構建4~20mA環(huán)路供電型溫度監控器

R1和R2的結點(diǎn)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VIN = 0時(shí)流過(guò)滿(mǎn)量程電流，此時(shí)VRLOOP = VREF。因此，滿(mǎn)量程電流為VREF/RLOOP，或者≈24 mA。當VIN = VREF/2時(shí)，無(wú)電流流過(guò)。

VIN處的OP193放大器阻抗非常高，并且不會(huì )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(gè)ADC的ADuCM361。EVAL-CN0319-EB1Z評估板包括標記為VR12點(diǎn)的電壓測量選項，測量時(shí)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，調節4 mA至20 mA電流設置。

編程、調試和測試

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

● 兩個(gè)外部開(kāi)關(guān)用來(lái)強制該器件進(jìn)入閃存引導模式。使SD處于低電平，同時(shí)切換RESET按鈕，ADuCM360將進(jìn)入引導模式，而不是正常的用戶(hù)模式。在引導模式下，通過(guò)UART接口可以對內部閃存重新編程。

代碼說(shuō)明

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

圖2顯示了利用Keil μVision4工具查看時(shí)項目中所用的源文件列表。

圖2. Keil μVision4中查看的源文件 11386-002

溫度監控器

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

通信部分

需調節PWM濾波輸出，以便確保最小溫度時(shí)的4 mA輸出以及最大溫度時(shí)的20 mA輸出。提供校準程序，使用#define CalibratePWM參數可輕松包含或移除該程序。

若需校準PWM，接口板(USB-SWD/UART)必須連接至J1和PC上的USB端口?？墒褂谩俺壗K端”等COM端口查看程序來(lái)查看校準菜單并逐步執行校準程序。

校準PWM時(shí)，應將VLOOP+和VLOOP–輸出端連接至精確的電流表。PWM校準程序的第一部分調整DAC以設置20 mA輸出，第二部分則調整PWM以設置20 mA輸出。用于設置4 mA和20 mA輸出的PWM代碼會(huì )存儲到閃存中。

UART配置為波特率19200、8數據位、無(wú)極性、無(wú)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(lái)查看該程序發(fā)送給UART的結果，如圖3所示。

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

圖3. 校準PWM時(shí)的“超級終端”輸出

校準后，演示代碼關(guān)斷UART時(shí)鐘，進(jìn)一步節省功耗。

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

代碼流程圖見(jiàn)圖4。

圖4. 代碼流程圖

常見(jiàn)變化

該電路包括HART通信尺寸以及外部基準電壓源尺寸。

電路評估與測試

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

PWM差分非線(xiàn)性(DNL)

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