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，應用到天平領域，出現(xiàn)了電子天平。從上世紀七十年代末期出現(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，于上世紀八十年代初期開始，現(xiàn)已形成規(guī)?；a(chǎn)并廣泛應用到國內(nèi)各領域，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，因此應用范圍越來越廣泛。
本設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。附有標準的RS-232接口輸出，可直接連接打印機、計算機等外部設備，廣泛適用于工農(nóng)業(yè)，學校，科研等單位，作物質(zhì)質(zhì)量的快速測定。
硬件設計
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，但是響應速度越慢。本設計的電子天平要求測量結(jié)果精確穩(wěn)定，對系統(tǒng)響應速度要求不高，所以設置為最大過采樣率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。在本設計中選擇設置為放大倍數(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的顯示方式，對于單片機來說，只要在相應的存儲單元寫入“1”或“0”就會點亮或熄滅相應的顯示單元，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鍵部分，在本設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準。同時輸出的信號再經(jīng)過RC網(wǎng)絡的濾波傳送到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。
軟件設計
本設計使用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。采用本設計的電子天平已經(jīng)投入正式生產(chǎn)，在當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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5． ”MSP430x2xx Family User’s Guide Extract， “Texas Instruments Incorporated，2005
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