电子秤设计电路图（一）

数显电孓秤电路原理如图所示其主要部分为电阻应变式传感器R1及IC2、IC3组成的测量放大电路，和IC1及外围元件组成的数显面板表传感器R1采用E350~ZAA箔式电阻应变片，其常态阻值为350O测量电路将R1产生的电阻应变量转换成电压信号输出。IC3将经转换后的弱电压信号进行放大作为A／D转换器的模拟電压输入。IC4提供l、22V基准电压它同时经R5、R6及RP2分压后作为A/D转换器的参考电压。3-1/2位A/D转换器ICL7126的参考电压输人正端，由RP2中间触头引入负端则由RP3嘚中间触头引入。两端参考电压可对传感器非线性误差进行适量补偿

2、传感器RI选用E350－ZAA箔式电阻应变片，其常态阻值为350O

3、各电阻元件宜選用精密金属膜电阻。

4、RPI选用精密多圈电位器RP2、RP3经调试后可分别用精密金属膜电阻代替。

5、电容中C1选用云母电容或瓷介电容

该数显电孓秤外形可参考图中形式。其中形变钢件可用普通钢锯条制作其方法是：首先将锯齿打磨平整，再将锯条加热至微红趁热加工成“U”形，并在对应位置钻孔以便以后安装。然后再将其加热至呈橙红色（得七八百摄氏度）迅速放人冷水中淬火，以提高硬度和强度最後进行表面处理工艺。秤钩可用强力胶粘接于钢件底部应变片则用专用应变胶粘剂粘接于钢件变形最大的部位（内侧正中）。这时其受仂变化与阻值变化刚好相反拎环应用活动链条与秤体连接，以便使用时秤体能自由下垂同时拎环还应与秤钩在同一垂线上。

在调试过程中应准备1千克及2千克标准砝码各一，其过程如下：

1、首先在秤体自然下垂已无负载时调整RP1使显示器准确显示零。

2、再调整RP2使秤体承担满量程重量（本电路选满量程为2千克）时显示满量程值。

3、然后在秤钩下悬挂1千克的标准砝码观察显示器是否显示1、000，如有偏差鈳调整RP3值，使之准确显示1、000

4、重新进行2、3步骤，使之均满足要求为止

5、最后准确测量RP2、RP3电阻值，并用固定精密电阻予以代替

RP1可引出表外调整。测量前先调整RP1使显示器回零。

电子秤设计电路图（二）

该电子秤电路如图所示主集成城MC14433为A/D转换集成块，4511为LED显示驱动集成块1413為位选片子1403提供主集成电路一稳定比较电压，7650为斩波稳零单片集成运算放大器放大传感器输出的电压信号。传感器用BLR型拉压式传感器图中RA、RB、RC、RD为传感器中应变电阻。稳压电路7805向整个电路提供5V电压7805的输人电压在8－15V时正常工作。也可用交流220V降压、整流、滤波后提供給仪器使用。

由于仪器用于精度较高场合因此14433、1403、7650外围的阻容元件，应选用低温度系数、热稳定性好的电阻应选用RJ金属膜电阻。7650两支1k嘚电阻差值和RE、RF两电阻的差值应小于l％否则秤装完后有可能调零时调不到零点。RE、RF阻值的取值范围为几十k到几百k之间视所选用的传感器大小而定。传感器量程小如200kg，阻值就选小一些量程大，如2000kg阻值就选大一些。如要用小数点表示小数点电阻接V＋，用小于200kg量程的傳感器时接右边数第一位前小数点，传感器量程在200ks至2000kg之间时小数点全不亮，最小分辨率为1kg

电子秤设计电路图（三）

该电路是一个电孓秤系统，它使用AD7190超低噪声，与内部PGA的24位Σ-Δ型ADC在AD7190简化了电子秤的设计，因为该系统的大部分组成部分包括在芯片上。

在AD7190保持了完整的输出数据率范围从4.7赫兹的良好表现至4.8千赫，这使得它能够被用来在权衡在更高的速度随着经营规模的低速称重系统，如图

电子秤設计电路图（四）

这个电路使用一个电位计作为重量的传感元件一个物体放在称的上面，是电位计的滑臂产生位移这个位移正比于物體的重量。然后这个位移电压转变为数字信息再编码，最后用数字电压表显示出来

电子秤设计电路图（五）

该文介绍的电子秤，其基夲原理与普通的弹簧秤相似即弹簧的应变正比于物体的重量。但是它与普通弹簧秤结构不同，测量指示采用电子线路电子秤的电原悝图如图所示，它由电阻PR1、RP2、R1、R2组成测量桥在桥的对角线上经电阻RP3接指示微安表PA1；．测量桥的电源由参数稳压器Dw、VT1稳定。滑动式线性可變电阻器RP2作为物体重量弹性应变的传感器物体的重量不同，弹簧压缩应变的程度个同通过机械联动，带动电位器RP2滑动测量桥中的RP2阻徝变化，电桥不平衡程度不同指针式电表指示的数值也不问。无负荷重量时滑动电阻器在测量桥中引入的阻值最大；满测程（最大可測重量）时，RP2引入的阻值最小指示达满刻度。

电子秤的机械部分如图所示在金属基板1上固定一个导向支柱2，在支柱上套上社套3衬套支承弹簧7，而在弹簧上罩上压套5在压套上再套上一个护筒4，在护筒上放置带底座的塑料容器盘6测量桥中的滑动电阻器8（RP2）用弯角9固定茬底座1上，RP2的滑动臂伸入可移动的护筒孔内结构的高度与弹簧的刚性及选用的滑动电阻器有关，弹簧的选取原则是：在最大测量物体重量时弹簧的压缩相对于滑动电阻器RP2滑臂行程长度的50－6d％左右。为了在测重时自动接通电源在底板上固定一个用电磁继电器弹簧片改制嘚接触片10，与护简之间的距离为0．5－lmm

电子秤的电子线路部分，除滑动电位器RP莉和指示电表PAl外安装在图中所示的印制线路板上。

电子秤設计电路图（六）

用单片机技术制作的智能电子秤电路板组件与称重传感器配合即可进行物体的称量现将本款称重传感器的技术参数及智能电子秤电路板组件介绍如下。

下图电路中传感器放大电路选用了CMOS四运放LMC660AIM，具有极低的输入偏置电流（典型值为2fA）和高达126dB的电压增益、单电源供电很适合作为称重传感器的放大电路。本电路只使用了四运放中的一只即IC1A其他三只运放为防止干扰将其接成电压跟随器形式，并将其同相输入端接地

显示模块也可由常用的数字电路CD4094构成，电路如下图所示

IC1A接成差动输入形式对称重传感器桥路输出的信号进荇放大，R2为运放的反馈电阻、决定着该级放大器的电压增益Cl、C2、C3、C4均为滤波电容，Cl、C2可以滤除传感器输出信号中的高频干扰C3、C4滤除传感器供电电源中的干扰。本电路中A/D转换部分由于对速度要求不高同时为降低成本，选用了压频转换集成电路LM331它具有外围电路简单，线形度好的优点在0-5V输入时其输出对应频率为0-l0kHz。

单片机的TO口在计数器模式下以1秒为时间段计数LM331的输出脉冲计数结果便为该次A/D转换的值。单爿机选用ATMEL公司的89C2051其内部程序空间为2K能满足智能电子称的编程要求。显示部分采用了四位串行显示模块它由专用的集成电路推动四位数碼管，有三个输入接口即CLOCK-时钟信号．DATE-数据信号，ON/OFF-显示禁止信号数据在时钟上升沿送人显示缓存，显示禁止信号高电平有效

1．称量范圍：0-3000g·显示精度：lg最大称量误差：±3g

2．零点自动校准功能：电子秤在长期使用后如发现有零点偏移现象，按“置零”键程序自动完成零點校准运算并将新零点存人EEPROM中，同时数码管显示“----”、表示校准过程完成

3．斜率自动校准功能：电子秤长期使用后发现称量不准时，将┅标准重量为2500g的物体放入托盘中按“校准”键，程序自动完成斜率的校准运算并将新斜率存人EEPROM中同时数码管显示“----”，表示校准过程唍成4．按键开关机功能：正常称量状态下按动“开关”键一秒后电子秤进入关机状态（关掉耗电较大的数码管显示部分，对电池供电较為实用）关机状态下，按动“开关”键一秒后电子秤即可进入正常称量状态。

• 　　包装机系统可用于粉末东颗粒物料(如水泥、化肥、粮食等)的定时包装,自动化程度、计量精度要求越来越高针对用户的要求,本系统设计了一种基于PIC16F877单片机控制的电子秤水泥包装机控制系统。　　控制系统包括调零、调满、设定粗细流阈值、插袋、喂料、压袋、推包、破袋处理等控制功能另外,对检测嘚质量进行数码显示,对状态采用LED指示。同时还完成了与上位机的通信,可以实时观测质量变化及控制状态的情况,并在硬件和软件上分别采用叻抗干扰措施和系统保护措施本系统硬件结构简单,运行稳定可靠,软硬兼备,具有完善的控制功能和抗干扰能力。　　1 控制器工作原理　　電子秤是包装机的一个独立的控制部件,安装在包装机电控箱内,从包装箱观察窗可以看到电子秤的质量显示和状态LED指示其控制系统由检测電路、控制电路、设定显示电路及与上位机的通信电路等几部分组成。控制器原理框图如图1所示　　系统经过调零调满后,发出插袋信号。当检测到包准备好信号时开始喂料,此时粗细阈一起打开,CPU根据由荷重传感器检测的质量信号,与由按键设定输入的粗细阈流值进行比较判断,先后控制关闭粗细阈再由检测的推包位置到和皮带脉冲到信号,发出推包控制信号。另外,阈值设定和与上位机的通信在软件中通过中断来控制实现物料的质量由数码管实时显示。　　2 硬件电路设计　　根据系统的控制功能,并结合包装机机械构件的工作原理,在软件设计过程Φ,应力求硬件结构简单,控制可靠软硬协调,相得益彰。以下将对控制系统的CPU选择及检测部分、控制部分、显示与阈值设定部分及串行通信蔀分的设计进行介绍　　2.1 CPU的选择　　用户要求包装质量精度比较高,即要求水漏质量的测量具有很高的精度,这就要求系统的A/D转换精度比较高。另外,在喂料过程中采用粗流细流两种方式,CPU 需对粗流细流阈的设定值有掉电保护作用美国Microship公司的PIC16F877单片机能满足系统的这些要求。PIC16F877内含10位的 A/D转换器,价格便宜,外围接口电路简单,转换精度高,对本系统而言控制精度可达0.05kg这带有256字节的电何擦写的EEPROM存储器。每次工作粗流细流阈值嘚设定值可以从EEPROM中读出以前写入的设定值,或重新按键设定并写入EEPROM以备下次使用另外PIC16F877有8K× 14bit的FLASH存储器,386×8bit的数据SRAM及同步串行模块。充足的资源鈳供以后开发改进看门狗可以对软件运行出错提供保护功能。 RISC(精简指令集计算机)指令易学易用　　2.2 检测电路　　检测部分主要介绍模擬输入电路和状态检测电路两部分,电路如图2所示。　　CPU的RA0、RA1、RA5为内部A/D转换器的输入,分别外接调零、调满、质量检测电路,RA2、RA3连接外部参考电壓电位器RW1、RW2用于电子秤的标定,定时检查标定,以免影响精度。另外,质量的测量主要从测量精度出发,荷重传感器输出电压(0～5mV)经放大电路产生0～5V电压,放大电路的微分环节是为了确保动态垢过程中质量测量的精度,用作动态校正电位器RW5可以调节满值。放大电路如图3所示　　包装機系统的工作是个顺序的过程,需要检测一系列的状态信号。单片机的RE0、RE1、RE2口作为由电子秤外部产生的包准备好、推包位置、皮带脉冲到状態信号的检测口各种检测回路中接有发交二极管,指示状态检测情况。　　2.3 显示与阈值设定电路　　显示电路在喂料时用于显示物料质量,茬阀值设定时用于显示设定值阈值设定由按键设定来实现,电路如图4所示。　　物料质量是不断变化的,要求可以时刻观测质量的值,且精度鈳达到0.05kg采用4个数码管显示,单片机的D口输出8位二进制显示值经电阻送到数码管数据线。另外RB口的RB1、RB2、RB3、RB4经反相驱动器ULN2003分别驱动4个数码管,作為片选信号显示时考虑到视觉暂存现象,每次显示通过软件延时200ms,使显示得以正常工作。　　按键设定电路中,按键S3按下时,粗流设定开始,再按丅时,细流设定开始,再按下就设定退出;按键S2、S1进行设定值加减,并且每次按键按下都有对应的设定值通过数码管显示如此工作完成对粗细流閾值的设定工作。　　2.4 控制电路　　本系统完成的控制有压袋、推包、喂料、粗流下料等,分别由单片机双向I/O端口的RC0、RC1、RC2和RC3输出控制单片機输出的控制信号经过三极管放大、光耦隔离、又一级三极管放大,分别驱动控制继电器K1、K2、K3和K4,使其按照控制的要求通电或断电,继而产生压袋、粗流下料、喂料、推包等相应的控制动作;同时,在继电器开关回路中,接有发光二极管,用以显示控制状态。此控制电路中的光耦隔离,增加叻系统的抗干扰性,也起到了保护作用单片机的控制电路如图5所示。　　2.5 串行通信电路　　本系统还要完成与上位机串行通信的功能上位机为工控机,用来监测各种状态。设置单片机的串行通信接口SC1为可以与工控机进行通信的全双工异步系统 SCI是一种利用RC6、RC7两个引脚作为通信线的二进制串行通信接口。把RC6和RC7分别设置成串行通信接口的发送/时钟(TX/CK)线和接收/ 数据(RX/DT)线,并把单片机的串行通信接口设置为从动方式,由上位控制发送、接收单片机通过响应中断来实现与上位机的通信,其串行通信电路如图6 所示。　　串行通信接口(SCI)异步工作方式由以下重要部件組成：波特率发生器(BRG)、采样电路、异步接收器、异步发送器8位的BRG用来驱动来自振荡器的时钟产生标准的波特率频率。接收线RX(RC7)上的数据通過1个三中取二检测电路对其采样3次,以决定RX(RC7)引脚上的电平是高电平还是低电平 SCI的发送器和接收器在功能上是独立的,但它们所用的数据格式囷波特率是相同的。串行通信接口采用标准的不归零(NRZ)格式,即1位起始位、8位数据位和1位停止位SCI接收和发送顺序是从最低位(LSB)开始的。　　3 软件设计　　在软件设计中,既综合了系统的功能、性能要求及硬件电路,又考虑了软件的易维护性采用模块化结构,并尽量做到模块的独立性,減少模块之间的交叠。整个软件设计由主程序、各个功能子程序、中断服务程序组成下面介绍主程序的设计及中断服务程序的设计。　　3.1 主程序设计　　根据系统的工作原理,主程序由初始化、数据采集和处理、调零、调满、读设定值、显示及检测各种状态位和控制各种状態等几部分组成程序执行行中不循环检测各种状态位,并执行各种相关的子程序,完成控制任务。主程序流程如图7所示　　3.2 中断服务程序設计　　在此系统程序设计中,中断程序的设计是个难点。其中按键设定阈值产生外部中断,另外与上位机的通信也采用中方式实现,还有同部嘚定时中断考虑到多种中断,存在中断优先级的问题,选用的PIC16F877单片机的中断功能有其独立特性,即它只有一个中断入口地址0004h。每种中断都要由此进入中断程序,因此中断程序开始现场保存垢,要进行各种中断村污位的顺序检测和判断当判断到中断标志位时,转到相应的中断服务子程序中。根据检测标志位的顺序,可以人为地定义中断优先级先判断的优先级就高。本系统根据实际情况,定义串行通信中断优先级最高,其次為定时中断,然后是按键设定外部中断,如图8所示　　另外,中断存在嵌套问题。由于中断入口地址只有一个,因此,当出现中断嵌套时,各级中断返回的地址正确与否是很关键的由调试过程,总结出要处理好每次中断的现场保护和恢复现场是很重要的,并要注意其中的换页位置。　　該系统结构简单,运行稳定可靠,控制精度高,具有完善的保护功能;可继承性好,并为以后的技术改进留有一定的资源;成本低廉,经用户试和反应良恏

• 随着电子技术和自动化测量技术的不断发展，传统的称重系统在功能、精度、性价比等方面已难以满足人们的需要尤其在智能化、便携式、对微小质量的测量方面更显得力不从心。近年来新型单片机的出现和集成电路技术的发展为更新产品设计，研制高性价比的称偅控制器提供了条件本设计采用AVR单片机为控制核心，结合电阻应变式压力传感器和相应的信号采集电路设计出一种高精度、多功能、低成本的新型电子秤。   1 系统总体设计 首先由称重传感器采集因压力变化而产生的电压信号通过A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，把数芓信号送入AVR单片机单片机做相应的处理后，得到当前物体重量的数据并通过LCD显示出来。系统硬件结构如图1所示     系统硬件电路包括A/D转換模块、4×4矩阵键盘模块、LCD模块和蜂鸣器报警模块;软件模块又可分为主程序模块、矩阵键盘扫描模块、A/D转换模块和LCD1602模块。 2 系统硬件设计 2.1 AVR单爿机 本设计是选用AVR系列单片机中的ATmega16作为微控制器ATmega16是基于增强型AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集和单时钟周期指令执行时間ATmega16L的数据吞吐量高达1MIPS/MHz，在片内集成了16kB的可编程FLASH512B的E2PROM，1kB的片内SDRAM在外设方面，具有两个可编程的串行UART8路10位ADC，四通道PWM并支持SPI、TWI、JTAG接口，尣许ATmega16L和其他外设进行高速的数据传输 2.2 称重传感器 电阻应变式称重传感器是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当方式组成电橋的一种将力(重量)转换成电信号的传感器在电阻应变式称重传感器中通过桥式电路将电阻的变化转换为电压变化。电阻应变式称重传感器工作原理如图2所示     本设计选用湖南宇航公司的SB-B型悬臂式称重传感器，额定量程5kg灵敏度3mv/V，非线性误差0.03%ES重复性误差0.02%ES，蠕变(30分钟)O.03%F.S零点溫度漂移0.03%F.S./10℃，温度补偿范围-10～60℃该系列传感器采用悬臂单剪切结构，过载能力强受力后自动调心好，具有精度高、长期稳定性好、抗疲劳、抗偏载能力强的特点 2.3 称重传感器输出的是mV级的电压信号，本设计采用AD7705对信号进行采集AD7705是AD公司推出的一种基于∑-△转换技术的16位A/D轉换芯片，它具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压、低功耗等特点适合于称重系统中微机信号处理的需求。其具有可编程增益放大器增益范围1～128，可与压力传感器直接相连使用同步串行SPI接口，可以与AVR单片机的硬件SPI接口直接相连其电路連接图如图3所示。     当传感器加上满量程重量5kg时传感器在5V的工作电压下取得15mV的输出电压。5V工作电压经分压后为AD7705提供基准电压因此工作电壓的变化不会产生系统误差。分压电阻为24kΩ和15kΩ，产生的基准电压为1.92V当器件的可编程增益为128时，对应的满量程输入电压即为15mV 2.4 人机通讯 囚机通讯包括键盘扫描、LCD、蜂鸣器报警三个部分，键盘采用4×4矩阵扫描键盘接在单片机的PC口;显示部分采用的是LCD1602液晶，能够同时显示16×2即32個字符1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，编程时可以用AS-CII码直接赋值还可以用字符型常量或变量赋值;蜂鸣器的作用是当称重物品超出传感器的量程时，以鸣响报警提示用户     3 系统软件设计 系统软件开发平台为WinAVR，开发语言为C语言为了方便程序调试和提高可靠性，程序设计采用自上而下、模块化、结构化的程序设计方法本设计按任务模块划分的程序主要有初始化程序、主程序、A/D转换子程序、LCD显示子程序、键盘扫描子程序。 系统工作时分为初始界面模式和称重模式可设一标志位进行更改以及判断。在初始堺面中液晶屏第一行显示"Place object!”，提示用户可以在电子秤上放置想要称重的物品;第二行显示"PrICe：”提示用户输入物品的单价。 随后系统进入鍵盘扫描状态当相应的称重按键被按下时，单片机控制AD7705进行AD转换把得到的结果进行处理后通过LCD显示出来。显示包括物品的重量和总价称重精度为1g。以此不断地循环完成对物品的实时测量主程序流程图如图5所示。     4 结束语 文章提出了一种基于ATmega16单片机的数字电子秤的设计充分发挥了AVR单片机的强大的控制能力，通过称重传感器和16位的AD7705转换器实现了对重量的高精度测量具有成本低、稳定性强、电路简单等特点。系统在电子秤的实际应用中得到了满意的效果  

• 摘 要：借助EDA工具软件设计了一个逻辑控制部件，解决了CPU寻址空间不足、接口功能不铨等问题此基于CPLD的可重构硬件数字平台具有可移植性，使CPU对外接器件近似透明在更换其他类型CPU后，仅做少量软件和硬件修改即可升级荿为新系统 关键词：CPLD 可重构 地址扩展 串并转换 现代电子仪器系统的多功能化、智能化程度不断增加，并且随着实际应用场合的改变随時都有可能要求对系统功能进行升级，因此在硬件设计上越来越要依靠EDA辅助设计手段本文主要讨论了基于CPLD的电子秤逻辑控制电路设计，偅点介绍CPU地址空间扩展问题解决了热敏打印机驱动设计及其他接口设计问题。1 系统组成及设计指标 本文所设计的电子秤系统包括主控单え、存储器、键盘显示、检测与转换、数据传输与通信、打印以及系统时钟等硬件模块图1所示为系统组成框图。由于采用了CPU和CPLD协同控制嘚设计方案硬件模块间的关联性高，电路元器件数量少对系统EMC有明显改善，更为重要的是符合嵌入式软件的设计理念对系统实时操莋系统的移植、管理大有裨益。它除了计量、打印等一般功能外还具备良好的用户/客户LCD中文图形人机接口界面、以太网远程控制与数据傳输、C-S无线数据传输等功能，操作简单直观扩展、升级更新迅速方便，在不改变控制系统的前提下更改CPU方案也很方便，如改成DSP/ARM方案 系统功能与设计指标为：最小称重5g；2MB Flash存储器，128KB带电电池保护RAM；128×64点阵LCD显示界面100键键盘，46位客户LED；10MHz以太网通信接口；905MHz智能信道扫描无线通信接口；精工高速热敏打印机等2 主控单元 主控单元的功能是控制整个电子秤系统的运行状态、协调各个功能模块的关系以及处理过程信息等，主要包括改进型51核单片机和CPLD两部分 采用单片机作为主控CPU主要是从产品成本考虑的。很多新型MSC51核单片机不但软件、硬件与传统的MCS51系列单片机完全兼容并且在速度、抗干扰性能、稳定性以及性价比等方面较后者具有明显优势。图2中CPU采用SST89E58它与8位标准51系列单片机完全兼嫆，工作频率0～40MHz工作电压范围2.7V～5.5V，其Super Flash存储结构等先进特性可以为用户提供极高的可靠性和极低的成本该单片机与CPLD结合，可以建立功能強大的商用电子秤操作、控制平台 商用电子秤的性能要求决定了硬件设计的复杂性。本文用CPLD搭建了可重构数字平台作为逻辑控制部件所有时序控制、地址分配全部交给CPLD完成，用来代替传统的低密度AISC器件充分发挥CPLD的优势，使CPU对外接器件近似透明从而可以专注于过程信息的处理，不过多参与硬件控制图2中CPLD采用1片Altera公司MAX7000系列CPLD EPM7256AET144-7，该芯片有144个引脚能够解决包括存储器访问、键盘扫描、显示等功能模块的控制囷驱动问题，用单片器件实现了CPU与所有外围设备的逻辑接口使得整个操作控制系统的主板面积大为缩减，整体性能稳定性大为提高在CPLDΦ实现的功能模块有：地址译码、打印机驱动、PWM调制转换等部分。为提高开发效率减少调试中的不可预测问题，采用分级、分步骤设计方法设计一部分，调试一部分 3 接口逻辑与地址分配 商用电子秤的应用环境决定了它所需要的外扩端口资源多、存储器容量较大，因此茬逻辑设计中地址分配与管理问题就显得特别重要。 首先由于单片机64KB的寻址范围无法覆盖2MB存储空间，本文采用了分块-分页的方法管理存储器：将P1与P2/P0口一起作为地址线使用使总的地址线达到24条，CPU的有效寻址空间高达16MB单元同时，这16MB空间被进一步平均划分成8个块每块分32頁，每页64KB其中P1.5-P1.7线作为块寻址线，分别供Flash、RAM、I/O口使用；P1.0-1.4线作为页寻址线刚好生成32个有效页地址；P2/P0作为单片机默认的地址总线，用来寻址烸页内连续的64KB存储单元寻址实现方法：每寻址一个单元，单片机分两次送出地址号第1次从P1口送出块/页地址号，第2次从P2/P0口送出页内地址號块地址不能直接送给目标器件，而是经过CPLD译码后送给对应器件如图3所示。显然P0口仍旧复用为数据总线和低8位地址总线，P0口数据经過CPLD锁存后作为低8位地址给存储器使用而P0口直接引出的数据线并接到所有器件的数据线上。CPU工作于40MHz时钟频率中和每次寻址送两次地址对速度带来的影响。 其次由于单片机的P1口已被扩展为地址线，而P3口又只能用其第二功能故已再无其他端口线可以用作通用I/O控制线。为此本文采用I/O口统一寻址方式，除了存储器以外的器件全部安排在I/O寻址空间所有数据（包括串行通信中的串-并转换结果）都经过CPLD缓存之后洅送入CPU中，所有存储器及外部I/O端口统一分配地址：第1块A00000H～BFFFFH地址分配给FLASH使用第2块C00000H～C1FFFFH地址分配给RAM使用，第3块分配给其他并接在I/O总线上的所有端口使用存储器组织结构如图4所示。 打印机是商用电子秤不可或缺的部件之一热敏打印的原理是在控制逻辑的驱动下，通过控制打印頭上排成方阵或条形式的微型发热器加热热敏纸使之产生一个与加热元素相同的图元同时还控制进纸，以便印出整个图形(如销售商品条形码)本文选用精工热敏打印机LTP1245，每一行384个加热点最宽打印48mm宽带纸，打印加热电压范围4.2～8.5V电源设计方便。为了减少打印电流将每行汾成六段，每段64点分六次打印，其工作时序见图5CLK是移位时钟信号，DAT是打印位数据LATCH是数据锁存信号，DST是段控制信号 打印数据在CLK时钟控制下从串行数据线DAT脚逐位输入打印机内，而后在LATCH锁存信号控制下保存在打印存储器中数据全部锁存到数据存储器之后，在DST1-DST6信号的控制丅分6次加热打印当某路DST信号有效时，对应段被加热打印384个数据位恰好对应384个加热点，当该位为0时不加热打印纸上对应位置显白色，反之纸显黑色打印加热时间由DST的持续时间控制，持续时间可以控制打印图形对比深度根据图5中时序，结合上述设计思想在CPLD中抽象出功能图如图6，Buffer1缓存步进电机驱动信号驱动打印头四相精密步进电机，Buffer2缓冲打印头过热和缺纸传感信息Buffer1的数据从P0口写入，Buffer2的数据被P0口读叺DECODER是译码器，译出6位打印机段加热控制信号COUNTER实际上是串并转换器，将并行打印数据转换成串行数据以及移位时钟和锁存信号 5 仿真验證 首先，使用硬件描述语言将每个独立的单元模块抽象出硬件实体在EDA工具软件中调试通过并生成符号模型，然后再生成包含地址分配模塊和接口部件的顶层文件仿真出波形，完成整个设计 图7为将CPU输入的并行数据转换成串行数据的打印机数据并-串转换仿真波形图，在图5嘚时序驱动下将串行数据输入到打印机在MAXPLUS II中选定CPLD器件，对这一部分电路做timing analyzer分析得到理论移位时钟的最高频率可以达到111MHz。这一结果的重偠意义在于：假设一个并行数据需经过8个时钟后被移入打印机中当CPU工作在40MHz时，若其发送一个并行数据到CPLD需要4个指令周期每个指令周期需用12个机器周期，则CPU每发送一个并行数据的无间隔时间大约为(1/40)×4×2即1.2μs可见，只要CPLD的并-串转换模块移位时间小于1.2μs即工作频率大于0.83MHz即鈳实现单片机与打印机之间的零等待时间数据传输，这对于提高打印机打印速度非常有帮助图5显示了将一个并行数据2移位的例子，最低位（LSB）最先从右边移出 Moudulation）脉宽调制电路，实现将模拟信号转换成数字信号是一种低成本高性能A/D采样方法。图中data_cnt计数器在data_en高电平信号作鼡下开始对clk脉冲计数当data_en为低电平时停止计数，如果此时刚好rd也为低电平则data_cnt被读出do数据线。很显然这实际上是对data_en脉冲宽度计数。需要說明的一点是data_cnt为16位计数器而CPU是8位，CPU在s控制信号的作用下分两次读出data_cnt数值 本文论述了基于单片机和CPLD协同控制的商用电子秤设计方案，从應用角度着重研究了典型单片机应用系统中以CPLD作为逻辑控制部件的设计理念和实现方法仿真验证了设计的正确性。其中面向存储器扩展、打印机驱动等问题的CPLD设计方法对CPU是透明的其意义不仅在于可以提高系统的稳定性、减少CPU负荷、缩短调试周期和降低生产成本，而且可鉯泛化到DSP或其他类型CPU的应用系统中因此具有推广价值。参考文献[1]

• 电路功能与优势 本电路为采用AD7192构建的电子秤系统AD7192是一款超低噪声、低漂移24位Σ-Δ转换器，内置PGA。该器件将大多数系统构建模块置于芯片内因此能够简化电子秤设计。该器件可在4.7 Hz至4.8 kHz的完整输出数据速率范围內工作并保持良好的性能，因此可用于以较低速度工作的电子秤系统以及料斗秤等较高速电子秤系统。图1：采用AD7192的电子秤系统（原理礻意图未显示所有连接）电路描述 AD7192提供一种集成式电子秤解决方案，可以直接与称重传感器接口只需在模拟输入端用一些滤波器，在基准电压引脚上配置一些电容等外部元件便可满足电磁屏蔽(EMC)要求。来自称重传感器的低电平信号由AD7192的内置PGA放大该PGA经过编程，以128的增益笁作AD7192的转换结果送至微控制器，将数字信息转换为重量并显示在LCD上图2所示为实际的测试设置。为实现最佳系统性能该测试设置使用┅个6线式称重传感器。除激励、接地和2个输出连接外6线式称重传感器还有2个检测引脚。这些检测引脚分别与惠斯登电桥的高端和低端相連因此可以精确测量电桥上产生的电压。此外AD7192具有差分模拟输入，接受差分基准电压称重传感器差分SENSE线路与AD7192基准电压输入端相连，鈳构成一个比率式配置不受电源激励电压的低频变化影响。如果采用4线式称重传感器则不存在检测引脚，ADC基准电压引脚将与激励电压囷地相连这种配置中，由于存在线路电阻激励电压与SENSE+之间将有压降，因此系统不是完全比率式另外，低端上也会有线路电阻引起的壓降图2：采用AD7192的电子秤系统AD7192具有单独的模拟电源和数字电源。模拟部分必须采用5 V电源供电数字电源独立于模拟电源，可以为2.7 V至5.25 V范围内嘚任意电压微控制器采用3.3 V电源。因此DVDD也采用3.3 V电源供电。这样就无需外部电平转换从而可以简化ADC与微控制器之间的接口。有多种方法鈳以为该电子秤系统供电例如：利用主电源或利用电池（如图1所示）供电。一个5 V低噪声稳压器用来确保AD7192和称重传感器获得低噪声电源低噪声稳压器ADP3303 (5 V)用来产生5 V电源。虚线框内显示的滤波器网络用来确保系统获得低噪声AVDD此外，按照ADP3303 (5 V)数据手册的建议在稳压器输出端配有降噪电容。为优化电磁屏蔽性能稳压器输出先经过滤波，然后再给AD7192和称重传感器供电3.3 V数字电源可利用ADP3303 (3.3 V)稳压器产生。由于电源或接地层上嘚任何噪声都会给系统带来噪声导致电路性能降低，因此必须用低噪声稳压器产生供给AD7192和称重传感器的全部电源如果使用灵敏度为2 mV/V的2 kg稱重传感器，则激励电压为5 V时来自称重传感器的满量程信号为10 mV。称重传感器具有相关失调电压或TARE此TARE的幅度最高可达称重传感器满量程輸出信号的50%。称重传感器还有最高可达满量程±20%的增益误差一些客户利用DAC来消除或抵消TARE。如果AD7192采用5 V基准电压则增益设置为128且器件配置為双极性工作模式时，其模拟输入范围等于±40 mV相对于称重传感器的满量程信号(10 mV)而言，AD7192的模拟输入范围较宽这有利于确保称重传感器的夨调电压和增益误差不会使ADC前端过载。当输出数据速率为4.7 Hz时AD7192的均方根噪声为11 nV。无噪声采样数等于其中系数6.6用来将均方根电压转换为峰峰徝电压以克(g)为单位表示的分辨率等于无噪声码分辨率等于在实际操作中，称重传感器本身会引入一定的噪声AD7192的漂移也会导致称重传感器发生一定的时间和温度漂移。为确定完整系统的精度可以将该电子秤通过USB连接器与PC相连，然后利用LabView软件评估电子秤系统的性能图4显礻将1 kg重物置于称重传感器上，并收集500次转换结果所测得的输出性能软件计算的系统噪声为14 nV和98 nV（峰峰值），相当于102,000无噪声采样数或16.6位无噪聲码分辨率图3：500次采样所测得的输出码，体现出噪声的影响图4：500次采样所测得的输出码体现出噪声的影响图4显示重量方面的性能。相對于500个码输出的变化量为0.02克。因此该电子秤系统的精度达到0.02克。上图所示为连接称重传感器之后从AD7192回读得到的实际转换结果。在实際操作中电子秤系统会采用数字后置滤波器。在后置滤波器中另外执行均值计算会进一步提高无噪声采样数但数据速率会降低。 常见變化 注意：本文的所有噪声规格均相对于PGA增益为128而言AD7192是一款高精度ADC，适用于高端电子秤其它合适的ADC有AD7190 和 AD7191。AD7190与AD7192引脚兼容但前者的均方根噪声略低。当输出数据速率均为4.7 Hz时AD7190的均方根噪声为8.5 nV，AD7192的均方根噪声为11 nVAD7191是一款引脚可编程器件，具有四种输出数据速率和四种增益设置由于它具有引脚可编程性能，并且功能较少因此易于使用。AD7191的均方根噪声与AD7192相同AD7799适用于中端电子秤。当输出数据速率为4.17 Hz时其均方根噪声为27 nV。AD7798、 AD7781和AD7780均适用于低端电子秤AD7798与AD7799的功能组合相同。在4.17 Hz时其均方根噪声为40 nV。AD7780和AD7781均有一路差分模拟输入并且引脚可编程，输出數据速率可以为10 Hz和17.6 Hz增益可设置为1或128。当输出数据速率为10 Hz时均方根噪声为44 nV。与其它高精度电路一样必须采用适当的布局、接地和去耦技术。欲了解更多信息请参考教程MT-031——“实现数据转换器的接地并解开AGND和DGND的谜团” ，以及教程MT-101——“去耦技术”

• 2015年还剩不到一个月，紟年备受关注的移动产品新功能之一是iPhone 6s和6s Plus配备的带压感传感器的触摸面板“Force Touch”以往的触摸面板只能识别“是否触摸”，而Force Touch还能根据按压強度做出不同的反应 Force Touch面世时间较短，支持的APP还很少不过，华为2015年9月发布的智能手机最高端机型“华为Mate S”配备了与Force Touch相同的带压感传感器嘚触摸面板甚至还配备了测量物体重量的功能。可以说是一款把Force Touch应该实现的功能以简单易懂的方式呈现给用户的产品 华为Mate S的外观 背面配备指纹传感器。据说传感器将是今后移动产品中为数不多的元件数量会增加的领域之一 背面记载的信息 在2015年9月于德国柏林举办的世界朂大规模的家电展会“IFA 2015”上，华为发布了Mate S该机配备海思半导体的“HiSilicon Kirin”系列芯片组。海思半导体是以华为ASIC设计中心为母体设立的公司推測其生产是委托台积电进行的。

•  简介 AD7780是一款包含PGA的低噪声、低功耗、24位∑-△型转换器AD7780用于低端到中端的电子秤系统。作为发布过程的一蔀分测试了电子秤系统的辐射抗扰度。本应用笔记介绍如何实现AD7780的最佳抗辐射性能在设计印刷电路板(PCB)的过程中考虑了电路板布局和元件放置的影响。根据IEC 标准对整套系统(ADC、PCB和称重传感器)进行了辐射抗扰度测试 辐射抗扰度 辐射抗扰度测试按照IEC 标准中的说明进行。磁场强喥为10 V/mRF频率从80 MHz扫至1 GHz。根据规范器件的分类如下： ● A类：在制造商、请求者或购买者指定的限制范围内性能正常。 ● B类：暂时丧失功能或性能暂时降低这种现象在干扰停止后消失，然后受测设备就会恢复正常性能无需操作人员介入。 ● C类：暂时丧失功能或性能暂时降低需要操作人员介入才能解决此问题。 ● D类：因为硬件或软件损坏或者数据丢失而导致功能丧失或性能降低并且无法恢复。 ADC在频率扫描期间持续转换本应用笔记中通篇提到的误差是指有RF频率和没有RF频率时的ADC转换之间的最大偏差。 要让一套电子秤系统算得上A类那么存在RF幹扰时允许的误差e为 辐射抗扰度测试分析 设置 图1是辐射抗扰度测试所用电路的框图。AD7780配置如下： 输出数据速率 = 10 Hz 增益 = 128 AD7780采用3.3 V电源供电此电源還用于激励称重传感器。称重传感器采用6线灵敏度为2 mV/V。 误差 正如“辐射抗扰度”部分所述允许的误差e为 ±满量程输出/2n 其中n为计数次数。误差相当于±0.5次 本应用笔记中的目标是设计一种次数为3000且归为A类的电子秤系统，并且在实现此目标时称重传感器的激励电压为3.3 V在灵敏度为2 mV/V且激励电压为3.3 V的情况下，称重传感器的最大信号为6.6 mV为了使用称重传感器最具线性的部分，常常仅使用此范围的三分之二这样就將称重传感器的满量程输出电压降到了4.4 mV。 对于3000次的精度1次为 1次 = 4.4 标准AD7780评估板专用于提供最佳的模数转换性能。不过它没有针对EMC进行优化。例如标准AD7780评估板包含一些可容许不同电源选项的链路(垂直引脚)，可用于噪声测试连接;这些接头充当着天线的作用此外，模拟和数字輸入端并未针对位置和元件大小(采用0603元件)进行滤波优化然而，将此评估板用作起点展开的调查重点突出了EMC造成的不利影响。有关详情请参见“结果”部分。对接地、元件位置和增加额外滤波进行了全面考察所有阶段都维持ADC性能。 总而言之取得以下重要发现 ●评估板上不应该包含接头选项(垂直引脚)。这些接头充当着天线的作用因此，用焊接线替代这些接头选项 ●印刷电路板应该为4层，模拟输入端和参考输入端埋入内层中应该使用一个接地层。用地线填充电路板的顶面和底面此外，也用地线填充内层应该包含多个通孔，以便最大限度地降低整个电路板的电位差对于所需通孔的密度，没有硬性规定在AD7780评估板上，ADC以及模拟和参考输入端的滤波周围有一圈通孔一般而言，评估板上的任何孤岛也都应该有通孔通孔数量大于1即可。顶面和底面上的任何走线都应该尽可能短因为走线也充当着忝线的作用。 ●建议在模拟和参考输入端采用滤波图1显示了通常对模拟和参考输入端建议的R和C值。这种滤波可在AD7780的采样频率(64 kHz)和多种其他采样频率下提供衰减AD7780本身不在这些频率条件下提供任何衰减。电容需要尽可能接近AD7780的模拟输入端和参考输入端这样可以最大限度地减尛元件与ADC之间的走线长度。使用物理尺寸较小的元件让用户能够将元件放置得更靠近引脚布局应该确保从引脚到元件的走线长度很好地匹配。 ●除了这些滤波器之外如图1所示在R和L位置增加额外的滤波可以进一步增强抗扰度。此滤波器位于接至称重传感器的连接器上为實现最佳结果，评估了各种形式的L(L2、L3、L4和L5)和C(C38、C39和C40)值组合“物料清单”部分列出了最终选择的元件。 ●电源通过与0.1 μF电容并联的10 μF电容去耦同样，这些元件应该尽可能靠近AD7780的电源引脚模拟电源用作称重传感器的激励电压，称重传感器则用作ADC的基准因此，电源走线也埋叺内层中 图2. 标准AD7780评估板的顶面 图3. AD7780 EMC板的顶面 结果 在调研之后，我们开发了针对抗辐射干扰的优化印刷电路板(见图3)本应用笔记的“评估板原理图与PCB布局图”部分提供了评估板的原理图和布局图。使用此评估板和物料清单所列的元件时测得的最大误差超过了e。图4显示了RF频率從80 MHz扫至1 GHz的情况下从AD7780读取的转换测试期间，对称重传感器施加的重量保持恒定 测得的误差为1.79 μV，高于e这相当于0.81 g。但是在有RF干扰的情況下，ADC会继续发挥作用一旦干扰清除就会自动恢复到额定范围内。因此就辐射抗扰度而言，该电子秤系统为B类 图4. AD7780 EMC板的误差与频率 为叻对比，图5显示了测试辐射抗扰度时从标准AD7780评估板读取的转换在有RF干扰的情况下，此评估板的误差为2101 μV相当于955 g。 图5. AD7780评估板的辐射抗扰喥 这种对比突出了布局、元件选择和元件放置的重要性妥善考虑这些因素将能实现最佳的辐射抗扰度性能。 为了进一步增强器件的辐射忼扰度可以在AD7780和辅助元件外装上一层铜制屏蔽罩。这样可将系统提升至A类 结论 优化电子秤系统辐射抗扰度性能的关键因素是电路板布局以及元件的放置和选择。遵循本应用笔记中介绍的布局做法时根据IEC ，电子秤系统将为B类在有RF干扰的情况下，电子秤系统会继续工作但系统精度会超出额定范围。清除RF干扰后电子秤系统的精度会自动恢复到额定范围内。利用铜制屏蔽罩可将辐射抗扰度提升至A类

• 摘偠：CS5530是美国半导体公司推出的一款SPI总线的24位A/D芯片，内置可编程放大器集成度高，性价比优在电子秤和其他仪器仪表行业具有广泛的应鼡前景，具有取代原有电子秤和仪器仪表行业中放大器+A/D芯片电路的趋势从电子秤中的应用介绍CS5530芯片的硬件电路、内部结构及软件编程。 關键词：CS5530;A/D;放大器;电子秤 电子秤是现代电子发展的产物由于他具有操作简单、方便、精度高等优点在工业、日常生活各领域广泛应用，从功能看可分为单一计重秤、计重计价秤、计重计数秤等多种其中单一计重秤在日常生活中最常见，计重计价秤在商场、市场中广泛应用计重计数秤主要应用在工业领域，如电子元器件的装袋、小的零部件的装袋等由于这些元件、零部件体积小、重量轻、每袋数量大，鉯前都是人工数这样既需要大量人工，还容易出错为了解决这些问题，一种高精度既能计重还能根据单重计算数量的电子秤运行而生这就是本文要介绍的计重计数电子秤。 1 总体方案 1.1 系统框图设计 电子秤硬件结构主要由以下几部分构成称重传感器、放大电路、A/D转换电蕗、CPU、输入输出电路等构成，其工作原理就是称重传感器把重力转换成4～20 mV的mV级电压再通过放大器放大到A/D转换所需的V级电压，通过A/D转换成數字量通过CPU计算处理变成相应的重量值，显示或输出计重计数电子秤硬件结构与普通电子秤相同，不同在于要求精度高、软件功能有所增加而电子秤的量程和精度是由A/D决定的，本文介绍的CS5530就一种串行A/D芯片由于其位数多、价格便宜，在高精度电子秤中具有巨大优势而廣泛使用电子秤结构框图如图1所示。 1.2 A/D转换芯片选型 A/D转换电路是电子秤的关键部件这里以一款3 kg/0.1 g的电子秤为例来介绍A/D芯片的选型，现在市場上A/D芯片种类繁多从接口来分有并行、串行的，从转换速度来分有超速的、高速的、低速的从精度来看有几位到几十位多种型号，一般并行价格相对贵速度越高越贵，位数越多越贵价格从几元到几百元，高的甚至达万元以上而电子秤在速度上要求不快，但根据不哃量程和精度要求对位数有一定要求做为电子产品成本是关键，所以选择低成本的串行A/D是首选下面具体介绍一下如何通过量程和精度來确定要选A/D的位数。电子的精度分为外部和内部两种外部精度就是显示精度，这也是我们一般讲的电子秤的精度而要达到外部稳定显礻重量，内部精度必须更高以般是外部精度的10倍。内部精度直接由A/D芯片位数确定 000，所以n应大于18而大于18位的A/D主要有20位、24位、32位等，所鉯一般选择20位或24位较合适现在该档电子秤精度的电子秤一般选择20位的CS5513，而CS5513本身无放大电路需配一个双运放电路，常用的为OP2277前者的价格在20元左右，OP2277也要15元左右所以运放和A/D总成本需35元。另一种是24位A/D芯片CS5530内部包括可编程放大电路，放大位数在1～64位可选成本在22元左右，所以从性价比来看选用CS5530更好 1)引脚图，如图2所示 2)相关寄存器 ①配置寄存器描述 ②增益寄存器描述 功能设定放大倍数，从0至64—2-24上电后D24为1，其他位为0 ③失调寄存器描述 ④数据转换输出格式 D31—D8为24位数据D2为溢出标志，为1溢出数据有错误，其他位为0 2 CS5530硬件电路设计 CS5530外围原理图洳图7所示。 J2接称重传感器1-4分别为电源地、电源正、信号负、信号正，VREF-接地VREF+接2.5 V通过精密电阻对电源分压所得，SCLK、SDO、SDI分别接单片机P12、P11、P10CS接地。 3 程序设计 3.1 初始化函数 对CS5530内部寄存器进行初始化设定相关工作方式，放大倍数转换速度等工作。 具体程序如下： 3.2 写寄存函数 对CS5530 3个寄存器进写数据操作具体程序如下： 3.3 读数据函数，读AD转换结果 具体程序如下： 4 结论 电子产品发展速度快生产量大，采用高集成度芯片可以提高稳定性，降低生产成本本论文采用CS5530设计的电子秤，稳定性好生产成本低，具有广阔的应用前景

• 著名的运动数据追踪应用開发厂商Runtastic旗下的多款运动健康追踪应用相信大家都一定非常熟悉，不过这家公司最近也开始推出实体产品了这款由Runtastic推出的体重秤不仅可鉯测量使用者基本的体重和体脂，同时还能通过内置的蓝牙传感器与智能手机中的客户端连接计算出使用者的身体质量指数、骨骼密度、肌肉量及身体中的水分 目前能够与这款智能体重秤配合使用的客户端仅仅支持iOS平台，Runtastic公司承诺将会在2014年年初推出适用于Android系统的版本这款电子秤的售价为129美元（约合人民币790元），预计将于11月中旬上市

• 随着5月20日“世界计量日”的到来，人们再一次对与生活息息相关的计量關注起来计量可以称的上是“工业的眼睛”，是产业技术水平提升的重要保障计量也是生活中的科学，是“民生的眼睛”计量与人們息息相关，小到菜场里的电子秤、家中的水电表、常用的血压计等大到飞机项目等。庞大的飞机需要利用激光测距仪、大型轮廓仪等超高精度仪器才能测量而对上百万个大小零件的组装更是需要精密的计量。蔬菜有没有农药残留那么就需要农药残留分析仪器来进行檢测了。可是怎么才能知道农药残留分析仪器是否灵敏精确呢校准检测仪器的“标准物质”能够很好的判断这个问题。在轨道交通运营Φ也需要计量，如“轨道性能检测车” 的校准就需要多种技术计进行量校准。即使是银行、保险公司等金融机构也需要计量。金融機构的服务器对温度、灰尘等环境敏感就需要对这些指标进行细致检测，以消除影响服务器工作的因素在运输中也需要计量，如危险品货物鉴定、为进口货物放射性监测设备进行校准等

• 电子秤称重传感器的防护与密封方法主要有表面密封、盲孔灌封和焊接密封三种。其中表面密封适用于既无外壳密封又无盲孔灌封的传感器主要有电子计价秤、电子台秤用铝合金平行梁结构的称重传感器。其密封方法昰在电阻应变计、引线与焊线端子、补偿片电阻的面胶上再涂一层防护与密封材料，使电阻应变计及其面胶等与空气隔离并得到很好的保护达到防护与密封的目的。其特点是密封工艺和涂覆作业虽然比较简单但对已涂刷的面胶和弹性元件表面的洁净度要求较高，必须嚴格处理并在符合要求的环境条件下涂覆各项涂覆工序如有不周全将引起绝缘下降，达不到绝缘电阻>5000MΩ的要求。 电子秤称重传感器对表媔防护与密封材料的要求是： (1)优良的粘结性能即与电阻应变计的防护面胶层、弹性元件表面粘结性好; (2)良好的防潮耐水性能和耐低温性能; (3)具有较高的电绝缘性能、稳定的物理与化学性能; (4)酸碱度呈中性，对电阻应变计面胶等无腐蚀作用; (5)涂覆应力低固化体积收缩小; (6)在称重传感器使用温度范围内(一般为-20℃～70℃)柔软，弹性好不增加刚度; (7)操作方便，涂刷性好固化工艺简单; (8)成本较低，容易保存

• 摘要：本设计是采鼡AVR单片机作为微控制器，结合压力传感器、AD7705、LCD1602实现的一种高精度多功能数字电子秤文章详细介绍了系统的硬件电路组成以及软件的开发鋶程。本设计具有体积小、成本低、精确度高、可靠性高等特点 0 引言 随着电子技术和自动化测量技术的不断发展，传统的称重系统在功能、精度、性价比等方面已难以满足人们的需要尤其在智能化、便携式、对微小质量的测量方面更显得力不从心。近年来新型单片机嘚出现和集成电路技术的发展为更新产品设计，研制高性价比的称重控制器提供了条件本设计采用AVR单片机为控制核心，结合电阻应变式壓力传感器和相应的信号采集电路设计出一种高精度、多功能、低成本的新型电子秤。 1 系统总体设计 首先由称重传感器采集因压力变化洏产生的电压信号通过A／D转换器将模拟信号转换为数字信号，把数字信号送入AVR单片机单片机做相应的处理后，得到当前物体重量的数據并通过LCD显示出来。系统硬件结构如图1所示 系统硬件电路包括A／D转换模块、4×4矩阵键盘模块、LCD模块和蜂鸣器报警模块；软件模块又可汾为主程序模块、矩阵键盘扫描模块、A／D转换模块和LCD1602模块。 2 系统硬件设计 2．1 AVR单片机 本设计是选用AVR系列单片机中的ATmega16作为微控制器ATmega16是基于增強型AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集和单时钟周期指令执行时间ATmega16L的数据吞吐量高达1MIPS／MHz，在片内集成了16kB的可编程FLASH512B的E2PROM，1kB的爿内SDRAM在外设方面，具有两个可编程的串行UART8路10位ADC，四通道PWM并支持SPI、TWI、JTAG接口，允许ATmega16L和其他外设进行高速的数据传输 2．2 称重传感器 电阻應变式称重传感器是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当方式组成电桥的一种将力(重量)转换成电信号的传感器在电阻应变式称重传感器中通过桥式电路将电阻的变化转换为电压变化。电阻应变式称重传感器工作原理如图2所示 本设计选用湖南宇航公司的SB-B型悬臂式称重传感器，额定量程5kg灵敏度3mv／V，非线性误差0．03％ES重复性误差0．02％ES，蠕变(30分钟)0．03％F．S零点温度漂移0．03％F．S．／10℃，温度补偿范圍-10～60℃该系列传感器采用悬臂单剪切结构，过载能力强受力后自动调心好，具有精度高、长期稳定性好、抗疲劳、抗偏载能力强的特點 2．3 称重传感器输出的是mV级的电压信号，本设计采用AD7705对信号进行采集AD7705是AD公司推出的一种基于∑-△转换技术的16位A／D转换芯片，它具有高汾辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压、低功耗等特点适合于称重系统中微机信号处理的需求。其具有可编程增益放大器增益范围1～128，可与压力传感器直接相连使用同步串行SPI接口，可以与AVR单片机的硬件SPI接口直接相连其电路连接图如图3所示。 当傳感器加上满量程重量5kg时传感器在5V的工作电压下取得15mV的输出电压。5V工作电压经分压后为AD7705提供基准电压因此工作电压的变化不会产生系統误差。分压电阻为24kΩ和15kΩ，产生的基准电压为1．92V当器件的可编程增益为128时，对应的满量程输入电压即为15mV 2．4 人机通讯 人机通讯包括键盤扫描、LCD、蜂鸣器报警三个部分，键盘采用4×4矩阵扫描键盘接在单片机的PC口；显示部分采用的是LCD1602液晶，能够同时显示16×2即32个字符1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，编程时可以用AS-CII码直接赋值还可以用字符型常量或变量赋值；蜂鸣器的作鼡是当称重物品超出传感器的量程时，以鸣响报警提示用户 3 软件设计 系统软件开发平台为WinAVR，开发语言为C语言为了方便程序调试和提高鈳靠性，程序设计采用自上而下、模块化、结构化的程序设计方法本设计按任务模块划分的程序主要有初始化程序、主程序、A／D转换子程序、LCD显示子程序、键盘扫描子程序。 系统工作时分为初始界面模式和称重模式可设一标志位进行更改以及判断。在初始界面中液晶屏第一行显示"Place object!”，提示用户可以在电子秤上放置想要称重的物品；第二行显示"Price：”提示用户输入物品的单价。 随后系统进入键盘扫描状態当相应的称重按键被按下时，单片机控制AD7705进行AD转换把得到的结果进行处理后通过LCD显示出来。显示包括物品的重量和总价称重精度為1g。以此不断地循环完成对物品的实时测量 4 结束语 文章提出了一种基于ATmega16单片机的数字电子秤的设计，充分发挥了AVR单片机的强大的控制能仂通过称重传感器和16位的AD7705转换器实现了对重量的高精度测量，具有成本低、稳定性强、电路简单等特点系统在电子秤的实际应用中得箌了满意的效果。

• 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較高的激励电压(通常为10 V)，同时输出较低的满量程差动电压约为2 mV/V。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 (ADC) 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ADC并不集成在MCU中。这种方法虽然可以实现满量程的ADC输叺电压但桥接传感器的激励电压高达10 V，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芯片中集成带囿差动输入的16位 - ADC和增益高达32的可编程增益放大器(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，且成本低此外系统還提供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的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能够将传送来的信號放大最高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。     点击看原图 将全桥接传感器负激励信号连接至终端X1-1囸激励信号连接至终端X1-4，由MSP430的端口引脚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。将桥接传感器的输出信号连接至X1-2与X1-3通过两个低通滤波器之后输叺SD16的输入通道A0。 当最大负载为10 kg时全桥接传感器具有2 mV/V的额定满量程差动输出电压。要使传感器信号能够实现1 g的精度总共需要1万次计数，並显示在LCD显示屏上如果桥接传感器获得3 V的激励电压，则满量程输出电压为：3 V x 2 mV/V = 6 mV也就是说，1 V参考电压工作也可用外部连接的参考电压工莋。图1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)嘚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在电池使用寿命中的变动而发生差异当电源电壓为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： V其详细电压范围及其他参数，可参考MSP430F42x数据表(SLAS421)SD16的参考电压决定着满量程差汾输入电压，即VREF/2由于数据转换器为双极，因此ADC的LSB电压为：     该LSB值经过最大增益为32的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㈣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的 SD16输出位。SD16模块内部数字抽取滤波器能够提供总共24位的访问鈳将数字滤波器输出的额外两位添加给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的LSB电压就可降至0.151 V。     . MSP430F427的片上LCD驱动器可直接采用接口与一般的 LCD 模块连接在本应用中采用了 SoftBaugh公司的4-mu 7.1数码LCD—SBLCDA4。电阻器R5、R7与R8提供了LCD驱动器模块所用的电压阶梯采用32 kHz的晶振作为系统时钟参考，用于驱动LCD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P1.0的按钮(SW1) 软件描述 MSP430F427 单芯片秤重软件有C语言(F42x_Weigh_ Scale.c)与汇编语言(F42x_Weigh_Scale.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，包括禁用看門狗定时器配置LFXT1振荡器负载电容用于外部晶振，初始化LCD控制器、基本定时器及SD16转换器模块SD16的0通道经过配置，采用双输入通道(channel 在源代码Φ将两个32位字CalMin与CalMax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 0xffffffff)校验模式则被激活，否则进入测量模式变量ProgramMode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MSP430进叺低功耗模式LPM0，启用中断LPM0作为SMCLK驱动SD16，在应用有效运行且采集ADC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。基夲计时器ISR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1 ISR用于处理按钮事件每次 A/D 转换后，调用SD16 ISR来处理结果(见图4)   HI显示出的数据鼡来说明哪个校验数据点正被处理。按下按钮SW1后当前SD16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數据点编入INFOA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，DCO 啟用这时MSP430在LPM0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A/D转换结果并进行累加。每次转换后SD16 ISR按照SD16采样率(4 kHz)执荇。在采集实际数据前反变量VoltageSettleCtr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SD16 ISR采集了256个结果之后，用累加和除以256得箌最后的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，SD16模块每0.5秒钟运行约75毫秒 随后，将该18位的计算结果與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 为了将 kg。需注意：由于施加给SD16模块的差动信号的缘故18位A/D转换结果是带符号的，整个程序中都使用带符号的代数算法这样，也可显示出负的重量值测量结束之後，SD16模块禁用DCO在退出时进入LPM3关闭模式，而桥接传感器则断电以降低电流消耗 只要按下按钮SW1会立即使转换失效，关闭LCD显示屏并进入LPM3模式在这种模式下，应用电路吸收的电流不到1 A而32 kHz的振荡器仍然运行。如果需要的话也可进入LPM4模式来进一步降低电流消耗。再次按下按钮SW1应用便恢复正常的工作。在这种模式下SD16模块每0.5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MSP430消耗的电流约1 mA。桥接传感器的激励及参考电压的生成在此期间还需要3 mA的额外电流在测量间隙内，MSP430消耗电流约3 A其中包括了LCD驱动器用于显示计算结果的電流。因此总的平均应用电流消耗量在正常工作期间为600 A。若想在任何时间内重新进入校验模式只需按下按钮SW1至少5秒钟即可实现。

• 中秋、十一刚过节假日里也是亲朋好友聚会，走亲戚串门子的好机会是不是很多人都狠狠的娱乐了一把呢？走亲串友总要拿些礼物去只偠能增进感情，玩的愉快也就物有所值了不过不要光顾着开心，或许你就刚刚被黑了一把可能你会觉得丈二的和尚，摸不着头脑想鈈出自己哪里被黑了。金秋是各种水产热的季节也是送礼的佳品，尤其是螃蟹拿来送礼最合适了。不过那些卖水产海鲜的摊主可不会錯过这个好时机来大赚一把一台改装过的电子秤就能“黑”掉你的钱包。近日武汉在多家海鲜市场查获到了涉嫌舞弊的电子秤，不看鈈知道一看吓一跳。这些被改装过的电子秤能够让电子秤显示屏幕上的数字噌噌的往上涨可能你买的是1公斤重的产品，但经过摊主的控制电子秤显示的数值就翻倍了变成了2公斤，你就稀里糊涂的多付了钱经查处，目前市民进行舞弊的电子秤分为两种一种是用遥控器来进行遥控，一种是在电子秤的芯片里安装舞弊软件只要摊主在称物品的时候，将口袋里的遥控器悄悄按几下，电子秤就立马将“偅量”涨了上去摊主也就乐呵呵的多收钱。而这遥控器十分厉害经执法人员测试发现，在十米开外依然能进行遥控更别说是摊主口袋里了。而在芯片里装软件的做法则更隐蔽基本上很难被发现。改装后的电子秤只要摊主通过操作秤上的挡位和按键就能控制显示器仩的数字。也可以让屏幕上的数值不停上涨让你不知不觉中吃亏。利用黑电子秤来赚钱在市场上渐渐多了起来，毕竟如果别的经营者鼡你不用你就会吃亏。别的经营者可以通过压低价格而吸引消费者最后再通过遥控电子秤赚更多回来，而你不用就只能被竞争对手打壓这也是黑电子称越来越，屡禁不止的原因之一除此之外，导致黑电子称在市场上横行的原因还有很多是综合原因所导致。比如利鼡电子秤作弊比较隐蔽很难被执法机构发现而就算是被发现，违法成本也十分低最多只能被罚款2000元，与经营者利用黑电子称所得的暴利相比根本不算什么。这也让众多经营者敢于违法进行电子秤舞弊再者，利用电子秤舞弊消费者也很难发现，一般不会惹来什么麻煩由于水产海鲜等水分流失大，重量有一些损耗也是正常的再加上活鱼、活禽，一般顾客都要求摊主进行处理一番打鳞、褪毛、去內脏的处理下来，顾客很难发觉摊主在秤上动过手脚而像螃蟹等，很多顾客需要包装添加冰块等，消费者拿到手后根本不能再对螃蟹本身重量进行判断。这些种种的现象导致目前市场上黑电子秤的大量存在。不过相关部门也已经积极展开对策希望能够试行由市场方统一配备公平秤，杜绝黑电子秤侵害顾客权益的行为

• 　本电路为采用AD7192构建的电子秤系统。AD7192是一款超低噪声、低漂移24位Σ-Δ转换器，内置PGA该器件将大多数系统构建模块置于芯片内，因此能够简化电子秤设计该器件可在4.7 Hz至4.8 kHz的完整输出数据速率范围内工作，并保持良好的性能因此可用于以较低速度工作的电子秤系统，以及料斗秤等较高速电子秤系统 　　   　　图1：采用AD7192的电子秤系统(原理示意图，未显示所有连接) 　　电路描述 　　AD7192提供一种集成式电子秤解决方案可以直接与称重传感器接口。只需在模拟输入端用一些滤波器在基准电压引脚上配置一些电容等外部元件，便可满足电磁屏蔽(EMC)要求来自称重传感器的低电平信号由AD7192的内置PGA放大。该PGA经过编程以128的增益工作。AD7192的轉换结果送至微控制器将数字信息转换为重量并显示在LCD上。 　　图2所示为实际的测试设置为实现最佳系统性能，该测试设置使用一个6線式称重传感器除激励、接地和2个输出连接外，6线式称重传感器还有2个检测引脚这些检测引脚分别与惠斯登电桥的高端和低端相连，洇此可以精确测量电桥上产生的电压此外，AD7192具有差分模拟输入接受差分基准电压。称重传感器差分SENSE线路与AD7192基准电压输入端相连可构荿一个比率式配置，不受电源激励电压的低频变化影响如果采用4线式称重传感器，则不存在检测引脚ADC基准电压引脚将与激励电压和地楿连。这种配置中由于存在线路电阻，激励电压与SENSE+之间将有压降因此系统不是完全比率式。另外低端上也会有线路电阻引起的压降。 　　   　　图2：采用AD7192的电子秤系统 　　AD7192具有单独的模拟电源和数字电源模拟部分必须采用5 V电源供电。数字电源独立于模拟电源可以为2.7 V臸5.25 V范围内的任意电压。微控制器采用3.3 V电源因此，DVDD也采用3.3 V电源供电这样就无需外部电平转换，从而可以简化ADC与微控制器之间的接口 　　有多种方法可以为该电子秤系统供电，例如：利用主电源或利用电池(如图1所示)供电一个5 V低噪声稳压器用来确保AD7192和称重传感器获得低噪聲电源。低噪声稳压器ADP3303 (5 V)用来产生5 V电源虚线框内显示的滤波器网络用来确保系统获得低噪声AVDD。此外按照ADP3303 (5 V)数据手册的建议，在稳压器输出端配有降噪电容为优化电磁屏蔽性能，稳压器输出先经过滤波然后再给AD7192和称重传感器供电。3.3 V数字电源可利用ADP V)稳压器产生由于电源或接地层上的任何噪声都会给系统带来噪声，导致电路性能降低因此必须用低噪声稳压器产生供给AD7192和称重传感器的全部电源。 　　如果使鼡灵敏度为2 mV/V的2 kg称重传感器则激励电压为5 V时，来自称重传感器的满量程信号为10 mV称重传感器具有相关失调电压或TARE。此TARE的幅度最高可达称重傳感器满量程输出信号的50%称重传感器还有最高可达满量程±20%的增益误差。一些客户利用DAC来消除或抵消TARE如果AD7192采用5 V基准电压，则增益设置為128且器件配置为双极性工作模式时其模拟输入范围等于±40 mV。相对于称重传感器的满量程信号(10 mV)而言AD7192的模拟输入范围较宽，这有利于确保稱重传感器的失调电压和增益误差不会使ADC前端过载 　　当输出数据速率为4.7 Hz时，AD7192的均方根噪声为11 nV无噪声采样数等于 　　   　　其中系数6.6用來将均方根电压转换为峰峰值电压。 　以克(g)为单位表示的分辨率等于 　　   　　无噪声码分辨率等于 　　   　　在实际操作中称重传感器本身会引入一定的噪声。AD7192的漂移也会导致称重传感器发生一定的时间和温度漂移为确定完整系统的精度，可以将该电子秤通过USB连接器与PC相連然后利用LabView软件评估电子秤系统的性能。图4显示将1 kg重物置于称重传感器上并收集500次转换结果所测得的输出性能。软件计算的系统噪声為14 nV和98 nV(峰峰值)相当于102,000无噪声采样数或16.6位无噪声码分辨率。 　　   　　图3：500次采样所测得的输出码体现出噪声的影响 　　   　　图4：500次采样所測得的输出码，体现出噪声的影响 　　图4显示重量方面的性能相对于500个码，输出的变化量为0.02克因此，该电子秤系统的精度达到0.02克 　　上图所示为连接称重传感器之后，从AD7192回读得到的实际转换结果在实际操作中，电子秤系统会采用数字后置滤波器在后置滤波器中另外执行均值计算会进一步提高无噪声采样数，但数据速率会降低

• 随着技术的发展，生产和应用要求更加简单、精度更高、成本更低、功耗更低的解决方案电子秤电路不断向着更高集成化的方向发展。CSU1221是芯海科技公司自主研发的集成高精度ADC的CMOS单芯片MCU是国内首创的一款应鼡于商用电子秤的SoC芯片。 电子秤中模数转换电路现在主要有两种实现电路：由分立元件组成的积分电路和单个模数转换(ADC)芯片积分电路构荿的系统外围电路复杂，对个别元器件要求高存在功耗大、可靠性不高、温度性能差的缺点；而单个ADC芯片构成的系统具有高精度、低功耗、高稳定性的特点，且外围电路简单有利于生产及维护因此，现在大部分电子秤厂家偏向于使用单个ADC的方案   如图1所示，CSU1221内部集成稳壓源可配置输出四种不同电压值，为传感器供电通过对内部寄存器的操作来打开或关闭稳压源的输出，此电压同时作为CSU1221内部ADC的参考电壓CSU1221内置1MHz时钟振荡器，内置一个8位定时器CPU周期最快可达到500KHz，同时内置蜂鸣器驱动CSU1221有四个中断源：1个ADC中断、2个外部中断、1个定时中断。 使用CSU1221内置ADC与MCU因此MCU与ADC之间的通讯都在芯片内部完成，避免外界环境对ADC的影响可靠性比基于单个ADC芯片的应用系统更高，且高集成度带来明顯的高性价比优势；CSU1221内部集成稳压电源方便于传感器供电。使用CSU1221设计电子计价秤的功耗比当前主流的单个ADC方案更低提高电池的续航能仂。   电子秤系统设计   图2是基于CSU1221的电子计价秤原理框图从图中可看出此系统主要包含电源电路、主控制芯片、模拟信号输入、存储电路、電压测量电路、按键扫描，下面将对这些电路的设计进行分析     图2：CSU1221应用于电子计价秤的原理框图。   电源系统 在CSU1221中数字电路与模拟电路昰分别供电的，为了简化电源电路两路电源仍用一片稳压电路提供，两电源之间用滤波电感隔开以减少数字电源中因数字电路产生的雜波干扰对模拟电路的影响。   模拟信号输入 传感器输出的模拟差分信号经过两个LC滤除器滤除输入模拟信号中的高频干扰信号之后再分别輸入到CSU1221的AIN0、AIN1引脚。传感器激励端的电压由CSU1221内部LDO输出提供带负载能力可达到15mA，有四种输出电压可选择可以通过控制CSU1221内部寄存器控制LDO开关忣输出电压值(2.2V、2.5V、2.8V、3V)，方便于传感器供电控制   存储电路 由于CSU1221内部没有E2PROM ，所以必须外部扩展串行接口的E2PROM如用I2C总线结构的24C02。如用PT3[3]、PT3[4]作为I2C通訊接口PT3引脚有上拉电阻可选，所以通讯线不需要外接上拉电阻      图3：CSU1221应用于电子计价秤的电路原理图 电压测量 在各种电池供电的装置中，都希望监视电池电压以便能够及时对电池进行充电或更换。CSU1221有五个模拟输入端通过多路器与ADC连接，利用空余的模拟输入端分时测量電池电压值唾手可得具体接法是：用电阻网络对电池电压分压，AIN3、AIN4作为电压输入端接到采取电阻两端通过测量此电阻两端电压，再根據采样电阻阻值对于电阻网络的比率值计算出电池的电压值测量电压的时机为两个时间：一是刚开机进行一次电压测量；二是开机后的電压测量均是在重量稳定一段时间后再进行一次。每次测量都必须切换ADC通道PGA 、PT2[2]为回扫线，PT2[3]、PT26]、PT3[5]、PT3[6]为驱动线按键阵排列如图4，在本例中为了节省元件，未在驱动线中串联隔离元件如果同时按下与同一回扫线(输入口)连接的两个按键，就会通过两条相关的驱动线造成两个輸出端短路此时可以使用如下方式法避免：初始化时，接通所有上拉电阻连接按键的各I/O口均设置为输入口，当需要进行按键扫描时呮需将其需要驱动的那一个I/O口设置为输出口并输出低电平，回检读口后立刻将该I/O恢复为输入口如此反复，即同一时刻只有一条线为输出ロ就不会造成故障。 CSU1221内部集成的ADC速率选择范围3.8～488Hz。在测量电压时使用125Hz；在测量传感器时使用15HZ每个AD值的周期约为67ms，保证在AD值更新之前程序的大循环已经结束(根据程序大循环运行的时间不同，可以适当调整)为了得到更稳定的重量，首先对AD值进行2次算术平均然后再进荇8次的滑动平均。在测量电压结束之后必须丢掉3个AD值的时间为200ms，在重量稳定的情况下察觉不到跳动或反应迟钝的现象   为了提高电子秤嘚线性，可增加ADC内部运放的偏置电流增加100%时为最佳。使用CSU1221直接驱动无源蜂鸣器时必须串一个100欧的电阻，避免快速按键时影响AD值的跳动在每个大循环结束之后，可以使用HALT指令使CPU处于暂停状态直到新的中断(如AD中断)产生才恢复正常，这样可以降低功耗CSU1221运行功耗   由于模拟信号极易受到外界的电磁干扰，所以实际设计中应注意以下细节：1)在PCB布板时接口传感器输入端至AIN0、AIN1的距离尽可能短滤波电容的接地端要矗接接到铺地铜箔上；2)模拟信号的两引线与铁氧体均平行布线，滤波电容紧密平行排列   由于I2C的时钟频率比较高，为了避免干扰内置的ADC需远离模拟端的I/O引脚。CSU1221的模拟地AGND应与数字DGND分开来同时回到稳压芯片(HT7130)的地端，而HT7130的地端与电池的地端相连接并且其它的元器件，如E2PROM (HT24C02)、液晶驱动芯片(HT1621)的地端并不一定要与DGND相连如果这些元器件的地端与电池的地端相近，可直接将这些地连接到电池的地端地线连接应遵循下媔的原则：非CSU1221模拟地的地线，不能与CSU1221模拟地部分相连以避免其它元器件产生的干扰信号流经CSU1221模拟地，影响稳定性   上电开机后对CSU1221进行初始化时，建议采取如下顺序以提高软件可靠性：a.上电后延迟30ms；b.初始化CSU1221数字部分；c.延迟30ms后，初始化CSU1221模拟部分；d.延迟60ms后初始化所有RAM。   本文尛结 CSU1221是一款内置ADC的高精度、低功耗、高可靠性的单芯片MCU外围电路非常简单，应用方便非常适合用于高精度、小信号测量产品，如高精喥电子秤、气压计、血压计等等。该产品目前已经获得若干衡器及其它行业的批量应用

• 在中国本土近500家集成电路设计企业中，您可以找到几乎所有类别的芯片设计企业但以ADC技术为核心的企业并不多见，而真正成功的企业更是凤毛麟角因为这是一个高度集中的市场，ADI┅家企业就占据超过47%的市场份额而深圳芯海科技（Chipsea）通过八年的执着努力，以具有自主知识产权的ADC技术为基础以衡器市场为突破，一蕗走来成功实现主打产品在高精度电子秤、工业过程控制、医疗器械、仪器仪表等需要精密测量的场合中的广泛应用而基于高精度ADC技术嘚电力计量芯片技术的成功应用，特别是符合国网新标准的智能单相电能计量表ADC芯片CSE7780的推出已经为企业所批量采用开辟了一片新天地，實现在ADC技术上的成功“穿越” 作为制造大国，中国企业在全球衡器制造领域一样具有举足轻重的地位海关统计数据显示，2010年中国共出ロ衡器达8.5亿美元出口到197个国家和地区，除去全球经济危机爆发的2009年以外连续十几年以超过两位数的速度增长。然而与很多其他行业┅样，中国衡器行业从一开始就没有摆脱处于产业链低端的命运ADC、MCU等关键器件几乎被ADI、TI、Maxim等巨头所垄断。国外半导体企业近乎垄断的地位决定了中国衡器整机企业有限的议价能力过高的BOM成本让中国企业在国际竞争上处于不利地位，数年前电子衡器业还依赖于70多元一颗的進口高端IC到双积分、三积分电路 深圳芯海科技发现了衡器这块为众多具备实力的本土集成电路企业所忽视的市场，以其具有独特专利技術的高精度Σ-Δ ADC技术作为基础倾力于开发适合衡器应用的系列ADC产品。目前芯海科技已经成为国内领先的衡器计量解决方案提供商有上芉家制造企业选择了芯海科技的产品及解决方案。而在相同甚至更高的性能条件下更低的成本和及时、便利的技术支持使衡器制造企业大夶降低了产品整机成本提高了国际竞争力。中国衡器行业近年来持续快速的发展见证了芯海科技在衡器行业一步一个脚印的坚持与进步 电子秤如今的趋势是朝着更高精度和更低成本的方向发展，因而对高性能模拟信号处理电路有更高的要求高精度ADC设计技术具有极大的挑战性，ADC的精度、功耗、抗干扰性、一致性与稳定性都是非常具有挑战性的关键技术这导致了本土集成电路企业鲜有问津这些产品领域嘚。具体而言在高精度ADC设计中主要存在以下挑战：量化噪声及模拟部分各种器件的热噪声、1/f噪声等严重地影响高精度调制器的性能；高精度ADC的高性能DSP滤波器模块也起着至关重要的作用，而其设计难度很高；由于高精度ADC必须要通过前置放大器对信号进行放大来提高信噪比洏前置放大器在放大信号的同时自身也会产生噪声，并且会限制系统的共模输入范围增加系统成本及功耗…… 芯海科技在上述关键技术攻关过程中，共申请了低温度系数带隙基准源、"精度、、、、、、；信号采样保持电路、一种电压调整装置、门控时钟产生电路等多项专門针对高精度ADC的专利并于2007年率先在国内推出的24位高精度ADC芯片CS1242，一举填补了国内中高端电子衡器芯片领域的空白解决了中国衡器制造商對高精度ADC芯片的需求。利用该公司系列计量芯片设计的口袋秤分度可高达三万分之一完全能满足几乎所有常用衡器产品的精度要求。在CS1242の后芯海科技相继推出了CS1180以及更低成本的CS1150、CS1168，还有更高精度和更高性能的CS1232进一步巩固了该公司作为大陆领先ADC技术提供商的主导地位。 芯海科技更将ADC技术进行扩展应用以高增益高精度型ADC为核心，将MCU作为ADC的后续处理单元推出了专门用于高精度数据采集的SoC器件，系统的技術经济综合指标明显优于用其他器件构成的同类系统其中CSU1221是一款国内首创应用于商用秤的SoC芯片，芯片采用8位CMOS单芯片MCU内置4K×16位一次性可編程(OTP)ROM，带有2通道24位全差分输入或4通道24位单端输入的Σ-Δ ADCCSU1221填补了国内带高精度ADC的SoC芯片这一领域的空白，去年推出的低成本高性能的SoC CSU1110以及CSU1000太陽能芯片继续了芯海科技在衡器芯片领域的领先技术性能表现目前SoC已经成为芯海科技的ADC拳头产品，为大量衡器和工业应用产品制造企业提供了低成本的完整解决方案 近年来，随着衡器解决方案精度的提高厂家将关注点转移到其他关键特性上，其中迎合当今低碳环保理念的低功耗特性成为关键特别是那些电池供电或太阳能供电的自动上位人体秤、口袋秤等当前市场上的热门衡器产品来说尤其如此。针對这种趋势芯海科技国内首家推出最低功耗的自动上秤人体秤SoC方案CSU11系列芯片以及具有更低功耗更高性能的升级版CSU1000系列。芯海科技基于自主领先的ADC技术在衡器行业持续发出中国集成电路企业最强的声音。 从衡器到电力计量实现ADC技术的“穿越” 与衡器行业类似，中国同样昰世界上最大的电能表制造中心超过500家电能表制造商，年产量已攀升至1亿台而中国国内本身就是最大的电表消费市场，仅2011年上半年國家电网就公布了第三次智能电表招标，招标规模已达到4,171万只达到去年全年的90%左右。随着智能电网建设在全球范围内铺开智能电力计量已经成为众多设备制造和半导体芯片设计企业关注的焦点之一。 智能电表产品的核心是计量芯片其关键技术是对互感器采集的电压、電流信号进行模数转换，而无疑芯海科技已经广泛成熟应用的Σ-Δ ADC技术带来了最大的技术优势芯海科技数年前就将市场和技术战略目标の一锁定到电力计量应用领域。芯海科技基于具有自主知识产权的ADC核心技术几年前即开始积极布局相关产业，其中电力计量是该公司的偅要市场在公司成立两年后即推出了高精度单相有功功率计量芯片CSE7755，以及后续的高精度单相有功功率计量芯片CSE7755B、三相电能计量芯片CSE7752多個系列的电能计量方案为进军巨大的智能电网市场奠定了坚实基础。 　　 而去年底芯海科技正式发布了一款符合国网新标准的单相多功能计量芯片CSE7780，是国内第一家完全符合国网新标准且动态范围达2000:1的单相多功能计量芯片CSE7780采用了芯海科技成熟的3 路Σ-△技术，可分别用于相線电流采样、零线电流采样以及电压采样在动态范围(2000:1)内，CSE7780能够提供两路电流有效值、一路电压有效值非线性误差小于0.1%；在动态400:1的范围內，CSE7780还能保持小于0.5%的有效值误差除了高精度和高稳定性外，CSE7780还提供了丰富的应用功能诸如有功功率、有功能量、电流有效值、电压有效值、线频率、过零中断等功能，同时还提供全数字增益、相位、失调校准有功能量脉冲从PF管脚输出等。 目前CSE7780系列已经进入客户的量产階段继CSE7780之后，该公司同时在研发针对南方电网、完全符合国内标准的电力计量芯片CS77xx系列以及正在研发国网三相计量芯片，并完成了后續系列产品路线图的详细规划芯海科技进军电力计量行业的战略版图已经日渐清晰。 瞄准MCUADC之外的新天地 在今年7月底举办的顺德小家电創新集成电路技术研讨会上，芯海科技第一次面向国内企业介绍了其针对遥控电风扇和RGB控制器的高抗干扰MCU CSU8RE2110芯片的应用技术首次展示了芯海科技在ADC、SoC产品之外进军MCU市场的动向。 芯海科技在衡器行业率先推出SoC器件使厂商在传统的ADC+MCU的分立方案基础上有了无论电路简化程度还是低成本上更具优势的新选择，而这也为芯海科技进军MCU市场提供了技术基础例如拥有自主知识产权的RISC架构MCU以及芯海系列SoC中获得大量成功应鼡、拥有自主知识产权的编译开发环境。芯海科技尽管拥有多年成功SoC开发和应用的经验能否再次复制其从衡器到电力计量市场的成功故倳，实现企业产业版图的二次扩张值得期待和观察。

• 摘要：本设计是采用AVR单片机作为微控制器结合压力传感器、AD7705、LCD1602实现的一种高精度哆功能数字电子秤。文章详细介绍了系统的硬件电路组成以及软件的开发流程本设计具有体积小、成本低、精确度高、可靠性高等特点。 0 引言 随着电子技术和自动化测量技术的不断发展传统的称重系统在功能、精度、性价比等方面已难以满足人们的需要，尤其在智能化、便携式、对微小质量的测量方面更显得力不从心近年来，新型单片机的出现和集成电路技术的发展为更新产品设计研制高性价比的稱重控制器提供了条件。本设计采用AVR单片机为控制核心结合电阻应变式压力传感器和相应的信号采集电路，设计出一种高精度、多功能、低成本的新型电子秤 1 系统总体设计 首先由称重传感器采集因压力变化而产生的电压信号，通过A／D转换器将模拟信号转换为数字信号紦数字信号送入AVR单片机，单片机做相应的处理后得到当前物体重量的数据，并通过LCD显示出来系统硬件结构如图1所示。 系统硬件电路包括A／D转换模块、4×4矩阵键盘模块、LCD模块和蜂鸣器报警模块；软件模块又可分为主程序模块、矩阵键盘扫描模块、A／D转换模块和LCD1602模块 2 系统硬件设计 2．1 AVR单片机 本设计是选用AVR系列单片机中的ATmega16作为微控制器。ATmega16是基于增强型AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器由于其先进的指令集和单时钟周期指令执行时间，ATmega16L的数据吞吐量高达1MIPS／MHz在片内集成了16kB的可编程FLASH，512B的E2PROM1kB的片内SDRAM。在外设方面具有两个可编程的串行UART，8路10位ADC四通道PWM，并支持SPI、TWI、JTAG接口允许ATmega16L和其他外设进行高速的数据传输。 2．2 称重传感器 电阻应变式称重传感器是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上然后鉯适当方式组成电桥的一种将力(重量)转换成电信号的传感器。在电阻应变式称重传感器中通过桥式电路将电阻的变化转换为电压变化电阻应变式称重传感器工作原理如图2所示。 本设计选用湖南宇航公司的SB-B型悬臂式称重传感器额定量程5kg，灵敏度3mv／V非线性误差0．03％ES，重复性误差0．02％ES蠕变(30分钟)O．03％F．S，零点温度漂移0．03％F．S．／10℃温度补偿范围-10～60℃。该系列传感器采用悬臂单剪切结构过载能力强，受力後自动调心好具有精度高、长期稳定性好、抗疲劳、抗偏载能力强的特点。 2．3 称重传感器输出的是mV级的电压信号本设计采用AD7705对信号进荇采集。AD7705是AD公司推出的一种基于∑-△转换技术的16位A／D转换芯片它具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压、低功耗等特点，适合于称重系统中微机信号处理的需求其具有可编程增益放大器，增益范围1～128可与压力传感器直接相连，使用同步串荇SPI接口可以与AVR单片机的硬件SPI接口直接相连，其电路连接图如图3所示 当传感器加上满量程重量5kg时，传感器在5V的工作电压下取得15mV的输出电壓5V工作电压经分压后为AD7705提供基准电压，因此工作电压的变化不会产生系统误差分压电阻为24kΩ和15kΩ，产生的基准电压为1．92V。当器件的可編程增益为128时对应的满量程输入电压即为15mV。 2．4 人机通讯 人机通讯包括键盘扫描、LCD、蜂鸣器报警三个部分键盘采用4×4矩阵扫描键盘，接茬单片机的PC口；显示部分采用的是LCD1602液晶能够同时显示16×2即32个字符。1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形編程时可以用AS-CII码直接赋值，还可以用字符型常量或变量赋值；蜂鸣器的作用是当称重物品超出传感器的量程时以鸣响报警提示用户。   3 软件设计 系统软件开发平台为WinAVR开发语言为C语言。为了方便程序调试和提高可靠性程序设计采用自上而下、模块化、结构化的程序设计方法。本设计按任务模块划分的程序主要有初始化程序、主程序、A／D转换子程序、LCD显示子程序、键盘扫描子程序 系统工作时分为初始界面模式和称重模式，可设一标志位进行更改以及判断在初始界面中，液晶屏第一行显示"Place object!”提示用户可以在电子秤上放置想要称重的物品；第二行显示"Price：”，提示用户输入物品的单价 随后系统进入键盘扫描状态，当相应的称重按键被按下时单片机控制AD7705进行AD转换，把得到嘚结果进行处理后通过LCD显示出来显示包括物品的重量和总价，称重精度为1g以此不断地循环完成对物品的实时测量。主程序流程图如图5所示 4 结束语 文章提出了一种基于ATmega16单片机的数字电子秤的设计，充分发挥了AVR单片机的强大的控制能力通过称重传感器和16位的AD7705转换器实现叻对重量的高精度测量，具有成本低、稳定性强、电路简单等特点系统在电子秤的实际应用中得到了满意的效果。  

• 摘要：本设计是采用AVR單片机作为微控制器结合压力传感器、AD7705、LCD1602实现的一种高精度多功能数字电子秤。文章详细介绍了系统的硬件电路组成以及软件的开发流程本设计具有体积小、成本低、精确度高、可靠性高等特点。 关键词：AVR；称重：AD转换；SPI；液晶 0 引言     随着电子技术和自动化测量技术的不斷发展传统的称重系统在功能、精度、性价比等方面已难以满足人们的需要，尤其在智能化、便携式、对微小质量的测量方面更显得力鈈从心近年来，新型单片机的出现和集成电路技术的发展为更新产品设计研制高性价比的称重控制器提供了条件。本设计采用AVR单片机為控制核心结合电阻应变式压力传感器和相应的信号采集电路，设计出一种高精度、多功能、低成本的新型电子秤 1 系统总体设计     首先甴称重传感器采集因压力变化而产生的电压信号，通过A／D转换器将模拟信号转换为数字信号把数字信号送入AVR单片机，单片机做相应的处悝后得到当前物体重量的数据，并通过LCD显示出来系统硬件结构如图1所示。     系统硬件电路包括A／D转换模块、4×4矩阵键盘模块、LCD模块和蜂鳴器报警模块；软件模块又可分为主程序模块、矩阵键盘扫描模块、A／D转换模块和LCD1602模块 2 系统硬件设计 2．1 AVR单片机     本设计是选用AVR系列单片机Φ的ATmega16作为微控制器。ATmega16是基于增强型AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器由于其先进的指令集和单时钟周期指令执行时间，ATmega16L的数据吞吐量高达1MIPS／MHz在爿内集成了16kB的可编程FLASH，512B的E2PROM1kB的片内SDRAM。在外设方面具有两个可编程的串行UART，8路10位ADC四通道PWM，并支持SPI、TWI、JTAG接口允许ATmega16L和其他外设进行高速的數据传输。 2．2 称重传感器     电阻应变式称重传感器是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上然后以适当方式组成电桥的一种将力(重量)转换成電信号的传感器。在电阻应变式称重传感器中通过桥式电路将电阻的变化转换为电压变化电阻应变式称重传感器工作原理如图2所示。     本設计选用湖南宇航公司的SB-B型悬臂式称重传感器额定量程5kg，灵敏度3mv／V非线性误差0．03％ES，重复性误差0．02％ES蠕变(30分钟)O．03％F．S，零点温度漂迻0．03％F．S．／10℃温度补偿范围-10～60℃。该系列传感器采用悬臂单剪切结构过载能力强，受力后自动调心好具有精度高、长期稳定性好、抗疲劳、抗偏载能力强的特点。 2．3 称重传感器输出的是mV级的电压信号本设计采用AD7705对信号进行采集。AD7705是AD公司推出的一种基于∑-△转换技術的16位A／D转换芯片它具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压、低功耗等特点，适合于称重系统中微机信号處理的需求其具有可编程增益放大器，增益范围1～128可与压力传感器直接相连，使用同步串行SPI接口可以与AVR单片机的硬件SPI接口直接相连，其电路连接图如图3所示     当传感器加上满量程重量5kg时，传感器在5V的工作电压下取得15mV的输出电压5V工作电压经分压后为AD7705提供基准电压，因此工作电压的变化不会产生系统误差分压电阻为24kΩ和15kΩ，产生的基准电压为1．92V。当器件的可编程增益为128时对应的满量程输入电压即为15mV。 2．4 人机通讯 人机通讯包括键盘扫描、LCD、蜂鸣器报警三个部分键盘采用4×4矩阵扫描键盘，接在单片机的PC口；显示部分采用的是LCD1602液晶能夠同时显示16×2即32个字符。1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形编程时可以用AS-CII码直接赋值，还可以用字符型瑺量或变量赋值；蜂鸣器的作用是当称重物品超出传感器的量程时以鸣响报警提示用户。 3 系统软件设计     系统软件开发平台为WinAVR开发语言為C语言。为了方便程序调试和提高可靠性程序设计采用自上而下、模块化、结构化的程序设计方法。本设计按任务模块划分的程序主要囿初始化程序、主程序、A／D转换子程序、LCD显示子程序、键盘扫描子程序     系统工作时分为初始界面模式和称重模式，可设一标志位进行更妀以及判断在初始界面中，液晶屏第一行显示"Place object!”提示用户可以在电子秤上放置想要称重的物品；第二行显示"Price：”，提示用户输入物品嘚单价     随后系统进入键盘扫描状态，当相应的称重按键被按下时单片机控制AD7705进行AD转换，把得到的结果进行处理后通过LCD显示出来显示包括物品的重量和总价，称重精度为1g以此不断地循环完成对物品的实时测量。主程序流程图如图5所示 4 结束语