本設(shè)計(jì)以24位A/D轉(zhuǎn)換芯片HX710A和單片機(jī)SH79F165為核心，結(jié)合壓力傳感器、串行LED控制模塊TM1628等設(shè)計(jì)了一款高精度多功能數(shù)字電子秤。本文詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件電路組成以及軟件的開發(fā)流程。本設(shè)計(jì)集單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和數(shù)字顯示技術(shù)等于一體，在一體化教學(xué)過程中作為一個(gè)獨(dú)立的實(shí)訓(xùn)任務(wù)，取得了良好的教學(xué)效果。

稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視，作為一種計(jì)量手段，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、 科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個(gè)領(lǐng)域，與人民的生活緊密相連。電子秤是集現(xiàn)代傳 感器技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的電子稱量裝置，具有稱量快速、顯示 直觀、精度高、操作簡單、多功能等優(yōu)點(diǎn)，比傳統(tǒng)的機(jī)械秤更符合法制計(jì)量管理 和工業(yè)生產(chǎn)過程控制的要求。本文以24位A/D轉(zhuǎn)換芯片HX710和中穎單片機(jī) SH79F165為核心，結(jié)合電阻應(yīng)變式壓力傳感器設(shè)計(jì)了一款高精度電子稱，完成 了軟/硬件設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮單片機(jī)的強(qiáng)大的控制能力，通過稱重傳感器和24位的 HX710A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了對重量的高精度測量，此設(shè)計(jì)集微處理技術(shù)、傳感器技術(shù) 和數(shù)字顯示技術(shù)等于一體，具備成本低、穩(wěn)定性強(qiáng)、電路簡單、便攜性好等優(yōu)點(diǎn)， 并且稍加擴(kuò)展，能夠具有更廣泛的推廣和應(yīng)用價(jià)值，在實(shí)際應(yīng)用中得到了滿意的 效果以及用戶的一致好評。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)及原理

當(dāng)被測物體放置在秤盤上時(shí)，在重力作用下將壓力傳送給稱重傳感器，該傳 感器的橋式電阻因受力而發(fā)生形變，其阻值隨之發(fā)生變化，導(dǎo)致電橋失衡輸出信 號，經(jīng)過信號調(diào)理電路形成穩(wěn)定的、與質(zhì)量成比例的差分電壓信號，通過A/D 轉(zhuǎn)換器HX710將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為高精度的數(shù)字信號，數(shù)字信號再送到微處 理器的CPU經(jīng)過相應(yīng)處理后在LED上顯示當(dāng)前物體的重量。根據(jù)實(shí)際需求系統(tǒng) 配置了鍵盤、串口轉(zhuǎn)換及聲光報(bào)警等模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.硬件電路設(shè)計(jì)

器件選擇上必須滿足系統(tǒng)對精度的要求，本設(shè)計(jì)選用了高靈敏度的稱重傳感 器CL611和專為高精度電子秤設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換芯片HX710A，同時(shí)在信號調(diào)理電 路中增強(qiáng)抗干擾功能，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.1高精度A/D轉(zhuǎn)換

本文設(shè)計(jì)的電子秤內(nèi)分度為1g，最大稱重為15kg，分度數(shù)為15000，因此 A/D轉(zhuǎn)換芯片的位數(shù)至少為14 (214=16384>15000)?？紤]到設(shè)計(jì)精度要求及噪 聲等因素的影響，一般要求A/D轉(zhuǎn)換精度為設(shè)計(jì)要求的10倍以上，所以A/D轉(zhuǎn) 換器至少為 18 位（218=262144>15000X10)。

本設(shè)計(jì)采用了一款具有海芯科技集成電路專利技術(shù)，專為高精度電子秤設(shè)計(jì) 的24位A/D轉(zhuǎn)換芯片HX710A。由于采用串行設(shè)計(jì)，只需2個(gè)I/O 口即可實(shí)現(xiàn)所 有控制功能。與同類型的芯片相比，該芯片具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾 性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，保障系統(tǒng)的可靠性。

輸入低噪聲放大器的增益為128，當(dāng)參考電壓為5V時(shí)，對應(yīng)的滿額度差分 輸入信號幅值為±20mV。芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接器件。芯片內(nèi)集成 數(shù)字溫度傳感器可直接讀出系統(tǒng)溫度用于溫度補(bǔ)償。同時(shí)具備上電自動復(fù)位功 能，簡化了初始化過程。

在傳感器輸出信號與A/D轉(zhuǎn)換之間增加濾波電路，提高系統(tǒng)抗干擾能力。單 片機(jī)P2.2管腳為A/D發(fā)送數(shù)據(jù)提供時(shí)鐘信號，轉(zhuǎn)換后的串行數(shù)據(jù)通過P1.5管腳 傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，電路如圖2所示。

2.2稱重傳感器

稱重傳感器在電子秤中占有十分重要的位置，被喻為電子秤的心臟部件，它 的性能好壞很大程度上決定了電子秤的精確度和穩(wěn)定性。通常稱重傳感器產(chǎn)生的 誤差約占電子秤整機(jī)誤差的50%~70%。若在環(huán)境惡劣的條件下（如高低溫、濕熱）， 傳感器所占的誤差比例就更大，因此，在設(shè)計(jì)電子秤時(shí)，正確地選用稱重傳感 器非常重要。電子秤采用的電阻應(yīng)變式稱重傳感器將4個(gè)電阻應(yīng)變片粘貼在彈 性敏感元件上，然后以適當(dāng)方式組成惠斯登電橋。當(dāng)稱重傳感器不承受載荷時(shí)， 彈性敏感元件不產(chǎn)生應(yīng)變，粘貼在其上的應(yīng)變片不發(fā)生變形，應(yīng)變片的電阻不變， 電橋平衡，輸出電壓為零；反之，當(dāng)被測載荷加載在電子秤秤體上時(shí)，稱重傳感 器承受載荷，應(yīng)變片電阻改變，電橋失去平衡，傳感器輸出與被測載荷重量成比 例的電壓信號.

為滿足設(shè)計(jì)要求及電子秤行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，稱重傳感器選用深圳爾達(dá)盛傳感科技公 司專為電子秤或工業(yè)過程測力控制而設(shè)計(jì)的CL611，該傳感器額定載荷為2? 15kg，靈敏度1.0±10%(mV/V)，非線性、滯后及重復(fù)度均為0.05%F.S，零點(diǎn)溫 度影響0.2%F.S/10°C，靈敏度溫度影響0.3%F.S/10°C，安全過載范圍150%F.S， 同時(shí)具備零位及滿度溫度補(bǔ)償、長期穩(wěn)定性好，符合設(shè)計(jì)要求。

該傳感器的激勵電壓為5?10VDC，為滿足A/D轉(zhuǎn)換精度的要求，傳感器電 源使用系統(tǒng)統(tǒng)一電壓VCC，輸出信號直接接到信號調(diào)理電路，如圖2 LOAD CELL 處。

2.3單片機(jī)

為提高電子秤的便攜性，同時(shí)降低生產(chǎn)成本，本設(shè)計(jì)采用了中穎SH79F165 作為主控M⑶，SH79F165內(nèi)建20位2-A模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、低噪聲可編程增益 放大器(PGA)適合小信號采集應(yīng)用。由于SH79F165內(nèi)建資源豐富，既能節(jié)省高效率8051兼容單片機(jī)，28針貼片封裝，占用空間小，在同樣振蕩頻率下，比 傳統(tǒng)8051系列芯片具有更快的運(yùn)行速度，性能更優(yōu)越。SH79F165保留了標(biāo)準(zhǔn) 8051芯片的大部分特性。內(nèi)建資源豐富：16kB Flash R0M，256BRAM，20位A/D (可用于電壓檢測），無需額外擴(kuò)展即可滿足復(fù)雜程序設(shè)計(jì)，512BEEPROM則可 用于保存設(shè)置、標(biāo)定參數(shù)等。具備兩種低低功耗省電模式：空閑模式和掉電模式， 可有效提高電子秤的待機(jī)時(shí)間，增強(qiáng)便攜性.

根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)了電壓檢測、按鍵、程序下載接口、充電控制等功能，主 控電路如圖3所示。

2.4 LED顯示

為簡化電路設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)顯示采用深圳天微的串行LED驅(qū)動芯片TM1628。該 芯片支持多種顯示模式（10段X7位?13段X4位），8級亮度調(diào)節(jié)，串行接口 控制，只需4個(gè)管腳即可控制2片TM1628實(shí)現(xiàn)主界面、客戶界面的顯示及報(bào)警 提示功能。該芯片具有很強(qiáng)的可編程性，控制靈活，電路設(shè)計(jì)簡單，主界面控制 電路如圖4所示，圖中SEG1~8用于七段數(shù)碼管顯示，GRID廣6用于6位數(shù)字顯 示，GRID7及SEG2?7用于電壓強(qiáng)度顯示，SEG9/10及GRID5?7用于報(bào)警提示。

3.軟件設(shè)計(jì)

軟件開發(fā)平臺為Keil uVision4，Keil uVision是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)軟件 中最優(yōu)秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的MCS51架構(gòu)的芯片，甚至ARM，它 集編輯，編譯，仿真等于一體，它的界面和常用的微軟VC++的界面相似，界面 友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。為了便于程序 調(diào)試和增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，程序設(shè)計(jì)采用自上而下、模塊化、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方 法，把總的編程過程逐步細(xì)分，分解成一個(gè)個(gè)功能模塊，每個(gè)功能模塊相互獨(dú)立， 每個(gè)模塊都能完成一個(gè)明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體的功能。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，程序 分為初始化、A/D轉(zhuǎn)換、LED顯示、按鍵中斷處理（標(biāo)定/清零/參數(shù)設(shè)置）、報(bào) 警處理、電壓檢測等模塊。系統(tǒng)程序固化在SH79F165內(nèi)部的flash存儲器中， 分為主程序和若干子程序。主程序的功能是系統(tǒng)初始化，管理和調(diào)用各個(gè)子程序。 本設(shè)計(jì)的程序流程如圖5所示。

主程序如下：

#include "allHeaderFile.h" void main(void)

{

//初始化系統(tǒng)

initSystem(); while⑴

{

//讀AD數(shù)據(jù) //數(shù)據(jù)顯示 //報(bào)警處理 //電壓檢測及處理

}

}

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)JJG555-1996《非自動秤通用檢定規(guī)程》和JJG-97《數(shù)字指示 秤檢定規(guī)程》要求，使用M1級砝碼對本系統(tǒng)進(jìn)行測試。15kg電子秤III級要求， 檢定分度值e=5g時(shí)，稱重0?2500g內(nèi)許可偏差±2.5g，2500?10000g內(nèi)許可 偏差為±5g，2000e?Max內(nèi)許可偏差為±7.5g。

測試結(jié)果見表1，表明該電子秤的各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的三級 秤要求，滿足設(shè)計(jì)要求。

5.高精度電子稱設(shè)計(jì)的教學(xué)課題應(yīng)用

結(jié)合我校情況和學(xué)生的實(shí)際情況，在一體化教學(xué)中編寫了高精度電子稱設(shè)計(jì) 的課題工作頁，結(jié)合學(xué)生掌握的程度設(shè)定了獨(dú)立的實(shí)訓(xùn)任務(wù)，將實(shí)訓(xùn)要求、內(nèi)容、 學(xué)生的職業(yè)能力、綜合能力融為一體。將要求具體化、詳細(xì)化，力爭通過實(shí)訓(xùn)提 高學(xué)生的綜合能力。

高精度電子稱設(shè)計(jì)適用于小組訓(xùn)練，通過此實(shí)訓(xùn)任務(wù)，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)訓(xùn)項(xiàng) 目的要求組合成相應(yīng)的電路，熟練掌握單片機(jī)編程技術(shù)，傳感器技術(shù)、數(shù)字顯示 技術(shù)、電氣控制線路的設(shè)計(jì)，接線工藝等相關(guān)知識。本實(shí)訓(xùn)任務(wù)將電子技術(shù)的原 理實(shí)際運(yùn)用到日常生活，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了良好的教學(xué)效果。