過(guò)程校準儀中高精度電壓源的設計

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

硬件電路搭好之后，通過(guò)單片機程序將AD8400的值設為(向AD8400的寄存器寫(xiě)數據)，然后通過(guò)算法將預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(xiě)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(gè)系統的程序流程圖，先前一直介紹的便是此過(guò)程校準儀所擁有的4個(gè)功能中的電壓輸出功能。

重寫(xiě)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的貢獻應該 是提供V1分辨率×5=0.61305×5=3.06525mV的改變量，然后通過(guò)V2來(lái)進(jìn)行細調。但是實(shí)際不可能在整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍得到恒定的 3.06525mV改變量，這點(diǎn)已經(jīng)在調試的過(guò)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(xiàn)性引起的誤差。

于是需要測量具體V1對V貢獻的電壓值，再通過(guò)V2進(jìn)行細調。如此的話(huà)需要測試整個(gè)V1的4096個(gè)值，這是現階段實(shí)現不了的(在以后如果引入 自動(dòng)測試的話(huà)或許可以進(jìn)行)也是沒(méi)有必要的。分析精調電壓V2可以進(jìn)行調節的范圍為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(gè)，能夠做到。

具體實(shí)現的方法是：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(xiě)值0、10、20、30……4080、4090，記錄 下的這些值即是對應的V1對V的貢獻值;第二步，恒定V1為0，以較大步進(jìn)例如100來(lái)改變V2的值，通過(guò)這些值計算出V2對應的平均步進(jìn)，通過(guò)修改數字 電位器來(lái)使其滿(mǎn)足0.01mV;第三步，把V1所對應的貢獻電壓值寫(xiě)入程序中;第四步，當要求輸出某個(gè)電壓時(shí)，先通過(guò)算式算出所需要的V1的值，再通過(guò)查 表得到V1對V的貢獻值，然后通過(guò)算式確定V2的值，最后對V1、V2寫(xiě)值，得到最終電壓V。

除了上述消除非線(xiàn)性誤差的方法，還使用了針對線(xiàn)性誤差的校準方式，在此不做詳細描述，簡(jiǎn)單來(lái)講是使用了單片機的IAP功能來(lái)記錄誤差然后運用算式進(jìn)行消除。

測試實(shí)驗

由于電壓輸出的動(dòng)態(tài)范圍0～12.5V，分辨率為0.1mV。因此，所包含的點(diǎn)數為125000。如此多的點(diǎn)數在測試時(shí)，不可能也無(wú)需完全測量，只需測量不同輸出段的多個(gè)點(diǎn)，來(lái)說(shuō)明系統整體的性能指標。

結語(yǔ)

觀(guān)察上表，部分的輸出電壓有0.1mV的誤差。這是由于在系統定標校準時(shí)(進(jìn)行前述的消除非線(xiàn)性與線(xiàn)性誤差的方式)，采用的是HP34401進(jìn) 行的系統定標，HP34401是五位半的萬(wàn)用表，與本系統的精度一致，因此在定標時(shí)就引入了系統誤差，而在測試實(shí)驗中依然采用的是HP34401，這就造 成了部分數據的測試誤差。若采用六位半精度以上的萬(wàn)用表進(jìn)行系統定標以及測試，相信精度以及測試結果會(huì )更好。不過(guò)如今以本人所擁有的實(shí)驗條件已經(jīng)得到了令 人滿(mǎn)意的實(shí)驗結果：即通過(guò)本文所闡述的此種方法確實(shí)能夠低成本地實(shí)現高精度直流電壓源。