基于msp430單片機(jī)的電子測重儀設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 取了一系列措施。首先，考慮系統(tǒng)所接的外部模塊比較多，需要的 I/O 口比較多，一般的 8 位單片機(jī)是不夠用的所以考慮選擇 8 位以上的單片機(jī)，再者 32 位的單片機(jī)功能又太過了，不僅 I/O 口比較多，而且好多集成的資源用不上都會浪費(fèi)，所以考慮使用 16 位的單片機(jī)，而 16 位單片機(jī)中的 TI 公司 MSP430 系列的較為成熟，適用于在儀表儀器中使用，而且用在本系統(tǒng)中也正好合適，其次該控制器本身部分集成了 12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行高精度轉(zhuǎn)換，并可采用軟件配置采樣通道，確定采樣序列，保存采樣結(jié)果。用于本系統(tǒng)中進(jìn)行采樣也比較合適，再次考慮控制器對功能性接口要求較高，而且存在較大數(shù)量的計算任務(wù)。 7 基于以上的考慮，選擇了性價比比較高的 MSP430FW427 單片機(jī)。 圖 21 MSP430FW427的圖 MSP430FW427 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADS1110 MSP430FW427內(nèi)嵌模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊，其采樣頻率為每通道 200kb/s，可以對生物、機(jī)械等傳感器給出的模擬量進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換。內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器又由帶有采樣和保持的 ADC內(nèi)核、參考電壓發(fā)生器、轉(zhuǎn)換時鐘的選擇和控制電路、采樣與轉(zhuǎn)換時序控制電路 4部分組成。 采樣系統(tǒng)中數(shù)模轉(zhuǎn)換速度與轉(zhuǎn)換時鐘有密切關(guān)系 ,利用 msp430fw427單片機(jī)通用 IO口模擬 I2C總線擴(kuò)展 16位 A/D轉(zhuǎn)換器 ads1110完成數(shù)據(jù)采集工作，并把采集到的數(shù)據(jù)顯示到顯示緩沖區(qū) 。 對于要求精確的轉(zhuǎn)化，則需要穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換時鐘信號，因此使用由晶體產(chǎn)生的時鐘信號。為了得到正確可靠的 轉(zhuǎn)換，模擬輸入信號必須在采樣期間保持穩(wěn)定，在整個采樣與轉(zhuǎn)換期間，不允許有相鄰的其他通道引腳有數(shù)字信號活躍，這樣可減少對模擬信號轉(zhuǎn)換的干擾，以得到正確的結(jié)果。 該程序可以測量的電壓誤差為 ,精度高 。 8 MSP430FW427內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器有 4種轉(zhuǎn)換模式：單通道單次轉(zhuǎn)換、單通道多次轉(zhuǎn)換、多通道單次轉(zhuǎn)換、多通道多次轉(zhuǎn)換。 圖 22 ADS1110 壓力傳感器 壓力傳感器 的選擇 壓力傳感器 又稱荷重傳感器，考慮到使用地點(diǎn)的重力加速度（ g）和空氣浮力（ f）的影響后，通過把其中一種被測 量（質(zhì)量）轉(zhuǎn)換成另外一種被測量（輸出）來測量質(zhì)量的力傳感器。 壓力傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、后續(xù)處理部分組成，壓力傳感器一般應(yīng)用應(yīng)變片來實現(xiàn)壓力的測量，應(yīng)變片的制造原理是依據(jù)橋式電路，當(dāng)在橋臂上的電阻滿足這樣的條件： R1R3=R2R4時電橋平衡，則輸出的電壓為零，當(dāng)電阻由變化的時候，電橋不平衡，有一定的電壓輸出。可分為單臂電橋、雙臂電橋、全臂電橋，其輸出的電壓與電阻的變化量成近似的線性變化。應(yīng)變片是很薄的薄片，上表面鑲嵌兩個有電阻絲制成的電阻，同時下表面也有兩個同樣的電阻，在連接上形成橋式電路，當(dāng)應(yīng)變片上沒 有壓力是， 輸 出的電壓為零，當(dāng)有壓力作用時，上邊的電阻變大，下面的電阻變小，電橋不平恒，而且是相同的電阻絲，其電阻的變化量相同，輸出的電壓與電阻的變化量成線性關(guān)系，再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。 這樣就可以測量出壓力的大小。 本設(shè)計中稱重范圍定為 ， 測量精確到 ，考慮到秤臺自重、振動和沖擊分量，還要避免超重?fù)p壞傳感器，所以傳感器量程必須大于額定稱重 —。 9 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 電子測重儀系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理 電子 測重儀 電路主要由傳感器電路、調(diào)理電路 、顯示電路、電源電路等組成。系統(tǒng)原理方框圖如 圖 31 所示。 圖 31 系統(tǒng)原理方框圖 系統(tǒng) 工作原理： 當(dāng)電子測重儀上放上重物時，壓力傳感器把模擬信號傳送到處理器的 AD轉(zhuǎn)換器，由 AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后由數(shù)碼管顯示出重物的重量，并顯示在數(shù)碼管上。 電子秤系統(tǒng)壓力傳感器電路 系統(tǒng)的壓力傳感器電路如圖 32所示。 在圖的電路中，傳感器的正端接模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC12內(nèi)部基準(zhǔn)電壓的正輸入端Vref+，負(fù)端接模數(shù)轉(zhuǎn)換 器 ADC12內(nèi)部基準(zhǔn)電壓負(fù)端。在本系統(tǒng)中，通過單片機(jī)提供激勵電壓。由于采用這樣的方法，在測量期間或在電子秤工作于待機(jī)狀態(tài)的情況下，就可以不用為電橋提供激勵電壓，從而降低功耗。傳感器的電橋電阻為 1200歐， 電源電壓為 3 .V，激勵狀態(tài)下耗電 mA。將橋接傳感器的輸出信號連接至放大器 之后輸入 AD轉(zhuǎn)換通道 。 顯示電路 調(diào)理電路 MSP430FW427 壓力傳感器 電 源 10 圖 32 壓力傳感器電路 電子秤系統(tǒng)的顯示電路 LED顯示電路如圖 34所示。本電路的作用是用來顯示重量、單價及金額。為了保證 LED的工作安全，電路中必須加上上拉電阻，上拉電阻電路如圖 35所示，通過網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號與 LED相連。 圖 33 電子秤系統(tǒng)的顯示電路 11 電子測重儀系統(tǒng)的電源電路 在單片機(jī)應(yīng)用中需要穩(wěn)定的電壓信號，因此必須提供電源電路。如圖 36所示為電源電路。它可以為整個系統(tǒng)提供 5V的電壓。 圖 34 電源電路 小結(jié) 本章在上一章的基礎(chǔ)上，結(jié)合 電子測重儀 系統(tǒng)的基本功能介紹了它的工作流程、硬件組成和工作原理，設(shè)計了壓力傳感器的稱重放大電路、 LED顯示電路、鍵盤掃描電路和電源電路。各電路根據(jù)需要連接 到 MSP430FW427單片機(jī)的接口上 ，就構(gòu)成了一個功能強(qiáng)大的基于 MSP430的智能電子秤。 12 4 電子測重儀系統(tǒng)的軟件設(shè)計 電子測重儀系統(tǒng)的順利工作，需要合適的軟件來協(xié)調(diào)系統(tǒng)的各個硬件組成部分，根據(jù)電子測重儀系統(tǒng)的工作需要來工作，從而達(dá)到特定的功能。本章主要設(shè)計 電子測重儀 系統(tǒng)的各個硬件組成部分的程序流程圖。 電子測重儀系統(tǒng)的程序總流程圖 系統(tǒng)總程序流程圖如圖 41所示。系統(tǒng)初始化之后，要順次執(zhí)行壓力傳感器程序、預(yù)處理程序、稱重程序、 LED顯示程序。 圖 41 電子秤系統(tǒng)的程序總流程圖 初始化程序流程圖 初始化程序流程圖如圖 42所示。進(jìn)入初始化階段， 電子測重儀 系統(tǒng)的各個部分依次初始化，即依次執(zhí)行壓力傳感器初始化、 LED初始化初始化后返回。 開 始 初始化 壓力傳感器程序 LED 顯示程序 稱重程序 預(yù)處理程序 13 圖 42 初始化程序流程圖 壓力傳感器程序流程圖 壓力傳感器程序流程圖如圖 43所示。這個程序用來啟動 ADC轉(zhuǎn)換器，將轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制結(jié)果換算成 BCD碼，以便顯示程序和計算程序可以隨時調(diào)用。 圖 43 壓力傳感器程序流程圖 小結(jié) 本章首先設(shè)計了 電子測重儀 系統(tǒng)程序的總流程圖，并在系統(tǒng)程序的總流程圖的框架下有序地設(shè)計了初始化程序流程圖、壓力傳感器程序流程圖、預(yù)處理程序流程圖、稱重計價程序流程圖、鍵盤程序流程圖、 LED程序流程圖，并就各個部分的主要功能作了進(jìn)一步的介紹和說明。 開始 AD 轉(zhuǎn)換，保存轉(zhuǎn)換結(jié)果 將轉(zhuǎn)換結(jié)果換算為BCD 碼并存儲 開始 返回 開 始 壓力傳感器初始化 LED 初始化 返 回 14 結(jié)論 電子測重儀 是一種在實際工作和生活中經(jīng)常用到的電子測量器具。本文主要介紹了數(shù)字電子秤的硬件電路結(jié)構(gòu)及其中的原理。所設(shè)計的電子秤具有基本稱重、鍵盤輸入、計算價格、顯 示 、置零、清除、去皮 功能。電子秤的測量范圍為，測量精度達(dá)到 。首先用傳感器把重量轉(zhuǎn)換成電壓信號，再將電壓信號放大輸入 A/D轉(zhuǎn)換，利用 A/D轉(zhuǎn)換工具將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，將得到的數(shù)字信號傳送至單片機(jī)，通過程序?qū)π盘栠M(jìn)行處理，實現(xiàn)稱重功能，然后將重量與鍵盤輸入單價相乘計算出總價，并將重量和價格用 LED顯示出來。 隨著電子秤系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的不斷完善，數(shù)字化、智能化、小型化的電子秤必將為人們的生活帶來極大的便利，電子秤的發(fā)展前景也必將更加廣闊。 15 致謝 大學(xué)三年的時光悄然流逝了，但是卻給我提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，在此期間讓我學(xué)到了更多的知識，而我所學(xué)到的能使我終身受益。在這開心和艱辛的時光里體驗到了更多的生活和社會，讓自己學(xué)會了成長，首先要感謝我的母校，因為我們都在這里成長，每一刻都很寶貴。 在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，我多次麻煩到了我的指導(dǎo)老師余紅娟老師