本設(shè)計以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)計了一款高精度電子秤，具備電路簡單、成本低、穩(wěn)定性好、操作方便的特點。

電子秤是集現(xiàn)代傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和計算機(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，比傳統(tǒng)的機(jī)械秤更符合法制計量 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HX710A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)計了一款高精度、低成本的便攜式電子秤。

1.系統(tǒng)設(shè)計及原理

當(dāng)被測物體放在秤盤上時，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HX710A將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為高精度的數(shù)字信號， 經(jīng)過單片機(jī)相應(yīng)處理后在LED上顯示當(dāng)前物體的重量。根 據(jù)實際需求系統(tǒng)配置了鍵盤、串口轉(zhuǎn)換及聲光報警等模塊， 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.硬件電路設(shè)計

器件選擇上必須滿足系統(tǒng)對精度的要求，本設(shè)計選用了 高靈敏度的稱重傳感器CL611和專為高精度電子秤設(shè)計的 A/D轉(zhuǎn)換芯片HX710A,同時在信號調(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)。考慮到設(shè)計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)計的24位A/D轉(zhuǎn)換芯片HX710A。由于 采用串行設(shè)計，只需2個I/O 口即可實現(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，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， 對應(yīng)的滿額度差分輸入信號幅值為±20mV。芯片內(nèi)集成時 鐘振蕩器和溫度傳感器，系統(tǒng)溫度可直接讀出用于溫度補(bǔ) 償。同時具備上電自動復(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

為滿足設(shè)計要求及電子秤行業(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.Sn],同時具備零位及滿度溫 度補(bǔ)償、長期穩(wěn)定性好，符合設(shè)計要求。

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中LOAD CELL處。

2.3單片機(jī)

為提高電子秤的便攜性，同時降低生產(chǎn)成本，本設(shè)計 采用了中穎SH79F165作為主控IMCU,它是一款高速高效 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行速 度,性能更優(yōu)越。內(nèi)建資源豐富：16KB Flash ROM,256B RAM, 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，512B EEPR0M則可用于保存設(shè)置、標(biāo) 定參數(shù)等。具備兩種低功耗工作模式，可有效提高電子秤的 待機(jī)時間，增強(qiáng)便攜性。

根據(jù)實際需求設(shè)計了電壓檢測、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，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個管腳即可控制2片TM1628實現(xiàn)主界面、客戶界面 的顯示及報警提示功能。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，GRID1~6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用于報警提示。

3.軟件設(shè)計

軟件開發(fā)平臺為KeiluVision4,采用C語言模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計，便于程序閱讀與調(diào)試，同時增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。 根據(jù)設(shè)計要求，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）、報警處理、電壓檢 測等模塊。程序流程如圖5所示。

主程序如下：

#include “allHeaderFi丨e.h” void main(void)

initSystem(); //初始化系統(tǒng) while(1)

{

readADC(); // 讀 AD 數(shù)據(jù) ledDisp丨ay(); //數(shù)據(jù)顯示

alertProcessO; // 報警處理 voltageCheckO; //電壓檢測及處理

}

4.系統(tǒng)測試

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，稱重0?2500g內(nèi)許可偏差±2.5g,測試結(jié)果見表1,表明該電子秤的各項性能指標(biāo)均優(yōu)于 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的三級秤要求，滿足設(shè)計要求。

5.結(jié)束語

本文以24位A/D轉(zhuǎn)換芯片HX710A和單片機(jī) SH79H65為核心，設(shè)計了一種高精度電子秤，完成了軟/ 硬件設(shè)計，具備成本低、穩(wěn)定性強(qiáng)、電路簡單、便攜性好等 優(yōu)點，在實際應(yīng)用中得到用戶的一致認(rèn)可。