【技术大神】C8051F350 MCU在小电流采集方面的应用
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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产品型号
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品类
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系列
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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Package Type
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Package Size (mm)
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Internal Osc.
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Dig I/O Pins
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ADC 1
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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PCA Channels
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DAC
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Comparators
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I2C
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HS I2C Slave
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LIN
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Debug Interface
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C8051F392-A-GM
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8位MCU
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C8051F39x Small Form Factor
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50
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16
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1
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1.8
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3.6
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QFN20
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4x4
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±2
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17
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10-bit, 16-ch., 500 ksps
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Temp Sensor
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6
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3
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10-bit, 2-ch.
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1
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1
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1
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2
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0
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VREF
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C2
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
传感器芯片及解决方案供应商 压力传感器、流量传感器、湿度传感器等 Consensic Inc.
Consensic Inc.是一家专注于MEMS传感器研发和生产的公司，提供压力传感器、流量传感器、湿度传感器等解决方案。公司成立于2009年，总部位于美国加利福尼亚州伯林盖姆，并在无锡和上海设有分支机构。Consensic提供多种传感器产品，如CPS系列压力传感器和CAFS系列流量传感器，广泛应用于智能手机、智能家居、无人机、穿戴设备等领域。公司注重品质保障，拥有ISO16949:2009认证，并与多家知名企业合作。
CONSENSIC - PRESSURE SENSOR,气压传感器,FLOW SENSOR,流量传感器,压力传感器,CAFS 5025A,CAFS1000A,CAFS1000B,CAFS1000C,CPG 系列,CPS 121,CPS 122,CAFS 1000,CPS 135B,CAFS 3000,CAFS 1000 系列,CAFS 4000,CAFS 5012,CPS 171,CAFS 5000,CPS 129,CAFS5008B,CAFS 6002,CPG,CAFS 5000 系列,CPS 137,CPS 123,CAFS5008A,CAFS 5019,小音箱,氧仓,汽车,化工,净水机,汽车进气歧管,便携和固定式气压计,工业仪表,转向助力,家用电子,监护仪,光谱仪,潜水设备,无人机,石油,胎压计,防毒面罩呼吸器,电子血压计,机电设备,色谱仪,各类机车,医疗,肺功能仪,灭火器,呼吸机,燃气,食品加工,高度计,检漏,质量流量控制器,通讯系统,麻醉分娩,咖啡机,手环,空气盒子,冶炼,环境检测,仪器仪表,热水器,真空泵,智能家居,半导体设备,智能手机,内燃机,工业,空压机,油气回收,电饭锅,发动机,信号塔,持续气道正压通气（CPAP）设备,制氧机,穿戴设备,燃气表,氢能源,手表,气垫床,喷雾器,定位,高铁,环境气候控制,大气监测设备
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SILICON LABS - 微处理器,DEVELOPMENT KIT,微控制器,开发套件,8K ISP 闪存MCU,8 K ISP FLASH MCU,C8051F351-GMR,C8051F350,C8051F350-GQR,C8051F350DK,C8051F352-GQR,C8051F350-GQ,C8051F352,C8051F351,C8051F352-GQ,C8051F353,C8051F353-GM,C8051F35X,C8051F351-GM,工业电子,消费电子,汽车电子,通信设备
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SILICON LABS C8051F35x Analog-Intensive MCUs选型表
SILICON LABS 8位MCU选型，基于50MHz Frequency,8kB Flash,0.75kB RAM等参数进行选型
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产品型号
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品类
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MCU Core
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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RAM (kB)
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Dig I/O Pins
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5 Volt Tolerant
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ADC 1
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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PCA Channels
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DAC
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Comparators
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UART
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SPI
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I2C
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HS I2C Slave
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I2S
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EMIF
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CAN
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LIN
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Vdd min（V）
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Vdd max（V）
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Package Type
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Package Size (mm)
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Internal Osc.
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VREF
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Debug Interface
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C8051F350
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MCU
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8051
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50
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8
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0.75
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17
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5 Volt Tolerant
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24-bit, 8-ch., 1 ksps
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Temp Sensor
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4
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8-bit, 2-ch.
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1
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1
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1
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1
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0
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0
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0
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0
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0
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2.7
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3.6
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QFP32
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9x9
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±2
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VREF
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C2
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
能用数字温湿度传感器Si7020直接替换SenSirion的SHT21吗？
数字温湿度传感器Si7020和SenSirion的SHT21的引脚功能和封装大小是完全相同的，不过两者的最大精度略有差异，Si7020的精度为±4%RH(max)和±0.4°C(max)；而SHT21的精度是±3%RH(max)和±0.4°C(max)；而Si7021和SHT21的精度是相同的；封装和引脚功能也完全一样，可以直接替换。
电子商城
品牌：SILICON LABS
品类：Digital temperature/ humidity sensor
价格：￥39.3896
现货： 11,250
现货市场
服务
提供7~27寸工控机定制，支持嵌⼊式/ 壁挂式 /桌⾯式/悬挂式等安装方式，采用纯平⾯板IP65防尘防⽔等级，莫⽒7级硬度触摸屏，兼容多种操作系统：组态软件/安卓/XP/win7/8/10/Linux等，支持主板、接⼝、外观、⽀架、刷卡器、⾝份证阅读器、LOGO、⻨克⻛、系统、电池、蓝⽛、4G/5G、摄像头、GPS系统、⼆维码扫描器、指纹等特殊应⽤场景定制
最小起订量： 1台 提交需求>
可定制连接器单PIN电流最大不超过10A；环境温度：-45度~+125度；寿命/拔插次数：不超过5000次。
最小起订量： 5000 提交需求>
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授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
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