专利名称：一种提高微控制器内嵌a/d转换器相对精度的电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及数据采集领域，更准确地说，本实用新型涉及这样一种电路，即能够提高微控制器内嵌A/D转换器相对精度的电路。
背景技术：
在一些工业设备中，经常需要使用微控制器采集各种模拟量信号，然后进行相应的处理。通常微控制器中嵌有并行的A/D转换器，不需要另接A/D转换器就可满足模拟量采集需要。对于某种选定的微控制器，其内部A/D转换器的位数是确定的，与需要采集信号的连接电路较简单。通常，A/D转换器的位数决定了采集信号的精度，然而，在实际中，我们经常遇到这种情况。系统微控制器选用了 32位的微控制器，采集信号为有一定变化范围的连续值，其内嵌的10位A/D转换器无法满足系统的相对精度要求，而11位的A/D转换器才能满足系统的相对精度要求，目前的解决办法是外扩高精度的A/D转换器，这样做的结果 是硬件电路设计复杂，数据读写软件复杂，成本提高。因此，需要针对这一情况，在仍然使用微控制器内部的A/D转换器情况下，通过软硬件结合的方法，满足系统的相对精度要求。本文所指的相对精度，与相对误差有关。举例来说，对于用一个精度为Imm的直尺测量IOOOmm的距离，我们可以认可其测量结果，主要是相对误差小，或者说相对精度高；而用该直尺测量1_的距离，我们就不认可其测量结果，主要是相对误差太大，或者说相对精度太低。对于A/D转换来说，位数越高，相对精度越高。假定3位A/DC，如果基准电压为7V。那么其分辨率为7/ (23_1) =IV,也就是其量化误差。假定测量值为6V，实际可能为5. 5飞.5V，如果实际值为5. 5V,相对误差为0. 5/5. 5，如果实际值为6. 5，相对误差为0. 5/6. 5，最大的相对误差出现在实际测量值5. 5V处；假定测量值为IV，实际可能为0.5 I. 5V，如果实际值为0. 5V，相对误差为0. 5/0. 5，如果实际值为I. 5，相对误差为0. 5/1. 5，最大的相对误差出现在实际测量值0. 5V处；并且0. 5V处的相对误差达到I，对系统影响太大；而0. 5V处的相对误差为0. 5/5. 5，对系统影响较小。可见，模拟量值越小，相对误差越大，也就是相对精度越低，或者说相对精度越小。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种提高微控制器内嵌A/D转换器相对精度的电路，用以解决现有技术特定位数AD测量，相对精度根据测量值精度差异大的问题。为实现上述目的，本实用新型的方案是一种提高微控制器内嵌A/D转换器相对精度的电路，包括同相输入端用于接待测信号的集成运算放大器，该运算放大器反相输入端通过第一电阻接地，输出端连接到微处理器的A/D采样端口，所述微处理器控制连接一个模拟开关，该模拟开关与运算放大器输出端与反相输入端之间的第二电阻并联。待采集的模拟量信号经过本实用新型电路的运放(运算放大器)有两种工作模式第一种是射极跟随器模式，此时运放输出的模拟量等于运放同相端的输入量，运放只是起到了提高输入阻抗，降低输出阻抗的作用；另一种是同相比例放大模式，此时运放输出的模拟量与运放同相端的输入量成比例关系，比例与第一电阻、第二电阻的比值有关。设定一个采样电压阀值，该阀值在电压测量范围中。在该值以下，控制模拟开关断开，电路进入放大模式，使模拟量放大，放大系数与上述第一电阻、第二电阻的比值有关；该值以上，控制模拟开关闭合，电路进入射极跟随器模式，模拟量不变。通过这种处理，在使用微控制器内嵌的A/D转换器时，不增加A/D位数，仅通过增加丰旲拟开关及相应电路，就提闻了 A/D转换的相对精度，使用非常方便。
图I是本实用新型的电路结构图；图2是中断流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。如图I所示，一种提高微控制器内嵌A/D转换器相对精度的电路，首先系统采用了一片内嵌并行A/D转换器的微控制器；微控制器外部连接一片运放U，运放形成同相比例放大电路，运放U同相输入端接待测信号，运放U反相输入端通过电阻R2接地，输出端通过阻容滤波电路连接到微处理器的A/D采样端口，微处理器控制连接一个模拟开关，该模拟开关与运放U输出端与反相输入端之间的电阻R3并联，R2、R3电阻相同。当模拟开关断开时，电路为同相比例放大电路，放大倍数为2 ;当模拟开关闭合时，电路为射极跟随电路，放大倍数为I。我们选用的微控制器为内嵌的A/D转换器为10位，基准电压为3. 3V。其量化单位q为3. 22mV(3. 3V/1023 ^ 3. 226mV)，量化误差为q/2=l. 613mV。假定待输入的模拟量按正弦规律变化，经过处理后，变化范围为0. 55 2. 75V。那么针对不同的输入模拟量值，A/D转换的相对误差不同，对于最小值0. 59V，其相对误差约为1.613X10-3/0. 55 ^ 0. 293%,对于最大值2. 75V，其相对误差约为1.613X10-3/2. 75 ^ 0. 059%，可知，相对误差有较大差别，也就是相对精度差别较大。如果系统要求采集的每一点相对误差都小于0. 2%，也就是相对精度都大于0. 2%，那么内嵌的A/D转换器无法满足要求。为提高相对精度，微控制器执行程序流程如下在主程序中，完成以下步骤通过基准信号作为输入，校准A/D采集系统的零位误差；设定一个阀值为采样最大值的一半；微控制器发出指令，使模拟开关导通，使运放工作在射极跟随器模式(程序中，设定一个模拟开关标志并使其置I)。等待中断完成，执行数据处理程序；返回上一步。在定时中断程序中，完成以下步骤采集模拟量，进行A/D转换，微控制器计算模拟量值，并存储于特定存储区中；[0026]如果计算的模拟量值等于或低于A/D转换器采集最大值的一半，微控制器立即关闭模拟开关，使运放工作在同相比例放大电路模式，退出定时中断程序；如果计算的模拟量值高于A/D转换器采集最大值的一半，微控制器立即开启模拟开关，使运放工作在射极跟随器模式，退出定时中断程序。图2给出了采集模拟量值的中断程序流程。现在详述如下在步骤201中，进入定时中断程序，保护现场；在步骤202中，微控制器通过内嵌的A/D转换器采集模拟量；在步骤203中，微控制器校准A/D转换值，计算得到采集的模拟量值；在步骤204中，将计算的模拟量值存储于设定的存储空间中；在步骤205中，测试模拟开关标志是否等于I ;如果=1，执行步骤206，否则执行步骤 208 ；在步骤206中，测试A/D转换结果是否< I. 65V，如果< I. 65V,执行步骤207，否则执行步骤210 ；在步骤207中，微控制器发出关闭模拟开关指令，并令模拟开关标志=0 ；在步骤208中，测试A/D转换结果是否>1. 65V，如果>1. 65V,执行步骤209，否则执行步骤210 ；在步骤209中，微控制器发出开启模拟开关指令，并令模拟开关标志=1 ；在步骤210中，恢复现场，推出定时中断程序。通过以上的步骤，使相对基准电源0. 55 I. 65V的模拟量输入值放大了两倍，使I. 65 2. 75V的模拟量输入值保持不变，从而使0. 55 I. 65V的模拟量输入值的相对精度等于I. 65 2. 75V的模拟量输入值的相对精度。可见最小值0. 55V的相对精度约为1.613X10-3/(0. 55X2) 0.147%。而如果A/D转换器为11位，其量化单位q为I. 61mV(3. 3V/2047 ^ I. 612mV),量化误差为q/2=0. 806mV,采样最小值0. 55V的相对精度约为
0.81X10-3/0. 55 ^ 0. 147%。通过以上可知，对于大于A/D模拟量采集最大值一半的输入值，原来相对精度较高，不进行处理；对于小于或等于A/D模拟量采集最大值一半的输入值，原来相对精度较低，经过处理，其相对精度达到了 11位A/D转换器的精度；从而提高了系统的整体采集精度。本实施例中，给出的阀值是最大值的一半，运放放大倍数是2 (放大模式)，这两个值是可以根据相对精度要求进行设定的，阀值在微控制器中设定，运放放大倍数可以通过调整电阻Rl、R2控制。具体变化情况与实施例类同，不再赘述。
权利要求1.一种提高微控制器内嵌A/D转换器相对精度的电路，包括同相输入端用于接待测信号的集成运算放大器，该运算放大器反相输入端通过第一电阻接地，输出端连接到微处理器的A/D采样端口，其特征在于，所述微处理器控制连接一个模拟开关，该模拟开关与运算放大器输出端与反相输入端之间的第二电阻并联。
2.根据权利要求I所述的一种提高微控制器内嵌A/D转换器相对精度的电路，其特征在于，所述运算放大器输出端通过阻容滤波电路连接到所述微处理器的A/D采样端口。
专利摘要本实用新型涉及一种提高微控制器内嵌A/D转换器相对精度的电路，包括同相输入端用于接待测信号的集成运算放大器，该运算放大器反相输入端通过第一电阻接地，输出端连接到微处理器的A/D采样端口，所述微处理器控制连接一个模拟开关，该模拟开关与运算放大器输出端与反相输入端之间的第二电阻并联。利用该电路，在使用微控制器内嵌的A/D转换器时，不增加A/D位数,仅通过增加模拟开关及相应电路，就提高了A/D转换的相对精度，使用非常方便。
文档编号H03M1/12GK202513910SQ20122001288
公开日2012年10月31日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者张松灿, 张海涛, 梁云朋, 秦黎明 申请人:河南科技大学