1 ADC模塊誤差的定義及影響分析
1.1 誤差定義
常用的A/D轉(zhuǎn)換器主要存在：失調(diào)誤差,、增益誤差和線性誤差,。這里主要討論失調(diào)誤差和增益誤差。理想情況下,，ADC模塊轉(zhuǎn)換方程為y=x&TImes;mi,，式中x=輸入計(jì)數(shù)值 =輸入電壓&TImes;4095/3;y=輸出計(jì)數(shù)值。在實(shí)際中,，A/D轉(zhuǎn)換模塊的各種誤差是不可避免的,，這里定義具有增益誤差和失調(diào)誤差的ADC模塊的轉(zhuǎn)換方程為y=x&TImes;ma±b，式中ma為實(shí)際增益,，b為失調(diào)誤差,。通過(guò)對(duì)F2812的ADC信號(hào)采集進(jìn)行多次測(cè)量后，發(fā)現(xiàn)ADC增益誤差一般在5%以?xún)?nèi),，即0.95,。
ADC
1.2 影響分析
在計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，對(duì)象數(shù)據(jù)的采集一般包含兩種基本物理量：模擬量和數(shù)字量,。對(duì)于數(shù)字量計(jì)算機(jī)可以直接讀取,，而對(duì)于模擬量只有通過(guò)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能被計(jì)算機(jī)所接受，因此要實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量準(zhǔn)確的采集及處理,，模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度和準(zhǔn)確率必須滿(mǎn)足一定的要求。由于F2812的ADC具有一定增益誤差的偏移誤差,，所以很容易造成系統(tǒng)的誤操作,。下面分析兩種誤差對(duì)線性電壓輸入及A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的影響。
F2812用戶(hù)手冊(cè)提供的ADC模塊輸入模擬電壓為0～3 V,，而實(shí)際使用中由于存在增益誤差和偏移誤差,，其線性輸入被減小。
下面以y=x&TImes;1.05+80為例介紹各項(xiàng)值的計(jì)算,。當(dāng)輸入為0時(shí),，輸出為80,，由于ADC的最大輸出值為4095，則由式y(tǒng)=x×1.05+80求得輸入最大電壓值為2.8013,。因此,，交流輸入電壓范圍為1.4007±1.4007，此時(shí)有效位數(shù)N=ln4015/ln2=11.971,，mV/計(jì)數(shù)位=2.8013/4015=0?6977,，其余項(xiàng)計(jì)算同上。表1中的最后一行顯示了ADC操作的安全參數(shù),，其有效位數(shù)減少為11.865位,，mV/計(jì)數(shù)位從0.7326增加為0.7345，這將會(huì)使轉(zhuǎn)換結(jié)果減少0.2%,。
在實(shí)際應(yīng)用中,，所采集的信號(hào)經(jīng)常為雙極型信號(hào)，因此信號(hào)在送至ADC之前需要添加轉(zhuǎn)換電路,，將雙極型信號(hào)轉(zhuǎn)化為單極型信號(hào),。典型的轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。對(duì)于ADC模塊,，考慮到增益誤差和失調(diào)誤差對(duì)輸入范圍的影響,，轉(zhuǎn)換電路需要調(diào)整為如圖3所示的電路。在圖3中,，輸入增益誤差的參考范圍已經(jīng)改變,。
ADC
對(duì)于雙極性輸入，其0 V輸入的增益誤差對(duì)應(yīng)單極性輸入的1.4315V的增益誤差,，因此,，原有ADC的增益誤差和失調(diào)誤差被增大了。例如,，如果ADC的增益誤差為5%,，失調(diào)誤差為2%，則其雙極性的增益誤差計(jì)算如下：雙極性輸入x′= 0.0000 V,，單極性的ADC輸入電壓x = 1.4315 V,，其理想的轉(zhuǎn)換值為ye=1.4315×4095/3=1954，而由ya=1954×1.05+80計(jì)算得實(shí)際轉(zhuǎn)換值,，則雙極性增益誤差為ya-ye=2132-1954=178（9.1%誤差）,。通過(guò)計(jì)算可以看出，ADC的誤差大大增加,，因此要使用ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,，就必須對(duì)ADC進(jìn)行校正，提高其轉(zhuǎn)換精度,。
2 ADC校正
2.1校正方法
通過(guò)以上分析可以看出,，F(xiàn)2812的ADC轉(zhuǎn)換精度較差的主要原因是存在增益誤差和失調(diào)誤差,，因此要提高轉(zhuǎn)換精度就必須對(duì)兩種誤差進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)于ADC模塊采取了如下方法對(duì)其進(jìn)行校正,。
選用ADC的任意兩個(gè)通道作為參考輸入通道,，并分別提供給它們已知的直流參考電壓作為輸入（兩個(gè)電壓不能相同），通過(guò)讀取相應(yīng)的結(jié)果寄存器獲取轉(zhuǎn)換值,，利用兩組輸入輸出值求得ADC模塊的校正增益和校正失調(diào),，然后利用這兩個(gè)值對(duì)其他通道的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高了ADC模塊轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確度,。圖1示出了如何利用方程獲取ADC的校正增益和校正失調(diào),。具體計(jì)算過(guò)程如下：
① 獲取已知輸入?yún)⒖茧妷盒盘?hào)的轉(zhuǎn)換值yL和yh。
② 利用方程y=x×ma+b及已知的參考值（xL,，yL）和（xH,，yH）計(jì)算實(shí)際增益及失調(diào)誤差：
實(shí)際增益ma=（yH-yL）/（xH-xL）;
失調(diào)誤差 b=“yL” -xL×ma。
③ 定義輸入x=y×CalGain-CalOffset,，則由方程y=x×ma+b得校正增益CalGain=1/ma=（xH-xL）/（yH -yL）,，校正失調(diào)CalOffset=b/ma=yL/ma-xL。
④ 將所求的校正增益及校正失調(diào)應(yīng)用于其他測(cè)量通道,，對(duì)ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行校正,。
上述即為實(shí)現(xiàn)ADC校正的全過(guò)程，通過(guò)使用這種方法,，ADC的轉(zhuǎn)換精度有很大提高,。由于這種方法是通過(guò)某個(gè)通道的誤差去修正其他通道的誤差，因此要采用這種方法,，必須保證通道間具有較小的通道誤差,。對(duì)F2812ADC轉(zhuǎn)換模塊，由于其通道間的增益及失調(diào)誤差均在0.2%以?xún)?nèi),，所以可以采用這種方法對(duì)其進(jìn)行校正,。
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