一种单片机双极模拟信号A／D转换的电路设计

实现A/D转换通常需要使用A/D转换芯片，而单片机内置的A/D模块只能接收单极模拟信号。文中介绍了一种使Freescale单片机A/D转换模块能够接收双极型模拟信号的电路设计，文中电路采用对称设计，扩大了A/D转换的量程，提高了A/D转换的分辨率。 在电子系统设计中，A/D（模拟到数字）转换是一个至关重要的环节，它将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，以便于微处理器或单片机进行处理。Freescale（现为NXP）的MC9S12XS128MAL是一款功能丰富的16位单片机，它具有内置的A/D转换器，可以简化硬件设计，提高系统的稳定性和可靠性。然而，大多数单片机的A/D模块仅支持接收单极性的正向模拟信号，无法直接处理双极性的模拟信号，即那些介于正负值之间的信号。 针对这一问题，文中提出了一种电路设计方案，目的是让Freescale单片机的A/D转换模块能够接收并正确转换双极性模拟信号。这个设计采用了对称电路结构，通过两个二极管和一个反相器，实现了信号的转换和扩展。当输入信号为正时，二极管1截止，信号通过AD0口进入；同时，正信号经反相器变成负信号，使二极管2导通，AD1口的输入值接近于0，A/D转换的结果反映的是AD0口的值。相反，当输入信号为负时，二极管1导通，AD0口的输入值为0，AD1口接收负信号，A/D转换的结果是负值。这样，A/D转换的量程从0～5V扩展到了-5～+5V，提升了量程和分辨率。 在实际应用中，二极管的选择对于电路的线性度和安全性至关重要。文中提到了1N4007和PMEG2010等不同类型的二极管。1N4007虽然具有较高的正向压降，但过大的负电压可能会损坏单片机，因此选择了压降较低的PMEG2010和1N60进行实验。实验结果显示，1N60提供了更好的线性关系，相关系数接近1，这意味着输入和输出之间具有良好的线性对应，适合用于一般的测量需求。 总结来说，该电路设计提供了一种经济有效的方法，通过单片机内置的A/D模块处理双极性模拟信号，不仅扩大了转换量程，提高了分辨率，还减少了外部A/D转换芯片的需求，降低了系统成本。此外，通过对二极管类型的选择和优化，确保了数据转换的线性特性，从而保证了测量的准确性。这种设计方法对于那些需要处理双极信号的嵌入式系统具有很高的实用价值。