基于MSP430F42x的工業(yè)信號(hào)產(chǎn)生與測(cè)量?jī)x表的設(shè)計(jì)

　　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(pán)和7位液晶顯示器。其F449的SPI0引腳P3．3、P3．1與測(cè)量部分的F425單片機(jī)的P1．6、P2．1引腳相連，F(xiàn)425擔(dān)當(dāng)主機(jī)，定時(shí)向從機(jī)F449發(fā)送數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理與顯示部分將測(cè)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(jìn)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(dú)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(shí)顯示它們。該部分以同樣的方式處理被測(cè)量的頻率和顯示輸出的頻率。

　　2 產(chǎn)生電壓與電流信號(hào)

　　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(hào)，其原理圖如圖3所示。

　　由圖3可以看出，電壓信號(hào)與電流信號(hào)都是采用PWM實(shí)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(jī)測(cè)量輸出的電壓或者電流，然后將測(cè)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(jī)的定時(shí)器B輸出模式7實(shí)現(xiàn)，對(duì)于20mA的滿(mǎn)度電流，為達(dá)到0．1％的精度，需要每一個(gè)定時(shí)器B的計(jì)數(shù)數(shù)字代表的電流為22μA。這里取5μA，設(shè)置CCRO=4000，若時(shí)鐘頻率為8MHz，則PWM的頻率為2000Hz。對(duì)于10V電壓信號(hào)，為達(dá)到0．1％精度，需要每一個(gè)定時(shí)器B的計(jì)數(shù)數(shù)字代表的電壓為10mV，這里取2．5mV，設(shè)置CCR0=4000，取時(shí)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(hào)，所以采用簡(jiǎn)單的RC濾波就能滿(mǎn)足要求。

　　F449實(shí)現(xiàn)電壓輸出的過(guò)程：鍵盤(pán)輸入需要輸出的電壓值后，計(jì)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(guò)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(guò)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(gè)數(shù)字代表的電壓值比10mV誤差小的多，所以肯定有一個(gè)CCR1數(shù)值使輸出電壓滿(mǎn)足要求。

　　F449實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確電流輸出的過(guò)程與實(shí)現(xiàn)電壓輸出的過(guò)程基本相同，只是采樣輸出電流。

　　3 測(cè)量與產(chǎn)生頻率信號(hào)

　?。?）頻率信號(hào)的測(cè)量

　　由F449中的定時(shí)器B實(shí)現(xiàn)頻率的測(cè)量，1～1000Hz頻率信號(hào)從CCP模塊輸入引腳輸入，在第一個(gè)被測(cè)脈沖上升沿捕獲定時(shí)器的TBR數(shù)值，在第二個(gè)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(cè)脈沖周期。

　?。?）頻率信號(hào)輸出

　　F449的TB6引腳輸出頻率信號(hào)，其范圍為1～1000Hz，使定時(shí)器B工作在連續(xù)計(jì)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(shí)，使輸出端TB6產(chǎn)生置位與復(fù)位，輸出頻率信號(hào)。

　　輸入的頻率信號(hào)與輸出的頻率信號(hào)，都要經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路，使其滿(mǎn)足接口電路的邏輯電平。

　　4 結(jié)論