基于PWM的电流输出数模转换电路.pdf

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1、2011焦仪表技术与传感器2011第7期InstrumentTechniqueandSensorNo．7基于PWM的电流输出数模转换电路袁梅，田宏达，董韶鹏，陈松方(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100191)摘要：介绍了基于微控制器的PWM实现D／A转换的原理，在此基础上提出了以4～20mA电流形式输出的数模转换电路的设计方案，并对转换电路的实现进行详细的理论分析。电路仿真及实际测试数据分析表明，提出的设计方案具有廉价、精度及分辨率高的特点，非常适合应用于自动化仪表中对D／A精度、分辨率、成本要求较高的开发过程。关键词：电路设计；P

2、WM；4—2OmA电流；数模转换中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2011)07—0091—03DesignofDigital-t0-analogCircuitBasedonPWMYUANMei，TIANHong—da，DONGShao—peng，CHENSong—fang(SchoolofAutomationScienceandElectricalEngineering，BEIHANGUniversity，Beijing100191，China)Abstract：Thispaperdescribedtheprinci

3、pleofD／Aconve~er，transformedfromthemicrocontroller’SPWM．Onthisbasis，thepaperproposedthecircuitdesignofD／Aconve~erwhoseoutputfrom4mAto20mAcurrent，andmadeadetailedtheoreticalanalysis0fthecircuitdesign．Thesimulationandactualtestdataofthecircuitdesignshowthatthiscircuitdesignhasfea

4、turesoflow—cost，highprecisionandresolution．Keywords：circuitdesign；PWM；4—20mAcurrent；D／Aconve~er0在自动化仪，表圭佬成耳普由轵一．D／A号咖。sdx=uil12t(3)、传感器研制开发过程中，经常涉及到仃转换器，然而许多控制器件内部并没有集成D／A，或D／A~：6=)sin堑dx=(1一c。s200n叮rz)(4)模块的精度达不到开发要求，如果采用外接的精度比较高的PWM波经后续的低通滤波网络滤波、放大电路后，高频分D／A转换模块，一般价格比较高，这样增加了

5、产品的成本，特别量基本被滤除，由式(1)、式(2)可知当高电平所占时间的t越对小型、廉价的系统是不可接受的。由于几乎所有的控制器件都提供定时器或者PWM输出功能，同时考虑到在信号传输的大)中基频分量越大，特别当滤波电路截止频率小于一二过程中导线上也有电阻，如果用电压传输会在导线上产生一定次谐波频率时，仅剩余基频分量，PWM基频分量与t呈线性关的压降，从而导致接收端信号有一定的误差，而使用电流信号系，故经过数模转换电路输出的电流和占空比呈线性关系。作为标准传输会避免上述问题。基于以上需求，应用控制器件2总体方案设计的PWM输出经过变换电路，实现了4～2

6、0mA的稳定、无波动在基于PWM的D／A转换理论分析基础上，设计了变换电的高精度电流输出的D／A转换模块，这将大大降低电子设备的路，滤除PWM的高频分量并将其放大输出成标准的4～20mA成本并能提高测量精度。电流。电流型数模转换电路设计原理方案如图2所示。电路1基于PWM的D／A转换原理PWM波由MSP430单片机的16位定时器以硬件方式产生，频如图1所示，PWM电压高电平幅值为u，低电平为0，频率率为100Hz、高电平为3．3V、低电平为0．2V；PWM经过隔离为100Hz(周期T=0．O1s)，正半周期为t／h，对PWM进行傅里光耦隔离整形为频率

7、为100Hz、高电平为5V、低电平为0的叶变换有：PWM波；产生的PWM波通过低通滤波网络滤除高次谐波分量成为波动极小的电压信号；再经过放大电路、压流转换电路变换成为4—20mA电流。通过控制PWM占空比来调整电流的大小，实现将数字信号转换为模拟信号的功能，电路的具体设计如图3所示。图1电路设计所用PWM时序图竺!H委H竺H三鲎cossin2nlrx，()=丁ao+(an)(1)二nIJ1图24—20mA电流输出数模转换电路框图。。=T2)=200Ut(2)3电路设计与分析。0J0．广(h3．1光耦隔离由于输入PWM受到微控制器输出高低电平的限制，而

8、微收稿日期：2010—10—18收修改稿日期：2011-03-0392InstrumentTechnique