CN103487776A - 一种基于fpga误差校正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子领域，具体涉及一种基于FPGA误差校正方法，包括如下步骤：计算校正参数；常温误差校正；温度偏移校正；该基于FPGA误差校正方法，能够非常快速的完成模拟信号采集过程中出现的零偏误差、比例误差和温度偏移误差的校正，操作简单不需要专业人员进行大量的电路控制、数据修正、软件滤波等工作，只需要将电路的模拟输入接到对应的信号源上并对FPGA写入几条简单的指令即可完成校正工作。

Description

一种基于FPGA误差校正方法
技术领域
本发明属于电子领域，具体涉及一种基于FPGA误差校正方法。
背景技术
在现代工业和测量领域中，越来越多的系统使用数字信号处理，许多传感器的模拟信号需要通过信号采集电路转化为数字信号进行分析、处理、保存和控制。信号采集电路的精度往往决定了整个系统的性能。常规的模拟信号采集电路主要由信号处理电路、模数转换电路等组成。信号的误差校正，需要软件人员花费大量时间进行系统的误差校准工作，非常的困难、不方便，不利于大规模的生产。
发明内容
本发明的目的是克服现有模拟信号采集过程中误差校正困难的问题。
为此，本发明提供了一种基于FPGA误差校正方法，包括如下步骤：
一种基于FPGA误差校正方法，包括如下步骤：
计算校正参数：
（1）将模拟信号量接入到零电位上；
（2）由FPGA进行零电位偏移系数计算；
（3）将计移系数储存在EEPROM中；
（4）将模拟输入量接入到系统的最大采集电压和最小采集电压；
（5）FPGA分别读取当前系统实际的最大电压采集数据值和最小电压数据采集值；
（6）利用下面的公式计算出系统的比例误差系数：
                                                                           
Figure 142317DEST_PATH_IMAGE001
        
      其中：
      Va——FPGA读取到的最大电压值
      Vb——FPGA读取到的最小电压值
      Vmax——实际最大电压值
      Vmin——实际最小电压值
      η——比例误差系数
储存比例偏移系数到EPPROM中；
 常温误差校正：
（1）FPGA读取转换结果(该结果为经过数字化后的模拟信号)；
（2）FPGA读取零位偏移校正系数；
（3）FPGA进行零位偏移校正；
（4）FPGA读取比例偏移校正系数；
（3）FPGA进行比例偏移校正；
（5）FPGA计算校正结果，输出校正数据；
温度偏移校正：
（1）FPGA通过温度传感器读取温度偏移计算；
（2）进行温度偏移计算；
（3）生成零位偏移校正系数偏差和比例误差校正系数偏差；
（4）计算出在当前温度下新的校正系数。
误差校正的公式如下：
            
Figure 321626DEST_PATH_IMAGE002
其中：
DCAL——误差修正后的数据
DSsampl——原始采样数据
δ——零电位偏移系数
η——比例误差系数
θ：T——在对应温度下的温度漂移系数，其中T代表当前温度，T的值来自与DS18B20采集到的温度值。
上述基于FPGA误差校正方法，所述温度偏移校正的范围是-45℃～70℃。
上述基于FPGA误差校正方法，所述温度传感器是DS18B20。
上述基于FPGA误差校正方法，所述零位漂移误差的校准还需用到校准电路。
本发明的有益效果：该基于FPGA误差校正方法，能够非常快速的完成模拟信号采集过程中出现的零偏误差、比例误差和温度偏移误差的校正，操作简单不需要专业人员进行大量的电路控制、数据修正、软件滤波等工作，只需要将电路的模拟输入接到对应的信号源上并对FPGA写入几条简单的指令即可完成校正工作。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是整个误差校正模块的示意图。
图2是校正参数计算流程图。
图3是常温误差校正流程图。
图4是温度偏移校正流程图。
具体实施方式
实施例一：
    如图1所示的基于FPGA误差校正方法，误差校准单元在FPGA内部实现，误差校准分为两部分。一部分是在常温下进行的零位偏移误差校准和比例误差校准。零位偏移校准时，用户首先将模拟输入量接到系统的零电位点上，向FPGA指定的校准寄存器写入指令。FPGA采集系统当前的零位偏差并生成校准参数存储在EEPROM中。然后用户分别将模拟输入量接入到系统的最大采集电压和最小采集电压上，向FPGA指定的校准寄存器写入指令，FPGA通过校准算法计算系统的比例误差并生成校准参数存储在EEPROM。用下面的公式计算出系统的比例误差系数：
                           
Figure 596749DEST_PATH_IMAGE001
        
      其中：
      Va——FPGA读取到的最大电压值
      Vb——FPGA读取到的最小电压值
      Vmax——实际最大电压值
      Vmin——实际最小电压值
      η——比例误差系数
当系统上电时，默认工作在正常工作模式下，此时FPGA通过EEPROM读取校准参数，并通过校准算法对采集的数据进行误差校准。若用户需要重新校准，只需重复上述过程即可。
系统的另一部分误差来自与温度变化引起的漂移误差， FPGA通过采集温度传感器DS18B20的温度数据，通过误差校准算法计算出系统的漂移误差系数并将其存储到EEPROM中，同时通过I2C接口控制数字电位器对基准源进行漂移校准。温度漂移误差的校准采用实时修正的策略来完成，FPGA采集当前的温度，通过校准算法计算出误差的参数漂移，用此参数去修正常温下的比例误差参数和零位偏差误差参数。整个误差校正模块的框图如图1，其工作流程如图2、图3、图4。
误差校正的公式如下：
            
其中：
DCAL——误差修正后的数据
DSsampl——原始采样数据
δ——零电位偏移系数
η——比例误差系数
θ：T——在对应温度下的温度漂移系数，其中T代表当前温度，T的值来自与DS18B20采集到的温度值。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于FPGA误差校正方法，包括如下步骤：
计算校正参数：
（1）将模拟信号量接入到零电位上；
（2）由FPGA进行零电位偏移系数计算；
（3）将计移系数储存在EEPROM中；
（4）将模拟输入量接入到系统的最大采集电压和最小采集电压；
（5）FPGA分别读取当前系统实际的最大电压采集数据值和最小电压数据采集值；
（6）利用下面的公式计算出系统的比例误差系数：
                                                                           
Figure 2013104176253100001DEST_PATH_IMAGE002
        
      其中：
      Va——FPGA读取到的最大电压值
      Vb——FPGA读取到的最小电压值
      Vmax——实际最大电压值
      Vmin——实际最小电压值
      η——比例误差系数
储存比例偏移系数到EPPROM中；
常温误差校正：
（1）FPGA读取转换结果(该结果为经过数字化后的模拟信号)；
（2）FPGA读取零位偏移校正系数；
（3）FPGA进行零位偏移校正；
（4）FPGA读取比例偏移校正系数；
（3）FPGA进行比例偏移校正；
（5）FPGA计算校正结果，输出校正数据；
温度偏移校正：
（1）FPGA通过温度传感器读取温度偏移计算；
（2）进行温度偏移计算；
（3）生成零位偏移校正系数偏差和比例误差校正系数偏差；
（4）计算出在当前温度下新的校正系数；
误差校正的公式如下：
            
Figure 2013104176253100001DEST_PATH_IMAGE004
其中：
DCAL——误差修正后的数据
DSsampl——原始采样数据
δ——零电位偏移系数
η——比例误差系数
θ：T——在对应温度下的温度漂移系数，其中T代表当前温度，T的值来自与DS18B20采集到的温度值。
2.如权利要求1所述的基于FPGA误差校正方法，其特征在于：所述温度偏移校正的范围是-45℃～70℃。
3.如权利要求1所述的基于FPGA误差校正方法，其特征在于：所述温度传感器是DS18B20。
4.如权利要求1所述的基于FPGA误差校正方法，其特征在于：所述零位漂移误差的校准还需用到校准电路。
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