毕业设计（论文）基于MSP430单片机的便携式电子秤.doc

基于MSP430单片机的便携式电子秤 摘要：本课题设计制作了一种利用MSP430F149单片机构成智能型便携式电子秤。分析了系统的工作原理和参数计算，详细讨论了系统的硬件、软件设计，并提供了系统的功能描述及使用说明。 关键词：单片机 应变式力传感器 TLC252 运算放大 液晶显示 1引言 随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。作为重量测量仪器，智能电子秤在各行各业开始显现其测量准确，测量速度快，易于实时测量和监控的巨大优点，并开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量称，成为测量领域的主流产品。 金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示： 式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m） S——导体的截面积（cm2） L——导体的长度（m） 以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。 3.1.3布片和接桥方案 电桥中对称的两片应变片R1、R3贴在环状弹性元件的外表面，另两片应变片R2、R4贴在内表面。如图3布片和接桥示意图所示 图3 布片和接桥示意图 电桥连接原理图如图4所示。电桥采用四应变片直流全电桥，电源电压通过限流电阻R6,R9作为供桥电压。桥臂电阻为R1，R2，R3及R4，输出端（2、4端）开路电压为（由于运放的输入电阻都很高，所以工作时电桥输出端电压近似开路电压）。接在1、3端的稳压二级管（2CW101）稳压值为2.6V,保证了电桥为恒压供电。在弹性范围内，建立电压和作用力的关系，有 （式中，E为弹性模量；S为弹性体截面积） 图4 应变式力传感器电桥电路 3.2放大部分 该部分采用TI公司的TLC252放大芯片完成信号的放大和调理功能，信号放大电路的原理图如图5所示，IN1、IN2为信号输入端。 TLC252芯片具有以下特点：超低功耗低电压供电，八引脚双路运算放大器，它的工作电流低，电源电压范围宽：1.4—12V，可单电源供电，共模输入电压范围内（包括负电源，单电源和分离电源）都能达到规定的技术指标，运行环境温度0—70℃。其工作电流只有200微安。 本系统运放电路采用两级放大，放大倍数可按下式计算，适当选用参数即可获得各自的放大倍数。其中第一级采用双端输入负反馈放大电路，放大倍数整定为20左右，可通过调整R6的值来整定其放大倍数。第二级采用反向比例放大电路，放大倍数整定为50，可通过调节R3改变其放大倍数。R5,R8为运放提供合适偏压。第一，二级放大器的输出分别接到单片机的两个模拟输入端上，可实现20，1000两种增益选择。输入端增加一个电容C1来实现滤波，以减少输入端的干扰。 图5信号放大电路原理图 3.3 MSP430F149单片机 德州仪器公司的MSP430 系列单片机是一种超低功耗微处理器，该微处理器通过16 位RISC 系统，16 位CPU 集成寄存器和常量发生器来获得最大代码效率。 MSP430 的16 位定时器是应用于手持式仪表的理想配置，它的硬件乘法器使其性能大大增强，并扩大了软硬件相兼容的范围，提高了数据处理的能力。在一般应用环境中，MSP430 的运行环境温度范围为-40---+85℃。低电源电压范围：1.8V---3.6V，超低功耗：待机模式：1.6uA，活动模式：280uA（当主频为1MHZ电源电压为3.2V时）。有5 种低功耗超低电流消耗模式，可使用电池供电，片内数字控制振荡器DCO 可以使单片机在6 微秒的时间内从低功耗模式转变到活动模式。并有最多8 路12 位A/D 转换，48 个通用I/O 端口，两个UART，两个内置16 位定时器。可在线仿真的FLASH 内存。该系列单片机还自带看门狗电路，在系统出错时，能自动复位，提高了系统运行的可靠性和稳定性。 我们所用的主控芯片MSP430F149 就包含了:带内部参考电压，采样保持和自动扫描的12 位A/D转换器。具有直接驱动液晶显示器的能力。输入端口具有跳变中断