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申请/专利权人：天津职业技术师范大学

摘要：本实用新型提供一种高速多通道高精度ADDA转换电路，包括微控制器、DA转换器、AD转换器、运算放大器U4、U5、上限参考电压设定电位器VR1、电阻R2、R3，电阻R1、运算放大器U4和AD转换器的通道5构成DA转换器的数字校准通道；上限参考电压设定电位器VR1、电阻R2、运算放大器U5和AD转换器的通道6构成AD转换器的满度输出上限数字校准通道；电阻R3和AD转换器的通道7构成AD转换器的0V输出下限数字校准通道。本ADDA转换电路通过对高速16位8通道DA转换器和高速16位8通道AD转换器进行补偿校准，实现高速多通道高精度转换功能，可用于需要高速多通道高精度AD与DA转换的测控与监测领域。

主权项：1.一种高速多通道高精度ADDA转换电路，其特征在于：包括微控制器U1、DA转换器U2、AD转换器U3、运算放大器U4、运算放大器U5、上限参考电压设定电位器VR1、电阻R1、电阻R2和电阻R3，所述微控制器U1分别与DA转换器U2和AD转换器U3相连，所述电阻R1、运算放大器U4和AD转换器U3的通道5组成DA转换器U2的数字校准通道；上限参考电压设定电位器VR1、电阻R2、运算放大器U5和AD转换器U3的通道6组成AD转换器U3的满度输出上限数字校准通道；电阻R3和AD转换器U3的通道7组成AD转换器U3的0V输出下限数字校准通道。

全文数据：一种高速多通道高精度ADDA转换电路技术领域[0001]本发明涉及电路设计领域，尤其涉及一种高速多通道高精度ADDA转换电路。背景技术[0002]受工艺匹配性能的限制，工艺提供的底层器件16位DA转换器，只能达到12位的相对精度。在高精度DA转换器中，没有采用校准技术时，其DNL通常仅能达到12位以下的精度。为了达到真正的16位DNL直流精度，必须进行校准。在实际使用过程中，没有经过数字校准的AD转换器的转换结果和实际值相比，误差比较大，最大可达到9%左右，这样的数据，在精度要求较高的场合，不能拿来直接使用;ADC转换精度差的主要原因是存在增益误差和偏移误差，要提高转换精度就必须对这两种误差进行补偿;从硬件和软件两个方面进行校正，可以有效提高AD转换器件的转换精度，并实现将误差控制在0.1%左右。因此，研发一种可以进行补偿校准，实现高速多通道高精度ADDA转换电路是个亟待解决的问题。发明内容[0003]本发明要解决以上技术问题，提供一种高速多通道高精度ADDA转换电路，实现高速多通道高精度转换功能，可用于需要高速多通道高精度AD与DA转换的测控与监测领域。[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：[0005]一种高速多通道高精度ADDA转换电路，包括微控制器U1、DA转换器U2、AD转换器U3、运算放大器U4、运算放大器U5、上限参考电压设定电位器VR1、电阻R1、电阻R2和电阻R3，所述微控制器U1分别与DA转换器U2和AD转换器U3相连，所述电阻R1、运算放大器U4和AD转换器U3的通道5组成DA转换器U2的数字校准通道;上限参考电压设定电位器VR1、电阻R2、运算放大器U5和AD转换器U3的通道6组成AD转换器U3的满度输出上限数字校准通道；电阻R3和AD转换器U3的通道7组成AD转换器U3的0V输出下限数字校准通道。上述三个数字校准通道，通过对应软件完成通道校准。[0006]进一步的，所述微控制器U1的M0SI端口分别与所述DA转换器U2的SDI管脚、AD转换器U3的DIN管脚相连，所述微控制器U1的SCILK端口分别与所述DA转换器U2的SCK管脚、AD转换器U3的SCK管脚相连，所述微控制器U1的MIS0端口分别与所述DA转换器U2的SD0管脚、AD转换器U3的SD0管脚相连，所述微控制器U1的DAC-CS端口与所述DA转换器U2的SYNC管脚相连，所述微控制器U1的ADC-CS端口与所述AD转换器U3的CNV管脚相连。[0007]进一步的，所述DA转换器U2的Vout7管脚与运算放大器U4的正输入端相连，所述运算放大器U4的负输入端通过电阻R1与运算放大器U4的输出端相连，所述运算放大器U4的输出端还与AD转换器U3的IN5管脚相连。电阻R1、运算放大器U4和AD转换器U3的通道5组成DA转换器U2的数字校准通道。[0008]进一步的，所述运算放大器U5的正输入端与电位器VR1的活动触点相连，所述运算放大器U5的负输入端通过电阻R2与运算放大器U5的输出端相连，所述运算放大器U5的输出端还与AD转换器U3的IN6管脚相连。上限参考电压设定电位器VR1、电阻R2、运算放大器U5和AD转换器U3的通道6构成AD转换器U3的满度输出上限数字校准通道。[0009]进一步的，所述AD转换器U3的IN7管脚通过电阻R3接地。电阻R3和AD转换器U3的通道7构成AD转换器的0V输出下限数字校准通道。[0010]进一步的，所述DA转换器U2输出端的工作通道连接驱动电路及相应电气负载，在负载端接入电压、电流取样器件，取样信号经调理电路处理后，送入AD转换器U3的输入通道，通过微控制器U1可实现对负载电压与电流的快速、精确测控。[0011]进一步的，所述微控制器U1的型号为C8051F021，所述DA转换器U2的型号为AD5676R，所述AD转换器U3的型号为AD7689,所述运算放大器U4、运算放大器U5的型号均为ADA4841。[0012]进一步的，所述电阻R1的阻值为20KQ，所述电阻R1的阻值为20KQ，所述电阻R3的阻值为20KD。[0013]一种采用上述高速多通道高精度ADDA转换电路的校准方法，其过程为:通过ADR换器U3回读DA转换器U2—个通道的输出电压，与程序设定的输出值作比较，得到校准系数；再利用校准系数通过程序对DA转换器U2的所有通道进行对应补偿;AD转换器U3通过对自身外接的0V参考电压和满度参考电压进行采样，得到校准系数;再利用校准系数通过程序对AD转换器U3的所有通道进行对应补偿。[0014]本发明具有的优点和积极效果是:本ADDA转换电路采用DA转换器输出信号采集处理及校准程序和AD转换器输入信号采集处理及校准程序等，通过对高速16位8通道DAK换器和高速16位8通道AD转换器进行补偿校准，实现高速、多通道、高精度AD和DA转换功能；具有补偿精度高、电路结构简单、易于实现等特点。附图说明[0015]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：[0016]图1为本发明的电路图。具体实施方式[0017]下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。[0018]如图1所示，一种高速多通道高精度ADDA转换电路，包括微控制器U1、16位8通道高速DA转换器U2、16位8通道高速AD转换器U3、低功耗、低噪声运算放大器U4、运算放大器U5、上限参考电压设定电位器VR1、电阻R1、电阻R2和0V参考电压输入电阻R3。所述微控制器U1的M0SI端口分别与所述DA转换器U2的SDI管脚、AD转换器U3的DIN管脚相连，所述微控制器U1的SCILK端口分别与所述DA转换器U2的SCK管脚、AD转换器U3的SCK管脚相连，所述微控制器U1的MIS0端口分别与所述DA转换器U2的SD0管脚、AD转换器U3的SD0管脚相连，所述微控制器U1的DAC-CS端口与所述DA转换器U2的SYNC管脚相连，所述微控制器U1的ADC-CS端口与所述AD转换器U3的CNV管脚相连。所述DA转换器U2的Vout7管脚与运算放大器U4的正输入端相连，所述运算放大器U4的负输入端通过电阻R1与运算放大器U4的输出端相连，所述运算放大器U4的输出端还与AD转换器U3的IN5管脚相连。电阻R1、运算放大器U4和AD转换器旧的通道5组成DA转换器U2的数字校准通道。所述运算放大器U5的正输入端与电位器VR1的活动触点相连，所述运算放大器U5的负输入端通过电阻R2与运算放大器U5的输出端相连，所述运算放大器U5的输出端还与AD转换器U3的IN6管脚相连。上限参考电压设定电位器VR1、电阻R2、运算放大器U5和AD转换器U3的通道6构成AD转换器U3的满度输出上限数字校准通道。所述AD转换器U3的IN7管脚通过电阻R3接地。电阻R3和AD转换器U3的通道7构成AD转换器的0V输出下限数字校准通道。三个硬件通道，通过对应软件完成通道校准。[0019]所述微控制器U1的型号为C8051F021，所述DA转换器U2的型号为AD5676R，所述AD转换器U3的型号为AD7689,所述运算放大器U4、运算放大器U5的型号均为ADA4841。所述电阻R1的阻值为2〇Kfi，所述电阻R1的阻值为20KQ，所述电阻R3的阻值为20KQ。需要说明的是，只改变DA转换器与AD转换器的校准通道编号，而使用与本发明相同的电路结构、相同的参数配置、相同的器件型号等，都应当视为本发明由所提交的权利要求书确定的发明保护范围。[0020]本实施例的工作过程:在DA转换器U2输出端的工作通道连接驱动电路及相应电气负载，在负载端接入电压、电流取样器件，取样信号经调理电路处理后，送入AD转换器U3的输入通道，通过微控制器U1可实现对负载电压与电流的快速、精确测控。同时，通过改变系统软件中的应用程序，可实现对来自不同传感器的各种模拟量，进行精确测量;可组成诸如温度、压力、流量等物理量的高速、高精度监测或测控电路。[0021]本实施例的校准方法为:通过AD转换器AD7689回读DA转换器AD5676R—个通道的输出电压，与程序设定的输出值作比较，得到校准系数，再利用校准系数通过程序对DA转换器的所有通道进行对应补偿;AD转换器AD76S9通过对自身外接的0V参考电压和满度参考电压进行采样，得到校准系数，再利用校准系数通过程序对AD转换器的所有通道进行对应补偿。[0022]以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

权利要求：1.一种高速多通道高精度ADDA转换电路，其特征在于:包括微控制器U1、DA转换器U2、AD转换器U3、运算放大器U4、运算放大器U5、上限参考电压设定电位器VR1、电阻R1、电阻R2和电阻R3,所述微控制器U1分别与DA转换器U2和AD转换器U3相连，所述电阻R1、运算放大器U4和AD转换器U3的通道5组成DA转换器U2的数字校准通道;上限参考电压设定电位器VR1、电阻R2、运算放大器U5和AD转换器U3的通道6组成AD转换器U3的满度输出上限数字校准通道;电阻R3和AD转换器U3的通道7组成AD转换器U3的0V输出下限数字校准通道。2.根据权利要求1所述的一种高速多通道高精度ADDA转换电路，其特征在于:所述微控制器U1的MOSI端口分别与所述DA转换器U2的SDI管脚、AD转换器U3的DIN管脚相连，所述微控制器U1的SCILK端口分别与所述DA转换器U2的SCK管脚、AD转换器U3的SCK管脚相连，所述微控制器U1的MISO端口分别与所述DA转换器U2的SDO管脚、AD转换器U3的SDO管脚相连，所述微控制器U1的DAC-CS端口与所述DA转换器U2的SYNC管脚相连，所述微控制器U1的ADC-CS端口与所述AD转换器U3的CNV管脚相连。3.根据权利要求1或2所述的一种高速多通道高精度ADDA转换电路，其特征在于:所述DA转换器U2的Vout7管脚与运算放大器U4的正输入端相连，所述运算放大器U4的负输入端通过电阻R1与运算放大器U4的输出端相连，所述运算放大器U4的输出端还与AD转换器U3的IN5管脚相连，电阻R1、运算放大器U4和AD转换器U3的通道5组成DA转换器U2的数字校准通道。4.根据权利要求3所述的一种高速多通道高精度ADDA转换电路，其特征在于:所述运算放大器U5的正输入端与电位器VR1的活动触点相连，所述运算放大器U5的负输入端通过电阻R2与运算放大器U5的输出端相连，所述运算放大器U5的输出端还与AD转换器U3的IN6管脚相连，上限参考电压设定电位器VR1、电阻R2、运算放大器U5和AD转换器U3的通道6构成AD转换器U3的满度输出上限数字校准通道。5.根据权利要求4所述的一种高速多通道高精度ADDA转换电路，其特征在于:所述ADR换器U3的IN7管脚通过电阻R3接地，电阻R3和AD转换器U3的通道7构成AD转换器的0V输出下限数字校准通道。6.根据权利要求5所述的一种高速多通道高精度ADDA转换电路，其特征在于:所述DA转换器U2输出端的工作通道连接驱动电路及相应电气负载，在负载端接入电压、电流取样器件，取样信号经调理电路处理后，送入AD转换器U3的输入通道，通过微控制器U1实现对负载电压与电流的测控。7.根据权利要求1所述的一种高速多通道高精度ADDA转换电路，其特征在于:所述微控制器U1的型号为C8051F021，所述DA转换器U2的型号为AD5676R，所述AD转换器U3的型号为AD7689,所述运算放大器U4、运算放大器U5的型号均为ADA4841。8.根据权利要求1所述的一种高速多通道高精度ADDA转换电路，其特征在于:所述电阻R1的阻值为20KQ，所述电阻R1的阻值为20KQ，所述电阻R3的阻值为20KD。

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