摘 要

要實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場電參數(shù)的高精度測量，通常用MCU+高精度ADC實現(xiàn)需求，用到交流參數(shù)測量時，還需要增加計量芯片，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。文章介紹基于SD3302F1的高精度多功能數(shù)顯表實現(xiàn)過程，方案優(yōu)勢和注意事項。

芯片特點

SD3302F1內(nèi)含高精度低噪聲模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（SD ADC），最高可測量達到9999計數(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)字真有效值測量，而不需外接任何整流組件，綜合精度優(yōu)于0.5級。支持RS485通信，集成Modbus_RTU 協(xié)議。可擴展兩路開關量報警輸出、SD2421 4-20mA變送輸出。內(nèi)置功能菜單，可修改量程、交直流信號切換、設置顯示范圍、修改濾波系數(shù)、校準等高級功能。內(nèi)置增益放大器，最大支持16倍設置，可用于大電流檢測。支持零位修調(diào)，可對信號的干擾進行有效濾除。內(nèi)置自檢和校正算法，校正流程簡單，校準值保存在芯片內(nèi)部，芯片默認保存100mV經(jīng)驗值，搭配菜單修調(diào)或電位器可實現(xiàn)在線調(diào)整。功能特點如下：

最大范圍：四位；

轉(zhuǎn)換速率：最大8Hz，支持濾波阻尼設置；

量程轉(zhuǎn)換：30mV-1000V；

工作電壓：2.5~3.6V；

交流整流：內(nèi)設真有效值處理器，實現(xiàn)40-400Hz的有效值測量；

顯示方式：四位共陰極LED數(shù)碼管；

測量類型：交直流電壓，交直流電流；

零位修調(diào)：支持零位清零；

支持信號與電源共地使用；

支持按鍵菜單編程；

校準方式：數(shù)字校準與在線修調(diào)；

通信方式：支持RS485通信（Modbus_RTU協(xié)議）；

報警方式：可擴展兩路開關量報警輸出；

變送輸出：SD2421四線制電流環(huán)。

功能介紹

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

報警輸出

報警功能通過ALEn菜單啟用。

默認1路開關量報警輸出，可通過菜單開啟兩路報警。

報警輸出支持遲滯設置與報警輸出電平設置。

圖1.上限報警

圖2.下限報警

相關菜單

ALEn

報警和變送復用設置；

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

默認參數(shù)：1。

AH1

報警點1報警閾值設置；

參數(shù)范圍：-1999~9999；

默認參數(shù)：2500。

AH2

報警點1回差設置；

參數(shù)范圍：0~9999；

默認參數(shù)：100。

AH3

報警點1狀態(tài)設置，選擇報警方式；

參數(shù)范圍：-0、-1、L0、L1、H0、H1；

備注：-0：繼電器默認常開；

-1：繼電器默認常閉；

L0：小于設定值報警，報警輸出低電平；

L1：小于設定值報警，報警輸出高電平；

H0：大于設定值報警，報警輸出低電平；

H1：大于設定值報警，報警輸出高電平。

AL1

報警點2報警閾值設置；

參數(shù)范圍：-1999~9999；

默認參數(shù)：2500。

AL2

報警點2回差設置；

參數(shù)范圍：0~9999；

默認參數(shù)：100。

AL3

報警點2狀態(tài)設置，選擇報警方式；

參數(shù)范圍：-0、-1、L0、L1、H0、H1；

默認參數(shù)：-0；

備注：-0：繼電器默認常開；

-1：繼電器默認常閉；

L0：小于設定值報警，報警輸出低電平；

L1：小于設定值報警，報警輸出高電平；

H0：大于設定值報警，報警輸出低電平；

H1：大于設定值報警，報警輸出高電平。

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)設置、讀取測量結果等組態(tài)操作。

變送

SD3302F1支持4-20mA變送輸出，基于SD2421實現(xiàn)。支持變送范圍設置，變送精度校準操作。相關功能菜單如下：

BrL

變送下限設置，僅當ALEn設置BrEn時可見；

參數(shù)范圍：-1999~9999；

默認參數(shù)：0。

BrH

變送上限設置，僅當ALEn設置BrEn時可見；

參數(shù)范圍：-1999~9999；

默認參數(shù)：9999。

校準操作

SD3302F1提供了幾種不同的校準方式，滿足不同客戶的需求，片內(nèi)集成了100mV經(jīng)驗值，在精度要求不高的場景可省去校準操作。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。

精度要求高的場景需使用標準信號源校準，可能還會使用零位校準（信號干擾大時），操作如下：

標準信號校準

上電時KEY1與KEY2引腳同時低電平使能校準（僅上電時有效）；

使能校準后，儀表顯示版本號，進入校準模式，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）啟動校準，同時數(shù)碼管閃爍，數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，數(shù)碼管停止閃爍，自動保存校準值，并進入測量模式；

長按UP鍵（KEY1引腳低電平）可重新進入校準模式，數(shù)碼管顯示ACAL(交流模式)/ dCAL(直流模式)，重復上述步驟可重新校準（長按UP鍵進入校準，僅校準使能時有效）；

重新上電，儀表進入正常測量模式。

零位校準

正常測量模式下，長按UP+LEFT鍵進入零位校準模式，數(shù)碼管顯示zero，短按UP鍵啟動零位校準，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鍵保存零位校準值，短按LEFT鍵放棄本次零位校準，并進入測量模式。

硬件設計

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

圖3.參考電路

方案優(yōu)勢

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

內(nèi)置有效值處理器，可直接測量交流信號（外圍電路與直流一致）；

支持報警、變送、通信，可滿足現(xiàn)場儀表的組態(tài)需求；

支持濾波設置、測量范圍設置、在線校準、零位校準等；

內(nèi)置放大器，在大電流測量中可節(jié)省外部放大器；

可直接驅(qū)動0.56寸以下的數(shù)碼管，外圍帶來簡單。

注意事項

顯示使用共陰極數(shù)碼管，最大尺寸支持0.56寸；

報警與變送復用，不可同時使用；

第二路報警與數(shù)據(jù)存儲器的WP引腳復用；

電機信號測量應用，建議增加互感器。