基于MSP430F42x的工業(yè)信號產(chǎn)生與測量儀表的設(shè)計(jì)

　　這篇論文介紹了工業(yè)信號的產(chǎn)生與測量原理，主要研究了基于TI公司MSP430F42x的工業(yè)信號的產(chǎn)生與測量儀表的設(shè)計(jì)。

　　工業(yè)信號的產(chǎn)生與測量儀表在生產(chǎn)過程系統(tǒng)中是非常重要的檢測儀表，可模擬輸出多種工業(yè)控制過程測控中所需的檢測信號，同時(shí)也可測量這些工業(yè)控制過程中產(chǎn)生的信號，其大量用于工業(yè)儀表的現(xiàn)場調(diào)校。

　　本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是保證測量精度的情況下使低功耗更低，成本更低。在信號測量部分，16位ADC保證了測量精度；在信號輸出部分，電壓信號和電流信號采用PWM方式產(chǎn)生。

　　本設(shè)計(jì)由兩片MSP430F系列MCU組成，MSP430F425實(shí)現(xiàn)電壓和電流信號的測量，而MSP430F449實(shí)現(xiàn)電壓和電流信號的輸出及頻率信號的測量與輸出。

　　1 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號的采集

　　該儀表中的信號測量部分采用MSP430F425實(shí)現(xiàn)，該單片機(jī)功耗非常低，電源電流400μA；待機(jī)模式的電源電流為1．6μA。該單片機(jī)采用16位精簡指令結(jié)構(gòu)（RSIC），具有125ns指令周期；可以安裝低頻32k或8M高頻晶體。具有3路16位Sigma-Delta方式的ADC、直接驅(qū)動(dòng)128段液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)模塊、1個(gè)RS232C／SPI通信口、1個(gè)具有捕獲／比較功能的16位定時(shí)器，以及16k程序閃速存儲(chǔ)器和2k隨機(jī)存儲(chǔ)器。

　　（1）測量部分

　　該儀表的測量部分如圖1所示。三路ADC分別測量電流、電壓和輸出端反饋的電流、電壓信號。

　　該儀表采用16位ADC測量4～24mA的電流信號，電流信號首先轉(zhuǎn)換成小于VREF=1．2V的電壓信號，然后連接到ADC的差動(dòng)輸入端，采用50Ω電阻，則24mA時(shí)產(chǎn)生1．2V的差動(dòng)電壓。

　　該儀表采用16位ADC測量0～10V的電壓信號，為使輸入阻抗大于10MΩ，使用了OP27運(yùn)放組成了儀表放大器的輸入結(jié)構(gòu)，同時(shí)還使用差動(dòng)輸出結(jié)構(gòu)的運(yùn)放THS4130連接ADC的差動(dòng)輸入端。這樣THS4130輸出信號為VOD=（RF／RG）*（1+2R2／R1）*VI，在滿量程為10V時(shí)，選擇R1=R2=1kΩ RC=30kΩ，RF=1k，則最大VOD=1．0V；在滿量程為1．0V時(shí)，選擇R1=R2=1kΩ，RG=30kΩ，RF=10k，則最大VOD=1．0V，量程由開關(guān)S1選擇。為滿足ADC的需求，將VCM端與VREF相連，使輸出電壓偏移+1．2V。

　　該儀表采用一路16位ADC測量該儀表的輸出電壓或電流，對輸出信號進(jìn)行校正，使輸出電壓和電流的誤差更小。

　　ADC時(shí)鐘選擇MCLK，采用鎖相環(huán)使頻率穩(wěn)定到1．048MHz，采樣率為4096，定時(shí)3路連續(xù)轉(zhuǎn)換，32個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果相加取平均值。

　　測量部分的單片機(jī)采用SPI接口順序輸出3路ADC的數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)處理與顯示部分。

　?。?）數(shù)據(jù)處理與顯示部分