基于AD650单片式V/F变换器的接口设计

目前，A/D转换器随着速度及精度的提高，价格愈趋昂贵，给实际应用带来困难。但在某些场合被测信号的变化是缓慢的，这时转换速度就不成为主要问题。此时，可以采用低速的双积分式A/D芯片，如ICL7135（国产型号5G7135）是4又1/2位，分辨率为1／40 000，精度相当于14位二进制的A/D转换器；MC14433（国产型号5G14433）是3丢位，分辨率为5/10 000。5G7135与5G14433都采用双斜率工作方式，所以具有很高的抗工频干扰能力。但其转换速率较低，为2～10次／秒。如果转换速率要求在20次／秒以上或更高，则无现成的双积分A/D转换集成电路。从原理上讲可以用积分器、比较器、计数器构成速度较高的高精度A/D，但由于受器件性能的限制，如电压比较器的有限增益和有限转换速率等，实现起来比较困难。兼顾价格与转换精度的另一种有效方法是，采用V／F技术构成高精度的A/D转换器。近几年由于集成电路技术的发展，V／F芯片价格下降，技术指标进一步提高，特别是单片式的V／F芯片在各行业中得到广泛的应用。AD650是高精度型的单片式V/F变换器，它与单片机结合可以构成分辨率高、转换速率高于20次／秒的A/D转换器。

1．VFC与单片机的模／数转换的基本原理

如图1所示，转换前，单片机首先对计数器及定时器清零，预置计数及定时初值；随后通过定时控制端及计数控制端，使定时器及计数器同时开始工作；到一定时间后，定时器溢出端发出信号，单片机检测到该信号后，停止计数器工作，并把计数结果送入存储器中。这样便完成了一次模／数转换。VFC输出的矩形波的频率与其输入电压成线性关系，计数器的计数值等于VFC输出频率乘以定时器时间，而定时器时间可以通过单片机来精确控制。所以此种方法的转换精度主要取决于VFC的精度。

2．AD650与单片机接口的硬件设计

AD650是电荷平衡式单片V/F变换器，图2为其电原理图。

AD650的接线不很复杂，仅须选择4个元件的数值：输入电阻RIN、定时电容Cos、逻辑电阻Ro及积分电容CINT。下面介绍选取原则。

Ro：根据TTL逻辑电平，晶体管T在导通时约有0.4 V管压降。为保证有足够的负载能力，希望流过Ro的电流为8 mA。这样R。便近似为0.5 V／8 mA=62.5Ω，一般取1kΩ。如选1MHz为满量程频率，则必须采用500 Q左右的上拉电阻，以获得足够短的上升时间。

RIN与COs：这两个参数决定了满刻度频率及相适应的输入信号电压范围。RIN与Cos的关系是非线性的。满度频率为1 MHz、输入信号为0～10 V时，Cos可选51 pF，RIN为16.2 kΩ。

CINT：大多数情况下，CINT的最佳值按下式计算得出：

1 MHz时，CINT仍取1000 pF为宜。

模／数转换所用的定时器及计数器选用Intel公司生产的8253芯片来实现。它内部有三个独立的可预置数的16位递减计数器。每个计数器都有一个时钟输入端CN、一个门控输入端GN、一个输出端ON。时钟输入端用于输入时钟脉冲或事件计数脉冲，计数器的值在时钟脉冲的下降沿变化，门控端可以送入控制或复位信号。计数器减到零时，由输出端送出标志信号。

图3为接线图，AD650的输出接8253计数器O的CN端，计数器1作定时器用。8253的数据线与8031的BUS直接相连，Ai、Ao接8031的地址锁存器74LS373的输出。存储器的分配采用线选法，即8253片选端CS（反相）接8031的P2.7端。由此可知，计数器0的地址为7FFCH，计数器1的地址为7FFDH，计数器地址为7FFEH，方式控制寄存器端口为7FFFH。