可靠性优先：ADC硬件设计在模拟信号采集中的关键技术！

在工业自动化与精密测量领域，ADC的可靠性是系统稳定性的保障。围绕电路抗干扰、误差补偿及热设计，探讨提升数据采集可靠性的硬件解决方案。

本文主要从硬件设计的角度，分享Air8101工业引擎ADC设计中的一些关键注意点，软件开发方面不做深入探讨。
 

一、Air8101外部ADC说明

1.1 外部ADC相关管脚

Air8101有10路外部ADC，相关管脚参考下图橙色方框标注：

注意这些ADC管脚存在复用功能：

除了可以作为ADC使用之外，还可以用作GPIO、UART、PWM、I2C、SPI、RGB等功能。

项目设计时，如果用作其他复用功能，就不能作为ADC使用。

Air8101管脚复用表下载：https://docs.openluat.com/air8101/product/shouce/

Air8101有ADC1、ADC2、ADC3、ADC4、ADC5、ADC6、ADC10、ADC12、ADC13、ADC14，一共10路外部ADC。

这10路ADC复用的对应关系为：

ADC1对应ADC10；

ADC2对应ADC12；

ADC3对应ADC13；

ADC4对应ADC14；

ADC5和ADC6，没有对应的其他ADC通道；

这里的对应关系如何理解呢？

以ADC1对应ADC10为例，意思是在Air8101内部，ADC1和ADC10是同一个ADC通道，ADC1和ADC10不能同时使用。

1.2 电压测量要点

Air8101的外部ADC分辨率为12bit；测量电压范围为0到2.4V，不支持内部分压。

1）测量不超过2.4V的外部电压时：

如果外接电路的被测电压不超过2.4V，被测电压可以直连ADC，不需要做任何电路处理；

2）测量超过2.4V的外部电压时：

如果外部电路的北侧电压超过2.4V，必须将外部电压使用电阻分压，使挂在ADC上的电压不超过2.4V。

那么，分压电阻怎么选择呢？

首先，取决于被测电压的值，测量最大电压5V和最大电压12V时的分压电阻肯定是不一样的；

其次，电阻一定要使用1%精度，这样才能尽可能的使分压比符合要求；

再次，可以在ADC输入处增加1个滤波电容，抑制高频噪声，避免ADC读数波动。

以上都是经验之谈，现在我们以被测外部电压为5V，分压后挂在ADC上的电压为1.5V，来举例说明：

 ▼   分压电阻示例   ▼

分压比要求：

Vout/Vin=1.5V/5V=0.3，

即：R2=0.3×(R1+R2)，

解得R1:R2≈2.33:1。

推荐电阻值：

上拉电阻 R1=2.4MΩ（±1%精度）

下拉电阻 R2=1.0MΩ（±1%精度）

实际分压比：

1.0MΩ/(2.4MΩ+1.0MΩ)≈0.294，

5V分压后为5V×0.294≈1.47V，满足量程不超过2.4V的要求；

相应的，假设通过ADC测得的电压值时1.47V，则可以换算出来被测电压值为：

1.47V/0.294=5V；

需要特别指出的是，即便使用MΩ级别的电阻，系统也会存在固定的功耗浪费：

总电流： I=5V/(2.4MΩ+1.0MΩ)≈1.47μA

总功耗： P=5V×1.47μA=7.35μW

功耗极低，适合电池供电的低功耗场景。

二、Air8101内部ADC说明

2.1 一路用于检测VBAT电压的ADC

Air8101内部占用了一路ADC，用于检测VBAT引脚的电压：

不需要外接任何硬件电路，直接通过软件API读取VBAT电压即可；

电压测量范围：2.5V-4.35V；

可以使用如下代码读取VBAT电压：

2.2 一路用于检测CPU温度的ADC

Air8101内部占用了一路ADC，用于检测CPU的温度：

不需要外接任何硬件电路，直接通过软件API读取即可；

温度测量范围：-40°C ~ +85°C；

可以使用如下代码读取CPU温度：

三、硬件设计参考

提供完整的Air8101硬件开发参考设计（以太网、摄像头、音频功放、RS485、RS232、ADC等），以及电源设计总体说明，可参考下方链接详细说明。

Air8101最新硬件参考设计资料下载：

https://docs.openluat.com/air8101/luatos/hardware/design/reference/

今天的内容就分享到这里了！

审核编辑 黄宇