隔离式A/D转换装置的设计制作

隔离式A/D转换装置的设计制作

顾宏亮

顾宏亮江苏省无锡技师学院214000

摘要隔离式A/D转换装置的设计在电路结构上采用了恒流源、运放电路、RS触发器、矩形波振荡电路、数字显示电路等单元电路，电路设计将电子技术应用与高级工职业技能鉴定要求有效的结合，专业理论知识与技能训练并重，很好的满足了职业学校电子专业学生开展专业技能训练的要求。

关键词A/D转换恒流源数控电位器

随着电子专业技能人才培养规格与职业岗位要求的逐步吻合，设计一款即能满足电子高级工职业技能鉴定，又能贴近职业岗位实际的电子线路，成为必然。

隔离式A/D转换装置设计突出模拟电路与数字电路并重，增加了新器件、新工艺的引入，从职业技术教学角度来讲，不仅拓宽了学生、专业教师的知识面，增强了学生心智技能运用，推动职业学校电子专业教学改革的发展。

一、隔离式A/D转换装置功能设计要求

把输入的模拟信号（电流4～20mA）转换为输出的数字信号（数字0～100）；输入和输出两部分电路之间相互隔离；输入信号借用装置的电源，通过恒流源电路，调节电位器使输出电流实现4～20mA变化，并在输入电阻产生Vi=0.8～4V电压；转换装置能够把0.8～4V的输入电压转换为数字0～100。见表1。

表1输入电压与数字显示转化表

二、隔离式A/D转换装置功能设计实现

1、稳压电源电路设计

稳压电源采用变压器降压方式，二次侧两组线圈构成互相独立的两组电源EA和EB，其中EB作为工作电源，EA作为输入信号；EA直接由稳压管得到正电压，EB输出正、负两组电压，正电压采用典型串联型稳压输出方式，输出电压取决于基准电压以及R11、R12的分压比，而负电压则由3V稳压管稳定得到。电路见图1。

稳压电源电路技能训练点设置：（1）稳压电源正电压输出EB=+5V±0.25V电压；（2）合理选择V14，使稳压电源负电压输出－3V电压；（3）要求对电容C4选择，确定C4的容量、类型、大小；（4）选取R5，满足在工作过程中，流过V7的电流不小于35mA。

2、A/D转换电路设计

为实现A/D转换，电路采用了新型集成电路—X9312。X9312W是Xicor公司生产的一种典型的数字电位器，内含具有100阶非易失性数字电位器，它通过控制脉冲计数的方法来调整阻值，又叫数控可变电阻器，其实质是一种特殊形式的数模转换器，其特性表现不是电流或电压，而是电阻或电阻比率。

X9312实现可控电阻特性的关键是对加/减计数器的数值进行调整，在CS端置于低电平时，INC端每一次脉冲下降沿的触发都将依U/D端为高/低电平而使计数器加/减1，连续给INC端送计数脉冲就可使加/减计数达到需要的数值，相应的也就改变了VW的输出，从而使阻值的大小发生改变。在电路中，实现转换是用数字电位器N1活动端5脚输出电压与Vi比较来实现的。N1的3、5、6脚相当于一个电位器，5脚为电位器活动端，调节W2和W3可使活动端电位最低为0.8V，最高为4V；活动端的数值变化，是由1脚的输入控制脉冲CP来控制，一个CP脉冲使活动端数值发生变化，从高到低，活动端出现的不同数值有100个。N1的2脚用于控制方向，即数值增大还是下降，当其为“1”时，CP脉冲使之上升；当其为“0”时，CP脉冲使之下降。电路见图2。

A/D转换电路技能训练点设置：（1）要求调节W2和W3，使N1-6脚电压为0.8V（即活动脚最低电压）；使N1-3脚电压为4V（即活动脚最高电压）。

3、恒流源电路设计

恒流源电路是三极管工作于放大区域的另一种应用，恒流源电路的主要特点是能够输出一个恒定不变的电流，这一电流不随电压的变化而变化。恒流源设计采用电阻比例型恒流源，由于UC6=0.8V～4V，恒流源电路中V6工作在放大状态，一般考虑取Uce6≈0.3V时，为V6工作在放大与饱和区域的临界点，计算得Ue6=1.1V～4.3V，Ub6=0.4V～3.6V，选用稳压管V5=2V时，Ub6=4V。电路见图3。

恒流源电路技能训练点设置：（1）要求选取V5，使得调节W1能得到V6集电极电流I为4～20mA的恒流源。

4、矩形波振荡电路设计

采用集成运放LM358分别组成电压比较器和矩形波振荡电路，LM358电路内部有四个集成运放，电路中采用了一个运放作比较器，另一个作矩形波振荡器核心元件。电压比较器电路中将输入信号Vi、N1活动端电压，通过R3和R4连接到N2的同相与反相输入端上，当N1活动端电压小于Vi时，N2输出高电平，反之，输出低电平，电路见图4。矩形波振荡电路中振荡频率为T=2R28C6，通过计算得出C6=0.1uf。电路见图5。

集成运放电路技能训练点设置：（1）要求考生将输入信号Vi、N1活动端电压，通过R3和R4用连线加到N2的同相与反相输入端上，并要求活动端电压小于Vi时，N2输出高电平，反之，输出低电平。（2）要求当矩形波振荡器振荡频率为几百～1千赫兹左右时选择C6大小。

5、计数显示电路设计

电路中的计数显示部分采用七位二进制计数器MC14024，计数器采用下降沿触发，RST为复“0“端，高电平有效，输出端Q7～Q1；显示部分采用发光二极管发光指示，发光管采用共阳极结构，当Q端输出低电平，发光管亮。S1、R23、R13、R24、R26、V17分别为N3、D1、D2实现手动复位功能。电路见图6。

图6计数显示与复位电路

计数显示电路技能训练点设置：（1）要求调节W1使计数器输出显示转换结果为50。

复位电路技能训练点设置：（1）要求对集成电路74HC10多余的与非门输入端进行处理。

通过训练引导电子专业教学内容方向与行业接轨，加快了实习指导教师的成长，加强学生知识的应用能力，逻辑分析与判断能力，加快学生心智技能的培养，提高课堂教学的有效性和技能人才的规格，增强与对企业岗位的适应性。

参考文献

【1】闵锐编《电子线路基础》西安电子科技大学出版社

【2】陈传虞《脉冲与数字电路》高等教育出版社