基于CS5550的工業(yè)測量儀表設(shè)計(jì)

摘要：針對現(xiàn)行工控儀表的種類繁多、功能各異、專用性強(qiáng)等問題，本文介紹了一種高精度、多用途的智能工業(yè)測量儀表設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)采用CS5550高性能A/D轉(zhuǎn)換芯片，以單片機(jī)作為系統(tǒng)控制中心，實(shí)現(xiàn)了多種信號的采集與變換。詳細(xì)介紹了電壓、電流、電阻信號采集測量電路的原理。該系統(tǒng)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，抗干擾能力強(qiáng)，適用于各類微弱信號的采集與變換。
關(guān)鍵詞：CS5550A／D轉(zhuǎn)換器；測量儀表；函數(shù)指針

0 引言
現(xiàn)代工業(yè)測量儀表以單片機(jī)為核心，具有數(shù)字顯示、開關(guān)量輸出、超限報(bào)警和通信等功能。用于測量各類工業(yè)現(xiàn)場的檢測信號，是工業(yè)控制自動化必不可少的重要檢測和控制裝置。廣泛應(yīng)用于電力、化工、冶金等部門。
隨著元件生產(chǎn)工藝、自動化水平的提高，對測量裝置的要求越來越高。為實(shí)現(xiàn)低漂移、高穩(wěn)定、高分辨率，使用了CS5550 A／D轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)通過簡單的跳線，實(shí)現(xiàn)了單一儀表對電壓、電流、電阻等各信號的采集，通過強(qiáng)大的程序?qū)崿F(xiàn)各種信號的變換，真正達(dá)到了一表多用的智能型儀表。

1 硬件電路設(shè)計(jì)
儀表各種輸入信號經(jīng)跳線選擇，切換測量電路后直接送入CS5550 A／D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入CPU處理，輸入信號經(jīng)線性化、冷端補(bǔ)償、外線電阻補(bǔ)償?shù)冗\(yùn)算后，得到測量值送LED顯示或經(jīng)RS-232傳給上位機(jī)或其它控制器，同時與用戶設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，從而驅(qū)動繼電器報(bào)警輸出。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，測量電路與A／D轉(zhuǎn)換的模擬電路部分是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，直接影響到測量結(jié)果的精確程度。軟件的核心部分是將采集到的數(shù)字信號量轉(zhuǎn)換成準(zhǔn)確測量結(jié)果，如將熱電偶的微弱電壓信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度值。

1．1 A／D轉(zhuǎn)換電路
本系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換采用Cirrus Logic公司的兩通道、低成本Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器CS5550芯片，是一種便于設(shè)計(jì)、性價(jià)比高的小體積高集成解決方案。
CS5550集放大器、A／D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字濾波器、基準(zhǔn)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(zhǔn)功能，通過串口可重新設(shè)置完成初始化，可直接輸出精確測量結(jié)果。它是一個雙通道解決方案。
CS5550的模擬電源與數(shù)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(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。使用片上提供的基準(zhǔn)電壓源，簡化電路設(shè)計(jì)。通過SPI接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。CS5550的外圍參考電路如圖2所示。