国际教育，管理和计算机科学会议（ICEMC 2016）
基于MSP430G2的高精度电子秤设计
黄健
西京大学，西安710123,中国
关键字：小信号;仪表放大器;高精度A / D; MSP430G2553
摘 要：当施加外力时，压力传感器中的电阻电桥，产生0〜20mV电压小信号，精密仪表放大器放大51倍后，数字模拟转换（A / D）芯片ADS1146获得16位高精度数据。16位A / D输入电压3.6V，最小分辨率0.05mV，实现高精度压力传感器信号采集，精度可以达到0.1克。 A / D转换为数字量通过SPI接口连接到低功耗微处理器msp430g2553，然后发送到LCD显示屏，通过校准按钮并做一些简单的乘法和实现更精确的功能。测试结果表明，小信号放大电路可以达到稳定信号放大的效果，并且可以实现精确称量。
介绍
如何检测弱电信号是硬件电路设计者必须考虑的问题。在现实生活中，我们经常要检测压力信号。通常压力传感器是一个有四个内阻的电阻桥。当有外力和变形时，传感器在弯曲的外力作用下，上端拉长，下端缩短，拉长的一段对应成比例增加的电阻值，缩短的一段对应成比例减少的电阻值。由于的变化电阻，电桥电压输出为0〜20mv。对收集的电压必须进行有效的放大，当人们使用LM324运算放大器时早期放大不能有效收集信号。而且干扰特别大，精度不达标的要求。
在这种设计中，使用了一种新型高精度仪表放大器INA128来放大信号提高51倍，具有较高的共模抑制比，并能有效抑制通过使用差分输入的干扰。放大的信号连接到高精度用于信号采集的16位A / D，转换后的信号连接到低功率消费微处理器MSP430G2553进行处理。可以实现高精度称重。
系统设计
系统框图如图1所示。小信号传感器电路可以是压力传感器，超声波传感器等传感器。仪器放大器采用TI高精度仪表放大器INA128，当输入信号为200KHz时，G的增益可以达到100CMRR的共模抑制比达到120dB，可以有效抑制干扰信号。负压产生电路为INA128提供-3.6V电源电压。在电路设计，INA128可以将输入信号放大51倍。然后输入到高精度16bit A / D转换芯片ADS1146。
ADS1146是一款高精度，低噪声，16位A / D转换器，包含一个可编程的增益控制模块（PGA），可调放大倍数为1,2,4,8,16,32,64,128。内置参考电压，并可输出两个DA。仪表放大器的模拟电压可以转换成数字量，并且微处理器可以被传送到微处理器通过SPI接口。该微处理器使用TI低功耗处理器MSP430G 2553，关键电路可以对采集电压进行校零，或做一些简单的操作，在显示电路上显示收集重量和其他信息。
图1 系统设计
详细设计和关键技术
压力桥和仪表放大器电路设计。压力桥和仪表放大器电路如图2所示。桥压的等效电路如图2（左）所示，由两个固定电阻R和一个可变电阻R1和R2组成，当无压力作用时，输出电压的电桥平衡和引脚1为VCC / 2。 2管脚的输出电压为R2 * VCC /（R1 R2）。压力传感器是真正的原理抽象图，如图2所示。当在没有力的情况下，上下两面对受力点F1和F2等距;当重力作用于F1时，由于左侧压力传感器的支持，整体会弯曲并且在F1的上表面拉长，使电阻R1的阻值以某种比例增大， F2的下表面压缩变短，导致电阻R2阻值以某种比例减小。这种变化导致引脚2的输出电压值改变。压力传感器通常通过1脚和2脚产生的差分输出电压范围是0〜20mv。仪表放大器的设计中必须用INA128放大器放大该信号。
图2 压力桥及其等效电路
INA128仿真电路如图3所示。差分输入桥压产生电压接入INA123放大器的管脚2（-）和管脚3（ ）。引脚1和8之间接入电阻Rg。引脚5接入参考电压Vref，当供电电源电压为3.6V时，如图3所示TL431可以稳定输出1.8V电压。负电压由TPS60400产生。放大倍数的计算如式（1）所示，INA128计算输出电压，如公式（2）所示。
（1）
（2）
图3 压力桥和放大器电路元件电路图
A/D采集电路设计
在这种设计中，在仪表放大器和A / D采集电路之间省略了滤波电路。目前，在最新的信号链的设计电路中，A / D，滤波器，PGA，D / A经常集成在一个芯片中。而ADS1146是一款新型的高精度A / D采集芯片。其引脚图如图6所示，使用3.6V电源，16位A / D可以达到3.6V / 65536 = 0.05mV的最小分辨率，足以满足需求。INA128放大电压输入ADS1146 7脚（AINP）作为模拟输入，数字输出经过SPI总线转换后，即ADS1146的14脚（DOUT）和15脚（DIN）与MSP430G2553相连。
MSP430G2553及其外围电路设计
在设计第三引脚（P11）和第四引脚（P12）作为SPI总线时，P20，P21，P22要做12864 LCD显示电路的串行数据输入。 P17可用作A / D输入接口，检测按键输入值。
12864显示电路设计
显示驱动电路如图7所示，12864是图形和文本LCD，由于msp430g2553的引脚Co，所以两个74HC595串联到并行转换芯片，驱动12864.HC595使 canmsp430g2553的引脚P22能通过并行接口QA输入串行数据QH输出到12864。
图4 12864显示的驱动电路
仿真和测试结果
首先，在模拟中测试压力传感器的输出信号。测试，首先对 3.6V电压四线压力传感器采用红黑两条线，然后重量从1到200克逐渐添加到测试平台，测试压力传感器绿色，白色两路输出线路的电压。我们可以得到数据如表1所示。
表1 输出电压与压力传感器重量之间的关系
测量的重量与实际转化率之间的对应关系如表2所示。经过软件的设计，从表中可以看出，基本上在0.1g左右的误差，符合设计要求。
表2 测量的重量和实际值之间的对应表
结论
本文采用高精度仪表放大器对压力传感器数据连接的小信号进行放大，由于采用差分输入，有效抑制干扰，省去了滤波电路设计。经过仿真和测试，电路可以实现有效放大小信号。16位A / D可以用来提高采集的准确性。测试结果表明，实现了小信号的高精度采集，并且实现了精度为0.1克。具有一定的实用参考价值。
参考文献
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2012年AASRI计算智能和生物信息学会议
基于MSP430的无线电子秤的设计微处理器
Pinwei Zhu*, Chunhua Hu
中国江苏技术师范学院电气与信息工程学院江苏常州213001
摘要
为了分析消费者习惯并保持蔬菜，水果和饼干店的良好库存，详细交易信息应该被保存下来。电子秤是基于MSP430和无线通信模块而设计的PTR2000。秤不仅可以测量重量，还可以与主机交换数据和指令。设计条件提出应具备应变桥输出信号电路，时间/数据电路，存储电路，无线模块等电路。该测量结果采用移动平均滤波的方法进行处理。PC端的用户界面由Visual作为开发基本语言。
2012年由Elsevier B.V.选择出版并由美国应用科学研究所负责审阅
关键词：MSP430; PTR2000;条件电路;无线通信
- 介绍
电子秤在工业，商业和消费者应用中具有广泛的用途。但传统的电
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