STC8/15系列单片机ADC阻抗匹配问题

ID:612392 · 发表于 2021-2-16 17:20

大家新年好，请教各位一个问题。
我最近用STC15W408AS单片机，检测10-15V电压，利用电阻串联分压方式进行，采用4个68K电阻串联，ADC IO采最后一个电阻分压，理论上ADC采得电压应该是在2.5-3.75V 之间。
实际我在测试过程中发现，当被检电压在14V以上（检测值在3.55V以上）时，ADC检测到的电压非常接近万用测的真实值（误差小于1个字），当电压低于14V时，ADC检测到的电压会有明显偏离，电压越低时偏离越明显，电压<12.8V的时候，万用表检测电压已经是3.2V，但ADC检测到的电压还有3.45V。

已经排除68K电阻本身差异，方法是，我不接单片机IO，直接用万用表测量，10-15V范围内，最后一个电阻分压基本是总压的1/4，而且线性度非常好。

自己思考了一下，应该是ADC功能需将IO配置为高阻模式，与分压电阻并联后，影响了分压电阻的整体电阻？那么我应该选多少的阻值是合适的呢，同时要兼顾功耗，太小的阻值功耗太大。或者说STC系列的ADC内部阻抗是多少，外部输入阻抗怎么匹配？

采用电压跟随器的方案就不用说了，就谈电阻分压的方案。

ID:213173 · 发表于 2021-2-17 07:11

楼主遇到的这个问题与ADC端口的内部输入阻抗基本无关。ADC端口配置为高阻模式其输入阻抗不小于5M，其影响微乎其微。排除外界因素导致，最有可能是特殊功能寄存器设置不当或AD结果算法不当。当然VCC不稳也是重要因素。
以0通道ADC为例相关寄存器设置
P1M1 = 0x01;//设置P1.0高阻：0000 0001 ADC输入高阻
P1M0 = 0x00;//设置P1.0高阻：0000 0000 ADC输入高阻
P1ASF= 0x01;//设置P1的0通道端口作为模拟输入

十位ADC结果换算成10进制(4舍5入)
毫伏=(参考电压*十位ADC结果*10000/1024+5)/10
强制转换数据类型(32位)运算，得到(4舍5入)mV
ADC_V=(VCC_V*(long)ADC_RESX*10000/1024+5)/10;
因1/4分压，需放大4倍等于实际电压
ADC_V=(VCC_V*(long)ADC_RESX*10000/1024+5)/10*4;

ID:213173 · 发表于 2021-2-17 10:25

还有一种算法：取4次ADC之和再按12位ADC4096计算，既相当于平均值滤波，也相当于12位ADC，结果直接代表实际电压，不必再*4。

ID:612392 · 发表于 2021-2-17 14:30

wulin 发表于 2021-2-17 07:11
楼主遇到的这个问题与ADC端口的内部输入阻抗基本无关。ADC端口配置为高阻模式其输入阻抗不小于5M，其影响微 ...

我压根就没在MCU里去做这个计算，我直接把ADC采到的数据用串口传出来，自己用公式算的。电压高的时候是对的，精度很好，低的时候就不对，越低偏离越大。
如果高阻状态是5M以上，那么确实跟外部输入阻抗不相关，我再看看是怎么回事。

ID:491577 · 发表于 2021-2-18 12:48

ADC对电源要求很高，你直接USB取电精度肯定是低呀。另外你的分压电阻4个68k太大，你换成5k试试效果应该好一点，至于功耗大就看你的取舍了，想要精度高用STC8单片机，ADC电源是独立的，12位，精度比STC15要高很多。

ID:298011 · 发表于 2022-11-25 09:15

学习下，我也是发现采样来的电压与实际偏差有点大，没打到原因

ID:619173 · 发表于 2023-2-7 00:18

macadam 发表于 2022-11-25 09:15
学习下，我也是发现采样来的电压与实际偏差有点大，没打到原因

我也遇到类似问题：单片机(STC8)AD 12位采样时，小于2.5v时，采样还算精准，当电压大于2.5后，AD误差比较大，大于30mv（在一段电压范围内，采样值大，在另一段范围内，采样值小），所以想问问，什么原因呀

ID:65956 · 发表于 2023-2-7 08:43

我建议你用900K+100K方式分压，这样大小电压都合适，这样配置可测到50V，我所有项目都是这样配置电阻的，大小电压都能测到，基准源也是用这个芯片的内部基准源计算的，很稳定的，如果可以也可以采用中值滤波法去计算会更稳定的

ID:1034262 · 发表于 2023-2-7 10:13

STC15W408AS的ADC整个量程范围精度大约0.5%，就是最大误差大约5个字，并且出现在中间以上部分。
楼主的测量范围是20V则在10V以上最大误差约0.1V，但是楼主数3.2V时还有0.25V的误差，我觉得要查一下应用电路。ADC输入口要对地接一个10nF~100nF电容。

ID:879348 · 发表于 2023-2-7 10:38

批量一般可以做到3%精度，大于这个就要检查硬件或软件，软件采样太快，频繁切换也可能有这个问题

ID:150722 · 发表于 2023-7-23 23:35

STCAD迹513.6KС齵迹

ID:1085441 · 发表于 2023-7-24 01:47

https://blog.csdn.net/shawn_shao/article/details/108508131
推荐你看这篇文章，我想单片机的ADC的原理都是一样的，肯定要考虑ADC的输入阻抗问题，还是应该接一个跟随器，从根本上避免阻抗不匹配的影响。

ID:879348 · 发表于 2023-7-24 09:51

应该不会这么离谱，当在ADC端口并电容，就可以忽略ADC输入阻抗了，你的电路是不是没有电容

ID:150722 · 发表于 2023-7-24 10:06

输入阻抗513.6K

ID:150722 · 发表于 2023-7-24 10:06

有时候可能还要更小

ID:1088185 · 发表于 2023-7-24 16:20

有转换通道？还是只采样同一通道，采样频率是多少？
如果说，只采样一个通道，采样频率很低，在ADC口并个104电容可以解决你的问题。

ID:1087948 · 发表于 2023-8-2 14:56

根据您的描述，问题可能是由于单片机的IO配置为高阻模式时，与分压电阻并联导致整体电阻变化。这可能会影响到ADC的测量准确性。

针对这个问题，您可以尝试以下方法来改进：

选择合适的分压电阻值：选择较大的分压电阻值可以减少功耗，但同时也会增加电阻本身的误差。您可以尝试使用更小的电阻值，例如10K或20K，以减少电阻的影响。

使用运放进行缓冲：在ADC输入引脚之前添加一个运放作为缓冲，以提供更高的输入阻抗和稳定的信号。这样可以避免分压电阻对整体电阻产生影响，并提高测量准确性。

考虑ADC的参考电压：确保ADC的参考电压稳定且准确，以保证测量的准确性。您可以使用外部参考电压源，如稳压器或者精密参考电压芯片，来提供稳定的参考电压。

此外，建议您参考STC15W408AS的数据手册，查找关于ADC输入阻抗和工作范围的具体信息。如果问题仍然存在，您可以咨询STC15W408AS的技术支持或者其他专业人士，以获取更具体的帮助和建议

ID:236035 · 发表于 2023-8-2 15:07

先排除问题，把阻值降下来，看精度。

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