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的方法。大多数桥接传感器都要求较高的激励电压(通常为10V)，同时输出较低的满量程差动电压，约为2mV川。传感器的输出通常由仪表放大器加以放大，经过发大后的信号，再由高精度模数转换器(AOC)进行数字化，最后再用一个通用的MCU作进一步处理与显示。通常情况下，AOC并不集成在MCO中。这种方法虽然可以实现满量程的AOC输入电压，但桥接传感器的激励电压高达10V，功耗较大，而且使用的芯片数量也较多，加大了电源管理的复杂度。
现在，通过在MSP430F42x芯片中集成带有差动输入的16位AOC和增益高达32的可编程增益放大器沪GA)，实现了单芯片秤重系统。整个系统只需用3V电池供电，不但能效高，且成本低。此外系统还提供LCO驱动器及掉电保护功能。
硬件描述
MSP430F42x系列是基于快速闪存的超低功耗微控制器，片上集成了三个16位吞XADC(SD16)，这些AOC还带有户GA，能够将传送来的信号放大最高32倍。桥接传感器可以直接连接到微控制器上，图1给出了该系统的电路图。
将全桥接传感器负激励信号连接至终端x1一1，正激励信号连接至终端x1一4，由MSP430的端口引脚户20与P2.1供电。这样，在测量期间或在电子秤工作于待机状态的情况下，就可以不用电桥激励电压，从而降低功耗。传感器的电桥电阻为12印O(典型澎，电源电压为3V，激励状态下耗
电2511俏。将桥接传感器的输出信号连接至x1一与x1一3，通过两个低通滤波器之后输入50侣的输入通道A0。当最大负载为10kg时，全桥接传感器具有2mV闪的额定满量程差动输出电压。要使传感器信号能够实现19的精度，总共需要1万次计数，并显示在LCO显示屏上。如果桥接传感器获得3V的激励电压，则满量程输出电压为:3Vx2mVN=6mV。也就是说，19的重量转换为电压形式可等效为:6mV/10kgxlg=0.6pV。为了实现，g的测量精度，所用AOC的LSB电压应比上述小四倍，即0.6pV/4=0.15pV。
SD16可用内置的1.2V参考电压工作，也可用外部连接的参考电压工作。图，中给出的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的电源供电，这样做的好处是能够实现独立于激励电压(Vcc)的比例输出原则。如果桥接传感器由Vcc供电而5016模块采用内部参考电压，那么测量结果就会随V比在电池使用寿命中的变动而发生差异。当电源电压为3V时，使用图1中所示的外部电阻分压器得到的参考电压为：
数码LCD一SBLCDA4。电阻器RS、R7与RS提供了LCO驱动器模块所用的电压阶梯。采用32k日z的晶振作为系统时钟参考，用于驱动LCO并在应用工作过程中周期性地从低功耗模式唤醒。此外，系统还为电子秤操作提供了连接至Pl.0的按钮(SWl)。
软件描述
MSP430F427单芯片秤重软件有C语言(F42x--Wigh_Seole.e)与汇编语言(F42x--叭18igh_Sea!e.s43)两种版本。两种源代码功能相同，但汇编语言版本更小。上电复位时，MSp430首先进行外设初始化，包括禁用看门狗定时器，配置LFxTI振荡器负载电容用于外部晶振，初始化LCO控制器、基本定时器及5016转换器模块。5016的0通道经过配置，采用双输入通道(chonnelpoir)AO，并用5016模块内部PGA放大信号达32倍增益。转换器由SMQJ<计时，频率为1048567日z，并启用连续转换模式。关于5016操作的详细信息可参考MSp43Ox4xx系列用户指南(SLAO056)。图2为软件主流程图。
在源代码中，将两个32位字C。!Min与CO!Mox分配到MSP430闪存段A以便保存校验数据。上电后，软件检查上述常量是否具备有效值。如果两个位置都包含相同的值(如设备编程后的ox州时fff)，校验模式则被激活，否则进入测量模式。变量ProgromMOde用于跟踪当前程序状态(测量模式、校验模式、断电模式)并作出相应设置。
随后，MSp43O进入低功耗模式LPMO，启用中断。LPMO作为SMCLK驱动5016，在应用有效运行且采集AOC数据时不得关闭。此后，整个程序流程由中断驱动，共启用三个中断源。基本计时器!SR每0.5秒执行一次，主要用于触发测量进程的启动(见图3)，端口1ISR用于处理按钮事件，每次阁O转换后，调用SD16ISR来处理结果(见图4)。
在校验模式中可获得两个数据点。变量CalMin用于存储A八〕结果，其显示值等于09，而CalMax存储的周结果显示值为10《X叉)g。CAI-Lo或CAI-HI显示出的数据用来说明哪个校验数据点正被处理。按下按钮SWI后，当前5016的转换结果被读取并存储到临时变量中。校验结束后，系统内的自动编程将这两个数据点编入NFOA快闪信息存储器段，这时软件进入测量模式。
至此，SD16转换进程每0.5秒启动一次，由基本定时器ISR定时。转换中，桥接传感器上电，OCO启用。这时MSP43O在LPMO模式下运行。为了实现所需的精度，软件采用低通滤波器，采集多个18位周O转换结果，并进行累加。每次转换后，SD16ISR按照SD16采样率(4kHz)执行。在采集实际数据前，反变量Vo!togesettlectr逐渐减小为0，这就使电压能在桥接传感器上电后12毫秒内达到稳定。5016ISR采集了256个结果之后，用累加和除以256，得到最后的18位结果。上述过程也可形容为采样数据由256到1的抽选。包括电压稳定时间在内，5016模块每住5秒钟运行约75毫秒。
随后，将该18位的计算结果与此前的值进行比较。仅当值变化时才计算新的显示值并更新显示。这就能够避免不必要的32位整数乘法及除法。
只要按下按钮9四1会立即使转换失效，关闭匡习显示屏并进入曰们模式。在这种模式下，应用电路吸收的电流不到，泌，而望卜比的振荡器仍然运行。如果需要的话，也可进入任如协模式来进一步阳氏电流消耗。再次按下按钮9四1，应用便恢复正常的工作。在这种模式下，田芍模块每QS秒钟约运行75毫秒，得出新的计算结果后，显示屏也随之更新。
在此期间，阴护《刃消耗的电流约lmA。桥接传感器的激励及参考「刊玉的生成在此期间还需要3n叭的额外电流。在测量间隙内，斌护闷加消耗电流约3泌，其中包括了匡刀驱动器用于显示计算结果的电流。因此，总的平均应用电流消耗量在正常工作期间为仪幻泌。若想在任伺时间内重新进入校验模式，只需按下按钮SWI至少5秒钟即可实现。
