嵌入式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理及應用
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在實際應用中，由于輸入信號的輸出電阻不同，如果輸出電阻過大，會引起實際測量的電壓分壓過小，因而引起測量值較實際值偏??；或者由于輸入信號為雙極性模擬信號，不能直接與嵌入式微控制器相連，必須采取特殊措施，使雙極性模擬信號轉(zhuǎn)換為可以直接測量的非負單極性信號；還有如果輸入信號幅值過大，以至于超過參考電壓，也必須引入將壓環(huán)節(jié)，使輸入電壓低于參考電壓，等等，下面對以上影響逐一進行分析。
2.1 模擬輸入信號阻抗對采樣的影響
采樣過程是采樣電容充電，跟蹤輸入模擬信號電壓的過程，由于采樣電路存在模擬多路開關(guān)阻抗、采樣開關(guān)阻抗和輸入信號源阻抗，因此，其轉(zhuǎn)換時間受模擬多路開關(guān)阻抗、采樣開關(guān)阻抗與輸入信號源阻抗的影響，模擬多路開關(guān)與輸入信號源的阻抗越大則其轉(zhuǎn)換時間越長。
逐次比較型A/D的輸入端等效電路如下圖所示：
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/152194.htm
圖1 逐次比較型A/D的輸入端等效電路
其中，RIN為輸入模擬信號內(nèi)阻，VS為輸入模擬電壓信號，RSH為模擬多路開關(guān)與采樣開關(guān)的等效電阻，VSH為采樣電容的充電電壓，由等效電路可以看出，輸入模擬信號內(nèi)阻越大，則采樣電容充電時間越長，因此，對于采樣頻率要求越高的場合，要求模擬輸入信號內(nèi)阻必須越小，在應用時必須首先估算在規(guī)定的采樣頻率下，對模擬輸入信號內(nèi)阻的要求。由電路理論可以求得RIN所允許的最大值（假設(shè)采樣時間為T）：
如果信號源內(nèi)阻達不到要求，則需使用一個輸出阻抗很小的緩沖器，例如可以使用電壓跟隨器，使信號源的輸出阻抗達到A/D轉(zhuǎn)換器所要求的輸入阻抗的范圍之內(nèi)。
2.2 模擬信號極性及幅值的變換
在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，采集的模擬信號并非都是非負單極性信號，經(jīng)常是雙極性信號，因此在使用嵌入式A/D轉(zhuǎn)換器的時候，需要對模擬輸入信號進行極性轉(zhuǎn)換，我們可以采用運算放大器組成的線性網(wǎng)絡(luò)來對其極性及幅值進行轉(zhuǎn)換，但須注意的是在引入線性網(wǎng)絡(luò)的同時，又引入了一定量的非線性誤差，其線性網(wǎng)絡(luò)原理圖可用下圖表示：
圖2 線性網(wǎng)絡(luò)原理圖
只要改變電阻R1、R2、R3的大小以及它們的比例關(guān)系便可調(diào)整模擬輸入信號的大小使其符合測量要求。
下面介紹一種常用的芯片AT90S8535關(guān)于其A／D轉(zhuǎn)換器使用時應該注意的情況。
AT90S8535是ATMEL公司生產(chǎn)的一款基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的，低功耗的8位單片機，其內(nèi)部集成有模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有以下特點：
10位分辨率；
±2LSB精確度；
0.5LSB集成線性度；
65～260μs轉(zhuǎn)換時間；
8通道；
自由運行模式和單次轉(zhuǎn)換模式；
ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷；
休眠模式噪聲消除。
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