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10位A/D能否實(shí)現(xiàn)50.00顯示? |
| 作者：愛(ài)科 欄目：單片機(jī) |
怎么去運(yùn)算?對(duì)精度有沒(méi)有影響? |
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| 作者： 愛(ài)科 于 2003/10/10 17:58:00 發(fā)布：
分辨率為0.01 |
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| 作者： e_man 于 2003/10/10 18:18:00 發(fā)布：
提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能的方法 提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能的方法 馬景蘭，王淑芳 （北京石油化工學(xué)院信息工程學(xué)院 北京102617） 【摘 要】 介紹了在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，針對(duì)輸入信號(hào)量程減小導(dǎo)致分辨率降低的問(wèn)題和頻率提高導(dǎo)致轉(zhuǎn)換速率不能滿足要求的問(wèn)題，還介紹了為提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC1674芯片性能所采用的理論依據(jù)和基本實(shí)現(xiàn)方法。 關(guān)鍵詞：分辨率，量化當(dāng)量，采樣頻率 在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，人們要求獲取信息的速度越快越好，對(duì)獲取信息的精度要求也越來(lái)越高。模數(shù)轉(zhuǎn)換器在各種數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制系統(tǒng)中幾乎是必不可少的部件。它的性能指標(biāo)有若干項(xiàng)，但我們?cè)谶x擇使用的時(shí)候，主要考慮的是它的分辨率、轉(zhuǎn)換速度和價(jià)格。不同的系統(tǒng)對(duì)這些指標(biāo)的要求都不一樣。分辨率是指模數(shù)轉(zhuǎn)換器能辨識(shí)被測(cè)模擬信號(hào)的最小模擬電壓值，是轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入電壓微小變化響應(yīng)能力的度量，也即數(shù)字輸出的最低位（1LSB）所對(duì)應(yīng)的輸入電平值。它由輸入信號(hào)的量程和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)來(lái)決定。在輸入電壓滿刻度值一定時(shí)，位數(shù)越多，分辨率就越高。對(duì)于n位A／D轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，能夠辨識(shí)被測(cè)信號(hào)的最小值為VFS／2n，用選用多位A／D轉(zhuǎn)換器的辦法，無(wú)疑可以提高它的分辨率，但A／D轉(zhuǎn)換器的價(jià)格將隨著其位數(shù)的增加而成倍增加。對(duì)轉(zhuǎn)換速度而言，也同樣如此。模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)是需要一定時(shí)間的，轉(zhuǎn)換速度越快，在同樣的時(shí)間內(nèi)所采樣的點(diǎn)數(shù)就越多，頻率就越高。但高速A／D轉(zhuǎn)換器的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中速和低速A／D轉(zhuǎn)換器的價(jià)格。我們?cè)谑褂肁／D轉(zhuǎn)換器1674實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的實(shí)踐中，找到了在A／D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)和速度一定的情況下，提高被測(cè)信號(hào)分辨率和采樣頻率的方法，現(xiàn)簡(jiǎn)述如下。 1 提高A／D轉(zhuǎn)換器分辨率 對(duì)于n位A／D轉(zhuǎn)換器，其輸入滿刻度值VFS（即量程）和量化當(dāng)量q之間存在如式（1）所示的關(guān)系： q＝（1／2n）VFS（1） 式中，q為量化當(dāng)量，當(dāng)輸入電壓小于此值時(shí)，A／D轉(zhuǎn)換器的輸出不響應(yīng)；VFS為輸入信號(hào)的滿刻度值。 而對(duì)以二進(jìn)制形式輸出n位逐次比較式或并行式A／D轉(zhuǎn)換器，輸入信號(hào)Vin、輸入信號(hào)的滿刻度值VFS和輸出數(shù)字信號(hào)D之間，存在如式（2）所示的關(guān)系： D＝（2n－1）Vin／VFS，（2） 從式（2）可以看出，在n一定的條件下，提高被測(cè)輸入量分辨率的方法有兩個(gè)：一是在輸入電壓Vin較小時(shí)，將Vin放大，然后再進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，這稱為量程轉(zhuǎn)換；二是根據(jù)Vin的大小，改變A／D的輸入信號(hào)的滿刻度值VFS，即當(dāng)Vin減小時(shí)，相應(yīng)減小VFS，同樣可以達(dá)到提高分辨率的效果。下面對(duì)這兩種方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 1．1 量程轉(zhuǎn)換提高分辨率 A／D轉(zhuǎn)換器1674為一個(gè)12位的逐次比較式或并行式A／D轉(zhuǎn)換器，VFS＝10 V，那么，在輸入量的整個(gè)變化范圍0 V～10 V，其分辨率＝10 V／212＝2．4mV，也就是說(shuō)，數(shù)字01表示2．4 mV，A／D轉(zhuǎn)換器最小能分辨2．4 mV的信號(hào)；但是，輸入量為0V～5 V時(shí)，A／D轉(zhuǎn)換器最小能分辨1．2 mV的信號(hào)，若將輸入信號(hào)放大1倍，則1．2 mV信號(hào)放大成2．4 mV，A／D轉(zhuǎn)換器仍能分辨，即A／D轉(zhuǎn)換器的分辨率提高了1倍。實(shí)現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換來(lái)提高分辨率的原理如圖1所示。 圖1中，輸入信號(hào)如果在0 V～2．5 V之間，則不引入補(bǔ)償電壓；若在2．5 V～5 V之間，則引入2．5 V的補(bǔ)償電壓，相抵消后送到運(yùn)放輸入的信號(hào)仍是0 V～2．5 V，依次類推。對(duì)于不同范圍的信號(hào)進(jìn)行不同的補(bǔ)償，使之補(bǔ)償以后的值在0 V～2．5 V之間，然后放大4倍，再進(jìn)行A／D采樣。這樣，即可實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)分檔，使每檔量程均能充分利用A／D轉(zhuǎn)換器的分辨率，使A／D的位數(shù)提高2位。即，若A／D為10位，則變成了l2位。補(bǔ)償電壓的引入由軟件進(jìn)行控制，通過(guò)選擇不同的通道來(lái)選擇不同的補(bǔ)償電壓，最后的實(shí)際數(shù)字量由放大倍數(shù)及采樣值來(lái)綜合確定。例如：若測(cè)得值為F1H，則對(duì)應(yīng)4．4V，除以放大倍數(shù)，即為1．1 V，再加上補(bǔ)償電壓即得實(shí)際值。 1．2 改變VFS提高分辨率 以12位逐次比較式或并行式A／D轉(zhuǎn)換器為例。如果固定VFS＝10 V，那么，在輸入量的整個(gè)變化范圍0 V～10 V，其分辨率＝10 V／212＝2．4 mV。但當(dāng)輸入量為0 V～2．5 V時(shí)，若將VFS變?yōu)?．5 V，則分辨率＝2．5／212＝0．6 mV，使分辨率提高了4倍。該方法的原理如圖2所示。 這樣，信號(hào)如果在0 V～2．5 V之間，取VFS＝2．5V；在2．5 V～5 V之間，取VFS＝5 V；在5 V～7．5 V之間，取VFS＝7．5 V；當(dāng)信號(hào)大于7．5 V，取VFS＝10 V。這樣，分辨率＝2．5／212＝0．6mV，分辨率提高了4倍。參考電壓由軟件通過(guò)選擇通道來(lái)確定。 對(duì)量程轉(zhuǎn)換與改變VFS這兩種方法進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，量程轉(zhuǎn)換靈活性更強(qiáng)，不受A／D內(nèi)部結(jié)構(gòu)的限制；而改變VFS則可靠性高，硬件電路簡(jiǎn)單。具體使用哪種方法要視使用的A／D轉(zhuǎn)換器而定。 2 提高采樣頻率 A／D轉(zhuǎn)換器從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束，輸出穩(wěn)定的數(shù)字量，需要一定的時(shí)間，這就是A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間，其倒數(shù)就是每秒鐘能完成采樣的次數(shù)，稱轉(zhuǎn)換速率。如果轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs的集成A／D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換速率為10次／s。根據(jù)采樣定理和實(shí)際需要，1個(gè)周期的波形至少需采10個(gè)點(diǎn)，那么，這種A／D轉(zhuǎn)換器最高也只能處理1 kHz的信號(hào)，無(wú)法滿足高頻率信號(hào)的要求。為了解決這一問(wèn)題，我們?cè)陧?xiàng)目中引用了一種稱之為步進(jìn)采樣的方法，以使高頻信號(hào)能逼真地得到重現(xiàn)。 步進(jìn)采樣的原理是：對(duì)周期性的高頻信號(hào)，無(wú)法在它的1個(gè)周期內(nèi)采樣足夠點(diǎn)處的數(shù)值，但是，因?yàn)橹芷谛盘?hào)每個(gè)周期的值都一樣，可以在每個(gè)周期采樣1個(gè)值。只要適當(dāng)?shù)剡x擇采樣間隔，就可以準(zhǔn)確地反映原周期信號(hào)波形如圖3所示。 如果開(kāi)始時(shí)采樣第1點(diǎn)，經(jīng)過(guò)T＋Δt之后，采樣第2點(diǎn)，再過(guò)T＋Δt之后，采樣第3點(diǎn)……，依次類推，可以到一個(gè)周期內(nèi)的若干點(diǎn)，信號(hào)的波形也就得到了不失真重現(xiàn)。 為了實(shí)現(xiàn)步進(jìn)采樣，首先必須測(cè)出信號(hào)的周期，然后即可進(jìn)行采樣間隔T＋Δt的信號(hào)采樣。實(shí)踐證明，這個(gè)方法可以將轉(zhuǎn)換時(shí)間為10μs、只可采樣10 kHz的A／D轉(zhuǎn)換器的性能提高到可采樣500 kHz的周期信號(hào)，具有很好的應(yīng)用前景。 參考文獻(xiàn) 1 秦石喬，等編著．微機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用．長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，2000 2 陳惟斌，張軍編著．VisualBasic 6．0開(kāi)發(fā)指南．北京：清華大學(xué)出版社，2001 3 湯向恒．單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用．A／D應(yīng)用技巧，2002（3）：78 ■ |
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| 4樓： | >>參與討論 |
| 作者： 愛(ài)科 于 2003/10/10 18:54:00 發(fā)布：
e_man兄怎么沒(méi)有圖啊 "圖1中，輸入信號(hào)如果在0 V～2．5 V之間，則不引入補(bǔ)償電壓；若在2．5 V～5 V之間，則引入2．5 V的補(bǔ)償電壓，相抵消后送到運(yùn)放輸入的信號(hào)仍是0 V～2．5 V，依次類推。對(duì)于不同范圍的信號(hào)進(jìn)行不同的補(bǔ)償，使之補(bǔ)償以后的值在0 V～2．5 V之間，然后放大4倍，再進(jìn)行A／D采樣。" 怎么實(shí)現(xiàn)電壓補(bǔ)償啊 |
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