【成功案例】内置24位ADC的MCU在交流三相电监测上的应用
检测系统中最重要的一环就是模数转换器（ADC），一颗独立的高精度ADC价格都不菲，普通的MCU内置的ADC一般都是12位，少数能达到14位，极少数可以做到16位，SILICON LABS 推出的C8051F350就是这个极少数中的一员。
C8051F350 MCU以其低廉的价格和优异的ADC转换能力，被用在各种信号检测上。
C8051F350的ADC特性：（特定条件下）
1）ADC分辨率：24位。
2）ADC无失码：24位。
3）积分非线性：±15ppm FS。
4）增益误差：±0.0002%。
5）增益温漂：±0.5ppm/℃。
6）输入共模抑制比：50Hz/60Hz 100dB（无屏蔽外壳这点特别重要）。
本文重点介绍C8051F350 MCU在三相交流电监测上的应用。
C8051F350需要模拟电源为2.7V～3.6V。本设计为485总线上的智能仪表，故采用直流24V供电。为了得到稳定可靠的3.3V电源，使用的DC/DC做了5V的降压转换。在5V的后端使用了3.3V的LDO给模拟电源提供稳定的直流，LDO的输入端可以加磁珠和LC低通滤波器，保证3.3V的低纹波。图1为采用C8051F350 MCU的供电电路图。
图1 C8051F350供电
为了获取更为精准的ADC采样数据一般都会给ADC提供一个高精度的基准电压源，C8051F350内部有一个稳定的1.25V基准外加一个2倍输出缓冲放大器，可以提供稳定的2.5V基准，温度漂移为15ppm/℃，能够满足基本的用户需求。要求苛刻的可以使用外部基准源比如ISL60002系列，本文就使用这样一颗基准源，电路如图2所示，基准输入端使用10uF和0.1uF电容组合减小输入纹波。
图2 外置基准电路
信号监测电路重要的一部分是信号调理。本电路使用交流互感器将交流信号转换为交流低电压，3路相电压转换信号通过模拟开关进行切换，弱交流信号通过RMS电路被转换为直流，进入到C8051F350的ADC0通道进行测量。
图3 交流互感电路
图4 模拟开关和RMS电路
C8051F350建议使用差分通道来达到最好的电路共模噪声的抑制，本文就采用差分模式设计，经实验对比单端模式达到了很好的共模噪声抑制效果。ADC输入端使用RC滤波器增加输入阻抗的同时，进一步减小高频干扰。外部参考输入使用10uF和0.1uF并联，保证基准的稳定。
图5 MCU的ADC输入电路
在输出率调制器时钟频率2.4576MHz,抽取比1900，输出字率10Hz的情况下本系统可以达到20位的分辨率，RMS噪声仅为2.3uV，能够很好的完成相间电压监测任务。通过该项目使用发现C8051F350是一款不错的混合型MCU，值得推荐。
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SILICON LABS 8-bit Microcontroller选型表
SILICON LABS 8位MCU选型，MCU Core 8051，频率20MHz~100MHz，Flash存储2kB~120kB，RAM存储0.25kB~8kB。
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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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RAM (kB)
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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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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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UART
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SPI
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I2C
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HS I2C Slave
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EMIF
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CAN
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LIN
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VREF
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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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0
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0
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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
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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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5 Volt Tolerant
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24-bit, 8-ch., 1 ksps
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VREF
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
电子商城
现货市场
服务
可定制显示屏的尺寸0.96”~15.6”，分辨率80*160~3840*2160，TN/IPS视角，支持RGB、MCU、SPI、MIPI、LVDS、HDMI接口，配套定制玻璃、背光、FPCA/PCBA。
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授权代理品牌：集成电路
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
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
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