TMS320F2812的AD及其精度校準(zhǔn).doc

TMS320F2812內(nèi)部集成了ADC轉(zhuǎn)換模塊，該模塊具有如下的功能：112位ADC核，內(nèi)置了雙采樣保持器（S/H）；2順序采樣模式或者同步采樣模式；3模擬輸入：0V3V；4快速轉(zhuǎn)換時(shí)間運(yùn)行在25MHz，ADC時(shí)鐘，或12.5MSPS；516通道，多路選擇輸入；6自動(dòng)序列化，在單一時(shí)間段內(nèi)最大能提供16個(gè)自動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，每個(gè)轉(zhuǎn)換可編程對(duì)16個(gè)輸入通道中的任何一個(gè)進(jìn)行選擇。7序列發(fā)生器可按2個(gè)獨(dú)立的8狀態(tài)序列發(fā)生器或1個(gè)16狀態(tài)序列發(fā)生器。我們?cè)陧?xiàng)目實(shí)際研發(fā)過程中采用的AD采樣的硬件電路如下圖所示：圖1為電流信號(hào)檢測(cè)與調(diào)理電路，電壓信號(hào)的檢測(cè)與調(diào)理電路與此相類似。從電流傳感器輸出的信號(hào)CT1首先經(jīng)過了由R1、C1組成的低通濾波電路，濾除高頻干擾信號(hào)，然后通過U1構(gòu)成的電壓跟隨器，實(shí)現(xiàn)了電路前后兩級(jí)的隔離。由于2812的I/O口輸入電平必須低于3.3V，因此在芯片引腳的輸入前端加了一個(gè)穩(wěn)壓管Z1，使AD口輸入的電壓幅值不超過3V。TMS320F2812雖然有12位精度，但在實(shí)際的使用過程中，我們發(fā)現(xiàn)，ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果誤差較大，如果直接將此轉(zhuǎn)換結(jié)果用于控制回路，必然會(huì)降低控制精度，最大的轉(zhuǎn)換誤差可以達(dá)到9。那么如何來提高AD采樣的精度呢，下面列出了幾種常見的方法：1硬件角度（1）硬件濾波，濾除干擾信號(hào)；（2）電路板布線時(shí)需要注意不要讓ADCINxx引腳運(yùn)行在靠近數(shù)字信號(hào)通路的地方，這樣能使耦合到ADC輸入端的數(shù)字信號(hào)開關(guān)噪聲大大降低；（3）采用適當(dāng)?shù)母綦x技術(shù)，將ADC模塊電源引腳和數(shù)字電源隔離；（4）如果采樣電路部分是經(jīng)過多路開關(guān)切換的，可以在多路開關(guān)輸出上接下拉電阻到地；（5）采樣通道上的電容效應(yīng)也可能會(huì)導(dǎo)致AD采樣誤差，因?yàn)椴蓸油ǖ郎系牡刃щ娙菘赡苓€在保持有上一個(gè)采樣數(shù)據(jù)的數(shù)值的時(shí)候，就對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，會(huì)造成當(dāng)前數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。如果條件允許，可以在每次轉(zhuǎn)化完成后現(xiàn)將輸入切換到參考地，然后在對(duì)信號(hào)進(jìn)行下一次采樣。2軟件角度（1）多次采樣取平均值算法，最為簡(jiǎn)單；（2）數(shù)字濾波算法，例如采用中值濾波法，具體方法為：連續(xù)采樣20個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行排序之后，去掉最小的5個(gè)和最大的5個(gè)，然后取中間10個(gè)采樣數(shù)據(jù)的平均值。（3）軟件校正算法。F2812的ADC轉(zhuǎn)換精度較差的主要原因是存在增益誤差（Gain Error）和偏置誤差（Offset Error），要提高轉(zhuǎn)換精度就必須對(duì)兩種誤差進(jìn)行補(bǔ)償，下面將具體介紹這種實(shí)用的補(bǔ)償方法。理想的12位ADC應(yīng)該是沒有增益誤差和偏置誤差的，因此其轉(zhuǎn)換的計(jì)算公式為：Y=x*mi其中，x=input count=inputvoltage*4095/3.0VY=output countMi=ideal gain=1但是，實(shí)際上F2812的AD是存在增益誤差和偏置誤差的，其轉(zhuǎn)換的計(jì)算公式如式2所示：Y=x*ma+mb其中，ma=actual gainB=actualoffset（與輸入為0時(shí)相關(guān)）實(shí)際的和理想的轉(zhuǎn)換計(jì)算曲線如圖2所示：在校正的時(shí)候，首先選用ADC的任意兩個(gè)通道（例如A1,A2）作為參考輸入通道，并分別輸入已知的直流參考電壓，通過讀取相應(yīng)的結(jié)果寄存器獲取轉(zhuǎn)換值，利用兩組輸出值便可求得ADC模塊得校正增益和校正偏置，然后利用這兩個(gè)值對(duì)其他通道轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。首先，計(jì)算兩個(gè)通道得參考電壓轉(zhuǎn)換后得理想結(jié)果。在講述算法之前，我們先來看看各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系，如下圖所示：由圖可以得到各參數(shù)之間的關(guān)系如下：y = x * ma + bma = (yH yL)/(xH xL)b = yL xL*maCalGain = (xH xL)/(yH yL)CalOffset = yL * CalGain xLx = y * CalGain CalOffset給A1通道加2.5V，給A2通道加0.5V。A1input=VHigh=2.5V，則2.5*4095/3.0=3413（理想值）A2input=VLow=0.5V，則0.5*4095/3.0=683（理想值）校正C語言的算法如下：#defineHIGH_IDEAL_COUNT 3413/理想高值#defineLOW_IDEAL_COUNT 683/理想低值#define SAMPLES20/采樣次數(shù)/定義所需的各個(gè)變量Uint16Avg_HighActualCount;Uint16Avg_LowActualCount;Uint16Sum_HighActualCount;Uint16Sum_LowActualCount;Uint16 CalGain;Uint16CalOffset;Uint16HighActualCountSAMPLES;Uint16LowActualCountSAMPLES;/變量初始化Voidinitvar (void)Avg_HighActualCount=0;Avg_LowActualCount=0;Sum_HighActualCount=0;Sum_LowActualCount=0;CalGain=0;CalOffset=0;Uint16 I;For(i=0;i4;/讀采樣數(shù)據(jù)LowActualCount=AdcRegs.AdcResult24;If(i=SAMPLES)/采樣滿規(guī)定次數(shù)i=0;for(k=0;kSAMPLES;k+)Sum_HighActualCount+= HighActualCount;Sum_LowActualCount+=LowActualCount;Ave_HighActualCount= Sum_HighActualCount/SAMPLES;/多次采樣取平均值A(chǔ)ve_LowActualCount= Sum_LowActualCount/SAMPLES;CalGain = (HIGH_IDEAL_COUNT - LOW_IDEAL_COUNT)/計(jì)算增益系數(shù) / (Avg_HighActualCount - Avg_LowActualCount);CalOffset =Avg_LowActualCount*Ca