基于MSP430F42x的工業信號產生與測量儀表的設計

　　這篇論文介紹了工業信號的產生與測量原理，主要研究了基于TI公司MSP430F42x的工業信號的產生與測量儀表的設計。

　　工業信號的產生與測量儀表在生產過程系統中是非常重要的檢測儀表，可模擬輸出多種工業控制過程測控中所需的檢測信號，同時也可測量這些工業控制過程中產生的信號，其大量用于工業儀表的現場調校。

　　本設計的特點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方式產生。

　　本設計由兩片MSP430F系列MCU組成，MSP430F425實現電壓和電流信號的測量，而MSP430F449實現電壓和電流信號的輸出及頻率信號的測量與輸出。

　　1 工業標準信號的采集

　　該儀表中的信號測量部分采用MSP430F425實現，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128段液晶顯示器的驅動模塊、1個RS232C／SPI通信口、1個具有捕獲／比較功能的16位定時器，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的差動輸入端，采用50Ω電阻，則24mA時產生1．2V的差動電壓。

　　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運放組成了儀表放大器的輸入結構，同時還使用差動輸出結構的運放THS4130連接ADC的差動輸入端。這樣THS4130輸出信號為VOD=（RF／RG）*（1+2R2／R1）*VI，在滿量程為10V時，選擇R1=R2=1kΩ RC=30kΩ，RF=1k，則最大VOD=1．0V；在滿量程為1．0V時，選擇R1=R2=1kΩ，RG=30kΩ，RF=10k，則最大VOD=1．0V，量程由開關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，對輸出信號進行校正，使輸出電壓和電流的誤差更小。

　　ADC時鐘選擇MCLK，采用鎖相環使頻率穩定到1．048MHz，采樣率為4096，定時3路連續轉換，32個轉換結果相加取平均值。

　　測量部分的單片機采用SPI接口順序輸出3路ADC的數據到數據處理與顯示部分。

　　（2）數據處理與顯示部分