1、原理

51 系列单片机具有两个以上 16 位双通道定时器（TIME0 和 TIME1），每个通道可选择为输入捕获方式来测量脉宽。我们用片内 16 位的定时器外接运放、比较器实现双积分 A/D 转换。原理图如图 1 所示（电源和 5l 单片机外围电路同常规电路），TL082 是 JFETINPUT 运放；LM358 作为比较器；MC4066 是多路开关。51 单片机 P1 口的 P10、P11、P12 作为输出，控制 MC4066 多路开关的输入选择；INT0 作为中断输入口，捕捉 LM358 比较器的输出电平跳变。C1 为积分电容，常取 0.22μF 左右的聚丙烯电容，R2 为积分电阻，可取 500k 左右，U2A 为积分运放，U2A、C1、R2 构成了积分器，U2B 是过零检测运放。VIN 为输入电压，VREF 为基准电压，AGND 为转换器的参考零点。VREF 和参考零点以 R9、R10、R11 分压产生。

测量前，TK3=1、TK2=0、TK1=0，打开 U1C、U1D 模拟开关，使积分器输入等于 AGND，进入调零阶段，第一次启动转换的时间为 300ms；启动以后调零时间为 40ms。开始转换时，TK3=0、TK2=0、TK1=1，积分器输入接至输入电压，使 VIN 通过积分电阻 R2 向 C1 充电，设积分时间为 T。然后，将 TK3=0、TK2=1、TK1=0，即积分器输入接至基准电压 VREF，电容 C1 开始通过 R2 向 VREF 逆向放电。当运放的输出低于 C2 电容电压时，比较器输出反转。然后，TK3=1、TK2=0、TK1=0，打开 U1C、U1D 模拟开关，又进入调零阶段。设逆向充电的时间为 t，则有

上式中 VIN 是被测电压，T 是正向积分时间，t 是反向积分时间，VREF 是基准参考电压，AGND 是转换器的参考零点。积分器输出波形如图 2 所示。

2、软件结构

程序由初始化程序、输入捕捉中断服务程序、TIME0 中断服务程序和调用该程序模块的接口程序组成。

程序初始化时，置 TK3=1、TK2=0、TK1=0，软件 300ms 延时，进行初始调零；进行正向积分时，关闭 INT0，置 TK3=0、TK2=0、TK1=1，开 TIME0（设置 TIME0 工作在定时方式），进行定时正向积分；正向积分完毕，设置定时 TIME0 工作在输入捕获方式，打开 INT0，置 TK3=0、TK2=1、TK1=0，进行反向积分，TIME0 进行计时，利用另一个寄存器来计数定时器溢出次数；当比较器输出反转、INT0 中断产生时，单片机自动关断 TIME0，完成一次双积分 A／D 转换。AD 值（HEX）=寄存器计数值*100+TIME0。

源程序清单如下：

3、工艺上应注意的问题

（1）充放电时间（T 和 t）一般不能超过 2RC。超过时线性误差会增大。

（2）PCB 板设计时模数电源的地要分开，单点相接；AD 转换部分元件连线尽可能短，这部分元件应与数字部分元件分开；PCB 板应采用较厚铜箔的板材。

（3）保持 PCB 板和元件的清洁，模拟部分应涂上防水胶。

（4）积分电容应采用漏电小的聚丙烯电容，基准分压电阻和积分电阻应采用温度系数和噪声较小的电阻。