【正文】 器性能的大幅度提高，數(shù)字計(jì)算無論在技術(shù)上還是在經(jīng)濟(jì)上都進(jìn)入了實(shí)用階段。 論文主要內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo)學(xué)習(xí) MSP430 系列 MSP430XF425 單片機(jī)的使用，結(jié)合 IAR 編譯器進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)一種稱重系統(tǒng)用于測量量程在 0~500g 物體的質(zhì)量。 論文組織結(jié)構(gòu)具體章節(jié)安排如下：第 1 章介紹了本課題的研究背景、研究意義與研究現(xiàn)狀，本論文的主要研究內(nèi)容、所要解決的問題及最終所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。第 3 章介紹了稱重系統(tǒng)模塊的硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行了說明。稱重系統(tǒng)主要包括：橋式應(yīng)變傳感器、放大電路、AD 轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、顯示電路和電源管理電路等部分，圖 為系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案框圖。MSP430F425 單片機(jī)是一款 16 位單片機(jī)，運(yùn)算速度快，精度高，而且以 MSP430F425 單片機(jī)為主控制器的設(shè)計(jì)，可以更加容易使計(jì)算控制技術(shù)和測量技術(shù)結(jié)合在一起。優(yōu)點(diǎn)是成本低，但是由于貼片需要的精度不能保證，那么傳感器的測量精度和穩(wěn)定性也不能保證。特點(diǎn)是精度高、回零快、滯后小。但是普通低溫漂運(yùn)算放大器所構(gòu)成多級(jí)放大器會(huì)引入大量噪聲。差動(dòng)放大器具有增益高，高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可以利用普通運(yùn)放做成一個(gè)差動(dòng)放大器。此類芯片內(nèi)部采用經(jīng)典的三運(yùn)放改進(jìn)設(shè)計(jì)。同樣也有以下幾種方案采用：方案一：采用 8 位 逐 次 逼 近 式 AD 轉(zhuǎn) 換 器 ADC0809，在單片機(jī)外接AD 轉(zhuǎn)換器完成，模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能，但是由于稱重系統(tǒng)的精度要求精度較高，ADC0809 不能達(dá)到設(shè)計(jì)功能的要求，故不采用。 電源管理模塊方案設(shè)計(jì)稱重系統(tǒng)的供電系統(tǒng)需要多種電壓，多種電壓的需求就要求更加合理的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 電壓，供 MSP430F425 單片機(jī)系統(tǒng)的其他芯片使用?；?MSP430 的稱重系統(tǒng)63 稱重系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) MSP430 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) MSP430 單片機(jī)介紹MSP430 系列單片機(jī)的迅速發(fā)展和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，主要取決于以下的特點(diǎn)：（1）處理能力強(qiáng)MSP430 系列單片機(jī)是一個(gè) 16 位的單片機(jī)，采用了精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7 種源操作數(shù)尋址、4 種目的操作數(shù)尋址） 、簡潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在 8MHz晶體驅(qū)動(dòng)下指令周期為 125 ns。MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。其中，看門狗可以使程序失控時(shí)迅速復(fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可設(shè)計(jì)出AD 轉(zhuǎn)換器； 16 位定時(shí)器（Timer_A 和 Timer_B）具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口，最多達(dá) 6*8 條 I/O 口線；P0、P1 、P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；12/14 位硬件 AD 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá) 200kbps，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá) 160段；實(shí)現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件 I 2 C 串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用直接數(shù)據(jù)傳輸（DMA）模塊。這種方式只需要一臺(tái) PC機(jī)和一個(gè) JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。圖 晶振電路b．復(fù)位電路為 確 保 微 機(jī) 系 統(tǒng) 中 電 路 穩(wěn) 定 可 靠 工 作 ， 復(fù) 位 電 路 是 必 不 可 少 的 一 部 分 ，復(fù) 位 電 路 的 第 一 功 能 是 上 電 復(fù) 位 。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)按鈕復(fù)位，當(dāng)人為在復(fù)位輸入端 RST 上加入高電平。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。如圖 所示為復(fù)位電XTC130pFC230pFXINXOUT基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)9路圖。相關(guān) JTAG 引腳的定義為：TCK 為測試時(shí)鐘輸入；TDI 為測試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過 TDI 引腳輸入 JTAG 接口；TDO 為測試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過 TDO 引腳從 JTAG 接口輸出；TMS 為測試模式選擇，TMS用來設(shè)置 JTAG 接口處于某種特定的測試模式；TRST 為測試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。JTAG 接口可對(duì) PSD 芯片內(nèi)部的所有部件進(jìn)行編程。它將 JTAG 電路與內(nèi)核邏輯電路聯(lián)系起來，同時(shí)隔離內(nèi)核邏輯電路和芯片引腳?；?MSP430 的稱重系統(tǒng)10圖 JTAG 接口電路圖如圖 所示為 MSP430 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖。如圖 所示為 5V 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)換電路圖。電阻應(yīng)變片的重要參數(shù)是靈敏系數(shù) K。此外，還可用實(shí)驗(yàn)證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會(huì)有所改變，記作 Δρ。把式（34） （35）代入（33） ，有 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =（1 + 2μ（Δρ/ρ ）/（ΔL/L ） ）*ΔL/L基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)13 = K *ΔL/L （ 36） 其中： K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L） （37 ） 式（36）說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率（電阻相對(duì)變化）和電阻絲伸長率（長度相對(duì)變化）之間的關(guān)系。這樣，式 （36）常寫作： ΔR/R = Kε (38)基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)14b．稱重傳感器工作原理LAAH1 稱重傳感器的彈性體為例，介紹以下其中的應(yīng)力分布。肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力，但其上、下部分將會(huì)出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。需要說明的是，上面分析的應(yīng)力狀態(tài)均是“局部”情況，而應(yīng)變片實(shí)際感受的是“平均”狀態(tài)。因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高，各臂參數(shù)一致，各個(gè)電阻相對(duì)稱，故各種干擾的影響容易相互抵銷減弱，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。單芯片結(jié)果和激光晶圓調(diào)整允許對(duì)電路元件進(jìn)行嚴(yán)格匹配與跟蹤，從而可確保此電路本身具有的高性能特性。這樣就產(chǎn)生了從輸入至 A1/A2 輸出的差分增益，GR器計(jì)算公式如（310） 。這會(huì)帶來三基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)16???大好處： （1）開環(huán)增益提升以提供更大的編程增益，從而減小與增益相關(guān)的誤差；（2）增益帶寬積（由 CC2 和前置放大器跨導(dǎo)決定）隨著編程增益提高而強(qiáng)大，從而優(yōu)化頻率響應(yīng)； （3）輸入電壓噪聲降至 9Nv/Hz，它主要由輸入器件的集電極電流和基極電阻決定。在含有智能處理器的教復(fù)雜系統(tǒng)中，自動(dòng)增益/自動(dòng)歸零周期將消除所有的絕對(duì)精度和漂移誤差，僅留下增益、非線性度和噪聲的分辨率誤差，因此完全可以獲得高精度。??1234 381274 56AD620G=+12V12VAD705REFINAGNDADC20K10K20K基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)17 AD 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) SD16 概覽在 MSP430F425 單片機(jī)中，集成了 3 個(gè)獨(dú)立的 16 位 ADC，并且包含基準(zhǔn)源、可編程序增益放大器，適合各種高精度測量應(yīng)用。對(duì)于 MSP430F425 單片機(jī)，實(shí)際上只有每個(gè) ADC 的通道 0 對(duì)外引出。不同型號(hào)的液晶驅(qū)動(dòng)能力不同，我們采用 MSP430 的 F42X 系列，有 128 段驅(qū)動(dòng)能力。對(duì)于不同系列、不同型號(hào)的液晶驅(qū)動(dòng)原理，控制方法都是一樣的，不同點(diǎn)在于驅(qū)動(dòng)液晶段數(shù)不一樣，或可顯示信息的多少不一樣。 （2）頻率的設(shè)置。 例如：采用 3MUX，已知 F(framing)=100Hz30Hz， 由 F(LCD)=2*MUX(rate)*F(framing)=6*F(framing)， 可知 F(LCD)=180Hz600Hz。如液晶亮度不夠，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整偏壓電阻的大小。由此可以得到 4 種驅(qū)動(dòng)方法。（4）4MUX 驅(qū)動(dòng)：使用 4 個(gè)引腳作為液晶公共端COM0、COMCOM2 ，每 4 段段極需要另一引腳驅(qū)動(dòng)。 主程序設(shè)計(jì)根據(jù)稱重系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求，程序設(shè)計(jì)需要完成以下模塊設(shè)計(jì)，AD 模塊，數(shù)據(jù)處理模塊、LCD 模塊。基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)22關(guān)閉看門狗結(jié)束初始化 A D初始化 L C D開始圖 初始化程序流程圖初始化程序代碼： void ini_main(){ int i。 // 設(shè)置晶振負(fù)載電容 18pF for (i = 0。 // 開啟內(nèi)部 基準(zhǔn)源, 開啟緩沖器，ADC 時(shí)鐘選擇為 SMCLK/2(524KHz) for (i = 0。 // ADC0 與 ADC1 編組,數(shù)據(jù)格式為有符號(hào) SD16CCTL1 |= SD16DF+SD16GRP。 // ADC1 輸入選擇為外部輸入 ,1 倍放大 SD16INCTL2 |= SD16INCH_0+SD16GAIN_1。 char *pLCD = (char *)amp。 j++) // Clear LCD memory *pLCD++ = 0。 P2DIR|=BIT0+BIT1+BIT3。 P2OUT=0。如圖 所示為流程圖如下。 // 向 ADC2 發(fā)出 開始采樣命令 //由于 ADC0/1/2 已經(jīng)被編為一組，三個(gè) ADC 將同時(shí)收到出 開始采樣命令 for(i=0。 ADC_Sum0+=ADC_Result0。 } LCD 顯示程序模塊LED 顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法。LCD 顯示程序代碼：//在 LCD 上顯示一個(gè)帶有小數(shù)點(diǎn)的長數(shù)據(jù)。 char *pLCD = (char *)amp。 if(Number0) {Number=Number。i7。iDOT。 // 負(fù)號(hào)顯示在第一個(gè)有效數(shù)字左邊 if(DOT3) DOT=255。i++) { temp=LCD_Tab[DispBuff[i]]。(Neg)) temp|=NEGSEG。通過程序控制硬件電路完成稱重系統(tǒng)的功能與指標(biāo)。所以在確定電路的放大增益以后，使用公式（311）計(jì)算確定阻值，使用電阻代替電位器。 結(jié)論本文所介紹的是基于 MSP430F425 微控制器的稱重系統(tǒng)，用于對(duì)重物測量并顯示測量值。對(duì)稱重系統(tǒng)的精確性和可靠性要求就更高，本文所介紹的基于 MSP430 稱重系統(tǒng)具有一定應(yīng)用前景。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)成果的一次全面檢驗(yàn)，也是對(duì)我運(yùn)用科學(xué)知識(shí)能力的一次考核，有效的提高了我獨(dú)立分析問題，解決問題的能力?；?MSP430 的稱重系統(tǒng)28參考文獻(xiàn)[1] 系列 16 年 清華大學(xué)出版社[2] 謝楷，趙建. MSP430 年 機(jī)械工業(yè)出版社[3] 謝興紅，林凡強(qiáng)，吳雄英. MSP430 北京航空航天大學(xué)出版社[4] 寇戈，蔣立平. 模擬電路與數(shù)字電路（第 2 版）. 2022 年 電子工業(yè)出版社[5] 譚浩強(qiáng). C 程序設(shè)計(jì)（第三版）. 2022 年 清華大學(xué)出版社[6] 湯偉芳,戴銳青. Protel 99SE 實(shí)用教程. 2022 年 人民郵電出版社[7] 唐思超. 嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn):基 IAR Embedded Workbench. 2022 年 北京航空航天大學(xué)出版社基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)29附錄 ?系統(tǒng)電路如圖：DVcc1 +2 +4 +6 XIN8XOUT9 Vref10S113 S214S315 S416S517S618S719S820S921S1022S1123S1224S1325S1426S1527S1628S1729S1830S1931S2032S21 33S2 34S23 35COM0 36COM1 37COM2 38COM3 39R03 40R13 41R23 42R33 /S2949/S3050/S31515253TDO/TDI54TDI/TCLK55TMS56TCK57RST/NMI58/URXD059/UDXT060/SVSIN61AVss62DVss63AVcc64MSP430F425A?MCUXT11 23 45 67 89 1011 1213 14CON1JTAGR11MR21MR31MC2 104VccC1104Vcc TDOTDITMSGNDRESET UTRXD0UTXD0S0S1RESETS2TCLS3SMTS4TDIS6TD0S5 S7S8S9