在電子和自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用中，也經(jīng)常需要提供模擬輸出，如變送器和控制器類(lèi)儀器，經(jīng)常需要輸出0～10 V，0～20 mA(或4～20 mA)的直流信號(hào)。高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)芯片或集成了DAC的單片機(jī)價(jià)格昂貴。應(yīng)用單片機(jī)的PWM輸出，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的變換電路實(shí)現(xiàn)DAC，可以大大降低電子設(shè)備的成本。

　　通過(guò)一個(gè)低通濾波器就可以把PWM調(diào)制的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號(hào)解調(diào)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)從PWM到DAC的轉(zhuǎn)換ATmega48具有16位定時(shí)器的PWM輸出功能，實(shí)現(xiàn)的DAC電路輸出精度基本滿足一般的工業(yè)控制場(chǎng)合。另外在一些環(huán)境惡劣、干擾較強(qiáng)的場(chǎng)合，模擬輸出容易受到干擾，本文通過(guò)使用恒流方式驅(qū)動(dòng)電路來(lái)提高DAC電路的負(fù)載和抗干擾能力。具體原理圖如圖3所示。

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　　圖3中單片機(jī)輸出的PWM電壓，經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)電源VREF和開(kāi)關(guān)管T1組成的整形電路進(jìn)行整形，在A點(diǎn)的輸出波形為理想的PWM波形，幅值由基準(zhǔn)電源的準(zhǔn)確度得到保證，再經(jīng)過(guò)兩級(jí)阻容濾波和一級(jí)跟隨放大器，在B點(diǎn)得到直流分量，即MCU輸出的調(diào)制PWM波在B點(diǎn)得到解調(diào)，實(shí)現(xiàn)了DAC功能。可得：

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　　一般PWM轉(zhuǎn)DAC電路到此已經(jīng)完成，本文為了保證更高精度和電路更強(qiáng)的負(fù)載能力，模塊使用了恒流輸出的驅(qū)動(dòng)電路。由于運(yùn)放U2B的C點(diǎn)和D點(diǎn)電位相等，可得：

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　　采用三極管T2提高輸出驅(qū)動(dòng)能力，負(fù)載RL的電流和流過(guò)電阻R9的電流相等，可得：

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　　由式(3)可以看出無(wú)論負(fù)載電阻RL的值如何改變，并不影響DAC輸出的電流值，這樣設(shè)計(jì)的好處是可以方便地更改輸出電阻RL，保證了模擬輸出量值的準(zhǔn)確度，提高了負(fù)載能力。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的軟件主要由溫度測(cè)量程序和Modbus通信中斷程序組成。

　　測(cè)溫程序主要負(fù)責(zé)溫度采集，主要工作在于建立熱電阻溫度和電阻值的分度表，并判斷每路檢測(cè)結(jié)果是否出現(xiàn)溫度是否異常，是則重新測(cè)量。正確的測(cè)量結(jié)果將保存于保持寄存器，等待上位機(jī)讀取。溫度測(cè)量程序流程圖如圖4所示。

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　　當(dāng)模塊接受到主機(jī)的讀取命令時(shí)，則進(jìn)入通信中斷程序。Modbus協(xié)議是應(yīng)用于工業(yè)控制上的一種通用通信協(xié)議。主要有兩種通信模式：ASCII和RTU模式。由于在同樣的波特率下，RTU比ASCII能夠傳送更多的數(shù)據(jù)，因此采用RTU模式來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊的MoSbus通信。它的消息幀格式主要有地址、功能碼、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)碼構(gòu)成。Modbus協(xié)議的通信中斷程序流程圖如5所示。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本模塊采用了AVR單片機(jī)為控制核心，采用外擴(kuò)一片低成本的13位A/D芯片，通過(guò)電子開(kāi)關(guān)切換實(shí)現(xiàn)多路測(cè)溫電路。設(shè)計(jì)了一種PWM轉(zhuǎn)DAC電路。基于Modbus通信協(xié)議，通過(guò)RS 485網(wǎng)路與主機(jī)通信。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度高，通用性好。實(shí)際使用中，在高溫和強(qiáng)干擾環(huán)境下，模塊仍能正常工作。