应用领域：工业电子

方案类型：成品

主控芯片：MSP430

方案概述

可接入Pt100、Cu50,及常用B、E、K、J、N、R、S、T 8种热电偶，输入传感器类型及量程可通过上位机设置，输出4-20mA，精度0.1%，带4位数显功能。可接入压力传感器，压力传感器量程可通过上位机配置。

MSP430

MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器(Mixed Signal Processor)。

MSP430单片机称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机”解决方案。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。

MSP430特点

处理能力强

MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集(RISC)结构，具有丰富的寻址方式(7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址)、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令;大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算;还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。

运算速度快

MSP430 系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能实现乘加运算)相配合，能实现数字信号处理的某些算法(如FFT等)。

超低功耗

MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。

首先，MSP430 系列单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V 电压。因而可使其在1MHz 的时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在165μA左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1μA。

其次，独特的时钟系统设计。在 MSP430 系列中有两个不同的时钟系统：基本时钟系统、锁频环(FLL 和FLL+)时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统。可以只使用一个晶体振荡器(32.768kHz)DT-26 OR DT-38，也可以使用两个晶体振荡器。由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。

由于系统运行时开启的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式(AM)和五种低功耗模式(LPM0~LPM4)。在实时时钟模式下，可达2.5μA ，在RAM 保持模式下，最低可达0.1μA 。

片内资源丰富

MSP430 系列单片机的各系列都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗(WDT)、模拟比较器A、定时器A0(Timer_A0)、定时器A1(Timer_A1)、定时器B0(Timer_B0)、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位Σ-Δ ADC、DMA、I/O端口、基本定时器(Basic Timer)、实时时钟(RTC)和USB控制器等若干外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位;模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出A/D 转换器;16 位定时器(Timer_A 和 Timer_B)具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、PWM等;有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用;具有较多的 I/O 端口，P0、P1、P2 端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入;10/12位硬件 A/D 转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps ，能够满足大多数数据采集应用;能直接驱动液晶多达 160 段;实现两路的 12 位D/A转换;硬件I2C串行总线接口实现存储器串行扩展;以及为了增加数据传输速度，而采用的DMA模块。MSP430 系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。

另外，MSP430 系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的低功耗状态时，中断唤醒只需5μs。

方便高效的开发环境

MSP430 系列有 OTP 型、 FLASH 型和 ROM 型三种类型的器件，这些器件的开发手段不同。对于 OTP 型和 ROM 型的器件是使用仿真器开发成功之后烧写或掩膜芯片;对于 FLASH 型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有 JTAG 调试接口，还有可电擦写的 FLASH 存储器，因此采用先下载程序到 FLASH 内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由 JTAG 接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一台 PC 机和一个 JTAG 调试器，而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C 语言。

MSP430家族

430x1xx系列

基于闪存或 ROM 的超低功耗 MCU，提供 8MIPS，工作电压为 1.8V - 3.6V，具有高达 60KB 的闪存和各种高性能模拟及智能数字外设。

超低功耗低至：

0.1μA RAM (保持模式) 0.7μA (实时时钟模式) 200μA/MIPS (工作模式) 在 6μs 之内快速从待机模式唤醒

器件参数：

闪存选项：1KB – 60KB ROM 选项：1KB – 16KB RAM 选项：512B – 10KB GPIO 选项：14、22、48 引脚 ADC 选项：10 和 12 位斜率 SAR 其它集成外设：模拟比较器、DMA、硬件乘法器、SVS、12 位 DAC

430F2xx系列

基于闪存的超低功耗 MCU，在 1.8V - 3.6V 的工作电压范围内性能高达 16MIPS。包含极低功耗振荡器 (VLO)、内部上拉/下拉电阻和低引脚数选择。

超低功耗低至：

0.1μA RAM( 保持模式) 0.3μA (待机模式) (VLO) 0.7μA (实时时钟模式) 220μA/MIPS (工作模式) 在 1μs 之内超快速地从待机模式唤醒

器件参数：

闪存选项：1KB – 120KB RAM 选项：128B – 8KB GPIO 选项：10、16、24、32、48、64 引脚 ADC 选项：10 和 12 位斜率 SAR、16 位 Σ-Δ ADC 其它集成外设：模拟比较器、硬件乘法器、DMA、SVS、12 位 DAC、运算放大器

430C3xx系列

旧款的 ROM 或 OTP 器件系列，工作电压为 2.5V - 5.5V，高达 32KB ROM、4MIPS 和 FLL。

超低功耗低至：

0.1μA RAM (保持模式) 0.9μA( 实时时钟模式) 160μA/MIPS (工作模式) 在 6μs 之内快速从待机模式唤醒

器件参数：

ROM 选项：2KB – 32KB RAM 选项：512B – 1KB GPIO 选项：14、40 引脚 ADC 选项：14 位斜率 SAR 其它集成外设：LCD 控制器、硬件乘法器

430x4xx系列

基于 LCD 闪存或 ROM 的器件系列，提供 8-16MIPS，包含集成 LCD 控制器，工作电压为 1.8V-3.6V，具有 FLL 和 SVS。低功耗测量和医疗应用的理想选择。

超低功耗低，与430x1xx系列完全一致

器件参数：

闪存/ROM 选项：4kB – 120KB RAM 选项：256B – 8KB GPIO 选项：14、32、48、56、68、72、80 引脚 ADC 选项：10 和 12 位斜率 SAR、16 位 Σ-Δ ADC 其它集成外设：LCD 控制器、模拟比较器、12 位 DAC、DMA、硬件乘法器、运算放大器、USCI 模块

430F5xx系列

新款基于闪存的产品系列，具有最低工作功耗，在 1.8V-3.6V 的工作电压范围内性能高达 25MIPS。包含一个用于优化功耗的创新电源管理模块。

超低功耗低至：

0.1μA RAM (保持模式) 2.5μA (实时时钟模式 )165μA/MIPS (工作模式) 在 5μs 之内快速从待机模式唤醒

器件参数：

闪存选项：高达 256KB RAM 选项：高达 16KB ADC 选项：10 和 12 位 SAR 其它集成外设：USB、模拟比较器、DMA、硬件乘法器、RTC、USCI、12 位 DAC

430G2553

低电源电压范围：1.8v至3.6v。

超低功耗 运行模式： 230μA (在1MHz 频率和2.2V 电压条件下)

待机模式： 0.5μA

关闭模式(RAM 保持)： 0.1μA

5 种节能模式

· 用于模拟信号比较功能或者斜率模数(A/D) 转换的片载比较器

· 可在不到1μs 的时间里超快速地从待机模式唤醒

· 16 位精简指令集(RISC) 架构，62.5ns 指令周期时间

· 带内部基准、采样与保持以及自动扫描功能的10位200-ksps 模数(A/D) 转换器

· 基本时钟模块配置

– 具有四种校准频率并高达16MHz 的内部频率· 串行板上编程，

– 内部超低功耗低频(LF) 振荡器无需外部编程电压，

– 32kHz 晶振

– 外部数字时钟源· 具有两线制(Spy-Bi-Wire) 接口的片上仿真逻辑电路

· 两个16 位Timer_A，分别具有三个捕获/比较寄存路器

· 多达24 个支持触摸感测的I/O 引脚

压力变送器介绍

压力变送器是一种将压力转换成气动信号或电动信号进行控制和远传的设备。

它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号(如4~20mADC等)，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。

工作原理

压力变送器感受压力的电器元件一般为电阻应变片，电阻应变片是一种将被测件上的压力转换成为一种电信号的敏感器件。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的黏合剂紧密地粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。

主要性能

1、使用被测介质广泛，可测油、水及与316不锈钢和304不锈钢兼容的糊状物，具有一定的防腐能力;

2、高准确度、高稳定性、选用进口原装传感器，线性好，温度稳定性高;

3、体积小、重量轻、安装、调试、使用方便;

4、不锈钢全封闭外壳，防水好;

5、压力传感器直接感测被测液位压力，不受介质起泡、沉积的影响。

主要优点

1、压力变送器具有工作可靠、性能稳定等特点;

2、专用V/I集成电路，外围器件少，可靠性高，维护简单、轻松，体积小、重量轻，安装调试极为方便;

3、铝合金压铸外壳，三端隔离，静电喷塑保护层，坚固耐用;

4、4-20mA DC二线制信号传送，抗干扰能力强，传输距离远;

5、LED、LCD、指针三种指示表头，现场读数十分方便。可用于测量粘稠、结晶和腐蚀性介质;

6、高准确度，高稳定性。除进口原装传感器已用激光修正外，对整机在使用温度范围内的综合性温度漂移、非线性进行精细补偿。

选型规则

1.根据要测量压力的类型

压力类型主要有表压、绝压、差压等。表压是指以大气为基准，小于或大于大气压的压力;绝压是指以绝对压力零位为基准，高于绝对压力;差压是指两个压力之间的差值。

2.根据被测压力量程

一般情况下，按实际测量压力为测量范围的80%选取。

要考虑系统的最大压力。一般来说，压力变送器器压力范围最大值应该达到系统最大压力值的1.5倍。一些水压和过程控制，有压力尖峰或者连续的脉冲。这些尖峰可能会达到“最大”压力的5倍甚至10倍，可能造成变送器的损坏。连续的高压脉冲，接近或者超过变送器的最大额定压力，会缩短变送器的实用寿命。但提高变送器额定压力会牺牲变送器的分辨率。可以在系统中使用缓冲器来减弱尖峰，这会降低传感器的响应速度。

压力变送器一般设计成能在2亿个周期中承受最大压力而不会降低性能。在选择变送器时可在系统性能与变送器寿命之间找到一个折中的解决方案。

3.根据被测介质

按测量介质的不同，可分为干燥气体、气体液体、强腐蚀性液体、黏稠液体、高温气体液体等，根据不同的介质正确选型，有利于延长变送器的使用寿命。

4.根据系统的最大过载

系统的最大过载应小于变送器的过载保护极限，否则会影响变送器的使用寿命甚至损坏变送器。通常压力变送器的安全过载压力为满量程的2倍。

5.根据需要的准确度等级

变送器的测量误差按准确度等级进行划分，不同的准确度对应不同的基本误差限(以满量程输出的百分数表示)。实际应用中，根据测量误差的控制要求并本着使用经济的原则进行选择。

6.根据系统工作温度范围

测量介质温度应处于变送器工作温度范围内，如超温使用，将会产生较大的测量误差并影响变送器的使用寿命;在压力变送器的生产过程中，会对温度影响进行测量和补偿，以确保其受温度影响产生的测量误差处于准确度等级要求的范围内。在温度较高的场合，可以考虑选择高温型压力变送器或采取安装冷凝管、散热器等辅助降温措施。

7.根据测量介质与接触材质的兼容性

在某些测量场合，测量介质具有腐蚀性，此时需选用与测量介质兼容的材料或进行特殊的工艺处理，确保变送器不被损坏。

8.根据压力接口形式

通常以螺纹连接(M20×1.5)为标准接口形式。

9.根据供电电源和输出信号

通常压力变送器采用直流电源供电，提供多种输出信号选择，包括4～20mA.DC;、0～5V.DC、1～5V.DC、0～10mA.DC等，可以有232或485数字输出。

10.根据现场工作环境情况及其他

是否存在振动及电磁干扰等，选型时应提供相关信息，以便采取相应处理。在选型时，其他如电气连接方式等也可以根据具体情况予以考虑。