CN102611453B - 一种数模转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数模转换装置，包括：隔离单元、数模转换单元以及电压电流转换单元。所述电压电流转换单元包括：转换电路和滤波电路。本发明不仅增强了数模转换装置的抗干扰能力，实现了信号输出的可编程控制，而且无需电压电流转换芯片，仅通过由运算放大器、三极管、电容和电阻构成的转换电路就将电压信号转换为电流信号，简化了电路结构，节约了成本。

Description

一种数模转换装置

技术领域

本发明涉及自控电路技术领域，尤其涉及一种数模转换装置。

背景技术

目前，国内固体物料的称量一般采用的是动态称重仪表，用于计量物料的多少，控制下料速度，以实现自动控制、自动计量的目的。动态称重仪表按着给料方式分为皮带秤仪表、给料机仪表、失重称仪表、转子秤仪表等，称重仪表广泛应用于水泥、矿山、冶金、煤炭、建材、化工、陶瓷、粮食、轻工、电力等各行各业中。动态称重仪表在实现自动控制的过程中，模拟量输出的传递方式有电流和电压两种，由于电流能够远距离传输，衰减小，而且抗干扰能力强，因此主要应用的是电流，也就是工业生产中常说的电流环(0-20毫安或4-20毫安)。动态称重仪表控制输出的电流环是由中央处理器输出的数字信号经过数模转换(D/A)和电压转换电流(V/I)两步处理得到的；在进行数模转换时，数字信号经数模转换后得到的模拟信号一般是电压信号，为了得到电流信号，还需要将电压信号转换电流信号。

传统将中央处理器输出的数字信号转换为电流信号的方法是：首先，数模转换器将数字信号转换为电压信号。其次，电压信号通过集成的电压转换电流芯片或中央处理器外部单独配置的电压转换电流电路转换为电流信号。但是，这种传统的做法存在如下不足：(1)只能实现单路输出。数模转换器将数字信号转换为电压信号后，只能输出一路电压信号，当需要输出两路电压信号时，就必须配置两个数模转换器才能实现，这样将增加生产成本。(2)电压转换电流电路的结构复杂，仅能实现单路电压信号的转换，而电压转换电流芯片虽然电路结构简单，配置方便，但是价格高，电流信号的调节范围小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数模转换装置，其不仅能够实现信号的双路输出，抗干扰能力强，而且结构简单，成本低。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种数模转换装置，包括：数模转换单元和电压电流转换单元；

所述数模转换单元，与中央处理器连接，用于将中央处理器输入的数字信号转换为电压信号，并控制所述电压信号单路输出或两路同时输出；

所述电压电流转换单元，与数模转换单元连接，用于通过转换电路将数模转换单元输入的电压信号转换为电流信号，所述转换电路包括：运算放大器、PNP型晶体管、第一至第七电阻、第一电容、第二电容及第五电容；

其中，第二电阻的一端与PNP型晶体管的集电极、第六电阻的一端连接，第二电阻的另一端与第五电阻的一端、运算放大器的同相输入端以及第一电容的一端连接，第五电阻的另一端接地，第一电容的另一端与运算放大器的反相输入端、第三电阻的一端、第四电阻的一端以及第二电容的一端连接，第二电容的另一端与运算放大器的输出端连接，第四电阻的另一端与电压信号输出端连接，第六电阻的另一端与电流信号输出端、第三电阻的另一端连接；所述运算放大器的输出端通过串接的第一电阻、第七电阻与PNP型晶体管的发射极连接；所述PNP型晶体管的发射极与第七电阻的一端以及外接电源的一端连接，基极与第七电阻的另一端和第一电阻的一端连接；第五电容的一端连接所述外接电源的一端，另一端接地；所述运算放大器通过所述外接电源为其提供工作电压。

特别的，所述电压电流转换单元还包括：滤波电路，与转换电路的电流信号输出端连接，用于对所述电流信号输出端输出的电流信号进行滤波处理。

特别的，所述滤波电路包括：第三电容、第四电容、电感和二极管；

其中，电感的一端与电流信号输出端和第四电容的一端连接，另一端与电流信号二次输出端、第三电容的一端以及二极管的负极连接，二极管的正极与第三电容的另一端、第四电容的另一端连接后接地。

特别的，所述数模转换装置还包括：

隔离单元，与中央处理器连接，用于通过光耦将中央处理器传入的数字信号输入数模转换单元。

特别的，所述隔离单元包括：光耦和反相器；

其中，所述光耦的输入端与中央处理器的输出端连接，所述反相器的输入端与所述光耦的输出端连接，输出端与数模转换单元的输入端连接。

特别的，所述数模转换单元选用型号为DAC7612的数模转换器。

本发明通过光耦将中央处理器输出数字信号输入数模转换单元，增强了数模转换装置的抗干扰能力；通过数模转换单元能够有选择的输出一路电压信号或两路电压信号，实现了信号输出的可编程控制；而且无需电压电流转换芯片，仅通过由运算放大器、三极管、电容和电阻构成的转换电路就将电压信号转换为电流信号，节约了成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的数模转换装置框图；

图2为本发明实施例提供的隔离单元与数模转换单元的电路连接示意图；

图3为本发明实施例提供的电压电流转换单元的电路结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

请参照图1所示，图1为本发明实施例提供的数模转换装置框图。

本实施例中数模转换装置包括：隔离单元101、数模转换单元102以及电压电流转换单元103。所述电压电流转换单元103包括：转换电路1031和滤波电路1032。

所述隔离单元101，与中央处理器104连接，用于通过光耦将中央处理器104传入的数字信号输入数模转换单元102。

所述数模转换单元102，与隔离单元101连接，用于将隔离单元101输入的数字信号转换为电压信号，并控制所述电压信号单路输出或两路同时输出。

当动态称重仪表只是对流量进行控制时，数模转换单元102控制输出一路电压信号；当动态称重仪表既需要控制流量，又需要进行流量反馈时，数模转换单元102控制输出两路电压信号，一路用于控制流量，一路用于流量反馈。

所述电压电流转换单元103，与数模转换单元102连接，用于通过转换电路将输入的电压信号转换为电流信号

转换电路1031，用于将数模转换单元102输入的电压信号转换为电流信号。

滤波电路1032，与转换电路1031的电流信号输出端以及负载105连接，用于对电流信号输出端输出的电流信号进行滤波处理，最终输出0-20mA或者4-20mA稳定的电流环。

图2为本发明实施例提供的隔离单元101与数模转换单元102的电路连接示意图。本实施例中数模转换单元102选用型号为DAC7612的数模转换器IC1，隔离单元中的光耦均选用型号为ISP844的交流输入型光耦。

隔离单元101包括：光耦IC16、第一施密特反相器IC45A和第二施密特反相器IC45B。数模转换单元102选用数模转换器IC1。

光耦IC16设置有十六个引脚，分别为：第一至第十六引脚。数模转换器IC1共有八个引脚，分别为：数字分量串行信号引脚SDL、时钟信号引脚CLK、数据存储信号引脚LDAC、片选信号引脚CS、电源引脚VDD、接地引脚GND、第一电压信号输出引脚VOA和第二电压信号输出引脚VOB。中央处理器104的引脚CPU-SDA、引脚CPU-SCL、引脚CPU-LDAC以及引脚CPU-CS分别对应输出串行数据、串行时钟信号、数模转换器所存信号和片选信号。

其中，第十三引脚与第一施密特反相器IC45A的输入端连接；第二施密特反相器IC45B的输入端与第一施密特反相器IC45A的输出端连接，其输出端与数模转换器IC1的时钟信号引脚CLK连接。第二引脚、第四引脚、第六引脚以及第八引脚接地，第十引脚、第十二引脚、第十四引脚以及第十六引脚连接内部供电电源的一端EVDD。第九引脚、第十一引脚、第十三引脚以及第十五引脚分别与第五至第八并行电阻连接后接地。电源引脚VDD与所述内部供电电源的一端EVDD、电容C1的一端以及电容C2的一端连接，接地引脚GND与电容C1的另一端、电容C2的另一端连接后接地。

中央处理器104输出的串行数据、串行时钟信号、数模转换器所存信号、片选信号分别通过第一至第四并行电阻输入第一引脚、第三引脚、第五引脚以及第七引脚，然后对应的从第九引脚、第十一引脚、第十三引脚以及第十五引脚输入数字分量串行信号引脚SDL、时钟信号引脚CLK、数据存储信号引脚LDAC以及片选信号引脚CS。这样一来，通过光耦IC16将从中央处理器104输出的数据与所述内部供电电源输出的模拟电压和模拟电流分开，通过第一施密特反相器IC45A和第二施密特反相器IC45B对从光耦IC16输出的数据进行波形调整，减少了干扰，提高了数据传输的精度。

数模转换器IC1对输入的串行数据、串行时钟信号、数模转换器所存信号以及片选信号进行分析处理，然后将所述串行数据即数字信号转换为电压信号。根据工业生产的实际需要，当动态称重仪表只是控制流量时，数模转换单元102控制电压信号只从第一电压信号输出引脚VOA输出；当动态称重仪表既需要控制流量，又需要进行流量反馈时，数模转换单元102控制电压信号，一路从第一电压信号输出引脚VOA输出，用于控制流量，一路从第二电压信号输出引脚VOB输出，用于流量反馈。

所述电压电流转换单元103，与数模转换单元102连接，用于将数模转换单元102输入的电压信号转换为电流信号。

转换电路1031，用于将数模转换单元102输入的电压信号转换为电流信号。滤波电路1032，与转换电路1031的电流信号输出端以及负载105连接，用于对所述电流信号输出端输出的电流信号进行滤波处理。

图3为本发明实施例提供的电压电流转换单元103的电路结构图。转换电路1031包括：运算放大器IC14、PNP型晶体管N504、第一至第七电阻R507、第一电容C501、第二电容C502和第五电容C505。其中，第二电阻R502的一端与PNP型晶体管N504的集电极、第六电阻R506的一端，第二电阻R502的另一端与第五电阻R505的一端、运算放大器IC14的同相输入端以及第一电容C501的一端连接，第五电阻R505的另一端接地，第一电容C501的另一端与运算放大器IC14的反相输入端、第三电阻R503的一端、第四电阻R504的一端以及第二电容C502的一端连接，第二电容C502的另一端与运算放大器IC14的输出端连接，第四电阻R504的另一端与电压信号输出端也即第一电压信号输出引脚VOA连接，第六电阻R506的另一端与电流信号输出端、第三电阻R503的另一端连接；所述运算放大器IC14的输出端通过串接的第一电阻R501、第七电阻R507与PNP型晶体管N504的发射极连接；所述PNP型晶体管N504的发射极与第七电阻R507的一端以及外接电源的一端PW-VCC连接，基极与第七电阻R507的另一端和第一电阻R501的一端连接。运算放大器IC14通过所述外接电源为其提供工作电压，第五电容C505的一端连接所述外接电源的一端，另一端接地。

滤波电路1032包括：第三电容C503、第四电容C504、电感L500和二极管D500。其中，电感L500的一端与电流信号输出端和第四电容C504的一端连接，另一端与电流信号二次输出端X6-5、第三电容C503的一端以及二极管D500的负极连接，二极管D500的正极与第三电容C503的另一端、第四电容C504的另一端连接后接地。

电压信号通过第一电压信号输出引脚VOA输入转换电路1031后，通过PNP型晶体管N504调整集电极的输出电压，通过运算放大器IC14对第六电阻R506两端的电压进行调节，根据转换电路1031的电路原理可以得出第六电阻R506两端的电压U＝(r502/r505)*(D/A0),其中，r502为第二电阻R502的阻值，r505为第五电阻R505的阻值，D/A0为第一电压信号输出引脚VOA输出的电压信号。所以由所述电压信号转换出的电流信号I＝U/r506,其中，r506为第六电阻R506的阻值。电流信号从转换电路1031的电流信号输出端输出后，滤波电路1032将对其进行滤波处理，调制出0-20mA或者4-20mA稳定的电流环，然后将其从电流信号二次输出端X6-5输入负载105。其中，通过调节第二电阻R502、第五电阻R505或第六电阻R506接入转换电路1031的阻值，运算放大器IC14将改变加在第六电阻R506两端的电压值，从而调节输出的电流信号大小。

采用本发明的技术方案，不仅增强了数模转换装置的抗干扰能力，实现了信号输出的可编程控制，而且无需电压电流转换芯片，仅通过由运算放大器、三极管、电容和电阻构成的转换电路就将电压信号转换为电流信号，简化了电路结构，节约了成本。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种数模转换装置，其特征在于，包括：数模转换单元和电压电流转换单元；

所述数模转换单元，与中央处理器连接，用于将中央处理器输入的数字信号转换为电压信号，并控制所述电压信号单路输出或两路同时输出；

所述电压电流转换单元，与数模转换单元连接，用于通过转换电路将数模转换单元输入的电压信号转换为电流信号，所述转换电路包括：运算放大器、PNP型晶体管、第一至第七电阻、第一电容、第二电容及第五电容；

其中，第二电阻的一端与PNP型晶体管的集电极、第六电阻的一端连接，第二电阻的另一端与第五电阻的一端、运算放大器的同相输入端以及第一电容的一端连接，第五电阻的另一端接地，第一电容的另一端与运算放大器的反相输入端、第三电阻的一端、第四电阻的一端以及第二电容的一端连接，第二电容的另一端与运算放大器的输出端连接，第四电阻的另一端与电压信号输出端连接，第六电阻的另一端与电流信号输出端、第三电阻的另一端连接；所述运算放大器的输出端通过串接的第一电阻、第七电阻与PNP型晶体管的发射极连接；所述PNP型晶体管的发射极与第七电阻的一端以及外接电源的一端连接，基极与第七电阻的另一端和第一电阻的一端连接；第五电容的一端连接所述外接电源的一端，另一端接地；所述运算放大器通过所述外接电源为其提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的数模转换装置，其特征在于，所述电压电流转换单元还包括：滤波电路，与转换电路的电流信号输出端连接，用于对所述电流信号输出端输出的电流信号进行滤波处理。

3.根据权利要求2所述的数模转换装置，其特征在于，所述滤波电路包括：第三电容、第四电容、电感和二极管；

其中，电感的一端与电流信号输出端和第四电容的一端连接，另一端与电流信号二次输出端、第三电容的一端以及二极管的负极连接，二极管的正极与第三电容的另一端、第四电容的另一端连接后接地。

4.根据权利要求1至3之一所述的数模转换装置，其特征在于，还包括：

隔离单元，与中央处理器连接，用于通过光耦将中央处理器传入的数字信号输入数模转换单元。

5.根据权利要求4所述的数模转换装置，其特征在于，所述隔离单元包括：光耦和反相器；

其中，所述光耦的输入端与中央处理器的输出端连接，所述反相器的输入端与所述光耦的输出端连接，输出端与数模转换单元的输入端连接。

6.根据权利要求5所述的数模转换装置，其特征在于，所述数模转换单元选用型号为DAC7612的数模转换器。