提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度和降低系統(tǒng)的成本

　　在實(shí)際應(yīng)用中，由于輸入信號(hào)的輸出電阻不同，如果輸出電阻過大，會(huì)引起實(shí)際測量的電壓分壓過小，因而引起測量值較實(shí)際值偏?。换蛘哂捎谳斎胄盘?hào)為雙極性模擬信號(hào)，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(hào)轉(zhuǎn)換為可以直接測量的非負(fù)單極性信號(hào)；還有如果輸入信號(hào)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(duì)以上影響逐一進(jìn)行分析。
　　2.1 模擬輸入信號(hào)阻抗對(duì)采樣的影響
　　采樣過程是采樣電容充電，跟蹤輸入模擬信號(hào)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(hào)源阻抗，因此，其轉(zhuǎn)換時(shí)間受模擬多路開關(guān)阻抗、采樣開關(guān)阻抗與輸入信號(hào)源阻抗的影響，模擬多路開關(guān)與輸入信號(hào)源的阻抗越大則其轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。
逐次比較型A/D的輸入端等效電路如下圖所示：

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(hào)內(nèi)阻，VS為輸入模擬電壓信號(hào)，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(hào)內(nèi)阻越大，則采樣電容充電時(shí)間越長，因此，對(duì)于采樣頻率要求越高的場合，要求模擬輸入信號(hào)內(nèi)阻必須越小，在應(yīng)用時(shí)必須首先估算在規(guī)定的采樣頻率下，對(duì)模擬輸入信號(hào)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(shí)間為T）：

　　如果信號(hào)源內(nèi)阻達(dá)不到要求，則需使用一個(gè)輸出阻抗很小的緩沖器，例如可以使用電壓跟隨器，使信號(hào)源的輸出阻抗達(dá)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(hào)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(hào)并非都是非負(fù)單極性信號(hào)，經(jīng)常是雙極性信號(hào)，因此在使用嵌入式A/D轉(zhuǎn)換器的時(shí)候，需要對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行極性轉(zhuǎn)換，我們可以采用運(yùn)算放大器組成的線性網(wǎng)絡(luò)來對(duì)其極性及幅值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但須注意的是在引入線性網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，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(hào)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(shí)應(yīng)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(jī)，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(diǎn)：
　　　10位分辨率；
　　　±2LSB精確度；
　　　0.5LSB集成線性度；
　　　65～260μs轉(zhuǎn)換時(shí)間；
　　　8通道；
　　　自由運(yùn)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。