【正文】 臂參數(shù)一致，各個電阻相對稱，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。圖 電阻式應變片實物圖 信號檢測電路設計信號檢測電路的功能是把電阻應變片的電阻變化轉變?yōu)殡妷狠敵觥Ｐ枰f明的是，上面分析的應力狀態(tài)均是“局部”情況，而應變片實際感受的是“平均”狀態(tài)。下面列出肓孔底部中心點的應變表達式，而不再推導。肓孔底部中心是承受純剪應力，但其上、下部分將會出現(xiàn)拉伸和壓縮應力。它的功能有兩個，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產生反作用力，達到相對靜平衡；其次，它要產生一個高品質的應變場（區(qū)） ，使粘貼在此區(qū)的電阻應變片比較理想的完成應變棗電信號的轉換任務。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，介紹以下其中的應力分布。在材料力學中 ΔL/L 稱作為應變，記作 ε，用它來表示彈性往往顯得太大，很不方便。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）說明了電阻應變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度相對變化）之間的關系。我們有： ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （32 ） 用式（31）去除式（ 32）得到 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S （33） 另外，我們知道導線的橫截面積 S = πr2，則 Δs = 2πr*Δr，所以 ΔS/S = 2Δr/r （34） 從材料力學我們知道 Δr/r = μΔL/L （35 ） 其中，負號表示伸長時，半徑方向是縮小的。此外，還可用實驗證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作 Δρ。當這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為 R： R = ρL/S（Ω） （31） 當他的兩端受 F 力作用時，將會伸長，也就是說產生變形。電阻應變片的重要參數(shù)是靈敏系數(shù) K。由此可見，電阻應變片、彈性體和檢測電路是電阻應變式稱重系統(tǒng)的主要部分。如圖 所示為 5V 轉 轉換電路圖。如圖 所示為 12V 轉 5V 轉換電路?；?MSP430 的稱重系統(tǒng)10圖 JTAG 接口電路圖如圖 所示為 MSP430 單片機最小系統(tǒng)原理圖。邊界掃描寄存器電路僅在進行 JTAG 測試時有效，在集成電路正常工作時無效，不影響集成電路的功能。它將 JTAG 電路與內核邏輯電路聯(lián)系起來，同時隔離內核邏輯電路和芯片引腳。與 JTAG 接口兼容的器件可以是微處理器（MPU） 、微控制器（MCU） 、PLD、 CPL、FPGA、ASIC 或其它符合 規(guī)范的芯片。JTAG 接口可對 PSD 芯片內部的所有部件進行編程。實際使用時一般通過四條線連接，VCC，SBWTCK，SBTDIO ，GND，這樣就可以很方便的實現(xiàn)連接，又不會占用大量引腳。相關 JTAG 引腳的定義為：TCK 為測試時鐘輸入；TDI 為測試數(shù)據輸入，數(shù)據通過 TDI 引腳輸入 JTAG 接口；TDO 為測試數(shù)據輸出，數(shù)據通過 TDO 引腳從 JTAG 接口輸出；TMS 為測試模式選擇，TMS用來設置 JTAG 接口處于某種特定的測試模式；TRST 為測試復位，輸入引腳，低電平有效?，F(xiàn)在多數(shù)的高級器件都支持 JTAG 協(xié)議,如 DSP、FPGA 器件等。如圖 所示為復位電XTC130pFC230pFXINXOUT基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)9路圖。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個高電平并維持 2 個機器周期(24 個振蕩周期)以上，則 CPU 就可以響應并將系統(tǒng)復位。單片機在啟動時都需要復位，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。當人為按下按鈕時，則 Vcc 的+5V 電平就會直接加到 RST 端。本設計采用手動按鈕復位，當人為在復位輸入端 RST 上加入高電平。5%， 即 ～ 。圖 晶振電路b．復位電路為 確 保 微 機 系 統(tǒng) 中 電 路 穩(wěn) 定 可 靠 工 作 ， 復 位 電 路 是 必 不 可 少 的 一 部 分 ，復 位 電 路 的 第 一 功 能 是 上 電 復 位 。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調整頻率的方法保持同步。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。高級的精度更高。晶振用一種能把電能和機械能相互轉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。 MSP430 單片機接口電路設計MSP430 單片機最小系統(tǒng)電路包括：晶振電路，復位電路，JTAG 仿真、調試接口電路。這種方式只需要一臺 PC機和一個 JTAG 調試器，而不需要仿真器和編程器。（6）開發(fā)環(huán)境方便高效目前 MSP430 系列有 OPT 型、FLASH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復位；模擬比較器進行模擬電壓的比較，配合定時器，可設計出AD 轉換器； 16 位定時器（Timer_A 和 Timer_B）具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器，可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實現(xiàn)多機通信等應用；具有較多的 I/O 端口，最多達 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 轉換器有較高的轉換速率，最高可達 200kbps，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據采集應用；能直接驅動液晶多達 160段；實現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉換；硬件 I 2 C 串行總線接口實現(xiàn)存儲器串行擴展；以及為了增加數(shù)據傳輸速度，而采用直接數(shù)據傳輸（DMA）模塊。（5）偏上外圍模塊豐富MSP430 系列單片機的各成員都集成了較豐富的片內外設。然后軟件可設置適當?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時鐘頻率。（3）功耗低MSP430 單片機之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓及靈活而可控的運行時鐘方面都有其獨到之處。MSP430 系列單片機的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時靈活方便。（2）運算速度快MSP430 系列單片機能在 8MHz 晶體的驅動下，實現(xiàn) 125ns 的指令周期?；?MSP430 的稱重系統(tǒng)63 稱重系統(tǒng)硬件設計 MSP430 單片機最小系統(tǒng)設計 MSP430 單片機介紹MSP430 系列單片機的迅速發(fā)展和應用范圍的不斷擴大，主要取決于以下的特點：（1）處理能力強MSP430 系列單片機是一個 16 位的單片機，采用了精簡指令集（RISC）結構，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 條內核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內數(shù)據存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在 8MHz晶體驅動下指令周期為 125 ns。 設計方案總結綜上所述，稱重系統(tǒng)以 MSP430F425 單片機作為控制器，壓力檢測傳感器采用平行式稱重傳感器 LAAH1，信號放大采用精密儀表放大芯片AD620，采用低功耗 LCD048 顯示屏。 電壓，供 MSP430F425 單片機系統(tǒng)的其他芯片使用。12電壓供驅動壓力傳感器使用，經整流濾波電路后， 通過電壓轉換芯片LM7805 轉換為177。 電源管理模塊方案設計稱重系統(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)設計。 數(shù)據顯示模塊方案設計本設計只需要顯示出所稱實物的實際重量，如果采用 LCD1602 顯示，成本較高，雖然可以顯示更多信息，但是稱重系統(tǒng)對此要求不高，所以不采用。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 換 器 ADC0809，在單片機外接AD 轉換器完成，模數(shù)轉換的功能，但是由于稱重系統(tǒng)的精度要求精度較高，ADC0809 不能達到設計功能的要求，故不采用?；谝陨戏治觯覀儧Q定采用制作方便而且精度很好的專用儀表放大器 AD620 作為稱重系統(tǒng)的電壓放大器。此類芯片內部采用經典的三運放改進設計。對精度會有較大影響。差動放大器具有增益高，高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放做成一個差動放大器。所以，此方案不宜采用。但是普通低溫漂運算放大器所構成多級放大器會引入大量噪聲。以上特點適用于本設計，故采用此方案。特點是精度高、回零快、滯后小。方案二：選用平行式測重傳感器 LAAH1，為全橋式電路形式。優(yōu)點是成本低，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。基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)4 數(shù)據采集模塊方案設計數(shù)據采集模塊分為 3 個部分：稱重傳感器、電壓放大器和 AD 轉換器。MSP430F425 單片機是一款 16 位單片機，運算速度快，精度高，而且以 MSP430F425 單片機為主控制器的設計，可以更加容易使計算控制技術和測量技術結合在一起。 主控制器模塊方案設計方案一：選用 51 系列單片機作為稱重系統(tǒng)的主控制芯片，51 系列單片機是 8 位微處理器，使用簡單，價格低，但是本稱重系統(tǒng)需要涉及到高速 AD的數(shù)據處理，51 系列單片機運算速度達不到系統(tǒng)的設計要求，所以不采用本方案。稱重系統(tǒng)主要包括：橋式應變傳感器、放大電路、AD 轉換電路、單片機最小系統(tǒng)電路、顯示電路和電源管理電路等部分，圖 為系統(tǒng)設計總體方案框圖。第 5 章對完成稱重系統(tǒng)的制作，對系統(tǒng)進行調試并總結。第 3 章介紹了稱重系統(tǒng)模塊的硬件設計，并對設計出的系統(tǒng)硬件電路進行了說明。重點學習了橋式傳感器與模擬放大電路相結合的實現(xiàn)方法。 論文組織結構具體章節(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容、所要解決的問題及最終所要實現(xiàn)的目標。 預期目標：正確的設計稱重系統(tǒng)方案，編寫程序實現(xiàn)要求的控制算法。 論文主要內容和預期目標學習 MSP430 系列 MSP430XF425 單片機的使用，結合 IAR 編譯器進行軟件設計，設計一種稱重系統(tǒng)用于測量量程在 0~500g 物體的質量。目前大多數(shù)電子秤是以 1:3,000 或 1:10,000的分辨率輸出最終稱重值的，這樣的系統(tǒng)一般使用 12 bit 至 14 bit 的 AD 模數(shù)轉換器就很容易滿足要求。由于信號放大器成本的不斷下降及 AD轉換器性能的大幅度提高，數(shù)字計算無論在技術上還是在經濟上都進入了實用階段。但是，模擬并聯(lián)計算也存在不足：如對傳感器的一致性要求較高、電子秤四角偏差調試復雜無法對單個傳感器進行檢測等。電子秤重系統(tǒng)必須將多只傳感器的輸出進行計算，才能得到完整準確的稱重結果。早期的電子秤多數(shù)通過模擬電路實現(xiàn)，隨著電子技術的不斷發(fā)展．數(shù)字芯片價格逐漸下降，模擬控制已逐步被數(shù)字控制所替代，電子秤的設計也大都以微處理器為核心，使精度和可靠性都有了明顯提高。其主要差距是技術與工藝不基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)1夠先進、工藝裝備與測試儀表老化、開發(fā)能力不足、產品的品種規(guī)格較少、功能不全、穩(wěn)定性和可靠性較差等。電子秤重技術從靜態(tài)稱重技術向動態(tài)稱重技術發(fā)展；計量方法從模擬量向數(shù)字量發(fā)展；測量特點從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展，特別是對動態(tài)稱重和快速稱重的研究與應用。我國電子衡器的檢測試驗手段和技術裝備基本達到國際 90 年代中期的水平。作為重量測量的儀器，智能電子秤在各行各業(yè)開始呈現(xiàn)其測量準確，測量速度快，易于實時測量和監(jiān)控的巨大優(yōu)點，并開始逐漸取代傳統(tǒng)的機械杠桿測量秤，成為測量領域的主流產品。輸出電壓信號通常很小，需要通過前端信號處理電路進行準確的線性放大。相比傳統(tǒng)機械式稱量工具，電子秤具有裝機體積小，稱量精度高，應用范圍廣，易于操作和使用等優(yōu)點，在工作原理，外形布局，結構和材料上都是全新的計量衡器。電子秤是日常生活中常用的電子衡器，廣泛的應用于超市，物流配送中心，大中型商場。常規(guī)的測試儀器儀表和控制裝置被更先進的儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測量儀器在原理、功能、精度及自動化水平等方面發(fā)生了巨大變化，并相應的的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學實驗和應用工程的自動化程度顯著提高。本設計完成稱重系統(tǒng)的各項功能，經調試，效果良好，具有一定的實用價值。系統(tǒng)軟件包括 AD 采樣，濾波和顯示程序。系統(tǒng)硬件電路包括 MSP430 單片機最小系統(tǒng)、傳感器電路、信號調理電路、AD采集電路、LCD 顯示電路、電源管理電路等幾部分組成?；?MSP430 稱重系統(tǒng)畢業(yè)設計目 錄摘要 ..............................................................................................................................................IABSTRACT...................................................