专利名称：模数转换和数模转换自校准方法和应用该方法的控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及模数转换和数模转换技术领域，尤其涉及模数转换和数模转换自校准方法和应用该方法的控制系统。
背景技术：
现有控制系统中，有一种同时具有模数转换模块(ADC)和数模转换模块(DAC) 的控制系统，如图1所示，该系统包括处理器101、数模转换模块(DAC) 102、模数转换模块 (ADC) 103、被控设备104。该系统的工作过程如下处理器101将数字量控制信号Datal传送给DAC102，DAC102在处理器的控制下将Datal转换为模拟量输出信号Uil，并输出到被控设备104，以控制被控设备；ADC103在处理器101的控制下采集被控设备104反馈的模拟量Ui2，将其转化为数字量反馈信号Data2传送给处理器101，处理器101根据Data2及内置的算法进行一系列数据处理，得到控制效果更好的新的数字量控制信号Datal，实现对外部设备的闭环控制。为了消除上述系统的闭环控制误差，提高控制精度，需要对系统进行校准，其中主要是对DAC和ADC的校准。现有技术采用的校准方法为分别对DAC和ADC单独校准。首先对DAC进行校准处理器依次按照预设的采集点对Datal进行取点并输入DAC，利用示波器或相关高精度测量仪器测量DAC的模拟量输出信号Uil，并将Uil作为实际输出值进行记录；根据DAC的参考电压toef 1和最大输入值D1，利用DAC转换公式Dl/toef 1 = Datal/Uil',计算出每个预设的采集点对应的理论输出值Uil，；将Uil和Uil，进行对比及相应的拟合处理，修正DAC的控制输出Uil以达到需要的要求。然后对ADC进行校准外部信号源向ADC输入模拟电压信号Ui2，处理器根据预设的采集点对Ui2进行取点，读取并记录每个预设的采集点对应的数字量输出值(即实际输出值)Data2 ；根据ADC的参考电压和最大输出值D2，利用ADC 转换公式toef2/D2 = Ui2/Data2',计算出每个预设的采集点对应的理论输出值Data2’ ；将对应的Data2’和Data2进行对比及相应的数据处理，根据数据处理结果修正ADC的转换输入Ui2以达到需要的要求。上述校准方法中，数据记录及数据处理均由人工操作完成，导致其工作量大、效率低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了模数转换和数模转换自校准方法和应用该方法的控制系统，以解决现有技术存在的工作量大、效率低的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案—种模数转换和数模转换自校准方法，基于一种控制系统，所述系统包括处理器、 数模转换模块DAC、模数转换模块ADC、被控设备和选择开关；其中，所述处理器的输出端与所述DAC的输入端连接，所述控制器的输入端与所述ADC 的输出端连接；
所述选择开关用于改变所述DAC、ADC和被控设备之间的连接状态，使所述系统处于校准模式或控制模式；其中，所述选择开关的第一端口与所述DAC的输出端连接，所述选择开关的第二端口与所述ADC输入端连接，所述选择开关的第三端口与所述被控设备的输入端连接，所述选择开关的第四端口与所述被控设备的输出端连接； 当所述第一端口与所述第二端口连接，所述第一端口与所述第三端口断开，且所述第二端口与所述第四端口断开时，所述系统处于校准模式；当所述第一端口与所述第二端口断开，且所述第一端口与所述第三端口连接，且所述第二端口与所述第四端口连接时， 所述系统处于控制模式；所述方法包括步骤所述系统上电，控制所述选择开关，使所述系统处于校准模式；所述处理器将数字量输入信号输入到所述DAC，并控制所述DAC和ADC依次执行信号转换，由ADC输出实际数字量输出信号；所述处理器采集并对应记录所述数字量输入信号和实际数字量输出信号；所述处理器根据所述数字量输入信号、所述DAC的参考电压和所述ADC的参考电压，计算得出理论数字量输出信号；所述处理器对所述数字量输入信号、实际数字量输出信号和理论数字量输出信号进行分析，得出所述ADC和DAC的修正参数；所述处理器根据所述修正参数对所述ADC和DAC进行修正。优选地，所述处理器根据所述修正参数对所述ADC和DAC进行修正之后还包括控制所述选择开关，使所述系统处于控制模式。优选地，所述控制所述选择开关包括通过所述处理器自动控制所述选择开关。优选地，所述控制所述选择开关包括手动控制所述选择开关。优选地，所述数字量输入信号包括所述处理器预先设置的数字量输入信号。一种控制系统，包括被控设备、数模转换模块DAC、模数转换模块ADC、处理器和选择开关；其中，所述处理器的输出端与所述DAC的输入端连接，所述控制器的输入端与所述ADC 的输出端连接；所述选择开关用于改变所述DAC、ADC和被控设备之间的连接状态，使所述系统处于校准模式或控制模式；其中，所述选择开关的第一端口与所述DAC的输出端连接，所述选择开关的第二端口与所述ADC输入端连接，所述选择开关的第三端口与所述被控设备的输入端连接，所述选择开关的第四端口与所述被控设备的输出端连接；当所述第一端口与所述第二端口连接，所述第一端口与所述第三端口断开，且所述第二端口与所述第四端口断开时，所述系统处于校准模式；当所述第一端口与所述第二端口断开，且所述第一端口与所述第三端口连接，且所述第二端口与所述第四端口连接时， 所述系统处于控制模式；优选地，所述选择开关包括在所述处理器的控制下实现校准模式和控制模式之间切换的切换开关。
优选地，所述选择开关包括通过手动操作实现校准模式和控制模式之间切换的拨动开关。从上述的技术方案可以看出，本发明提供的模数转换和数模转换自校准方法，利用选择开关将控制系统设置为校准模式，即DAC的模拟量输出端仅仅与ADC的模拟量输入端直接连接，使DAC的模拟量输出信号Uil作为ADC的模拟量输入信号Ui2，并与处理器共同组成回路；在处理器的控制下，数字量输入信号Datal依次经过DAC和ADC转换得到实际输出值Data2，处理器采集并记录Datal和Data2的值，根据Datal、DAC的参考电压toefl 和ADC的参考电压Uref2计算理论输出值Data2’，通过对Datal、Data2和Data2’进行比较分析得出修正参数值，并按所述修正参数对DAC和ADC进行修正。上述自校准方法中，对 DAC和ADC的转换控制以及Datal、Data2、Data2，等数据的记录和处理，全部由处理器完成， 不需借助示波器等设备、不需要操作人员的介入，从而减少了操作人员的工作量，提高了对系统校准的工作效率。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中同时具有DAC和ADC的控制系统的原理图；图2为本发明实施例提供的模数转化和数模转换自校准方法的方法流程图；图3为本发明实施例提供的应用图2所示自校准方法的控制系统原理图；图4为本发明实施例提供的应用图2所示自校准方法的另一控制系统原理图；图5为本发明实施例提供的应用图2所示自校准方法的另一控制系统原理图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例提供了一种模数转换和数模转换自校准方法，该方法应用于一种控制系统，参照图3，上述系统包括处理器101、数模转换模块DAC102、模数转换模块ADC103、 被控设备104和选择开关105 ；其中，处理器101的数字信号输出端与DAC102的输入端连接，控制器101的输入端与 ADC103的输出端连接；选择开关105用于改变DAC102、ADC103和被控设备104之间的连接状态，使系统处于校准模式或控制模式；其中，上述选择开关105的第一端口与DAC102的输出端连接，选择开关105的第二端口与AD103C输入端连接，选择开关105的第三端口与被控设备104的输入端连接，选择开关 105的第四端口与被控设备104的输出端连接；
当选择开关105的第一端口与选择开关105的第二端口连接，且选择开关105的第一端口与选择开关105的第三端口断开，且选择开关105的第二端口与选择开关105的第四端口断开时，系统处于校准模式；当选择开关105的第一端口与选择开关105的第二端口断开，且选择开关105的第一端口与选择开关105的第三端口连接，且选择开关105的第二端口与选择开关105的第四端口连接时，系统处于控制模式。参照图2、图3，本发明实施例提供的模数转换和数模转换自校准方法至少包括步骤Sl 系统上电，控制选择开关105，使上述系统处于校准模式；由上述选择开关105各端口的连接关系可知，在校准模式下，DAC102的模拟量输出信号Uil不输入被控设备104，而是作为Ui2直接输入ADC103。S2 处理器101将数字量输入信号输入到DAC102，并控制所述DAC和ADC依次执
行信号转换，由ADC输出实际数字量输出信号；处理器将用于校准的数字量输入信号Datal输入DAC102，并向DAC102发送控制信号BUSl，控制DAC102将数字量输入信号Datal转换为相应的模拟量输出信号Uil输出，并将Uil作为ADC103的模拟量输入信号Ui2输入ADC103 ；处理器101向ADC103发送控制信号BUS2，控制ADC103将模拟量信号Ui2转换为
数字量信号，即实际数字量输出信号Data2。S3 处理器101采集并对应记录数字量输入信号Datal和实际数字量输出信号 Data2 ；S4 处理器101根据数字量输入信号Datal、DAC的参考电压toef 1和ADC的参考电压toef2，计算得出理论数字量输出信号Data2，；已知，DAC的转换公式为Dl/Urefl = Datal/Uil, ADC的转换公式为Uref2/D2 = Ui2/Data2 (Dl为DAC的最大输入值，D2为ADC的最大输出值，Dl、D2作为DAC和ADC的基本参数已知)，DAC与ADC的参考电压关系为toefl = KWref2，校准模式下Uil =Ui2，故可由处理器计算得到数字量输入信号Datal对应的理论输出值Data2，= Datal*K*D2/Dl。S5 处理器101对数字量输入信号Datal、实际数字量输出信号Data2和理论数字量输出信号Data2，进行分析，得出ADC103和DAC102的修正参数；S6 处理器101根据上述修正参数对ADC103和DAC102进行修正。需要说明的是，对上述步骤采用Sl S6进行标号并不严格限定本方法实施例的执行顺序，而只是一种优选顺序，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的其他执行顺序的实施例，都属于本发明的保护范围。从上述方法得知，本发明实施例提供的模数转换和数模转换自校准方法，利用选择开关将控制系统设置为校准模式，即DAC的模拟量输出信号Uil作为ADC的模拟量输入信号Ui2，并与处理器共同组成回路；在处理器的控制下，Datal依次经过DAC和ADC转换得到实际输出值Data2，处理器采集并记录Datal和Data2的值，根据Datal、K(或toefl和 Uref2)计算理论输出值Data2，，通过对Datal、Data2和Data2，进行比较分析得出修正参数值，并按所述修正参数对DAC和ADC进行修正。上述自校准方法中，对DAC和ADC的转换控制以及Datal、Data2、Data2，等数据的记录和处理，全部由处理器完成，不需借助示波器等设备、不需要操作人员的介入，从而减少了操作人员的工作量，提高了对系统校准的工作效率。另外，本发明实施例提供的自校准方法，将DAC的模拟量输出信号作为ADC的模拟量输入信号，处理器、DAC和ADC组成一个校准回路，从而实现了对DAC和ADC的整体校准。 相对于现有的单一校准方式，本发明实施例不仅能快速、方便的完成校准，大大提高工作效率，同时避免了单一校准方式中对数据进行的理想化处理，从而减小了校准误差，提高了校准精度。传统校准方式中为减少工作量，往往对同一型号或批次的芯片采用相同的修正参数进行修正，从而引入了 DAC或ADC芯片的自身误差，降低了校准精度。而本发明实施例提供的自校准方法同时能快速、方便的对系统正在使用的DAC和ADC进行校准，从而可在几乎不增加工作量的前提下，针对系统当前应用的每个ADC、DAC进行整体校准，提高了校准精度。在本发明其他实施例中，上述实施例步骤S6之后还包括步骤控制选择开关，使系统处于控制模式。校准工作完成后，可通过选择开关105将系统调至控制模式，即被控设备104串接于DAC102的输出端与ADC103的输入端之间，DAC102的模拟量输出信号Uil不再直接作为 Ui2输入ADC103，而是作为Ui3输入被控设备，控制被控设备104的运行；Ui3经被控设备作用后转换为Ui4输出，并作为Ui2输入ADC103。可见，选择开关105实现了系统在校准模式和控制模式之间的灵活切换。在本发明其他实施例中，上述所有实施例所述的控制选择开关，包括通过处理器自动控制或手动控制选择开关105。在本发明上述所有实施例中，步骤S2中所述的数字量输入信号，具体包括根据 DAC102和ADC103的控制范围，预先在处理器101内设置的用于校准的数字量信号。另外，本发明实施例还提供了一种控制系统，该系统可应用上述方法实现系统的自校准。参见图3，上述系统包括被控设备104、数模转换模块DAC102、模数转换模块 ADC103、处理器101和选择开关105 ；其中，处理器101的数字信号输出端与DAC102的输入端连接，控制器101的输入端与 ADC103的输出端连接；选择开关105用于改变DAC102、ADC103和被控设备104之间的连接状态，使系统处于校准模式或控制模式；其中，上述选择开关105的第一端口与DAC102的输出端连接，选择开关105的第二端口与AD103C输入端连接，选择开关105的第三端口与被控设备104的输入端连接，选择开关 105的第四端口与被控设备104的输出端连接；当选择开关105的第一端口与选择开关105的第二端口连接，且选择开关105的第一端口与选择开关105的第三端口断开，且选择开关105的第二端口与选择开关105的第四端口断开时，系统处于校准模式；当选择开关105的第一端口与选择开关105的第二端口断开，且选择开关105的第一端口与选择开关105的第三端口连接，且选择开关105的第二端口与选择开关105的第四端口连接时，系统处于控制模式。如图4所示，选择开关105选用通过处理器的控制信号BUS3实现对系统在校准模式和控制模式之间切换的切换开关10fe。如图5所示，在本发明其他实施例中，上述实施例中所述的选择开关的功能还可用通过手动操作实现对系统在校准模式和控制模式之间切换的拨动开关10 实现。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种模数转换和数模转换自校准方法，其特征在于，基于一种控制系统，所述系统包括处理器、数模转换模块DAC、模数转换模块ADC、被控设备和选择开关；其中，所述处理器的输出端与所述DAC的输入端连接，所述控制器的输入端与所述ADC的输出端连接；所述选择开关用于改变所述DAC、ADC和被控设备之间的连接状态，使所述系统处于校准模式或控制模式；其中，所述选择开关的第一端口与所述DAC的输出端连接，所述选择开关的第二端口与所述 ADC输入端连接，所述选择开关的第三端口与所述被控设备的输入端连接，所述选择开关的第四端口与所述被控设备的输出端连接；当所述第一端口与所述第二端口连接，所述第一端口与所述第三端口断开，且所述第二端口与所述第四端口断开时，所述系统处于校准模式；当所述第一端口与所述第二端口断开，且所述第一端口与所述第三端口连接，且所述第二端口与所述第四端口连接时，所述系统处于控制模式； 所述方法包括步骤所述系统上电，控制所述选择开关，使所述系统处于校准模式； 所述处理器将数字量输入信号输入到所述DAC，并控制所述DAC和ADC依次执行信号转换，由ADC输出实际数字量输出信号；所述处理器采集并对应记录所述数字量输入信号和实际数字量输出信号； 所述处理器根据所述数字量输入信号、所述DAC的参考电压和所述ADC的参考电压，计算得出理论数字量输出信号；所述处理器对所述数字量输入信号、实际数字量输出信号和理论数字量输出信号进行分析，得出所述ADC和DAC的修正参数；所述处理器根据所述修正参数对所述ADC和DAC进行修正。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理器根据所述修正参数对所述ADC 和DAC进行修正之后还包括控制所述选择开关，使所述系统处于控制模式。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制所述选择开关包括通过所述处理器自动控制所述选择开关。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制所述选择开关包括手动控制所述选择开关。
5.根据权利要求1 4任一项所述的方法，其特征在于，所述数字量输入信号包括所述处理器预先设置的数字量输入信号。
6.一种控制系统，其特征在于，包括被控设备、数模转换模块DAC、模数转换模块ADC、 处理器和选择开关；其中，所述处理器的输出端与所述DAC的输入端连接，所述控制器的输入端与所述ADC的输出端连接；所述选择开关用于改变所述DAC、ADC和被控设备之间的连接状态，使所述系统处于校准模式或控制模式；其中，所述选择开关的第一端口与所述DAC的输出端连接，所述选择开关的第二端口与所述 ADC输入端连接，所述选择开关的第三端口与所述被控设备的输入端连接，所述选择开关的第四端口与所述被控设备的输出端连接；当所述第一端口与所述第二端口连接，所述第一端口与所述第三端口断开，且所述第二端口与所述第四端口断开时，所述系统处于校准模式；当所述第一端口与所述第二端口断开，且所述第一端口与所述第三端口连接，且所述第二端口与所述第四端口连接时，所述系统处于控制模式。
7.根据权利要求6所述系统，其特征在于，所述选择开关包括在所述处理器的控制下实现校准模式和控制模式之间切换的切换开关。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述选择开关包括通过手动操作实现校准模式和控制模式之间切换的拨动开关。
全文摘要
本发明实施例公开了模数转换和数模转换自校准方法和应用该方法的控制系统，以解决现有校准方法存在的工作量大、效率低问题。所述系统包括处理器、DAC、ADC、被控设备和选择开关；所述方法包括所述系统上电，控制选择开关，使系统处于校准模式；处理器将数字量输入信号输入到DAC，并控制DAC和ADC依次执行信号转换，由ADC输出实际数字量输出信号；处理器采集并对应记录所述数字量输入信号和实际数字量输出信号；处理器根据所述数字量输入信号、DAC的参考电压和ADC的参考电压，计算得出理论数字量输出信号；处理器对数字量输入信号、实际数字量输出信号和理论数字量输出信号进行分析，得出ADC和DAC的修正参数；处理器根据所述修正参数对ADC和DAC进行修正。
文档编号H03M1/10GK102571089SQ201110460350
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者徐汪洋 申请人:北京雪迪龙科技股份有限公司