ADC檢測實際電壓值方法

最近學習STM32單片機的基礎部分，之前一直用的是STC系列的8位單片機，比如STC8A8K64S4A12，一款STC公司高性能單片機，可以滿足跑個小型RTOS（Small RTOS）。于是學習之余，在B站看到一位大佬用STC8芯片加0.96寸oled屏幕制作一款簡易的示波器，突然心中一動，正好手中缺一款對精度和功能都要求不高的檢測裝置（其實是囊中羞澀，好的示波器一款的上千，現實面前不得不低頭啊），正好可以設計出來用于簡單的為后續實驗檢測設計提供保障，果斷買原件來制作。

在制作期間，研究了大佬的電壓演算過程，發現很是奇怪，不知道其中奧妙，具體列舉下：Vx = (uint32)BGV_ADR * ADCx * lsb / ADCbg / 100，其中BGV_ADR定值為65015，lsb是浮動校準值，范圍0-600，ADCx為實際STC8單片機的AD采樣值，基于12bit，所以范圍是0-4095，ADCbg是單片機第十六通道，也就是內部基準電壓值（VREF非常重要）的采樣值。就是這樣一個奇葩的公式，Vx為采集到的當前電池電壓。其中電池接入電壓為3.7v左右，外部串聯了2個電阻分壓用。

                                                                                          

圖1.1 簡單分壓電路圖

下面我們就用初中學過的分壓公式：Vc=VCC*(R4/(R4+R3)),大致計算一下值因該為0.617v，如果此時我們的輸入電壓利用3.3v（單片機電源輸入電壓），則計算值為0.55v左右。那么接下來，把它接到單片機的一路12bitADC采樣端，基準電壓值VREF為2.5v，為此我們來采用通常的電池電壓采樣方式計算一下：Vc=VREF*(采樣值/4096)[此處特別強調：ADC采樣時數字量的大小取決于基準電壓，而不是輸入的VCC，這是個重大誤區，此處經統計采樣值為1600-1800之間，那么Vc取中點值1700計算為1.0375v，咦，咋和0.55v不等呢，說明此時有問題，這樣的方式計算的結果是不對的。

                                    

圖1.2  proteus仿真結果

那么，這個時候疑問就來了，為什么會出現這樣的結果呢？難道說是公式不對嗎？這樣的計算方式不是在很多例子中最常用的嗎？比如說之前的PCF8591、STM32ADC檢測電壓值等等。我要說的是這樣的計算公式使用范圍是有限制的，重點突出的是ADC的采樣功能，而對采集計算的到的電壓值是存在誤差的，當然有些簡易電路也是適用的，不如說可調電位器，簡單的2分壓電路，所以到這里你就會發現，1.0375v/2=0.5187是接近0.55v的，但是也僅僅是接近而已，誤差很明顯的。為此我通過以上幾種方式總結出一種比較精準的方法，那就是如果我們在接了外部電阻，且采樣端電阻值已知的情況下，我們可以得到公式：Vc=VREF*(ADC采樣值/(4096*R4)),也就是在原來的基礎上加入了一個分壓電阻值2K,為了使得到的電壓值更加精準，在VREF的定值上在加入浮動校準值最好是按照每100，0.02V增長規律即可（此處電壓校準值僅限于上述電路，不同分壓電路，請以實際計算值為準）。到這里我們比較精準的電壓計算公式就有了。這里還是要特別提醒，ADC采樣值在多次求取平均值時會有100-300的誤差，比如開路時單次值為4095，而去多次平均值后變為了43xx(這個本人估計是在采樣期間受到單片機供電電流、電壓影響，對此采樣在延時和程序語句執行中時間長短可能會影響),可見誤差顯現，這個是在STC8中發現的問題，在STM32上沒有試過。