隨著電子技術(shù)的進(jìn)步,傳統(tǒng)的家用桿式秤和彈簧秤己被琳瑰滿目的電子秤所取代,但是,市面上的電子秤普遍存在精度不夠 高、不夠?qū)嵱茫](méi)有考慮到有視力障礙人士或者聽(tīng)力障礙人士需求）等缺點(diǎn)。針對(duì)上述情況,基于ADI公司生產(chǎn)的自帶雙24位 ADC的控制器芯片ADuC7061設(shè)計(jì)了一種帶有語(yǔ)音功能和LED數(shù)碼管顯示功能的家用小量程(0 -20kg)電子秤。

0.引言

在日常生活中，家家戶戶都離不開(kāi)秤，過(guò)去我們 用的是桿秤、彈簧秤稱。但是,這些稱大都笨重、操作 繁瑣，而且也不太精確。現(xiàn)在，隨著電子技術(shù)的發(fā)展, 過(guò)去很稀奇的電子秤現(xiàn)在逐漸走人了尋常百姓家，而 且越來(lái)越普及。針對(duì)這種潮流，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出了一款能 滿足日常應(yīng)用的精度較高、使用方便的電子秤，而且由 于該電子秤使用了亮度較高的LED數(shù)碼管和語(yǔ)音報(bào)重 芯片，特別適合家里有視力或聽(tīng)力障礙人士使用。

1.系統(tǒng)組成及原理

本電子秤系統(tǒng)如圖1所示，是由供電模塊、稱重 傳感器、主控芯片、鍵盤(pán)模塊、數(shù)碼顯示模塊和語(yǔ)音模 塊組成。其基本工作過(guò)程如下:稱重傳感器將物體重 量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸人主控芯片的ADC模塊,經(jīng)主控 芯片處理后進(jìn)行顯示和語(yǔ)音報(bào)重，通過(guò)四個(gè)按鍵進(jìn)行 系統(tǒng)的開(kāi)/關(guān)、復(fù)位、去皮和語(yǔ)音開(kāi)/關(guān)控制。

2.各模塊選擇及使用

2.1 主控芯片ADuC7061

由ADI公司近期推出的處理器芯片ADuC7061 是一款完全集成的8 kSPS、24位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在單 芯片內(nèi)集成高性能多信道2 - A模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、 32位ARM7TDMI MCU和Flash/EE存儲(chǔ)器，它由內(nèi) 置兩個(gè)差分對(duì)或四個(gè)單端通道的主ADC和內(nèi)置七個(gè) 通道的輔助ADC組成，可以工作在單端模式或差分 輸入。主ADC是一個(gè)24位4通道ADC。輔助ADC 是一個(gè)24位S - A ADC,最髙可支持7個(gè)單端輸人 通道。主ADC輸人級(jí)有一個(gè)多路復(fù)用器和一個(gè)可編 程增益放大器。位于主通道上的多路復(fù)用器可配置 成兩個(gè)全差分輸入通道或者四個(gè)單端輸人通道。輔 助ADC輸人級(jí)內(nèi)置了一個(gè)緩沖器。這兩個(gè)ADC都 具備數(shù)字濾波功能，可以在相當(dāng)寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)測(cè)量 低頻信號(hào)，例如那些在壓力傳感器、溫度傳感器、電子 秤或者應(yīng)變計(jì)應(yīng)用中產(chǎn)生的信號(hào)。ADuC7061的輔 助ADC可配置成四個(gè)全差分輸入通道或者七個(gè)單端 輸人通道。由于具有內(nèi)部緩沖器，內(nèi)部通道可以直接 轉(zhuǎn)換從傳感器傳來(lái)的信號(hào)，而無(wú)需外接信號(hào)調(diào)理模 塊。在本設(shè)計(jì)中’稱重傳感器信號(hào)從主ADC輸入 級(jí)輸入，并且將主ADC配置為差分輸人模式。如圖 2所示。

2.2稱重傳感器

稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電 磁力式、電容式、磁極變形式、振動(dòng)式、陀螺儀式、電阻 應(yīng)變式等8類，以電阻應(yīng)變式使用最廣。本設(shè)計(jì)所 采用的就是國(guó)產(chǎn)四線HL-8型電阻應(yīng)變片式傳感 器，其物理結(jié)構(gòu)為懸臂梁式,量程為0 - 20kg，精確度 等級(jí)為C3級(jí)，即該傳感器分度為3000，完全達(dá)到了 國(guó)際法制計(jì)量組織關(guān)于中準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)——商業(yè)衡 器標(biāo)準(zhǔn)。該傳感器激勵(lì)電壓為5-12V,稱重傳感器 電路如上圖2所示。兩個(gè)電源端接5V電源，兩個(gè)信 號(hào)端接主控芯片ADC的兩個(gè)差分輸入端。

ADuC7061內(nèi)置ADC的參考電壓采用芯片默認(rèn) 1.2V電壓,不再外接電源。

2.3顯示模塊

由于ADuC7061芯片1/0(輸人輸出接口）口較少， 所以本設(shè)計(jì)使用主控芯片的SPI接口對(duì)I/O U進(jìn)行擴(kuò) 展，進(jìn)行主控芯片與顯示模塊之間的數(shù)據(jù)和控制信號(hào) 通信。

ADuC7061片內(nèi)集成了一個(gè)完整的硬件串行外 設(shè)接口（ SPI)。SPI是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)同步串行接n， 允許同時(shí)雙向傳輸8位數(shù)據(jù)（即全雙工），最大比特 率可達(dá)5. 12 Mbpsw。該SPI端口可配置為主機(jī)或從 機(jī)操作，一般由4個(gè)引腳組成:MIS0、M0SI、SCLK和SS。

該顯示模塊是由ADuC7061的GPI0模塊、 74HC595芯片和四個(gè)LED共陽(yáng)數(shù)碼管組成。本設(shè)計(jì) 將ADuC7061配置為主機(jī)，通過(guò)SPI接口輸出八位段 選碼，通過(guò)8位串轉(zhuǎn)并移位寄存器芯片74HC595,控 制四個(gè)數(shù)碼管的段選，GPI0模塊的四個(gè)I/O 口提供 位選W ,該模塊電路如圖3所示。

2.4語(yǔ)音模塊

本設(shè)計(jì)所用語(yǔ)音模塊是由國(guó)產(chǎn)電子秤語(yǔ)音芯片 SC1010、三極管和喇叭組成。ADUC7061的三個(gè)I/O 口分別接芯片的RST端、CNT端和BUSY端，用來(lái)控 制語(yǔ)音芯片的復(fù)位、報(bào)重和檢測(cè)芯片是否正常工作。 SC1010有兩種輸出方式,一種是PWM(脈寬調(diào)制）輸 出，一種是DAC (數(shù)模轉(zhuǎn)換)輸出，本設(shè)計(jì)采用的是第 一種PWM輸出方式，輸出經(jīng)三極管放大驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā) 聲。該語(yǔ)音模塊電路連接圖如圖4所示。

2.5 .電源模塊

由于本設(shè)計(jì)中所涉及到的電源電壓不統(tǒng)一,其中 傳感器要求5 -12V,主控芯片電源電壓需要2.5V, 顯示模塊中74HC595需要2.0 -5. 5V，語(yǔ)音模塊中 SC1010芯片要求2.4 - 3. 6V,所以經(jīng)綜合考慮，決定 使用5V開(kāi)關(guān)電源為稱重傳感器和電源芯片 ADP3333ARM-2. 5供電，電源芯片為主控芯片、顯 示模塊和語(yǔ)音模塊供電。電源模塊如圖6所示。

電源芯片ADP3333ARM -2. 5是ADI公司推出 的一款LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器）電源芯片,該電源 芯片可以接受2. 6 -12V的輸入電壓，輸出電流為 300mA,輸出電壓為2. 5VW，正好可以滿足設(shè)計(jì) 需求。

2.6鍵盤(pán)模塊

由于本設(shè)計(jì)所用所需按鍵較少，只有電源開(kāi)關(guān)、 靜音、去皮和復(fù)位四個(gè)按鍵，而且電源開(kāi)關(guān)和靜音可 以直接硬件控制，只需占用兩個(gè)主控芯片的i/o 口， 所以可以不用外擴(kuò)I/O 口，直接使用主控芯片I/o 口 來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路圖，本系統(tǒng)軟件采用C 語(yǔ)言編程，按模塊化進(jìn)行設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)軟件主要由主 程序、模數(shù)轉(zhuǎn)化子程序、SPI通信子程序、語(yǔ)音報(bào)價(jià)子 程序、去皮子程序、按鍵處理子程序等子程序組成。 程序設(shè)計(jì)有如下特點(diǎn):

1）定義變量盡量使用符號(hào)型的變量，并使用大 量的嵌套和調(diào)用,最大限度減少程序代碼；

2）采用模塊化編程，主程序和功能模塊程序分 開(kāi)放置；

3）大量采用宏定義和位變量聲明，修改方妃 本系統(tǒng)程序由主程序和若干子程序組成.隈于篇幅,子程序在此從略，主程序流程圖如圖7所示。

4.結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)由于采用了具有內(nèi)部集成ADC的主控芯 片ADuC7061，省去了外部AD轉(zhuǎn)換電路和調(diào)理電路， 所以具有較高的抗干擾性和穩(wěn)定性。另外，由于采用 了專用的電子秤語(yǔ)音芯片SC1010,大大簡(jiǎn)化了電路, 提高了穩(wěn)定性,而且降低了成本。經(jīng)論證,本設(shè)計(jì)基 本能滿足預(yù)期要求，具有精度較高、讀數(shù)直觀和使用 方便等優(yōu)點(diǎn)。