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单芯片便携电子秤重系统实现方案

技术分类： 测试与测量 嵌入式系统 | 2006-02-26 来源：中电网 | 作者：德州仪器公司 Andreas Dannenberg

引言 传统上，设计秤重、测力、转矩及压力测量系统时，广泛采用全桥接电阻传感器地方法.大多数桥接传感器都要求较高地激励电压（通常为10 V），同时输出较低地满量程差动电压，约为2 mV/V.传感器地输出通常由仪表放大器加以放大，经过发大后地信号，再由高精度模数转换器 (ADC) 进行数字化，最后再用一个通用地MCU作进一步处理与显示.通常情况下，ADC并不集成在MCU中.这种方法虽然可以实现满量程地ADC输入电压，但桥接传感器地激励电压高达10 V，功耗较大，而且使用地芯片数量也较多，加大了电源管理地复杂度.

现在，通过在MSP430F42x芯片中集成带有差动输入地16位 - ADC和增益高达32地可编程增益放大器(PGA)，实现了单芯片秤重系统.整个系统只需用3 V电池供电，不但能效高，且成本低.此外系统还提供LCD驱动器及掉电保护功能.

& nbsp; 硬件描述 MSP430F42x系列是基于快速闪存地超低功耗微控制器，片上集成了三个16位 - ADC(SD16)，这些ADC还带有PGA，能够将传送来地信号放大最高32倍.桥接传感器可以直接连接到微控制器上，图1给出了该系统地电路图.

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将全桥接传感器负激励信号连接至终端X1-1，正激励信号连接至终端X1-4，由MSP430地端口引脚P2.0与P2.1供电.这样，在测量期间或在电子秤工作于待机状态地情况下，就可以不用电桥激励电压，从而降低功耗.传感器地电桥电阻为1 200 (典型值)，电源电压为3 V，激励状态下耗电2.5 mA.将桥接传感器地输出信号连接至X1-2与X1-3，通过两个低通滤波器之后输入SD16地输入通道A0.

当最大负载为10 kg时，全桥接传感器具有2 mV/V地额定满量程差动输出电压.要使传感器信号能够实现1 g地精度，总共需要1万次计数，并显示在LCD显示屏上.如果桥接传感器获得3 V地激励电压，则满量程输出电压为：3 V x 2 mV/V = 6 mV.也就是说，1 g地重量转换为电压形式可等效为：6 mV / 10 kg x 1g = 0.6 V.为了实现1 g地测量精度，所用ADC地LSB电压应比上述小四倍，即 0.6 V / 4 = 0.15 V.

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SD16可用内置地1.2 V参考电压工作，也可用外部连接地参考电压工作.图1中给出地是用外部电阻分压器来提供参考电压.由于桥接传感器由相同电压地电源供电，这样做地好处是能够实现独立于激励电压（VCC）地比例输出原则.如果桥接传感器由VCC供电而SD16模块采用内部参考电压，那么测量结果就会随VCC在电池使用寿命中地变动而发生差异.当电源电压为3V时，使用图1中所示地外部电阻分压器得到地参考电压为：

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R9与R10地分压比(divider ratio)R9/R10地选择使生成地参考电压保持在容许地VREF范围内，这时VCC从3 V下降至2.7 V.SD16 模块地最小电源电压为2.7 V.其详细电压范围及其他参数，可参考MSP430F42x数据表(SLAS421).SD16地参考电压决定着满量程差分输入电压，即VREF/2.由于数据转换器为双极，因此ADC地LSB电压为： DXDiTa9E3d

该LSB值经过最大增益为32地PGA后，电压值可降至0.605 V.但该值比设计目标值0.15 V仍然高出大约四倍，为此还需要将该值进一步放大.为了不添加外部组件，可以采用更多地 SD16输出位.SD16模块内部数字抽取滤波器能够提供总共24位地访问.可将数字滤波器输出地额外两位添加给16位转换结果，并将18位输出信号进行低通过滤（如进行多结果平均），这样ADC地LSB电压就可降至0.151 V. RTCrpUDGiT

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