MSC1211在高精度智能變送器開發(fā)中的應(yīng)用

 

 

摘要：本文敘述了采用MSC1211制作智能變送器的系統(tǒng)構(gòu)成和工作過程以及MSC1211的片上ΣΔA/D轉(zhuǎn)換器和ΣΔD/A轉(zhuǎn)換器的使用方法。關(guān)鍵詞：ΣΔ A/D轉(zhuǎn)換器；智能變送器；Flash存儲(chǔ)器

引言在工業(yè)控制過程中，經(jīng)常需要對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，而一般傳感器的輸出信號(hào)較弱，不適合作遠(yuǎn)距離傳輸。為了減小干擾，通常采用4mA~20mA電流輸出的雙絞線變送器。信號(hào)模擬處理的變送器，由于電路的復(fù)雜性的限制，非線性補(bǔ)償效果不理想，很難在全溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，因此達(dá)不到較高的精度要求。隨著低功耗高精度單片機(jī)﹑ΣΔA/D和ΣΔD/A轉(zhuǎn)換器的日益普及，為高精度的智能變送器的設(shè)計(jì)提供了技術(shù)途徑。本文介紹了利用美國(guó)德州儀器公司（Texas Instrument）新近推出了一種功能很強(qiáng)的低功耗單片機(jī)制作高精度智能變送器的硬件構(gòu)成及工作原理。

系統(tǒng)硬件構(gòu)成及工作過程

  

圖1 智能變送器硬件組成圖

智能變送器的硬件系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。系統(tǒng)由壓力傳感器、溫度測(cè)量芯片、低功耗單片機(jī)MSC1211、液晶顯示、編程接口、電源管理和電流輸出等幾部分構(gòu)成。液晶顯示采用并行接口，編程接口采用串行口。由于制作的為兩線制變送器要求在環(huán)路供電時(shí)輸出電流在4~20mA，考慮到其他方面的影響，要求整個(gè)系統(tǒng)的電流在

3.5mA左右，這樣在零壓力比較容易調(diào)出4mA，所以在選擇器件時(shí)功耗應(yīng)重點(diǎn)考慮。本系統(tǒng)采用的帶有片上D/A和A/D的單片機(jī)和液晶顯示器均具有省電功能，溫度芯片為單線制低功耗。在設(shè)計(jì)軟件時(shí)讓通訊部分和采樣部分分時(shí)工作，以確保整個(gè)系統(tǒng)在3.5mA左右。MSC1211在2.7~5.25V工作電壓下功耗小于4mW，液晶顯示器的工作電流小于50μA;另外MSC1211可以提供精確的2.5V或1.25V的基準(zhǔn)電壓作為A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓。

系統(tǒng)的工作過程：從壓力傳感器來的信號(hào)進(jìn)入到A/D轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部具有可編程增益放大器，可根據(jù)輸入信號(hào)的范圍自動(dòng)設(shè)置增益放大倍數(shù)，A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬信號(hào)數(shù)字化并進(jìn)行數(shù)字濾波后，由CPU根據(jù)從溫度芯片DS18B20讀來的溫度信號(hào)，從FALSH存儲(chǔ)器中讀取零點(diǎn)、線性度校正系數(shù)后，進(jìn)行溫度補(bǔ)償和非線性補(bǔ)償，然后根據(jù)量程范圍進(jìn)行量程轉(zhuǎn)換并將其送到D/A轉(zhuǎn)換器，從而輸出相應(yīng)的電流值，同時(shí)將壓力以相應(yīng)的單位顯示在液晶顯示器上。 MSC1211A/D和D/A轉(zhuǎn)換器MSC1211的片上A/D轉(zhuǎn)換器是高集成度、八通道差分和單通道24位Σ－ΔA/D轉(zhuǎn)換器，。其內(nèi)部包括儀表放大器、可編程增益放大器、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)處理及信號(hào)校準(zhǔn)電路。芯片可以提供自帶高精度標(biāo)準(zhǔn)電壓，精度為0.2%,漂移為5ppm/