構建完整工業ADC接口的微控制器和調制器

　　設計師們通常使用0至20-mA和0到10V的隔離輸入作為工業應用控制的信號。由隔離電源、AnalogDevicesAD7400調制器內置隔離及TexasInstrumentsMSP430微控制器共同為工業設計師要求的一種完整、隔離且牢靠的模擬信號接口創建一種設計。其中精確的信號調節電路生成AD7400所需的較小的差分電壓（圖1），該電路可生成所需的200-mV差分電壓。為清晰起見，圖中略去了過壓二極管和保護電路。

　　0至20-mA電流通過一個適當值的電阻R2轉換成電壓，進入一個精密的運算放大器中。在放大器的正向輸入端維持恒定的電壓，從而使連接到負向輸入的信號電平得到正向偏移。0至10V的信號，如來自于電位器的信號，也相應地按照0至20-mA信號那樣比例變換成類似電壓，并被累加到AnalogDevicesOP1177放大器IC1的負端子中。

　　將信號偏移到0V以上就會產生類似于正向單端模擬信號的信號。AnalogDevices的AD8138差分ADC驅動放大器驅動AD7400。增益也隨之相應變化使產生的信號位于±200mV內，這一范圍正是ADC所需的。最后，信號通過一個由R 10、R11及C4在正端子與負端子間構成的低通過濾波器，再進入到AD7400。AD7400采用一個低成本的微控制器對此差分信號進行轉換和處理。通常采用調制器ADC（如AD7400）與FPGA或DSP接口。但是，這種方法的成本較高，又非常復雜。對于成本敏感的應用，如不需要先進的濾波處理，可以使用簡單的微控制器。

　　AD7400設備有兩路輸出：MCLKOUT和MDAT（圖2）。MCLKOUT是一個10-MHz的時鐘，可以同步調制的數據流MDAT。AD7400將MDAT解釋為隨時間變化的百分比。由于MDAT只在MCLKOUT的上升沿變化，電路必須將MDAT及MCLKOUT合并來創建一個微控制器可以計數的脈沖流。微控制器首先逆變MCLKOUT以防止在MDAT的過渡沿對非故意造成的抖動信號進行計數。圖中顯示了MDAT、逆變的MCLKOUT及產生的數據流。

　　脈沖數據信號和逆變的MCLKOUT分別輸入微控制器上的單獨定時器/計數器。（圖3）。TIMSP430F2274提供了兩個16位計數器，可支持快達16MHz的運行。在時鐘計數器發出溢出中斷信號時，電路通過對數據計數器進行采樣來測量ADC值。在此應用中，在環形緩沖器上運行一個平均數的數據測量，可以方便地過濾數據。