廉價隔離型高精度D/A轉(zhuǎn)換器

在自動化儀表，電動組合儀表II型輸出0～10mA的電流，III型輸出4～20mA的電流。本文介紹的電路可以作為0～20mA的恒流源輸出，因此適用性較廣，可為各種儀器儀表輸出標(biāo)準(zhǔn)電流，或者進(jìn)行長距離的信號傳輸。本電路具有串行接口，易于構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)測量和控制。同時應(yīng)用光電隔離使本電路與輸出電路隔離，從而解決了測量設(shè)備的共地問題，保證了測量設(shè)備的安全。另外，利用單片機(jī)便于計算和控制的特點，對輸出電流進(jìn)行軟件校正，最后輸出電流精度達(dá)到± 0.1%。

1 電路原理

該電路通過擴(kuò)展鍵盤/顯示器可任意設(shè)置輸出電流值（0.00～20.00mA），精度達(dá)到±0.1%；通過串行口，采用PC機(jī)控制輸出電流的大小，并且在PC機(jī)上同步顯示輸出的電流值。具體電路原理如圖1所示。

（1）脈寬調(diào)制波（PWM）的產(chǎn)生

啟動單片機(jī)的定時器T0和T1，設(shè)定時器T0和T1工作于16位定時器方式，利用中斷實現(xiàn)PWM輸出（設(shè)定1個脈沖對應(yīng)0.01mA）。

定時器T0中預(yù)置數(shù)據(jù)――PWM的脈寬數(shù)據(jù)的補(bǔ)碼。

定時器T1中預(yù)置數(shù)據(jù)――PWM的周期數(shù)據(jù)的補(bǔ)碼。

中斷子程序如下：

TT0：CLR TR0

CLR P3.4

MOV TL0，#DATA_L ；輸入數(shù)據(jù)低八位

MOV TH0，#DATA_H ；輸入數(shù)據(jù)高八位

RETI

TT1：CLR TR1

SETB P3.4

MOV TL1，PWM_TL

MOV TH1，PWM_TH；置周期

SETB TR1

SETB TR0

RET1

采用定時器定時和定時器中斷服務(wù)子程序共同完成脈寬制波（PWM）的產(chǎn)生。

脈寬調(diào)制波形如圖2所示。

（2）光電隔離及RC電路

采用光電耦合器U4，使MCU電路與輸出相隔離。欲使輸出電流精度較高，一般應(yīng)采用開關(guān)速度較快的光電隔離器，如6N135、6N137等。在光電隔離后，對PWM信號采用雙RC電路（R5，R6及C7，C8）來獲取直流電壓分量。

（3）電壓/電流轉(zhuǎn)換電路

如圖1所示，在a點處得到0～5V的直流電壓，作為運放的正向輸入信號。圖1中的運放構(gòu)成一個跟隨器，NPN型三極管G1、G2構(gòu)成電流放大器。根據(jù)運算放大器的有關(guān)特性，有Ua=UR10，Iout=Ua/R10。本電路要求R10是精密電阻，則流過R10的電流大小與Ua點的電壓成正比。Ua是a點電壓，UR10是R10兩端電壓，Iout是輸出電流。

（4）微機(jī)通信

本系統(tǒng)中設(shè)計了ICL232串口芯片，完成TTL電平與串口電平之間的轉(zhuǎn)換，這樣單片機(jī)與PC機(jī)就可以進(jìn)行雙向通信了。單片機(jī)采用定時器T2作波特率發(fā)生器，波特率設(shè)為2 400 bps，串行口工作方式設(shè)為方式1。這樣，PC機(jī)就可以通過串行口編程控制輸出電流的大小（0.00～20.00mA）。