专利名称：一种基于cpu的高精度的16位d/a转换电路的制作方法
技术领域：
本发明属于D/A转换电路，尤其涉及不使用专门的D/A转换芯片的16位D/A 转换电路。
背景技术：
目前，随着电子类产品的大范围推广，数字电路的应用更为广泛。目前D/A 转换即数字量向模拟量的转换， 一般是依靠专用的D/A转换芯片实现。8位和 12位的D/A转换芯片价格较为便宜，16位的D/A转换芯片价格相对较高，精度 越高价格也就越高。使用一般的D/A转换芯片无法保证精度，使用高精度的D/A 转换芯片升成本较高。传统的电路控制是以单片机等控制芯片为核心的，但有 很多芯片资源并没有得到充分的利用，而且现在很多芯片都没有集成D/A功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本、高精度的D/A转换电路，不用专用的D/A 转换芯片，不需要D/A引脚，实现高精度的D/A转换。
本发明的技术解决方案是 一种基于CPU的高精度的16位D/A转换电路， 包括基于CPU的控制电路，接口电路、D/A输出电路和D/A反馈电路，其特征在 于所述的CPU的控制电路的AD采样脚为16位，所述的D/A输出电路是一个 LM124，包含的四个运算放大器U1A， U1B， U1C， U1D;所述的D/A反馈电路是一 个LM124，包含的四个运算放大器U2A， U2B， U2C， U2D。
本发明所述的一种基于CPU的高精度的16位D/A转换电路，其特征在于所-述的D/A输出电路的四个运算放大器的电路为自CPU的P丽脚输出至D/A输 出电路的运算放大器U1A的正向输入端3脚，反向输入端2脚与输出端1脚相 连，电阻Rl跨接在运算放大器U1A的输出端1脚与运算放大器U1B的反向输入 端6脚之间，U1B的正向输入端经电阻R2接地，二极管Dl跨接在U1B的反向输 入端6脚和输出端7脚之间，阴极接在6脚，阳极接7脚，输出端7脚与二极 管D2的阴极相连，电阻R3连在D1的阴极和D2的阳极之间，电阻R6跨接在运算放大器U1A的输出端1脚与运算放大器U1C的反向输入端9脚之间，电阻R7 跨接在运算放大器U1C的反向输入端9脚和输出端8脚之间，U1C的正向输入端 10脚通过电阻R5接地，电阻R4跨接在运算放大器U1C的反向输入端9脚和二 极管D2的阳极之间，U1C的正向输入端10脚通过电阻R5接地，电阻R8跨接在 运算放大器U1C的输出端8脚和输出端8脚运算放大器U1D正向输入端12脚之 间，运算放大器U1D输出端14脚经滤波电容C1接地；所述的D/A反馈电路的 四个运算放大器由两个放大电路和两个跟随器组成，运算放大器U2A的1脚和2 脚连接在一起，1脚经电阻R10与运算放大器U2B的反向输入端6脚相连，运 算放大器U2B的正向输入端5脚经电阻R9接地。电阻Rll跨接在6脚和7脚之 间，输出端7脚经电阻R13与运算放大器U2C的反向输入端9脚相连，U2C的正 向输入端10脚经电阻R12接地，电阻R14跨接在运算放大器U2C的8脚和9脚 之间，运算放大器U2C的输出端8脚与运算放大器U2D的12脚相连，运算放大 器U2D的13脚和14脚连接在一起，14脚输出。
本发明的一种基于CPU的高精度的16位D/A转换电路的信号走向流程，包 括D/A输出电路的信号走向流程和D/A反馈电路的信号走向流程，其特征在于 所述的D/A输出电路的信号走向流程是根据需转换的输入数字量的大小，调 节P丽(脉冲宽度调制)信号的占空比，自CPU的P丽脚输出至D/A输出电路的 运放U1A的正向输入端3脚，通过U1A提高信号的输入阻抗后输出信号1和信 号2两路信号，信号1经R6进入U1C的反向输入端9脚，信号2经Rl进入U1B 的反向输入端6脚，将信号取反后经二极管D1、 D2整流，负向部分作为信号3 经过电阻R4输出，经过电阻R6的信号1和经过电阻R4的信号3叠加，经过叠 加的信号为仅有负向的连续的模拟量信号，进入U1C的反向输入端9脚，从8 脚输出的为信号4，信号4为正向的模拟量信号，经R8进入运算放大器U1D的 正向输入端12脚，从14脚输出经过电容C1滤波，模拟量信号5，即D/A转换 输出值；所述的D/A反馈电路的信号走向流程是信号5由U2A的3脚输入， 由1脚输出信号6，信号6经U2B的反向输入端6脚输入，U2B的输出端7脚输 出信号7，信号7经U2C的反向输入端9脚进入U2C， U2C的输出端8脚输出信 号8， U2D的13脚和14脚连接在一起，成为跟随器，信号8由U2D的12脚进 入U2D， 14脚输出。本发明以基于CPU的控制电路为核心，其AD采样脚为16位的AD采样。其 上运行着系统软件，实时接收要输出的数字量数据，数字量信号经过其转化， 从P丽脚将该信号输出到D/A输出电路，但经过D/A输出电路的精度是不高的， 通过D/A反馈电路，将输出的模拟量反馈至AD采样脚，将输出的模拟量值与预 期值进行对比，校正输出。本发明采用模糊控制算法，将反馈值不断与输出值 进行比对校正，使反馈值无限趋近于输出值，在极度接近的情况下可近似认为 输出值与反馈值相同，从而实现高精度数模转换。
与现有技术相比较，本发明的优点在于
(1) 本发明比一般的D/A转换芯片精度要高，可以实现高精度、快速的D/A 转换。
(2) 本发明提供了一种节约型的设计模式，不使用高精度的D/A转换芯片 实现高精度D/A转换，节约成本。
(3) 本发明可配置性强，可以根据需要配置D/A输出电路上的电阻值，从 而控制输出值的大小。
(4) 本发明拓展了D/A转换的思路，为集成化设计进行了初步的探索。
本发明共有附图三副，其中 图l是本发明的结构示意框图。
图2是本发明的D/A输出电路和D/A反馈电路的电路结构图。 图3是本发明的信号走向流程图。
具体实施例方式
附图1 3给出了本发明的实施例。接口电路为控制电路对外的接口部分。 控制电路包括ARM7处理器、复位电路和实时时钟器件。其中A體7处理器选用 ATMEL公司的AT91SAM7SE512，它内嵌ARM7TDMI，支持32位内部总线，512Kbytes 的内部FLASH， 32Kbytes内部的高速SRAM，有88个可编程I/O接口引脚，l个 四通道的16位的P丽控制器。有16位的AD采样脚，符合IEEE1149. 1边界扫 描标准，处理器的晶振频率为18.432M，流水线指令结构保证了访问的快速性。
D/A输出电路包括以National Semiconductor公司的LM124为核心的放大 器、跟随器和整流电路。最大lOOdB的直流电压增益，3-32V的宽电压输出范围，700uA的低电流消耗，2mV的低电压偏移，5nA的低电流偏移。D/A输出电路的 四个运算放大器的电路为自CPU的P丽脚输出至D/A输出电路的运算放大器 U1A的正向输入端3脚，反向输入端2脚与输出端1脚相连，电阻Rl跨接在运 算放大器U1A的输出端1脚与运算放大器U1B的反向输入端6脚之间，U1B的正 向输入端经电阻R2接地，二极管Dl跨接在U1B的反向输入端6脚和输出端7 脚之间，阴极接在6脚，阳极接7脚，输出端7脚与二极管D2的阴极相连，电 阻R3连在Dl的阴极和D2的阳极之间，电阻R6跨接在运算放大器U1A的输出 端1脚与运算放大器U1C的反向输入端9脚之间，电阻R7跨接在运算放大器U1C 的反向输入端9脚和输出端8脚之间，U1C的正向输入端10脚通过电阻R5接地， 电阻R4跨接在运算放大器U1C的反向输入端9脚和二极管D2的阳极之间，U1C 的正向输入端10脚通过电阻R5接地，电阻R8跨接在运算放大器U1C的输出端 8脚和输出端8脚运算放大器U1D正向输入端12脚之间，运算放大器U1D输出 端14脚经滤波电容C1接地。D/A输出电路的信号走向流程是根据需转换的输 入数字量的大小，调节P丽(脉冲宽度调制)信号的占空比，自CPU的P丽脚输 出至D/A输出电路的运放U1A的正向输入端3脚，通过U1A提高信号的输入阻 抗后输出信号1和信号2 二路信号，信号1经R6进入U1C的反向输入端9脚， 信号2经R1进入U1B的反向输入端6脚，将信号取反后经二极管D1、 D2整流， 负向部分作为信号3经过电阻R4输出，经过电阻R6的信号1和经过电阻R4的 信号3叠加，经过叠加的信号为仅有负向的连续的模拟量信号，进入U1C的反 向输入端9脚，从8脚输出的为信号4，信号4为正向的模拟量信号，经R8进 入运算放大器U1D的正向输入端12脚，从14脚输出经过电容C1滤波，模拟量 信号5，即D/A转换输出值输出。
D/A反馈电路同样是以National Semiconductor公司的LM124为核心，D/A 反馈电路的四个运算放大器由两个放大电路和两个跟随器组成，运算放大器U2A 的1脚和2脚连接在一起，1脚经电阻R10与运算放大器U2B的反向输入端6 脚相连，运算放大器U2B的正向输入端5脚经电阻R9接地。电阻R11跨接在6 脚和7脚之间，输出端7脚经电阻R13与运算放大器U2C的反向输入端9脚相 连，U2C的正向输入端10脚经电阻R12接地，电阻R14跨接在运算放大器!)2C 的8脚和9脚之间，运算放大器U2C的输出端8脚与运算放大器U2D的12脚相连，运算放大器U2D的13脚和14脚连接在一起，14脚输出。D/A反馈电路的 信号走向流程是信号5由U2A的3脚输入，由1脚输出信号6，信号6经U2B 的反向输入端6脚输入，U2B的输出端7脚输出信号7，信号7经U2C的反向输 入端9脚进入U2C， U2C的输出端8脚输出信号8， U2D的13脚和14脚连接在 一起，成为跟随器，信号8由U2D的12脚进入U2D， 14脚输出到ARM7的16位 AD采样脚，将采样值与预期输出值比较，校正输出。通过不断对AD采样值进行 分析，与输出值进行对比，校正输出与采样间的误差，直至通过AD脚接收到的 值与输出值一致，达到最大精度的输出。
利用本发明同样可以实现8位、32位等的高精度的D/A转换，其转换精度 可根据CPU的AD脚的精度来选择。
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权利要求
1、一种基于CPU的高精度的16位D/A转换电路，包括基于CPU的控制电路，接口电路、D/A输出电路和D/A反馈电路，其特征在于所述的D/A输出电路是一个LM124，包含四个运算放大器U1A，U1B，U1C，U1D；所述的D/A反馈电路是一个LM124，包含四个运算放大器U2A，U2B，U2C，U2D。
2、 根据权利要求1所述的一种基于CPU的高精度的16位D/A转换电路， 其特征在于所述的D/A输出电路的四个运算放大器的电路为自CPU的P丽脚 输出至D/A输出电路的运算放大器U1A的正向输入端3脚，反向输入端2脚与 输出端1脚相连，电阻R1跨接在运算放大器U1A的输出端1脚与运算放大器U1B 的反向输入端6脚之间，U1B的正向输入端经电阻R2接地，二极管Dl跨接在 U1B的反向输入端6脚和输出端7脚之间，阴极接在6脚，阳极接7脚，输出端 7脚与二极管D2的阴极相连，电阻R3连在D1的阴极和D2的阳极之间，电阻 R6跨接在运算放大器U1A的输出端1脚与运算放大器U1C的反向输入端9脚之 间，电阻R7跨接在运算放大器U1C的反向输入端9脚和输出端8脚之间，U1C 的正向输入端10脚通过电阻R5接地，电阻R4跨接在运算放大器U1C的反向输 入端9脚和二极管D2的阳极之间，U1C的正向输入端10脚通过电阻R5接地， 电阻R8跨接在运算放大器U1C的输出端8脚和输出端8脚运算放大器U1D正向 输入端12脚之间，运算放大器U1D输出端14脚经滤波电容Cl接地；所述的D/A 反馈电路的四个运算放大器由两个放大电路和两个跟随器组成，运算放大器U2A 的1脚和2脚连接在一起，1脚经电阻R10与运算放大器U2B的反向输入端6 脚相连，运算放大器U2B的正向输入端5脚经电阻R9接地，电阻R11跨接在6 脚和7脚之间，输出端7脚经电阻R13与运算放大器U2C的反向输入端9脚相 连，U2C的正向输入端10脚经电阻R12接地，电阻R14跨接在运算放大器U2C 的8脚和9脚之间，运算放大器U2C的输出端8脚与运算放大器U2D的12脚相 连，运算放大器U2D的13脚和14脚连接在一起，14脚输出。
3、 一种基于CRJ的高精度的16位D/A转换电路的信号走向流程，包括D/A 输出电路的信号走向流程和D/A反馈电路的信号走向流程，其特征在于所述的D/A输出电路的信号走向流程是根据需转换的输入数字量的大小，调节P丽(脉冲宽度调制)信号的占空比，自CPU的PWM脚输出至D/A输出电路的运放U1A 的正向输入端3脚，通过U1A提高信号的输入阻抗后输出信号1和信号2两路 信号，信号1经R6进入U1C的反向输入端9脚，信号2经Rl进入U1B的反向 输入端6脚，将信号取反后经二极管D1、 D2整流，负向部分作为信号3经过电 阻R4输出，经过电阻R6的信号1和经过电阻R4的信号3叠加，经过叠加的信 号为仅有负向的连续的模拟量信号，进入U1C的反向输入端9脚，从8脚输出 的为信号4，信号4为正向的模拟量信号，经R8进入运算放大器U1D的正向输 入端12脚，从14脚输出经过电容C1滤波，模拟量信号5，即D/A转换输出值； 所述的D/A反馈电路的信号走向流程是信号5由U2A的3脚输入，由1脚输 出信号6，信号6经U2B的反向输入端6脚输入，U2B的输出端7脚输出信号7， 信号7经U2C的反向输入端9脚进入U2C， U2C的输出端8脚输出信号8， U2D 的13脚和14脚连接在一起，成为跟随器，信号8由U2D的12脚进入U2D， 14 脚输出。
全文摘要
本发明公开了一种基于CPU的高精度的16位D/A转换电路，包括基于CPU的控制电路，接口电路、D/A输出电路和D/A反馈电路，D/A输出电路是一个LM124，包含的四个运算放大器U1A，U1B，U1C，U1D；所述的D/A反馈电路是一个LM124，包含的四个运算放大器U2A，U2B，U2C，U2D。本发明具有D/A转换输出功能。可广泛应用于各种需要进行数模转换输出的工业控制领域。本发明具有结构新颖、简单实用、成本低、精度高等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的D/A转换装置。
文档编号H03M1/12GK101483438SQ20091001021
公开日2009年7月15日 申请日期2009年1月19日 优先权日2009年1月19日
发明者瑞 刘, 锋 王, 王忠福, 马晨普 申请人:中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心