專利名稱：提高數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軟硬件實(shí)現(xiàn)方法，具體涉及一種提高數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的軟硬
件實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，利用數(shù)字計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的采集和處理已經(jīng)成 為最普遍的做法。被控對(duì)象的各項(xiàng)參數(shù)通常是由模擬量反映的，所以模擬信號(hào)的處理精度 直接關(guān)系到控制精度。模擬量數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換(以下簡(jiǎn)稱數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換)電路是電子 系統(tǒng)中不可或缺的一個(gè)組成部分，轉(zhuǎn)換的精度問題是衡量一個(gè)轉(zhuǎn)換電路優(yōu)越與否的重要技 術(shù)指標(biāo)。 目前，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理模擬信號(hào)已經(jīng)普及，凡是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)以 及自動(dòng)控制都會(huì)用到模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換的問題。目前高精度、多位數(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器價(jià)格 昂貴，精準(zhǔn)電壓源的價(jià)錢也不菲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法，其解決 了背景技術(shù)中成本高以及數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換精度差的技術(shù)問題。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 —種提高數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法，其特殊之處在于，該軟硬件實(shí)
現(xiàn)方法包括以下步驟 1)地線造成誤差的處理 具體操作是將在AD模塊和DA模塊上各種地線共接在一起；
2)參考電壓的產(chǎn)生 提供一種參考電壓產(chǎn)生電路，該電路利用穩(wěn)壓管和運(yùn)算放大器產(chǎn)生參考電壓；該 電路中，電阻R33提供負(fù)反饋，電阻R28， R27， R26建立增益來產(chǎn)生電壓；
3)A/D保護(hù)電路 對(duì)輸入電壓進(jìn)行限幅，所述對(duì)輸入電壓的限幅如下式所示 VIN磁=(R2/R1) XVMX....................................式2 其中VIMAX表示輸入A/D的信號(hào)的最大電壓值，
當(dāng)輸入電壓小于VIN MX時(shí)候，可以正常輸入； 當(dāng)輸入電壓超過VIN MX時(shí)候，二極管V立即導(dǎo)通，又將輸入電壓控制在VIN M ;
4)軟件處理 在處理器對(duì)采集的模擬信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，通過軟件的方法對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校 正。 上述軟件的方法具體是指 在信號(hào)在輸入D/A之前，先經(jīng)過多路選擇器MUX ;
對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，須事先將CHfflD作為一路輸入； 在進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換之前，先通過多路選擇器MUX選通CHfflD，然后讀出其進(jìn)行D/A后產(chǎn) 生的數(shù)值，記為V,; 讀出VeND以后，對(duì)CHN進(jìn)行處理時(shí)，實(shí)際準(zhǔn)確的電壓值如下式所示 CHN PKX = CHN-VGND....................................式3。 上述參考電壓產(chǎn)生電路中電阻R30和電阻R31通過優(yōu)化流過V5的電流來提供溫 度補(bǔ)償。 上述參考電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生+10V電壓。 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn) 1)參考電壓產(chǎn)生電路能夠輸出高精度參考電壓源，可以降低購(gòu)買精準(zhǔn)電壓源的成 本； 2)利用軟件對(duì)轉(zhuǎn)換完的信號(hào)進(jìn)行處理，進(jìn)一步修正硬件電路中產(chǎn)生的誤差，提高 了精度； 3)對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行緩沖、限幅處理，限制進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器的電壓，保護(hù)A/D轉(zhuǎn)換 心片


圖1為參考電壓產(chǎn)生電路； 圖2為A/D輸入信號(hào)的保護(hù)電路； 圖3為軟件處理提高A/D轉(zhuǎn)換精度示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施例的描述中用到的縮略語表示為
A/D Analog to Digital模擬量到數(shù)字量
D/A Digital to Analog數(shù)字量到模擬量
VKEF Reference Voltage參考電壓
MUX Multiplex多路選擇器 GND Ground電路中的地信號(hào)，在此指各種地線共地 —種提高數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法，其特殊之處在于，該軟硬件實(shí)
現(xiàn)方法包括以下步驟 1)地線造成誤差的處理 具體操作是將在AD模塊和DA模塊上各種地線共接在一起；
2)參考電壓的產(chǎn)生 提供一種參考電壓產(chǎn)生電路，該電路利用穩(wěn)壓管和運(yùn)算放大器產(chǎn)生參考電壓；該 電路中， 一路電阻Rl提供負(fù)反饋，另一路電阻R2建立增益來產(chǎn)生電壓；
3)A/D保護(hù)電路 對(duì)輸入電壓進(jìn)行限幅，所述對(duì)輸入電壓的限幅如下式所示 VIN磁=(R2/R1) XVMX....................................式2 其中VIN MX表示輸入A/D的信號(hào)的最大電壓值，
當(dāng)輸入電壓小于VIN MX時(shí)候，可以正常輸入； 當(dāng)輸入電壓超過VIN MX時(shí)候，二極管V立即導(dǎo)通，又將輸入電壓控制在VIN，；
4)軟件處理 在處理器對(duì)采集的模擬信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，通過軟件的方法對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校 正。 上述軟件的方法具體是指 在信號(hào)在輸入D/A之前，先經(jīng)過多路選擇器MUX ;
對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，須事先將CHfflD作為一路輸入； 在進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換之前，先通過多路選擇器MUX選通CHfflD，然后讀出其進(jìn)行D/A后產(chǎn) 生的數(shù)值，記為V,; 讀出VeND以后，對(duì)CHN進(jìn)行處理時(shí)，實(shí)際準(zhǔn)確的電壓值如下式所示 CHN PKX = CHN-VGND....................................式3。 具體地說 1)地線造成誤差的處理 控制系統(tǒng)中處理的信號(hào)種類繁多，模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)需要參考不同的地線。由于 干擾的存在，幾種地線之間會(huì)有一定的誤差。隨著系統(tǒng)的不同，誤差大小也不一樣。因此， 電路中需要將各種地線共接到一起。 通常，系統(tǒng)中會(huì)有專門的A/D、D/A模塊，各種各樣的信號(hào)都要在此模塊上處理，最
好的辦法是在此模塊上將各種地線共接。 2)參考電壓的產(chǎn)生 D/A轉(zhuǎn)換芯片通常需要精準(zhǔn)參考電壓源。本身帶有產(chǎn)生精準(zhǔn)參考電壓的A/D轉(zhuǎn)換 芯片價(jià)格都很貴，利用市售的精準(zhǔn)穩(wěn)壓源價(jià)格也不菲。本項(xiàng)目提出了一種參考電壓產(chǎn)生電 路，利用穩(wěn)壓管和運(yùn)算放大器產(chǎn)生參考電壓。同時(shí)，為了提高產(chǎn)生的參考電壓的精度，還考 慮了穩(wěn)壓管的溫度漂移問題。 經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后的輸出的模擬電壓的數(shù)字公式如下(假設(shè)D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)為N，式中D表示轉(zhuǎn)換完成后輸出的數(shù)字量DN. . . D15 V表示經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后所計(jì)算出的模擬量信號(hào)的電壓值) V = (D/2N) XVKEF....................................(式1) 根據(jù)上式可以得出，D/A轉(zhuǎn)換的結(jié)果與V，密切相關(guān)。V，穩(wěn)定與否直接決定了 D/ A轉(zhuǎn)換結(jié)果的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的D/A轉(zhuǎn)換電路往往直接或間接將工作的電源電壓作為參考電 壓，長(zhǎng)期工作溫度的變化會(huì)引起VKEF的浮動(dòng)，進(jìn)而會(huì)影響D/A轉(zhuǎn)換的精度。VKEF的變化對(duì)高 精度轉(zhuǎn)換電路的影響尤為明顯。因此，該項(xiàng)目提出了一種參考電壓產(chǎn)生方案，在不使用市售 精準(zhǔn)電壓源的情況下也可以保證D/A轉(zhuǎn)換的精度。項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)生+10V參考電壓的電 路如圖l所示。
3)A/D保護(hù)電路 在實(shí)際應(yīng)用過程中，采集的電壓范圍往往比較廣泛。A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓都有限 制，超過限制極有可能損壞芯片。為了防止極端情況產(chǎn)生過大的電壓，該項(xiàng)目采用了以下的 保護(hù)電路，如圖2所示。其中，R4提供負(fù)反饋，通過調(diào)節(jié)Rl建立合適的增益來產(chǎn)生+10V電 壓。R5通過優(yōu)化流過V5的電流來提供溫度補(bǔ)償。
該項(xiàng)目對(duì)輸入電壓的限幅如下式所示 [OO72] (VIN磁表示輸入A/D的信號(hào)的最大電壓值) VIN磁=(R2/R1) XVMX....................................式2 當(dāng)輸入電壓小于VIN MX時(shí)候，可以正常輸入； 當(dāng)輸入電壓超過VIN MX時(shí)候，二極管V立即導(dǎo)通，又將輸入電壓控制在VIN M。
從而可以達(dá)到保護(hù)A/D轉(zhuǎn)換芯片的作用。
4)軟件處理 在處理器對(duì)采集的模擬信號(hào)(經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào))進(jìn)行處理時(shí)，可以通過 軟件的方法對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。信號(hào)在輸入D/A之前，都會(huì)經(jīng)過MUX。為了對(duì)采集的數(shù) 據(jù)進(jìn)行校正，必須事先將CH^作為一路輸入。在進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換之前，先選通CHGND，然后讀 出其進(jìn)行D/A后產(chǎn)生的數(shù)值，記為V^。如圖3所示。 讀出VeND以后，對(duì)CHN進(jìn)行處理時(shí)，實(shí)際準(zhǔn)確的電壓值如下式所示。 CHN PKX = CHN-VGND.......................................式3 綜上所述，本發(fā)明通過優(yōu)化參考電壓產(chǎn)生電路，在保證參考電壓精度的前提下節(jié) 省了使用市售精準(zhǔn)穩(wěn)壓源的成本，同時(shí)也提高了 D/A轉(zhuǎn)換精度；用軟件方法對(duì)采集到的模 擬信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)一步提高了 A/D轉(zhuǎn)換精度；對(duì)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的電壓進(jìn)行限幅處 理，保護(hù)了 A/D轉(zhuǎn)換芯片。
權(quán)利要求
一種提高數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，該軟硬件實(shí)現(xiàn)方法包括以下步驟1)地線造成誤差的處理具體操作是將在AD模塊和DA模塊上各種地線共接在一起；2)參考電壓的產(chǎn)生提供一種參考電壓產(chǎn)生電路，該電路利用穩(wěn)壓管和運(yùn)算放大器產(chǎn)生參考電壓；該電路中，一路電阻R1提供負(fù)反饋，另一路電阻R2建立增益來產(chǎn)生電壓；3)A/D保護(hù)電路對(duì)輸入電壓進(jìn)行限幅，所述對(duì)輸入電壓的限幅如下式所示VIN_MAX＝(R2/R1)×VMAX式2其中VIN_MAX表示輸入A/D的信號(hào)的最大電壓值，當(dāng)輸入電壓小于VIN_MAX時(shí)候，可以正常輸入；當(dāng)輸入電壓超過VIN_MAX時(shí)候，二極管V立即導(dǎo)通，又將輸入電壓控制在VIN_MAX；4)軟件處理在處理器對(duì)采集的模擬信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，通過軟件的方法對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述提高數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述軟件的方法具體是指在信號(hào)在輸入D/A之前，先經(jīng)過多路選擇器MUX ;對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，須事先將CHfflD作為一路輸入；在進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換之前，先通過多路選擇器MUX選通CHeND，然后讀出其進(jìn)行D/A后產(chǎn)生的數(shù)值，記為VeND ;讀出VfflD ;以后，對(duì)CH,進(jìn)行處理時(shí)，實(shí)際準(zhǔn)確的電壓值如下式所示<formula>formula see original document page 2</formula>
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述提高數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述參考電壓產(chǎn)生電路中電阻R30和電阻R31通過優(yōu)化流過V5的電流來提供溫度補(bǔ)償。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述提高數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述參考電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生+10V電壓。
全文摘要
一種提高數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法，包括1)地線造成誤差的處理；2)參考電壓的產(chǎn)生；3)A/D保護(hù)電路以及4)軟件處理四大步驟。本發(fā)明參考電壓產(chǎn)生電路能夠輸出高精度參考電壓源，可以降低購(gòu)買精準(zhǔn)電壓源的成本；利用軟件對(duì)轉(zhuǎn)換完的信號(hào)進(jìn)行處理，進(jìn)一步修正硬件電路中產(chǎn)生的誤差，提高了精度；對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行緩沖、限幅處理，限制進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器的電壓，保護(hù)A/D轉(zhuǎn)換芯片。本發(fā)明提供了一種有效地提高數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的軟硬件實(shí)現(xiàn)機(jī)制。
文檔編號(hào)H03M1/10GK101764610SQ20091031213
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者劉海堂, 喻鳴, 毛寧 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司第六三一研究所