分析如何提高单片机的模数转换精度

引 言

　　单片机应用于工业控制等方面时，经常要将电流、电压、温度、位移、转速等模拟量转换成数字量，然后在单片机内作进一步运算和处理，完成相应的数据存储、数据传输和数据输出，达到分析和控制的目的。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 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。