jī)功能非常強(qiáng)大,而且內(nèi)部自帶10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器,因此，其基本上能滿足一定的測(cè)量的要求。但是,在某些場(chǎng)合，例如要求高精度數(shù)控恒流源則要求至少12位A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率,通常,模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越高,分辨率就越高.為了使得這款功能非常強(qiáng)大的AVR系列單片機(jī),又要滿足高精度測(cè)量的要求,本發(fā)明提供了一種提高AVR系列單片機(jī)自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率的系統(tǒng),分辨率可以任意設(shè)定。
文檔編號(hào)H03M1/12GK102638267SQ20121013503
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者田文杰 申請(qǐng)人:北京聯(lián)合大學(xué)