4至20mA信号发生器

便携式4~20mA信号发生器

在当今工业控制系统中，随着自动化水平的不断提高，经常采用标准的4至20mA信号作为微机采集和现场控制信号。因此在安装调试与维护自动化仪器、仪表等设备时要经常用到毫安信号发生器，但传统的万用表（包括数字式和指针式）都不具备毫安信号输出功能，而一个成品毫安信号发生器动辄几千甚至上万元，其价格让人难以承受，这给安装调试自动化设备时带来了诸多不便，为此笔者利用单片机制作了一个带数码显示的4至20mA信号发生器。它具有体积小、成本低、操作方便等特点，可作为现场安装调试及维护的工具。

制作思路：利用ATC2051单片机产生一个八位数字信号（0至256）送八位数模转换芯片（DAC0832）转换成模拟电流信号，然后经两级运放调整为4至20mA的标准信号。同时把信号经单片机串口送数码管同步显示。

电路原理（电器图见附图1）：通过编写程序使单片机P1口输出八位数字信号X（0至256），该信号线性代表4至20mA的电流信号Iout，S1和S2为输出电流增、减键，长按可连续调整，P1口输出的八位数字信号经DAC0832转换后由Iout1输出电流信号，经R2转换成电压信号U2，该电压信号经A1，R3，R4，R5组成的反相比例放大器调整为0至5V的电压信号U1（U1=（-R4/R3）* U2），R4为5V满度调整电阻； A3，R9至R12组成差分放大器，其输出U8=（-R12/R9）*（U1- U10），由于R10接12V、R9=R12，则U8=12 - U1，而三极管BG的Ueb=12- U8，即Ueb随U1的变化而变化。BG、R14等组成恒流源电路，调节负反馈电阻R13可使U1为0时Iout为4mA，至此毫安信号发生器基本完成。

通过调整按键S1、S2，使单片机产生变化的八位数字量（00至FFH）送P1口，而这变化的八位数字量就线性代表信号发生器输出的电流信号（见附图2），为了能把输出的电流信号同步显示出来（经串口送三位数码管作为同步显示，小数点后保留一位），根据附图2的对应关系，软件设计时把当前P1

口的输出值除以256后再乘以16（实际上把P1口的输出值除以16即可），然后加4即为当前的输出电流值，软件流程图见附图3。

.IC3Q1Q7CD409423IC4IC5~10152Q1Q7CD40943~102Q1Q7CD4094315~15+12V+5VVCCR4 50KR14 240R13 100KVCC+-C110uFR110K+5VCSWR1DGNDRSTWR2XFERDGNDILER310KU22+12VR12 10K+12V4A38U801IOUT1R23K-41U1R9 10KU99U10R10 10K10-820820VCCIC1P3.0P3.1P1.0IC2DI0A1LM324+113R510K-12VBGLM324+11-12VS1P3.3S2P3.4C230pFC330pF6MHzIOUT2R1110K~~P1.7GNDATC2051DGNDXTAL2104DI7Vout 0~5VVREFXTAL1DGNDAGND8V180-12VIout 4~20mADAC0832AGND

附图1

Iout(mA)204P100H附图2

FFH

开始初始化显示初始毫安值:04.0N是否有S1,S2按键按下YS1S1还是S2?S2P1←R5+1P1←R5-1显示缓冲处理显示缓冲处理显示子程序