過程校準儀中高精度電壓源的設計

系統(tǒng)采用單片機SST89E58RD2進行控制，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介紹。最終的硬件實物如圖4所示。

硬件電路搭好之后，通過單片機程序將AD8400的值設為(向AD8400的寄存器寫數(shù)據(jù))，然后通過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的貢獻應該 是提供V1分辨率×5=0.61305×5=3.06525mV的改變量，然后通過V2來進行細調。但是實際不可能在整個動態(tài)范圍得到恒定的 3.06525mV改變量，這點已經在調試的過程中得到了證實，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貢獻的電壓值，再通過V2進行細調。如此的話需要測試整個V1的4096個值，這是現(xiàn)階段實現(xiàn)不了的(在以后如果引入 自動測試的話或許可以進行)也是沒有必要的。分析精調電壓V2可以進行調節(jié)的范圍為0.001×4096=40.96mV>30.6525mV，因 此V1可以以10倍的步進進行改變，如此需要進行測量的值最多在409個，能夠做到。

具體實現(xiàn)的方法是：第一步，恒定V2的值為0，然后以10倍步進改變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的V1對V的貢獻值;第二步，恒定V1為0，以較大步進例如100來改變V2的值，通過這些值計算出V2對應的平均步進，通過修改數(shù)字 電位器來使其滿足0.01mV;第三步，把V1所對應的貢獻電壓值寫入程序中;第四步，當要求輸出某個電壓時，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方式，在此不做詳細描述，簡單來講是使用了單片機的IAP功能來記錄誤差然后運用算式進行消除。

測試實驗

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

結語

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)定標校準時(進行前述的消除非線性與線性誤差的方式)，采用的是HP34401進 行的系統(tǒng)定標，HP34401是五位半的萬用表，與本系統(tǒng)的精度一致，因此在定標時就引入了系統(tǒng)誤差，而在測試實驗中依然采用的是HP34401，這就造 成了部分數(shù)據(jù)的測試誤差。若采用六位半精度以上的萬用表進行系統(tǒng)定標以及測試，相信精度以及測試結果會更好。不過如今以本人所擁有的實驗條件已經得到了令 人滿意的實驗結果：即通過本文所闡述的此種方法確實能夠低成本地實現(xiàn)高精度直流電壓源。