文章著重介紹了基于高集成度的單片機(jī)C8051F330的電子秤硬件設(shè)計(jì)方案,并給出測(cè)試結(jié)果。實(shí)驗(yàn)證明該設(shè)計(jì)方案在 使用中讀數(shù)準(zhǔn)確、反應(yīng)靈敏，具有低功耗、超量程報(bào)警等功能。

0.引言

在我們的日常生活中，電子秤的應(yīng)用越發(fā)廣泛，但可以發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上采用的電子秤通常體積大,成本高,且不方便攜帶。基于現(xiàn) 代生活的需求，希望電子稱能夠準(zhǔn)確、快速、連續(xù)并且自動(dòng)的實(shí)現(xiàn) 稱量要求，本文基于C8051F330單片機(jī)，研發(fā)了一種體積小、 重量輕、計(jì)量準(zhǔn)確、讀數(shù)直觀、容易攜帶的民用電子秤。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1基本設(shè)計(jì)思路

如圖1所示，電子秤的設(shè)計(jì)思路是其內(nèi)部有一個(gè)壓力傳感 器，當(dāng)電子秤稱重時(shí),壓力傳感器將被測(cè)物體的重量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。由于轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)很小，所以在壓力傳感器后加一個(gè) 信號(hào)濾波放大電路對(duì)電壓進(jìn)行線性放大。模擬電壓信號(hào)經(jīng)過放大 后通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)加到單片機(jī)上,單片機(jī)外接譯 碼顯示器，通過數(shù)字顯示屏得到被測(cè)物體的重量。在實(shí)際應(yīng)用中， 為提高數(shù)據(jù)采集的精度并盡量減少外界電氣干擾，還需要在傳感 器與A/D芯片之間加上信號(hào)調(diào)整電路。另外為了滿足系統(tǒng)按鍵較 多的要求，再加一個(gè)鍵盤顯示管理芯片(ZLG7289 )。

1.2基本實(shí)現(xiàn)方法

系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大部分。系統(tǒng)硬件設(shè) 計(jì)可分為三大模塊，分別是單片機(jī)控制模塊、通過前端信號(hào)采集、 處理及轉(zhuǎn)換模塊和人機(jī)接口界面模塊。其中硬件單片機(jī)控制模塊 部分采用51系列單片機(jī)C8051F330為控制核心部件，實(shí)現(xiàn)對(duì)電 子秤的基本控制功能。數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器、信號(hào)的前級(jí) 處理和A/D轉(zhuǎn)換部分組成。人機(jī)交互界面模塊采用鍵盤控制芯片 ZLG7289,轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送給控制器處理，由控制器完成對(duì)該 數(shù)字量的處理，驅(qū)動(dòng)顯示模塊完成人機(jī)間的信息交換。在擴(kuò)展功 能上，設(shè)計(jì)增加了一個(gè)系統(tǒng)報(bào)警電路，可以進(jìn)行過載、欠量程報(bào)警 提示。本文由于篇幅所限，重點(diǎn)闡述硬件設(shè)計(jì)部分。

1.3電子秤主要技術(shù)指標(biāo)

電子秤稱重范圍：0?20KG ；精度等級(jí)III級(jí)；重量誤差不 大于0.015KG ；電源DC5V(也可以AC220V供電）液晶顯示模塊 可以顯示稱得的重量。

2.硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及系統(tǒng)所需要實(shí)現(xiàn)的功能，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí) 可以分成以下幾個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊，前端信號(hào)采集、處理、 轉(zhuǎn)換模塊，人機(jī)接口界面模塊以及系統(tǒng)電源部分。

2. 1單片機(jī)控制模塊

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，51系列單片機(jī)C8051F330作為控制核心 部件，C8051F330工作電壓3.5V到5V,全靜態(tài)時(shí)鐘0 Hz到30 麗z,三級(jí)程序加密,具有3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，8個(gè)中斷源， 32個(gè)可編程I/O 口，全雙工串行通訊口，低功耗支持Idle和 Power-down模式，Power down模式支持中斷喚醒，具有看門狗 定時(shí)器，雙數(shù)據(jù)指針，上電復(fù)位標(biāo)志。

C8051F330內(nèi)帶8K*8位的程序存儲(chǔ)器，用軟件實(shí)現(xiàn)電子秤 系統(tǒng)的各項(xiàng)功能時(shí)，并不需要很大的軟件量，因此片外不必再擴(kuò) 展程序存儲(chǔ)空間。在實(shí)際使用電子秤的稱重功能時(shí)，考慮到涉及 到大量的數(shù)據(jù)，而C8051F330片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間只有8位，因 此在片外擴(kuò)展一片32K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，選用62256芯片實(shí)現(xiàn)[3]。 2.2數(shù)據(jù)采集部分電路設(shè)計(jì)

2.2.1傳感器選擇

在電子秤系統(tǒng)中，傳感器是最關(guān)鍵的部件，電子秤的精度取 決于傳感器的性能。

本設(shè)計(jì)要求稱重范圍是0?20KG,重量誤差不大于 0.015KG。電阻應(yīng)變式傳感器選擇L-PSIII型，量程20Kg，精度為 0.01%,滿量程時(shí)誤差± 0.002Kg,完全滿足本系統(tǒng)的精度要求。

2.2.2前級(jí)放大器部分

前級(jí)放大器部分采用專用儀表放大器AD620，AD620具 有體積小、功耗低、精度高、噪聲低和輸入偏置電流低的特點(diǎn)。 電源供電范圍為± 2.3V?± 18V;在外接電阻Rg時(shí)，可實(shí)現(xiàn) 1?1000范圍內(nèi)的任意增益，使用方便；而且耗電量小，最大電 源電流僅為1.3mA ;其精度高，非線性度最大值為35ppm偏置電壓為50V,溫漂為0.5 yvrc ;輸入偏置電流低，其最大輸入 偏置電流為20nA ；最大輸入失調(diào)電壓為125 ^ V ；頻帶寬度為 120kHz(在 G=100 時(shí)）。

2.2.3 A/D轉(zhuǎn)換器

本文選擇具有很強(qiáng)抗干擾能力的雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器 ICL7135,以實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的精確轉(zhuǎn)換。雖然轉(zhuǎn)換速度慢,但精度 高，輸入阻抗高，可自動(dòng)調(diào)零，具有超量程信號(hào)，全部輸出的TTL 電平信號(hào)兼容。作為電子秤，系統(tǒng)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的速度要求不高,而 且ICL7135的轉(zhuǎn)換精度足以滿足系統(tǒng)的誤差要求。綜合的分析其 優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，我們最終選擇了精度為10Kg/ ± 20000= ± 0.5g 的 ICL7135。

2.3人機(jī)交互部分

本文設(shè)計(jì)中人機(jī)交互部分采用了廣州周立功單片機(jī)公司生 產(chǎn)的專用鍵盤控制芯片ZLG7289?，并且擴(kuò)展了其中的64個(gè)鍵 盤供系統(tǒng)使用。顯示用的LCD我們根據(jù)要求選用了字符點(diǎn)陣式液 晶顯示器0CM4x8C,可以一次滿屏幕顯示4行8列的32個(gè)中文 字符或4行16列的英文字符，滿足電子秤在稱物時(shí)的購(gòu)物清單 顯示要求。

2.4 系統(tǒng)電源、

以LM317和LM337?型號(hào)的芯片為核心來設(shè)計(jì)電源電路。 LM系列的特性有：可調(diào)整輸出電壓低到1.25V ;保證1. 5A 輸出電流；典型線性調(diào)整率0.01%;典型負(fù)載調(diào)整率0.1%; 80dB紋波抑制比；輸出短路保護(hù)；過流、過熱保護(hù)；調(diào)整管安全 工作區(qū)保護(hù)。所以，具體設(shè)計(jì)時(shí)考慮到運(yùn)算放大器的放大能力與 工作電壓的大小關(guān)系，以及電源芯片的自身優(yōu)勢(shì)等因素，最終選 用了性價(jià)比比較高的LM317和LM337來設(shè)計(jì)電源電路m'給系 統(tǒng)提供正、負(fù)電壓，滿足系統(tǒng)正常工作電源的要求。

2.5報(bào)警電路部分

圖2為系統(tǒng)報(bào)警電路原理圖，用于超載和欠量程提示。系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)了兩個(gè)發(fā)光二極管作為超載和欠量程指示燈。當(dāng)系統(tǒng)判斷為 超載或欠量程時(shí)，ICL7135給輸出一個(gè)高電平信號(hào)0((超載)或 UZ欠量程），經(jīng)非門后形成低電平從而驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光提示。

3.系統(tǒng)測(cè)試與誤差分析

(1)溫漂特性

(測(cè)試條件：SPS=10,單片機(jī)根據(jù)片上的溫度傳感器對(duì)測(cè)量 結(jié)果修正后的結(jié)果）

(2)重量測(cè)試結(jié)果及分析

所用測(cè)量?jī)x器：總量20Kg的砝碼，高精度交直流兩用計(jì)數(shù)天平。

誤差分析與結(jié)論：經(jīng)校準(zhǔn)，非線性補(bǔ)償后，測(cè)量誤差小于士0. 01%,而且,數(shù)據(jù)十分穩(wěn)定,穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)。

4.結(jié)束語(yǔ)

基于高集成度的單片機(jī)C8051F330的電子秤已制成成品， 通過實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的使用實(shí)踐,該設(shè)計(jì)可行、有效,能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。