STC8/15系列單片機ADC阻抗匹配問題

ID:612392 · 發(fā)表于 2021-2-16 17:20

大家新年好，請教各位一個問題。
我最近用STC15W408AS單片機，檢測10-15V電壓，利用電阻串聯(lián)分壓方式進行，采用4個68K電阻串聯(lián)，ADC IO采最后一個電阻分壓，理論上ADC采得電壓應(yīng)該是在2.5-3.75V 之間。
實際我在測試過程中發(fā)現(xiàn)，當被檢電壓在14V以上（檢測值在3.55V以上）時，ADC檢測到的電壓非常接近萬用測的真實值（誤差小于1個字），當電壓低于14V時，ADC檢測到的電壓會有明顯偏離，電壓越低時偏離越明顯，電壓<12.8V的時候，萬用表檢測電壓已經(jīng)是3.2V，但ADC檢測到的電壓還有3.45V。

已經(jīng)排除68K電阻本身差異，方法是，我不接單片機IO，直接用萬用表測量，10-15V范圍內(nèi)，最后一個電阻分壓基本是總壓的1/4，而且線性度非常好。

自己思考了一下，應(yīng)該是ADC功能需將IO配置為高阻模式，與分壓電阻并聯(lián)后，影響了分壓電阻的整體電阻？那么我應(yīng)該選多少的阻值是合適的呢，同時要兼顧功耗，太小的阻值功耗太大。或者說STC系列的ADC內(nèi)部阻抗是多少，外部輸入阻抗怎么匹配？

采用電壓跟隨器的方案就不用說了，就談電阻分壓的方案。

ID:213173 · 發(fā)表于 2021-2-17 07:11

樓主遇到的這個問題與ADC端口的內(nèi)部輸入阻抗基本無關(guān)。ADC端口配置為高阻模式其輸入阻抗不小于5M，其影響微乎其微。排除外界因素導(dǎo)致，最有可能是特殊功能寄存器設(shè)置不當或AD結(jié)果算法不當。當然VCC不穩(wěn)也是重要因素。
以0通道ADC為例相關(guān)寄存器設(shè)置
P1M1 = 0x01;//設(shè)置P1.0高阻：0000 0001 ADC輸入高阻
P1M0 = 0x00;//設(shè)置P1.0高阻：0000 0000 ADC輸入高阻
P1ASF= 0x01;//設(shè)置P1的0通道端口作為模擬輸入

十位ADC結(jié)果換算成10進制(4舍5入)
毫伏=(參考電壓*十位ADC結(jié)果*10000/1024+5)/10
強制轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)類型(32位)運算，得到(4舍5入)mV
ADC_V=(VCC_V*(long)ADC_RESX*10000/1024+5)/10;
因1/4分壓，需放大4倍等于實際電壓
ADC_V=(VCC_V*(long)ADC_RESX*10000/1024+5)/10*4;

ID:213173 · 發(fā)表于 2021-2-17 10:25

還有一種算法：取4次ADC之和再按12位ADC4096計算，既相當于平均值濾波，也相當于12位ADC，結(jié)果直接代表實際電壓，不必再*4。

ID:612392 · 發(fā)表于 2021-2-17 14:30

wulin 發(fā)表于 2021-2-17 07:11
樓主遇到的這個問題與ADC端口的內(nèi)部輸入阻抗基本無關(guān)。ADC端口配置為高阻模式其輸入阻抗不小于5M，其影響微 ...

我壓根就沒在MCU里去做這個計算，我直接把ADC采到的數(shù)據(jù)用串口傳出來，自己用公式算的。電壓高的時候是對的，精度很好，低的時候就不對，越低偏離越大。
如果高阻狀態(tài)是5M以上，那么確實跟外部輸入阻抗不相關(guān)，我再看看是怎么回事。

ID:491577 · 發(fā)表于 2021-2-18 12:48

ADC對電源要求很高，你直接USB取電精度肯定是低呀。另外你的分壓電阻4個68k太大，你換成5k試試效果應(yīng)該好一點，至于功耗大就看你的取舍了，想要精度高用STC8單片機，ADC電源是獨立的，12位，精度比STC15要高很多。

ID:298011 · 發(fā)表于 2022-11-25 09:15

學(xué)習(xí)下，我也是發(fā)現(xiàn)采樣來的電壓與實際偏差有點大，沒打到原因

ID:619173 · 發(fā)表于 2023-2-7 00:18

macadam 發(fā)表于 2022-11-25 09:15
學(xué)習(xí)下，我也是發(fā)現(xiàn)采樣來的電壓與實際偏差有點大，沒打到原因

我也遇到類似問題：單片機(STC8)AD 12位采樣時，小于2.5v時，采樣還算精準，當電壓大于2.5后，AD誤差比較大，大于30mv（在一段電壓范圍內(nèi)，采樣值大，在另一段范圍內(nèi)，采樣值小），所以想問問，什么原因呀

ID:65956 · 發(fā)表于 2023-2-7 08:43

我建議你用900K+100K方式分壓，這樣大小電壓都合適，這樣配置可測到50V，我所有項目都是這樣配置電阻的，大小電壓都能測到，基準源也是用這個芯片的內(nèi)部基準源計算的，很穩(wěn)定的，如果可以也可以采用中值濾波法去計算會更穩(wěn)定的

ID:1034262 · 發(fā)表于 2023-2-7 10:13

STC15W408AS的ADC整個量程范圍精度大約0.5%，就是最大誤差大約5個字，并且出現(xiàn)在中間以上部分。
樓主的測量范圍是20V則在10V以上最大誤差約0.1V，但是樓主數(shù)3.2V時還有0.25V的誤差，我覺得要查一下應(yīng)用電路。ADC輸入口要對地接一個10nF~100nF電容。

ID:879348 · 發(fā)表于 2023-2-7 10:38

批量一般可以做到3%精度，大于這個就要檢查硬件或軟件，軟件采樣太快，頻繁切換也可能有這個問題

ID:150722 · 發(fā)表于 2023-7-23 23:35

STCAD跡513.6KС齵跡

ID:1085441 · 發(fā)表于 2023-7-24 01:47

https://blog.csdn.net/shawn_shao/article/details/108508131
推薦你看這篇文章，我想單片機的ADC的原理都是一樣的，肯定要考慮ADC的輸入阻抗問題，還是應(yīng)該接一個跟隨器，從根本上避免阻抗不匹配的影響。

ID:879348 · 發(fā)表于 2023-7-24 09:51

應(yīng)該不會這么離譜，當在ADC端口并電容，就可以忽略ADC輸入阻抗了，你的電路是不是沒有電容

ID:150722 · 發(fā)表于 2023-7-24 10:06

輸入阻抗513.6K

ID:150722 · 發(fā)表于 2023-7-24 10:06

有時候可能還要更小

ID:1088185 · 發(fā)表于 2023-7-24 16:20

有轉(zhuǎn)換通道？還是只采樣同一通道，采樣頻率是多少？
如果說，只采樣一個通道，采樣頻率很低，在ADC口并個104電容可以解決你的問題。

ID:1087948 · 發(fā)表于 2023-8-2 14:56

根據(jù)您的描述，問題可能是由于單片機的IO配置為高阻模式時，與分壓電阻并聯(lián)導(dǎo)致整體電阻變化。這可能會影響到ADC的測量準確性。

針對這個問題，您可以嘗試以下方法來改進：

選擇合適的分壓電阻值：選擇較大的分壓電阻值可以減少功耗，但同時也會增加電阻本身的誤差。您可以嘗試使用更小的電阻值，例如10K或20K，以減少電阻的影響。

使用運放進行緩沖：在ADC輸入引腳之前添加一個運放作為緩沖，以提供更高的輸入阻抗和穩(wěn)定的信號。這樣可以避免分壓電阻對整體電阻產(chǎn)生影響，并提高測量準確性。

考慮ADC的參考電壓：確保ADC的參考電壓穩(wěn)定且準確，以保證測量的準確性。您可以使用外部參考電壓源，如穩(wěn)壓器或者精密參考電壓芯片，來提供穩(wěn)定的參考電壓。

此外，建議您參考STC15W408AS的數(shù)據(jù)手冊，查找關(guān)于ADC輸入阻抗和工作范圍的具體信息。如果問題仍然存在，您可以咨詢STC15W408AS的技術(shù)支持或者其他專業(yè)人士，以獲取更具體的幫助和建議

ID:236035 · 發(fā)表于 2023-8-2 15:07

先排除問題，把阻值降下來，看精度。

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