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,?？梢詫⒛M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,。

　?、僖圆杉妷簽槔僭O(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),。

　　但是,，如果模擬量(0～400V電壓)輸入值非常穩(wěn)定，每間隔一定時(shí)間采集的10位數(shù)據(jù)Di都相同,，以上方法就達(dá)不到要求了,。

　　②如果在A／D轉(zhuǎn)換過(guò)程中要得到局部更高精度的數(shù)據(jù),，例如檢測(cè)蓄電池充放電過(guò)程中的電壓,，電壓范圍是0～18 V，一般精度達(dá)到0．02 V即可,，但用戶更關(guān)心8～13 V的電壓,，8～13 V內(nèi)精度要達(dá)到0．01 V。為了解決這個(gè)問題,，設(shè)計(jì)了原理如圖4所示的電路,。

　　單片機(jī)有內(nèi)置10位A／D模塊，Ui(0～20 V)電壓經(jīng)過(guò)R1,、R2,、P1衰減得到0～5 V的電壓，該電壓直接送到單片機(jī)的AN1輸入口,，即VAN1=Ui／4,。

　　U2A接成減法運(yùn)算電路，即U2A 1端電壓VU2A1=VAN1-2 V="Ui"／4-2 V=(Ui-8 V)／4,。U2B接成4倍放大電路,，U2B 7端的電壓VU2B7=VU2A×4=Ui-8 V。AN2輸入并聯(lián)一只5 V穩(wěn)壓二極管,，以保證當(dāng)輸入電壓大于8 V時(shí),，單片機(jī)AN2可以得到O～5 V電壓。單片機(jī)先采集AN1的數(shù)據(jù),，通過(guò)采集的數(shù)據(jù)判斷輸入電壓是否在8～13 V之間,，如果不在8～13 V，則采集到的數(shù)據(jù)就是模擬量(U)對(duì)應(yīng)的數(shù)字量(D：000H～3FFH),，精度為20 V／2010=20 V／1 024≈0．02 V,，電壓數(shù)據(jù)U＝D×0．02 V；如果采集的數(shù)據(jù)在8～13 V之間,，單片機(jī)再采集AN2的數(shù)據(jù),，采集到的數(shù)據(jù)加上8 V就是模擬量(U)對(duì)應(yīng)的數(shù)字量(D：000H～3FFH)，精度為(13-8)V／210=5 V／1 024≈0．005 V,，電壓數(shù)據(jù)U＝8 V+D×0．005 V,。這樣，在8～13 V之間的A／D轉(zhuǎn)換精度就大大提高了,。

　　結(jié) 語(yǔ)

　　隨著工業(yè)自動(dòng)控制的不斷發(fā)展,，單片機(jī)在工業(yè)自動(dòng)控制的應(yīng)用也越來(lái)越廣。本文介紹的提高A／D轉(zhuǎn)換精度的工作原理在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的使用價(jià)值,，特別是通過(guò)簡(jiǎn)單的模擬運(yùn)算電路,，可以局部提高A／D轉(zhuǎn)換精度。利用這個(gè)原理,，如果將模擬量分段放大,，也可以全范圍提高A／D轉(zhuǎn)換精度。這種方法在A／D轉(zhuǎn)換領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景,。