基于ADuC7061的高精度PLC模拟前端系统的需求分析及其设计与实现

　　在工业控制系统中除了遇到开关量信号外，还会遇到另一类物理量，即模拟量，例如：角度、温度、压力、电压、电流等等，它们都是连续变化的物理量。可编程序控制器PLC是以微处理器为基础的通用工业控制装置。传统的PLC是为开关量控制而设计，而现代的PLC已经具备了处理模拟量的功能。在工业控制系统中，模拟量输入信号的采集和处理是较为常见的控制内容，同时根据控制策略PLC能够输出模拟信号。

　　因此从工业应用的实际情况来看，现代的PLC不仅要能够采集外部输入的模拟信号，同时也应有能力输出模拟信号。并且随着微电子技术的发展，模拟AD、DA的性能越来也高，对于模拟信号检测的精度要求也在逐年递增。所以本文针对这种即要采集模拟输入又要输出模拟量的应用场合，提出一种高精度模拟前端的系统方案。

　1 系统需求分析

　　常见的PLC的模拟信号有以下几种：0～5 V，0～10 V，±5 V，±10 V，4～20 mA，信号的频率范围为DC～500 Hz。本系统的输入能够兼容以上5种输入量，并提供4～20 mA输出信号量输出。考虑到实际应用环境中的温度影响，如果直接使用低温漂高精度的模拟IC，系统的成本会非常高；如果采用带有温度自校准的方案，可以选用价格更合理的模拟前端芯片完成设计，但是需要额外的MCU进行运算和控制。信号输

　　出需要额外的DAC配合调理电路实现。

　　由以上的分析可知，需要有一款即集成有高精度ADC和DAC，又带有MCU的模拟微控制器。ADI公司的ADuC7061刚好可以满足系统的需求：集成两个独立的的8kSPS、24位高性能多通道∑-△型模数转换器（ADC）；集成32位ARM7TDMI微控制器；片上提供一个单通道14bitDAC；集成SPI控制器。使用ADuC7061作为核心，配合外部电路可以即满足模拟通道的精度要求，又可以实现灵活的数据传输和控制。

　　该方案优点：可以进行温度校正；原本的ADC，DAC和MCU只需要一块ADuC7061即可实现，即节约PCB面积又降低成本；对外的数据传输接口可以共用一个SPI，可以通过制定灵活的数据传输协议，实现复杂的数据传输和控制功能。