利用片上ADC/DAC实现可调精度模拟转换方法

本文介绍了一种利用微控制器（MCU）内部10位ADC和DAC，结合模拟电路组件，如运算放大器、电容和电阻，来构建一个精度可调的模拟数字转换器（ADC）的方法。这种方法可以解决在成本有限和系统需求高的情况下，MCU内置ADC精度不足的问题。通过特定的硬件设计和软件校正，实现了10到20位精度的调整，提高了测量精度高达1024倍，适用于广泛的测量应用。 在数据采集系统中，尤其是在需要高精度测量的情况下，MCU自带的ADC可能不足够精确。针对这个问题，设计了一个外部硬件电路，该电路包括了ADC和DAC的组合，以及运放、电容和电阻等组件。例如，在一个要求检测0到58V电压范围的系统中，选择了NXP公司的LPC2368作为主控芯片，它具有10位ADC和DAC，但其ADC的输入范围仅限于0到3V，不适应大范围的输入电压。因此，通过增加外部电路，可以扩展ADC的输入范围并提升其精度。 设计的核心在于一个减法运算电路，输入电压经过电阻分压后，进入运放的同相端。同时，通过MCU的DAC输出经过同相比例运算电路放大，生成一个接近输入电压的信号，送入运放的反相端。减法运算电路计算两者的电压差，然后通过箝位电路来适应ADC的输入范围。ADC读取这个差值，通过软件校正来减小由硬件引入的误差，从而获得更高精度的测量结果。 该方法的优势在于可以灵活调整ADC的精度，适应不同的测量需求，而不需要额外采购高精度ADC，降低了系统的成本。通过这种方法，可以有效地将10位ADC转换为具有更高分辨率的模拟量采集设备，适用于多种需要高精度测量的场合，比如工业控制、环境监测和实验室数据采集等。 在实际应用中，设计者需要根据具体的输入电压范围、MCU的ADC和DAC特性，以及对精度的需求，精确计算和配置电路中的电阻和电容值，以及运放的工作条件，以确保系统性能的优化。同时，软件部分的校正算法也需要精心设计，以消除非线性误差和量化噪声，达到预期的精度提升效果。