专利名称：隔离模数－数模转换电路的制作方法
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、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R9、C8构成的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。
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。
具体实施例方式
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的清除断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、输出分别用一根线联接单片机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。
权利要求
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)、整形放大电路(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。
2.根据权利要求1所述隔离模数—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，封装在外壳内，隔离变压器(4)输入、输出分别用一根线联接单片机(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。
全文摘要
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。
文档编号H03M1/12GK1665141SQ200510024718
公开日2005年9月7日 申请日期2005年3月29日 优先权日2005年3月29日
发明者陈出新, 吕建国, 李传勇, 杜刚, 隆玖玖, 王竹平 申请人:上海工业自动化仪表研究所, 上海辰竹仪表有限公司