基于片上ADC／DAC實(shí)現(xiàn)精度可調(diào)ADC的方法

　　3．1 軟件實(shí)現(xiàn)過程

　　軟件設(shè)計(jì)過程主要包括MCU的ADC進(jìn)行初始化，建立輸入電壓校正表，計(jì)算表達(dá)式(5)的值，拉格朗日插值計(jì)算輸入電壓，顯示輸入電壓值。軟件設(shè)計(jì)流程如3所示。

圖3 軟件設(shè)計(jì)流程圖

　　設(shè)X為MCU的DAC數(shù)字量十進(jìn)制的值，Y為MCU的ADC數(shù)字量十進(jìn)制的值。

　　則VDAOUT=XVR/1024,VADO=YVR/1024

　　設(shè)K1=R116/R106,K2=R103/R100,則式（2）可化簡(jiǎn)為式（4）：

　　由式(4)可得式(5)：

　　3．1．1 初始化ADC

　　主要是對(duì)MCU的ADC進(jìn)行初始化，主要包括ADC寄存器配置、選擇I／O口的工作模式、選擇ADC的通道、啟動(dòng)ADC。

　　3．1．2 校正

　　校正是在測(cè)量輸入電壓前，首先利用基準(zhǔn)電壓源輸入多個(gè)基準(zhǔn)電壓值，并通過讀MCU的ADC寄存器值記錄對(duì)應(yīng)的數(shù)字量的值，并將這兩項(xiàng)的值保存到校正表中。在測(cè)量輸入電壓時(shí)，將所得的數(shù)字量的值利用拉格朗日插值算法代入校正表可得精確的輸入電壓值。

　　1)校正表內(nèi)容校正的過程主要是通過建立校正表建立起實(shí)際輸入電壓值與測(cè)量輸入電壓值的聯(lián)系。校正表存放兩項(xiàng)數(shù)據(jù)。一項(xiàng)是1～59 V的整數(shù)電壓值，另一項(xiàng)是式(5)的和。因?yàn)橄到y(tǒng)測(cè)量的輸入電壓值是只保留到小數(shù)點(diǎn)后2位的近似值，而式(5)中包含測(cè)量的ADC和DAC的十進(jìn)制數(shù)字量值更為精確。由式(4)可看出式(5)的值與測(cè)量的輸入電壓值存在比例關(guān)系，所以它們與實(shí)際輸入電壓的曲線關(guān)系相同。因此，另一項(xiàng)的內(nèi)容存放的是式(5)的和。

　　2)建立校正表的過程從1～59 V，用電壓源每隔1 V輸入一次電壓，通過讀MCU的ADC和DAC寄存器的值，記錄每次ADC和DAC的數(shù)字量十進(jìn)制的值。將記錄的ADC和DAC的值代入式(5)計(jì)算其和并保存到校正表中。

　　3．1．3 計(jì)算式(5)的和值

　　通過程序改變MCU的DAC寄存器的值實(shí)現(xiàn)改變DAC的輸出電壓值，在改變DAC寄存器的值的同時(shí)通過觀察ADC的寄存器的值確定ADO的輸入電壓值是否在量程范圍之內(nèi)。當(dāng)ADO的輸入在量程范圍之內(nèi)時(shí)，通過讀DAC寄存器和ADC的寄存器值可分別獲得MCU的DAC和ADC的數(shù)字量十進(jìn)制值，將獲得的值代入式(5)可得其和。

　　3．1．4 計(jì)算輸入電壓

　　計(jì)算輸入電壓函數(shù)實(shí)現(xiàn)功能是利用拉格拉日插值公式計(jì)算出輸入電壓。通過坐標(biāo)軸觀察校正表中數(shù)據(jù)，實(shí)際輸入電壓值與測(cè)量值滿足線性關(guān)系。在輸入電壓校正表中，查找與式(6)的值最接近的2個(gè)點(diǎn)，然后代入拉格拉日線性插值公式計(jì)算出輸入電壓。

　　3．2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　利用傳統(tǒng)方法直接送入ADC測(cè)量輸入電壓的精度理想情況下最高為59．1／1024=57．7mV，由于硬件參數(shù)誤差和干擾等原因會(huì)使測(cè)量誤差大于20mV，無法滿足系統(tǒng)的測(cè)量精度和準(zhǔn)確度要求。利用本文所提出的17位高精度A／D測(cè)量方法測(cè)量精度可減小為0.45mV，通過軟件校正的方法測(cè)量誤差可控制在10mV以內(nèi)，滿足了設(shè)計(jì)要求。通過本文所述提高測(cè)量精度的方法，最高可實(shí)現(xiàn)20位ADC，測(cè)量精度可減小為0.056 mV。

　　4 結(jié)束語

　　本文基于NXP的LPC2368，利用其內(nèi)部集成的ADC和DAC，實(shí)現(xiàn)高精度且精度可調(diào)的ADC，這種方法容易實(shí)現(xiàn)，可以應(yīng)用在眾多數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，如傳感器的數(shù)據(jù)采集、電壓信號(hào)的測(cè)量等，只要選用的MCU自帶ADC和DAC，就可以采用本文方法實(shí)現(xiàn)最高精度達(dá)20位的高精度且精度可調(diào)的ADC。