片上ADC/DAC实现精度可调ADC的方案

这里给出一种利用MCU自带ADC和DAC，并结合运放、电容、电阻等元件搭建外围硬件电路，实现10～20位测量精度可调的ADC的方法。

　　1 高精度ADC设计原理

　　输入电压经过电阻分压产生电压U入，送入由运放和电阻组成的减法运算电路的同相端，分压的原因是输入电压最大值大于运放的最大输入电压。MCU的DAC输出经过同相比例运算电路放大之后产生与U入相近的电压U近，送入减法电路的反相端。同相比例运算电路的作用是扩大DAC的输出电压范围，使U入和U近的最大值近似相等。经过减法运算电路之后的电压差值U差经过箝位电路送入MCU的ADC，通过读ADC寄存器的值可得U差的值。箝位电路是防止ADC的输入电压超过量程，而导致烧毁MCU。

　　在测量时，由软件控制改变DAC寄存器的值，从而改变DAC输出电压值，使U差的电压值在量程范围(0～3 V)之内。此时通过读DAC和ADC的寄存器的值，可得DAC输出电压与送入ADC的电压U差的值。根据DAC的输出电压和同相比例运算电路公式可得U近电压值，根据减法电路公式、U差和U近的值可得输入电压值。

　　系统硬件框图如图1所示。

　　2 系统硬件设计

　　图2为实现17位ADC原理图。U101、R100、R101、R102、R103组成减法电路，U102、R108、R109、R116组成同相比例运算电路。VD100

　　组成箝位电路。VR是由基准电压源产生的3 V的基准电压。R117和R118组成分压电路，在R118上的电压为45 mV可抵消运放的零漂。ADO是MCU的ADC通道0的输入端。

　　图2所示的电路虽然只是实现17位ADC，但通过修改几个特定的电阻阻值就可实现调节测量输入电压范围和ADC测量分辨率。通过修改同相比例运算电路中R109与R116比例值，可实现调节输入电压的测量范围;通过修改减法电路中的R103与R100比例值，可实现调节ADC的分辨率。下面结合实现17位ADC硬件设计电路图，具体说明如何实现17位高精度ADC、调节测量输入电压范围和实现10～20位精度可调的ADC。

　　2.1 17位ADC的实琨过程

　　对于一个n位的ADC，其分辨率为可测量最大输入电压值与2n的比值。因此，此电路图可实现的ADC的位数可以通过输入电压的最大值和分辨率计算得出。