构建完整工业ADC接口的微控制器和调制器

 设计师们通常使用0至20-mA和0到10V的隔离输入作为工业应用控制的信号。由隔离电源、AnalogDevicesAD7400调制器内置隔离及TexasInstrumentsMSP430微控制器共同为工业设计师要求的一种完整、隔离且牢靠的模拟信号接口创建一种设计。其中精确的信号调节电路生成AD7400所需的较小的差分电压(图1)，该电路可生成所需的200-mV差分电压。为清晰起见，图中略去了过压二极管和保护电路。

0至20-mA电流通过一个适当值的电阻R2转换成电压，进入一个精密的运算放大器中。在放大器的正向输入端维持恒定的电压，从而使连接到负向输入的信号电平得到正向偏移。0至10V的信号，如来自于电位器的信号，也相应地按照0至20-mA信号那样比例变换成类似电压，并被累加到AnalogDevicesOP1177放大器IC1的负端子中。

将信号偏移到0V以上就会产生类似于正向单端模拟信号的信号。AnalogDevices的AD8138差分ADC驱动放大器驱动AD7400。增益也随之相应变化使产生的信号位于±200mV内，这一范围正是ADC所需的。最后，信号通过一个由R 10、R11及C4在正端子与负端子间构成的低通过滤波器，再进入到AD7400。AD7400采用一个低成本的微控制器对此差分信号进行转换和处理。通常采用调制器ADC(如AD7400)与FPGA或DSP接口。但是，这种方法的成本较高，又非常复杂。对于成本敏感的应用，如不需要先进的滤波处理，可以使用简单的微控制器。

AD7400设备有两路输出：MCLKOUT和MDAT(图2)。MCLKOUT是一个10-MHz的时钟，可以同步调制的数据流MDAT。AD7400将MDAT解释为随时间变化的百分比。由于MDAT只在MCLKOUT的上升沿变化，电路必须将MDAT及MCLKOUT合并来创建一个微控制器可以计数的脉冲流。微控制器首先逆变MCLKOUT以防止在MDAT的过渡沿对非故意造成的抖动信号进行计数。图中显示了MDAT、逆变的MCLKOUT及产生的数据流。

脉冲数据信号和逆变的MCLKOUT分别输入微控制器上的单独定时器/计数器。(图3)。TIMSP430F2274提供了两个16位计数器，可支持快达16MHz的运行。在时钟计数器发出溢出中断信号时，电路通过对数据计数器进行采样来测量ADC值。在此应用中，在环形缓冲器上运行一个平均数的数据测量，可以方便地过滤数据。