基于CS5550的工業測量儀表設計

摘要：針對現行工控儀表的種類繁多、功能各異、專用性強等問題，本文介紹了一種高精度、多用途的智能工業測量儀表設計方案。本設計采用CS5550高性能A/D轉換芯片，以單片機作為系統控制中心，實現了多種信號的采集與變換。詳細介紹了電壓、電流、電阻信號采集測量電路的原理。該系統成本低，結構簡單，使用方便，抗干擾能力強，適用于各類微弱信號的采集與變換。
關鍵詞：CS5550A／D轉換器；測量儀表；函數指針

0 引言
現代工業測量儀表以單片機為核心，具有數字顯示、開關量輸出、超限報警和通信等功能。用于測量各類工業現場的檢測信號，是工業控制自動化必不可少的重要檢測和控制裝置。廣泛應用于電力、化工、冶金等部門。
隨著元件生產工藝、自動化水平的提高，對測量裝置的要求越來越高。為實現低漂移、高穩定、高分辨率，使用了CS5550 A／D轉換器。本系統通過簡單的跳線，實現了單一儀表對電壓、電流、電阻等各信號的采集，通過強大的程序實現各種信號的變換，真正達到了一表多用的智能型儀表。

1 硬件電路設計
儀表各種輸入信號經跳線選擇，切換測量電路后直接送入CS5550 A／D轉換器，轉換成數字量送入CPU處理，輸入信號經線性化、冷端補償、外線電阻補償等運算后，得到測量值送LED顯示或經RS-232傳給上位機或其它控制器，同時與用戶設定的報警值進行比較，從而驅動繼電器報警輸出。
系統結構如圖1所示，測量電路與A／D轉換的模擬電路部分是系統設計的關鍵，直接影響到測量結果的精確程度。軟件的核心部分是將采集到的數字信號量轉換成準確測量結果，如將熱電偶的微弱電壓信號轉換成對應的溫度值。

1．1 A／D轉換電路
本系統的A/D轉換采用Cirrus Logic公司的兩通道、低成本Delta-Sigma模數轉換器CS5550芯片，是一種便于設計、性價比高的小體積高集成解決方案。
CS5550集放大器、A／D轉換器、數字濾波器、基準電壓電路和雙向串口于一身。具有方便的片上偏移和增益校準功能，通過串口可重新設置完成初始化，可直接輸出精確測量結果。它是一個雙通道解決方案。
CS5550的模擬電源與數字電源分開提供，模擬電源部分使用了RC低通濾波電路，增強了系統的穩定性。使用片上提供的基準電壓源，簡化電路設計。通過SPI接口與單片機進行通信。CS5550的外圍參考電路如圖2所示。