MAXREFDES60

工业4.0¹带来第四次工业革命，主要采用分布式、智能控制系统。工业4.0打破了过去集中配置大型可编程逻辑控制器的格局，工厂采用高度可配置、高度模块化设计，能够为众多设备提供模拟信号控制，并且运行输出水平比以往更高。超小型PLC或Micro PLC是工业4.0工厂的核心，以超小型封装提供高性能和超低功耗。MAXREFDES60#是Maxim的Micro PLC模拟输出卡。

MAXREFDES60#提供16位高精度0V–10V模拟输出，支持隔离电源和数据。MAXREFDES60#设计集成了低噪声、快速建立缓冲器(MAX9632)；16位、低功耗DAC (MAX5216)；超高精度4.096V基准电压源(MAX6126)；600VRMS数据隔离(MAX14850)；STMicroelectronics^® STM32F4微控制器；FTDI USB-UART桥接器；高效率DC-DC转换器(MAX17552)；以及+15V、+5.5V和-3V隔离/稳压电源轨(MAX17498C/MAX8719/MAX1659/MAX1735)。整个系统的运行功耗通常低于250mW，仅占用约信用卡大小的空间。虽然MAXREFDES60#针对工业Micro PLC应用，但也可用于任何需要高精度模拟输出的应用。

设备要求：

• 带USB端口的Windows^® PC
• MAXREFDES60#板
• 24V电源
• 电压表

程序步骤

参考设计已装配完成且经过测试。按照以下步骤验证电路板的运行情况：

1. 关闭或切断24V电源。
2. MAXREFDES60#采用FTDI USB-UART桥接IC。如果Windows无法自动安装FTDI USB-UART桥接IC的驱动程序，可以从www.ftdichip.com/Drivers/VCP.htm下载该驱动程序。
3. 将24V电源的负极端子连接到MAXREFDES60#板上的PGND连接器。将24V电源的正极端子连接到MAXREFDES60#板上的+24V连接器。
4. 打开24V电源。
5. 用USB线缆连接PC和MAXREFDES60#板。
6. 打开PC上的超级终端或类似终端程序。找到适当的COM端口，通常是较大编号的端口，例如COM4或COM6，并将连接配置为921600、n、8、1、none（流量控制）。
7. MAXREFDES60#软件将显示一个菜单（图3）。
8. 若要立即测试信号，将电压表的负极端子连接到P401端子板的GND端子。将电压表的正极端子连接到P401端子板的OUT端子。输出标记在板的底部。
9. 在终端程序中按1可选择设置DAC输出。
10. 输入7FFF，并按Enter键。
11. 确认输出电压约为6V。

电源要求如表1所示。

注：STM32和FTDI分别由USB供电。

模拟输出电路由16位轨到轨DAC MAX5216 (U401)和低噪声快速建立运算放大器MAX9632 (U403)组成。DAC的基准输入由超高精度5V基准电压源MAX6126 (U402)驱动，初始精度为0.02%，最大温度系数(tempco)为3ppm/°C。DAC的输出电平为0V至5V，运算放大器将信号电平放大为0V至10V，另有20%裕量。

MAXREFDES60#使用超高效MAX17498C (U501)通过24V电源提供+17.5V、+7.5V和-5V隔离电源轨。MAX8719 (U102)、MAX1659 (U103)和MAX1735 (U104)提供+15V、+5.5V和-3V后稳压电源轨。MAX14850 (U301)数字数据隔离器提供数据隔离。可实现600VRMS电源和数据组合隔离。

MAX17552 (U101)降压型DC-DC转换器将USB的+5V电源转换为+3.3V，并为STM32 (U1)微控制器和FTDI (U201) USB-UART桥接器供电。

通过下列公式，可以将DAC代码转换为输出电压：

V_OUT = 12 × CODE_DAC/65536

固件详细说明

MAXREFDES60#使用板载STM32F4微控制器与DAC进行通信。用户通过终端程序设置DAC输出代码。用户还可以使用MAXREFDES60#生成自定义的正弦波。简单的工艺流程如图2所示。固件使用Keil^® µVision^® 5工具以C语言编写。

固件接受命令、写入状态，并且能够生成用户自定义的正弦波。将提供完整源代码，助力客户加速开发。代码文档可在相应的固件平台文件中找到。

使用的设备：

• Maxim定制FPGA测试板
• Agilent^® 3458A数字万用表
• Agilent E3631A直流电源
• National Instruments^® GPIB卡和电缆
• 用于控制FPGA开发套件和测量设备的Perl脚本
• Windows PC
• MAXREFDES60#板

20%超量程时，0V至10V电压输出的DNL、INL和TUE测量结果分别如图4、图5和图6所示。

参考资料

¹ 新一代制造生产在德国称之为工业4.0，在其他地方则称之为智能制造系统。请参阅工业4.0工作组最终报告：《保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0战略的建议》，工业4.0工作组，Acatech国家科学与工程院，2013年4月，https://www.acatech.de/wp-content/uploads/2018/03/Final_report__Industrie_4.0_accessible.pdf.。后来就称之为工业4.0。尽管工业4.0报告主要针对德国，但德国的研究及成果对其他国家的工业也产生了影响。另请参阅Ferber、Stefan撰写的《工业4.0——德国迈出了新工业革命的第一步》，博世软件集团，物联网博客，2013年10月16日，http://blog.bosch-si.com/industry-4-0-germany-takes-first-steps-toward-the-next-industrial-revolution/。

有关智能制造领导力的信息来源很多。相关问题和主题的总结报告，可参阅2011年10月20日星期四于美国明尼苏达州明尼阿波利斯举行的智能制造领导联盟委员会工作会议文件，https://smart-process-manufacturing.ucla.edu/workshops/2011-workshop/presentations/SMLC%2010-20-11v3.pdf。另请参阅研讨会总结报告《实现21世纪智能制造,》，智能制造领导联盟，2011年6月24日， https://smart-process-manufacturing.ucla.edu/about/news/Smart%20Manufacturing%206_24_11.pdf。关于这一主题，在网上搜索一下就会获得更多的参考资料。

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