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在工業(yè)控制過程中，經(jīng)常需要對一些參數(shù)進行測量，而一般傳感器的輸出信號較弱，不適合作遠距離傳輸。為了減小干擾，通常采用4～20ma電流輸出的雙絞線變送器。信號模擬處理的變送器，由于電路的復(fù)雜性的限制，非線性補償效果不理想，很難在全溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)溫度補償，因此達不到較高的精度要求。隨著低功耗高精度單片機、σ-δ adc和σ-δdac的日益普及，為高精度的智能變送器的設(shè)計提供了技術(shù)途徑。 本文介紹的單片傳感信號接口設(shè)計采用了德州儀器公司新近推出的一款多功能的微控制器msp430f2013，它內(nèi)部集成了16位的σ-δadc。2kb的程序空間和128b的數(shù)據(jù)存儲空間，可以完成數(shù)據(jù)的智能采集，并采用差分傳輸方式進行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)按幀進行傳輸，傳輸過程中采用crc檢驗進行差錯控制。msp430f2013的結(jié)構(gòu)特點 msp430f2013是ti公司msp430系列的一款微控制器， 它具有以下結(jié)構(gòu)特點：16位的risc cpu、16位的寄存器和常數(shù)發(fā)生器，可以獲得很高的代碼效率；五種低功耗模式，在便攜式的測量應(yīng)用中可以延長電池的使用壽命；數(shù)控振蕩器（dco）使得從低功耗模式切換到正常模式只要不到1μs；一個16位的定時器；10個i/o口；具備同步通信協(xié)議（spi或者i2c）；一個16位的σ-δ adc。 msp430f2013的典型應(yīng)用是傳感系統(tǒng)捕獲模擬信號，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后利用數(shù)字信號作屏幕顯示或者將數(shù)字信號傳輸?shù)揭粋€主機系統(tǒng)中用作其他處理。系統(tǒng)介紹 常見的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對模擬信號要進行信號放大，而且一般都要設(shè)計一個與單片機的接口電路，本系統(tǒng)具有很高的集成度，單片即可完成信號的放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換，軟件濾波，同時實現(xiàn)了一個單線協(xié)議，直接可以和高檔計算機進行通訊，無須設(shè)計與單片機的接口電路。 msp430f2013是一個低功耗的器件，當運行在1mhz的時鐘條件下，系統(tǒng)的工作電流為220μa，而待命模式的工作電流僅為0.5μa，保持ram的節(jié)電模式的工作電流更是只有0.1μa，這樣的低功耗wan全可以利用電池供電，適合于便攜式的測量。 本系統(tǒng)利用msp430f2013進行智能數(shù)據(jù)采集，從前端傳感器采集來的數(shù)據(jù)經(jīng)過程控增益放大器進行放大，隨后進入模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后以異步串行的方式輸出。圖1是整個系統(tǒng)的原理圖。
圖1 系統(tǒng)原理圖 為簡化系統(tǒng)，同時避免外部晶振對系統(tǒng)的影響，系統(tǒng)采用內(nèi)部dco作為時鐘，系統(tǒng)利用差分傳輸數(shù)據(jù)，無需進行數(shù)據(jù)的隔離。本應(yīng)用中配置傳輸速率為9600b/s，可以用串口設(shè)定匹配的波特率進行接收。 無論系統(tǒng)采用內(nèi)部參考電壓還是外部參考電壓，輸入電壓都有相應(yīng)的范圍，所以前端模擬量的輸入要用穩(wěn)壓管進行限幅。 系統(tǒng)可以根據(jù)外界信號的大小調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換的精度，只需拉高p2.6同時調(diào)節(jié)外部輸入的模擬量為所測量的最大值，這時系統(tǒng)將自動調(diào)整pga（程控增益放大器）。 由于采用半雙工的差分傳輸，系統(tǒng)很容易進行擴展，系統(tǒng)可以利用多個傳感器組成一個傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過總線控制傳感器采集數(shù)據(jù)。
