4-20ma信号发生器电路
4-20ma信号发生器电路
4-20ma信号发生器电路制作要求：以精度0.5级为例,二线制4～20mA模拟恒环路信号发生器执行标准：GB/T13850－1998；(1)基准要稳,４mA是对应的输入零位基准，基准不稳，谈何精度线性度，冷开机３分锺内４mA的零位漂移变化不超过4.000mA0.5%以内;(即3.98-4.02mA),负载250Ω上的压降为0.995-1.005V，国外IC心片多用昂贵的能隙基准，温漂系数每度变化10ppm；(2)内电路总计消耗电流<4mA,加整定后等于4.000mA,而且有源整流滤波放大恒流电路不因原边输入变化而消耗电流也随之变化，国外IC心片采用恒流供电；(3)当工作电压24.000V时,满量程20.000mA时,满量程20.000mA的读数不会因负载0-700Ω变化而变化;变化不超过20.000mA0.5%以内；(4)当满量程20.000mA时,负载250Ω时,满量程20.000mA的读数不会因工作电压15.000V-30.000V变化而变化;变化不超过20.000mA0.5%以内；(5)当原边过载时，输出电流不超过25.000mA+10%以内，否则PLC/DCS内供变送器用的24V工作电源和A/D输入箝位电路因功耗过大而损坏，另外变送器内的射随输出亦因功耗过大而损坏，无A/D输入箝位电路的更遭殃；(6)当工作电压24V接反时不得损坏变送器,必须有极性保护；(7)当两线之间因感应雷及感应浪涌电压超过24V时要箝位,不得损坏变送器；一般在两线之间并联1-2只TVS瞬态保护二极管 1.5KE可抑制每20秒间隔一次的20毫秒脉宽的正反脉冲的冲击,瞬态承受冲击功率1.5KW-3KW；(8)产品标示的线性度0.5％是绝对误差还是相对误差,可以按以下方法来辨别方可一目了然:符合下述指标是真的线性度0.5％.原边输入为零时输出４mＡ正负0.5%(3.98-4.02mA),负载250Ω上的压降为0.995-1.005V原边输入10％时输出5.6mＡ正负0.5%(5.572-5.628mA)负载250欧姆上的压降为1.393-1.407V原边输入25％时输出8mＡ正负0.5%(7.96-8.04mA)负载250Ω上的压降为1.990-2.010V原边输入50％时输出12mＡ正负0.5%(11.94-12.06mA)负载250Ω上的压降为2.985-3.015V原边输入75％时输出16mＡ正负0.5%(15.92-16.08mA)负载250Ω上的压降为3.980-4.020V原边输入100％时输出20mＡ正负0.5%(19.90-20.10mA)负载250Ω上的压降为4.975-5.025V(9)原边输入过载时必须限流:原边输入过载大于125%时输出过流限制25mＡ+10%(25.00-27.50mA)负载250Ω上的压降为6.250-6.875V；(10)感应浪涌电压超过24V时有无箝位的辨别:在两线输出端口并一个交流50V 指针式表头,用交流30-35V接两根线去瞬间碰一下两线输出端口,看有无箝位,箝位多少伏可一目了然啦；(11)有无极性保护的辨别:用指针式万用表Ω乘10K档正反测量两线输出端口,总有一次Ω阻值无限大,就有极性保护；(12)有无极输出电流长时间短路保护：原边输入100％时或过载大于125%-200%时，将负载250Ω短路，测量短路保护限制是否在25mＡ+10%；(13)工业级别和民用商用级别的辨别:工业级别工作温度范围是-25度到＋７０度，温漂系数是每度变化１００ppm,即温度每度变化１度,精度变化为万分之一；民用商用级别工作温度范围是０度（或-10度）到＋７０度（或+50度）,温漂系数是每度变化25０ppm,即温度每度变化１度,精度变化为万分之二点五。
4到20mA模拟恒流环路信号发生器制作
4到20mA模拟恒流环路信号发生器制作一。
DH4-20的原理与测试：①静态零电平4mA调节范围测试条件：VCC=24V UIN=0V（静态）步骤：改变RP1使UIN=0V，改变RP2观察IOUT的最大值和最小值。
IOUT实测值（mA）RP2↓最小值3mA±0.3mA 2.790RP2↑最大值5mA±0.3mA 4.838②UIN-IOUT线性测试测试条件：VCC=24V RL=700Ω步骤：1.将RP1调至UIN=0V2将RP2调至IOUT=4.000mA3.改变RP1从0～5V的UIN电位UIN（V）IOUT（mA）实测值（mA）0 4.000 4.0021.2508.0007.9972.50012.000 11.9983.75016.000 16.0035.000 20.000 20.008③RL-VCC最大负载电阻与工作电压之间的关系测试条件：在上述②的测试条件UIN=5V，IOUT=20mA恒定状态下步骤：改变以下RL与VCC的对应关系，观察IOUT=20mA恒定状态RL（KΩ）VCC（V）实测值（mA）0 1020.0030.11220.0030.21420.0050.31620.0050.41820.0050.52020.0050.62220.0050.72420.0050.82620.0100.92820.0101.03020.0101.13220.010④满值20mA的恒流测试测试条件：VCC=24V IOUT=20.000mA步骤：在上述条件下，改变RL从0～0.7KΩ，观察满值20的恒定状态RL（KΩ）IOUT实测值（mA）0 20.0210.120.0200.220.0190.320.0170.420.0160.520.0150.620.0140.720.013二。
二线制4～20mA模拟恒流环路信号发生器制作三。
二线制4～20mA模拟恒流环路信号发生器制作指标要求以精度0.5级为例,二线制4～20mA模拟恒环路信号发生器执行标准：GB/T13850－1998；(1)基准要稳,４mA是对应的输入零位基准，基准不稳，谈何精度线性度，冷开机３分锺内４mA 的零位漂移变化不超过4.000mA0.5%以内;(即3.98-4.02mA),负载250Ω上的压降为0.995-1.005V，国外IC心片多用昂贵的能隙基准，温漂系数每度变化10ppm；(2)内电路总计消耗电流<4mA,加整定后等于4.000mA,而且有源整流滤波放大恒流电路不因原边输入变化而消耗电流也随之变化，国外IC心片采用恒流供电；(3)当工作电压24.000V时,满量程20.000mA时,满量程20.000mA的读数不会因负载0-700Ω变化而变化;变化不超过20.000mA0.5%以内；(4)当满量程20.000mA时,负载250Ω时,满量程20.000mA的读数不会因工作电压15.000V-30.000V变化而变化;变化不超过20.000mA0.5%以内；(5)当原边过载时，输出电流不超过25.000mA+10%以内，否则PLC/DCS内供变送器用的24V工作电源和A/D输入箝位电路因功耗过大而损坏，另外变送器内的射随输出亦因功耗过大而损坏，无A/D输入箝位电路的更遭殃；(6)当工作电压24V接反时不得损坏变送器,必须有极性保护;(7)当两线之间因感应雷及感应浪涌电压超过24V时要箝位,不得损坏变送器；一般在两线之间并联1-2只TVS瞬态保护二极管 1.5KE可抑制每20秒间隔一次的20毫秒脉宽的正反脉冲的冲击,瞬态承受冲击功率1.5KW-3KW;(8)产品标示的线性度0.5％是绝对误差还是相对误差,可以按以下方法来辨别方可一目了然:符合下述指标是真的线性度0.5％.原边输入为零时输出４mＡ正负0.5%(3.98-4.02mA),负载250Ω上的压降为0.995-1.005V原边输入10％时输出5.6mＡ正负0.5%(5.572-5.628mA)负载250欧姆上的压降为1.393-1.407V原边输入25％时输出8mＡ正负0.5%(7.96-8.04mA)负载250Ω上的压降为1.990-2.010V原边输入50％时输出12mＡ正负0.5%(11.94-12.06mA)负载250Ω上的压降为2.985-3.015V原边输入75％时输出16mＡ正负0.5%(15.92-16.08mA)负载250Ω上的压降为3.980-4.020V原边输100％时输出20mＡ正负0.5%(19.90-20.10mA)负载250Ω上的压降为4.975-5.025V(9)原边输入过载时必须限流:原边输入过载大于125%时输出过流限制25mＡ+10%(25.00-27.50mA)负载250Ω上的压降为6.250-6.875V；(10)感应浪涌电压超过24V时有无箝位的辨别:在两线输出端口并一个交流50V指针式表头,用交流30-35V接两根线去瞬间碰一下两线输出端口,看有无箝位,箝位多少伏可一目了然啦;(11)有无极性保护的辨别:用指针式万用表Ω乘10K档正反测量两线输出端口,总有一次Ω阻值无限大,就有极性保护；(12)有无极输出电流长时间短路保护：原边输入100％时或过载大于125%-200%时，将负载250Ω短路，测量短路保护限制是否在25mＡ+10%；(13)工业级别和民用商用级别的辨别:工业级别工作温度范围是-25度到＋７０度，温漂系数是每度变化１００ppm,即温度每度变化１度,精度变化为万分之一；民用商用级别工作温度范围是０度（或-10度）到＋７０度（或+50度）,温漂系数是每度变化25０ppm,即温度每度变化１度,精度变化为万分之二点五；DH4～20mA模拟串口模块及其变送器电路设计中国科学院半导体所方舟公司李德辉摘要：二线制4～20mA模拟串口环路作为电流遥测技术标准，以其众多优点得到广泛应用，本文介绍的DH4～20型DH4～20mA模拟串口模块与无源交流隔离传感器的组合，不但解决了交流电流电压信号的二线制4～20mA环路遥测问题，而且成本低，性价比高。
4到20mA电流信号发生器电路
4~20mA电流信号发生器电路
许多网友发信请求提供自制低成本，适应多种电源的精度0.5级的4~20mA电流信号发生器电路，用来自制。
根据实际情况本人将以前设计的二线制交流电流变送器电路稍作修改修改后，提供给大家进行自制。
具体的电路分析清参照“老信”的博客里的“二线制交流电流变送器的设计步骤”一文。
经过实际测试，在电流输出20mA时，电路内部压降为7V左右。
在12V电源时，输出带负载能力为250欧姆。
在24V电源时，输出带负载能力大于750欧姆。
精度等级0.5级。
欢迎大家将实际制作过程反馈至本人博客文章里的留言里，供大家参考。
同时欢迎提供更好的电路供大家交流提高。
4~20ma恒流电路
4～20ma恒流输出电路分析1，电路概括一些传感器仪表电路，变送器电路中经常用到4～20ma可调恒流输出，本文将为您提供一个廉价简洁的方案，其中包括电路使用说明，电路灵活变通方法，电路计算分析等详细介绍。
2，电路说明电路分为三部分：A，输入部分：输入部分由0～2ma信号源经过R5形成一个“0～1V”的可变电压然后送入前级放大电路U1A，这个输入跟后级电路成线性关系，当输入变化时输出可实现“4～20ma”输出的变化。
输入电路形式可根据实际应用调整变化，只要能产生线性变化的直流电压即可送入前级放大电路，得出的结果是一样的，B，前级放大电路：LM358有两个运算放大器通道，我们用一个作为前级放大电路，前级放大电路由“R7，R9”组成的负反馈比例放大电路，其主要的作用是将“0～1V”的电压放大到“0～11V”，至于为什么要放大到这个电压我们后面再介绍，此处先埋下来。
C，恒流电路恒流电路是由LM358组成的另一个负反馈放大器，其主要作用是在“特定的阻抗”上面产生“特定的电压”，当阻抗和电压固定，那么电流即为恒定。
在固定电阻上面产生固定的电压这也是恒流源设计的核心，掌握了这一点就可以灵活设计各种恒流电路。
通常运算放大器的输出能力很小，所以电路中的三极管Q1起到扩流的作用。
3，电路计算分析A，图中输入为“0～2ma”，根据运算放大器虚断的分析R1上面不过电流，所以“0～2ma”电流全部经过R5到地，设置输入的“0～2ma”为电流i。
得出“0<=V1<=1V”，公式参考如下：V=Iin5*1RB，根据运算放大器虚短可得V2=V1，即“0V<=V2<=1V”，公式如下：V=2V1C ， 根据运算放大器虚断，V2处无电流流入运放，即R7和R9的电流值相同，得出V3的电压为“0V<=V3<=11V ”，公式如下：92*)97(392)97(31R V R R V R V R R V i +=Þ=+=将B 公式带入上式，求出V3与V1的关系： 1*1191*)97(3V R V R R V =+=将A 式带入上式，求出V3与Iin 的关系：5**111*113R Iin V V ==D ， 根据运算放大器虚断，所以V4无电流流入运算放大器，我们设置V7为已知变量，则可以求出V4的电压，公式如下：34*)42()37(4V R R R V V V ++-=E ， 根据运算放大器虚断，所以V5无电流流入运算放大器，我们设置V8为已知变量，则可以求出V5的电压，公式如下：12*)1211(85R R R V V +=F ， 根据运算放大器虚短，所以有V4=V5，我们将“D ，E ”的公式带进去，然后解一下方程，公式如下：3*02.07812*)1211(834*)42()37(54V V V R R R V V R R R V V V V =-Þ+=++-Þ= G ， 我们前面有讲到恒流源的核心就是有固定的电压在固定的电阻上面就可以产生恒定的电流，那么我们R8-R7的差值恒定，那么是不是可以认为R10上面的电压恒定呢，而这个阻值也是不变的，所以就得出来恒流了，下面我们将公式补全：10)78(R V V i -=我们将F 公式中V8-V7的值带入上式，得出来输出电流和V3的关系：3*002.010)3*02.0(V R V i ==我们将C 式带入上式，得出输出电流i 与Iin 的关系：Iin R Iin i *115**11*002.0==即输出电流的范围为“0ma<= I <=22ma ”.4， 电路分析图中电路是应用在输入“0～2ma ”，输出“4～20ma ”的电路中，输入部分“0～20ma ”是线性变化可调的，所以输出电流也是线性变化可调整的，所以应用在变送器或者仪表电路中最为合适。
4-20M电路的讲解
0~10V转换为4~20mA电路分析信老师，您好！我是机械电子专业的学生，正在做“电流转换电路”的设计，0~10V 转换为4~20mA，我遇到了很大的问题，就是不会推导输入电压和输出电流的关系式，我附上了题目和相关的图，您能就以下两个思考题帮我分析一下么？然后给我回复。
我在中华工控网也给您回帖了！万分感谢，有机会来北京我请您吃饭，呵呵！[附题]简要说明：为提高抗干扰能力，模拟信号经常采用4~20mA电流信号进行远距离传输。
本电路的功能是将0~10V的输入电压信号ui转换成4~20mA 的电流信号Io供长距离传输用。
思考题：1．电路中电位器W1、W2和W3的作用各是什么？怎样相互配合调整才能使输出范围为4~20mA。
2．图中第2级放大器的增益应如何计算？（难点）回答：1，首先说明，按照你提供的参数是不能正常工作的！2，N1在输入10V时会反相饱和导通。
原因是你在抄袭电路时，将R2，W1的阻值搞错了。
3，第1级N1是反相衰减是放大器，应该将输入的0～10V电压信号变成负0～1.6V的信号。
增益A=-(RF/Rf)UiRF=R2+W1=1.5KΩ+200ΩRf=R1=10KΩ此时 A=-（1.6/10）Ui=0.16(0~10V)=0~1.64, 第2级N2是反相加法器，在接受前级输入的-0~1.6V同时与零点基准电压W2取来的-4V电压相加后，再与反馈电压VR11(0.4~2V)比较取得平衡，从而达到稳定输出电流的目的。
加法器电路是一个典型的反相加法放大器，输出电压Eo可以有以下公式表示：Eo=-[Vi1(RF/Rf1)+Vi2(RF/Rf2)]式中 Eo 输出电压Vi1 前级来的信号电压（-0～1.6V）Vi2 系统零点基准调节电压（-4V）RF 加法器反馈电阻（10KΩ+600Ω）Rf1 前级信号输入电阻（10KΩ）Rf2 基准调节电压信号的输入电阻（100KΩ）由于后一级电路要求，反相加法放大器是一个1：1的加法电路。
4-20mA输出电路讲解
4-20mA输出电路一、4-20mA电流环工作原理在工业现场，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：1.由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；2.传输线的分布电阻会产生电压降；3.在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。
4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
对4－20mA电路的输出要求1）输出电流与输入电压成正比；2）输出电流为恒流源。
即当负载电阻在规定范围内变化时，输出电流保持不变；3）输出电流对电源变化、环境温度等的变化不敏感。
一般地，还要附加一个要求，即输入电压与输出电流共地。
二、4-20mA电路1. 7362405593由图可见，电路中的主要元件为一运算放大器LM324和三极管BG9013及其他辅助元件构成，V0为偏置电压，Vin为输入电压即待转换电压，R 为负载电阻。
其中运算放大器起比较器作用，将正相端电压V+输入信号与反相端电压V-进行比较，经运算放大器放大后再经三极管放大，BG9013的射级电流Ie作用在电位器Rw上。
由运放性质可知：V-= Ie•Rw= (1+ k)Ib•Rw (k为BG9013的放大倍数)，流经负荷R 的电流Io即BG9013的集电极电流等于k•Ib。
令R1=R2，则有V+= V- = V0+Vm= (1+k)Ib•Rw= (1+1/k)Io•Rw，其中k>1所以Io≈ (Vo+Vin)/Rw其中：Io 为输出到负载的电流Vo 为偏置电压Vin为输入电压即待转换电压Rw为反馈电阻即三极管射极电流Ie流经的电位器或电阻由上述分析可见，输出电流Io的大小与输入电压Vin成正比(偏置电压和反馈电阻Rw为定值时)，而与负载电阻R的大小无关，说明电路良好的恒流性能。
4－20ma电流信号只有一根线，进PLC模块是怎么形成回路？
4－20ma电流信号只有一根线，进PLC模块是怎么形成回
路？
我们知道4－20mA电流信号在工控领域中是经常使用的，比如在一些温控器、变频调速器种都会用它作为输入信号。
那么在PLC控制电路中，有时后也会有湿度或者温度的控制，这就涉及到模拟量的输入和输出问题了。
在PLC中为了解决这种问题，PLC就需要增加A/D或D/A的转换基本模块，比如在温度或者湿度的模拟信号输入时，要将模拟信号转换为数字信号，PLC才能进行数据的处理；当PLC要输出时，又要将数字信号转换为模拟信号才能获得相应的电压信号或者电流信号。
不论是A/D转换模块还是D/A转换模块，都可以转换为三种类型的模拟信号，4－20mA电流信号就是其中一种，另外两种分别是0-5V和0-10V的电压信号。
我们从PLC实际模拟信号接线来看，PLC在输入和输出的方式上，其电流信号或者电压信号类型的区分是通过端子的接线方式来决定的，比如在模拟电流输入信号上，我们用传感器转换为4－20mA电流信号输入到Iin1和Iin2，要想形成回路还需要用COM1口和COM2。
由此可见4－20mA电流信号一根线进PLC模块是无法形成回路的。
在接线时，要想形成回路，模拟输入通道一有三个接线端子Iin1、Vin1和COM1，当用电流模拟信号输入时，要先将Iin1和Vin1短接后再接入输入信号，COM1作为接公共地；同样模拟输入通道二的接线方法与通道一是一样的，再这里我就不多说了。
另外在接线时我们要注意，PLC的两个模拟输入通道在使用时要用同类型的输入信号，也就是说要是电流型，两个都应该是电流型，不能将一个作为模拟电压型输入，而另一个作为模拟电流型输入，这是因为两个通道使用的是相同的偏置量和增量值。
如何手动制作一个模拟电流4-20mA发生器？
如何手动制作一个模拟电流4-20mA发生器？如何手动制作一个模拟电流4-20mA发生器？使用317做4mA的恒流源，可以采用图示的电路，图中电阻上的压降等于317的最低输出电压1.25V，使用312欧姆的电阻，其输出电流就必然是4mA。
LM317做恒流源时，输出电压是变化的。
LM317 恒流电路：IN脚接输入电压正，OUT脚接一个电阻后为恒流输出，ADJ脚直接接到恒流输出，就是OUT脚的电阻的另一端，负载正接在这里，因为LM317里面有基准的1.25V电压，这个电压在317里面有稳压措施，所以会一直保持不变，这个电压就在电阻的两端（OUT脚与ADJ脚），电阻值是定的，电压也是定的，流过电阻的电流就是恒定不变的。
恒流值=1.25V/电阻（欧姆）该图是产生4mA固定电流的用500欧姆可调电阻串联一个50欧姆电阻，代换图中的312欧姆电阻就可以实现4～20mA 电流可调了我做过N次试验了。
+24VDC--R1.3K欧姆--R4.7K欧姆可调--电流表--AI模块的正极0VDC------------------------------------AI模块的负极尽量选择24V 的直流开关电源，当然5V的也可以，不过电位器的阻值要按比例变化。
24V DC开关电源明纬S100-24 130元。
1.5K 工业级电位器，用万用表打着将他调到1.3K。
不要再动了。
3元。
4.7K 工业级或军品级电位器，0.3％精度。
配一个大大的旋钮。
工业级 3元，军品级 15元。
旋钮 3元。
旋钮要大，调时，线性度很好。
50或100 mA挡的直流电流表。
用万用表的直流电流挡也可以代替。
将4.7K 的电位器调到0，电流最大，但达不到20mA，可以保护模块。
将4.7K 的电位器调到4.7K，电流最小，但达不到4mA，一般的AI模块在电流一小于4mA后会触发传感器断线报警的。
以上设备也是欧姆龙教学培训用的试验模拟量的设备。
大家互相学习！多提宝贵意见！。
4-20ma供电电路工作原理
4-20ma供电电路工作原理4-20mA供电电路工作原理一、引言4-20mA供电电路是一种常用的工业控制领域中的传感器供电和信号传输方式。
本文将介绍4-20mA供电电路的工作原理及其在工业控制系统中的应用。
二、工作原理1. 电流模拟量信号4-20mA供电电路是基于电流模拟量信号的传输方式。
在这种方式下，传感器输出的信号被转换成相应的电流值，然后通过电路传输到控制系统中进行处理和分析。
2. 电流变送器为了将传感器的信号转换为电流模拟量信号，通常需要使用电流变送器。
电流变送器通常由电流源、电阻和传感器组成。
电流源为电路提供稳定的电流，而电阻则用于控制电流的大小，使其在4-20mA 范围内变化。
传感器的输出信号通过电阻与电流源相连接，形成了一个闭合的电流回路。
3. 电流传输在4-20mA供电电路中，电流的大小代表了传感器输出信号的大小。
当传感器输出为最小值时，电流为4mA；当传感器输出为最大值时，电流为20mA。
通过改变电流的大小，可以实现对传感器信号的精确传输。
4. 电流计算在控制系统中，接收到电流模拟量信号后，需要进行电流转换以获得对应的传感器信号值。
通常，使用电流计算器进行计算。
电流计算器根据电流模拟量信号的范围和变化规律，将电流转换为相应的传感器信号值。
三、应用场景4-20mA供电电路在工业控制系统中有广泛的应用。
以下是几个常见的应用场景：1. 温度测量在温度测量中，温度传感器通常输出电压信号。
通过将电压信号转换为电流模拟量信号，可以更好地适应工业环境中的干扰和电阻变化。
4-20mA供电电路能够稳定地传输温度信号，保证测量的准确性和可靠性。
2. 压力监测压力传感器通常输出电阻信号。
通过将电阻信号转换为电流模拟量信号，可以减小电阻变化对信号传输的影响。
4-20mA供电电路能够传输精确的压力信号，实现对压力变化的监测和控制。
3. 液位检测液位传感器通常输出电容信号或电阻信号。
通过将电容信号或电阻信号转换为电流模拟量信号，可以提高信号传输的稳定性和可靠性。
4-20mA二线制受控正弦信号发生器设计
4-20mA二线制受控正弦信号发生器设计摘要本设计是基于单片机MSP430和二线制电流型电阻变送器控制的正弦信号发生器。
变送器部分的输入为电阻量，输出为电流量；信号发生部分的输入为电流量，输出为正弦信号。
其中变送器输入电阻量的变化范围在1000Ω到2000Ω之间，随后通过信号调理和V/I转换，转换为4-20mA的电流输出。
再者，通过专用转换芯片RCV420，将电流量转换为电压量送入到MSP430F149单片机中进行AD转换，并做相应的处理，把对应的控制字送入到AD9851中，最后输出相应的正弦波，同时将采集的数据转换成的相对应的电阻值通过数码进行显示。
此设计具有精度高，可靠性强，电路简单合理等特点，具有较高的市场价值。
关键词：二线制；V/ I转换；MSP430F149；正弦波；数码管显示AbstractThis design is to design a sine signal generator controller which based on single-chip MSP430 and two-wire system current-mode resistance transmitter. The transmitter’ input is resistance quantity, the output is electricity flow, the sine signal generator controller’ input is electricity flow, the output is sine signals. Among them the amount of input resistance transmitter range between 1,000Ω and 2,000Ω, Then through the signal disposal and V/I conversion, and it is converted into 4~20mA, through the RCV420 conversion chip, it can convert the current to voltage which is sent to the MSP430F149 microcontroller to do the AD conversion, and handled accordingly, then take the corresponding control word into the AD9851, finally, outputs the corresponding sine wave. Meanwhile, takes the collected data with the corresponding resistance values displayed by the digital control.This design has high accuracy, reliability, simple circuit, reasonable, low cost, and a high market value.Key words: Two-wire system;V/I conversion;MSP430F149;Sine wave;Digital display目录1 绪论 (1)1.1数据采集与传输系统的历史 (1)1.2 国内外数据采集与传输系统的现状 (1)1.2.1 国外数据采集与传输的现况 (2)1.2.2国内数据采集与传输的现况 (2)1.3 发展前景 (3)2 设计方案及优化 (4)2.1 课题任务 (4)2.2 课题要求 (4)2.3 方案选择 (4)2.3.1 电流变送器的类型 (4)2.3.2电流变送器的选择 (5)2.3.3 二线制变送器的结构与原理 (6)2.3.4 信号采集 (7)2.3.2 信号调理 (9)2.3.3 V/I变换 (10)2.3.4 I/V变换 (14)2.3.5 控制单元电路 (15)2.3.6正弦信号发生模块 (17)2.3.7 数码管显示 (20)3 硬件设计 (23)3.1 信号采集模块 (23)3.2 信号调理模块 (24)3.3 V/I变换模块 (25)3.3.1 功能说明 (25)3.3.2 电压－电流(V/I)变换器 (25)3.4 I/V 变换模块 (26)3.5 控制单元电路模块 (28)3.6 正弦信号发生模块 (30)3.6.1 DDS的基本原理 (30)3.6.2AD9851的简介及基本工作原理 (31)3.7 数码显示管模块 (33)3.8 电源电路模块 (33)3.8.1 稳压电源电路 (33)3.8.2 电压变换芯片选型 (35)3.8.3 电压变换设计电路图 (35)4 软件设计 (36)4.1 系统软件总体设计 (36)4.2 AD转换模块软件设计 (37)4.3 正弦波信号发生模块软件设计 (38)4.3.1 AD9851的控制方式 (38)4.3.2 正弦波信号发生模块软件编程 (39)4.4 数码管显示模块软件设计 (40)结论 (41)致谢 (42)参考文献 (43)附录A：（整个系统的原理图） (44)1 绪论1.1数据采集与传输系统的历史20世纪50年代，数据采集与传输系统开始被人们广泛了解并运用。
4-20mA输出电路讲解
4-20m A输出电路一、4-20mA电流环工作原理在工业现场，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：1.由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；2.传输线的分布电阻会产生电压降；3.在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。
4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
对4－20mA电路的输出要求1）输出电流与输入电压成正比；2）输出电流为恒流源。
即当负载电阻在规定范围内变化时，输出电流保持不变；3）输出电流对电源变化、环境温度等的变化不敏感。
一般地，还要附加一个要求，即输入电压与输出电流共地。
二、4-20mA电路1.由图可见，电路中的主要元件为一运算放大器LM324和三极管BG9013及其他辅助元件构成，V0为偏置电压，Vin为输入电压即待转换电压，R为负载电阻。
其中运算放大器起比较器作用，将正相端电压V+输入信号与反相端电压V-进行比较，经运算放大器放大后再经三极管放大，BG9013的射级电流Ie作用在电位器Rw上。
由运放性质可知：V-=Ie?Rw=(1+k)Ib?Rw(k为BG9013的放大倍数)，流经负荷R的电流Io即BG9013的集电极电流等于k?Ib。
令R1=R2，则有V+=V-=V0+Vm=(1+k)Ib?Rw=(1+1/k)Io?Rw，其中k>1所以Io≈(Vo+Vin)/Rw其中：Io为输出到负载的电流Vo为偏置电压Vin为输入电压即待转换电压Rw为反馈电阻即三极管射极电流Ie流经的电位器或电阻由上述分析可见，输出电流Io的大小与输入电压Vin成正比(偏置电压和反馈电阻Rw为定值时)，而与负载电阻R的大小无关，说明电路良好的恒流性能。
在改变Vo的大小，可在Vin=0时改变Io的输出。
有源隔离型4-20mA信号变换电路
有源隔离型4-20mA信号变换电路的设计1、设计基本要求：1、电源供电24Vdc，输入电流4-20ma，输出电流4-20ma。
2、输出电流4-20ma带负载能力达到300欧姆。
3、电源供电24Vdc，输入电流4-20ma，输出电流4-20ma三者相互隔离。
4、输出电流跟踪输入电流变化，跟踪精度达到1%。
2、发挥部分：直接以PT100的电阻输入替代输入电流4-20ma电流，实现隔离型热电阻变送器功能。
即100欧电阻输入，输出4毫安，138.5欧姆电阻输入，输出20毫安。
具体电路请记笔记。
可参考：/more.asp?name=xinjihua&id=37300的相关资料提高题1：无源二线制隔离型4-20mA信号变换电路的设计1、无源供电，输入电流4-20ma负载能力达到500欧姆。
2、输入电流4-20ma，输出电流4-20ma。
3、输出电流4-20ma负载能力达到200欧姆。
4、输入电流4-20ma既作为信号传递，又作为设备供电电源。
5、输入电流4-20ma，输出电流4-20ma二者相互隔离。
下面是对“2009年全国大学生电子设计竞赛题目分析”请您参考。
这是北京理工大学一个电子竞赛组委会专家分析的情况，现跟您分享一下，如果需要什么资料可及时联系王浩。
首先，09年题目应该与往年差异不大。
无非是仪器类、电源类、放大器类、控制类等几大块。
所以现在老师用以前的训练模式给学生打基础应该没什么问题。
但有一下几点要注意：1、因为推荐全国都有笔试考核，笔试多数以电子基础、模电知识为主，所以09年全国题目应该会继续在模电题目上下功夫，而数字电路，因为现在出题难度、芯片功能等原因，可能会不再考。
2、频谱仪、信号发生器、相位仪等相关题目都基本出过，所以如果仪器类继续出题目的话，可能还是在原先的基础上加强功能或者增加难度，但是这类型题目出的次数都比较多，不怀疑换类型的可能。
仪器方面也要根据实验常用的仪器来判断哪些仪器在往年还没有涉及，而有可能当做新的方向来考核的,比如失真度仪什么的。
4-20ma电流信号发生器
二线制交流电流变送器的设计步骤作者信继华前言根据广大网友的要求，特别是刚走出学校门的大学生们，在进行电路设计时，面对新的项目，无法下手，不知道具体的设计思路从何处怎样开展，到处求人提供资料，而大部分都不能实用。
本人经常收到网友的求助，要求提供设计思路。
但本人的答复仅对某个项目提出一点建议，而针对广大网友来讲，起不到启发作用！原因是，很多网友不希望本人公开答复，一是担心提出的问题太低级，招来某些“闲人”的热潮冷讽。
二是存在人们固有的保守思想的影响，不想让别人知道他的“秘密项目”。
用现在比较时髦的话来讲，称“保护知识产权”。
知识产权是有时效性的！过分强调保护知识产权，对于整个社会的发展是有害而无益的！比如本人在网上转载多年前公开发行的专业书籍，就引来不少非议。
而提出非议的并不是作者本人！我想，作者写书的目的并非纯粹为了经济利益吧？在这里提醒大家一下，任何项目，从设计到实施完成，都是一个系统工程，并非是某一个专业能够独立完成的。
它需要不同专业的密切配合，齐心协力，共同攻关，最终的成功必定是一个集体智慧的结晶！为了向大家提供一个具体的设计思路，这里将本人十年前设计的一个小项目的具体步骤公开出来，希望能够给大家今后进行设计项目时起到一点引导作用。
同时也希望专家学者给本人提出批评指导意见。
二线制交流电流变送器的设计步骤已知大电流电流互感器均将不同的电流转换成0~5A的交流电流进行现场显示。
而进行远距离传送时，必须将该电流转换成标准直流电流信号4~20mA，才能进行传送。
市场上此类交流电流变送器大都采用“四线制”的方法：即交流电源线二根，直流电流信号线二根。
而我们设计的是“二线制交流电流变送器”则只采用二根电线：即在给变送器内的电路提供直流电源的同时，将根据0~5A交流电流变化的变送输出标准直流电流信号4~20mA远传至控制室显示或进入计算机内处理后在显示器画面上显示。
设计思路1，选择低功耗元器件，在满足功能要求的前提下，尽量简化电路，满足二线制仪表的要求。
4-20mA输出电路讲解
4-20mA输出电路一、4-20mA电流环工作原理在工业现场，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：1.由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；2.传输线的分布电阻会产生电压降；3.在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。
4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
对4－20mA电路的输出要求1）输出电流与输入电压成正比；2）输出电流为恒流源。
即当负载电阻在规定范围内变化时，输出电流保持不变；3）输出电流对电源变化、环境温度等的变化不敏感。
一般地，还要附加一个要求，即输入电压与输出电流共地。
二、4-20mA电路1. 7362405593由图可见，电路中的主要元件为一运算放大器LM324和三极管BG9013及其他辅助元件构成，V0为偏置电压，Vin为输入电压即待转换电压，R 为负载电阻。
其中运算放大器起比较器作用，将正相端电压V+输入信号与反相端电压V-进行比较，经运算放大器放大后再经三极管放大，BG9013的射级电流Ie作用在电位器Rw上。
由运放性质可知：V-= Ie•Rw= (1+ k)Ib•Rw (k为BG9013的放大倍数)，流经负荷R 的电流Io即BG9013的集电极电流等于k•Ib。
令R1=R2，则有V+= V- = V0+Vm= (1+k)Ib•Rw= (1+1/k)Io•Rw，其中k>1所以Io≈ (Vo+Vin)/Rw其中：Io 为输出到负载的电流Vo 为偏置电压Vin为输入电压即待转换电压Rw为反馈电阻即三极管射极电流Ie流经的电位器或电阻由上述分析可见，输出电流Io的大小与输入电压Vin成正比(偏置电压和反馈电阻Rw为定值时)，而与负载电阻R的大小无关，说明电路良好的恒流性能。
4-20mA输出电路讲解
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同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
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4-20mA输出电路一、4—20mA电流环工作原理在工业现场，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：1.由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；2。
传输线的分布电阻会产生电压降；3。
在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。
4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
对4－20mA电路的输出要求1）输出电流与输入电压成正比;2）输出电流为恒流源.即当负载电阻在规定范围内变化时，输出电流保持不变；3）输出电流对电源变化、环境温度等的变化不敏感。
一般地，还要附加一个要求，即输入电压与输出电流共地。
二、4—20mA电路1。
7362405593由图可见，电路中的主要元件为一运算放大器LM324和三极管BG9013及其他辅助元件构成，V0为偏置电压，Vin为输入电压即待转换电压,R 为负载电阻.其中运算放大器起比较器作用，将正相端电压V+输入信号与反相端电压V-进行比较，经运算放大器放大后再经三极管放大,BG9013的射级电流Ie作用在电位器Rw上。
由运放性质可知:V—= Ie•Rw= (1+ k）Ib•Rw （k为BG9013的放大倍数）,流经负荷R 的电流Io即BG9013的集电极电流等于k•Ib。
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4-20ma信号发生器电路
制作要求：以精度0.5级为例,二线制4～20mA模拟恒环路信号发生器执行标准：GB/T13850－1998；
(1)基准要稳,４mA是对应的输入零位基准，基准不稳，谈何精度线性度，冷开机３分锺内４mA的零位漂移变化不超过4.000mA0.5%以内;(即3.98-4.02mA),负载250Ω上的压降为0.995-1.005V，国外IC心片多用
昂贵的能隙基准，温漂系数每度变化10ppm；
(2)内电路总计消耗电流<4mA,加整定后等于4.000mA,而且有源整流滤波放大恒流电路不因原边输入变化而
消耗电流也随之变化，国外IC心片采用恒流供电；
(3)当工作电压24.000V时,满量程20.000mA时,满量程20.000mA的读数不会因负载0-700Ω变化而变化;变
化不超过20.000mA0.5%以内；
(4)当满量程20.000mA时,负载250Ω时,满量程20.000mA的读数不会因工作电压15.000V-30.000V变化而
变化;变化不超过20.000mA0.5%以内；
(5)当原边过载时，输出电流不超过25.000mA+10%以内，否则PLC/DCS内供变送器用的24V工作电源和A/D输入箝位电路因功耗过大而损坏，另外变送器内的射随输出亦因功耗过大而损坏，无A/D输入箝位电
路的更遭殃；
(6)当工作电压24V接反时不得损坏变送器,必须有极性保护；
(7)当两线之间因感应雷及感应浪涌电压超过24V时要箝位,不得损坏变送器；一般在两线之间并联1-2只T VS瞬态保护二极管 1.5KE可抑制每20秒间隔一次的20毫秒脉宽的正反脉冲的冲击,瞬态承受冲击功率1.
5KW-3KW；
(8)产品标示的线性度0.5％是绝对误差还是相对误差,可以按以下方法来辨别方可一目了然:符合下述指标是
真的线性度0.5％.
原边输入为零时输出４mＡ正负0.5%(3.98-4.02mA),负载250Ω上的压降为0.995-1.005V 原边输入10％时输出5.6mＡ正负0.5%(5.572-5.628mA)负载250欧姆上的压降为1.393-1.407V 原边输入25％时输出8mＡ正负0.5%(7.96-8.04mA)负载250Ω上的压降为1.990-2.010V
原边输入50％时输出12mＡ正负0.5%(11.94-12.06mA)负载250Ω上的压降为2.985-3.015V
原边输入75％时输出16mＡ正负0.5%(15.92-16.08mA)负载250Ω上的压降为3.980-4.020V
原边输入100％时输出20mＡ正负0.5%(19.90-20.10mA)负载250Ω上的压降为4.975-5.025V
(9)原边输入过载时必须限流:原边输入过载大于125%时输出过流限制25mＡ+10%(25.00-27.50mA)负载250
Ω上的压降为6.250-6.875V；
(10)感应浪涌电压超过24V时有无箝位的辨别:在两线输出端口并一个交流50V指针式表头,用交流30-35V
接两根线去瞬间碰一下两线输出端口,看有无箝位,箝位多少伏可一目了然啦；
(11)有无极性保护的辨别:用指针式万用表Ω乘10K档正反测量两线输出端口,总有一次Ω阻值无限大,就有
极性保护；
(12)有无极输出电流长时间短路保护：原边输入100％时或过载大于125%-200%时，将负载250Ω短路，测
量短路保护限制是否在25mＡ+10%；
(13)工业级别和民用商用级别的辨别:工业级别工作温度范围是-25度到＋７０度，温漂系数是每度变化１００ppm,即温度每度变化１度,精度变化为万分之一；民用商用级别工作温度范围是０度（或-10度）到＋７０度（或+50度）,温漂系数是每度变化25０ppm,即温度每度变化１度,精度变化为万分之二点五。