基于MSP430F42x的工業(yè)信號產(chǎn)生與測量儀表的設(shè)計

　　從圖2可以知道，數(shù)據(jù)處理與顯示電路中具有4×4鍵盤和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，F(xiàn)425擔(dān)當(dāng)主機，定時向從機F449發(fā)送數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理與顯示部分將測量的數(shù)據(jù)乘以按鍵輸入的比例系數(shù)，并轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)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(biāo)準(zhǔn)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實現(xiàn)。為使輸出電壓和電流數(shù)值準(zhǔn)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(shù)據(jù)與電壓或電流的設(shè)定值比較后，用誤差值校正輸出。

　　PWM由F449單片機的定時器B輸出模式7實現(xiàn)，對于20mA的滿度電流，為達到0．1％的精度，需要每一個定時器B的計數(shù)數(shù)字代表的電流為22μA。這里取5μA，設(shè)置CCRO=4000，若時鐘頻率為8MHz，則PWM的頻率為2000Hz。對于10V電壓信號，為達到0．1％精度，需要每一個定時器B的計數(shù)數(shù)字代表的電壓為10mV，這里取2．5mV，設(shè)置CCR0=4000，取時鐘頻率為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，所以采用簡單的RC濾波就能滿足要求。

　　F449實現(xiàn)電壓輸出的過程：鍵盤輸入需要輸出的電壓值后，計算出相應(yīng)的CCR1的數(shù)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)過濾波后輸出穩(wěn)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(dāng)前輸出電壓的數(shù)值數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)經(jīng)過32次累加平均后，與設(shè)定值比較，其誤差值與CCR1數(shù)值相加產(chǎn)生新的CCR1數(shù)值，也就調(diào)整了輸出電壓。由于CCR1數(shù)值中的一個數(shù)字代表的電壓值比10mV誤差小的多，所以肯定有一個CCR1數(shù)值使輸出電壓滿足要求。

　　F449實現(xiàn)準(zhǔn)確電流輸出的過程與實現(xiàn)電壓輸出的過程基本相同，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中的定時器B實現(xiàn)頻率的測量，1～1000Hz頻率信號從CCP模塊輸入引腳輸入，在第一個被測脈沖上升沿捕獲定時器的TBR數(shù)值，在第二個脈沖上升沿再次捕獲TBR的數(shù)值，則兩次TBR數(shù)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，使定時器B工作在連續(xù)計數(shù)的比較模式，根據(jù)輸出頻率，不斷設(shè)置CCR6的數(shù)值，則在TBR數(shù)值與CCR6數(shù)值相同時，使輸出端TB6產(chǎn)生置位與復(fù)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)過信號處理電路，使其滿足接口電路的邏輯電平。

　　4 結(jié)論