基于SD3302F1的多功能數(shù)顯表

摘 要

要實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電參數(shù)的高精度測(cè)量，通常用MCU+高精度ADC實(shí)現(xiàn)需求，用到交流參數(shù)測(cè)量時(shí)，還需要增加計(jì)量芯片，無論是方案成本，還是開發(fā)周期，相比SD3302F1這種專用芯片都沒有優(yōu)勢(shì)。文章介紹基于SD3302F1的高精度多功能數(shù)顯表實(shí)現(xiàn)過程，方案優(yōu)勢(shì)和注意事項(xiàng)。

芯片特點(diǎn)

SD3302F1內(nèi)含高精度低噪聲模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（SD ADC），最高可測(cè)量達(dá)到9999計(jì)數(shù)的穩(wěn)定讀數(shù)。搭配內(nèi)部數(shù)字處理器(DSP)可以做到400Hz帶寬數(shù)字真有效值測(cè)量，而不需外接任何整流組件，綜合精度優(yōu)于0.5級(jí)。支持RS485通信，集成Modbus_RTU 協(xié)議?？蓴U(kuò)展兩路開關(guān)量報(bào)警輸出、SD2421 4-20mA變送輸出。內(nèi)置功能菜單，可修改量程、交直流信號(hào)切換、設(shè)置顯示范圍、修改濾波系數(shù)、校準(zhǔn)等高級(jí)功能。內(nèi)置增益放大器，最大支持16倍設(shè)置，可用于大電流檢測(cè)。支持零位修調(diào)，可對(duì)信號(hào)的干擾進(jìn)行有效濾除。內(nèi)置自檢和校正算法，校正流程簡(jiǎn)單，校準(zhǔn)值保存在芯片內(nèi)部，芯片默認(rèn)保存100mV經(jīng)驗(yàn)值，搭配菜單修調(diào)或電位器可實(shí)現(xiàn)在線調(diào)整。功能特點(diǎn)如下：

最大范圍：四位；

轉(zhuǎn)換速率：最大8Hz，支持濾波阻尼設(shè)置；

量程轉(zhuǎn)換：30mV-1000V；

工作電壓：2.5~3.6V；

交流整流：內(nèi)設(shè)真有效值處理器，實(shí)現(xiàn)40-400Hz的有效值測(cè)量；

顯示方式：四位共陰極LED數(shù)碼管；

測(cè)量類型：交直流電壓，交直流電流；

零位修調(diào)：支持零位清零；

支持信號(hào)與電源共地使用；

支持按鍵菜單編程；

校準(zhǔn)方式：數(shù)字校準(zhǔn)與在線修調(diào)；

通信方式：支持RS485通信（Modbus_RTU協(xié)議）；

報(bào)警方式：可擴(kuò)展兩路開關(guān)量報(bào)警輸出；

變送輸出：SD2421四線制電流環(huán)。

功能介紹

SD3302F1內(nèi)置報(bào)警、通信、變送功能，符合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)儀表的使用與組態(tài)需求。各功能介紹如下：

報(bào)警輸出

報(bào)警功能通過ALEn菜單啟用。

默認(rèn)1路開關(guān)量報(bào)警輸出，可通過菜單開啟兩路報(bào)警。

報(bào)警輸出支持遲滯設(shè)置與報(bào)警輸出電平設(shè)置。

圖1.上限報(bào)警

圖2.下限報(bào)警

相關(guān)菜單

ALEn

報(bào)警和變送復(fù)用設(shè)置；

參數(shù)范圍：1，2，BrEn；分別表示使用一路報(bào)警，兩路報(bào)警，變送功能；

默認(rèn)參數(shù)：1。

AH1

報(bào)警點(diǎn)1報(bào)警閾值設(shè)置；

參數(shù)范圍：-1999~9999；

默認(rèn)參數(shù)：2500。

AH2

報(bào)警點(diǎn)1回差設(shè)置；

參數(shù)范圍：0~9999；

默認(rèn)參數(shù)：100。

AH3

報(bào)警點(diǎn)1狀態(tài)設(shè)置，選擇報(bào)警方式；

參數(shù)范圍：-0、-1、L0、L1、H0、H1；

備注：-0：繼電器默認(rèn)常開；

-1：繼電器默認(rèn)常閉；

L0：小于設(shè)定值報(bào)警，報(bào)警輸出低電平；

L1：小于設(shè)定值報(bào)警，報(bào)警輸出高電平；

H0：大于設(shè)定值報(bào)警，報(bào)警輸出低電平；

H1：大于設(shè)定值報(bào)警，報(bào)警輸出高電平。

AL1

報(bào)警點(diǎn)2報(bào)警閾值設(shè)置；

參數(shù)范圍：-1999~9999；

默認(rèn)參數(shù)：2500。

AL2

報(bào)警點(diǎn)2回差設(shè)置；

參數(shù)范圍：0~9999；

默認(rèn)參數(shù)：100。

AL3

報(bào)警點(diǎn)2狀態(tài)設(shè)置，選擇報(bào)警方式；

參數(shù)范圍：-0、-1、L0、L1、H0、H1；

默認(rèn)參數(shù)：-0；

備注：-0：繼電器默認(rèn)常開；

-1：繼電器默認(rèn)常閉；

L0：小于設(shè)定值報(bào)警，報(bào)警輸出低電平；

L1：小于設(shè)定值報(bào)警，報(bào)警輸出高電平；

H0：大于設(shè)定值報(bào)警，報(bào)警輸出低電平；

H1：大于設(shè)定值報(bào)警，報(bào)警輸出高電平。

通信

SD3302F1提供串行異步半雙工RS485通信接口，支持Modbus_RTU協(xié)議，支持03和06指令。支持通用地址（0XFF）和廣播地址（0X00）。可通過通信完成儀表參數(shù)設(shè)置、讀取測(cè)量結(jié)果等組態(tài)操作。

變送

SD3302F1支持4-20mA變送輸出，基于SD2421實(shí)現(xiàn)。支持變送范圍設(shè)置，變送精度校準(zhǔn)操作。相關(guān)功能菜單如下：

BrL

變送下限設(shè)置，僅當(dāng)ALEn設(shè)置BrEn時(shí)可見；

參數(shù)范圍：-1999~9999；

默認(rèn)參數(shù)：0。

BrH

變送上限設(shè)置，僅當(dāng)ALEn設(shè)置BrEn時(shí)可見；

參數(shù)范圍：-1999~9999；

默認(rèn)參數(shù)：9999。

校準(zhǔn)操作

SD3302F1提供了幾種不同的校準(zhǔn)方式，滿足不同客戶的需求，片內(nèi)集成了100mV經(jīng)驗(yàn)值，在精度要求不高的場(chǎng)景可省去校準(zhǔn)操作。支持兩種修調(diào)：在線數(shù)字修調(diào)與電位器修調(diào)。其中，數(shù)字修調(diào)比較推薦使用，借助CALT菜單實(shí)現(xiàn)；電位器修調(diào)與7107方案的使用方式類似。

精度要求高的場(chǎng)景需使用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源校準(zhǔn)，可能還會(huì)使用零位校準(zhǔn)（信號(hào)干擾大時(shí)），操作如下：

標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)校準(zhǔn)

上電時(shí)KEY1與KEY2引腳同時(shí)低電平使能校準(zhǔn)（僅上電時(shí)有效）；

使能校準(zhǔn)后，儀表顯示版本號(hào)，進(jìn)入校準(zhǔn)模式，數(shù)碼管顯示ACAL(交流模式)/ dCAL(直流模式)；

短按UP鍵（KEY1引腳低電平）啟動(dòng)校準(zhǔn)，同時(shí)數(shù)碼管閃爍，數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，數(shù)碼管停止閃爍，自動(dòng)保存校準(zhǔn)值，并進(jìn)入測(cè)量模式；

長(zhǎng)按UP鍵（KEY1引腳低電平）可重新進(jìn)入校準(zhǔn)模式，數(shù)碼管顯示ACAL(交流模式)/ dCAL(直流模式)，重復(fù)上述步驟可重新校準(zhǔn)（長(zhǎng)按UP鍵進(jìn)入校準(zhǔn)，僅校準(zhǔn)使能時(shí)有效）；

重新上電，儀表進(jìn)入正常測(cè)量模式。

零位校準(zhǔn)

正常測(cè)量模式下，長(zhǎng)按UP+LEFT鍵進(jìn)入零位校準(zhǔn)模式，數(shù)碼管顯示zero，短按UP鍵啟動(dòng)零位校準(zhǔn)，數(shù)碼管開始閃爍，數(shù)據(jù)穩(wěn)定后數(shù)碼管停止閃爍，并顯示yES，短按UP鍵保存零位校準(zhǔn)值，短按LEFT鍵放棄本次零位校準(zhǔn)，并進(jìn)入測(cè)量模式。

硬件設(shè)計(jì)

官方提供參考電路和布板說明，很容易實(shí)現(xiàn)硬件方案設(shè)計(jì)，參考電路如下圖3：

圖3.參考電路

方案優(yōu)勢(shì)

內(nèi)置24位高精度ADC，測(cè)量精度高，綜合精度優(yōu)于0.1%；

內(nèi)置有效值處理器，可直接測(cè)量交流信號(hào)（外圍電路與直流一致）；

支持報(bào)警、變送、通信，可滿足現(xiàn)場(chǎng)儀表的組態(tài)需求；

支持濾波設(shè)置、測(cè)量范圍設(shè)置、在線校準(zhǔn)、零位校準(zhǔn)等；

內(nèi)置放大器，在大電流測(cè)量中可節(jié)省外部放大器；

可直接驅(qū)動(dòng)0.56寸以下的數(shù)碼管，外圍帶來簡(jiǎn)單。

注意事項(xiàng)

顯示使用共陰極數(shù)碼管，最大尺寸支持0.56寸；

報(bào)警與變送復(fù)用，不可同時(shí)使用；

第二路報(bào)警與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的WP引腳復(fù)用；

電機(jī)信號(hào)測(cè)量應(yīng)用，建議增加互感器。