MAXREFDES67#：通用输入微型PLC的卓越设计与应用

一、概述

在工业应用领域，拥有一款功能强大且通用的模拟输入解决方案至关重要。MAXREFDES67#参考设计就是这样一款令人瞩目的产品，它是专为工业应用打造的完整通用模拟输入系统。这款独特的24位前端能够接受双极性电压、电流、电阻温度探测器（RTD）和热电偶（TC）输入。其采用了Maxim Integrated的超小型微型PLC外形，在 -40°C 至 150°C 的温度范围内，有效分辨率高达22.3位，温度误差低至 ±0.1%。

文件下载：MAXREFDES67#.pdf

为了提升使用的便捷性，其创新的系统架构能够在板上切换所有信号，这意味着无论连接何种类型的信号，连接器都无需跳线或额外连接。此外，系统在所有信号链元件中采用了Maxim Integrated的Beyond-the-Rails特性，该特性减少了对大型电源的需求，使每个元件在低电压电源轨上运行时能够接受较大的输入电压。

这块板子还配备了一个微型USB连接器，方便快速连接到PC进行评估。同时，它需要一个24V电源，可以来自电源供应器或附带的AC/DC墙式适配器。更多信息和性能数据可在Details标签中查看，设计文件和固件可从Design Resources标签下载。

二、特性亮点

高精度测量

能够实现 -10V 到 +10V ±20% 的电压输入以及 -20mA 到 +20mA ±20% 的电流输入测量，并且对RTD和TC的测试温度范围为 -40°C 至 +150°C，保证了在不同环境下的高精度测量。

灵活的输入类型

支持软件控制输入类型，用户可以根据实际需求灵活选择测量的信号类型。

完善的保护与隔离

具备24V输入保护功能，同时实现了电源和数据的隔离，提高了系统的稳定性和安全性。

校准与驱动支持

提供板载和传感器校准功能，并且配备了设备驱动和示例C源代码，方便开发者进行二次开发。

紧凑的外形

采用微型PLC外形，体积小巧，适合各种工业应用场景。

三、竞争优势

灵活性

可以适应多种不同类型的输入信号，满足不同工业应用的需求。

加速上市时间

提供了完整的设计文件和固件，开发者可以在此基础上快速进行开发和调试，缩短产品上市时间。

易用性

创新的系统架构和软件控制方式，使得用户在使用过程中更加便捷，无需复杂的操作。

四、应用领域

MAXREFDES67#适用于多种工业场景，包括工业控制与自动化、过程控制以及PLC等领域，为这些领域的信号测量和处理提供了可靠的解决方案。

五、硬件详细描述

电源要求

电源类型	输入电压 (V)	输入电流 (mA, typ)
板载隔离电源	24	20

需要注意的是，STM32和FTDI由USB单独供电。

输入信号处理

MAXREFDES67#参考设计是一款具有隔离电源和数据的通用模拟输入卡，支持电压、电流、RTD（PT100和PT1000）和热电偶（K型）输入。输入电路利用数字控制的模拟开关（MAX14759和MAX14763）为不同类型的输入信号进行适当的电气连接，避免了在端子块上使用额外的跳线。双轨外运算放大器（MAX44267）对输入信号进行缓冲，四通道低噪声低功耗运算放大器（MAX44245）对输入信号进行衰减并添加1.5V偏移，以适应ADC对正信号的测量需求，这样就无需负电压参考和电压供应。对于 -12V 到 +12V 的电压信号采用10:1.15的衰减，对于电流、RTD和TC输入信号采用10:9.53的衰减。衰减后的信号分别连接到ADC的不同通道，STM32控制器根据所选输入确定读取哪个通道。

电源与隔离

MAX17498C从24V电源生成隔离的 +17.5V 和 +7.5V 轨，两个MAX17651设备提供后调节的 +15V 和 +3.6V 轨。MAX14930/MAX14932数字数据隔离器实现数据隔离，在污染程度为2的环境中，工作电压可达300V（300 VRMS）。MAX17552降压DC-DC转换器将USB的 +5V 电源转换为 +3.3V，为STM32微控制器和FTDI USB-UART桥供电。

传感器配置

MAXREFDES67#套件中包含一个PT100 RTD和一个K型热电偶，热电偶的黄色线为正信号，红色线为负信号。

六、固件详细描述

MAXREFDES67#使用板载的STM32F4微控制器来控制模拟开关、从数字温度计读取温度、与ADC通信，并将ADC采样数据保存在片上SRAM中。用户可以通过终端程序读取采样数据，并在任何第三方软件上进行分析。同时，用户还可以进行系统和传感器校准。固件使用Keil µVision5工具用C语言编写，能够接受校准和采样命令，并通过虚拟COM端口将采样数据块下载到标准终端程序。完整的源代码提供给用户，以加速开发进程，代码文档可在相应的固件平台文件中找到。

七、快速启动步骤

所需设备

• 带有USB端口的Windows® PC
• MAXREFDES67#板
• 提供的24V电源
• 提供的PT100 RTD

操作步骤

1. 如果Windows无法自动安装FTDI USB-UART桥IC的驱动程序，可以从www.ftdichip.com/Drivers/D2XX.htm下载。
2. 将24V电源连接到MAXREFDES67#板的J501连接器。
3. 将RTD连接到端子块的2号和3号引脚。
4. 将USB电缆从PC连接到MAXREFDES67#板。
5. 在PC上打开Hyperterminal或类似的终端程序，找到合适的COM端口（通常是较高编号的端口，如COM4或COM6），并将连接配置为115200、8-N-1，无流控制。
6. MAXREFDES67#软件将显示一个菜单。
7. 在终端程序中按1选择数据采集。
8. 按2选择RTD PT - 100 2线输入。
9. 按0选择连续采样。
10. 验证测量的温度是否接近室温。

八、实验室测量

测量设备

• K型热电偶（Omnitec EC3TC）
• PT - 100 RTD 1/10 DIN（Omega P - M - 1/10 - 1/4 - 6 - 0 - G - 3）
• 电压校准器DVC - 8500
• Fluke 189万用表
• Fluke 7341校准浴
• Omega HH41温度计
• ETI参考温度计
• Fluke 724温度校准器
• 带有USB端口的Windows PC
• MAXREFDES67#板
• +24V电源

测量结果

通过电压校准器DVC - 8500和Fluke 189万用表对MAXREFDES67#的输入进行校准。文中展示了不同采样率下0V电压输入和0A电流输入的DC直方图，以及MAXREFDES67# RTD输入和热电偶输入相对于不同参考温度计的温度误差曲线。

综上所述，MAXREFDES67#参考设计以其高精度、灵活性和易用性等优势，为工业应用中的模拟输入测量提供了一个优秀的解决方案。各位电子工程师们，不妨在实际项目中尝试使用这款产品，看看它能为你的设计带来怎样的提升呢？