工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號產(chǎn)生與測量儀表設(shè)計

摘要：介紹了基于MSP430F42x系列MCU工業(yè)信號產(chǎn)生與測量儀表，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(zhǔn)確測量；同時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。實驗證明該儀表是實用的和成功的，可以實現(xiàn)預(yù)定的設(shè)計功能。
關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)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)生與測量儀表的設(shè)計。
工業(yè)信號的產(chǎn)生與測量儀表在生產(chǎn)過程系統(tǒng)中是非常重要的檢測儀表，可模擬輸出多種工業(yè)控制過程測控中所需的檢測信號，同時也可測量這些工業(yè)控制過程中產(chǎn)生的信號，其大量用于工業(yè)儀表的現(xiàn)場調(diào)校。
本設(shè)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(shè)計由兩片MSP430F系列MCU組成，MSP430F425實現(xiàn)電壓和電流信號的測量，而MSP430F449實現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)信號的采集
該儀表中的信號測量部分采用MSP430F425實現(xiàn)，該單片機(jī)功耗非常低，電源電流400μA；待機(jī)模式的電源電流為1．6μA。該單片機(jī)采用16位精簡指令結(jié)構(gòu)(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(qū)動128段液晶顯示器的驅(qū)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(jī)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(zhuǎn)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(chǎn)生1．2V的差動電壓。