单片机控制4-20mA输出.docx

【单片机控制4-20mA输出】的文档主要探讨了如何利用单片机实现高精度的模拟信号输出，特别是4-20mA的直流信号。在工业仪表和变送器中，这种输出通常需要高精度，12位D/A转换器常被用于此目的。然而，12位D/A芯片的成本较高且占用较多接口线，特别是在需要隔离的场合，会增加额外的光电耦合器和元器件，导致体积和成本上升。 为了解决这个问题，文档提出了一种利用PWM（脉宽调制）方式实现D/A转换的方法。PWM通过调节脉冲宽度来改变输出电压的平均值，以此达到模拟电压输出的效果。在12位精度下，理论上的误差和温度漂移指标可以满足工业仪表的要求。文档中提到，通过设定脉冲固定周期T和可变脉宽τ，并将τ分为5000份，每份2us，可以实现0-5V的电压输出范围。 实际电路设计中，单片机（如8098或8031）产生PWM信号，然后通过光电隔离器避免数字干扰影响精度，再由模拟开关CD4053控制输出。PWM信号经过两级RC滤波器转换为平滑的直流电压，以达到4-20mA的电流输出。滤波器的RC时间常数一般设置为RC≥2T，以减少纹波，但会影响响应速度。 尽管理论上的线性关系理想，但在实际应用中，由于电容的非纯电容性质（含电感），在小占空比时会导致非线性现象。为了改善这一点，可以采用无感电容，但考虑到成本和容量限制，这种方法并不适用于大时间常数滤波电路。在实际操作中，可以通过调整工作范围，避开非线性区域，以满足精度需求。 在温度特性方面，为了确保稳定，选择了具有低温度漂移的2DW232精密稳压二极管和运放，同时注意电阻的温度系数匹配。通过这些措施，D/A转换器的总温度漂移可以控制在33ppm/℃。 实测数据显示，虽然线性度和温度特性满足要求，但测量数据包含了V/I转换的误差，实际D/A自身的误差应该小于总误差。例如，当设定为20.000mA时，实测输出为20.008mA，误差为0.008mA。 通过单片机控制的PWM方式，可以实现低成本、高精度的4-20mA模拟信号输出，适合于工业仪表的应用。关键在于优化PWM信号的生成、滤波以及温度补偿策略，以确保系统的稳定性和准确性。