專利名稱：一種基于msp430的高精度簡易a/d轉換電路及方法
技術領域：
本發明涉及一種A/D轉換電路及方法，特別涉及一種基于MSP430的高精 度簡易A/D轉換電路及方法。
背景技術：
在本發明之前，A/D轉換最常用的方法是逐次逼近法(SAR )，轉換時間固 定且快速是其最大的特點，但它的缺陷也很明顯，即分辨率較低，難以提高；積 分型A/D轉換有較強的抗干擾能力，但轉換時間較長，實際應用就受到限制； 過采樣i:-AA/D轉換由于其高分辨率的特點得到應用，但它存在著結構復雜、 體積較大、操作難度大缺陷。
發明內容
本發明的目的就在于克服上述缺陷，利用MSP430單片機外接一只電阻和 一只電容構成一個類似于S-A技術的高精度單斜率A/D轉換器。 本發明的技術方案是
一種基于MSP430的高精度簡易A/D轉換電路，其主要技術特征在于 MSP430的P2.0 口外接串聯電阻、電容，電阻另一端接MSP430的P2.3 口 ，電 容的另一端接電源地，模擬信號接入MSP430F1121的P2.4腳，構成類S-A式 單斜率A/D轉換器。
本發明的另一技術方案是
一種基于MSP430的高精度簡易A/D轉換方法，其步驟在于
(1) 開始；
(2) 裝入總計數值的一半N/2;
(3) 判斷比較器輸出是否為高電平？
(4) 如是，則P2. 0輸出低電平；如不是，則P2. 0輸出高電平，高電 平計數值n力口 1;
(5) 總計數值N/2減1;
(6 )判斷總計數值N/2是否為0;
(7) 若不為0，則跳轉至步驟(3);
(8) 若為0，則內部交換P2. 3和P2. 4引腳；
(9) 測量子程序結束。 本發明的優點和效果在于轉換方法簡化、電路結構簡單，體積小巧、成本
低廉、易于實現。
本發明的其它優點和效果將在下面繼續描述。
圖1——本發明電路原理結構示意圖。
圖2__本發明測量子程序流程圖。 ，
具體實施例方式
如圖1所示，是本發明的電路原理結構(硬件)示意圖，單片機MSP430F1121 的P2.0口外接電阻、電容，電阻、電容呈串聯形；電阻另一端接MSP430的P2.3
口，電容的另一端接電源地，模擬信號接入MSP430F1121的P2.4腳，由此構成 了 S - △式單斜率A/D轉換器。
MSP430F1121是一個具有16位RISC結構的FLASH型單片機，有14個雙 向I/O 口并兼有中斷功能， 一個16位定時器，兼有計數和定時功能， 一個模擬 電壓比較器。
MSP430F1121的工作電壓為1.8-3.6V, I/O 口輸出高電平時電壓接近Vcc, 低電平時接近Vss,因此， 一個1/0 口可以看作一位DAC,具有PWM功能。
測量時P2.4引腳接被測電壓，P2.0 口輸出一串占空比為50%、脈寬為Tp 的脈沖；當電容充電到Vout二Vin時，比較器輸出將翻轉，這一過程成為預充電； 此后為維持Vout=Vin, P2.0繼續輸出脈沖。
實施測量子程序時，如圖2所示
對總的輸出脈沖數N和輸出為高電平的脈沖數n進行計數，其中，"N"表 示總脈沖計數值，"N/2"表示總脈沖計數值的一半，"n"表示P2.0輸出高電平 脈沖計數值；P2.0 口根據比較器的輸出狀態來決定是輸出高電平還是低電平，如 果比較器輸出為低電平，表示VouKVin，則P2.0 口輸出為高電平，反之，輸出 為低電平；當輸出N個脈沖后停止計數，則此時高電平脈沖數n與被測電壓Vin 成正比，即以Vcc (這里為3.0V)對應于N (這里為3000)個脈沖，如果n為 1500,則Vin=l/2Vcc, Vin為1.5V,相應的，每個高電平脈沖代表lmv,這樣可 以用于比例式測量和絕對值測量。
測量子程序開始，裝入計數值N/2,判斷比較器的輸出電平；若比較器輸出 高電平，則P2.0腳輸出低電平；若比較器輸出低電平，則P2.0輸出高電平，高 電平計數值n力n 1;計數值N/2減1,判斷計數值N/2是否為0;若計數值N/2 為O,則交換MSP430F1121的P2.3和P2.4引腳，結束子程序。若計數值N/2不 為O,則向前跳轉繼續判斷比較器的輸出電平。
完成一次A/D轉換要執行兩次測量子程序，所以在測量子程序中裝入的計 數值是總計數值N的一半N/2，這樣執行兩次測量子程序剛好能完成總計數值N。
P2.0輸出的脈沖寬度由測量子程序中輸出高或低電平的運行時間決定，因此 應盡量縮短這段程序的執行時間，另夕卜，P2.0輸出必須為對稱的方波，如果程序 中輸出為高或為低的時間不一樣，將會造成很大的誤差。
重要的是，測量子程序中必須先設定一個總的采樣時間N，它決定了分辨率， 執行一次測量子程序只運行N/2的時間，因此，必須調用兩次，把兩次的高電平 個數相加才為n。這樣做的目的是為了利用MSP430F1121單片機的模擬比較器 特性，即在一次測量子程序調用后，內部交換同向和反向輸入端的端口，以抵消 比較器的輸入偏置電壓引起的誤差。
分辨率由預"^殳的總測量時間N來決定，如果N取4096,則分辨率為12位， 如果N取65536,則分辨率為16位。分辨率的大小將影響測量時間，從而影響 采樣頻率。在主頻為3.578545MHz時， 一個Tp(即P2.0 口輸出一個高或低電^ ) 的時間為14個CPU周期，約為1/3578545=3.9 |a s,則N=4096時一次測量的時 間為16ms,如果N二65536,則一次測量的時間為256ms,這還不包括預充電時 間，不是連續測量，則應考慮預充電時間。 更具體的是
圖1所示是由MSP430F1121構成的一種壓力傳感器的氣壓測量電路。 MSP430F1121是16位RISC結構的FLASH型單片機。j 14個雙向I/O 口并兼 有中斷功能。 一個16位定時器，兼有計數和定時功能。 一個模擬電壓比較器(P2. 3
和P2.4分別是芯片內部比較器的同相輸入端和反相輸入端)。工作電壓為 1.8-3.6V。 I/O 口輸出高電平時電壓接近Vcc,低電平時接近Vss,因此， 一個I/O 口可以看作一位DAC，具有PWM功能。測量時P2.4引腳接被測電壓。P2.0 口 輸出一串占空比為50%，脈寬為Tp的脈沖。當電容充電到Vout=Vin時，比較器 輸出將翻轉，這一過程成為預充電。此后為維持Vout=Vin， P2.0繼續輸出脈沖。 程序開始對總的輸出脈沖數N和輸出為高電平的脈沖數n進行計數。P2.0 口根 據比較器的輸出狀態來決定是輸出高電平還是低電平，如果比較器輸出為低電 平，表示VouKVin,則P2.0 口輸出為高，反之，輸出為低。當輸出N個脈沖后 停止計數，則此時高脈沖數n與被測電壓Vin成正比。即以Vcc (這里為3.0V) 對應于N (這里為3000)個脈沖，如果n為1500，則Vin=l/2Vcc， Vin為1.5V, 相應的，每個高脈沖代表lmv，這樣可以用于比例式測量和絕對值測量。
測量子程序中設定一個總的采樣時間N,它決定了分辨率，執行一次測量子 程序運行N/2的時間，調用兩次測量子程序，把兩次的高電平個數相加即為n。 這樣做的目的是為了利用MSP430F1121單片機的模擬比較器特性，即在一次測 量子程序調用后，內部交換同向和反向輸入端的端口，以抵消比較器的輸入偏置 電壓引起的誤差。
分辨率由預設的總測量時間N來決定，如果N取4096,則分辨率為12位， 如果N取65536,則分辨率為16位。分辨率的大小將影響測量時間，從而影響 采樣頻率。在主頻為3.578545MHz時， 一個Tp(即P2.0 口輸出一個高或低電平) 的時間為14個CPU周期，約為1/3578545=3.9 n s,則N=4096時一次測量的時 間為16ms,如果N二65536,則一次測量的時間為256ms,這還不包括預充電時 間，不是連續測量，則應考慮預充電時間。
本發明適用于測量緩慢變化的量，如溫度，壓力，光，電壓等。結合 MSP430F1121的超低功耗特點，比較適合于電池供電的便攜式儀器。
可以進行比例式測量和絕對值測量。進行絕對值測量時參考電壓為Vcc, 只需在程序中預先指定對應于Vcc的N值。
比例式測量中可以選擇外部電壓作為參考電壓，也可以選擇三種內部電壓 作為參考電壓1/2Vcc, 1/4Vcc和一個二極管壓降電壓。
權利要求
1.一種基于MSP430的高精度簡易A/D轉換電路，其特征在于MSP430的P2.0口外接串聯電阻、電容，電阻另一端接MSP430的P2.3口，電容的另一端接入電源地，模擬信號接入MSP430F1121的P2.4腳，構成類∑-Δ式單斜率A/D轉換器。
2. 根據權利要求1所述的一種基于MSP430的高精度簡易A/D轉換電路，其特 征在于電阻取值為470K，電容取值0.01 iu 。
3. 根據權利要求1所述的一種基于MSP430的高精度簡易A/D轉換電路，其特 征在于單片機選取MSP430F1121。
4. 一種基于MSP430的高精度簡易A/D轉換方法，其步驟在于(1) 開始；(2) 裝入總計數值的一半N/2;(3) 判斷比較器輸出是否為高電平？(4) 如是，則P2. O輸出低電平；如不是，則P2. O輸出高電平，高電平計數值 n力口 1;(5) 總計數值N/2減1;(6 )判斷總計數值N/2是否為0;(7) 若不為0,則跳轉至步驟(3);(8) 若為0，則內部交換P2. 3和P2.4引腳；(9) 測量子程序結束。
5. 根據權利要求4所述的一種基于MSP430的高精度簡易A/D轉換方法，其特 征在于完成一次A/D轉換要執行兩次測量子程序。
全文摘要
本發明涉及一種基于MSP430的高精度簡易A/D轉換電路及方法。本發明采用MSP430的P2.0口外接串聯電阻、電容，電阻另一端接MSP430的P2.3口，電容的另一端接電源地，模擬信號接入MSP430F1121的P2.4腳，構成類∑-Δ式單斜率A/D轉換器；且轉換方法為開始，裝入總計數值的一半N/2，判斷比較器輸出是否為高電平，如是，則P2.0輸出低電平；如不是，則P2.0輸出高電平，高電平計數值n加1，總計數值N/2減1，判斷總計數值N/2是否為0，若不為0，則跳轉至前，若為0，則內部交換P2.3和P2.4引腳，測量子程序結束。解決了過采樣∑-ΔA/D轉換由于其高分辨率的特點得到應用，但它存在著結構復雜、體積較大、操作難度大缺陷。取得了轉換方法簡單、電路結構簡化、體積小、成本低廉、易于實現等效果。
文檔編號H03M3/02GK101188423SQ20071019067
公開日2008年5月28日 申請日期2007年11月28日 優先權日2007年11月28日
發明者磊 陳 申請人:蘇州工業園區新大誠科技發展有限公司