【正文】 system hardware circuit including MSP430 microcontroller smallest system, sensor circuit, signal regulate circuit, AD acquisition circuit, LCD display circuit, power management circuit to wait for a few parts. Systems use bridge type strain film sensor measuring weight and output voltage signal, after filtered signal disposal circuit, the amplification frequencyfield handed to SCM processing information, and will weight realtime display. System software including AD sampling, filter and show program. The paper also explains in detail the design debugging process and in during the missioning of the problems and solving methods. This design pleted each function, weighing systems by missioning, the effect is good, has certain practical value.Keywords：MSP430；weighing apparatus；LCD；基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)01 引言 課題研究背景及意義 隨著時代科技的迅速發(fā)展和計算機等現(xiàn)代電子技術的提高，給傳統(tǒng)的電子測量技術帶來了巨大的沖擊和影響。通過分析近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國內(nèi)外市場的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術性能趨向于速率高、準確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計量的控制信息和非控制信息并重的“ 智能化 ”功能；其應用性能趨向于綜合性和組合性。電子秤在結構和原理上取代了以杠桿平衡為原理的機械式稱量工具。電子秤的設計首先是通過壓力傳感器采集被測物體的重量并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號。放大后的模擬電壓信號經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并送入到主控電路的單片機中，再經(jīng)過單片機控制顯示外設，顯示出稱量數(shù)值。 研究現(xiàn)狀20 世紀前期，我國的衡器制造業(yè)主要以杠桿原理的機械式為主，20 世紀后期，我國的衡器不斷發(fā)展，由過去的全機械式進入機電結合式，在幾十年的發(fā)展和完善中，發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。電子衡器制造技術及應用得到了新發(fā)展。就總體而言，我國電子衡器產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量與工業(yè)發(fā)達國家還有較大差距。眾所周知，傳統(tǒng)的量具是桿秤或盤秤，20 世紀 70 年代開始出現(xiàn)電子秤。由于小型商用電子秤運算不太復雜，所以用 8 位微處理器即可滿足要求。從 20 世紀 70 年代的模擬串聯(lián)計算到 80 年代的模擬并聯(lián)計算，計算技術的發(fā)展大幅度即降低了電子秤的成本，又提高了可靠性和穩(wěn)定性。目前，解決上述問題的最好方法是采用數(shù)字計算或數(shù)?；旌嫌嬎?。電子秤向提高精度和降低成本方向發(fā)展的趨勢，引起了對低成本、高性能模擬信號處理器件需求的增加。然而，高精密檢測的電子秤如果要達到要求，那么 ADC 的精度需要接近于 20 bit。利用傳感器測量橋式電路的壓差，采用差分放大電路放大壓差信號，使其達到可使單片機識別的電壓，通過單片機的處理并顯示出來。設計完成一種具有響應快、精確度高、穩(wěn)定性好的稱重系統(tǒng)。第 2 章概述了本課題部分知識的理論基礎，對橋式傳感器、模擬放大電基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)2路、液晶顯示進行了介紹。通過對系統(tǒng)分析，選擇系統(tǒng)的總體設計方案和各模塊的設計方案。第 4 章介紹了稱重系統(tǒng)模塊的軟件設計，對程序流程設計進行了說明，并詳細介紹了系統(tǒng)的軟件設計?；?MSP430 的稱重系統(tǒng)32 稱重系統(tǒng)總體方案設計 稱重系統(tǒng)基本工作原理稱重系統(tǒng)的主要工作原理是：將應變片粘至金屬力臂上側(cè)，力臂上放置秤盤，重物放入秤盤時產(chǎn)生壓力，使應變片發(fā)生形變從而產(chǎn)生電信號，信號經(jīng)放大調(diào)理后傳至微控制器處理顯示。微處理器壓力傳感器電源管理系統(tǒng)信號調(diào)理電路A DL C D 顯示圖 系統(tǒng)設計總體方案框圖 稱重系統(tǒng)模塊方案設計 整個硬件系統(tǒng)由五大模塊組成，下面以控制系統(tǒng)結構為依據(jù)就針對各模塊做具體的方案設計。方案二：根據(jù)稱重系統(tǒng)系統(tǒng)設計要求與主控制系統(tǒng)能完成的功能，選用MSP430F425 單片機。故采用此方案。 （1）稱重傳感器 稱重傳感器由以下方案可以選擇：方案一：采用四片貼片電阻，自行搭建橋式電路。故此方案不宜采用。通過輸出稱量重物時產(chǎn)生的壓差信號測量重物的大小。適合小量貴重物品的測量和要求精度高的稱量工具的制造。（2）電壓放大器電壓放大器的設計有以下幾種方案可以采用： 方案一：利用普通低溫漂運算放大器構成多級放大器。而 AD 轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，幾毫伏大小的干擾信號就會直接影響到最后的測量精度。方案二：由高精度低漂移運算放大器構成差動放大器。 實際測量，每一級運放都會引入較大噪聲。 方案三：采用專用的儀表放大器。差模輸入阻抗大，共模抑制比高，增益高，精度也非常好，外部接口簡單，且放大器的增益通過改變一個外接電阻的阻值是可以改變的。（3）AD 轉(zhuǎn)換器按設計要求：電子秤最大稱重為 500g，重量誤差不能大于 1%0，精度要求為 。 方案二：選用 MSP430 單片機內(nèi)部的 AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器為 16 位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，完全可以滿足精度要求，而且 SD16 是單片機內(nèi)部器件，穩(wěn)定基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)5性好，故采用此方案。而 LCD048 具有耗電省、成本低、亮度高、驅(qū)動簡單、使用壽命長等優(yōu)點，且在 MSP430F425 單片機中帶有 LCD048 的硬件驅(qū)動，更易于使用單片機對其進行變成控制，所以選用 LCD048 顯示。這里把電源設計成用 220V 的交流電經(jīng)過變壓器后輸出的 177。5V 電壓供液晶 LCD 使用，再通過電壓轉(zhuǎn)換芯片 LM1117 轉(zhuǎn)換得到177。多種電壓的需求就要求更加合理的，電源系統(tǒng)設計。稱重系統(tǒng)的設計量程為 500g，分辨率為 ，可以實現(xiàn)精準測量。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。 16 位的數(shù)據(jù)寬度、125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實現(xiàn)乘加）相配合，能實現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法（如 FFT 等） 。當系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時，用中斷請求將它喚醒只用 6μs。（4）系統(tǒng)穩(wěn)定上電復位后，首先由 DCOCLK 啟動 CPU，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時間。如果晶體振蕩器在用做 CPU 時鐘 MCLK 時發(fā)生故障，DCO 會自動啟動，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復位。它們分別是看門狗（WDT） 、模擬比較器 A、定時器 A（Timer_A） 、定時器 B（Timer_B ） 、串口 0、1（USART0、1） 、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、10 位/12 位 ADC、I 2 基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)7C 總線直接數(shù)據(jù)存取（ DMA） 、端口 O（P0） 、端口 1~6（P1~P6） 、基本定時器（Basic Timer）等的一些外圍模塊的不同組合。MSP430 系列單片機的這些片內(nèi)外設為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。對于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后在燒寫或掩膜芯片；對于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因為器件片內(nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫的 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設計者調(diào)試使用的方法進行開發(fā)。開發(fā)語言有匯編語言和C 語言。a．晶振電路每個單片機系統(tǒng)里都有晶振，全稱是叫晶體震蕩器，在單片機系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結合單片機內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)8R7VccS2SWSPSTRESET達百萬分之五十。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。晶振電路如圖 所示。 一 般 微 機 電 路 正 常 工 作 需 要 供 電 電 源 為5V177。 由 于 微 機 電 路 是 時 序 數(shù) 字 電 路 ， 它 需 要 穩(wěn) 定 的 時鐘 信 號 ， 因 此 在 電 源 上 電 時 ， 只 有 當 VCC 超 過 低 于 以 及 晶體 振 蕩 器 穩(wěn) 定 工 作 時 ， 復 位 信 號 才 被 撤 除 ， 微 機 電 路 開 始 正 常 工 作 。一般采用的辦法是在 RST 端和正電源 Vcc 之間接一個按鈕。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復位的時間要求。MSP430 系列單片機的復位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的觸發(fā)器中。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位。圖 復位電路c．JTAG 仿真、調(diào)試接口電路JTAG 也是一種國際標準測試協(xié)議（IEEE 兼容） ，主要用于芯片內(nèi)部測試。標準的 JTAG 接口是 4 線：TMS、TCK、TDI、TDO，分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。TI 還定義了一種叫 SBWJTAG 的接口，用來在引腳較少的芯片上通過最少的利用引腳實現(xiàn) JTAG 接口，它只有兩條線，SBWTCK，SBWTDIO。JTAG 編程方式是在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對芯片進行預編程現(xiàn)再裝到板上因此而改變，簡化的流程為先固定器件到電路板上，再用 JTAG 編程,從而大大加快工程進度。在硬件結構上，JTAG 接口包括兩部分：JTAG 端口和控制器。 標準中規(guī)定對應于數(shù)字集成電路芯片的每個引腳都設有一個移位寄存單元，稱為邊界掃描單元 BSC。由集成電路的所有邊界掃描單元構成邊界掃描寄存器 BSR。如圖 為 JTAG 接口電路圖。圖 MSP430 單片機最小系統(tǒng)原理圖1 23 45 67 89 1011 1213 14CON1JTAGR11MR21MR31MC2 104VccC1104Vcc TDOTDITMSGNDRESET UTRXD0UTXD0S0S1RESETS2TCLS3SMTS4TDIS6TD0S5 S7S8S9S10S11S12NC11+2S133S124S115S106S97S88S79S610S511S412S313S214S115S016COM317COM218COM119COM020LCD_08S13S14S15COM3COM2COM1COM0S2 S0S1S13S12S15 S11S10S9S8S7S6S5S4S3 COM3COM2COM1COM0LCD偏偏VccXTS2SWSPSTC130pFC230pFXINXOUTDVcc1 +2 +4 +6 XIN8XOUT9 Vref10S113 S214S315 S416S517S618S719S820S921S1022S1123S1224S1325S1426S1527S1628S1729S1830S1931S2032S21 33S22 34S23 35COM0 36COM1 37COM2 38COM3 39R03 40R13 41R23 42R33 /S2949/S3050/S31515253TDO/TDI54TDI/TCLK55TMS56TCK57RST/NMI58/URXD059/UDXT060/SVSIN61AVss62DVss63AVcc64MSP430F425S?基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)11 電源管理模塊設計 5V 轉(zhuǎn)換電路傳感器需要 12V 電壓供電，而 LCD 顯示模塊需要 5V 供電，這就需要將12V 電壓轉(zhuǎn)換為 5V 電壓。圖 12V 轉(zhuǎn) 5V 轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)換電路由于 MSP430 單片機使用 電源供電，所以要將經(jīng)過 LM7805 轉(zhuǎn)換得到的 5V 電壓，再經(jīng) LM1117 將電壓轉(zhuǎn)換為 。圖 5V 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)換電路圖1 2 3LM1117R3104R4