自动调节参考电压提高模数转换分辨率的方法
单片机内置ADC实现高分辨率采样

单片机内置ADC实现高分辨率采样一、单片机内置ADC的工作原理1.采样:ADC会周期性地对输入信号进行采样,将模拟信号逐个样本点转换为数字信号。
2.输入保护:为了保护ADC输入端,通常会使用放大器及滤波电路对输入信号进行放大、滤波和防干扰处理。
3.模数转换:采样完成后,ADC会将模拟信号转换为对应的数字信号。
这个过程主要涉及到采样保持电路、比较器和计数器等模块。
其中,采样保持电路用于在采样期间保持输入信号的电压稳定,比较器用于将采样结果与参考电压进行比较,而计数器则用于计算比较器输出的脉冲数量,以获得数字化的采样结果。
4.数据输出:通过内部总线或外部接口,ADC将数字化的采样结果传输到单片机内部的RAM中,供后续处理和存储使用。
二、单片机内置ADC的优势相比外部ADC模块,单片机内置ADC具有以下优势:1.方便简化:内置ADC模块使得硬件设计变得简单,节约了外部ADC的布局空间和元器件成本。
2.高集成度:单片机内置ADC与其他模块集成在一起,可以在单个芯片上实现多种功能。
3.低功耗:内置ADC通常能够实现低功耗采样,以适应电池供电和移动设备的需求。
4.快速响应:内置ADC与单片机紧密集成,信号传输速度快,采样响应时间短。
三、实现高分辨率采样的方法为了实现高分辨率的采样,可以采用以下方法:1.提高ADC的位数:ADC的位数决定了其分辨率。
通常,单片机内置ADC的位数由芯片厂商决定,一般为8位、10位、12位或16位。
选用更高位数的ADC模块能够提高信号采样的分辨率。
2.降低采样频率:采样频率和分辨率成反比关系,在保证信号质量的前提下,适当降低采样频率可以提高单次采样的位数。
3.信号处理算法:通过在软件中对采样值进行处理和计算,可以提高分辨率。
例如,可以使用滑动平均、中值滤波或其他数字滤波算法,对采样值进行平滑处理。
4.外部参考电压:使用较高精度和稳定的外部参考电压源,可以提高ADC的转换精度。
5.噪声抑制:通过合理的地线和电源设计、合理阻抗匹配和滤波电路等手段,减少外界干扰和噪声对ADC的影响。
DeltaSigma模数转换器(ADC_DelSig)

DeltaSigma模数转换器(ADC_DelSig)简介DeltaSigma模数转换器,又称为ADC_DelSig(Analog-to-Digital Converter Delta-Sigma),是一种高精度的模数转换器。
它采用了DeltaSigma调制技术,通过高速采样和数字滤波来实现高分辨率和低噪声的模数转换。
工作原理DeltaSigma模数转换器的工作原理基于DeltaSigma调制技术。
其核心思想是将输入信号与一个高频的比较器相比较,并将比较器的输出结果经过滤波器处理后转换成数字信号。
具体来说,DeltaSigma模数转换器包括一个模数转换器和一个数字滤波器。
1.比较器:比较器将输入信号与参考电压进行比较,并输出一个高频PWM(脉宽调制)信号。
比较器的输出频率远高于所需的转换速率,通常在MHz级别。
2.数字滤波器:PWM信号经过数字滤波器,滤波器根据PWM信号的占空比来判断输入信号的大小。
滤波器输出的数字信号经过采样并进行数字编码,就得到了转换后的数字输出。
优点和应用DeltaSigma模数转换器具有很多优点,主要包括以下几个方面:1.高分辨率:DeltaSigma模数转换器具有非常高的分辨率,通常可以达到16位以上,甚至更高。
这使得它在需要高精度数据转换的应用中非常有用,如音频处理、医疗设备和测量仪器等。
2.低噪声:DeltaSigma模数转换器通过在输入端引入噪声抑制电路和高速数字滤波器,可以有效降低系统的噪声水平。
这使得它在对信号质量要求较高的应用中具有优势,如音频信号处理和高速数据采集等。
3.较低的成本:DeltaSigma模数转换器通常采用CMOS工艺制造,因此成本相对较低。
这使得它在大规模集成电路中应用广泛,并且具有较高的性价比。
DeltaSigma模数转换器广泛应用于各个领域,包括但不限于以下几个方面:•音频信号处理:DeltaSigma模数转换器在音频设备中被广泛应用,如音频采样、音频编码和数字音频处理等。
解密模数转换器(ADC)分辨率和采样率

解密模数转换器(ADC)分辨率和采样率分辨率和采样率是选择(模数转换器)((ADC)) 时要考虑的两个重要因素。
为了充分理解这些,必须在一定程度上理解量化和奈奎斯特准则等概念。
在选择模数转换器((AD)C) 的过程中要考虑的两个最重要的特性可能是分辨率和采样率。
在进行任何选择之前,应仔细考虑这两个因素。
它们将影响选择过程中的一切,从价格到所需模数转换器的底层架构。
为了为特定应用正确确定正确的分辨率和正确的采样率,应该对这些特性有一个合理的了解。
下面是与模数转换相关的术语的一些数学描述。
数学很重要,但它所代表的概念更重要。
如果您能忍受数学并理解所介绍的概念,您将能够缩小适合您应用的ADC 的数量,并且选择将变得容易得多。
量化(Quan(ti)sation)模数转换器将连续(信号)(电压或(电流))转换为由离散逻辑电平表示的数字序列。
术语量化是指将大量值转换为较小值集或离散值集的过程。
在数学上,ADC 可以被描述为量化具有大域的函数以产生具有较小域的函数。
上面的等式在数学上描述了模数转换过程。
在这里,我们将输入电压V in描述为一系列位b N-1 ...b 0。
在这个公式中,2 N 代表量化级别的数量。
直观的是,更多的量化级别会导致原始(模拟)信号的更精确的数字表示。
例如,如果我们可以用1024 个量化级别而不是256 个级别来表示信号,我们就提高了ADC 的精度,因为每个量化级别代表一个更小的幅度范围。
(Vr)ef 表示可以成功转换为精确数字表示的最大输入电压。
因此,重要的是V ref 大于或等于V in的最大值。
但是请记住,比V in值大得多的值将导致表示原始信号的量化级别更少。
例如,如果我们知道我们的信号永远不会增加到 2.4 V 以上,那么使用5 V 的电压参考将是低效的,因为超过一半的量化电平将被使用。
量化误差(Quantisation Error)量化误差是一个术语,用于描述原始信号与信号的离散表示之间的差异。
单片机内置ADC实现高分辨率采样

单片机内置ADC实现高分辨率采样单片机内置ADC(Analog-to-Digital Converter,模数转换器)是一种用于将连续的模拟信号转换为数字信号的电子设备。
在嵌入式系统中,单片机内置ADC能够实现高分辨率的采样,这对于许多应用是至关重要的。
高分辨率的采样意味着ADC能够准确地测量和表示模拟信号的微小变化。
这对于许多应用至关重要,特别是在需要测量精确和细微的模拟信号的情况下,如音频处理、传感器数据采集和控制系统。
在实现高分辨率采样时,以下几个因素需要考虑:1. 分辨率:ADC的分辨率是指数字输出的位数,通常以比特(bit)表示。
例如,12位ADC可以产生2^12(4096)个离散的输出值。
较高的分辨率可以提供更多的细节和准确性。
2.采样速率:ADC的采样速率是指每秒钟能够进行的采样次数。
它是连续时间模拟信号在数字域中的一个重要参数。
采样速率应根据应用的要求进行选择,以确保准确的信号捕获。
3.参考电压:ADC的参考电压确定了ADC的输入范围。
它可以是内置的参考电压或外部提供的电压。
选择适当的参考电压可以确保ADC能够测量所需的模拟信号范围。
4.抗干扰能力:ADC应具备较高的抗干扰能力,以确保在噪声和干扰的环境下实现准确的采样。
这可以通过采取滤波、抗干扰设计和信号调理等措施来实现。
5.校准:为了确保高分辨率采样的准确性,ADC通常需要进行校准。
校准可通过外部参考电压、校准电阻网络以及校准算法等方式来实现,以提高ADC的准确性和稳定性。
在使用单片机内置ADC时,还需要注意以下几点:1.选择合适的ADC:不同的单片机可能提供不同类型和规格的ADC。
根据具体应用需求,选择合适的ADC是至关重要的。
2.配置和初始化ADC:使用单片机内置ADC之前,需要根据实际需求配置和初始化ADC。
这包括设置分辨率、参考电压、采样速率等参数,以满足应用需求。
3.数据处理和分析:单片机内置ADC可以将模拟信号转换为数字信号,但在实际应用中,通常还需要对采样数据进行处理和分析。
如何提高ADC采样分辨率?

例如 精心设计电路
板和在参考电压信号线上加旁路电容
但是 ADC 总是存在量化噪声 所以一个给定位数的数据转
换器的最大 SNR 由量化噪声 不使用过采样技术时 定义 在正确的条件下 过采样和求均值会
减小噪声和改善 SNR 这将有效地提高测量分辨率的位数
图 1 所示的系统可以用 Cygnal 的片内
ADC 和一个软件子程序来实现 得到结果
在采用过采样和求均值技术的情况下
我们用同一个片内 12 位 ADC 可以测量的最小温度变化
是 0.007 摄氏度 这就允许我们以高于百分之一度的精度对温度进行测量
数据吞吐率降低
吞吐率是指每单位时间我们能得到的输出数据字的个数
如果一个 ADC 的最大采样速率是
100ksps 在不采用过采样和求均值技术的情况下我们可以得到
引言
很多应用需要使用模 / 数转换器 ADC 进行测量 这些应用所需要的分辨率取决于信号的动
态范围 必须测量的参数的最小变化和信噪比
SNR 因此 很多系统使用较高分辨率的片外 ADC
然而也可以通过使用一些技术来达到较高的分辨率和
SNR 本应用笔记介绍用过采样和求均值的方
法来提高模数转换的分辨率和 SNR 过采样和求均值技术可以在不使用昂贵的片外
应 用 笔记
AN018 用过采样和求均值提高 ADC 分辨率
相关器件
本应用笔记适用于下列器件 C8051F000 C8051F001 C8051F002 C8051F005 C8051F012 C8051F015 C8051F016 C8051F017
C8051F006
C8051F010
C8051F011
这样得到的结果是 16 位的有用数据 所做的操作被称为 累加和转储 一旦我们计算得到由 256 个
《数字电子技术》康华光 习题&解答 第十章 模数与数模转换器

《数字电子技术》康华光 习题&解答第十章 模数与数模转换器10.1 D/A 转换器,其最小分辨电压V LSB =4mV ,最大满刻度输出电压V om =10V ,求该转换器输入二进制数字量的位数。
该转换器输入二进制数字量的位数为12。
10.2 在10位二进制数D/A 转换器中,已知其最大满刻度输出模拟电压V om =5V ,求最小分辨电压V LSB 和分辨率。
121omSLB -=nV V最小分辨电压 mV51023512om SLB ≈=-=nV V分辨率001.01023112112110≈=-=-n10.3图题10.3所示电路可用作阶梯波发生器。
如果计数器是加/减计数器,它和D/A 转换器相适应,均是10位(二进制),时钟频率为1MHz ,求阶梯波的重复周期,试画出加法计数和减法计数时D/A 转换器的输出波形(使能信号S=0,加计数;S=1,减计数)。
V R EF9D D 0D /A 转换器2加/减计数器10Q Q 9S C POv图题10.3ii in i nDR R V DR R V V 22229i101f REF 1i1f REF o ∑∑=-===i i D K 29i ∑==当D/A 转换器的输入为000H 时,o =K V 。
当D/A 转换器的输入为3FFH 时,1023o=KV 。
S=0时,加法计数,D/A 转换器的输出波形见图T10.3 S=1时,减法计数,D/A 转换器的输出波形见图T10.3。
S =1时,减法计数阶梯波的重复周期T =2n T PC =1024×10-6≈1mS10.4 在A/D 转换过程中,取样保持电路的作用是什么?量化有哪两种方法,他们各自产生的量化误差是多少?应该怎样理解编码的含义,试举例说明。
在A/D 转换过程中,取样保持电路的作用是:对输入的模拟信号在一系列选定的瞬间取样,并在随后的一段时间内保持取样值,以便A/D 转换器把这些取样值转换为输出的数字量。
一种提高AD模_分辨率的方法

一种提高AD模_分辨率的方法提高AD模_分辨率是提高图像质量的一个关键因素,可以通过以下几种方法实现:1.采用更高分辨率的图像传感器:提高AD模_分辨率的基础是使用更高分辨率的图像传感器。
传感器的分辨率决定了其能够捕捉到的细节和图像质量的上限。
选择分辨率更高的传感器可以获得更精细的图像,从而提高AD模_分辨率。
2.采用更精确的模_转换器:AD模_的任务是将模拟信号转换为数字信号。
选择更精确的模_转换器可以获得更高的分辨率。
通常,更高精度的模_转换器会产生更大的数据量,也需要更高的功耗。
因此,需要权衡分辨率和功耗之间的关系。
3.采用更好的信号处理算法:信号处理算法可以在数字领域对模拟信号进行更复杂的处理和优化。
通过应用更好的信号处理算法,可以提高AD模_分辨率,并改善图像质量。
常用的信号处理算法包括滤波、降噪、增强等。
4.降低图像噪声:图像噪声是降低AD模_分辨率的一个重要因素。
图像噪声来自于多个方面,包括光照条件、传感器本身的噪声以及信号传输过程中的噪声等。
可以通过优化图像的采集条件、增加光照、增加ISO感光度、降低信号传输中的干扰等方式来降低图像噪声。
5.使用图像重构技术:图像重构技术可以通过分析图像中的细节和结构来提高AD模_分辨率。
常见的图像重构技术包括超分辨率重建、插值算法等。
这些技术可以在一定程度上提高图像的分辨率,从而间接提高AD 模_分辨率。
6.使用多帧合成技术:多帧合成技术可以通过融合多个图像来提高AD模_分辨率。
通过采集多个画面并进行图像配准、图像叠加等处理,可以获得更高分辨率的图像。
这种方法常用于天文观测和一些拍摄要求较高的领域。
总结起来,提高AD模_分辨率是一个综合性的任务,需要从硬件和算法两个方面进行优化。
通过选择更高分辨率的传感器、更精确的模_转换器,应用更好的信号处理算法,降低图像噪声,使用图像重构和多帧合成技术等方法,可以有效提高AD模_分辨率,获得更高质量的图像。
一种提高A_D转换分辨率的方法

所以 ,如果程控放大倍数选择为 128 倍 ,那么信
测量一开始 ,先根据样品测量回路输出信
号的 分 辨 率 就 由 原 来 的 214414mV 提 高 到 号的大小 ,由设置子程序对程 控预放放大倍数
214414mV/ 128 = 19μV ,相当于 A/ D 转换位数 及 D/ A 输出基准电压进行设置 。样品信号测
分放大后再进行 A/ D 转换 ,这样可有效地提高 对信号变化部分的测量灵敏度 。但是有时我们 还会遇到第四种情况 ,这就是不同被测量的变 化范围各不相同 ,而被测量在测量过程中变化 又非常小 。在这种情况下 ,如果采用第二种方 法 ,利用程控放大器对信号进行预放 ,由于程控 放大器对信号的变化部分和常值部分进行了同 样的放大 ,要想测出信号的微小变化 ,就需有高 分辨率的 A/ D 转换器 ;如果采用第三种方法 , 一个基准源也难凑效 ,往往需要多个基准源 ,这 样不仅硬件电路复杂 、成本较高 ,而且因基准源 数量受到限制 ,效果也不一定理想 。为了解决 这个问题 ,本文提出借助于 D/ A 输出模拟程控 基准源 ,采用电平移动法提高 A/ D 转换分辨率 的方法 。
用 D/ A 输出模拟程控基准源的电平移动 测量法的中心思想是 :测量时先由 A/ D 转换器 对被测量进行粗测 ,然后根据粗测结果 ,由 D/ A 模拟程控电压基准源输出一个略小于被测信 号的基准电压 ,最后将被测信号与基准电压之 差放大后再进行精确测量 。测量完毕 ,将基准
图 1 测量原理框图
Vin 为被测信号 ,测量时将被测信号高端 同的样品其电阻值相差很大 ,二是测量过程中
接程控放大器双端输入的正端 ,D/ A 输出的高 样品阻值随温度变化较小 。这就给测量带来了
端接至程控放大器双端输入的负端 ,信号地与 一定困难 ,特别是对分辨率的要求很高 。因此
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中图分类号 :T 2 2 P 1
文献标识码 :B
文章编号 10 - 2 1(0 7 2 0 0 0 0 3 7 4 2 0 )1 - 1 1 2
Ic e sn eA D s lt n b iga Ree e c otg ra igt / Re ou i yUsn f r n e V l e n h o a
A b t a t A e me h d t a u o a i a l n r a e h u l c l o tge i p o o e o i c e s h D o v r i n r s l t n s r c : n w t o h ta t m t l i c e s st e f l s a e v la s r p s d t n r a e t e AI c n e so e o u i c y o f rs a l i n l . r f r n e v l g o m l sg a s A e e c o t e VREF i s d t h n e t e f l s ae v l g ft e A/ c n e t rf rs l sg a s e a su e c a g u l c l o t e o D o v re o ma l i n l . o h a h Ke r s A/ c nv r i n r s l i n r f r n e v l g y wo d : D o e so ; e o ut ; e e e c o t e o a
1 引言
在模数转换技术中 , 模数转换分辨率是很重要的 。它取决于 转换后数字位数 、 加到模数转换器的信号的被放大倍数和满量程
U ,即 VRE =U 。通过单片机 C 0 00的 S US总线对 F 8 5 2 1 F MB
D 10 进行实时 电阻值调节 , U S 83 则 变化 , A 0 使 DC 的满刻度值 变化。令 △U为一小的 电匿值 ,且 0 A U,输入 电压为 U; ≤ , 取 U U = +A U,则 V F U RE = +A U。故 U 接近满量程值 ,其输 F 入信号的分辨率 L B V F 2 =U 2 。对 U = mv S = RE / F/ i l ,如按
通常的数模转换精度是 由模 数转换器决定的。引入数字 电
位器 D 10 对参考电压控制后也就增加了精度影响因素 ,使用 S 83
时应给以注意 。
表 1 A C数据字转换表 D
AI 一 N 伏 ) N0AO D(
VRDF ( 0 54 9 ) 4 9 /0 6
V REF/ 2
入信号 自动改变满量程 电压值 ,也会改善小信号输入的分辨率 。 因此提出一种 自动调节参考电压提高模数转换分辨率的方法。
22 . 伏 / 0 6 0 .7 V。按照现在可调参考电压的方法 , t 3 =3 4 9=85 6 则取 A U= .mv, UF U{ 01 有 = +A U=1 1mv . ,输入信号的分辨
( 黑龙江大学电子工程学院 ,黑龙江 哈尔滨 10 8 ) 50 0
摘 要:在模数转换技术中,为提高小输入信号的分辨率 ,通常采用提高其前级通道的放大倍数 的方法。这里 ,提 出一种新的能够 根据输入信号 自动改变满量程电压值 以改善小信号输入分辨率的方法 。应用对象为一种包含 A D转换器 的混合信号单片机 , / 其 A/ D转换器的满量程模拟值是 由参考 电压 V RF决定的。因此可通过数字 电位器改变 VRE E F来改变其 A/ D转换器的一 个满刻度值 ,以达到改善小信号分辨率的 目的 。这 种方法简洁有效 ,实验证明了方法的正确性 。
W ANG n ,YAN o Di g Ya
(oee f l t n ni ei , e og ag n e i ab 08 h a C lg Ee r iE g er gH f n jn i rtH ri 1 00 i ) l o co c n n l i U v sy n5 C n
率 L B U 22 . mv / 06 0 29 V。 S= /l 1 一1 4 9 一种包含 AD转换器 的? 合信号单片 0 2 1 F 昆 机,其 A D转换器的满量程 电压值是 由参考 电压 VE RF决定 的。 例如在单端输入方式下 ,转换后 l 6位寄存器 A 0的满量程值 DC OOF X F F对应外部输入 电压 VR F值 ,参见表 l E 。因此可通过改 变外部V F RE 来设定 A D转换器 的一个满刻度值 。 具体实现电路
通常参考电压V F .O , RE =33 r则输入信 号的分辨率L B V F S = RE /
电压值 。为了保证足够的信号输入范 围,满量程 电压值都选得 1 很大 , 使得小信号的分辨率不很好。 为提高小输入信号的分辨率,
通常采用改变前级放大倍数的方法【21 1 ,。然而 , ,3 如果能够根据输
ADCO H:ADC L O
0 FF XO F
O 0800 X
见图 l 用数字 电位器 D l0 的0 电位器以分压方式给 A C 。 S83 号 D O
维普资讯
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自动 化 技 术 与应 用 》2 0 0 7年第 2 6卷 第 1 2期
自动调 节参 考 电压提 高模 数转 换 分 辨 率 的方 法 ★
王 丁, 闫 瑶