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全开源最小电压表:24位ADC,测量0~2V,五位半

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1、项目背景

2015年5月份评估完十几种24位ADC后就从第一份工作岗位上离职了,做的24位AD都没有达到实际的效果,一直耽搁困扰了好久。是硬件设计的问题?还是软件开发的问题?还是24位ADC真的不咋地?还是要离职了干活就不负责了?去年嘉立创4层板免费打样后就把这个24位AD到底怎么样的想法再验证验证,毕竟高精度ADC需要4层板,地效果才好一点。最重要的是预感未来可能用到这个方案,墨菲定律。

2、硬件设计

打开久违的AD21,开始骚操作。

2-1、配置

  • CPU :ST的STM32G030F
  • OLED:中景园0.63寸,120*28,IIC接口OLED
  • USB toTTL:Silicon Lab的CP2102
  • ADC:TI的ADS1255

2-2、原理图详细介绍

  • 去年最喜欢用的低端单片机就是G030了,简单好用有货并不贵,完美应用于简易小产品。

  • CP2102涨价了不少,TYPE-C供电中规中矩。

  • OLED,IIC简简单单。

  • ADS1255,首先5VUSB的电源输入后,升压到6.5V,防止输入电压波动,然后6.5V通过LDO转成5V模拟电源和3.3V数字电源,5V模拟电源通过高精度参考电压芯片ADR421ARZ转成2.5V参考电压。

这是V10的原理图,实际需要把R11和R12电阻去掉;参考电压输出后可以加跟随器匹配下;ADS1255输入端参考手册调整下。

2-2、PCB

  • 直接上图,模拟和数字分开布局,下一个版本做大一点,优化和保护都更好做,也能做的更好。

  • 完整的地平面,为啥没有分割模拟地和数字地?


  • 嘉立创免费打样真香

3、软件设计

软件是大家的特长,我就不说了,开源

4、效果

电脑LabVIEW历史采集:ADC缓冲打开、增益1、50sps

  • 单端测量0V:1024条测试数据,1秒10条。-0.000003V~0.000000V波动4个字。

  • 单端测量2.5V:1024条测试数据,1秒10条。2.499401V~2.499406V波动6个字。2.5V基准电压手册参数是2.499~2.501V之间,很优秀。

  • 通道0采集0V,通道1采集2.5V基准电压。


本地OLED显示:ADC缓冲打开、增益1、50sps

  • 通道0采集0V,通道1采集2.5V基准电压。

外接电压:ADC缓冲打开、增益1、50sps
  • 接电位差计,测量1mV,10mV,100mV,1V。

后面去实验室测试,关注中。。。

5、注意

  • 温度对ADC影响不小,烙铁靠近,波动特别大

  • 采集核心最好使用金属罩屏蔽起来,否则例如特斯拉线圈靠近后不能工作

  • 开启ADS1256内部buffer,测量输入只能到AVDD-2V,相当于有效范围只能到3V,测量更高电压使用外部分压测量

  • 软件设计中读取adc值得延时要求相对较高,会导致测量不准确,有奇怪点等情况

  • 模拟地和数字地分开,我的第二版会这么做

  • 晶振得电容使用18pF,第一次没调通就是电容有问题

  • 基准电源输出加一级运放匹配

  • 测量2.5V,72小时稳定性为2.499391V~到2.499397,综上,只能达到五位半,达不到六位半


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