基于AD5420驅動輸出4-20mA電流信號的方案

ID:63113 · 發表于 2019-12-28 19:25

文-沙鷗

1.電流信號輸出的優勢
話說到工業控制上的模擬信號，一般來說最常見的不過就是電壓信號和電流信號，不過電流信號相比于電壓信號卻有著太多的優勢了：
       電流信號不受交流感應的影響，干擾問題易于解決。
       電流信號不受傳輸線中的電感、電容等參數變化的影響。
       長距離傳輸信號衰減小，在10到100米的距離內有很好的傳輸效果，而電壓信號只適合于短距離的傳輸，且易受電磁干擾的影響。
正因為有著這么多優勢，所以電流信號應用廣泛。作為自控開發攻城獅來說在工作中會經常使用到電流信號，比如將來自儀表輸出的4-20mA的信號采集到處理器里面，這個顯然不難，那么有個問題，假設控制器想要輸出4（0）-20mA的電流信號給其他設備，該怎么實現呢？這個，就是本文的主要內容。

2.一些驅動電流信號輸出的方案
驅動電流信號輸出的方案有很多，本文只簡單介紹幾種比較常見的方案。
       基于XTR111的方案
XTR111是TI公司的電流信號輸出芯片，它能把輸入的電壓信號轉換為0-20mA,4-20mA或5-25mA的電流信號輸出，TI公司的其他芯片如XRT115/116等，也可以驅動輸出4-20mA電流信號。XTR111方案是將模擬電壓信號轉換為電流信號，假如我們一個項目使用微處理器來開發，且微處理器本身不帶DAC的話，那么本身輸出模擬電壓信號就是一件麻煩的事情，所以這里就不細談。
       基于AD5420/AD5410的方案
那么，有沒有直接把微處理器的數字信號直接轉換為電流信號的器件呢？
這個肯定是有的，AD5420/5410就是能把數字信號直接輸出轉換為電流信號的一種器件，它們的特點如圖 1。

3.AD5420怎么使用
AD5420是一個單通道、16位、串行輸入、電流源DAC芯片，AD5410與AD5420的使用方法類似，只不過AD5410的輸入數據是12位，AD5420的輸入數據是16位，本文主要就講一講AD5420的用法。
3.1 AD5420與微處理器的連接電路和引腳定義

圖 2為AD5420與微處理器的部分接線圖，更詳細的參考資料可以查看圖 2中紅色文字所示公眾號或者圖 1中紅色網址/資料中心里面的同名文章中的附件（下用“附件”代替）。可以看出，要讓AD5420輸出的電流信號受微處理器控制，需要將AD5420的FAULT、CLEAR、LATCH、SCLK、SDIN、SDO與微處理器的IO口連接起來，具體的引腳含義如下。

3.2微處理器怎么控制AD5420輸出電流信號
AD5420里面有很多寄存器，其實微處理器控制AD5420的原理就是利用SPI通信協議控制改變AD5420內部對應寄存器的值來更新輸出的電流信號，微處理器通過SPI讀取AD5420寄存器的值來獲得AD5420的運行狀態。

（1）AD5420的寄存器
AD5420的寄存器主要是移位寄存器，移位寄存器又包括地址字和數據寄存器、控制寄存器、復位寄存器、狀態寄存器等，其中：
移位寄存器為一個24位的寄存器，由地址字節（8位）和數據字（16位）組成，地址字節主要是為了尋址對哪個寄存器進行操作，根據地址字節可以定位到數據寄存器、控制寄存器、復位寄存器等，后面的數據字就是操作的參數。
數據寄存器為16位（根據地址字尋址，移位寄存器的低16位），這個數據的大小就直接映射到輸出電流的大小。
控制寄存器為16位（根據地址字尋址，移位寄存器的低16位），用于對AD5420進行設置，包括選擇外部電流設置電阻、輸出使能、數字壓擺、菊花鏈模式、輸出范圍選擇等控制。
復位寄存器為16位（根據地址字尋址，移位寄存器的低16位），可以將器件復位到上電狀態。
狀態寄存器為16位（根據地址字尋址，移位寄存器的低16位），用于獲取AD5420運行狀態。

A 移位寄存器

移位寄存器是一個總的稱呼，可讀可寫，使用的時候先用高8位定位到對哪個寄存器進行操作，后面再根據需要給定16位的操作參數。

B 數據寄存器

數據寄存器只能寫入，這里的16位數據D就直接決定輸出電流Iout的大小，輸出電流Iout與數據存儲器值D的對應關系如下：

C 控制寄存器

控制寄存器只能寫入，用于對AD5420進行設置。具體參數設置含義如圖 6。
另外的復位寄存器和狀態寄存器等更詳細的描述，可以查看附件。

（2）寄存器的讀寫時序

AD5420的數據交換是SPI通信協議，在SCLK時鐘的驅動下通過SDI和SDO引腳進行數據讀寫，完成數據傳輸后需要LATCH上升沿的確認。關于SPI的介紹，可以查看圖 2中紅色文字所示公眾號或者圖 1中紅色網址/資料中心里面的一篇文章《SPI通信協議淺談》。
需要注意的是，AD5420的數據交換是發生在SCLK的上升沿，這里的SCLK、SID、SDO脈沖信號對持續時間是有要求的，具體信息還是需要查看附件。

（3）怎么控制AD5420輸出的電流
前面講過，微處理器控制AD5420輸出電流信號的原理就是利用SPI通信改變AD5420的數據寄存器的值，這樣就可以改變輸出電流的大小。

（4）向數據寄存器寫數據控制輸出電流的程序流程

全文完。更多信息，請查看圖 2中紅色文字所示公眾號或者圖 1中紅色網址/資料中心里面的同名文章中的附件。

ID:302428 · 發表于 2020-4-26 14:50

請問如果想用AD5410或者AD5420設計4路模擬量輸出該怎么做呢？

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