分析如何提高單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換精度

引 言

　　單片機(jī)應(yīng)用于工業(yè)控制等方面時(shí)，經(jīng)常要將電流、電壓、溫度、位移、轉(zhuǎn)速等模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后在單片機(jī)內(nèi)作進(jìn)一步運(yùn)算和處理，完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)輸出，達(dá)到分析和控制的目的。隨著大規(guī)模集成電路的不斷發(fā)展，很多單片機(jī)都有內(nèi)置A／D模塊，因此，單片機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換可以用內(nèi)置A／D模塊也可以用外置A／D電路完成，現(xiàn)談?wù)剢纹瑱C(jī)A／D轉(zhuǎn)換的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)，并分析提高A／D轉(zhuǎn)換精度的方法。

　　1 A／D轉(zhuǎn)換的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)

　　(1)單片機(jī)片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換

　　單片機(jī)片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換是利用單片機(jī)的內(nèi)置A／D模塊，通過(guò)選擇不同的模擬量通道進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。可以將模擬量直接輸入到單片機(jī)對(duì)應(yīng)的輸入腳，外圍電路簡(jiǎn)單。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)直接保存在片內(nèi)寄存器中，數(shù)據(jù)提取方便。但大多數(shù)單片機(jī)的內(nèi)置A／D模塊只有8位和10位，無(wú)法進(jìn)行高精度的A／D轉(zhuǎn)換，原理如圖1所示。

　　(2)單片機(jī)片外A／D轉(zhuǎn)換

　　單片機(jī)外置A／D轉(zhuǎn)換是單片機(jī)通過(guò)一定的邏輯電路控制外置A／D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，外圍電路相對(duì)復(fù)雜。單片機(jī)將轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)一定的時(shí)序讀取到單片機(jī)中，按要求通過(guò)選擇A／D轉(zhuǎn)換電路，可以實(shí)現(xiàn)高精度的A／D轉(zhuǎn)換(可以達(dá)到14位、16位、22位甚至更高)，原理如圖2所示。

　　2 提高A／D轉(zhuǎn)換精度的方法

　　要提高A／D轉(zhuǎn)換的精度，選用高精度的外部A／D轉(zhuǎn)換器當(dāng)然可以達(dá)到要求，除此之外，有沒(méi)有其他方法呢?答案是肯定的。以下介紹幾種利用片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換模塊提高轉(zhuǎn)換精度的方法。

　　①以采集電壓為例，假設(shè)需要采集0．0～400．0 V直流電壓，單片機(jī)A／D模塊的基準(zhǔn)電壓VREF+取5．0 V，VREF-取0 V，需要采集的電壓經(jīng)過(guò)衰減，變成0．0～5．0 V，連接電路如圖3所示。顯然，如果要達(dá)0．1 V的精度，則A／D轉(zhuǎn)換的分辨率必須小于1／4000，而片內(nèi)A／D模塊一般為10位，分辨率僅為1／1 024，達(dá)不到要求。由于模擬量(O～400V電壓)輸入大多不是穩(wěn)定值，會(huì)有波動(dòng)，為了得到更高精度的數(shù)據(jù)，可以將多次采集的數(shù)據(jù)累加后再取平均值(其實(shí)即使分辨率達(dá)到要求的A／D轉(zhuǎn)換也要經(jīng)過(guò)累加再取平均值，以得到更穩(wěn)定的數(shù)據(jù))。如果每間隔一定時(shí)間采集的10位數(shù)據(jù)為Di，取64個(gè)這樣的數(shù)據(jù)累加后再除以16，就可以得到12位的數(shù)據(jù)D，即

　　這時(shí)D的分辨率是1／212=1／4 096。這樣，就得到了更高精度的數(shù)據(jù)。