專利名稱：隔離模數(shù)－數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模數(shù)—數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，特別是涉及一種可應(yīng)用于溫度、壓力、流量、PLC等各種電子測量和控制設(shè)備中的隔離模數(shù)—數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。
背景技術(shù)：
目前電子測量和控制設(shè)備大部分都需要由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，經(jīng)單片機對數(shù)字量進(jìn)行適當(dāng)處理后再由D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，送控制室內(nèi)的檢測和控制設(shè)備。而這類通常使用的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器要想達(dá)到14位以上的精度。不是成本高，就是體積大。對于制作低成本、小型化現(xiàn)場測量和控制設(shè)備不適用。另外，某些現(xiàn)場傳感器和電子測量設(shè)備要求與控制系統(tǒng)隔離，如果不隔離可能會因兩地相距較遠(yuǎn)使信號參考點之間產(chǎn)生電位差，這樣將形成接地環(huán)路，造成信號傳輸失真。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服一般A/D和D/A轉(zhuǎn)換器在應(yīng)用中存在的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種低成本、高性能、可小型化的隔離模數(shù)—數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種隔離模數(shù)—數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其特點是，它包括積分電路、雙D觸發(fā)比較器、單片機、隔離變壓器、整形放大電路、二階低通濾波器；被測電壓信號連接到積分電路同相輸入端，其輸出接雙D觸發(fā)器清除端，雙D觸發(fā)器的輸出接積分電路的反相輸入端和單片機捕獲輸入引腳，由此構(gòu)成A/D轉(zhuǎn)換電路；由隔離變壓器輸出接放大整形電路，其輸出經(jīng)R9、C8構(gòu)成的低通濾波器及二階低通濾波器構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換電路。
本發(fā)明有益效果是由于本發(fā)明是由低成本、低電壓、低功耗的普通元器件構(gòu)成的，能實現(xiàn)14位以上高精度的轉(zhuǎn)換，并具有隔離功能，與專用集成A/D、D/A轉(zhuǎn)換器相比較，可實現(xiàn)高性能、低成本、低功耗，小型化，適用于溫度、壓力、流量、PLC等各種電子測量和控制設(shè)備中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、處理和傳輸。


圖1是A/D，D/A轉(zhuǎn)換電路原理圖；圖2是二階低通濾波器電路原理圖；圖3是隔離變壓器結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
如圖1、圖2所示，本發(fā)明特點是，它包括積分電路1、雙D觸發(fā)比較器2、單片機3、隔離變壓器4、放大整形電路5、二階低通濾波器6；被測電壓信號連接到積分電路1同相輸入端，其輸出接雙D觸發(fā)器2清除端，雙D觸發(fā)器2的輸出接積分電路1的反相輸入端和單片機3捕獲輸入引腳，由此構(gòu)成A/D轉(zhuǎn)換電路；由隔離變壓器4輸出接放大整形電路5，其輸出經(jīng)R9、C8構(gòu)成低通濾波器及二階低通濾波器6構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換電路。由單片機3輸出定時脈沖控制積分電路1正向積分時間，由雙D觸發(fā)比較器2輸出控制積分電路1反向積分時間并由單片機3在積分電路正、反向積分時間內(nèi)進(jìn)行采樣計數(shù)以實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。單片機3脈沖輸出引腳還聯(lián)接到隔離變壓器4輸入端，輸出脈沖經(jīng)隔離變壓器4送到由反相器構(gòu)成的放大整形電路5，經(jīng)R9和C8構(gòu)成RC低通濾波器及二階低通濾波器6將脈沖信號變成直流電壓信號，從而實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換。A/D和D/A轉(zhuǎn)換在單片機控制下同時完成并具有隔離功能是該電路的主要特點。
A/D轉(zhuǎn)換開始先由單片機3定時在15腳(PB3)輸高電平，這個高電平使雙D觸發(fā)比較器2的D2、Q1變高，加到11腳(CK2)的2MHz脈沖很快使9腳(Q2)輸出變高。這個高電平約2.5V，加到積分器1反相輸出端，它遠(yuǎn)大于同相輸入信號(約0.25V)。使積分器1進(jìn)行反相積分。當(dāng)積分器1輸出下降到大約1.25V時，由于積分器1輸出連到雙D觸發(fā)比較器2的清除斷CLR1，所以使Q1和D2端變成低電平，同樣由2MHz單片機時鐘脈沖很快使Q2腳變成低電平。Q2連接單片機捕獲輸入腳PD6(ICP)，Q2輸出高電平時間為采樣計數(shù)時間，其下降沿捕獲計數(shù)值。Q2變低后，積分器在輸入信號作用下進(jìn)行正相積分，直到下一個采樣周期開始。
D/A轉(zhuǎn)換方法單片機3的PB3(OC1)腳輸出既是采樣定時周期也是輸出脈沖周期。輸出脈沖寬度隨輸入信號大小變化，在D/A轉(zhuǎn)換過程中，采樣定時、脈沖比較輸出定時和采樣計數(shù)捕獲使用了同一定時器，以達(dá)到同步。當(dāng)輸出脈沖高電平送到變壓器5輸入端同名端時，輸出同名端也是高電平，那么變壓器5輸出端異名端就是低電平，同時放大整形電路5的1腳為低，2、3腳為高，使4腳為低。再通過變壓器輸出繞組傳遞維持1腳為低，2腳為高，反之亦然。單片機PB3腳與U3 2腳同相，實現(xiàn)脈沖傳遞。兩個反相器的作用是為脈沖耦合提供能量，使變壓器5在傳輸信號時幾乎沒有能量耦合，這就降低了對TR2的要求，同時減少變壓器5輸入端的電流消耗。這一點對4～20mA回路供電儀表很重要。接下來就是將脈沖轉(zhuǎn)換成模擬電壓。本電路相當(dāng)于采用了二級濾波。第一級由R9、C8構(gòu)成一階低通濾波，第二級為有源二階低通濾波器6。通過兩級低通濾波將脈沖寬度轉(zhuǎn)換成直流電壓，實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換。
隔離變壓器結(jié)構(gòu)如圖3所示，7引腳、8骨架、9初級繞組、10外殼、11次級繞組、12磁芯。隔離變壓器4采用雙槽結(jié)構(gòu)設(shè)計用于提高隔離電壓，封裝在7×7×5mm外殼內(nèi)。由圖1所示，隔離變壓器4輸入、輸出分別用一根線聯(lián)接單片機3和輸出接放大整形電路5來傳輸數(shù)字信號，并將A/D與D/A隔離。
權(quán)利要求
1.一種隔離模數(shù)—數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，它包括積分電路(1)、雙D觸發(fā)比較器(2)、單片機(3)、隔離變壓器(4)、整形放大電路(5)、二階低通濾波器(6)；被測電壓信號連接到積分電路(1)同相輸入端，其輸出接雙D觸發(fā)器(2)清除端，雙D觸發(fā)器(2)的輸出接積分電路(1)的反相輸入端和單片機(3)捕獲輸入引腳，由此構(gòu)成A/D轉(zhuǎn)換電路；由隔離變壓器(4)輸出接放大整形電路(5)，其輸出經(jīng)R9、C8構(gòu)成低通濾波器及二階低通濾波器(6)構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述隔離模數(shù)—數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述的隔離變壓器(4)采用用于提高隔離電壓的雙槽結(jié)構(gòu)，封裝在外殼內(nèi)，隔離變壓器(4)輸入、輸出分別用一根線聯(lián)接單片機(3)和輸出接放大整形電路(5)來傳輸數(shù)字信號，并將A/D與D/A隔離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種隔離模數(shù)—數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，特點是，它包括積分電路、雙D觸發(fā)比較器、單片機、隔離變壓器、整形放大電路、二階低通濾波器；被測電壓信號連接到積分電路同相輸入端，其輸出接雙D觸發(fā)器清除端，雙D觸發(fā)器的輸出接積分電路的反相輸入端和單片機捕獲輸入引腳，由此構(gòu)成A/D轉(zhuǎn)換電路；由隔離變壓器輸出接放大整形電路，其輸出經(jīng)RC低通濾波器及二階低通濾波器構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換電路。本發(fā)明有益效果是由于采用低成本、低電壓、低功耗的普通元器件，能實現(xiàn)高精度的轉(zhuǎn)換，并具有隔離功能，與專用集成A/D、D/A轉(zhuǎn)換器相比較，可實現(xiàn)高性能、低成本、低功耗，小型化，適用于溫度、壓力、流量、PLC等各種電子測量和控制設(shè)備中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、處理和傳輸。
文檔編號H03M1/12GK1665141SQ200510024718
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月29日
發(fā)明者陳出新, 呂建國, 李傳勇, 杜剛, 隆玖玖, 王竹平 申請人:上海工業(yè)自動化儀表研究所, 上海辰竹儀表有限公司