1.系统方案设计

根据题目要求，系统分为七部分：电阻箱、信号调理、信号变送、信号采集、信号处理、正弦信号发生、电阻及频率显示。系统原理框图如图1所示。

图1  系统原理框图

首先，将电阻值转换成电压信号，然后，将电压信号转换为4~20mA的电流信号并发送出去；信号采集部分将收到的电流信号进行变换，使其适合ADC采样。使用MSP430F149单片机内置的12位ADC进行模数转换，并将所得数据进行分析处理，单片机据此控制正弦信号发生器产生相应频率信号，电阻值和正弦信号频率通过液晶屏显示出来。 

鉴于题目的要求，本系统的重点是信号调理部分的方案论证与选择。

方案一：

将电阻箱与已知阻值的电阻串联后，两端施加稳定的基准电压，使电阻箱不同的电阻对应不同的电压，再经过电压到电流的变换使信号发送的电流满足4~20mA的工业标准。该方法思路比较简单，但要使变换后的传输信号满足工业标准，变送部分电路将比较繁琐，且线性度较差，经计算，需要用负电阻对电阻箱进行修正。

方案二：

采用电桥，通过仪用放大器采集电桥的电压差，将放大后得到的电压进行电流转换，得到对应电流信号，使变送的信号符合工业标准。采用电桥的优点是不需要高精度的基准源，转换精度高，但转换过程也不是线性的，变送部分电路也很繁琐。

方案三：

利用一个精密电流源将电流加到电阻箱上，再将电阻箱上的压降进行同相放大，然后通过差分放大器做减法，减去一个基准电压，使之变为符合要求的电压信号，经电流变换电路后转换为4~20mA的电流信号发送出去，该变化线性度高，实现起来简单。

方案选择：

方案一与方案二均存在线性度较差的缺点，信号处理及变送部分电路较繁琐，由于题目要求变送的信号为4~20mA电流信号，且要有较高的线性度，故采用方案三。系统框图如图2所示。

图2  系统框图