分析如何提高單片機的模數轉換精度

引 言

　　單片機應用于工業(yè)控制等方面時(shí)，經(jīng)常要將電流、電壓、溫度、位移、轉速等模擬量轉換成數字量，然后在單片機內作進(jìn)一步運算和處理，完成相應的數據存儲、數據傳輸和數據輸出，達到分析和控制的目的。隨著(zhù)大規模集成電路的不斷發(fā)展，很多單片機都有內置A／D模塊，因此，單片機的A／D轉換可以用內置A／D模塊也可以用外置A／D電路完成，現談?wù)剢纹瑱CA／D轉換的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)，并分析提高A／D轉換精度的方法。

　　1 A／D轉換的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)

　　(1)單片機片內A／D轉換

　　單片機片內A／D轉換是利用單片機的內置A／D模塊，通過(guò)選擇不同的模擬量通道進(jìn)行A／D轉換?？梢詫⒛M量直接輸入到單片機對應的輸入腳，外圍電路簡(jiǎn)單。轉換后的數據直接保存在片內寄存器中，數據提取方便。但大多數單片機的內置A／D模塊只有8位和10位，無(wú)法進(jìn)行高精度的A／D轉換，原理如圖1所示。

　　(2)單片機片外A／D轉換

　　單片機外置A／D轉換是單片機通過(guò)一定的邏輯電路控制外置A／D轉換電路進(jìn)行A／D轉換，外圍電路相對復雜。單片機將轉換結果通過(guò)一定的時(shí)序讀取到單片機中，按要求通過(guò)選擇A／D轉換電路，可以實(shí)現高精度的A／D轉換(可以達到14位、16位、22位甚至更高)，原理如圖2所示。

　　2 提高A／D轉換精度的方法

　　要提高A／D轉換的精度，選用高精度的外部A／D轉換器當然可以達到要求，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A／D轉換模塊提高轉換精度的方法。

　?、僖圆杉妷簽槔?，假設需要采集0．0～400．0 V直流電壓，單片機A／D模塊的基準電壓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0．1 V的精度，則A／D轉換的分辨率必須小于1／4000，而片內A／D模塊一般為10位，分辨率僅為1／1 024，達不到要求。由于模擬量(O～400V電壓)輸入大多不是穩定值，會(huì )有波動(dòng)，為了得到更高精度的數據，可以將多次采集的數據累加后再取平均值(其實(shí)即使分辨率達到要求的A／D轉換也要經(jīng)過(guò)累加再取平均值，以得到更穩定的數據)。如果每間隔一定時(shí)間采集的10位數據為Di，取64個(gè)這樣的數據累加后再除以16，就可以得到12位的數據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據。