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1、远程受控正弦信号发生器的设计摘要 随着高新技术尤其是电子信息技术的快速发展和工业自动检测控制水平及需要的不断提高，越来越多的检测器及正弦信号发生器进入到生产及工程、仪表测量、自动控制系统和教学实验等领域，同时因为其成本低、使用方便、频率和幅值可调等优点，在雷达系统、航空航天系统、通信系统中也得到广泛应用。但在某些条件苛刻的地方，依靠集成器件构成的正弦信号发生器的信号产生以及信号传输都很容易受到干扰，这给开发人员造成了很大困扰。特别是在某些存在易燃易爆物品的特定场所，在保证测量精度同时，还要考虑信号发生系统的稳定性、系统运行产生的电磁场对储存物质影响以及信号数据传输稳定性等问题。因此，一个简单有
2、效的解决方案势在必行。本设计采用MSP430F2617作为系统的检测和控制核心，实现各项数据的采集、处理以及输出显示。系统由电压信号采集、信号调理、二线式电流变送模块、电流转电压模块、AD采样模块、稳压电源、DDS模块、以及液晶显示等组成。通过电阻桥获得电阻对应电压差值，经放大及消除非线性后交由电流变送模块转化为电流信号做远距离传输；在控制端由I/V模块将电流信号转换为电压信号以便交由AD模块采样后送单片机；再由单片机根据采样值控制DDS产生与获得电阻对应频率的正弦信号输出，并在液晶屏显示采得电阻值。关键词：正弦信号发生器 电流变送 I/V变换 DDSAbstractWith the rapi
3、d development of high and new technology, especially the electronic information technology and the industrial automatic detection control level and need greatly improving, more and more detectors and sine signal generators have applied into production and engineering, the meter measuring, automatic
4、control system and teaching experiment, etc, and at the same time because of its low cost, easy to use, frequency and amplitude can be adjusted and other advantages, in a radar system, aviation system,and communication system is also widely used. But in some strict place, which rely on integrated co
5、mponents of the sine signal generator signal and signal transmission are easy to interference which caused very big trouble to developers.Especially in some specific places where inflammable and explosive items exist, it is not only need to ensure measurement precision but also need to consider the
6、signal happen systems stability and the electromagnetic fields influence to storage material which generated during the operation of the system and the signal data transmission stability and so on. Therefore, a simple and effective solution is imperative.This dissertation based on microcontroller MS
7、P430F2617,its used to detection the data and control each modules work .Its the combination of the tow-wire system current mode resistance transmitting instrument ,I/V module,AD sampling, digital display scope and liquid crystal display module.Its gets signal of amplification from resistancebridge,
8、and then it is transmitted by the tow-wire instrument via the amplifier and transmission ;The microcontroller get the signal from I/V transformation and then controlled by microcontroller based on the data to generate DDS signal and get the corsponding frequency of sine signal and output sine signal
9、 in view of the resistance.Keyword:resistance,tow-wireinstrument transmitting, I/V transformation, DDS.目录摘要IAbstractII目录III前言11 设计要求及方案21.1 设计任务及要求21.2 设计方案32 系统的硬件设计与实现42.1 运算控制模块42.1.1 MSP430F2617单片机介绍42.1.2 MSP430单片机最小系统92.2 电流变送模块102.2.1电阻测量模块102.2.2信号调理及放大电路112.2.3 V/I模块122.3 I/V变换电路132.4 AD采样1
10、42.5 DDS模块182.5.1 DDS 简介182.5.2 AD9851DDS模块192.6 电源模块192.7显示电路模块203 系统软件设计与实现223.1 主程序流程图及代码223.2 子程序的设计233.2.1 系统程序的初始化233.2.2AD中断处理程序233.3显示程序设计234系统调试254.1 电流变换精度测试254.2频率变换精度测试254.3 电阻值非线性度测试254.4 理论值对应关系26总结27致谢28参考文献29附件1 系统原理图30附件2系统实物照片31附件3 部分程序32- I -前言正弦信号发生器是仪表装置及自动控制系统的重要组成部分，随着数字集成电路以及
11、微电子技术的快速发展，高精度的正弦信号发生器逐渐进入通信系统、雷达系统、航空航天系统。通过对研发领域先进技术的研究分析，遵照高标准要求研发一套高精度、高稳定性系统。故本课题具有十分重要的实用意义。随着近些年正弦信号发生器在仪表检测、通信领域的使用率逐渐提高，对检测器件的精度及可靠性要求也越来越高。同时，器件集成度越来越高，造成在某些条件苛刻的地方，集成器件很容易受到干扰，使开发人员不得不考虑使用分离元件，但分离元件必定会造成系统物理尺寸的增加，这给开发人员造成了很大困扰。特别是对密闭容器内易燃易爆液体温度等信息的监测，要求满足以下指标：高测量精度、测量探头耐腐蚀性、系统的稳定性可靠性、系统运行
12、产生的电磁场对储存物质影响（如电磁干扰过强甚至有瞬间放电现象，容易照成易燃易爆待测物起火爆炸）、系统信号源数据的长距离不失真传输。因此，一个简单有效的解决方案势在必行。这正是本论文选题的主要依据。本设计为远距离受控正弦信号发生器，由于考虑对于精度的要求，远距离电压信号传输的损耗变得不可忽略，从而必须依靠传输损耗小的电流信号传输，本设计在参阅了大量前人设计的电流变送系统基础上利用处理速度较快的MSP430F2617单片机作为处理核心，依靠单片机自身12位AD转换器采样处理前端I/V模块输出电压信号。在12964液晶屏上显示当前电阻、电压数据，并通过DDS模块输出对应频率的正弦波。 本次设计也存在
13、一些不足，但在设计时力求整个系统尽可能减小误差，为精度要求高的目标提供可能。相信远程受控正弦信号发生器系统在以后的不断发展完善后，能为工业自动控制及通信等领域做出一份贡献。1 设计要求及方案 随着现代科技的发展，高精度测量及可靠数据传输在工程、生产中逐渐被重视，而传统的集成传感器件存在各方面的不足，故为此设计一款远距离受控正弦信号发生器系统。1.1 设计任务及要求任务：设计并制作二线式电流型电阻变送器控制的正弦信号发生器。变送器的输入为电阻量，输出为电流量，信号发生部分的输入为电流量，输出为正弦信号，如图1.1所示。12V电源电阻型敏感器件（10K）正弦信号发生器电源与电压采集+-420mA电
14、流变送信号调理信号发生部分二线式电流变送器图1.1二线式电流型变送器控制的远程受控正弦信号发生器设计要求如下：设计制作二线式电流型变送器控制的正弦信号发生器，要求1KW2KW对应电流输出为420mA，I-V采集后对应输出0-5V，DDS对应输出025MHZ正弦波。不能采用专用变送器或电流转换器芯片；自行设计系统所需电源供电系统；总体变换精度优于1%；变换非线性度优于2%；输出传输线的长度不小于10m；信号发生部分要求能够将输入电流量转换成电阻量并采用数码显示，显示分辨率为5W；DDS精度优于5%；设计并制作变送器和信号发生部分所需的电源。1.2 设计方案本远程受控正弦信号发生器系统设计主要由硬
15、件电路和相应软件二部分构成。因此应该分别对各个模块进行设计。在硬件电路方面主要包括二线式电流变送（含R/V及V/I电路）模块、I/V模块、AD采样、CPU数据处理及控制模块、DDS模块及12864液晶显示电路。软件方面主要包括AD采样数据处理、DDS驱动及液晶显示子程序等一系列子程序。系统总体结构如图1.2所示。电阻桥信号放大线性处理AD采样控制器模块MSP430-F261712864液晶显示I/V变换DDS模块电流变送调理输出理输出图1.2系统模块组成示意图远程 该远程受控正弦信号发生器通过稳压管组成简单的稳压电路，再通过电桥获得和待测电阻对应电压信号，经放大处理再经由电流变送传输至远端控制室，再经由I/V变换和AD电路获得采样信号，经由功能强大的MSP430单片机处理，显示获得电压值、电阻值，并依靠高精度的DDS输出对应频率的正弦信号。该方案硬件结构相对简单，传
