過程校準(zhǔn)儀中高精度電壓源的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用單片機(jī)SST89E58RD2進(jìn)行控制，另外的功能模塊以及外圍的鍵盤輸入、液晶顯示電路在此不作詳細(xì)介紹。最終的硬件實(shí)物如圖4所示。

硬件電路搭好之后，通過單片機(jī)程序?qū)D8400的值設(shè)為(向AD8400的寄存器寫數(shù)據(jù))，然后通過算法將預(yù)輸出的電壓值分別拆分成D/A1、D/A2各自需要輸出的電壓再將值寫入LTC1590的寄存器中，便可從輸出端得到直流電壓V。

以上是整個系統(tǒng)的程序流程圖，先前一直介紹的便是此過程校準(zhǔn)儀所擁有的4個功能中的電壓輸出功能。

重寫先前的算式V=5×Vstand=(V1+V2”)×5=(V1分辨率×N+V2”分辨率×M)×5，V1相對于最終輸出電壓V的貢獻(xiàn)應(yīng)該 是提供V1分辨率×5=0.61305×5=3.06525mV的改變量，然后通過V2來進(jìn)行細(xì)調(diào)。但是實(shí)際不可能在整個動態(tài)范圍得到恒定的 3.06525mV改變量，這點(diǎn)已經(jīng)在調(diào)試的過程中得到了證實(shí)，而純粹的使用程序消除不了這種由于器件非線性引起的誤差。

于是需要測量具體V1對V貢獻(xiàn)的電壓值，再通過V2進(jìn)行細(xì)調(diào)。如此的話需要測試整個V1的4096個值，這是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)不了的(在以后如果引入 自動測試的話或許可以進(jìn)行)也是沒有必要的。分析精調(diào)電壓V2可以進(jìn)行調(diào)節(jié)的范圍為0.001×4096=40.96mV>30.6525mV，因 此V1可以以10倍的步進(jìn)進(jìn)行改變，如此需要進(jìn)行測量的值最多在409個，能夠做到。

具體實(shí)現(xiàn)的方法是：第一步，恒定V2的值為0，然后以10倍步進(jìn)改變V1，即分別給V1寫值0、10、20、30……4080、4090，記錄 下的這些值即是對應(yīng)的V1對V的貢獻(xiàn)值;第二步，恒定V1為0，以較大步進(jìn)例如100來改變V2的值，通過這些值計(jì)算出V2對應(yīng)的平均步進(jìn)，通過修改數(shù)字 電位器來使其滿足0.01mV;第三步，把V1所對應(yīng)的貢獻(xiàn)電壓值寫入程序中;第四步，當(dāng)要求輸出某個電壓時(shí)，先通過算式算出所需要的V1的值，再通過查 表得到V1對V的貢獻(xiàn)值，然后通過算式確定V2的值，最后對V1、V2寫值，得到最終電壓V。

除了上述消除非線性誤差的方法，還使用了針對線性誤差的校準(zhǔn)方式，在此不做詳細(xì)描述，簡單來講是使用了單片機(jī)的IAP功能來記錄誤差然后運(yùn)用算式進(jìn)行消除。

測試實(shí)驗(yàn)

由于電壓輸出的動態(tài)范圍0～12.5V，分辨率為0.1mV。因此，所包含的點(diǎn)數(shù)為125000。如此多的點(diǎn)數(shù)在測試時(shí)，不可能也無需完全測量，只需測量不同輸出段的多個點(diǎn)，來說明系統(tǒng)整體的性能指標(biāo)。

結(jié)語

觀察上表，部分的輸出電壓有0.1mV的誤差。這是由于在系統(tǒng)定標(biāo)校準(zhǔn)時(shí)(進(jìn)行前述的消除非線性與線性誤差的方式)，采用的是HP34401進(jìn) 行的系統(tǒng)定標(biāo)，HP34401是五位半的萬用表，與本系統(tǒng)的精度一致，因此在定標(biāo)時(shí)就引入了系統(tǒng)誤差，而在測試實(shí)驗(yàn)中依然采用的是HP34401，這就造 成了部分?jǐn)?shù)據(jù)的測試誤差。若采用六位半精度以上的萬用表進(jìn)行系統(tǒng)定標(biāo)以及測試，相信精度以及測試結(jié)果會更好。不過如今以本人所擁有的實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)得到了令 人滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：即通過本文所闡述的此種方法確實(shí)能夠低成本地實(shí)現(xiàn)高精度直流電壓源。