基于MSP430F42x的工業(yè)信號產(chǎn)生與測量?jì)x表的設計

　　從圖2可以知道，數據處理與顯示電路中具有4×4鍵盤(pán)和7位液晶顯示器。其F449的SPI0引腳P3．3、P3．1與測量部分的F425單片機的P1．6、P2．1引腳相連，F425擔當主機，定時(shí)向從機F449發(fā)送數據。

數據處理與顯示部分將測量的數據乘以按鍵輸入的比例系數，并轉換成十進(jìn)制數后，輸出到液晶顯示器上。液晶顯示器在按鍵控制下，可以單獨顯示輸入的電壓或是電流，也可以顯示輸出的電壓和電流，或是順序定時(shí)顯示它們。該部分以同樣的方式處理被測量的頻率和顯示輸出的頻率。

　　2 產(chǎn)生電壓與電流信號

　　該儀表產(chǎn)生工業(yè)標準的4～20mA電流和0～10V電壓信號，其原理圖如圖3所示。

　　由圖3可以看出，電壓信號與電流信號都是采用PWM實(shí)現。為使輸出電壓和電流數值準確，采用了反饋控制原理，就是使F425單片機測量輸出的電壓或者電流，然后將測量數據與電壓或電流的設定值比較后，用誤差值校正輸出。

　　PWM由F449單片機的定時(shí)器B輸出模式7實(shí)現，對于20mA的滿(mǎn)度電流，為達到0．1％的精度，需要每一個(gè)定時(shí)器B的計數數字代表的電流為22μA。這里取5μA，設置CCRO=4000，若時(shí)鐘頻率為8MHz，則PWM的頻率為2000Hz。對于10V電壓信號，為達到0．1％精度，需要每一個(gè)定時(shí)器B的計數數字代表的電壓為10mV，這里取2．5mV，設置CCR0=4000，取時(shí)鐘頻率為8MHz，則PWM的頻率同樣為2000Hz。

　　由于輸出的是直流電壓和電流信號，所以采用簡(jiǎn)單的RC濾波就能滿(mǎn)足要求。

　　F449實(shí)現電壓輸出的過(guò)程：鍵盤(pán)輸入需要輸出的電壓值后，計算出相應的CCR1的數值，則輸出TB1按照CCR1給定的占空比輸出頻率為2000Hz的脈沖，經(jīng)過(guò)濾波后輸出穩定直流電壓；該電壓的1／10反饋到16位ADC的輸入端，產(chǎn)生當前輸出電壓的數值數據，該數據經(jīng)過(guò)32次累加平均后，與設定值比較，其誤差值與CCR1數值相加產(chǎn)生新的CCR1數值，也就調整了輸出電壓。由于CCR1數值中的一個(gè)數字代表的電壓值比10mV誤差小的多，所以肯定有一個(gè)CCR1數值使輸出電壓滿(mǎn)足要求。

　　F449實(shí)現準確電流輸出的過(guò)程與實(shí)現電壓輸出的過(guò)程基本相同，只是采樣輸出電流。

　　3 測量與產(chǎn)生頻率信號

　?。?）頻率信號的測量

　　由F449中的定時(shí)器B實(shí)現頻率的測量，1～1000Hz頻率信號從CCP模塊輸入引腳輸入，在第一個(gè)被測脈沖上升沿捕獲定時(shí)器的TBR數值，在第二個(gè)脈沖上升沿再次捕獲TBR的數值，則兩次TBR數值之差就是被測脈沖周期。

　?。?）頻率信號輸出

　　F449的TB6引腳輸出頻率信號，其范圍為1～1000Hz，使定時(shí)器B工作在連續計數的比較模式，根據輸出頻率，不斷設置CCR6的數值，則在TBR數值與CCR6數值相同時(shí)，使輸出端TB6產(chǎn)生置位與復位，輸出頻率信號。

　　輸入的頻率信號與輸出的頻率信號，都要經(jīng)過(guò)信號處理電路，使其滿(mǎn)足接口電路的邏輯電平。

　　4 結論