浅析二线制变送器的正弦信号发生器信息通信设计

浅析二线制变送器的正弦信号发生器信息通信设计

王凯

关键词：变送器；正弦信号；信息通信

上述问题，采用两线制电流型变送器能够很好地解决。这是因为电流型变送器具有以下优点：

（1）不易受寄生热电偶、沿电线电阻压降和温漂等影响，可用便宜的细导线实现数据传输；

（2）在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压，不会产生显著影响；

（3）信号传输距离远，可节省大量电缆线和安装费用。

本文设计并完成了利用二线制电流型电阻变送器实现远距离控制DDS直接频率合成芯片AD9851的目标，使其随输入电阻在1～2kΩ范围内变化而相应产生1～2MHz的正弦信号。

1系统总体设计

系统为基于二线制电流型变送器控制的正弦信号发生器。变送器输入电阻在1～2kΩ的范围内变化时，其对应的输出电流在4～20mA范围内变化；然后控制正弦信号发生器产生1～2MHz范围内变化的正弦信号，并显示输入电阻值、输出频率值。因此，系统包含了二线制电流型电阻变送器、MCUMSP430F4260、正弦信号发生器AD9851、LCD显示器等功能模块，

2系统硬件设计

2.1二线制电流型电阻变送器设计

采用运算放大器LM358、三极管、可调电阻组成输入为1～2kΩ、输出为4～20mA的二线制电流型电阻变送器。该变送器的输出端串联一个250Ω的电阻，使其输出端由电流信号转换成相应的电压信号，即4mA×250Ω=1V，20mA×250Ω=5V，最后变送器输出1～5V的电压信号，这样便于AC/DC转换。

2.2正弦信号发生器设计

正弦信号发生器采用美国AD公司生产的DDS频率合成芯片AD9851。该芯片是一款高度集成的器件，采用先进的DDS技术，内置一个高速、高性能的10b数模转换器和比较器，共同构成数字可编程频率合成器和时钟发生器。A[第一论文网(www.dylw.NET)专业提供论文代写和发表论文的服务,欢迎光临]D9851的高速DDS内核提供一个32b的频率调谐字。以精密时钟源作为基准时钟，AD9851能产生一个频率稳定、相位可编程的数字化模拟输出正弦波[3]。其电路原理图如图3所示。

2.3系统微控制器设计

系统微控制器采用MSP430F149，该芯片是美国TI公司推出的一款低功耗、高集成、高性能的单片机，特别适合于电池应用或手持设备。MSP430F149包含

了一个硬件乘法器，48个I/O口，1个精确的模拟比较器，2个具有捕捉/比较寄存器的定时器，8路12位A/D转换器，片内看门狗定时器，2个硬件串行通信接口，60KB的FLASHROM和2KB的RAM，特别适合于片上系统设计。

2.4系统电源设计

系统采用220V交流输入、双12V交流输出的线性电源；然后把双12V交流输出进行串联，经桥式整流，输出约30V的直流电压，给系统供电。

3系统软件设计

系统软件包含A/DC转换模块程序、向AD9851写入的32位的频率调谐字以及LCD显示3部分。

3.1系统流程图

系统先对变送器的输出电压进行A/DC转换，根据其转换值，推算出向AD9851写入的对应32位频率调谐字和AD9851所产生正弦波的频率值；然后LCD显示输入电阻值、输出频率值；最后，微控制器MSP430F149向AD9851写入相应的32位频率调谐字，使其产生所需的正弦波信号。

3.2系统程序设计

（1）A/DC转换子程序

voidlint_SD16（void）

{

16CTL=SD16SSEL_1+SD16Xp_3；

SD16CCTL0=SD16UNI+SD16IE；

SD16INCTL0=SD16INCH_0；

SD16AE=SD16AE0；

SD16CCTL0|=SD16SC；

}

（2）AD9851频率控制字写入子程序

voidSetFreq（void）//DDS设置频率

{

unsignedchari；

DDS_port=paraSet[0]；//输入高8位

DDS_clk_H；

for（i=200；i>0；i--）；

DDS_clk_L；

for（i=200；i>0；i--）；

DDS_port=paraSet[1]；

}

4结果及分析

4.1实验结果测试数据

实验结果测试数据如表1所示。

4.2数据分析

（1）实际测试结果表明，系统输入端电阻在1～2kΩ的范围内变化时，其对应的输出电流在4～20mA范围内随之改变，DDS频率合成芯片AD9851产生1～2MHz的正弦波信号。

（2）电流误差范围为0.01mA，不会受负载及环境温度变化的影响。

（3）计算电阻、频率的非线性度

电阻非线性度：

[ΔR?MAX=（2000.8-2000.0）1000×100%=0.08%]

频率非线性度：

[ΔF?MAX=（1498.9-1498.0）1000×100%=0.09%]

因此，电阻与频率非线性度均小于0.1%，整个系统性能指标非常优良。

（4）经实际测试，系统远距离传输可达240m。

参考文献：

[1]杨萍，兀旦辉，杨良煜.DDS技术在正弦信号发生器中的应用[J].计算机测量与控制，2008，16（11）：1738?1740.

[2]张锋.单片机控制的二线制变送器的设计与实现[J].茂名学院学报，2005，15（6）：61?63.

[3]AnalogDevices.AD9851[EB/OL].[2004?02?22].

http：//www.analog.com/static/imported?files/data_sheets/AD9851.

[4]TexasInstruments.MSP430F149[EB/OL].[2010?05?10].http：//www.wenku.baidu.com/view.

[5]毛群，王仕旭.基于FPGA和DDS技术的正弦信号发生器设计[J].现代电子技术，2010，33（9）：118?120.