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一种提高DSP的ADC精度的方法

 摘 要:数字信号处理器ts320f2812的片上ad模块的转化结果往往存在较大误差,最大误差甚至会高达9%,如果这样直接在实际工程中应用ad,必然造成控制精度降低。对此提出了一种改进的校正方法,即用最小二乘和一元线性回归的思想,精确拟合出ad的输入/输出特性曲线,并以此作为校正的基准在dsp上进行了验证,实验表明,此方法可以将误差提高到1%以内,适合于对控制要求较高的场合。关键词:ad; 控制精度; 最小二乘; 线性回归
    
  ethd f iprving the ad preisin f dsp
  he ping, ang ji-kun, yue hang-jin
  (departent f ntrl siene and engineering, harbin institute f tehnlgy, harbin 150001, hina)
  abstrat: the nversin results f n abard a/d dule f digital signal pressr ts320f2812 usually ntain great errrs, the axiu errr an reah at 9%. the ntrl preisin ust be delined hen diretly applying these results in prjets. therefre, an iprved ethd hih uses the thery f least square and line regressin t gain preise fitted regressin line f the input and utput f ad, this ethd is verified n dsp. the experiental results prve that the errr is redued t bel 1% and this ethd is suitable fr appliatin f high auray.
  keyrds: ad; preisin; least square; line regressin
  
  0 引 言
  ti公司的2000系列dsp以其出色的性能、丰富的片上外设在工业自动化、电机控制、工业生产领域得到广泛应用[1]。ts320f2812是2000系列中性能出色的一个,f2812片上集成了12位16通道的数/模转化器,理论上精度可以达到0.1%以上。但实际上由于增益误差(<5%)和偏移误差(<2%)的存在,使得精度只能在5%左右,所以必须对ad进行校正[2]。
  传统的对于ad的校正方法是在两路通道输入已知标准电压,根据两点确定一条直线的原理,确定出ad转换的曲线,并以此校正转化值[3]。但由于在校正过程中存在偶然因素的影响,使得这种校正方法精度只能达到3%左右。对此,提出了利用最小二乘法和线性回归的思想进行校正的方法,通过对多个测量点的分析计算,找出最佳的拟合曲线,使得总体的均方误差最小。
  最小二乘法是高斯于1809年提出的,在多学科领域中获得广泛应用的数据处理方法[4]。用最小二乘法估测未知参数,可以有效消除测量中粗大误差和系统误差的影响[5-6]。回归分析是英国统计学家高尔顿在1889年首先提出的[7]。一元线性回归是利用数理统计中的回归分析,来确定两种或两种以上变数间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法之一,运用十分广泛[8-9]。一般来说,线性回归都可以通过最小二乘法求出其方程,可以计算出对于y=bx+a的直线[10]。
  1 校正原理与实现方案
  dsp的ad模块的输入、输出是线性关系,理想情况下,输入输出方程应该是y=x。但实际上,ad模块是存在增益误差和偏移误差的,其中增益误差是实际曲线斜率和理想曲线斜率之间的偏差,偏移误差是0 v输入时实际输出值与理想输出值(0 v)之间的偏差。f2812的ad模拟输入电压为0~3 v,输出为0~4 095,模拟输入与数字输出之间的对应关系为:数字输出值=4 095×(模拟输入值-参考电压值)/3.0 ad模块输入/输出特性曲线如图1所示。
  f2812的ad共有输入通道16个,由于通道之间的误差会在±0.2%以内,所以可以任选其中的6路通道作为校正输入端,并分别输入6个不相等的标准直流参考电压。通过在程序中定义结构体变量读取转化后的值,得到6组输入/输出平面上的坐标点。然后利用最小二乘和一元线性回归思想处理数据,求出的拟合最佳曲线,使得各个坐标点到该最佳曲线的距离的平方和(残差平方和)最小。
  图1 ad输入/输出曲线
  ^2 最小二乘法和一元线性回归
  2.1 最小二乘原理

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一种提高DSP的ADC精度的方法

摘 要:数字信号处理器ts320f2812的片上ad模块的转化结果往往存在较大误差,最大误差甚至会高达9%,如果这样直接在实际工程中应用ad,必然造成控制精度降低。对此提出了一种改进的校正方法,即用最小二乘和一元线性回归的思想,精确拟合出ad的输入/输出特性曲
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