構(gòu)建完整工業(yè)ADC接口的微控制器和調(diào)制器

設(shè)計(jì)師們通常使用0至20-mA和0到10V的隔離輸入作為工業(yè)應(yīng)用控制的信號(hào)。由隔離電源、AnalogDevicesAD7400調(diào)制器內(nèi)置隔離及TexasInstrumentsMSP430微控制器共同為工業(yè)設(shè)計(jì)師要求的一種完整、隔離且牢靠的模擬信號(hào)接口創(chuàng)建一種設(shè)計(jì)。其中精確的信號(hào)調(diào)節(jié)電路生成AD7400所需的較小的差分電壓（圖1），該電路可生成所需的200-mV差分電壓。為清晰起見(jiàn)，圖中略去了過(guò)壓二極管和保護(hù)電路。

　　0至20-mA電流通過(guò)一個(gè)適當(dāng)值的電阻R2轉(zhuǎn)換成電壓，進(jìn)入一個(gè)精密的運(yùn)算放大器中。在放大器的正向輸入端維持恒定的電壓，從而使連接到負(fù)向輸入的信號(hào)電平得到正向偏移。0至10V的信號(hào)，如來(lái)自于電位器的信號(hào)，也相應(yīng)地按照0至20-mA信號(hào)那樣比例變換成類(lèi)似電壓，并被累加到 AnalogDevicesOP1177放大器IC1的負(fù)端子中。

　　將信號(hào)偏移到0V以上就會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似于正向單端模擬信號(hào)的信號(hào)。AnalogDevices的AD8138差分ADC驅(qū)動(dòng)放大器驅(qū)動(dòng)AD7400。增益也隨之相應(yīng)變化使產(chǎn)生的信號(hào)位于±200mV內(nèi)，這一范圍正是ADC所需的。最后，信號(hào)通過(guò)一個(gè)由R 10、R11及C4在正端子與負(fù)端子間構(gòu)成的低通過(guò)濾波器，再進(jìn)入到AD7400。AD7400采用一個(gè)低成本的微控制器對(duì)此差分信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理。通常采用調(diào)制器ADC（如AD7400）與FPGA或DSP接口。但是，這種方法的成本較高，又非常復(fù)雜。對(duì)于成本敏感的應(yīng)用，如不需要先進(jìn)的濾波處理，可以使用簡(jiǎn)單的微控制器。[!--empirenews.page--]

　　AD7400設(shè)備有兩路輸出：MCLKOUT和MDAT（圖2）。MCLKOUT是一個(gè)10-MHz的時(shí)鐘，可以同步調(diào)制的數(shù)據(jù)流MDAT。AD7400將MDAT解釋為隨時(shí)間變化的百分比。由于MDAT只在MCLKOUT的上升沿變化，電路必須將MDAT及MCLKOUT合并來(lái)創(chuàng)建一個(gè)微控制器可以計(jì)數(shù)的脈沖流。微控制器首先逆變MCLKOUT以防止在MDAT的過(guò)渡沿對(duì)非故意造成的抖動(dòng)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。圖中顯示了MDAT、逆變的MCLKOUT及產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流。

　　脈沖數(shù)據(jù)信號(hào)和逆變的MCLKOUT分別輸入微控制器上的單獨(dú)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。（圖3）。TIMSP430F2274提供了兩個(gè)16位計(jì)數(shù)器，可支持快達(dá)16MHz的運(yùn)行。在時(shí)鐘計(jì)數(shù)器發(fā)出溢出中斷信號(hào)時(shí)，電路通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器進(jìn)行采樣來(lái)測(cè)量ADC值。在此應(yīng)用中，在環(huán)形緩沖器上運(yùn)行一個(gè)平均數(shù)的數(shù)據(jù)測(cè)量，可以方便地過(guò)濾數(shù)據(jù)。