用两片MAX539实现毫伏信号发生器

第24卷第4期增刊　　　　　　　　　　　　

仪　器　仪　表　学　报　　　　　　　　　　　　2003年8月

用两片M AX 539实现毫伏信号发生器

杨耀权　杨　勇　张冬生

(华北电力大学　保定　071000)

摘要　本文介绍一种用2片12位的D 稳定性强、电路简A 转换器M A X 539实现度毫伏信号发生器的方法, 它具有精度高、洁、实现方便等特点。

关键词　M A X 539　D A 转换器　信号发生器

Ach iev i ng M ill ivolt Genera tor W

ith D Yaoquan 　Yang Yong 　Zhang Dongsheng

(N orth Ch ina E lectric P o w er U n iversity , B aod ing 071000, Ch ina )

Abstract 　A new m ethod is introduced to generate the m illivo lt w ith double of M A X 539. It has characteristics of h igh p recisi on , h igh stability , brief circuit , easy ach ieving and so on . Key words 　M A X 539　DA C 　Signal generato r

1　引　　言

在仪器仪表的校验过程中, 要求校验仪能够产出相对应的电压、电流、电阻、频率等信号。比如电厂中使用的对温度信号测量的二次仪表, 它的输入信号一般比较小, 如果用铂铑10—铂作为温度传感器, 那么当温度为100℃时, 传感器的输出电压为01646mV 。所以对应的校验仪就必须具有产生高精度的毫伏信号的能力。在这里用两片12位的D A 转换器M A X 539, 将一片M A X 539作为另外一片M A X 539的基准电压的方法搭建了高精度的毫伏信号发生器, 实现对微小信号电压输入仪器的校验。它的最高分辨率可以达到V REF ・6・10。在模拟电压输出端外接的放大电路在保持其分辨率的基础上, 可达到增加其稳定性、减小误差的作用。

-8

图1　M A X 539引脚图

　　管脚1(D I N ) :串行数据输入端, 数据在SCL K 上升沿输入, 输入时高位在前, 低位在后;

管脚2(SCL K ) :串行时钟输入端, 最高频率为

14M H z ;

管脚3(CS ) :片选端, 低电平有效;

管脚4(DOU T ) :串行数据输出端, 输出时高位在先;

管脚5(A GND ) :模拟地;

管脚6(R EF I N ) :基准电压输入端, 电压值必须小于V DD —2V ;

管脚7(VOU T ) :DA C 转换电压输出端, 为CM O S 电平;

管脚8(VDD ) :+5V 电压, 电压范围在415～

515V 。

M A X 539内部采用倒置的R —2R 梯形网络和单

2　M AX 539芯片介绍

M A X 539是M A X I M 公司生产的快速D A 转换

器, 它具有接口简单、转换时间短、功耗低

、体积小等优点。M A X 539的引脚图见图1, 它是采用8脚D IP 封装, 各管脚的功能如下:

电源的CM O S 运算放大器将12位数字量转换成模拟电压。器, 最高精度可以达到V REF 2V , 即011mV , 其中V REF 为M A X 873A 输出的基准电压, 为2V 。比如在对测量热电耦铂铑10—铂的二次仪表进行校验时, 假设二次仪表的测量范围在0～1600℃之间, 要校验它在500℃时的测量精度是否达到要求。首先查到铂铑10—铂在

1600℃下输出电压V 1为161777mV , 在500℃下的输

24

3　应用电路

在本文的应用中主要用2片M A X 539、A T 89C 52以及一些外围电路, 其中一片的基准电压源用到了

M A X 873A , 为了避免噪声, 在M A X 873A 和M A X 539

出电压V 2为41233mV , 因为采用M A X 837A 作为基准电压源, 所以U 2的基准电压为2V , 那么向U 2输入的数据D U 2为:

12

2) +1D U 2=fix (V 1・2

之间接上一个电容。具体电路图见图2

。

此时U 2的输出电压V OU T1为:

2V OU T1D U 2・2

1212

向U 33为:

D =(V 2OU V OU T2为:

2V OU T2=D U 3・V OU T1

12

以上式中函数fix ()表示向左取整的意思。将数据带入可得D U 2=35, V OU T1=171090mV ,

D U 3=1014, V OU T2=41231mV 。

此时输出与标定值之间的误差为0105%, 能够达到一般仪器的校验精度要求。在输出电压特别小的时候, 可以通过接在U 3后边的放大电路来调整输出精

图2　应用电路图

度。例子仍然如前, 如果放大器的放大倍数为10时, 分别将D U 2和D U 3放大10倍, 即:

2・10) +1D U 2=fix (V 1・2

1212

在应用过程中, A T 89C 52单片机数据串行输出采用方式0, RXD 端输出数据, TXD 端输出移位脉冲。首先置P 111为0, 置P 112端为1, 将选通U 2, 屏蔽U 3, 然后向U 2输入数据, 这儿的数据值由校验的二次仪表的量程确定, 将U 2的输出电压作为U 3的参考电压, 然后置P 111为1, 置P 112端为0, 选通U 3, 屏蔽

U 2, 接着向U 3输入数据, 这儿的数据值由校验值和U 2的输出电压共同决定, 最后通过一滤波放大电路输

D U 3=fix (V 2・2 V OU T1・10)

将数据带入可得D U 2=344(014EH ) , V OU T1=

1671969mV , D U 3=1032(0408H ) , V OU T2=421320mV 。此时输出与标定值之间的误差为0102%, 由此可见外接一放大电路降低了校验仪的输出误差。

具体单片机程序如下:

出最后结果。用2片M A X 539来实现毫伏信号发生

M OV SETB CL R M OV M OV CL R M OV M OV CL R SETB

SCON , P 112P 111A , SBU F , 99H A , SBU F , 99H P 111

A

; 清除发送中断位标志; 片选信号置1, 屏蔽U 2

(下转第42页)

#00H ; 设置串行口通信方式为0, TXD 开始输出移位脉冲

; 片选信号置1, 屏蔽U 3; 片选信号置0, 选中U 2

#01H ; 将待传输给U 2的高8位数据送交给SBU F A

; 清除发送中断位标志

#4EH ; 将待传输给U 2的低8位数据送交给SBU F

用则是一个难点问题, 不过在通过经验和不断的试验之后建立起来的小波函数则比傅立叶变换有更好的仿真效果。

(3) 在频域中, 傅立叶变换具有较好的局部化能

分析起, 通过对电压闪变信号的检测及仿真, 发现小波变换比傅立叶变换分析更为有效。　　参考文献

1　. W avelet 2M ing 2T ang Chen , A . P . Sak is M eli opou lo s

based A lgo rithm fo r V o ltage F licker A nalysis , IEEE . on P . D . 2000, 732～737. T ran s

2　SH YH 2J IER HUAN G , CH EN G 2TAO H S IEH . A pp lica 2

ti on of Con tinuou s W avelet T ran sfo rm fo r Study of . V o ltege F licker 2Generated Signals

IEEE TRAN SA C 2

T I ON S ON A ERO SPA CE AND EL ECTRON I C SYS 2

力, 特别是对于那些频率成分比较简单的确定性信号, 傅立叶变换很容易把信号表示成各频率成分的叠加和的形式。但是在时域中, 傅力叶变换没有局部化能力, 无法从f (t ) 的傅立叶变换F (w ) 看出f (t ) 在任一时间点附近的性态。在电能质量监测中, 应用小波变换方法可以对谐波和闪变同时进行分析, 结果一目了然, 而且在图4的d 6示意图中, 可以清楚地看出电压闪变发生的时间, 这也是应用小波变换的优点之一。

总之, 我们选用小波变换来分析电压闪变主要是利用小波分析比傅立叶更优越的地方。比如自适应分辨分析(高频时候时窗变窄, ) ; 频带处理频域的信息(时频局部分析(, , 而只改变当时一小段时间的频谱分布) 。所以, 本文从小波的基本理论

～. T E M S . 2000, 36(3) :925

3　L . A i , P . . D . . A M easu rem en t ran sfo rm Fo r Pow er Q .

4　石志强, 任震, 黄雯莹1小波分析及其在电力系统中的应

. O n P . D . , 1999, 13T ran s

用(二) 理论基础1电力系统自动化, 1997, 2:13～171

5　张贤达1现代信号处理1北京:清华大学出版社1

(上接第38页)

CL R M OV M OV CL R M OV M OV CL R SETB R ET

P 112A , SBU F , 99H A , SBU F , 99H P 112

A A

; 片选信号置0, 选中U 3

#04H ; 将待传输给U 3的高8位数据送交给SBU F

; 清除发送中断位标志

#08H ; 将待传输给U 3的低8位数据送交给SBU F

; 清除发送中断位标志; 片选信号置1, 屏蔽U 3

验, 由于电路简洁, 可以实现就地校验的目的。

4　总　　结

用D 实用性A 转换器产生毫伏信号, 电路简洁、强。外接精密的放大电路, 增加了输出信号的精度和稳定性。用这种方法产生的毫伏信号, 配合其它电路, 能够满足对电厂用于测传感器温度的二次仪表进行校

　　参考文献

1　刘海涛, 周永强. 低功耗12位串行数模转换器M A X 539

及其应用. 国外电子元器件, 2002, (8) :58～601

2　高魁明. 热工测量仪表. 北京:冶金工业出版社, 1985, 280

～2951

第24卷第4期增刊　　　　　　　　　　　　

仪　器　仪　表　学　报　　　　　　　　　　　　2003年8月

用两片M AX 539实现毫伏信号发生器

杨耀权　杨　勇　张冬生

(华北电力大学　保定　071000)

摘要　本文介绍一种用2片12位的D 稳定性强、电路简A 转换器M A X 539实现度毫伏信号发生器的方法, 它具有精度高、洁、实现方便等特点。

关键词　M A X 539　D A 转换器　信号发生器

Ach iev i ng M ill ivolt Genera tor W

ith D Yaoquan 　Yang Yong 　Zhang Dongsheng

(N orth Ch ina E lectric P o w er U n iversity , B aod ing 071000, Ch ina )

Abstract 　A new m ethod is introduced to generate the m illivo lt w ith double of M A X 539. It has characteristics of h igh p recisi on , h igh stability , brief circuit , easy ach ieving and so on . Key words 　M A X 539　DA C 　Signal generato r

1　引　　言

在仪器仪表的校验过程中, 要求校验仪能够产出相对应的电压、电流、电阻、频率等信号。比如电厂中使用的对温度信号测量的二次仪表, 它的输入信号一般比较小, 如果用铂铑10—铂作为温度传感器, 那么当温度为100℃时, 传感器的输出电压为01646mV 。所以对应的校验仪就必须具有产生高精度的毫伏信号的能力。在这里用两片12位的D A 转换器M A X 539, 将一片M A X 539作为另外一片M A X 539的基准电压的方法搭建了高精度的毫伏信号发生器, 实现对微小信号电压输入仪器的校验。它的最高分辨率可以达到V REF ・6・10。在模拟电压输出端外接的放大电路在保持其分辨率的基础上, 可达到增加其稳定性、减小误差的作用。

-8

图1　M A X 539引脚图

　　管脚1(D I N ) :串行数据输入端, 数据在SCL K 上升沿输入, 输入时高位在前, 低位在后;

管脚2(SCL K ) :串行时钟输入端, 最高频率为

14M H z ;

管脚3(CS ) :片选端, 低电平有效;

管脚4(DOU T ) :串行数据输出端, 输出时高位在先;

管脚5(A GND ) :模拟地;

管脚6(R EF I N ) :基准电压输入端, 电压值必须小于V DD —2V ;

管脚7(VOU T ) :DA C 转换电压输出端, 为CM O S 电平;

管脚8(VDD ) :+5V 电压, 电压范围在415～

515V 。

M A X 539内部采用倒置的R —2R 梯形网络和单

2　M AX 539芯片介绍

M A X 539是M A X I M 公司生产的快速D A 转换

器, 它具有接口简单、转换时间短、功耗低

、体积小等优点。M A X 539的引脚图见图1, 它是采用8脚D IP 封装, 各管脚的功能如下:

电源的CM O S 运算放大器将12位数字量转换成模拟电压。器, 最高精度可以达到V REF 2V , 即011mV , 其中V REF 为M A X 873A 输出的基准电压, 为2V 。比如在对测量热电耦铂铑10—铂的二次仪表进行校验时, 假设二次仪表的测量范围在0～1600℃之间, 要校验它在500℃时的测量精度是否达到要求。首先查到铂铑10—铂在

1600℃下输出电压V 1为161777mV , 在500℃下的输

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3　应用电路

在本文的应用中主要用2片M A X 539、A T 89C 52以及一些外围电路, 其中一片的基准电压源用到了

M A X 873A , 为了避免噪声, 在M A X 873A 和M A X 539

出电压V 2为41233mV , 因为采用M A X 837A 作为基准电压源, 所以U 2的基准电压为2V , 那么向U 2输入的数据D U 2为:

12

2) +1D U 2=fix (V 1・2

之间接上一个电容。具体电路图见图2

。

此时U 2的输出电压V OU T1为:

2V OU T1D U 2・2

1212

向U 33为:

D =(V 2OU V OU T2为:

2V OU T2=D U 3・V OU T1

12

以上式中函数fix ()表示向左取整的意思。将数据带入可得D U 2=35, V OU T1=171090mV ,

D U 3=1014, V OU T2=41231mV 。

此时输出与标定值之间的误差为0105%, 能够达到一般仪器的校验精度要求。在输出电压特别小的时候, 可以通过接在U 3后边的放大电路来调整输出精

图2　应用电路图

度。例子仍然如前, 如果放大器的放大倍数为10时, 分别将D U 2和D U 3放大10倍, 即:

2・10) +1D U 2=fix (V 1・2

1212

在应用过程中, A T 89C 52单片机数据串行输出采用方式0, RXD 端输出数据, TXD 端输出移位脉冲。首先置P 111为0, 置P 112端为1, 将选通U 2, 屏蔽U 3, 然后向U 2输入数据, 这儿的数据值由校验的二次仪表的量程确定, 将U 2的输出电压作为U 3的参考电压, 然后置P 111为1, 置P 112端为0, 选通U 3, 屏蔽

U 2, 接着向U 3输入数据, 这儿的数据值由校验值和U 2的输出电压共同决定, 最后通过一滤波放大电路输

D U 3=fix (V 2・2 V OU T1・10)

将数据带入可得D U 2=344(014EH ) , V OU T1=

1671969mV , D U 3=1032(0408H ) , V OU T2=421320mV 。此时输出与标定值之间的误差为0102%, 由此可见外接一放大电路降低了校验仪的输出误差。

具体单片机程序如下:

出最后结果。用2片M A X 539来实现毫伏信号发生

M OV SETB CL R M OV M OV CL R M OV M OV CL R SETB

SCON , P 112P 111A , SBU F , 99H A , SBU F , 99H P 111

A

; 清除发送中断位标志; 片选信号置1, 屏蔽U 2

(下转第42页)

#00H ; 设置串行口通信方式为0, TXD 开始输出移位脉冲

; 片选信号置1, 屏蔽U 3; 片选信号置0, 选中U 2

#01H ; 将待传输给U 2的高8位数据送交给SBU F A

; 清除发送中断位标志

#4EH ; 将待传输给U 2的低8位数据送交给SBU F

用则是一个难点问题, 不过在通过经验和不断的试验之后建立起来的小波函数则比傅立叶变换有更好的仿真效果。

(3) 在频域中, 傅立叶变换具有较好的局部化能

分析起, 通过对电压闪变信号的检测及仿真, 发现小波变换比傅立叶变换分析更为有效。　　参考文献

1　. W avelet 2M ing 2T ang Chen , A . P . Sak is M eli opou lo s

based A lgo rithm fo r V o ltage F licker A nalysis , IEEE . on P . D . 2000, 732～737. T ran s

2　SH YH 2J IER HUAN G , CH EN G 2TAO H S IEH . A pp lica 2

ti on of Con tinuou s W avelet T ran sfo rm fo r Study of . V o ltege F licker 2Generated Signals

IEEE TRAN SA C 2

T I ON S ON A ERO SPA CE AND EL ECTRON I C SYS 2

力, 特别是对于那些频率成分比较简单的确定性信号, 傅立叶变换很容易把信号表示成各频率成分的叠加和的形式。但是在时域中, 傅力叶变换没有局部化能力, 无法从f (t ) 的傅立叶变换F (w ) 看出f (t ) 在任一时间点附近的性态。在电能质量监测中, 应用小波变换方法可以对谐波和闪变同时进行分析, 结果一目了然, 而且在图4的d 6示意图中, 可以清楚地看出电压闪变发生的时间, 这也是应用小波变换的优点之一。

总之, 我们选用小波变换来分析电压闪变主要是利用小波分析比傅立叶更优越的地方。比如自适应分辨分析(高频时候时窗变窄, ) ; 频带处理频域的信息(时频局部分析(, , 而只改变当时一小段时间的频谱分布) 。所以, 本文从小波的基本理论

～. T E M S . 2000, 36(3) :925

3　L . A i , P . . D . . A M easu rem en t ran sfo rm Fo r Pow er Q .

4　石志强, 任震, 黄雯莹1小波分析及其在电力系统中的应

. O n P . D . , 1999, 13T ran s

用(二) 理论基础1电力系统自动化, 1997, 2:13～171

5　张贤达1现代信号处理1北京:清华大学出版社1

(上接第38页)

CL R M OV M OV CL R M OV M OV CL R SETB R ET

P 112A , SBU F , 99H A , SBU F , 99H P 112

A A

; 片选信号置0, 选中U 3

#04H ; 将待传输给U 3的高8位数据送交给SBU F

; 清除发送中断位标志

#08H ; 将待传输给U 3的低8位数据送交给SBU F

; 清除发送中断位标志; 片选信号置1, 屏蔽U 3

验, 由于电路简洁, 可以实现就地校验的目的。

4　总　　结

用D 实用性A 转换器产生毫伏信号, 电路简洁、强。外接精密的放大电路, 增加了输出信号的精度和稳定性。用这种方法产生的毫伏信号, 配合其它电路, 能够满足对电厂用于测传感器温度的二次仪表进行校

　　参考文献

1　刘海涛, 周永强. 低功耗12位串行数模转换器M A X 539

及其应用. 国外电子元器件, 2002, (8) :58～601

2　高魁明. 热工测量仪表. 北京:冶金工业出版社, 1985, 280

～2951