提高單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的電路和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及單片機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的電路和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]單片機(jī)系統(tǒng)對特定信號(hào)對象進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換(Analog-Digital-Converter)，遵循以下轉(zhuǎn)換公式:Dobj = (Vob j/Vref)*Din，其中Dobj為被采樣信號(hào)對象模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)值，Vobj為被采樣信號(hào)對象模擬量，Vref為參考電壓模擬量，Din為滿量程時(shí)的數(shù)值，其取決于采樣器件的采樣精度，如8-bit的ADC，其Din值為256，ΙΟ-bit的ADC，其Din值為1024。在采樣器件的采樣精度確定后，參考電壓模擬量Vref對模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果有著重要影響，其穩(wěn)定性決定著模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果的精度及后續(xù)可能利用該結(jié)果的相關(guān)操作。
[0003]當(dāng)前在很多應(yīng)用中，參考電壓源的選擇一般有以下途徑:1、通過高精度參考電壓源芯片獲取穩(wěn)定的高精度電壓，比如microchip公司的mcpl525芯片，該方案應(yīng)用簡單，模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果也較為精確，但是該方案中，芯片價(jià)格較貴、輸入輸出至少相差150mV以上。并且在DC3.6 V電池供電系統(tǒng)中該特性可能會(huì)降低電池的使用壽命，如電池電壓下降到參考電壓源芯片要求的最小工作電壓時(shí)，會(huì)影響輸出的參考電壓值及穩(wěn)定性，但該電壓閾值對于系統(tǒng)的其它應(yīng)用是完全正常支持的，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換的需要，可能需要提前更換電池，不能充分利用電池的有效壽命。2、部分單片機(jī)自身配置了通過更改內(nèi)部寄存器設(shè)置就可以利用的內(nèi)部參考電壓源，如德州儀器的MSP430系列單片機(jī)，該方案過程利用也相對簡單，其缺點(diǎn)是內(nèi)部參考電壓源一般小于工作電壓源，如果需要對跟工作電壓源大小相當(dāng)?shù)男盘?hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，信號(hào)對象需要分壓才可接入測試通道，因?yàn)榉謮弘娐返拇嬖?，分壓電阻的精度及同一性也?huì)影響測試結(jié)果的精度及同一性。
[0004]申請?zhí)枮?01310661556.0的專利文件，公開了一種提高模擬量采集裝置模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的方法，將上述參考電壓模擬量Vref作為變量，單片機(jī)外圍增設(shè)相互連接的電壓測量裝置和上位機(jī)，通過電壓測量裝置測量實(shí)際的參考電壓模擬量Vref，并通過上位機(jī)將實(shí)際的參考電壓模擬量Vref傳遞至單片機(jī)中，完成對實(shí)際的采樣信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換的計(jì)算。
[0005]上述方案通過測量實(shí)際的參考電壓模擬量Vref提高了模擬量采集裝置模數(shù)轉(zhuǎn)換精度，但是該方案需要在單片機(jī)外圍增設(shè)電壓測量裝置和上位機(jī)，大大提高了成本，且通過電壓測量裝置測量出實(shí)際的參考電壓模擬量Vref使得其模數(shù)轉(zhuǎn)換的經(jīng)度也受限于電壓測量裝置的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種提高單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的電路和方法，能夠解決單片機(jī)參考電壓源動(dòng)態(tài)變化時(shí)模數(shù)轉(zhuǎn)換精度受影響的問題。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0008]—種提高單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的電路，包括第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器和一處理器;所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端連接一米樣信號(hào)和一參考電壓源，輸出端連接所述處理器;所述第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端連接一基準(zhǔn)電壓源和所述參考電壓源，輸出端連接所述處理器;所述基準(zhǔn)電壓源為單片機(jī)輸出的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源;所述處理器執(zhí)行Vref = (Din/Dref int )*Vref int和Vob^= (Dobj/Din)*Vref的計(jì)算后輸出采樣信號(hào)的模擬量Vobj實(shí)，其中Vref為參考電壓模擬量，Dobj為第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出結(jié)果，Drefint為第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出結(jié)果，Vrefint為基準(zhǔn)電壓源的模擬量，Din為模數(shù)轉(zhuǎn)換的滿量程數(shù)字量。
[0009]本發(fā)明提高單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的電路的有益效果在于:通過第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端連接一采樣信號(hào)和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端連接單片機(jī)輸出的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源得到采樣信號(hào)的數(shù)字量Dobj和基準(zhǔn)電壓源的數(shù)字量Drefint，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接處理器，將Dobj和Drefint送入處理器，即可計(jì)算出動(dòng)態(tài)的參考電壓模擬量，并根據(jù)動(dòng)態(tài)的參考電壓模擬量計(jì)算并輸出實(shí)際的采樣信號(hào)模擬量，減少了參考電壓模擬量變化導(dǎo)致的輸出的實(shí)際采樣信號(hào)模擬量與原始的采樣信號(hào)模擬量偏差，有效地提高了單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度。
[0010]—種提高單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的方法，所述單片機(jī)包括內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源，所述方法包括:
[0011 ]獲取采樣信號(hào)的模擬量，將采樣信號(hào)的模擬量轉(zhuǎn)換為采樣信號(hào)的數(shù)字量Dob j ;
[0012]獲取單片機(jī)內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓源的模擬量Vrefint，將基準(zhǔn)電壓源的模擬量轉(zhuǎn)換為基準(zhǔn)電壓源的數(shù)字量Dref int;
[0013]根據(jù)公式Vref= (Din/Drefint)*Vrefin1^PVobj4= (Dob j/Din)*Vref 獲得實(shí)際輸出的采樣信號(hào)的數(shù)字量Vobj實(shí)；
[0014]其中，Vref為參考電壓模擬量，Din為模數(shù)轉(zhuǎn)換的滿量程數(shù)字量，采樣信號(hào)的模擬量和基準(zhǔn)電壓源的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量時(shí)使用同一個(gè)參考電壓源。
[0015]本發(fā)明提高單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的方法的有益效果在于:由于基準(zhǔn)電壓源的模擬量Vrefint對于一個(gè)單片機(jī)是已知的，根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的基準(zhǔn)電壓源的數(shù)字量Drefint及其模擬量Vref int S卩可得到每一次模數(shù)轉(zhuǎn)換動(dòng)態(tài)的參考電壓模擬量Vref，根據(jù)動(dòng)態(tài)的參考電壓模擬量以及采樣信號(hào)的數(shù)字量Dobj計(jì)算得到實(shí)際輸出的采樣信號(hào)的數(shù)字量Vobj實(shí)，減少了使用原始的參考電壓模擬量導(dǎo)致的輸出的實(shí)際采樣信號(hào)模擬量與原始的采樣信號(hào)模擬量偏差，有效地提高了單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的提高單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的電路圖；
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例二的提高單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的方法流程圖。
[0018]標(biāo)號(hào)說明:
[0019]1、采樣信號(hào)；2、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器;3、參考電壓源;4、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器;5、基準(zhǔn)電壓源;6、處理器。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳予說明。
[0021]本發(fā)明最關(guān)鍵的構(gòu)思在于:根據(jù)單片機(jī)內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源的模擬量和模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量計(jì)算出動(dòng)態(tài)的參考電壓模擬量。
[0022]請參閱圖1，
[0023]—種提高單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的電路，包括第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器2、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器4一處理器6;所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器2輸入端連接一米樣信號(hào)I和一參考電壓源3，輸出端連接所述處理器6;所述第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器4輸入端連接基準(zhǔn)電壓源5和所述參考電壓源3，輸出端連接所述處理器6;所述基準(zhǔn)電壓源5為單片機(jī)輸出的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源5;所述處理器6執(zhí)行Vref= (Din/Drefint)*Vref int 和 Vobj實(shí)=(Dobj/Din)*Vref 的計(jì)算后輸出采樣信號(hào)的模擬量Vobj實(shí)，其中Vref為參考電壓模擬量，Dobj為第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器2的輸出結(jié)果，Dref int為第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器4的輸出結(jié)果，Vrefint為基準(zhǔn)電壓源5的模擬量，Din為模數(shù)轉(zhuǎn)換的滿量程數(shù)
O
[0024]本發(fā)明提高單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的電路的有益效果在于:通過第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器2輸入端連接一采樣信號(hào)I和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器4輸入端連接單片機(jī)輸出的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源5得到采樣信號(hào)的數(shù)字量Dobj和基準(zhǔn)電壓源5的數(shù)字量Drefint，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器2和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器4的輸出端連接處理器6，將Dobj和Drefint送入處理器6，即可計(jì)算出動(dòng)態(tài)的參考電壓模擬量，并根據(jù)動(dòng)態(tài)的參考電壓模擬量計(jì)算并輸出實(shí)際的采樣信號(hào)模擬量，減少了使用原始的參考電壓模擬量導(dǎo)致的輸出的實(shí)際采樣信號(hào)模擬量與原始的采樣信號(hào)模擬量偏差，有效地提高了單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度。
[0025]進(jìn)一步的，所述參考電壓源3為單片機(jī)的供電電壓。
[0026]從上述描述可知，參考電壓與供電電壓同源，保證了被測信號(hào)對象與單片機(jī)供電電壓同源時(shí)，無須外部分壓電路，減少了干擾。
[0027]進(jìn)一步的，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器2、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器4和處理器6均為所述單片機(jī)內(nèi)部豐旲塊。
[0028]從上述描述可知，本電路實(shí)現(xiàn)時(shí)無需再引入單片機(jī)以外的元器件，節(jié)省了資源。
[0029]請參閱圖2，
[0030]—種提高單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的方法，所述單片機(jī)包括內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源，所述方法包括:
[0031]S1、獲取采樣信號(hào)的模擬量，將采樣信號(hào)的模擬量轉(zhuǎn)換為采樣信號(hào)的數(shù)字量Dobj;
[0032]S2、獲取單片機(jī)內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓源的模擬量Vref int，將基準(zhǔn)電壓源的模擬量轉(zhuǎn)換為基準(zhǔn)電壓源的數(shù)字量Dref int;
[0033]S3、根據(jù)公式 Vref= (Din/Dref int)*Vref int 和 Vob j實(shí)=(0013」/0;[11)*￥代;1^獲得實(shí)際輸出的采樣信號(hào)的數(shù)字量Vob j實(shí)；
[0034]其中，Vref為參考電壓模擬量，Din為模數(shù)轉(zhuǎn)換的滿量程數(shù)字量，采樣信號(hào)的模擬量和基準(zhǔn)電壓源的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量時(shí)使用同一個(gè)參考電壓源。
[0035]本發(fā)明提高單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的方法的有益效果在于:由于基準(zhǔn)電壓源的模擬量Vrefint對于一個(gè)單片機(jī)是已知的，根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的基準(zhǔn)電壓源的數(shù)字量Drefint及其模擬量Vref int S卩可得到每一次模數(shù)轉(zhuǎn)換動(dòng)態(tài)的參考電壓模擬量Vref，根據(jù)動(dòng)態(tài)的參考電壓模擬量以及采樣信號(hào)的數(shù)字量Dobj計(jì)算得到實(shí)際輸出的采樣信號(hào)的數(shù)字量Vobj實(shí)，減少了使用原始的參考電壓模擬量導(dǎo)致的輸出的實(shí)際采樣信號(hào)模擬量與原始的采樣信號(hào)模擬量偏差，有效地提高了單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度。
[0036]進(jìn)一步的，根據(jù)公式D=(V/Vref)*Din將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，其中Vref為參考電壓模擬量，Din為模數(shù)轉(zhuǎn)換的滿量程數(shù)字量。
[0037]進(jìn)一步的，所述參考電壓源為單片機(jī)的供電電壓。
[0038]從上述描述可知，參考電壓