其電路如圖一所示：

圖1：用普通單片機實現的A/D轉換電路的電路圖

其工作原理說明如下：

1
、硬件說明：

圖1中“RA0”和“RA1”為單片機的兩個I/O腳，分別將其設置為輸出與輸入狀態，在進行A/D轉換時，在程序中通過軟件產生PWM，由RA0腳送出預設占空比的PWM波形。RA1腳用於檢測比較器輸出端的狀態。

R1、C1構成濾波電路，對RA0腳送出的PWM波形進行平滑濾波。RA0輸出的PWM波形經過R1、C1濾波並延時後，在U1點產生穩定的電壓值，其電壓值U1=VDD*D1/（D1+D2），若單片機的工作電壓為穩定的+5V，則U1=5V*D1/（D1+D2）。

圖1中的LM324作為比較器使用，其輸入負端的U1電壓與輸入正端的模擬量電壓值進行比較
，當U1大於模擬量輸入電壓時，比較器的輸出端為低電平，反之為高電平。

2、A/D轉換過程：

如果使RA0輸出PWM波形，其占空比由小到大逐漸變化，則U1的電壓會由小到大逐漸變化，當U1電壓超過被測電壓時，比較器的輸出端由高電平變為低電平，因此可以認為在該變化的瞬間被測的模擬量與U1的電壓相等。

由於U1的電壓值=VDD*D1/（D1+D2）
，當VDD固定時，其電壓值取決於PWM波形的占空比


，而PWM的占空比由單片機軟件內部用於控製PWM輸出的寄存器值決定，若軟件中用1個8位寄存器A來存放RA0輸出的PWM的占空比值D1
，因此在RA1檢測到由“1”變為“0”的瞬間
，A寄存器的值D1即為被測電壓的A/D轉換值
，其A/D轉換結果為8位。如果用16位寄存器來作輸出PWM的占空比，則A/D轉換值可達到16位。

3
、A/D轉換誤差分析及解決辦法：

A/D轉換的誤差主要由以下幾個方麵決定
，分別說明如下：

（1） 單片機的電源電壓VDD：在該A/D轉換中
，VDD電壓是造成A/D轉換誤差的主要原因，如果使VDD電壓精度做到較高，則A/D轉換誤差可以做到很小
，在VDD電壓精度為0.5%情況下，實際的A/D轉換誤差小於1%。

（2） 軟件產生的PWM占空比：若用於產生PWM的軟件設計不良，會使存放占空比的寄存器值與實際輸出的PWM占空比不一致
，這會導致測量誤差。

（3） 比較器輸入端的失調電壓：該電壓對A/D轉換精度有一定影響，但影響較小。

（4） RC濾波電路的紋波：在R1
、C1取值不當的情況下，U1處的電壓紋波較大，並且延時時間不夠
，會使A/D轉換產生誤差
，因此R1
、C1取值不能太小
，但太大又會影響A/D轉換速度，推薦使用圖一中所示的R1、C1參數，在紋波合理的情況下
，其轉換誤差也可通過軟件消除。

A/D轉換誤差的解決辦法：

（1） 對VDD造成的誤差，隻能通過提高VDD電壓精度來解決，它相當於A/D轉換的基準電壓。

（2） 對於軟件中PWM設計不良導致的誤差，可修改軟件進行解決，本文提供了用軟件產生PWM的程序流程圖，實際使用中可按此流程設計程序。

（3） 對比較器及RC濾波電路的紋波導致的誤差，在軟件中可通過上、下檢測法進行消除，即先將PWM的占空比由小到大變化，使U1電壓由低往高逐漸變化

，在比較器輸出端變化時記錄其A/D轉換值，再將PWM的占空比由大到小變化，使U1電壓由高到低變化，在比較器輸出端變化時記錄其A/D轉換值
，將兩次的A/D轉換值進行平均，可有效地消除這兩種誤差。

（4） 對A/D轉換值進行數字濾波，如多次轉換求平均值等。數字濾波消除誤差的方法很多
，在此不再贅述。

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4
、A/D轉換速度及提高辦法：

由於該A/D轉換是通過PWM濾波後再進行比較來完成的，其PWM的產生與濾波都需要一定的時間，因此其A/D轉換速度較慢，適用於對A/D轉換速度要求不高的產品中
，其A/D轉換速度取決於以下幾個方麵：

（1） 單片機的運行速度：單片機的運行速度越高則PWM的頻率可以越高， RC值就可以取得越小，其延時時間也可以更短，轉換速度就更快。

（2） 被測電壓值的大小：由於U1電壓時是由小到大逐漸加大的，當被測電壓值較小時，U1電壓上升到相應值的時間就越短，完成A/D轉換的速度就越快。

（3） 初始占空比：初始占空比越高

，U1電壓較大

，其上升到被測電壓值的時間也就會越短，完成A/D轉換的速度也就越快。

由上所述
，A/D轉(zhuan)換(huan)的(de)速(su)度(du)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)提(ti)高(gao)單(dan)片(pian)機(ji)的(de)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)，並(bing)在(zai)預(yu)知(zhi)被(bei)測(ce)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)時(shi)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)設(she)置(zhi)較(jiao)高(gao)的(de)初(chu)始(shi)占(zhan)空(kong)比(bi)值(zhi)來(lai)加(jia)快(kuai)轉(zhuan)換(huan)速(su)度(du)

，如(ru)果(guo)所(suo)要(yao)求(qiu)的(de)A/D轉換精度要求不高
，還可以在軟件中縮短PWM輸出的延時時間來提高A/D轉換速度。若單片機帶有外部電平變換中斷和定時器中斷
，其A/D轉換的精度和速度還可以得到提高。

5、輸入電壓的測量範圍：

A/D轉換的輸入電壓測量範圍為0V至單片機的電源電壓（VDD）
，若需要提高被測電壓範圍
，可將輸入電壓通過電阻分壓後進行測量

，但其A/D轉換的誤差會受分壓電阻影響。

6
、A/D轉換通道的多路擴展：

圖中所用的運算放大器為LM324

，該集成電路內部帶有4個運放，其餘3個運放的輸入端可分別作為另外3個A/D轉換通道，其輸出端與單片機連接
，在軟件上略作修改
，就可以在不增加成本的情況下實現4路A/D轉換。

7、用同樣的工作原理實現D/A轉換：

如圖2所示，可使該電路很容易地隻用單片機的一個I/O腳實現D/A轉換功能。其輸出的模擬量電壓Vout=VDD*D1/（D1+D2）。該輸出電壓帶有紋波
，當RC值足夠大時

，該紋波值幾乎為零
，可忽略不計。

圖2：隻用單片機的一個I/O腳實現D/A轉換功能

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、單片機的A/D轉換軟件程序流程圖：

圖3：單片機的A/D轉換軟件程序流程圖