利用80C196KB片上A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

摘    要：本文介紹了利用80C196KB片上集成的A/D模塊完成了高精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件上考慮了輸入模擬信號(hào)的接口電路，軟件上采用了四字節(jié)的浮點(diǎn)運(yùn)算，并對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)的參考電壓進(jìn)行了修正，最后通過實(shí)驗(yàn)對(duì)結(jié)果的精度進(jìn)行了進(jìn)一步的提高。系統(tǒng)最終對(duì)直流電壓信號(hào)測(cè)量的相對(duì)誤差在0.5％以內(nèi)，絕對(duì)誤差不超過0.02V。
關(guān)鍵詞：80C196KB；A/D轉(zhuǎn)換；浮點(diǎn)運(yùn)算；電壓測(cè)量

前言
80C196KB是MCS－96系列產(chǎn)品中的采用CHMOS工藝的器件，其片內(nèi)集成了A/D轉(zhuǎn)換模塊，包括一個(gè)8通道的模擬多路開關(guān)，一個(gè)采樣和保持電路以及一個(gè)10位的逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器。充分利用80C196KB的片上A/D轉(zhuǎn)換資源即可以簡(jiǎn)化硬件，降低成本，又簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)。國(guó)內(nèi)供貨也相對(duì)容易。本文就是利用80C196KB的片上A/D轉(zhuǎn)換完成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)以80C196KB為核心，進(jìn)行了必要的擴(kuò)展。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。鍵盤用于輸入及功能選擇，LCD用于顯示測(cè)量結(jié)果，RAM用于存儲(chǔ)采集的數(shù)據(jù)和處理的數(shù)據(jù)。另外，因?yàn)?0C196KB本身不帶ROM，所以要擴(kuò)展外部ROM作為程序存儲(chǔ)器。
A/D轉(zhuǎn)換接口電路
80C196KB模擬輸入端的外部電路應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的需要來設(shè)計(jì)，它的好壞直接影響變換器的性能。在設(shè)計(jì)外部電路時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到輸入端的泄漏電流、采樣電容的大小以及多路開關(guān)的串聯(lián)電阻等重要因素。
80C196KB模擬輸入端的等效電路如圖2所示。V為外加信號(hào)源，Rs為信號(hào)源內(nèi)阻，外部輸入信號(hào)必須通過Ri才能對(duì)采樣電容Cs充電。輸入端的泄漏電流為Ix。就80C196KB而言，
。
在模擬信號(hào)的輸入端外接一個(gè)足夠大的電容可以降低信號(hào)源內(nèi)阻的影響。80C196KB片內(nèi)采樣電容約為2pF，外接一個(gè)0.005mF(2048