由于當前12位以上的A/D轉(zhuǎn)換器價格昂貴，人們正在尋找新的途徑來取代它，而V／F變換器便是一種較好的選擇。由于V／F變換器具有高、高線性度的特點，如美國模擬器件公司的ADVFC32（國產(chǎn)型號為5GVFC32），在滿度頻率為10 kHz時的非線性誤差僅為0.005 %FSR，而AD650可達0.002%FSR，而且外電路簡單。因此用V/F變換器可以制成高，價格低廉的高性能A/D轉(zhuǎn)換器，其分辨率可達16位以上。在速度要求不太高的場合是很適用的，如用于稱重、壓力等各種傳感器信號的高數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)中?？梢灶A(yù)見，以V／F變換器制成的高A/D轉(zhuǎn)換電路在不久的將來將成為微計算機的一種具有競爭性的接口電路。
　　用V／F變換器作A/D轉(zhuǎn)換時，通常由一些硬件電路如振蕩器、二分頻器、計數(shù)器和門電路等組成，而由計數(shù)器計得的計數(shù)值，即A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，再通過接口電路送入微計算機進行處理，較為復(fù)雜和不便；或者采用F/BCD變換電路，將V／F變換器輸出的頻率信號變?yōu)锽CD碼，再通過接口電路送入微計算機，也較為復(fù)雜，而且還要對BCD碼進行變換。這些方法成本都較高。
　　現(xiàn)介紹一種以直接與V／F變換器接口進行A/D轉(zhuǎn)換的方法，無需額外的硬件電路，完全利用單片機內(nèi)部的硬件資源，簡單方便，成本，大大地提高了V／F變換器作為A／D轉(zhuǎn)換電路的可行性。
　　當前，單片機特別是INTEL公司的單片機已在智能儀器儀表和過程控制等方面得到廣泛應(yīng)用，已取代280，因此A/D轉(zhuǎn)換電路與單片機的接口方法也是人們所關(guān)注的。本文主要介紹V／F變換器ADVFC32作高分辨率A/D轉(zhuǎn)換時與51系列單片機（如8031等）接口的硬件和軟件。

　　一、硬件接口電路
　　ADVFC32與51系列單片機的硬件接口電路如圖1所示。圖中是輸入電壓信號為正時的情況。在輸入信號為負時，只要把電阻R1、R3接地，從第14腳直接輸入即可。AD650的電路與ADVFC32的外電路相似。關(guān)于這兩種芯片的引腳排列及內(nèi)部結(jié)構(gòu)等請參考有關(guān)手冊。

　　
　　由圖1可見，接口電路非常簡單，只要把V/F變換器輸出的頻率信號直接送到單片機8031的定時器1的計數(shù)輸入端T即可。其設(shè)計思想為：從傳感器來的mV級電壓信號經(jīng)運算放大器放大到0～10 V的電壓后，加到ADVFC32的輸入端，從頻率輸出端，OUT輸出的頻率信號加到單片機8031定時器1的計數(shù)輸入端Tl上。在單片機內(nèi)部由定時器作計數(shù)器時，由定時器1對輸入脈沖計數(shù)。定時器O的定時時間由要求的A/D轉(zhuǎn)換分辨率設(shè)定。因為定時器O在工作方式1時為16位定時器，所以長的定時時間為：

　　式中：foc為單片機晶體振蕩器的振蕩頻率，如foc=12 MHz，則

　　如要求的定時時間超過這一數(shù)值，定時器產(chǎn)生溢出中斷，可用單片機內(nèi)部RAM的存儲單元作軟件計數(shù)，則可延長定時時間。
　　8031的定時器1作計數(shù)器使用時，可計數(shù)的外部脈沖頻率為單片機晶體振蕩器振蕩頻率的1／24，即

　　等于ADVFC32的允許工作頻率，故單片機8031的內(nèi)部定時器TO和Tl滿足對定時和計數(shù)的要求。
　　另外，單片機的定時器在作計數(shù)器使用時，要求外部輸入脈沖的寬度至少為一個機器周期的時間。8031的一個機器周期等于12個振蕩周期，即V／F變換器輸出信號的脈沖寬度應(yīng)

　　而ADVFC32的輸出脈沖寬度為(0. 1～0. 15/ FMax)μs，其中fmax為滿度時輸出頻率。如fmax=100 kHz，則輸出脈沖寬度為：

　　滿足對脈沖寬度的要求。如fmax再提高，則脈沖寬度變小，需將脈沖展寬，如接一個555定時器等，然后再接到單片機上。
　　A/D轉(zhuǎn)換所須計數(shù)的脈沖數(shù)和定時器的定時時間是由所要求的分辨率決定的。
　　設(shè)分辨率為12位，則脈沖數(shù)=212 =4 096個。ADVFC32的工作頻率fmax有三種：
　　10 kHz、100 kHz和500 kHz?，F(xiàn)取fmax=100 kHz，則其脈沖周期

　　類似地，對于其他分辨率，由計算得出：
　　●分辨率為13位，脈沖數(shù)=8 192，定時時間=81. 92 ms；
　　●分辨率為14位，脈沖數(shù)=16 384，定時時間=163. 84 ms;
　　●分辨率為15位，脈沖數(shù)=32 768，定時時間=327. 68 ms；
　　●分辨率為16位，脈沖數(shù)=65 536，定時時間=655. 36 ms；
　　●分辨率為16.6位，脈沖數(shù)=100 000，定時時間=1s。
　　所以在fmax=100 kHz時，如定時時間為1s，則其A/D轉(zhuǎn)換的分辨率超過16位。但實際上對分辨率的選取應(yīng)按實際的需要而定，過高的分辨率將使A/D轉(zhuǎn)換的速度下降。
　　為便于計算，現(xiàn)以脈沖數(shù)=20 000為例進行設(shè)計，則定時時間=200 ms，根據(jù)式2X-20 000，可求出分辨率為

　　即分辨率大于14位，滿足一般對高分辨率的要求。定時時間為200 ms，可轉(zhuǎn)換4～5次每秒，相當于雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間，亦不算太長。
　　定時器O的初值計算如下：
　　設(shè)定時器0工作在方式1，為16位定時器。
　?、贆C器周期=12Toc=12×l／fc=12×1/(12×106)=1 μs
　?、?6位定時器的長定時時間為216×機器周期-65 536×1μS= 65. 536 ms
　　現(xiàn)取整數(shù)值，設(shè)定時器0的定時時間=50 ms，則定時器O溢出4次即為200 ms，在定時器0溢出中斷程序中，由軟件計數(shù)4次即可。
　?、鄱〞r器O在定時時是對機器周期進行計數(shù)，定時50 ms的機器周期數(shù)=50 ms／1μs=5 000。
　?、芏〞r器0可計的機器周期數(shù)= 216=65  536，故定時器O的初值=65 536 - 50 000=15 536-3CBOH
　　設(shè)定時器1也工作在方式1，為計數(shù)器狀態(tài)，是16位計數(shù)器，多可計216= 65 536個脈沖，而外部輸入的脈沖數(shù)=20 000<65 536，無溢出，故定時器1不必開中斷。

二、A/D轉(zhuǎn)換軟件
　　根據(jù)上述分析，得出A/D轉(zhuǎn)換的流程圖如下圖所示。在程序中，定時器1的低8位TL1和高8位TH1的值即為A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，為二進制數(shù)，分別進入單片機8031的內(nèi)部RAM單元31H和32H中暫存；然后即可對此結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理，如標度變換等；或輸出顯示。本程序為A/D轉(zhuǎn)換的程序，如需多次A/D轉(zhuǎn)換，只須稍加修改，使其重復(fù)運行，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入不同的RAM單元，然后再加以處理即可。在程序中以內(nèi)部RAM的30H單元作為定時器0溢出次數(shù)的計數(shù)緩沖器，定時器O每溢出，30H的內(nèi)容溢出中斷服務(wù)程序便加1．當30H的內(nèi)容為4時，轉(zhuǎn)換結(jié)束。

　　
　　此外，在中斷服務(wù)程序中要給定時器O重置初值，并且修正在重置初值前定時器已運行的．7個機器周期。因為在中斷服務(wù)程序中沒用到累加器及其他寄存器，所以不必進行保護現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場等操作。
　　A/D轉(zhuǎn)換的程序如下：
　　A/D轉(zhuǎn)換主程序

用單片機實現(xiàn)編碼器VD5026的工作時序