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廉價隔離型高精度D/A轉(zhuǎn)換器
廉價隔離型高精度D/A轉(zhuǎn)換器
作者:佚名  來源:不詳  錄入:jdzj868  更新時間：2009-7-9 16:50:57  點(diǎn)擊數(shù)：0
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誤差與設(shè)定值的關(guān)系可用兩條直線（ab、ac）描述，如圖3所示。通過對以上測量數(shù)據(jù)的分析，測量值與設(shè)置值之間存在著一定的誤差，原因主要有以下幾點(diǎn)：①本電路用到了雙積分RC電路，RC電路中充、放電過程存在著非線性問題，同時電路中的電容存在著精度、漏電等問題，因此輸入脈寬調(diào)制信號轉(zhuǎn)化為直流電壓時存在一定的非線性關(guān)系，產(chǎn)生了一定的誤差。②跟隨器主要由運(yùn)算放大器構(gòu)成，如果是理想的運(yùn)算放大器，則“虛短”和“虛斷”的條件才成立，而實(shí)際應(yīng)用中，沒有理想的運(yùn)算放大器。因此，正相、反相輸入端電壓差不為零，也會產(chǎn)生一定的誤差。3 解決方法通過對上述測量數(shù)據(jù)的比較、分析，可采用軟件線性回歸的方法對輸出電流進(jìn)行校正。設(shè)直線方程y=ax+b,其中y為校正后PWM的脈寬設(shè)定值，x為電流輸出設(shè)定值。本電路校正方法是：將數(shù)據(jù)從2mA處分為兩段進(jìn)行線性回歸。直線ac：y=a1x+b1,a1=(2-0.5)/(2-0.0486 9),b1=2-a1×2;直線ab；y=a2x+b2,a2=(20-2)/(20.14-2),b2=2-a2×1。通過單片機(jī)校正后，實(shí)測數(shù)據(jù)和表2所列。

表2 校正后電流輸出值經(jīng)過上述方法校正，輸出電流值的精度達(dá)到±0.1%。4 結(jié)論本電路的硬件部分采用通用器件，結(jié)構(gòu)簡單，成本低；充分利用了89C52的定時器資源，使用了定時器T0、T1、T2。89C52的其它端口和引腳都未被占用，這樣，該電路可以很容易地移植到其它控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)中；同時采用軟件對輸出電流進(jìn)行校正，精度達(dá)到±0.1%；具有串行接口，便于組網(wǎng)控制；因此，本電路具有光電隔離、通用性強(qiáng)、精度高、低成本的特點(diǎn)，且實(shí)用價值較高
摘要：介紹隔離型高精度D/A轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)方法：由單片機(jī)89C52產(chǎn)生PWM，經(jīng)過光電隔離和一個雙RC電路，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號，再經(jīng)過電壓/電流轉(zhuǎn)換電路（V/I），輸出0～20mA電流信號；通過軟件校正，達(dá)到較高的精度。   關(guān)鍵詞：89C52 PWM 電壓/電流轉(zhuǎn)換在自動化儀表，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(jì)算和控制的特點(diǎn)，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(shí)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 TR0CLR P3.4MOV 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RETITT1：CLR TR1SETB P3.4MOV TL1，PWM_TLMOV TH1，PWM_TH；置周期SETB TR1SETB TR0RET1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(diǎn)處得到0～5V的直流電壓，作為運(yùn)放的正向輸入信號。圖1中的運(yùn)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(yùn)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(diǎn)的電壓成正比。Ua是a點(diǎn)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(jì)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）。2 測量結(jié)果經(jīng)過實(shí)測得到表1所示測量數(shù)據(jù)。

表1 未校正前電流輸出測量值   單位：mA
設(shè)置值輸出值設(shè)置值輸出值設(shè)置值輸出值設(shè)置值輸出值
0.50.486 95.55.52910.510.55715.515.608
10.990 066.0321111.0621616.111
1.51.492 86.56.53411.511.56716.516.614
22.00077.0371212.0721717.118
2.52.5047.57.54012.512.57717.517.621
33.00888.0421313.0821818.124
3.43.5138.58.54513.513.58718.518.628
44.01799.0481414.0931919.131
4.54.5219.59.55114.514.59819.519.634
55.0261010.0541515.1032020.14
設(shè)置值輸出值設(shè)置值輸出值設(shè)置值輸出值設(shè)置值輸出值
0.50.489 95.52.51810.510.50915.515.517
10.990 066.0191111.0111616.019
1.51.499 96.56.51711.511.51316.516.518
22.00077.0161212.0141717.016
2.52.5027.57.51412.513.01517.517.519
33.00288.0141313.0151818.019
3.53.5018.58.51113.513.51518.518.518
44.00299.0091414.0161919.018
4.54.5029.59.50314.514.51819.519.519
55.0021010.0011515.0172020.020
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