A/D转换器

dsPIC33/PIC24 12位高速多SAR模数转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）包含以下特性：
• 多个ADC内核：
    - 多个单通道专用ADC内核（取决于具体器件实现）
    - 一个共用ADC内核
• 每个ADC内核可配置为6、8、10或12位分辨率
• 12位分辨率时，每通道的转换速率最高为3.25 Msps
• 最多32个模拟输入源（取决于具体器件实现）
• 可单独为所有通道中的每个通道选择单端或伪差分输入
• 可单独为所有通道中的每个通道的转换结果选择无符号或有符号数据格式
• 针对每个模拟输入的独立16位转换结果寄存器
• 提前中断产生，可实现转换数据的快速处理
• 集成多个数字比较器（取决于具体器件实现）：
    - 多个比较选项
    - 可分配给特定模拟输入
• 多个过采样滤波器（取决于具体器件实现）：
    - 提高分辨率
    - 可分配给特定模拟输入
• 可在CPU休眠和空闲模式下工作
• 通过硬件电容分压器（Capacitive Voltage Divider，CVD）测量连接到输入的电容值

详阅请点击下载《dsPIC33/PIC24 FRM - 12位高速多SAR A/D转换器（ADC）》

围观 459

Holtek针对传感器量测应用新推出BH45B1224，内建24-bit Delta Sigma A/D，具有抗RF干扰能力强，宽工作电压2.4V~5.5V，IC功耗低及温飘系数低等优势，可广泛应用在各式传感器量测产品，如电子秤、压力计、温度计与其它高精度量测产品等。

BH45B1224内建PGA与24-bit Delta Sigma A/D，透过I2C接口可搭配不同MCU进行数据传输。提供8-pin SOP及16-pin NSOP两种封装型式。

来源： HOLTEK

围观 355

随着大规模集成电路的不断发展，很多单片机都有内置A/D模块，因此，单片机的A/D转换可以用内置A/D模块也可以用外置A/D电路完成，现谈谈单片机A/D转换的工作原理及优缺点，并分析提高A/D转换精度的方法。

1、 A/D转换的工作原理及优缺点
　　
（1）单片机片内A/D转换单片机片内A/D转换是利用单片机的内置A/D模块，通过选择不同的模拟量通道进行A/D转换。可以将模拟量直接输入到单片机对应的输入脚，外围电路简单。转换后的数据直接保存在片内寄存器中，数据提取方便。但大多数单片机的内置A/D模块只有8位和10位，无法进行高精度的A/D转换，原理如图1所示。
　　

　　
（2）单片机片外A/D转换单片机外置A/D转换是单片机通过一定的逻辑电路控制外置A/D转换电路进行A/D转换，外围电路相对复杂。单片机将转换结果通过一定的时序读取到单片机中，按要求通过选择A/D转换电路，可以实现高精度的A/D转换(可以达到14位、16位、22位甚至更高)，原理如图2所示。

2、 A/D转换模块提高转换精度的方法

提高A/D转换精度的方法要提高A/D转换的精度，选用高精度的外部A/D转换器当然可以达到要求，除此之外，有没有其他方法呢？答案是肯定的。以下介绍几种利用片内A/D转换模块提高转换精度的方法。
　　
（1）以采集电压为例，假设需要采集0.0～400.0 V直流电压，单片机A/D模块的基准电压VREF+取5.0 V，VREF-取0 V，需要采集的电压经过衰减，变成0.0～5.0 V，连接电路如图3所示。显然，如果要达0.1 V的精度，则A/D转换的分辨率必须小于1/4000，而片内A/D模块一般为10位，分辨率仅为1/1 024，达不到要求。由于模拟量(O～400V电压)输入大多不是稳定值，会有波动，为了得到更高精度的数据，可以将多次采集的数据累加后再取平均值(其实即使分辨率达到要求的A/D转换也要经过累加再取平均值，以得到更稳定的数据)。如果每间隔一定时间采集的10位数据为Di，取64个这样的数据累加后再除以16，就可以得到12位的数据D，即
　

这时D的分辨率是1/212=1/4 096。这样，就得到了更高精度的数据。

　　
　　
但是，如果模拟量(0～400V电压)输入值非常稳定，每间隔一定时间采集的10位数据Di都相同，以上方法就达不到要求了。
　　
（2）如果在A/D转换过程中要得到局部更高精度的数据，例如检测蓄电池充放电过程中的电压，电压范围是0～18 V，一般精度达到0.02 V即可，但用户更关心8～13 V的电压，8～13 V内精度要达到0.01 V。为了解决这个问题，设计了原理如图4所示的电路。

单片机有内置10位A/D模块，Ui(0～20 V)电压经过R1、R2、P1衰减得到0～5 V的电压，该电压直接送到单片机的AN1输入口，即VAN1=Ui/4。U2A接成减法运算电路，即U2A 1端电压VU2A1=VAN1-2 V=Ui/4-2 V=(Ui-8 V)/4。U2B接成4倍放大电路，U2B 7端的电压VU2B7=VU2A×4=Ui-8 V。AN2输入并联一只5 V稳压二极管，以保证当输入电压大于8 V时，单片机AN2可以得到O～5 V电压。
　　
单片机先采集AN1的数据，通过采集的数据判断输入电压是否在8～13 V之间，如果不在8～13 V，则采集到的数据就是模拟量(U)对应的数字量(D：000H～3FFH)，精度为20 V/2010=20 V/1 024≈0.02 V，电压数据U=D×0.02 V;如果采集的数据在8～13 V之间，单片机再采集AN2的数据，采集到的数据加上8 V就是模拟量(U)对应的数字量(D：000H～3FFH)，精度为(13-8)V/210=5 V/1 024≈0.005 V，电压数据U=8 V+D×0.005 V。这样，在8～13 V之间的A/D转换精度就大大提高了。

结语

随着工业自动控制的不断发展，单片机在工业自动控制的应用也越来越广。本文介绍的提高A/D转换精度的工作原理在实际应用中具有一定的使用价值，特别是通过简单的模拟运算电路，可以局部提高A/D转换精度。利用这个原理，如果将模拟量分段放大，也可以全范围提高A/D转换精度。这种方法在A/D转换领域有较好的应用前景。

围观 449

A/D器件和芯片是实现单片机数据采集的常用外围器件。A/D转换器的品种繁多、性能各异，在设计数据采集系统时，首先碰到的就是如何选择合适的 A/D转换器以满足系统设计要求的问题。选择A/D转换器件需要考虑器件本身的品质和应用的场合要求，基本上，可以根据以下几个方面的指标选择一个A/D 器件。

（1）A/D转换器位数

A/D转换器位数的确定，应该从数据采集系统的静态精度和动态平滑性这两个方面进行考虑。从静态精度方面来说，要考虑输入信号的原始误差传递到输出所产生的误差，它是模拟信号数字化时产生误差的主要部分。量化误差与A/D转换器位数有关。一般把8位以下的A/D转换器归为低分辨率A/D转换器，9~12位的称为中分辨率转换器，13位以上的称为高分辨率转换器。10位A/D芯片以下误差较大，11位以上对减小误差并无太大贡献，但对A/D转换器的要求却提得过高。因此，取10位或11位是合适的。由于模拟信号先经过测量装置，再经A/D转换器转换后才进行处理，因此，总的误差是由测量误差和量化误差共同构成的。A/D转换器的精度应与测量装置的精度相匹配。也就是说，一方面要求量化误差在总误差中所占的比重要小，使它不显著地扩大测量误差;另一方面必须根据目前测量装置的精度水平，对A/D转换器的位数提出恰当的要求。

目前，大多数测量装置的精度值不小于0.1%~0.5%，故A/D转换器的精度取0.05%~0.1%即可，相应的二进制码为10~11位，加上符号位，即为11~12位。当有特殊的应用时，A/D转换器要求更多的位数，这时往往可采用双精度的转换方案。

（2）A/D转换器的转换速率

A/D转换器从启动转换到转换结束，输出稳定的数字量，需要一定的转换时间。转换时间的倒数就是每秒钟能完成的转换次数，称为转换速率。

确定A/D转换器的转换速率时，应考虑系统的采样速率。例如，如果用转换时间为100us(＄1.6606)的A/D转换器，则其转换速率为10KHz。根据采样定理和实际需要，一个周期的波形需采10个样点，那么这样的A/D转换器最高也只有处理频率为1KHz的模拟信号。把转换时间减小，信号频率可提高。对一般的单片机而言，要在采样时间内完成A/D转换以外的工作，如读数据、再启动、存数据、循环计数等已经比较困难了。

（3）采样/保持器

采集直流和变化非常缓慢的模拟信号时可不用采样保持器。对于其他模拟信号一般都要加采样保持器。如果信号频率不高，A/D转换器的转换时间短，即采样高速A/D时，也可不用采样/保持器。

（4）A/D转换器量程

A/D转换时需要的是双极性的，有时是单极性的。输入信号最小值有的从零开始，也有从非零开始的。有的转换器提供了不同量程的引脚，只有正确使用，才能保证转换精度。在使用中，影响A/D转换器量程的因素有：量程变换和双极性偏置;双基准电压;A/D转换器内部比较器输入端的正确使用。

（5）满刻度误差

满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。

（6）线性度

实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移。