专利名称：一种提高avr系列单片机内部a/d转换器分辨率的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及单片机技术领域，更具体地，涉及一种提高AVR系列单片机内部A/D转换器分辨率的系统。
背景技术：
AVR系列单片机是Atmel公司1997年推出的RISC单片.RISC通过使计算机的结构更加简单合理而提高运算速度的，RISC优先选取使用频率最高的简单指令，避免复杂指令；并固定指令宽度，减少指令格式和寻址方式的种类，从而缩短指令周期，提高运行速度.AVR单片机系列齐全，可适用于各种不同场合的要求。AVR单片机吸收了 DSP双总线的特点，采用Harvard总线结构，因此单片机的程序存储器和数据存储器是分离的，并且可对具有相同地址的程序存储器和数据存储器进行独立的寻址.因此，AVR的单片机广泛应用于计算机外部设备，工业实时控制，仪器仪表，通讯设备，家用电器，宇航设备等各个领域.
AVR系列单片机功能非常强大，而且内部自带10位模数转换器，其基本上能满足一定的测量的要求，但是，在某些场合在要求高精度数控恒流源则要求至少12位A/D模数转换器的分辨率，通常，模数转换器的位数越高，分辨率就越高.为了使得这款功能非常强大的AVR系列单片机，又要满足高精度测量的要求，本发明提供了一种提高AVR系列单片机自带模数转换器分辨率的系统，分辨率可以任意设定。在现有技术中，提高模数转换器的分辨率的方法主要是靠逻辑切换分压档位，这种方法的缺点是分辨率不能任意设定，逻辑切换速度较慢，因此不能满足快速测量的需要.在测量精度要求很高的场合，如果选择高位数的A/D芯片，价格就会大幅度的提高。
发明内容
AVR系列单片内部都是自带10位的A/D转换器，但是在某些场合，例如高精度数控恒流源则需要至少12位的A/D转换器分辨率.在这些场合，为了还能够继续使用功能非常强大的AVR系列单片机，又能满足高精度测量的要求，本发明提供的一种提高AVR系列单片机内部A/D转换器分辨率的系统，该系统切换速度快，而且分辨率可以任意设定，例如，需要12位的A/D转换器分辨率的时候，通过键盘就可以及时更改模数转换器的分辨率，方便快捷.
本发明提供一种提高AVR系列单片机内部A/D转换器分辨率的系统，其特征在于，包括键盘电路，显示电路，单片机，逻辑电路，差分放大电路，第一数字电位器，第二数字电位器，模拟开关切换电路，
其中，键盘电路和单片机相连接；
显示电路和单片机相连接；
逻辑电路和单片机、差分放大电路相连接；
模拟开关切换电路和差分放大电路、单片机、第一数字电位器、第二数字电位器相连接;
差分放大电路和单片机、逻辑电路、模拟开关切换电路、第一数字电位器相连接；
第一数字电位器和差分放大电路、模拟开关切换电路、第二数字电位器相连接；
第二数字电位器和模拟开关切换电路、第一数字电位器相连接。优选的是，所述键盘电路和所述显示电路共同配合来设定分辨率。
优选的是，所述模拟切换电路连接成三选一的方式。优选的是，所述单片机的中断程序用来实现档位切换。
为了使本发明便于理解，现在结合附图描述本发明的具体实施例。图I为本发明的一优选实施例的系统原理框 图2为本发明的一优选实施例的系统电路原理 图3为本发明的一优选实施例的中断服务程序。
具体实施例方式下面结合附图和优选的实施方式对本发明作进一步详细描述。图I是本发明提供的一种提高AVR系列单片机内部A/D转换器分辨率的系统原理框图，它是由键盘电路、显示电路、单片机、数字电位器、差分放大电路、模拟开关切换电路以及逻辑电路组成。其中，需要键盘电路和显示电路配合来设定需要的分辨率，如图I所示，通过键盘电路可以设定模数转换器的分辨率，当某一个分辨率设定好以后，通过单片机、差分放大电路、逻辑电路、数字电位器和模拟开关切换电路实现逻辑切换，最后，通过显示电路显示运算结果。例如，在AVR系列单片机内部自带10位A/D转换功能的基础上，要实现12位A/D转换功能，通过键盘电路设定12位的分辨率，即比10位的自动模数转换器分辨率多出两位，就要将基准电压分成2的2次方=4档，放大电路的放大倍数要求为4倍；如果要实现13位A/D转换功能，通过键盘电路设定13位的分辨率，即比10位的自动模数转换器分辨率多出三位，就要将基准电压分成2的3次方=8档，放大电路的放大倍数要求为8倍。以此类推，只要满足2n的关系，其中n是在10位的模数转换器的基础上要提高的分辨率位数，通过调整数字电位器来调整基准电压的分压档位，档位的确定是由档位逻辑电路检测并送单片机来判断，最终由单片机控制数字电位器来调整。一般来说，放大器的增益误差和零点误差是系统误差的主要来源。因此为了消除系统误差，本发明提供了模拟开关切换电路，本发明所采用数字电位器共有四个可调电阻，其中模拟开关切换电路使用一个可调电阻，分压档位调整使用一个可调电阻，差分放大电路的放大倍数调整使用两个可调电阻。图2是本发明提供的系统电路原理图。单片机U2选用的型号是MEGA8，AVR系列单片机有很多种型号，图2中以MEGA8作为一实施例，当然，选择本系列其它型号的单片机涵盖在本发明的保护范围内，数字电位器Ul选择的型号是X9241，模拟开关U9选择的型号是CD4016.数字电位器Ul与单片机U2采用两线通信，R6和R7是上拉电阻，数字电位器Ul内部有四个可调电阻，数字电位器Ul的I脚、2脚和3脚是第一个可调电阻(定义为PRl)的三个引脚端子，其中I脚是可调电阻的滑动引脚端子，数字电位器Ul的6脚、7脚和8脚是第二个可调电阻(定义为PR2)的三个引脚端子，其中6脚是可调电阻的滑动引脚端子，数字电位器Ul的11脚、12脚和13脚是第三个可调电阻(定义为R3)的三个引脚端子，其中13脚是可调电阻的滑动引脚端子，数字电位器Ul的17脚、18脚和19脚是第四个可调电阻(定义为R4)的三个引脚端子，其中19脚是可调电阻的滑动引脚端子，数字电位器Ul的2脚和7脚接5伏基准电源VR，3脚、8脚以及17脚接地。如图2所示，数字电位器Ul的6脚作为滑动引脚输出一个(T5V的分压信号并与运算放大器U5的正端连接，U5连接成跟随器的功能，这样PR2和U5组成一个分压器，这个分压器可以分成多少个档位由单片机控制，数字电位器Ul的6脚还连接模拟开关U9的I脚.其中，可调电阻R2、可调电阻R3，电阻R0、电阻R4、二极管D3以及运算放大器U6构成差分放大电路，其中设定R2= R3，RO= R4，差分放大电路的放大倍数为A=R2/ R0，差分放大电路的放大倍数是通过单片机控制R2和R3的数值得到的。模拟开关U9连接成三选一的方式,三个输入信号分别是PRl的分压信号、PR2的分压信号以及被测电压输入信号Vi，模拟开关U9输出信号与运算放大器UlO的正端连接，UlO连接成跟随器的功能，通过单片机程序控制实现三选一的功能，模拟开关U9的作用是为了消除系统误差，当单片机处在测量状态时，模拟开关U9的输出选择被测电压输入信号Vi,由于放大器的增益误差和零点误差是系统误差的主要来源，因此，当单片机处在消除系统误差状态时，模拟开关U9的输出选择PRl的分压信号或PR2的分压信号。接下来，就具体消除系统误差给出本发明的理论推导。假设差分放大器的测量公式为:y = kx-a0，其中，y被测电压输入信号，X是单片机的测量值，k是差分放大倍数，S0是零点误差有关参数，假设当前的档位是m.首先模拟开关U9的输出选择PR2的分压信号
Cm档位)，单片机得到的值是;r2，然后模拟开关U9的输出选择PRl的分压信号(m+l
档位)，单片机得到的值是W，得到两个方程如下72 = fa2- Q和W =解这两
权利要求
1.一种提高AVR系列单片机内部A/D转换器分辨率的系统，其特征在于，包括键盘电路，显示电路，单片机，逻辑电路，差分放大电路，第一数字电位器，第二数字电位器，模拟开关切换电路， 其中，键盘电路和单片机相连接； 显示电路和单片机相连接； 逻辑电路和单片机、差分放大电路相连接； 模拟开关切换电路和差分放大电路、单片机、第一数字电位器、第二数字电位器相连接; 差分放大电路和单片机、逻辑电路、模拟开关切换电路、第一数字电位器相连接； 第一数字电位器和差分放大电路、模拟开关切换电路、第二数字电位器相连接； 第二数字电位器和模拟开关切换电路、第一数字电位器相连接； 输入电压信号与模拟开关切换电路相连接。
2.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述键盘电路和所述显示电路共同配合来设定分辨率。
3.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述模拟切换电路连接成三选一的方式。
4.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述单片机的中断程序用来实现档位切换。
全文摘要
本发明提供了一种提高AVR系列单片机内部A/D转换器分辨率的系统，由于AVR系列单片机功能非常强大,而且内部自带10位模数转换器,因此，其基本上能满足一定的测量的要求。但是,在某些场合，例如要求高精度数控恒流源则要求至少12位A/D模数转换器的分辨率,通常,模数转换器的位数越高,分辨率就越高.为了使得这款功能非常强大的AVR系列单片机,又要满足高精度测量的要求,本发明提供了一种提高AVR系列单片机自带模数转换器分辨率的系统,分辨率可以任意设定。
文档编号H03M1/12GK102638267SQ20121013503
公开日2012年8月15日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者田文杰 申请人:北京联合大学