專利名稱：一種自校正模擬量輸出電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬量輸出電路，尤其是一種能夠?qū)σ宦坊蚨嗦纺M量輸出電路 進(jìn)行自動(dòng)校正，消除零漂，消除一致性差異的模擬量輸出電路。
背景技術(shù)：
在工程應(yīng)用中，常常需要用模擬量輸出電路，主要是因?yàn)楝F(xiàn)在的CPU處理器均為 數(shù)字化芯片，那么CPU處理器進(jìn)行運(yùn)算后所需對外輸出模擬量就需要先進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換(簡 稱DAC)。DAC電路作為一種特定的轉(zhuǎn)換電路廣泛的應(yīng)用于電子電器、工業(yè)控制中，其特點(diǎn) 是可以將數(shù)字量信號變換成模擬量信號。那么，這種數(shù)模轉(zhuǎn)換過程是開環(huán)的，其最終輸出的 模擬量是否正確、是否存在偏差需要通過外部專業(yè)的儀器來進(jìn)行校正。本發(fā)明提出一種自 校正模擬量輸出電路，不需要另外的專業(yè)儀器進(jìn)行校正，校正過程在電路內(nèi)部完成，快捷、 簡單、方便。目前，市場上比較普遍的技術(shù)方案是CPU+DAC芯片+放大電路。此方案的控制方 法是一種開環(huán)的形式。其模擬量輸出的最終結(jié)果需要通過外部專業(yè)的儀器來進(jìn)行校正。目 前，市場上所使用各種各樣的DAC芯片，有12位的，有16位的；運(yùn)放芯片有高精度的、低功 耗的。用這些芯片組成模擬量輸出電路十分容易，但其缺陷十分明顯1、有零漂CPU明明 輸出的是代表零的數(shù)字信號，可從DAC芯片出來的模擬量也不會是零，有時(shí)為幾個(gè)毫伏，有 時(shí)為幾十個(gè)毫伏。2、一致性差異使用不同的DAC芯片輸出同一個(gè)電壓值可能得到不同的 數(shù)值。由于存在以上缺點(diǎn)，要進(jìn)行人工校正既費(fèi)時(shí)又費(fèi)勁。加上自校正的功能則可以節(jié)約 大量的人力物力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種自校正模擬量輸出電路，該發(fā)明可以很好地克服現(xiàn)有技術(shù)存在的 模擬量輸出存在偏差，具有零度漂移現(xiàn)象，同時(shí)存在一致性誤差，而人工校正手段費(fèi)時(shí)費(fèi)力 的技術(shù)問題，提供一種具備消除零漂和一致性差異功能的自校正模擬量輸出電路。,本發(fā)明提供一種自校正模擬量輸出電路的具體實(shí)施方式
，一種自校正模擬量輸 出電路，包括CPU控制電路單元，DA轉(zhuǎn)換電路單元，一路或一路以上的比較電路單元，一路 或一路以上的電壓基準(zhǔn)單元，CPU控制電路單元與DA轉(zhuǎn)換電路單元相連，CPU控制電路單元 控制DA轉(zhuǎn)換電路單元輸出模擬電壓值，電壓基準(zhǔn)單元產(chǎn)生已知基準(zhǔn)電壓，比較電路單元分 別與DA轉(zhuǎn)換電路單元和電壓基準(zhǔn)單元相連，比較電路單元將DA轉(zhuǎn)換電路單元輸出的模擬 電壓信號與電壓基準(zhǔn)單元產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并將比較得到的高低電平信號輸出至 CPU控制電路單元，CPU控制電路單元對輸出的模擬量進(jìn)行自動(dòng)校正，并最終通過DA轉(zhuǎn)換電 路單元輸出經(jīng)過校正的模擬量。作為本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方式，CPU控制電路單元進(jìn)一步包括逐次逼近校正模塊， 當(dāng)DA轉(zhuǎn)換電路單元輸出的模擬電壓信號低于電壓基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)電壓，則比較電路 單元向CPU控制電路單元輸出控制信號，CPU控制電路單元的逐次逼近校正模塊增加輸出數(shù)字量；當(dāng)DA轉(zhuǎn)換電路單元輸出的模擬電壓信號高于電壓基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)電壓，則比 較電路單元向CPU控制電路單元輸出控制信號，CPU控制電路單元的逐次逼近校正模塊減
小輸出數(shù)字量。作為本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方式，CPU控制電路單元通過IO 口采集比較電路單元給 出的輸出控制信號，CPU控制電路單元的逐次逼近校正模塊設(shè)定初始起點(diǎn)輸出電壓，并逐次 循環(huán)調(diào)整輸出數(shù)字量，直到比較電路單元送至CPU控制電路單元的輸出控制信號發(fā)生高低 電平的跳轉(zhuǎn)，CPU控制電路單元記錄下最終逼近的輸出數(shù)字量，并將數(shù)字量輸出至DA轉(zhuǎn)換 電路單元，DA轉(zhuǎn)換電路單元輸出經(jīng)過校正的正確模擬量。作為本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方式，電壓基準(zhǔn)單元包括了電壓基準(zhǔn)芯片和濾波電容， 濾波電容連接在電壓基準(zhǔn)芯片的參考電源端和接地端之間，電壓基準(zhǔn)芯片輸出的基準(zhǔn)電壓 是可調(diào)整的。作為本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方式，DA轉(zhuǎn)換電路單元的數(shù)據(jù)線和CPU控制電路單元的 數(shù)據(jù)線相連，DA轉(zhuǎn)換電路單元的片選信號線與CPU控制電路單元相連，DA轉(zhuǎn)換電路單元的 W/R寫信號線與CPU控制電路單元相連。作為本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方式，CPU控制電路單元是單片機(jī)或DSP或MCU或PC。作為本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方式，DA轉(zhuǎn)換電路單元可以成為獨(dú)立的部分，也可以是 集成在CPU控制電路單元的內(nèi)部。作為本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方式，比較電路單元的反相端接參考電壓，同相端接模 擬量反饋信號，輸出端接CPU控制電路單元的IO控制腳。通過應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施方式所描述的一種自校正模擬量輸出電路，具有以下技術(shù)效 果
(1)可以提供一路或多路自校正模擬量輸出電路；
(2)可以徹底消除零漂；
(3)可以消除一致性差異；
(4)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校正，無需借助外部專業(yè)儀器和人力干涉，節(jié)約了大量人力物力。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明一種自校正模擬量輸出電路的結(jié)構(gòu)原理框圖2為本發(fā)明一種自校正模擬量輸出電路的DA轉(zhuǎn)換電路單元的電路原理圖； 圖3為本發(fā)明一種自校正模擬量輸出電路的比較電路單元的電路原理圖； 圖4為本發(fā)明一種自校正模擬量輸出電路的電壓基準(zhǔn)單元的電路原理圖； 其中，I-CPU控制電路單元，2-DA轉(zhuǎn)換電路單元，3-比較電路單元，4-電壓基準(zhǔn)單元， Cl-濾波電容，Ul-DA轉(zhuǎn)換芯片。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其 他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。作為本發(fā)明一種自校正模擬量輸出電路的具體實(shí)施方式
，自校正模擬量輸出電路 主要包括以下幾部分CPU控制電路單元1、DA轉(zhuǎn)換電路單元2、比較電路單元3、電壓基準(zhǔn) 單元4。其中，比較電路單元3和電壓基準(zhǔn)單元4具有一路或一路以上，其原理框圖如圖1 所示。CPU控制電路單元1與DA轉(zhuǎn)換電路單元2相連，CPU控制電路單元1控制DA轉(zhuǎn)換電 路單元2輸出模擬電壓值，電壓基準(zhǔn)單元4產(chǎn)生已知基準(zhǔn)電壓，比較電路單元3分別與DA 轉(zhuǎn)換電路單元2和電壓基準(zhǔn)單元4相連，比較電路單元3將DA轉(zhuǎn)換電路單元2輸出的模擬 電壓信號與電壓基準(zhǔn)單元4產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并將比較得到的高低電平信號輸出 至CPU控制電路單元1，CPU控制電路單元1對輸出的模擬量進(jìn)行自動(dòng)校正，并最終通過DA 轉(zhuǎn)換電路單元2輸出經(jīng)過校正的模擬量。其中，CPU控制電路單元1可以是單片機(jī)、DSP或 其它微處理器。DA轉(zhuǎn)換電路單元2可以是集成在控制器內(nèi)部，也可以獨(dú)立設(shè)置。比較電路 單元3路數(shù)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行靈活配置，其可以是一個(gè)比較器芯片。電壓基準(zhǔn)單 元4則是電壓基準(zhǔn)芯片，其電壓值可以選擇。下面將自校正模擬量輸出電路各單元電路部分詳細(xì)介紹如下 UCPU控制電路單元
CPU控制電路單元可以是單片機(jī)、DSP, MCU, PC等數(shù)字控制器。2、DA轉(zhuǎn)換電路單元
DA轉(zhuǎn)換電路單元是一種DA芯片，其輸出通道為模擬量電壓輸出。CPU控制電路單元 將需要輸出的模擬量值以二進(jìn)制的數(shù)字量的形式發(fā)送給數(shù)據(jù)總線，并通過控制總線控制DA 芯片使其接收數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)。DA芯片在成功接收到數(shù)據(jù)后便輸出相應(yīng)的模擬量。3、比較電路單元
比較電路單元由比較器或運(yùn)放等組成，它可以將輸出的模擬電壓信號和電壓基準(zhǔn)進(jìn)行 比較。當(dāng)輸出的模擬電壓信號小于電壓基準(zhǔn)則比較電路單元給出“低”的電平信號；反之， 當(dāng)輸出的模擬電壓信號大于電壓基準(zhǔn)則比較電路單元給出“高”的電平信號。4、電壓基準(zhǔn)單元
電壓基準(zhǔn)單元包括了 一個(gè)電壓基準(zhǔn)芯片以及濾波電容。本發(fā)明的原理是
CPU控制電路單元通過地址信號、數(shù)據(jù)信號及R/W等控制信號來控制DA轉(zhuǎn)換電路單元 輸出一個(gè)模擬電壓值。然后，通過再將輸出的模擬電壓信號環(huán)回，并通過比較器與電壓基準(zhǔn) 上的電壓進(jìn)行比較。CPU控制電路單元通過總線或者通用I/O 口采集比較電路單元的電平 信號。由于基準(zhǔn)電壓的值是已知的，這樣就可以知道模擬輸出的值是比電壓基準(zhǔn)大還是小。CPU控制電路單元1包括逐次逼近校正模塊，當(dāng)DA轉(zhuǎn)換電路單元2輸出的模擬電 壓信號低于電壓基準(zhǔn)單元4輸出的基準(zhǔn)電壓，則比較電路單元3向CPU控制電路單元1輸出 控制信號，CPU控制電路單元1的逐次逼近校正模塊增加輸出數(shù)字量；當(dāng)DA轉(zhuǎn)換電路單元2 輸出的模擬電壓信號高于電壓基準(zhǔn)單元4輸出的基準(zhǔn)電壓，則比較電路單元3向CPU控制
5電路單元1輸出控制信號，CPU控制電路單元1的逐次逼近校正模塊減小輸出數(shù)字量。這 樣，就可以通過逐次逼近的方法找到電壓基準(zhǔn)所對應(yīng)的DA芯片的二進(jìn)制的數(shù)字量。最后， 通過軟件來修正此二進(jìn)制的數(shù)字量，達(dá)到自動(dòng)校正的目的。CPU控制電路單元1通過IO 口采集比較電路單元3給出的輸出控制信號，CPU控 制電路單元1的逐次逼近校正模塊設(shè)定初始起點(diǎn)輸出電壓，并逐次循環(huán)調(diào)整輸出數(shù)字量， 直到比較電路單元3送至CPU控制電路單元1的輸出控制信號發(fā)生高低電平的跳轉(zhuǎn)，CPU控 制電路單元1記錄下最終逼近的輸出數(shù)字量，并將數(shù)字量輸出至DA轉(zhuǎn)換電路單元2，DA轉(zhuǎn) 換電路單元2輸出經(jīng)過校正的正確模擬量。本發(fā)明中的DA轉(zhuǎn)換電路單元2的具體實(shí)施方式
如圖2所示U1為12位轉(zhuǎn)換精度 的DA轉(zhuǎn)換芯片DAC7724。DBOO DBll為Ul的數(shù)據(jù)線，其和CPU控制電路單元1的數(shù)據(jù)線 相連并接收數(shù)據(jù)。CS管腳為Ul的片選信號，此管腳受CPU控制電路單元1的控制。當(dāng)CS 為低電平時(shí)，Ul被選通，這時(shí)Ul可以通過數(shù)據(jù)線接收的CPU控制電路單元數(shù)據(jù)。W/R管腳 是Ul的寫信號，此管腳受CPU控制電路單元的控制。Vcc和Vss為Ul的模擬電源管腳，在 本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中分別接+ 15V和-15V。VDD和GND為Ul的數(shù)字電源和數(shù)字地，在 本發(fā)明的具體實(shí)施中分別接+5V和數(shù)字地。VREra和VREFL為Ul的參考電壓，在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中分別接+ IOV和-10V。VOUTA VOUTD為Ul的四路模擬量電壓輸出，其輸 出范圍為一 IOV + 10V。本發(fā)明中的比較電路單元3的具體實(shí)施方式
如圖3所示(此圖僅給出了一路比較 電路，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可根據(jù)需要配置多路，每路的結(jié)構(gòu)、參數(shù)于此電路同)m為LM139，其“6” 腳為反相端，接參考電壓；“7”腳為同相端，接模擬量反饋信號；“1”腳為輸出端，接CPU控 制電路單元1的IO控制腳上?！?”和“12”分別為Nl的電源和地。本發(fā)明中的電壓基準(zhǔn)單元4的具體實(shí)施方式
如圖4所示U2為電壓基準(zhǔn)芯片，在 本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中采用REF02BU (5V的基準(zhǔn))；Cl為濾波電容。下面將本發(fā)明自校正模擬量輸出電路的一種具體實(shí)施方式
的自動(dòng)校正過程詳細(xì) 舉例說明如下
以基準(zhǔn)電壓為5V，DA轉(zhuǎn)換芯片Ul為12位的情況進(jìn)行說明CPU控制電路單元1發(fā)出 數(shù)字量為Dl的數(shù)據(jù)(理論上，Dl每增加1所對應(yīng)的模擬量則增加4. 8828mV。此處Dl的值 取921，即理論上對應(yīng)到模擬量為4. 5V (5V的90%作為起點(diǎn)))，DA轉(zhuǎn)換芯片接收到后，會 輸出一個(gè)模擬量Vl (約為4. 5V)。比較電路單元將5V基準(zhǔn)與Vl進(jìn)行對比并給出電平信號(若Vl小于基準(zhǔn)電壓則給 出“0”電平信號，若Vl大于基準(zhǔn)電壓則給出“1”電平信號)。CPU控制電路單元1通過IO 口采集比較單元給出的電平信號。若電平為“0”，則 將Dl的值增加1，并重復(fù)1 3步；若電平為“1”，則記錄此次Dl的值，并終止循環(huán)。那么此時(shí)記錄的Dl (假定此時(shí)Dl = 1028)值即為真正代表的5V的值，其和理論 上代表5V (1024)的值可能存在一個(gè)偏差值4。那么在后續(xù)輸出模擬量3V時(shí)，先計(jì)算出理論上的Dl (Dl = 614)值，再將Dl加上 此偏差值(4)，最后將Dl (Dl = 618)作為二進(jìn)制數(shù)字量輸出，達(dá)到校正之目的。通過應(yīng)用本發(fā)明所描述的具體實(shí)施方式
，可以達(dá)到如下技術(shù)效果 1、模擬量的路數(shù)以及采樣的路數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配置；2、由于模擬輸出經(jīng)過了校正，可以徹底消除零漂，改善線性度；
3、由于每一個(gè)模擬輸出通道均引入了校正，所以消除一致性差異；
4、由于校正的過程是自動(dòng)的，所以使用方便、成本低、性能可靠，可以節(jié)約大量人力物力。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種自校正模擬量輸出電路，其特征在于包括CPU控制電路單元(1)，DA轉(zhuǎn)換電路單元(2)，一路或一路以上的比較電路單元(3)，一路或一路以上的電壓基準(zhǔn)單元(4)，CPU控制電路單元(1)與DA轉(zhuǎn)換電路單元(2)相連，CPU控制電路單元(1)控制DA轉(zhuǎn)換電路單元(2)輸出模擬電壓值，電壓基準(zhǔn)單元(4)產(chǎn)生已知基準(zhǔn)電壓，比較電路單元(3)分別與DA轉(zhuǎn)換電路單元(2)和電壓基準(zhǔn)單元(4)相連，比較電路單元(3)將DA轉(zhuǎn)換電路單元(2)輸出的模擬電壓信號與電壓基準(zhǔn)單元(4)產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并將比較得到的高低電平信號輸出至CPU控制電路單元(1)，CPU控制電路單元(1)對輸出的模擬量進(jìn)行自動(dòng)校正，并最終通過DA轉(zhuǎn)換電路單元(2)輸出經(jīng)過校正的模擬量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自校正模擬量輸出電路，其特征在于所述CPU控制電 路單元(1)包括逐次逼近校正模塊，當(dāng)DA轉(zhuǎn)換電路單元(2)輸出的模擬電壓信號低于電壓 基準(zhǔn)單元(4)輸出的基準(zhǔn)電壓，則比較電路單元(3)向CPU控制電路單元(1)輸出控制信號， CPU控制電路單元(1)的逐次逼近校正模塊增加輸出數(shù)字量；當(dāng)DA轉(zhuǎn)換電路單元(2)輸出 的模擬電壓信號高于電壓基準(zhǔn)單元(4 )輸出的基準(zhǔn)電壓，則比較電路單元(3 )向CPU控制電 路單元(1)輸出控制信號，CPU控制電路單元(1)的逐次逼近校正模塊減小輸出數(shù)字量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自校正模擬量輸出電路，其特征在于所述CPU控制電 路單元(1)通過IO 口采集比較電路單元(3)給出的輸出控制信號，CPU控制電路單元(1) 的逐次逼近校正模塊設(shè)定初始起點(diǎn)輸出電壓，并逐次循環(huán)調(diào)整輸出數(shù)字量，直到比較電路 單元(3)送至CPU控制電路單元(1)的輸出控制信號發(fā)生高低電平的跳轉(zhuǎn)，CPU控制電路單 元(1)記錄下最終逼近的輸出數(shù)字量，并將數(shù)字量輸出至DA轉(zhuǎn)換電路單元(2)，DA轉(zhuǎn)換電 路單元(2)輸出經(jīng)過校正的正確模擬量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3中任一權(quán)利要求所述的一種自校正模擬量輸出電路，其特征在 于所述DA轉(zhuǎn)換電路單元(2)的數(shù)據(jù)線和CPU控制電路單元(1)的數(shù)據(jù)線相連，DA轉(zhuǎn)換電 路單元(2)的片選信號線與CPU控制電路單元(1)相連，DA轉(zhuǎn)換電路單元(2)的W/R寫信 號線與CPU控制電路單元(1)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自校正模擬量輸出電路，其特征在于所述電壓基準(zhǔn)單 元(4)包括了電壓基準(zhǔn)芯片和濾波電容(Cl)，濾波電容(Cl)連接在電壓基準(zhǔn)芯片的參考電 源端和接地端之間，電壓基準(zhǔn)芯片輸出的基準(zhǔn)電壓是可調(diào)整的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自校正模擬量輸出電路，其特征在于所述CPU控制電 路單元(1)是單片機(jī)或DSP或MCU或PC。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種自校正模擬量輸出電路，其特征在于所述DA轉(zhuǎn)換電路 單元(2)集成在CPU控制電路單元(1)的內(nèi)部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種自校正模擬量輸出電路，其特征在于所述比較電路單 元(3)的反相端接參考電壓，同相端接模擬量反饋信號，輸出端接CPU控制電路單元(1)的 IO控制腳。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自校正模擬量輸出電路，包括CPU控制電路單元，DA轉(zhuǎn)換電路單元，比較電路單元，電壓基準(zhǔn)單元，CPU控制電路單元與DA轉(zhuǎn)換電路單元相連，控制DA轉(zhuǎn)換電路單元輸出模擬電壓值，電壓基準(zhǔn)單元產(chǎn)生已知基準(zhǔn)電壓，比較電路單元將DA轉(zhuǎn)換電路單元輸出的模擬電壓信號與電壓基準(zhǔn)單元產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并將比較得到的高低電平信號輸出至CPU控制電路單元，CPU控制電路單元對輸出的模擬量進(jìn)行自動(dòng)校正，并最終通過DA轉(zhuǎn)換電路單元輸出經(jīng)過校正的模擬量。該發(fā)明所描述的實(shí)施方式可以很好地克服現(xiàn)有技術(shù)存在的模擬量輸出存在偏差，具有零度漂移現(xiàn)象，同時(shí)存在一致性誤差，而人工校正手段費(fèi)時(shí)費(fèi)力的技術(shù)問題。
文檔編號H03M1/10GK101964660SQ20101027456
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者劉偉良, 李小文, 李進(jìn)進(jìn), 蘇理, 譚利紅, 陳明奎 申請人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司