【技术大神】C8051F350 MCU在小电流采集方面的应用

时间： 2016-09-26 来源：世强作者：Jerry

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模数转换器（ADC）在各类电路中应用的频率非常高，或许由于价格低廉等方面的原因让工程师习惯于用它来采集相关的数据。但是对模拟量的处理又是很多工程师比较为难的地方，因为数据采集出来的结果并不能满足大家的期望，就只能更改成更高性能的ADC，花费大量的时间重新设计、开发。

从技术角度来说，影响ADC的精度的关键参数有：电压基准的精度、积分非线性、失调和增益误差、温度效应、交流特性等。对于工业场合来说，广泛应用的压力传感器、温度传感器、湿度传感器、流量传感器等都是模拟量信号，且这些模拟量信号规格集中在0~5V、0~10V、0~20mA、4~20 mA几种。本文笔者就针对应用C8051F350来采集0~20mA模拟量电流为例谈谈ADC采集的问题。

SILICON LABS 的C8051F350 MCU内部具有一个全差分的无失码，0.0015%的非特性的24位ADC。对于C8051F350来说，内部的供电是2.7~3.6V，一般采用稳压芯片来实现，例如采用AS1117-3.3V。如下图1所示输入电压是+5v，输出电压+3.3v对单片机供电，同时为了获得更好的输入电压特性，可以经过LC滤波，DDC与ADC通过磁珠或电感连接。

图1：C8051F350芯片供电

对于电压基准来说，在大多数的情况下由于系统内置的基准没有严格的规格，C8051F350本身的基准电压很稳定，但一般的客户不太倾向于内置的基准电压作为系统的基准电压，而采用外部的稳压芯片进行稳压，也可以很好的控制系统的基准电压。为了获得准确的2.5V基准电压在设计ADC的电路中一般会需要增加外边电压基准。本设计中采用高精度的参考电压发生器LT1019来实现，如下图2所示。

图2：C8051F350外边参考电压

对于检测电路来说，检测电路如下3图所示，通过采样电阻Rt，将电流值转换成电压值。当检测0~20mA电流的时候，通过采样电阻Rt后，输出电压压降范围是0~9.4V，第一级运算放大器U1的放大倍数是1倍，其作用就是将电流值转换成电压值输出，然后通过电压跟随器U2。

电压跟随器具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点，同时起隔离的作用。同相放大器具有高输入阻抗的同时，也有易受干扰（由于阻抗高易感应杂散电磁场）和精度低（对运算放大器来说输入端的共模信号等于输入信号）的不足，因而同相放大器常常用于前置放大器，偶尔用于电路中作为阻抗变换或隔离级。反相放大器的优点是性能稳定，缺点是输入阻抗比较低，但一般能够满足大多数场合的要求，因而在电路中应用较多。这里选用第二级运算放大器作为反相放大器使用。这样经过电压跟随器后，输出电压仍是0~9.4v，然后通过第三级运放，电压放大倍数是-1/2倍，输出电压变为-（0~4.7v），然后再经过反相器。输出电压变为0~4.7v，送到单片机的模拟量接口引脚AIN0.0。为了分开数字地与模拟地，最好用磁珠或电感连接，如图所示。

图3：0~20mA检测电路

采样速率、字输出速率和抽取比决定了ADC的有效分辨率和精度。如上图3所示的电路图，系统采用芯片内部晶振（24.5MHz，±2%精度）、软件配置1920的抽取比。同时为了获得更好的采样精度，采用SINC3作为转换结束的中断来减少误差的，在10Hz字输出率下获得稳定的20位ADC值，采用多少取值平均后可得到21位稳定值，应该说C8051F350是性价比极高的一个芯片。

作者：Jerry

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周经理 Lv3. 高级工程师 2018-01-02

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