单片机ADC检测实际电压值方法

ADC检测实际电压值方法

最近学习STM32单片机的基础部分，之前一直用的是STC系列的8位单片机，比如STC8A8K64S4A12，一款STC公司高性能单片机，可以满足跑个小型RTOS（Small RTOS）。于是学习之余，在B站看到一位大佬用STC8芯片加0.96寸oled屏幕制作一款简易的示波器，突然心中一动，正好手中缺一款对精度和功能都要求不高的检测装置（其实是囊中羞涩，好的示波器一款的上千，现实面前不得不低头啊），正好可以设计出来用于简单的为后续实验检测设计提供保障，果断买原件来制作。

在制作期间，研究了大佬的电压演算过程，发现很是奇怪，不知道其中奥妙，具体列举下：Vx = (uint32)BGV_ADR * ADCx * lsb / ADCbg / 100，其中BGV_ADR定值为65015，lsb是浮动校准值，范围0-600，ADCx为实际STC8单片机的AD采样值，基于12bit，所以范围是0-4095，ADCbg是单片机第十六通道，也就是内部基准电压值（VREF非常重要）的采样值。就是这样一个奇葩的公式，Vx为采集到的当前电池电压。其中电池接入电压为3.7v左右，外部串联了2个电阻分压用。

                                                                                          

图1.1 简单分压电路图

下面我们就用初中学过的分压公式：Vc=VCC*(R4/(R4+R3)),大致计算一下值因该为0.617v，如果此时我们的输入电压利用3.3v（单片机电源输入电压），则计算值为0.55v左右。那么接下来，把它接到单片机的一路12bitADC采样端，基准电压值VREF为2.5v，为此我们来采用通常的电池电压采样方式计算一下：Vc=VREF*(采样值/4096)[此处特别强调：ADC采样时数字量的大小取决于基准电压，而不是输入的VCC，这是个重大误区，此处经统计采样值为1600-1800之间，那么Vc取中点值1700计算为1.0375v，咦，咋和0.55v不等呢，说明此时有问题，这样的方式计算的结果是不对的。

                                    

图1.2  proteus仿真结果

那么，这个时候疑问就来了，为什么会出现这样的结果呢？难道说是公式不对吗？这样的计算方式不是在很多例子中最常用的吗？比如说之前的PCF8591、STM32ADC检测电压值等等。我要说的是这样的计算公式使用范围是有限制的，重点突出的是ADC的采样功能，而对采集计算的到的电压值是存在误差的，当然有些简易电路也是适用的，不如说可调电位器，简单的2分压电路，所以到这里你就会发现，1.0375v/2=0.5187是接近0.55v的，但是也仅仅是接近而已，误差很明显的。为此我通过以上几种方式总结出一种比较精准的方法，那就是如果我们在接了外部电阻，且采样端电阻值已知的情况下，我们可以得到公式：Vc=VREF*(ADC采样值/(4096*R4)),也就是在原来的基础上加入了一个分压电阻值2K,为了使得到的电压值更加精准，在VREF的定值上在加入浮动校准值最好是按照每100，0.02V增长规律即可（此处电压校准值仅限于上述电路，不同分压电路，请以实际计算值为准）。到这里我们比较精准的电压计算公式就有了。这里还是要特别提醒，ADC采样值在多次求取平均值时会有100-300的误差，比如开路时单次值为4095，而去多次平均值后变为了43xx(这个本人估计是在采样期间受到单片机供电电流、电压影响，对此采样在延时和程序语句执行中时间长短可能会影响),可见误差显现，这个是在STC8中发现的问题，在STM32上没有试过。