称重仪毕业设计(6)

输入引脚，低电平有效。

TI还定义了一种叫SBW-JTAG的接口，用来在引脚较少的芯片上通过最少的利用引脚实现JTAG接口，它只有两条线，SBWTCK，SBWTDIO。实际使用时一般通过四条线连接，VCC，SBWTCK，SBTDIO，GND，这样就可以很方便的实现连接，又不会占用大量引脚。

JTAG编程方式是在线编程，传统生产流程中先对芯片进行预编程现再装到板上因此而改变，简化的流程为先固定器件到电路板上，再用JTAG编程,从而大大加快工程进度。JTAG接口可对PSD芯片内部的所有部件进行编程。

在硬件结构上，JTAG 接口包括两部分：JTAG 端口和控制器。与JTAG 接口兼容的器件可以是微处理器（MPU）、微控制器（MCU）、PLD、CPL、FPGA、ASIC 或其它符合IEEE1149.1 规范的芯片。IEEE1149.1 标准中规定对应于数字集成电路芯片的每个引脚都设有一个移位寄存单元，称为边界扫描单元BSC。它将JTAG 电路与内核逻辑电路联系起来，同时隔离内核逻辑电路和芯片引脚。由集成电路的所有边界扫描单元构成边界扫描寄存器BSR。边界扫描寄存器电路仅在进行JTAG 测试时有效，在集成电路正常工作时无效，不影响集成电路的功能。如图3.3为JTAG接口电路图。

图3.3 JTAG接口电路图

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基于MSP430的称重系统

如图3.4所示为MSP430单片机最小系统原理图。

VccUTXDD00UTRXP2.3TCLSMTTDITD0C1104RESETVccCON1VccS?P2.3/SVSINAXVTc0cP2.4/UDVs0sP2.5/URDXDAVssRST/NMITDI/TCLKCDKITDOT/TTMSXINC130pFC230pFXTXOUT104P2.2S0S1S2S3S412345678910111213141516P1.2/S31.0P1.3P/S13P1.4P.1/S129135791113JTAG2468101214TDOTDITMSGNDRESETR74.7KS2SW-SPST64636261605958575655545352515049DVccA0.0+A0.0-A1.0+A1.0-A2.0+A2.0-XINXOUTVrefP2.2/STE0S0S1S2S3S4MSP430F425P1.5/TTCLK/ACLK/S28P1.6/SIMO0/S27P1.7/SOMIO/S26P2.0/TA2/S25P2.1/UCLK0/S24R33R23R13R03COM3COM2COM1COM0S23S22S2148474645444342414039383736353433R11MCOM3COM2COM1COM0LCD偏压R21MR31MS5S6S7S8S190SLCD_08NCS11+3S12S11S10图3.4 MSP430单片机最小系统原理图

3.2 电源管理模块设计

3.2.1 5V转换电路

传感器需要12V电压供电，而LCD显示模块需要5V供电，这就需要将12V电压转换为5V电压。如图3.5 所示为12V转5V转换电路。

图3.5 12V转5V转换电路

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S9S8S7S6S5S4S3S2S1COMS30COM2COM1COM01234567890111121314151617181920S9S8S7S6S5S4S3S2SC1OM3SC0OM2COM1COM0S15S13S12S11S10S5S6S7S8S190S11S12S13S14S1517181920212223242526272829303132S11S12S13S14S15S16S17S18S19S20基于MSP430的称重系统

3.2.2 3.3V转换电路

由于MSP430单片机使用3.3V电源供电，所以要将经过LM7805 转换得到的5V电压，再经LM1117将电压转换为3.3V。如图3.6所示为5V转3.3V转换电路图。

LM11173.3V1235VC30.1uF+R3104R4104+C40.1uF图3.6 5V转3.3V转换电路图

3.3 信号采集模块电路设计

3.3.1 工作原理

电阻应变式称重传感器是基于如下原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重系统的主要部分。 a．电阻应变片

电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。

电阻应变片的重要参数是灵敏系数K。

设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R： R = ρL/S（Ω） （3-1）

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基于MSP430的称重系统

当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。

对式（3-1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有： ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （3-2） 用式（3-1）去除式（3-2）得到 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S （3-3）

另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则 Δs = 2πr*Δr，所以 ΔS/S = 2Δr/r （3-4） 从材料力学我们知道 Δr/r = -μΔL/L （3-5）

其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（3-4）（3-5）代入（3-3），有 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L

=（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L = K *ΔL/L （3-6） 其中：

K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L） （3-7）

式（3-6）说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。

需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便。常常把它的百万分之一作为单位，记作με。这样，式（3-6）常写作： ΔR/R = Kε (3-8) b．称重传感器工作原理

LAA-H1称重传感器的弹性体为例，介绍以下其中的应力分布。弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变棗电信号的转换任务。设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若

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基于MSP430的称重系统

把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。 ε =（3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/（B（H3-h3）+bh3） （3-9） 其中：Q--截面上的剪力；E--扬氏模量：μ—泊松系数；B、b、H、h—为梁的几何尺寸。需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。图3.7所示为电阻式应变片实物图。

图3.7 电阻式应变片实物图

3.3.2 信号检测电路设计

信号检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各个电阻相对称，故各种干扰的影响容易相互抵销减弱，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。

如图3.8为电阻式应变片内部结构图。

+12VR13KR23KOUT-OUT+R43KR33K-12V图3.8 电阻式应变片内部结构图

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