提高单片机模数转换精度的电路和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及单片机技术领域，尤其涉及一种提高单片机模数转换精度的电路和方法。
【背景技术】
[0002]单片机系统对特定信号对象进行模数转换(Analog-Digital-Converter)，遵循以下转换公式:Dobj = (Vob j/Vref)*Din，其中Dobj为被采样信号对象模数转换后的数值，Vobj为被采样信号对象模拟量，Vref为参考电压模拟量，Din为满量程时的数值，其取决于采样器件的采样精度，如8-bit的ADC，其Din值为256，ΙΟ-bit的ADC，其Din值为1024。在采样器件的采样精度确定后，参考电压模拟量Vref对模数转换的结果有着重要影响，其稳定性决定着模数转换的结果的精度及后续可能利用该结果的相关操作。
[0003]当前在很多应用中，参考电压源的选择一般有以下途径:1、通过高精度参考电压源芯片获取稳定的高精度电压，比如microchip公司的mcpl525芯片，该方案应用简单，模数转换的结果也较为精确，但是该方案中，芯片价格较贵、输入输出至少相差150mV以上。并且在DC3.6 V电池供电系统中该特性可能会降低电池的使用寿命，如电池电压下降到参考电压源芯片要求的最小工作电压时，会影响输出的参考电压值及稳定性，但该电压阈值对于系统的其它应用是完全正常支持的，由于模数转换的需要，可能需要提前更换电池，不能充分利用电池的有效寿命。2、部分单片机自身配置了通过更改内部寄存器设置就可以利用的内部参考电压源，如德州仪器的MSP430系列单片机，该方案过程利用也相对简单，其缺点是内部参考电压源一般小于工作电压源，如果需要对跟工作电压源大小相当的信号进行模数转换，信号对象需要分压才可接入测试通道，因为分压电路的存在，分压电阻的精度及同一性也会影响测试结果的精度及同一性。
[0004]申请号为201310661556.0的专利文件，公开了一种提高模拟量采集装置模数转换精度的方法，将上述参考电压模拟量Vref作为变量，单片机外围增设相互连接的电压测量装置和上位机，通过电压测量装置测量实际的参考电压模拟量Vref，并通过上位机将实际的参考电压模拟量Vref传递至单片机中，完成对实际的采样信号模数转换的计算。
[0005]上述方案通过测量实际的参考电压模拟量Vref提高了模拟量采集装置模数转换精度，但是该方案需要在单片机外围增设电压测量装置和上位机，大大提高了成本，且通过电压测量装置测量出实际的参考电压模拟量Vref使得其模数转换的经度也受限于电压测量装置的精度。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是，提供一种提高单片机模数转换精度的电路和方法，能够解决单片机参考电压源动态变化时模数转换精度受影响的问题。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
[0008]—种提高单片机模数转换精度的电路，包括第一模数转换器、第二模数转换器和一处理器;所述第一模数转换器输入端连接一米样信号和一参考电压源，输出端连接所述处理器;所述第二模数转换器输入端连接一基准电压源和所述参考电压源，输出端连接所述处理器;所述基准电压源为单片机输出的内部基准电压源;所述处理器执行Vref = (Din/Dref int )*Vref int和Vob^= (Dobj/Din)*Vref的计算后输出采样信号的模拟量Vobj实，其中Vref为参考电压模拟量，Dobj为第一模数转换器的输出结果，Drefint为第二模数转换器的输出结果，Vrefint为基准电压源的模拟量，Din为模数转换的满量程数字量。
[0009]本发明提高单片机模数转换精度的电路的有益效果在于:通过第一模数转换器输入端连接一采样信号和第二模数转换器输入端连接单片机输出的内部基准电压源得到采样信号的数字量Dobj和基准电压源的数字量Drefint，第一模数转换器和第二模数转换器的输出端连接处理器，将Dobj和Drefint送入处理器，即可计算出动态的参考电压模拟量，并根据动态的参考电压模拟量计算并输出实际的采样信号模拟量，减少了参考电压模拟量变化导致的输出的实际采样信号模拟量与原始的采样信号模拟量偏差，有效地提高了单片机模数转换的精度。
[0010]—种提高单片机模数转换精度的方法，所述单片机包括内部基准电压源，所述方法包括:
[0011 ]获取采样信号的模拟量，将采样信号的模拟量转换为采样信号的数字量Dob j ;
[0012]获取单片机内部的基准电压源的模拟量Vrefint，将基准电压源的模拟量转换为基准电压源的数字量Dref int;
[0013]根据公式Vref= (Din/Drefint)*Vrefin1^PVobj4= (Dob j/Din)*Vref 获得实际输出的采样信号的数字量Vobj实；
[0014]其中，Vref为参考电压模拟量，Din为模数转换的满量程数字量，采样信号的模拟量和基准电压源的模拟量转换为数字量时使用同一个参考电压源。
[0015]本发明提高单片机模数转换精度的方法的有益效果在于:由于基准电压源的模拟量Vrefint对于一个单片机是已知的，根据模数转换后的基准电压源的数字量Drefint及其模拟量Vref int S卩可得到每一次模数转换动态的参考电压模拟量Vref，根据动态的参考电压模拟量以及采样信号的数字量Dobj计算得到实际输出的采样信号的数字量Vobj实，减少了使用原始的参考电压模拟量导致的输出的实际采样信号模拟量与原始的采样信号模拟量偏差，有效地提高了单片机模数转换的精度。
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例一的提高单片机模数转换精度的电路图；
[0017]图2为本发明实施例二的提高单片机模数转换精度的方法流程图。
[0018]标号说明:
[0019]1、采样信号；2、第一模数转换器;3、参考电压源;4、第二模数转换器;5、基准电压源;6、处理器。
【具体实施方式】
[0020]为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0021]本发明最关键的构思在于:根据单片机内部基准电压源的模拟量和模数转换后的数字量计算出动态的参考电压模拟量。
[0022]请参阅图1，
[0023]—种提高单片机模数转换精度的电路，包括第一模数转换器2、第二模数转换器4一处理器6;所述第一模数转换器2输入端连接一米样信号I和一参考电压源3，输出端连接所述处理器6;所述第二模数转换器4输入端连接基准电压源5和所述参考电压源3，输出端连接所述处理器6;所述基准电压源5为单片机输出的内部基准电压源5;所述处理器6执行Vref= (Din/Drefint)*Vref int 和 Vobj实=(Dobj/Din)*Vref 的计算后输出采样信号的模拟量Vobj实，其中Vref为参考电压模拟量，Dobj为第一模数转换器2的输出结果，Dref int为第二模数转换器4的输出结果，Vrefint为基准电压源5的模拟量，Din为模数转换的满量程数
O
[0024]本发明提高单片机模数转换精度的电路的有益效果在于:通过第一模数转换器2输入端连接一采样信号I和第二模数转换器4输入端连接单片机输出的内部基准电压源5得到采样信号的数字量Dobj和基准电压源5的数字量Drefint，第一模数转换器2和第二模数转换器4的输出端连接处理器6，将Dobj和Drefint送入处理器6，即可计算出动态的参考电压模拟量，并根据动态的参考电压模拟量计算并输出实际的采样信号模拟量，减少了使用原始的参考电压模拟量导致的输出的实际采样信号模拟量与原始的采样信号模拟量偏差，有效地提高了单片机模数转换的精度。
[0025]进一步的，所述参考电压源3为单片机的供电电压。
[0026]从上述描述可知，参考电压与供电电压同源，保证了被测信号对象与单片机供电电压同源时，无须外部分压电路，减少了干扰。
[0027]进一步的，所述第一模数转换器2、第二模数转换器4和处理器6均为所述单片机内部丰旲块。
[0028]从上述描述可知，本电路实现时无需再引入单片机以外的元器件，节省了资源。
[0029]请参阅图2，
[0030]—种提高单片机模数转换精度的方法，所述单片机包括内部基准电压源，所述方法包括:
[0031]S1、获取采样信号的模拟量，将采样信号的模拟量转换为采样信号的数字量Dobj;
[0032]S2、获取单片机内部的基准电压源的模拟量Vref int，将基准电压源的模拟量转换为基准电压源的数字量Dref int;
[0033]S3、根据公式 Vref= (Din/Dref int)*Vref int 和 Vob j实=(0013」/0;[11)*￥代;1^获得实际输出的采样信号的数字量Vob j实；
[0034]其中，Vref为参考电压模拟量，Din为模数转换的满量程数字量，采样信号的模拟量和基准电压源的模拟量转换为数字量时使用同一个参考电压源。
[0035]本发明提高单片机模数转换精度的方法的有益效果在于:由于基准电压源的模拟量Vrefint对于一个单片机是已知的，根据模数转换后的基准电压源的数字量Drefint及其模拟量Vref int S卩可得到每一次模数转换动态的参考电压模拟量Vref，根据动态的参考电压模拟量以及采样信号的数字量Dobj计算得到实际输出的采样信号的数字量Vobj实，减少了使用原始的参考电压模拟量导致的输出的实际采样信号模拟量与原始的采样信号模拟量偏差，有效地提高了单片机模数转换的精度。
[0036]进一步的，根据公式D=(V/Vref)*Din将模拟量转换为数字量，其中Vref为参考电压模拟量，Din为模数转换的满量程数字量。
[0037]进一步的，所述参考电压源为单片机的供电电压。
[0038]从上述描述可知，参考电压