引言
隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和微電腦技術(shù)的迅速發(fā)展,，應(yīng)用到天平領(lǐng)域，出現(xiàn)了電子天平,。從上世紀(jì)七十年代末期出現(xiàn)世界上第一臺電子天平起，短短三十幾年中,，發(fā)展出了各種規(guī)格,，門類齊全的系列電子天平，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的質(zhì)量計量,。
我國電子天平的發(fā)展,，緊隨國際發(fā)達國家之后，于上世紀(jì)八十年代初期開始,，現(xiàn)已形成規(guī)?；a(chǎn)并廣泛應(yīng)用到國內(nèi)各領(lǐng)域，同時也部分出口世界上許多國家,。
電子天平具有數(shù)字顯示,，直接讀數(shù)、快速稱量,、重量輕,、操作簡便，抗干擾能力強等特點,，并采用了微機技術(shù)使得智能化,、多功能,，可與打印機、計算機相聯(lián)機進行在線測量,，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等,，使電子天平具有機械天平無法比擬的優(yōu)點，因此應(yīng)用范圍越來越廣泛,。
本設(shè)計的電子天平采用高性能單片微處理器控制,，確保稱量結(jié)果的高精確度和高穩(wěn)定性。附有標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口輸出,，可直接連接打印機,、計算機等外部設(shè)備，廣泛適用于工農(nóng)業(yè),，學(xué)校,，科研等單位，作物質(zhì)質(zhì)量的快速測定,。
硬件設(shè)計
本系統(tǒng)由液晶顯示,、鍵盤輸入、前置放大,、MCU,、報警輸出、ISP下載,、RS-232接口和電源等幾部分組成,，如圖1所示。
圖1 電子天平框圖
MCU
本系統(tǒng)中采用的是TI公司最新發(fā)布的一款MSP430系列單片機MSP430F4250,。該款單片機和以往的型號的最大區(qū)別就是內(nèi)部集成了16位S-D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（圖2）,。
圖2 MSP430F4250內(nèi)部S-D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的結(jié)構(gòu)
S- D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器不同，它是采用過采樣技術(shù)對信號進行采樣,，然后通過數(shù)字濾波器進行濾波得到最終的轉(zhuǎn)換結(jié)果,。所以在啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器之前要設(shè)定過采樣率。這個芯片內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊過采樣率可選32~1024,。過采樣率越大,，濾波效果越好，但是響應(yīng)速度越慢,。本設(shè)計的電子天平要求測量結(jié)果精確穩(wěn)定,，對系統(tǒng)響應(yīng)速度要求不高，所以設(shè)置為最大過采樣率1024,。
內(nèi)部PGA（可編程放大器）放大倍數(shù)設(shè)置不同,，則系統(tǒng)的靈敏度也不同，但是放大倍數(shù)越大，信噪比越小,。在本設(shè)計中選擇設(shè)置為放大倍數(shù)等于1,，以達到最高的轉(zhuǎn)換精度。
為了進一步提高轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性,，減小溫度變化引起的轉(zhuǎn)換誤差,。在實際應(yīng)用中，我們通過檢測內(nèi)部溫度傳感器來補償溫度漂移,，取得了很好的效果,。
LCD
本設(shè)計使用專用的電子天平液晶顯示模塊，相比通用型液晶顯示模塊顯示信息豐富而有針對性,，而且由于功能簡單,、生產(chǎn)量大，同時具有價格便宜的優(yōu)點,。
專用型液晶顯示模塊采用了存儲單元和顯示單元一一對應(yīng)的顯示方式,，對于單片機來說，只要在相應(yīng)的存儲單元寫入“1”或“0”就會點亮或熄滅相應(yīng)的顯示單元,，操作非常簡單,。液晶模塊和單片機的接口為串行方式，由一根數(shù)據(jù)線和讀寫信號線組成,。由于MSP430F4250沒有讀寫信號線,，所以用I/O口來控制讀寫時序，同樣非常方便,。
前置放大
前置放大電路使保證測量精度的關(guān)鍵部分,，在本設(shè)計中采用了儀器放大器的基本電路，用兩個OP07組成,，如圖3所示,。
圖3 前置放大電路
OP07 為低零漂的運算放大器，價格便宜,。本電路關(guān)鍵是R13和R14這兩個電阻需要精確的匹配。在裝配過程中R13和R14使用了精度為0.1%的精密電阻,，再加上人工的精確匹配,，使本電路的漂移和共模抑制比都能達到很高的標(biāo)準(zhǔn)。同時輸出的信號再經(jīng)過RC網(wǎng)絡(luò)的濾波傳送到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端,，可以確保測量信號的穩(wěn)定,。在實際使用中也確認了這一點。
軟件設(shè)計
本設(shè)計使用C語言編程,，編譯調(diào)試工具使用IAR的EW430 3.30a,，高效地完成了本電子天平的程序設(shè)計。
結(jié)語
以內(nèi)部帶16位S-D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機MSP430F4250為核心組成的電子天平，省去了獨立的S-D模數(shù)轉(zhuǎn)換器,，降低了產(chǎn)品的成本,，同時又能夠達到足夠的精度。采用本設(shè)計的電子天平已經(jīng)投入正式生產(chǎn),，在當(dāng)前競爭激烈的市場上,，憑借良好的性能價格比，取得了很好的經(jīng)濟效益,。
參考文獻：
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