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利用微处理器和Σ-Δ调节器建立完整的工业ADC接口
来源:本站整理  作者:佚名  2011-04-09 09:00:46



  设计者通常使用0-20mA和0-10v隔离输入作为工业应用控制的信号。利用独立电源的组合,隔离的电源、嵌入的隔离Analog DevICes公司的AD7400 Σ-Δ调节器 ,和Texas Instruments公司MSP430 微处理器 结合创造一个工业设计师需求的完整的、隔离的、稳定的模拟信号接口的设计方案。一个高精度信号调理电路产生AD7400需求的微弱差分电压(图1)。电路产生所需的200mV差分电压。为明确起见,图中省略了过压二极管和保护电路。

高精度信号调理电路产生AD7400需求的微弱差分电压

  通过适当规模的电阻R2,0-20mA电流回路转化为电压,然后进入精密运算放大器。信号连接到负输入端,通过在放大器正输入端维持一个恒定电压,获得正向偏置。而0-10v的信号,例如来自一个电位器,规模与0-20mA电流信号时的电压规模相似,并且合计到Analog Devices公司OP1177放大器IC1的负端口。

  平移信号到0V以上,导致信号类似于一个正单向模拟信号。差分ADC驱动放大器Analog Decives公司的AD8138驱动AD7400。这样的合成信号增益等级为ADC需求的±200mV。最后,在连接到AD7

400之前,信号通过一个低通滤波器,其中R10、R11和 C4放于正向和负向端口之间。AD7400转换差分信号,使用低成本微处理器处理。Σ-ΔADC调解器,例如AD7400,常用连接到FPGA或DSP。不过,这种做法在成本和复杂性上要付出很高代价。对成本敏感的应用不需要进一步的滤波器,可以使用简单的微处理器。

  AD7400有两个输出,MCLKOUT和MDAT(图2)。MCLKOUT,一个10MHz的时钟,与被调制的数据流MDAT同步。AD7400定义MDAT为占一段时间的百分比。由于MDAT只在MCLKOUT的上升沿发生变化,电路必须一起同步MCLKOUT和MDAT信号,产生微处理器可以计数的脉冲信号流。微处理器首先反转MCLKOUT,来防止MDAT转换边缘处产生毛刺而被计数。图中显示了MDAT,反转MCLKOUT以及由此产生的数据流

AD7400有两个输出

  脉冲调制的数据信号和反转的MCLKOUT信号都分别连接到位于微处理器上的定时器/计数器(图3)。 TI的MSP430F2274提供了两个16位计数器,并能够支持最高16MHz的运行速度。当时钟计数器发出一个溢出中断信号时,通过采样数据计数器,电路测量ADC的转换值。这样,在循环缓冲中运行平均数量的测量数据可方便地对数据滤波。

脉冲调制的数据信号和反转的MCLKOUT信号都分别连接到位于微处理器上的定时器/计数器

  英文原文:

  Build a complete industrial-ADC interface using a microcontroller and a sigma-delta modulator

  Handling both 0 to 10V and 0- to 20-mA inputs, this circuit digitizes the inputs and feeds a low-cost microcontroller.

  Patrick Weber and Craig Windish, Siemens Energy and Automation, Pittsburgh, PA; Edited by Charles H Small and Fran Granville -- EDN, 7/5/2007

  Designers commonly use 0- to 20-mA, 0 to 10V isolated inputs for industrial-application-control signals. A combination of isolated supplies, the built-in isolation of an Analog Devices AD7400 sigma-delta modulator, and a Texas Instruments MSP430 microcontroller creates a design for industrial designers requiring complete, isolated, and robust analog-signal interfaces. A precise signal-conditioning circuit generates the small differential voltage that the AD7400 requires (Figure 1). The circuit generates the required 200-mV differential voltage. For clarity, the figure omits overvoltage diodes and protection circuits.

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