CN100490327C - 隔离模数-数模转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔离模数—数模转换电路，特点是，它包括积分电路、双D触发比较器、单片机、隔离变压器、整形放大电路、二阶低通滤波器；被测电压信号连接到积分电路同相输入端，其输出接双D触发器清除端，双D触发器的输出接积分电路的反相输入端和单片机捕获输入引脚，由此构成A/D转换电路；由隔离变压器输出接放大整形电路，其输出经RC低通滤波器及二阶低通滤波器构成D/A转换电路。本发明有益效果是：由于采用低成本、低电压、低功耗的普通元器件，能实现高精度的转换，并具有隔离功能，与专用集成A/D、D/A转换器相比较，可实现高性能、低成本、低功耗，小型化，适用于温度、压力、流量、PLC等各种电子测量和控制设备中数据转换、处理和传输。

Description

隔离模数-数模转换电路

技术领域

本发明涉及一种模数—数模转换电路，特别是涉及一种可应用于温度、压力、流量、PLC等各种电子测量和控制设备中的隔离模数—数模转换电路。

背景技术

目前电子测量和控制设备大部分都需要由A/D转换器将模拟量转换成数字量，经单片机对数字量进行适当处理后再由D/A转换器将数字量转换成模拟量，送控制室内的检测和控制设备。而这类通常使用的A/D和D/A转换器要想达到14位以上的精度。不是成本高，就是体积大。对于制作低成本、小型化现场测量和控制设备不适用。另外，某些现场传感器和电子测量设备要求与控制系统隔离，如果不隔离可能会因两地相距较远使信号参考点之间产生电位差，这样将形成接地环路，造成信号传输失真。

发明内容

为了克服一般A/D和D/A转换器在应用中存在的缺点，本发明的目的是提供一种低成本、高性能、可小型化的隔离模数—数模转换电路。

本发明的技术方案是，一种隔离模数—数模转换电路，其特点是，它包括积分电路、双D触发比较器、单片机、隔离变压器、放大整形电路、二阶低通滤波器；被测电压信号连接到积分电路的同相输入端，积分电路的输出接双D触发比较器的清除端，双D触发比较器的输出接积分电路的反相输入端和单片机的捕获输入引脚，由此构成A/D转换电路；由隔离变压器的输出接放大整形电路，放大整形电路的输出经低通滤波器和二阶低通滤波器，由此构成D/A转换电路；所述低通滤波器由电阻R9和电容C8构成，所述隔离变压器输入、输出分别用一根线连接单片机和放大整形电路来传输数字信号，并将A/D与D/A隔离。

本发明有益效果是：由于本发明是由低成本、低电压、低功耗的普通元器件构成的，能实现14位以上高精度的转换，并具有隔离功能，与专用集成A/D、D/A转换器相比较，可实现高性能、低成本、低功耗，小型化，适用于温度、压力、流量、PLC等各种电子测量和控制设备中数据转换、处理和传输。

附图说明

图1是A/D，D/A转换电路原理图；

图2是二阶低通滤波器电路原理图；

图3是隔离变压器结构图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明特点是，它包括积分电路1、双D触发比较器2、单片机3、隔离变压器4、放大整形电路5、二阶低通滤波器6；被测电压信号连接到积分电路1同相输入端，其输出接双D触发器2清除端，双D触发器2的输出接积分电路1的反相输入端和单片机3捕获输入引脚，由此构成A/D转换电路；由隔离变压器4输出接放大整形电路5，其输出经R9、C8构成低通滤波器及二阶低通滤波器6构成D/A转换电路。由单片机3输出定时脉冲控制积分电路1正向积分时间，由双D触发比较器2输出控制积分电路1反向积分时间并由单片机3在积分电路正、反向积分时间内进行采样计数以实现A/D转换。单片机3脉冲输出引脚还联接到隔离变压器4输入端，输出脉冲经隔离变压器4送到由反相器构成的放大整形电路5，经R9和C8构成RC低通滤波器及二阶低通滤波器6将脉冲信号变成直流电压信号，从而实现D/A转换。A/D和D/A转换在单片机控制下同时完成并具有隔离功能是该电路的主要特点。

A/D转换开始：先由单片机3定时在15脚(PB3)输高电平，这个高电平使双D触发比较器2的D2、Q1变高，加到11脚(CK2)的2MHz脉冲很快使9脚(Q2)输出变高。这个高电平约2.5V，加到积分器1反相输出端，它远大于同相输入信号(约0.25V)。使积分器1进行反相积分。当积分器1输出下降到大约1.25V时，由于积分器1输出连到双D触发比较器2的清除端CLR1，所以使Q1和D2端变成低电平，同样由2MHz单片机时钟脉冲很快使Q2脚变成低电平。Q2连接单片机捕获输入脚PD6(ICP)，Q2输出高电平时间为采样计数时间，其下降沿捕获计数值。Q2变低后，积分器在输入信号作用下进行正相积分，直到下一个采样周期开始。

D/A转换方法：单片机3的PB3(OC1)脚输出既是采样定时周期也是输出脉冲周期。输出脉冲宽度随输入信号大小变化，在D/A转换过程中，采样定时、脉冲比较输出定时和采样计数捕获使用了同一定时器，以达到同步。当输出脉冲高电平送到变压器5输入端同名端时，输出同名端也是高电平，那么变压器5输出端异名端就是低电平，同时放大整形电路5的1脚为低，2、3脚为高，使4脚为低。再通过变压器输出绕组传递维持1脚为低，2脚为高，反之亦然。单片机PB3脚与U3 2脚同相，实现脉冲传递。两个反相器的作用是为脉冲耦合提供能量，使变压器5在传输信号时几乎没有能量耦合，这就降低了对TR2的要求，同时减少变压器5输入端的电流消耗。这一点对4～20mA回路供电仪表很重要。接下来就是将脉冲转换成模拟电压。本电路相当于采用了二级滤波。第一级由R9、C8构成一阶低通滤波，第二级为有源二阶低通滤波器6。通过两级低通滤波将脉冲宽度转换成直流电压，实现D/A转换。

隔离变压器结构如图3所示，7引脚、8骨架、9初级绕组、10外壳、11次级绕组、12磁芯。隔离变压器4采用双槽结构设计用于提高隔离电压，封装在7×7×5mm外壳内。由图1所示，隔离变压器4输入、输出分别用一根线连接单片机3和输出接放大整形电路5来传输数字信号，并将A/D与D/A隔离。

Claims (2)

1、一种隔离模数—数模转换电路，其特征在于，它包括积分电路(1)、双D触发比较器(2)、单片机(3)、隔离变压器(4)、放大整形电路(5)、二阶低通滤波器(6)；被测电压信号连接到积分电路(1)的同相输入端，积分电路(1)的输出接双D触发比较器(2)的清除端，双D触发比较器(2)的输出接积分电路(1)的反相输入端和单片机(3)的捕获输入引脚，由此构成A/D转换电路；由隔离变压器(4)的输出接放大整形电路(5)，放大整形电路(5)的输出经低通滤波器和二阶低通滤波器(6)，由此构成D/A转换电路；所述低通滤波器由电阻R9和电容C8构成，所述隔离变压器(4)输入、输出分别用一根线连接单片机(3)和放大整形电路(5)来传输数字信号，并将A/D与D/A隔离。

2、根据权利要求1所述隔离模数一数模转换电路，其特征在于，所述的隔离变压器(4)采用用于提高隔离电压的双槽结构，并封装在外壳内。

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