構(gòu)建4~20mA環(huán)路供電型溫度監(jiān)控器

R1和R2的結(jié)點電壓可表示為：

VR12 = (VRLOOP + VREF) × R2/(R1 + R2) - VRLOOP

環(huán)路建立后：

VIN = VR12

由于R1 = R2：

VIN = (VRLOOP + VREF)/2 - VRLOOP = VREF/2 - VRLOOP /2

VRLOOP = VREF - 2VIN

當(dāng)VIN = 0時流過滿量程電流，此時VRLOOP = VREF。因此，滿量程電流為VREF/RLOOP，或者≈24 mA。當(dāng)VIN = VREF/2時，無電流流過。

VIN處的OP193放大器阻抗非常高，并且不會加載PWM濾波輸出。放大器輸出僅發(fā)生少許變化，約為0.7 V。

范圍邊界處（0 mA至4 mA以及20 mA至24 mA）的性能不重要，因此供電軌處的運算放大器性能要求不高。

R1和R2的絕對值不重要。但是，R1和R2的匹配很重要。

ADC1用于溫度測量，因此本電路筆記直接適用于只有一個ADC的ADuCM361。EVAL-CN0319-EB1Z評估板包括標(biāo)記為VR12點的電壓測量選項，測量時使用ADuCM360上的ADC0輸入通道。該ADC測量可用于PWM控制軟件的反饋，調(diào)節(jié)4 mA至20 mA電流設(shè)置。

編程、調(diào)試和測試

● UART用作與PC主機的通信接口。這用于對片內(nèi)閃存進(jìn)行編程。它還可作為調(diào)試端口，用于校準(zhǔn)濾波PWM輸出。

● 兩個外部開關(guān)用來強制該器件進(jìn)入閃存引導(dǎo)模式。使SD處于低電平，同時切換RESET按鈕，ADuCM360將進(jìn)入引導(dǎo)模式，而不是正常的用戶模式。在引導(dǎo)模式下，通過UART接口可以對內(nèi)部閃存重新編程。

代碼說明

用于測試本電路的源代碼可從ADuCM360和ADuCM361產(chǎn)品頁面下載（zip壓縮文件）。源代碼使用示例代碼隨附的函數(shù)庫。

圖2顯示了利用Keil μVision4工具查看時項目中所用的源文件列表。

圖2. Keil μVision4中查看的源文件 11386-002

溫度監(jiān)控器

ADC1用于熱電偶和RTD上的溫度測量。本節(jié)代碼拷貝自電路筆記CN-0300。詳情請參見該電路筆記。

通信部分

需調(diào)節(jié)PWM濾波輸出，以便確保最小溫度時的4 mA輸出以及最大溫度時的20 mA輸出。提供校準(zhǔn)程序，使用#define CalibratePWM參數(shù)可輕松包含或移除該程序。

若需校準(zhǔn)PWM，接口板(USB-SWD/UART)必須連接至J1和PC上的USB端口。可使用“超級終端”等COM端口查看程序來查看校準(zhǔn)菜單并逐步執(zhí)行校準(zhǔn)程序。

校準(zhǔn)PWM時，應(yīng)將VLOOP+和VLOOP–輸出端連接至精確的電流表。PWM校準(zhǔn)程序的第一部分調(diào)整DAC以設(shè)置20 mA輸出，第二部分則調(diào)整PWM以設(shè)置20 mA輸出。用于設(shè)置4 mA和20 mA輸出的PWM代碼會存儲到閃存中。

UART配置為波特率19200、8數(shù)據(jù)位、無極性、無流量控制。如果本電路直接與PC相連，則可以使用HyperTerminal或CoolTerm等通信端口查看程序來查看該程序發(fā)送給UART的結(jié)果，如圖3所示。

要輸入校準(zhǔn)程序所需的字符，請在查看終端中鍵入所需字符，然后ADuCM360 UART端口就會收到該字符。

圖3. 校準(zhǔn)PWM時的“超級終端”輸出

校準(zhǔn)后，演示代碼關(guān)斷UART時鐘，進(jìn)一步節(jié)省功耗。

校準(zhǔn)系數(shù)保存在閃存內(nèi)，因此不必每次在電路板上電時運行校準(zhǔn)程序，除非VLOOP電平發(fā)生改變。

代碼流程圖見圖4。

圖4. 代碼流程圖

常見變化

該電路包括HART通信尺寸以及外部基準(zhǔn)電壓源尺寸。

電路評估與測試

本文檔不含溫度檢測部分，因為這部分內(nèi)容已在CN-0300中涉及。本文檔重點關(guān)注溫度-電流輸出的性能。

PWM差分非線性(DNL)

首先測量濾波PWM輸出的DNL。圖5中的DNL曲線顯示，在關(guān)鍵的4 mA至20 mA范圍內(nèi)具有優(yōu)于0.3 LSB的典型性能。在PWM輸出端利用二階濾波器執(zhí)行這些測試。使用兩個47 kΩ電阻和兩個100 nF電容，如圖1所示。