CN202231703U - 一种数模转换输出电压的自校准电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种数模转换输出电压的自校准电路，包括：比较器、数模转换器、控制器、满量程基准电压发生器、0基准电压发生器和选择开关；所述控制器与所述数模转换器的输入端连接；所述比较器的负输入端与所述数模转换器连接，所述比较器的正输入端与所述选择开关连接，通过所述选择开关选择所述比较器的正输入端与所述满量程基准电压发生器连接或与所述0基准电压发生器连接。采用本实用新型可以省去出厂时的人工校准标定；在使用过程中还可以进行动态地校准补偿，从而一直保证了电路的输出稳定性和高精度，也极大地降低了维护成本，其结构简单，实现容易，保证了电路的输出稳定性和高精度，降低了成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及数模转换电路技术领域，尤其涉及的是一种数模转换输出电压的自校准电路。
背景技术
数模转换（DAC）就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量。常规的数模转换输出电压精度取决于基准电压，当要求输出的电压量程和基准的电压不一致时，或精度要求比较高时，则需要进行人工对每个电路进行调试校准。而且对数模转换周边的其它元器件的精度和性能要求比较高。当出现环境变化比较大或元器件的老化时，会产生输出电压的累积误差，使数模转换输出电压的精度不高、稳定性差。
普通用的数模转换器（DAC）输出电压很难达到用户的要求量程范围，通常都是在出厂时进行人工的校准标定。但是随着使用环境的变化和元件的老化，电路的输出会产生一些误差，当误差过大时，只能返厂进行重新校准标定，给用户造成不便。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
实用新型内容
鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种数模转换输出电压的自校准电路，其结构简单，实现容易，保证了电路的输出稳定性和高精度，降低了成本。
本实用新型的技术方案如下：
一种数模转换输出电压的自校准电路，其中，包括：比较器、数模转换器、控制器、满量程基准电压发生器、0基准电压发生器和选择开关；
所述控制器与所述数模转换器的输入端连接；
所述比较器的负输入端与所述数模转换器连接，所述比较器的正输入端与所述选择开关连接，通过所述选择开关选择所述比较器的正输入端与所述满量程基准电压发生器连接或与所述0基准电压发生器连接；所述比较器的输出端与所述控制器连接。
所述数模转换输出电压的自校准电路，其中，所述比较器为一电压比较器。
所述数模转换输出电压的自校准电路，其中，所述比较器为一运算放大器。
所述数模转换输出电压的自校准电路，其中，所述控制器为一MCU控制器。
本实用新型所提供的数模转换输出电压的自校准电路，由于采用了电压反馈的原理，可以动态地进行数模转换输出电压的校准，输出电压的稳定性只受限于基准电压，受其它元件影响非常小。设定输出电压量程后不用进行人工校准，可以保证数模转换输出电压的长期的高精度和稳定性。并且本实用新型可以省去出厂时的人工校准标定；在使用过程中还可以进行动态的校准补偿，从而一直保证了电路的输出稳定性和高精度，也极大地降低了维护成本。
附图说明
图1是本实用新型实施例的数模转换输出电压的自校准电路结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提供一种数模转换输出电压的自校准电路，应用在需要将数字信号转化成模拟信号的领域，特别是应用在一些工业传感器、变送器、驱动器等领域。为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型实施例提供的一种数模转换输出电压的自校准电路，如图1所示，包括：比较器10、数模转换器（DAC）20、控制器30、满量程基准电压发生器40、0基准电压发生器50、选择开关60。
所述控制器30的输出控制端与所述数模转换器20的输入端连接。
所述比较器10的负输入端11与所述数模转换器20连接，所述比较器10的正输入端12与所述选择开关60连接，通过所述选择开关60选择所述比较器10的正输入端12与所述满量程基准电压发生器40连接或与所述0基准电压发生器50连接；所述比较器10的输出端与所述控制器30连接。
其中，所述控制器30可以为一MCU控制器，所述比较器10可以为但不限定为电压比较器，例如本实施例中采用一运算放大器来作为所述比较器。
控制器30通过IO口控制数模转换器（DAC）20输出电压信号，比较器10负输入端11接数模转换器20的输出、正输入端12接选择开关60的输入，选择开关60用来选择比较器10的正输入端12与满量程基准电压发生器40连接或与0基准电压发生器50连接。比较器10将电压比较的结果反馈到控制器30，进行输出控制。
当进行0电压输出校准时，控制器30控制数模转换器20输出一个电压值，选择开关60选择比较器10的正输入端12与0基准电压发生器50连接。比较器10对正输入端12输入的O电压和负输入端11输入的电压进行比较，当比较器10比较输出的结果反馈到控制器30的电平为高电平时，控制器以最小步进的方式增加数模转换器20的输出电压。同理，当比较器10输出反馈到控制器30的电平为低电平时，控制器以最小步进的方式减小数模转换器（DAC）20的输出电压，最终得到一个合适的值作为0电压的校准值。
其中，所述满量程就是测量仪器的最大测量范围。当进行满量程电压输出校准时，控制器30控制数模转换器20输出一个电压值，选择开关60选择比较器10的正输入端12与满量程基准电压发生器40连接，比较器10对正输入端12输入的满量程电压和负输入端11输入的电压进行比较，当比较器10输出反馈到控制器30的电平为高电平时，控制器30以最小步进的方式增加数模转换器（DAC）20的输出电压。同理，当比较器输出反馈到控制器的电平为低电平时，控制器以最小步进的方式减小数模转换器（DAC）20的输出电压。最终得到一个合适的值作为满量程电压的校准值。
控制器30分别记录0电压的校准值和满量程电压的校准值，通过对应的运算关系，最终可以输出对应的电压值。
校准后的换算关系为：
例如：
0电压的校准值为 0x100（一个16进制的数值）；
满量程电压的校准值 0x7fff0（一个16进制的数值）， 满量程电压为 5V；
设计的分辩率为 16位；
则当 输出电压为5V时数模转换器（DAC）20的值为0x7fff0（一个16进制的数值）；
输出电压为0V时数模转换器（DAC）20的值为0x100（一个16进制的数值）；
输出电压为2.5V时数模转换器（DAC）20的值为0x40078（一个16进制的数值）；
通过以上步骤的换算并配合软件和其它外设，可以在环境变化或一定的时间间隔内，对输出数模转换器的电压进行动态的校准，从而保证了数模转换输出电压长期不受环境的变化和其它外围器件的影响。
由上可见，本实施例中采用一个运算放大器来构成一个电压比较器电路，将DAC（数模转换器）的输出电压与0电压进行比较，通过控制器控制DAC以最小步进的方式输出电压，使其输出等于0V，控制器通过检测比较器输出的电平的高低来找到最合适的0电压校准值。 再将DAC的输出电压与满量程电压进行比较，通过控制器控制DAC以最小步进的方式输出电压，使其输出等于满量程电压，控制器通过检测比较器输出的电平高低来找到最合适的满量程电压校准值。这样通过记录0电压和满量程电压的校准值便可在量程范围内线性的输出目标电压。
综上所述，本实用新型所提供的数模转换输出电压的自校准电路，由于采用了电压反馈的原理，可以动态地进行数模转换输出电压的校准，输出电压的稳定性只受限于基准电压，受其它元件影响非常小。设定输出电压量程后不用进行人工校准，可以保证数模转换输出电压的长期的高精度和稳定性。并且本实用新型可以省去出厂时的人工校准标定；在使用过程中中还可以进行动态的校准补偿，从而一直保证了电路的输出稳定性和高精度，也极大地降低了维护成本。
应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种数模转换输出电压的自校准电路，其特征在于，包括：比较器、数模转换器、控制器、满量程基准电压发生器、0基准电压发生器和选择开关；
所述控制器与所述数模转换器的输入端连接；
所述比较器的负输入端与所述数模转换器连接，所述比较器的正输入端与所述选择开关连接，通过所述选择开关选择所述比较器的正输入端与所述满量程基准电压发生器连接或与所述0基准电压发生器连接；所述比较器的输出端与所述控制器连接。
2.根据权利要求1所述数模转换输出电压的自校准电路，其特征在于，所述比较器为一电压比较器。
3.根据权利要求1所述数模转换输出电压的自校准电路，其特征在于，所述比较器为一运算放大器。
4.根据权利要求1所述数模转换输出电压的自校准电路，其特征在于，所述控制器为一MCU控制器。
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