工業(yè)標準信號產(chǎn)生與測量?jì)x表設計

摘要：介紹了基于MSP430F42x系列MCU工業(yè)信號產(chǎn)生與測量?jì)x表，該儀表可以產(chǎn)生工業(yè)電壓、電流及頻率信號，并對這些信號進(jìn)行準確測量；同時(shí)闡述了該儀表的工作原理，給出了該儀表的原理框圖和主要電路原理圖。實(shí)驗證明該儀表是實(shí)用的和成功的，可以實(shí)現預定的設計功能。
關(guān)鍵詞：標準信號；MCU；ADC；PWM

0 引言
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?jì)x表的設計。
工業(yè)信號的產(chǎn)生與測量?jì)x表在生產(chǎn)過(guò)程系統中是非常重要的檢測儀表，可模擬輸出多種工業(yè)控制過(guò)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(guò)程中產(chǎn)生的信號，其大量用于工業(yè)儀表的現場(chǎng)調校。
本設計的特點(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。
本設計由兩片MSP430F系列MCU組成，MSP430F425實(shí)現電壓和電流信號的測量，而MSP430F449實(shí)現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)標準信號的采集
該儀表中的信號測量部分采用MSP430F425實(shí)現，該單片機功耗非常低，電源電流400μA；待機模式的電源電流為1．6μA。該單片機采用16位精簡(jiǎn)指令結構(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、直接驅動(dòng)128段液晶顯示器的驅動(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程序閃速存儲器和2k隨機存儲器。
(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。