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ADC数据采集显示实验
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3秒自动关闭窗口基于ADC0809的16通道数据采集系统
16 Channels Data Acquisition System Based on ADC0809
介绍基于2片ADC单片机组成的一套16通道的数据采集系统.系统采用ADC0809与单片机之间电路相连接的方法,与现有方法相比,该方法具有电路简单、制作成本低、程序编写简易、信号稳定等优点,可以实现16通道及更多通道的实时数据采集.实验结果表明,该系统采集精度较高,采集频率范围广,采集速度较快.
ZHANG Ya-qun
WANG Kun-lin
中国科学院广州能源研究所,广州510640;中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室,广州510640
& ISTICPKU
年，卷(期)
机标分类号
国家科技支撑计划基金，国际科技合作基金，中国科学院广州能源研究所重点实验室开放基金
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ADC数据采集系统采集到的数据出现奇异点，大概是什么原因？
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<td class="t_f" id="postmessage_个通道由模拟开关切换给一片ADC芯片，然后把转换得到的数字信号串口发送到电脑。 如图所示，我把通道1 接GND 进行采集，这个图也是通道1采集到数据的结果，可是出现了好多奇异点，请问是什么原因。谢谢！
8b8fa_322.jpg (0 Bytes, 下载次数: 0)
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数据没转换好吧。。。。
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回复【2楼】FantaSy_:
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额，能否说得详细一点...谢谢
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你图片上纵坐标是？
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16位ADC的10进制数，5V的参考电压，满值是65536...
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回复【4楼】FantaSy_:
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横坐标是点数，一共采了大概14w次吧，除了这些奇异点，其他的数据几乎都是0
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【经验分享】提高数字处理器ADC精度的方法
　　模块是一个12位、具有流水线结构的模数转换器，用于控制回路中的数据采集。本文提出一种用于提高TMS320F2812精度的方法，使得精度得到有效提高。本文引用地址：　　1&ADC模块误差的定义及影响分析　　1.1&误差定义　　常用的A/D转换器主要存在：失调误差、增益误差和线性误差。这里主要讨论失调误差和增益误差。理想情况下，ADC模块转换方程为y=x×mi，式中x=输入计数值&=输入电压×4095/3;y=输出计数值。在实际中，A/D转换模块的各种误差是不可避免的，这里定义具有增益误差和失调误差的ADC模块的转换方程为y=x×ma±b，式中ma为实际增益，b为失调误差。通过对F2812的ADC信号采集进行多次测量后，发现ADC增益误差一般在5%以内，即0.95。　　&&
&　　图1理想ADC转换与实际ADC转换　　1.2&影响分析　　在计算机测控系统中，对象数据的采集一般包含两种基本物理量：模拟量和数字量。对于数字量计算机可以直接读取，而对于模拟量只有通过转换成数字量才能被计算机所接受，因此要实现对模拟量准确的采集及处理，模数转换的精度和准确率必须满足一定的要求。由于F2812的ADC具有一定增益误差的偏移误差，所以很容易造成系统的误操作。下面分析两种误差对线性电压输入及A/D转换结果的影响。　　F2812用户手册提供的ADC模块输入模拟电压为0～3&V，而实际使用中由于存在增益误差和偏移误差，其线性输入被减小。　　下面以y=x×1.05+80为例介绍各项值的计算。当输入为0时，输出为80，由于ADC的最大输出值为4095，则由式y=x×1.05+80求得输入最大电压值为2.8013。因此，交流输入电压范围为1.7，此时有效位数N=ln4015/ln2=11.971，mV/计数位=2.?6977，其余项计算同上。表1中的最后一行显示了ADC操作的安全参数，其有效位数减少为11.865位，mV/计数位从0.7326增加为0.7345，这将会使转换结果减少0.2%。　　在实际应用中，所采集的信号经常为双极型信号，因此信号在送至ADC之前需要添加转换电路，将双极型信号转化为单极型信号。典型的转换电路如图2所示。对于ADC模块，考虑到增益误差和失调误差对输入范围的影响，转换电路需要调整为如图3所示的电路。在图3中，输入增益误差的参考范围已经改变。　　&&
&　　图2理想情况下的电压转换电路　　&&
&　　图3校正后的电压转换电路　　对于双极性输入，其0&V输入的增益误差对应单极性输入的1.4315V的增益误差，因此，原有ADC的增益误差和失调误差被增大了。例如，如果ADC的增益误差为5%，失调误差为2%，则其双极性的增益误差计算如下：双极性输入x′=&0.0000&V，单极性的ADC输入电压x&=&1.4315&V，其理想的转换值为ye=1./3=1954，而由ya=+80计算得实际转换值，则双极性增益误差为ya-ye=8(9.1%误差)。通过计算可以看出，ADC的误差大大增加，因此要使用ADC进行数据采集，就必须对ADC进行校正，提高其转换精度。　　2&ADC校正　　2.1校正方法　　通过以上分析可以看出，F2812的ADC转换精度较差的主要原因是存在增益误差和失调误差，因此要提高转换精度就必须对两种误差进行补偿。对于ADC模块采取了如下方法对其进行校正。　　选用ADC的任意两个通道作为参考输入通道，并分别提供给它们已知的直流参考电压作为输入(两个电压不能相同)，通过读取相应的结果寄存器获取转换值，利用两组输入输出值求得ADC模块的校正增益和校正失调，然后利用这两个值对其他通道的转换数据进行补偿，从而提高了ADC模块转换的准确度。图1示出了如何利用方程获取ADC的校正增益和校正失调。具体计算过程如下：　　①&获取已知输入参考电压信号的转换值yL和yh。　　②&利用方程y=x×ma+b及已知的参考值(xL，yL)和(xH，yH)计算实际增益及失调误差：　　实际增益ma=(yH-yL)/(xH-xL);　　失调误差&b=“yL”&-xL×ma。　　③&定义输入x=y×CalGain-CalOffset，则由方程y=x×ma+b得校正增益CalGain=1/ma=(xH-xL)/(yH&-yL)，校正失调CalOffset=b/ma=yL/ma-xL。　　④&将所求的校正增益及校正失调应用于其他测量通道，对ADC转换结果进行校正。　　上述即为实现ADC校正的全过程，通过使用这种方法，ADC的转换精度有很大提高。由于这种方法是通过某个通道的误差去修正其他通道的误差，因此要采用这种方法，必须保证通道间具有较小的通道误差。对F2812ADC转换模块，由于其通道间的增益及失调误差均在0.2%以内，所以可以采用这种方法对其进行校正
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在MCU系统中如何利用ADC技术进行数据采集
来源：本站整理
作者：秩名日 15:24
[导读] 嵌入式系统设计人员和MCU厂商关心数据采集系统的三个基本功能：捕获、计算和通信。理解全部功能对设计大有帮助，本文将主要关注数据采集系统的捕获阶段。
使用MCU的系统设计人员受益于摩尔定律，即通过更小封装、更低成本获得更多的丰富特性功能。嵌入式系统设计人员和MCU厂商关心数据采集系统的三个基本功能：捕获、计算和通信。理解全部功能对设计大有帮助，本文将主要关注数据采集系统的捕获阶段。
复杂的混合信号MCU必须能够从模拟世界中捕获某些有用信息，并且能够把连续时间信号转换成离散的数字形式。模数转换器（ADC）是完成这项任务最重要的MCU外设，因此ADC的性能往往决定何种MCU适用于何种应用。MCU也能够通过各种串行或并行数字I/O接口捕获来自外部信号源的数字形式的系统信息。
信号捕获后，需要对捕获数据进行某些处理；有时仅仅需要模数转换，但是更多情况下必须要对捕获的数据样本进行计算。MCU行业中持续进行的数字化演变，带给系统开发人员更先进的信号处理水平和更高的处理器速度。因此，嵌入式开发人员现在对8位、16位和32位混合信号MCU有更多的选择余地，以便适应各种成本/性能目标。开发人员也有更多片上选择（on-chip options）可用于完成系统任务。此外，MCU的硬宏（hard-macro）能自动处理，在外设中集成的功能状态机可完成常见的处理器任务。
最后，为了控制过程中的信息交换，某种形式的通信是必要的。此功能可以相当简单，也可以相当复杂。通信甚至可以是模拟输出的电压或电流，通常使用数模转换器（DAC）把捕获和处理的数据转换到模拟形式来实现。
基于多功能MCU的数据采集系统
MCU数据采集系统的关键是ADC。在电子行业中最常见的ADC类型一般是逐次逼近型ADC（SAR ADC）。许多MCU使用SAR ADC是因为它在速度和性能组合上的灵活性。 在MCU中，SAR ADC的精确度可以从8位到16位，吞吐速率范围可以从极慢的按需转换请求到每秒超过100万次转换。但是ADC仅仅是完整数据采集系统中的一部分。数据采集系统的其他部分也可增加其灵活性，包括信号输入接口、参考电压接口、用于ADC的时钟和采样系统以及用于转换后ADC输出数据的数据管理。
通常情况下，模拟信号输入接口共享一个通用输入输出（I/O）缓冲器结构体，此结构体可配置为数字域或模拟域，或者也可以由两个域共用。多配置性实现方法允许设计人员根据其系统需求在多个芯片引脚上划分模拟和数字功能。作为输入多路复用器的一部分，最常见的辅助输入之一是片上的温度传感器；其他的重要输入包括内部电压。
一旦系统的输入通道配置完成，嵌入式设计人员就可以利用程序代码选择任意通道，并请求ADC转换。设计人员也可以选择免除程序代码，而允许ADC通道定序器根据预先设定的通道输入进行循环，直到检测出重要事件。
系统的另一个重要方面是ADC参考电压（VREF）。参考电压用来设置系统的输入动态范围或量程，并能显著影响整体噪声性能。多路转换器通常用于从多种板上和外部参考电压输入中选择VREF。常用的参考电压包括MCU内部生成的缓冲带隙电压的倍频电压、片外生成的精确参考电压以及多种外部电源电压，以上可选参考电压都兼容I/O缓冲器结构体和ADC限制。
如此多的输入通道，使人们很容易想象到，在某些系统中一个或多个引脚的输入动态范围可能不兼容单一VREF电压。为了解决这个问题，Silicon Labs Precision32 MCU集成输入级联增益，根据ADC型号不同可能有0.5或1倍的增益，这样通过调整输入信号可更好的兼容选择VREF。
ADC转换循环
ADC的时钟系统要易于配置，以便支持MCU应用的多种用途。SAR ADC属于奈奎斯特率转换器，系统设计人员要仔细选择以满足采样率至少两倍于输入信号带宽的奈奎斯特准则。当配置ADC时，开发人员还必须考虑两个计时任务。这两个任务涉及ADC转换循环和MCU系统内的可用时钟源。转换循环有两部分组成：一个是跟踪周期，一个是转换周期，如图1所示。
图1：ADC转换循环。
跟踪周期是转换循环中当ADC输入电路连接到输入信号时所花费的那部分时间。输入采样发生在跟踪周期结束并且输入电路从输入源断开时。这一刻是由连接到ADC的数字控制信号引起的，称为转换启动（CNVST）。该命名恰如其分，CNVST标志着跟踪周期的结束和转换周期的开始。
转换周期是ADC执行逐次逼近寄存器（SAR）逻辑时的那部分ADC转换循环。ADC用于跟踪输入信号的时间量与ADC的输入负载特性、信号源的驱动能力和测量所需的精度要求相关。MCU器件规格手册列出ADC输入模型，给出ADC输入的输入电容、电阻和漏电流值。为了精确测量，开发人员应当为输入信号稳定保留足够的跟踪时间，最好超过0.5 LSB。
虽然转换周期通常是一个与SAR ADC时钟周期有关的可配置时间量，即对于每一位的判别时间，但他最好是采用CNVST请求之间的时间量描述跟踪时间，而不是SAR转换周期。简单的说，如果ADC没有处于转换状态，那他就处于跟踪状态。转换请求之间的过长时间会导致更多的跟踪时间。为了解决这个问题，Silicon Labs MCU系列产品提供在转换请求之间关闭跟踪电路的功能，从而可降低系统功耗。
ADC转换吞吐速率是转换请求的频率，通常命名为符号Fs。最大吞吐速率的设定通常由ADC的最小跟踪时间以及最小转换时间限定。恒定的吞吐速率是通过发送同样时间间隔的转换请求流来实现的。对于管理两个关键的计时任务来说，可配置的ADC时钟系统是必不可少的。
计时任务之一是生成用于转换周期期间的时钟，用于执行SAR算法。与转换周期相关的SAR时钟（SARCLK）通常来自MCU系统时钟。SARCLK的可配性需要适应MCU系统时钟，时钟频率范围从不到1MHz到超过100MHz。由于ADC内部的比较器设计，将产生SAR转换逻辑被定时的最大速率。系统设计人员必须小心配置SARCLK频率，避免超过其最大时钟速率规格。另一个计时任务是生成转换请求采样速率，其不能超过给定适当转换周期配置的ADC转换器的最大吞吐速率。
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