【转载】单片机ADC的一种妙用——I/V转换电路详解

前段时间在做项目的时候有用到单片机的ADC采集，众所周知，单片机本身的ADC采集都是采用0-5V（此处以5V单片机为例）的电压信号，这就要求传感器（变送器）的输出必须是0-5V的电压，而实际应用中，我们去找传感器的时候往往都是输出4-20mA的电流信号，因为这种信号的抗干扰能力比电压输出的要强！上次选的一款电流变送器的时候就碰到过这样的问题，人家标准的基本都是4-20mA输出的，而我的PCB板做的ADC采集是0-5V的电压，所以不得不找人定制。显然，成本也在增加，因此，这个项目做完后，本人就开始寻找这样的一种电路：4-20mA输入转0-5V输出的I/V转换电路。经收集整理，找到了如下几种电路：

    一、最简单的4-20mA输入转0-5V输出的I/V转换电路

    在与电流输出的传感器接口的时候，为了把传感器输出的1-10mA或者4-20mA电流信号转换成为电压信号，往往都会在后级电路的最前端配置一个I/V转换电路，下图就是这种电路的最简单的应用示意图：

                               
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仅仅使用一直I/V转换取样电阻，就可以把输入电流转换成为信号电压，其取样电阻可以按照R=Vin/I求出，Vin是单片机需要的满读AD信号电压，I是输入的最大信号电流。

    这种电路虽然简单，但是却不使用。首先，其实际意义是零点信号的时候，会有一个零点电流流过取样电阻，如果按照4-20mA输入电流转换到最大5V电压来分析，零点的时候恰好是1V，这个1V在单片机资源足够的时候，可以由单片机软件去减掉它。可是这样一来，其有用的电压就会只剩下5-1=4V而不是5V了，因此，处理这种简单的输入转换电路时比较麻烦。为了达到AD转换的位数，就会导致芯片成本增加。

    二、廉价运放LM324搭的4-20mA输入转0-5V输出的I/V转换电路

                               
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    上图采用的是廉价运放LM324搭的4-20mA输入转0-5V输出的I/V转换电路，其对零点的处理是在反相输入端上加入一个调整电压，其大小恰好为输入4mA时在R0上的压降。有了运算放大器，还使得R0的取值可以更加小，因为这时信号电压不够大的部分可以通过配置运放的放大倍数来补足。这样，就可以真正把4-20mA电流转换成0-5V电压了。

    当然，使用运算放大器也会带来一些麻烦，尤其是在注重低成本的时候，选择的运放往往是最廉价的，运放的失调与漂移，以及因为运放的供电与单片机电路供电的稳定性，电源电压是否可以保证足够稳定，运放的输入阻抗是否对信号有分流影响，以及运放是否在整个信号范围内放大特性平坦，如此等等，造成这种廉价电路的实际效果不如人意。

    而最大的不如人意之处还是零点抵消电路上。随着信号电流的变化，运放的反相端的电压总是会与零点调整电压发生矛盾，就是这个零点电压也在随着运放输出的变化而变化，只不过由于有了信号有用电压的存在，而在结构中不容易区分而已。这种现象最容易造成非线性加大。虽然可以在单片机里采用软件矫正来纠正，但是，就具体措施而言，这样做需要增加编程人员不少的工作量，而且需要多点采集数据来应对。

    三、采用运放OP07搭的4-20mA输入转0-5V输出的I/V转换电路

                               
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    上图是一种被推荐使用的较好线路，首先，对运放的供电采用了DIP封装的TL431组成的更高精度稳压电路，这种TL431采用DIP8封装，耗散功率达到1W，更改供电电压，只需更换分压电阻就可以轻易办到。其次，运算放大器选择使用高精度低失调的OP-07，其参数指标大大优于普通廉价运放。最为关键的是对于零点信号的处理上，可以保证输入4mA的时候，运放ICC的输出电压等于零。

    四、采用精密的4-20mA输入转0-5V输出的I/V转换专用集成电路

        RCV420是一种精密的I/V转换电路，也是目前最佳的4-20mA转换0-5V的电路方案，有商业级和工业级可以选择，其引脚图及主要性能参数如下：

                               
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    典型应用电路如下：

                               
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    有关RCV420的详细使用见参考手册

学习了...........

这个不错，，，，，，

谢谢分享

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