一种基于软件的ADC自动校准方法与流程

本发明涉及模数转换器技术，特别涉及一种基于软件的adc自动校准方法。

背景技术：

随着科学技术的发展，模数转换器(analogtodigitalconverter，adc)得到了非常广泛的应用，在无线通信、数字化仪表、医学成像、高清电视等领域中有着巨大的应用前景。自然界中的大部分信号都以模拟信号的形式存在，adc作为连接模拟世界与数字世界的桥梁，承担着把模拟信号尽可能精确、快速地转换成相应数字信号的重任，是信号处理系统是否成功的关键因素。

典型的adc将模拟信号转换为一定比例电压值的数字信号。理想的adc转换模型是一个线性函数，实际应用中模拟信号在进行转换adc前，会经过信号调理电路、隔离运算放大器等处理，从而引入误差。激光修调是早期使用的adc校准技术，但这种技术具有破坏性，无法逆转第一次校准所造成的伤害，具有一定的局限性，故而近年来逐渐被各种自校准技术所取代。自校准技术通过adc系统自身检测误差进行补偿，按所需的电路类型又可分为模拟校准和数字校准。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于软件的adc自动校准方法，用于解决上述现有技术的问题。

本发明一种基于软件的adc自动校准方法，其中，包括：设经adc采集系统输出的电压值为测量值x，由程控精密标准源输出的电压值为基准值y，基准值＝a*测量值+b，表示为y＝a*x+b；步骤1，设置外部输入的基准电压y1，采集次数m；步骤2，从程控精密标准源输出电压y1到adc采集系统；步骤3，进行m次采集操作，将采集结果排序后去掉最大值和最小值取平均值x1，作为基准电压值y1的测量值；步骤4，设置外部输入的基准电压y2，采集次数n；步骤5，从程控精密标准源输出电压y2到adc采集系统；步骤6，进行n次采集操作，将采集结果排序后去掉最大值和最小值取平均值x2，作为基准电压值y2的测量值；步骤7，通过方程组y1＝a*x1+b和y2＝a*x2+b计算校准系数a＝(y1-y2)/(x1-x2)，b＝y1-(y1-y2)/(x1-x2)*x1；步骤8，从程控精密标准源输出其他电压值y3，读取采集到的电压x3，通过公式y＝a*x+b进行补偿误差，如误差较大，重新执行步骤1-7进行调整，直到误差可接受，执行步骤9；步骤9，对adc的每个通道都按照步骤1-8进行校准。

根据本发明的基于软件的adc自动校准方法的一实施例，其中，校准完成后更新预置的校准参数文件。

根据本发明的基于软件的adc自动校准方法的一实施例，其中，adc采集系统内部电路包含电缆和连接器、信号调理电路、隔离运算放大器以及adc芯片。

本发明的基于软件的adc自动校准方法，在不修改硬件的前提下，可以随时利用软件的方法对adc进行校准，并针对应用场合，灵活调整校准区域，做到分段校准。

附图说明

图1所示为系统连接示意图；

图2所示为基于软件的adc自动校准方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1所示为系统连接示意图，图2所示为基于软件的adc自动校准方法流程图，如图1以及图2所示，

本发明包括程控精密标准源和adc采集系统，程控精密标准源的作用是输出基准电压，也可用搭载高精度数模转换器(digitaltoanalogconverter，dac)的工控机替代；adc采集系统包含电缆和连接器、信号调理电路、隔离运算放大器、adc芯片。外部基准电压经过信号调理电路进行分压处理，使adc转换前的电压能够满足芯片的输入电压范围。

如图1以及图2所示，本发明一种基于软件的adc自动校准方法，包括：

约定经adc采集系统输出的电压值为测量值x，由程控精密标准源输出的电压值为基准值y，在一定范围内，二者符合线性规律，基准值＝a*测量值+b，用数学公式表示为y＝a*x+b；

所述adc校准方法包含以下步骤：

步骤1，在adc采集系统上运行校准程序，设置外部输入的基准电压y1，采集次数m；

步骤2，从程控精密标准源输出电压y1到adc采集系统；

步骤3，校准程序执行m次采集操作，将采集结果排序后去掉最大值和最小值取平均值x1，作为基准电压值y1的测量值；

步骤4，校准程序设置外部输入的基准电压y2，采集次数n；

步骤5，从程控精密标准源输出电压y2到adc采集系统；

步骤6，校准程序执行n次采集操作，将采集结果排序后去掉最大值和最小值取平均值x2，作为基准电压值y2的测量值；

步骤7，通过方程组y1＝a*x1+b和y2＝a*x2+b计算校准系数a＝(y1-y2)/(x1-x2)，b＝y1-(y1-y2)/(x1-x2)*x1；

步骤8，从程控精密标准源输出其他电压值，采集到电压后利用校准参数补偿误差，如误差较大，重新执行步骤1-7进行调整，直到误差可接受；

步骤9，对adc的每个通道都按照以上步骤进行校准，校准完成后更新预置的校准参数文件。

如图1以及图2所示，采用本发明的方法给出一个adc通道的校准结果：

程控精密标准源分别输出10.001v、20.001v电压，各采集10次，计算平均值前扔掉每组的最大值和最小值。得到的原始数据及平均值见表1。

表1原始采集测试数据

计算得到校准参数a＝0.989775,b＝0.202468。校准后的数据见表2。

表2校准后数据

比较表1和表2可见，使用本发明方法校准后误差降低，尤其在基准电压为10.001v时效果明显。为提高20.001v附近的转换精度，可以在该电压值附近增加基准电压，进行分段采样。

本发明使用程控精密标准源为adc采集系统供电，adc采集系统内部电路包含电缆和连接器、信号调理电路、隔离运算放大器以及adc芯片。本发明的adc采集系统上电后会自动开始转换，本实例采用的adc芯片完成一次转换所需的时间在10us以内。本发明进行校准时，由程控精密标准源分别输出两组基准电压y1,y2，校准程序对每组电压进行多次采集后计算平均值x1,x2作为测量值，然后利用方程组y1＝a*x1+b和y2＝a*x2+b计算参数a和b。从程控精密标准源再输出几组其他电压值作为基准，采集到原始值后通过公式进行误差补偿，判断之前计算的校准参数是否可用。如果可用，更新系统里的校准参数文件，否则重新进行校准，直至误差满足要求；校准完成后，用户程序通过ad驱动接口获取转换值，驱动程序内部会自动读取校准参数文件进行误差补偿。

综上所述，本发明采用的技术方案设计简单、操作方便，可以灵活设置输入的基准电压值，约定采集次数以及计算平均值时舍弃的极值个数，从而提高了校准精度。在整个过程中，不需要对硬件电路进行修改或重新烧写程序，降低了操作难度，便于工作人员校准adc设备。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。