基于SD3302F1的多功能数显表

 摘  要      

要实现工业现场电参数的高精度测量，通常用MCU+高精度ADC实现需求，用到交流参数测量时，还需要增加计量芯片，无论是方案成本，还是开发周期，相比SD3302F1这种专用芯片都没有优势。文章介绍基于SD3302F1的高精度多功能数显表实现过程，方案优势和注意事项。

芯片特点      

SD3302F1内含高精度低噪声模/数转换器（SD ADC），最高可测量达到9999计数的稳定读数。搭配内部数字处理器(DSP)可以做到400Hz带宽数字真有效值测量，而不需外接任何整流组件，综合精度优于0.5级。支持RS485通信，集成Modbus_RTU 协议。可扩展两路开关量报警输出、SD2421 4-20mA变送输出。内置功能菜单，可修改量程、交直流信号切换、设置显示范围、修改滤波系数、校准等高级功能。内置增益放大器，最大支持16倍设置，可用于大电流检测。支持零位修调，可对信号的干扰进行有效滤除。内置自检和校正算法，校正流程简单，校准值保存在芯片内部，芯片默认保存100mV经验值，搭配菜单修调或电位器可实现在线调整。功能特点如下：

最大范围：四位；

转换速率：最大8Hz，支持滤波阻尼设置；

量程转换：30mV-1000V；

工作电压：2.5~3.6V；

交流整流：内设真有效值处理器，实现40-400Hz的有效值测量；

显示方式：四位共阴极LED数码管；

测量类型：交直流电压，交直流电流；

零位修调：支持零位清零；

支持信号与电源共地使用；

支持按键菜单编程；

校准方式：数字校准与在线修调；

通信方式：支持RS485通信（Modbus_RTU协议）；

报警方式：可扩展两路开关量报警输出；

变送输出：SD2421四线制电流环。

功能介绍      

SD3302F1内置报警、通信、变送功能，符合工业现场仪表的使用与组态需求。各功能介绍如下：

报警输出

报警功能通过ALEn菜单启用。

默认1路开关量报警输出，可通过菜单开启两路报警。

报警输出支持迟滞设置与报警输出电平设置。
 

图1.上限报警
 

图2.下限报警
 

相关菜单

ALEn

报警和变送复用设置；

参数范围：1，2，BrEn；分别表示使用一路报警，两路报警，变送功能；

默认参数：1。

AH1

报警点1报警阈值设置；

参数范围：-1999~9999；

默认参数：2500。

AH2

报警点1回差设置；

参数范围：0~9999；

默认参数：100。

AH3

报警点1状态设置，选择报警方式；

参数范围：-0、-1、L0、L1、H0、H1；

备注：-0：继电器默认常开；

-1：继电器默认常闭；

L0：小于设定值报警，报警输出低电平；

L1：小于设定值报警，报警输出高电平；

H0：大于设定值报警，报警输出低电平；

H1：大于设定值报警，报警输出高电平。

AL1

报警点2报警阈值设置；

参数范围：-1999~9999；

默认参数：2500。

AL2

报警点2回差设置；

参数范围：0~9999；

默认参数：100。

AL3

报警点2状态设置，选择报警方式；

参数范围：-0、-1、L0、L1、H0、H1；

默认参数：-0；

备注：-0：继电器默认常开；

-1：继电器默认常闭；

L0：小于设定值报警，报警输出低电平；

L1：小于设定值报警，报警输出高电平；

H0：大于设定值报警，报警输出低电平；

H1：大于设定值报警，报警输出高电平。

通信

SD3302F1提供串行异步半双工RS485通信接口，支持Modbus_RTU协议，支持03和06指令。支持通用地址（0XFF）和广播地址（0X00）。可通过通信完成仪表参数设置、读取测量结果等组态操作。

变送

SD3302F1支持4-20mA变送输出，基于SD2421实现。支持变送范围设置，变送精度校准操作。相关功能菜单如下：

BrL

变送下限设置，仅当ALEn设置BrEn时可见；

参数范围：-1999~9999；

默认参数：0。

BrH

变送上限设置，仅当ALEn设置BrEn时可见；

参数范围：-1999~9999；

默认参数：9999。

校准操作

SD3302F1提供了几种不同的校准方式，满足不同客户的需求，片内集成了100mV经验值，在精度要求不高的场景可省去校准操作。支持两种修调：在线数字修调与电位器修调。其中，数字修调比较推荐使用，借助CALT菜单实现；电位器修调与7107方案的使用方式类似。

精度要求高的场景需使用标准信号源校准，可能还会使用零位校准（信号干扰大时），操作如下：

标准信号校准

上电时KEY1与KEY2引脚同时低电平使能校准（仅上电时有效）；

使能校准后，仪表显示版本号，进入校准模式，数码管显示ACAL(交流模式)/ dCAL(直流模式)；

短按UP键（KEY1引脚低电平）启动校准，同时数码管闪烁，数据稳定后，数码管停止闪烁，自动保存校准值，并进入测量模式；

长按UP键（KEY1引脚低电平）可重新进入校准模式，数码管显示ACAL(交流模式)/ dCAL(直流模式)，重复上述步骤可重新校准（长按UP键进入校准，仅校准使能时有效）；

重新上电，仪表进入正常测量模式。

零位校准

正常测量模式下，长按UP+LEFT键进入零位校准模式，数码管显示zero，短按UP键启动零位校准，数码管开始闪烁，数据稳定后数码管停止闪烁，并显示yES，短按UP键保存零位校准值，短按LEFT键放弃本次零位校准，并进入测量模式。

硬件设计      

官方提供参考电路和布板说明，很容易实现硬件方案设计，参考电路如下图3：  
 

图3.参考电路

方案优势      

内置24位高精度ADC，测量精度高，综合精度优于0.1%；

内置有效值处理器，可直接测量交流信号（外围电路与直流一致）；

支持报警、变送、通信，可满足现场仪表的组态需求；

支持滤波设置、测量范围设置、在线校准、零位校准等；

内置放大器，在大电流测量中可节省外部放大器；

可直接驱动0.56寸以下的数码管，外围带来简单。

注意事项      

显示使用共阴极数码管，最大尺寸支持0.56寸；

报警与变送复用，不可同时使用；

第二路报警与数据存储器的WP引脚复用；

电机信号测量应用，建议增加互感器。