一种基于DAC芯片快速生成三角波/锯齿波的方法与流程

本发明涉及dac芯片波形生成领域，具体涉及一种基于dac芯片快速生成三角波/锯齿波的方法。

背景技术：

1、dac(数字模拟转换器)芯片能够被用于生成三角波、锯齿波，在使用dac芯片生成固定频率、固定电压范围的高精度三角波时，dac芯片连接控制器(如单片机、fpga)，先由控制器计算出每次步进的数字增量△e并根据△e计算出dac芯片每次步进时所需的实时数字量，将该实时数字量发送到dac中，由dac转换为模拟量(电压值)输出，dac循环步进，当步进次数达到最大步进次数时，结束，此时电压值达到/接近三角波、锯齿波的峰值电压，完成波形的生成。

2、实际应用时，经常出现计算得出的数字增量△e为浮点数或者生成三角波所需的总步进次数s与dac芯片的自身的步进量2n(n为dac芯片的位数)不匹配的情况。此时，控制器在计算实时数字量时需要进行浮点数计算，例如：△e＝2.3、起始数字量e1＝0；则第一次步进时的实时数字量e'1＝floor(2.3)＝2、第二次步进的实时数字量e'2＝floor(2+2.3)＝4，第三次步进时的实时数字量e'3＝floor(4+2.3)＝6……即：控制器每次均需要先进行浮点数计算，再进行向下取整运算；这样的浮点数计算方式，存在计算速度慢、效率低的问题，影响了三角波/锯齿波的波形生成速度。

3、现有方法是将三角波/锯齿波的每一个步进时的实时数字量e'i都提前计算存储起来，这种方法虽然能够加快三角波的生成，但是，当步进次数较多时，该过程会增加很多的内存消耗，比如步进1000次，就需要存储1000个实时数字量e'i；并且，该方法的灵活性差，一旦三角波/锯齿波的波形需要改变，就需要重新存储新波形对应的实时数字量e'i，不利于新波形的快速生成。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于dac芯片快速生成三角波/锯齿波的方法，本方法无需引入浮点数运算或大数据存储，具有易于实施、快速、准确的特点，适用于各类型高精度三角波、锯齿波的实时、快速生成。

2、技术方案如下：

3、一种基于dac芯片快速生成三角波/锯齿波的方法，所述dac芯片受控于控制器，所述控制器内存储有：dac芯片的位数n、能够输出的最大电压值u、每次步进的时间间隔△t；待生成波形上升沿/下降沿的起始电压值u1、结束电压值u2、电压值从u1到达u2的时间t；

4、所述控制器将u1转换为起始数字量e1、将u2、u1的差值转换为总数字量e，并计算出：dac芯片从起始电压值u1到结束电压值u2所需的总步进次数

5、计算每次步进的数字增量若e能够被s整除，则补偿间隔m和补偿值g为空，直接进行步骤二；否则，进行步骤一；

6、步骤一：将△e的数值取整，取整方式为四舍五入取整、向下取整或向上取整；

7、若s＞2n或者△e＝0：则将△t的值记为初始定值t1，令△t＝t1×k，计算新的总步进次数并基于当前s值重新计算△e且对其进行取整，若s＜2n且△e≠0，则利用当前△t、△e和s值进行步骤a；否则，将当前k值自增一，再令△t＝t1×k，计算新的总步进次数并基于当前s值重新计算△e并进行取整，直到s＜2n且δe≠0；

8、否则直接进行步骤a；

9、所述步骤a为：

10、判断△e×s与e之间的大小关系：

11、若△e×s＜e，则补偿值g取值为(0，|△e|]之间的一个正整数；

12、当δe＞0时，执行步骤b；

13、所述步骤b为：计算补偿间隔其中，ceil表示向上取整，floor表示向下取整；

14、当δe＜0时，执行步骤c；

15、所述步骤c为：计算补偿间隔其中，

16、若δe×s＞e，则补偿值g取值为[-|δe|，0)之间的一个负整数；

17、当δe＞0时，执行步骤c；

18、当δe＜0时，执行步骤b；

19、步骤二、控制器将起始数字量e1发送到dac芯片，dac芯片将其转换为起始电压值u1，从起始电压值u1开始，dac芯片按照δt等时间间隔步进，控制器按照以下方式计算出第i次步进时的实时数字量e'i，并将其发送到dac芯片：

20、e’i＝e’i-1+δe，若m和g不为空，则每间隔时间m×δt，令已经计算出的e’i加上补偿值g；其中，i＝1,2,3……s，e’i-1表示上一次的实时数字量，当i＝1时，e’i-1的取值为起始数字量e1；

21、dac芯片将接收到的e'i转换为电压值输出，当步进次数达到s后，停止步进，完成波形上升沿/下降沿的生成。

22、为了获取最小的补偿误差，优选，步骤a中，若|δe|大于1；

23、若δe×s＜e，则补偿值g分别等于(0，|δe|]之间的每一个正整数，并且，g每次等于一个正整数，均计算补偿间隔m以及补偿总量再计算补偿总量h与|δe×s-e|之间的差值绝对值δh；

24、将δh最小时对应的补偿值g、补偿间隔m存储，删除其他的补偿值g、补偿间隔m；

25、若δe×s＞e，则补偿值g分别等于[-|△e|，0)之间的每一个负整数，并且，g每次等于一个负整数，均计算补偿间隔m以及补偿总量再计算补偿总量h与|δe×s-e|之间的差值绝对值δh；

26、将δh最小时对应的补偿值g、补偿间隔m存储，删除其他的补偿值g、补偿间隔m。

27、进一步，若差值δh最小时对应的补偿值g、补偿间隔m有多组，则将g值最小的一组存储；

28、当出现δh＝0的情况时，直接存储该情况对应的补偿值g、补偿间隔m，删除其他的补偿值g、补偿间隔m，结束，无需再令g取其他数值。

29、为了更进一步减少补偿误差，优选，若s＞2n或者δe＝0：则将δt的值记为初始定值t1，令δt＝t1×k，计算新的总步进次数并基于当前s值重新计算δe且对其进行取整，若s＜2n且δe≠0：

30、则利用当前δt、δe和s值进行步骤a，基于步骤a得出补偿值g、补偿间隔m，并获取补偿总量再计算补偿总量h与|δe×s-2n|之间的差值绝对值△h；若δh小于预设阈值，则存储补偿值g、补偿间隔m；否则，将当前k值自增一，令δt＝t1×k，计算新的并基于当前s值重新计算δe且对其进行取整，利用当前δt、δe和s值再次进行步骤a，得出补偿值g、补偿间隔m，并获取补偿总量再计算补偿总量h与|δe×s-2n|之间的差值绝对值δh；直到δh小于预设阈值；

31、否则，将当前k值自增一，再令δt＝t1×k，计算新的总步进次数并基于当前s值重新计算△e且对其进行取整，直到s＜2n且△e≠0。

32、进一步，若波形中包含多个相同的上升沿/下降沿，当第一个上升沿/下降沿生成完毕，再生成其他上升沿/下降沿时，控制器直接利用已经存储的信息进行步骤二，计算实时数字量e'i并将其发送到dac芯片，dac芯片将每次步进时接收到的e'i转换为电压值输出，完成其他上升沿/下降沿的生成；

33、若波形中包含多个不相同的上升沿/下降沿，则对不相同的上升沿/下降沿分别处理；

34、若波形中包含对称的上升沿和下降沿，则生成其中一半上升沿/下降沿后，再生成另一半时，控制器将u2转换为起始数字量，将△e和g的值取反，再直接进行步骤二，计算实时数字量e'i并将其发送到dac芯片，dac芯片将每次步进时接收到的e'i转换为电压值输出，完成另一半上升沿/下降沿的生成。

35、进一步，所述控制器将u1转换为起始数字量e1的方式为：

36、计算并对结果进行取整运算，令取整后的数值等于起始数字量e1，其中，取整方式为四舍五入取整、向下取整或向上取整；

37、将u2、u1的差值转换为总数字量e的方式为：

38、计算并对结果进行取整运算，令取整后的数值等于总数字量e，该取整方式与计算起始数字量e1时的取整方式相同。

39、本发明系统及方法具有以下特点：

40、本方法控制器将步进的数字量取整，dac每次步进时，控制器无需进行浮点数运算而是采用整数数字增量计算实时数字量，计算效率高，加快了三角波/锯齿波的生成速度；在步进的过程中设置了补偿间隔m和补偿值g，对步进时的累计误差进行了有效的补偿，使得三角波/锯齿波的波形形貌(斜率和幅值)接近于预设波形形貌，保障了三角波/锯齿波的生成精度。

41、本方法既能够保障三角波/锯齿波的生成精度，又能够提升生成速度，具有易于实施、快速、准确的特点，适用于各类型高精度三角波、锯齿波的快速生成。