嵌入式模數轉換器的原理及應用
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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小；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阻抗、采樣開關阻抗和輸入信號源阻抗，因此，其轉換時間受模擬多路開關阻抗、采樣開關阻抗與輸入信號源阻抗的影響，模擬多路開關與輸入信號源的阻抗越大則其轉換時間越長。
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://cafeforensic.com/article/152194.htm
圖1 逐次比較型A/D的輸入端等效電路
其中，RIN為輸入模擬信號內阻，VS為輸入模擬電壓信號，RSH為模擬多路開關與采樣開關的等效電阻，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，對模擬輸入信號內阻的要求。由電路理論可以求得RIN所允許的最大值（假設采樣時間為T）：
如果信號源內阻達不到要求，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轉換器所要求的輸入阻抗的范圍之內。
2.2 模擬信號極性及幅值的變換
在數據采集系統中，采集的模擬信號并非都是非負單極性信號，經常是雙極性信號，因此在使用嵌入式A/D轉換器的時候，需要對模擬輸入信號進行極性轉換，我們可以采用運算放大器組成的線性網絡來對其極性及幅值進行轉換，但須注意的是在引入線性網絡的同時，又引入了一定量的非線性誤差，其線性網絡原理圖可用下圖表示：
圖2 線性網絡原理圖
只要改變電阻R1、R2、R3的大小以及它們的比例關系便可調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關于其A／D轉換器使用時應該注意的情況。
AT90S8535是ATMEL公司生產的一款基于AVR RISC結構的，低功耗的8位單片機，其內部集成有模數轉換器，模數轉換器具有以下特點：
10位分辨率；
±2LSB精確度；
0.5LSB集成線性度；
65～260μs轉換時間；
8通道；
自由運行模式和單次轉換模式；
ADC轉換結束中斷；
休眠模式噪聲消除。
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