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：
本實用新型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，主要是因為現(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 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。本實用新型提出一 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，有時為幾個毫伏，有 時為幾十個毫伏。2、一致性差異使用不同的DAC芯片輸出同一個電壓值可能得到不同的 數(shù)值。由于存在以上缺點，要進(jìn)行人工校正既費時又費勁。加上自校正的功能則可以節(jié)約 大量的人力物力。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種自校正模擬量輸出電路，該實用新型可以很好地克服現(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，同時存在一致性誤差，而人工校正手段 費時費力的技術(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。本實用新型提供一種自校正模擬量輸出電路的具體實施方式
，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。作為本實用新型進(jìn)一步的實施方式，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。作為本實用新型進(jìn)一步的實施方式，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。作為本實用新型進(jìn)一步的實施方式，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。作為本實用新型進(jìn)一步的實施方式，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。作為本實用新型進(jìn)一步的實施方式，CPU控制電路單元是單片機或DSP或MCU或 PC。作為本實用新型進(jìn)一步的實施方式，DA轉(zhuǎn)換電路單元可以成為獨立的部分，也可 以是集成在CPU控制電路單元的內(nèi)部。作為本實用新型進(jìn)一步的實施方式，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)用本實用新型實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)可以實現(xiàn)自動校正，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實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例 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 是本實用新型的一些實施例，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為本實用新型一種自校正模擬量輸出電路的結(jié)構(gòu)原理框圖；圖2為本實用新型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為本實用新型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為本實用新型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；[0023]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。
具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部 的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提 下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。作為本實用新型一種自校正模擬量輸出電路的具體實施方式
，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、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，也可以獨立設(shè)置。比較電 路單元3路數(shù)可以根據(jù)實際應(yīng)用需要進(jìn)行靈活配置，其可以是一個比較器芯片。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1、CPU控制電路單元CPU控制電路單元可以是單片機、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 一個電壓基準(zhǔn)芯片以及濾波電容。本實用新型的原理是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。
5[0037]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。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。本實用新型中的DA轉(zhuǎn)換電路單元2的具體實施方式
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，Ul被選通，這時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， 在本實用新型的具體實施方式
中分別接十15V和-15V。VDD和GND為Ul的數(shù)字電源和數(shù) 字地，在本實用新型的具體實施中分別接+ 5V和數(shù)字地。VREra和VREFL為Ul的參考電 壓，在本實用新型的具體實施方式
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 十IOV0本實用新型中的比較電路單元3的具體實施方式
如圖3所示(此圖僅給出了一路 比較電路，實際應(yīng)用時可根據(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。本實用新型中的電壓基準(zhǔn)單元4的具體實施方式
如圖4所示U2為電壓基準(zhǔn)芯 片，在本實用新型的具體實施方式
中采用REF02BU (5V的基準(zhǔn))；Cl為濾波電容。下面將本實用新型自校正模擬量輸出電路的一種具體實施方式
的自動校正過程 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. 5VC5V的90%作為起點))，DA轉(zhuǎn)換芯片接收到后， 會輸出一個模擬量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)。那么此時記錄的Dl (假定此時Dl = 1028)值即為真正代表的5V的值，其和理論 上代表5V (1024)的值可能存在一個偏差值4。[0047]那么在后續(xù)輸出模擬量3V時，先計算出理論上的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)用本實用新型所描述的具體實施方式
，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。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，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，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和 潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一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。
專利摘要本實用新型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。該實用新型所描述的實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，同時存在一致性誤差，而人工校正手段費時費力的技術(shù)問題。
文檔編號H03M1/10GK201789490SQ20102051995
公開日2011年4月6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:株洲南車時代電氣股份有限公司