文章著(zhù)重介紹了基于高集成度的單片機C8051F330的電子秤硬件設計方案,并給出測試結果。實(shí)驗證明該設計方案在 使用中讀數準確、反應靈敏，具有低功耗、超量程報警等功能。

0.引言

在我們的日常生活中，電子秤的應用越發(fā)廣泛，但可以發(fā)現市場(chǎng)上采用的電子秤通常體積大,成本高,且不方便攜帶?；诂F 代生活的需求，希望電子稱(chēng)能夠準確、快速、連續并且自動(dòng)的實(shí)現 稱(chēng)量要求，本文基于C8051F330單片機，研發(fā)了一種體積小、 重量輕、計量準確、讀數直觀(guān)、容易攜帶的民用電子秤。

1.系統設計方案

1.1基本設計思路

如圖1所示，電子秤的設計思路是其內部有一個(gè)壓力傳感 器，當電子秤稱(chēng)重時(shí),壓力傳感器將被測物體的重量轉換為電壓信號。由于轉換后的電壓信號很小，所以在壓力傳感器后加一個(gè) 信號濾波放大電路對電壓進(jìn)行線(xiàn)性放大。模擬電壓信號經(jīng)過(guò)放大 后通過(guò)A/D轉換器轉換成數字信號加到單片機上,單片機外接譯 碼顯示器，通過(guò)數字顯示屏得到被測物體的重量。在實(shí)際應用中， 為提高數據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芯片之間加上信號調整電路。另外為了滿(mǎn)足系統按鍵較 多的要求，再加一個(gè)鍵盤(pán)顯示管理芯片(ZLG7289 )。

1.2基本實(shí)現方法

系統設計分為硬件設計和軟件設計兩大部分。系統硬件設 計可分為三大模塊，分別是單片機控制模塊、通過(guò)前端信號采集、 處理及轉換模塊和人機接口界面模塊。其中硬件單片機控制模塊 部分采用51系列單片機C8051F330為控制核心部件，實(shí)現對電 子秤的基本控制功能。數據采集模塊由壓力傳感器、信號的前級 處理和A/D轉換部分組成。人機交互界面模塊采用鍵盤(pán)控制芯片 ZLG7289,轉換后的數字信號送給控制器處理，由控制器完成對該 數字量的處理，驅動(dòng)顯示模塊完成人機間的信息交換。在擴展功 能上，設計增加了一個(gè)系統報警電路，可以進(jìn)行過(guò)載、欠量程報警 提示。本文由于篇幅所限，重點(diǎn)闡述硬件設計部分。

1.3電子秤主要技術(shù)指標

電子秤稱(chēng)重范圍：0?20KG ；精度等級III級；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(chēng)得的重量。

2.硬件設計

根據設計要求以及系統所需要實(shí)現的功能，在設計系統時(shí) 可以分成以下幾個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C控制模塊，前端信號采集、處理、 轉換模塊，人機接口界面模塊以及系統電源部分。

2. 1單片機控制模塊

本設計系統中，51系列單片機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,三級程序加密,具有3個(gè)16位定時(shí)/計數器，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(mén)狗 定時(shí)器，雙數據指針，上電復位標志。

C8051F330內帶8K*8位的程序存儲器，用軟件實(shí)現電子秤 系統的各項功能時(shí)，并不需要很大的軟件量，因此片外不必再擴 展程序存儲空間。在實(shí)際使用電子秤的稱(chēng)重功能時(shí)，考慮到涉及 到大量的數據，而C8051F330片內的數據存儲空間只有8位，因 此在片外擴展一片32K的數據存儲器，選用62256芯片實(shí)現[3]。 2.2數據采集部分電路設計

2.2.1傳感器選擇

在電子秤系統中，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。

本設計要求稱(chēng)重范圍是0?20KG,重量誤差不大于 0.015KG。電阻應變式傳感器選擇L-PSIII型，量程20Kg，精度為 0.01%,滿(mǎn)量程時(shí)誤差± 0.002Kg,完全滿(mǎn)足本系統的精度要求。

2.2.2前級放大器部分

前級放大器部分采用專(zhuān)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 1?1000范圍內的任意增益，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(xiàn)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 ；最大輸入失調電壓為125 ^ V ；頻帶寬度為 120kHz(在 G=100 時(shí)）。

2.2.3 A/D轉換器

本文選擇具有很強抗干擾能力的雙積分型A/D轉換器 ICL7135,以實(shí)現電壓信號的精確轉換。雖然轉換速度慢,但精度 高，輸入阻抗高，可自動(dòng)調零，具有超量程信號，全部輸出的TTL 電平信號兼容。作為電子秤，系統對A/D轉換的速度要求不高,而 且ICL7135的轉換精度足以滿(mǎn)足系統的誤差要求。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人機交互部分

本文設計中人機交互部分采用了廣州周立功單片機公司生 產(chǎn)的專(zhuān)用鍵盤(pán)控制芯片ZLG7289?，并且擴展了其中的64個(gè)鍵 盤(pán)供系統使用。顯示用的LCD我們根據要求選用了字符點(diǎn)陣式液 晶顯示器0CM4x8C,可以一次滿(mǎn)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(mǎn)足電子秤在稱(chēng)物時(shí)的購物清單 顯示要求。

2.4 系統電源、

以LM317和LM337?型號的芯片為核心來(lái)設計電源電路。 LM系列的特性有：可調整輸出電壓低到1.25V ;保證1. 5A 輸出電流；典型線(xiàn)性調整率0.01%;典型負載調整率0.1%; 80dB紋波抑制比；輸出短路保護；過(guò)流、過(guò)熱保護；調整管安全 工作區保護。所以，具體設計時(shí)考慮到運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)勢等因素，最終選 用了性?xún)r(jià)比比較高的LM317和LM337來(lái)設計電源電路m'給系 統提供正、負電壓，滿(mǎn)足系統正常工作電源的要求。

2.5報警電路部分

圖2為系統報警電路原理圖，用于超載和欠量程提示。系統。

設計了兩個(gè)發(fā)光二極管作為超載和欠量程指示燈。當系統判斷為 超載或欠量程時(shí)，ICL7135給輸出一個(gè)高電平信號0((超載)或 UZ欠量程），經(jīng)非門(mén)后形成低電平從而驅動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光提示。

3.系統測試與誤差分析

(1)溫漂特性

(測試條件：SPS=10,單片機根據片上的溫度傳感器對測量 結果修正后的結果）

(2)重量測試結果及分析

所用測量?jì)x器：總量20Kg的砝碼，高精度交直流兩用計數天平。

誤差分析與結論：經(jīng)校準，非線(xiàn)性補償后，測量誤差小于士0. 01%,而且,數據十分穩定,穩定時(shí)間長(cháng)。

4.結束語(yǔ)

基于高集成度的單片機C8051F330的電子秤已制成成品， 通過(guò)實(shí)驗室內部的使用實(shí)踐,該設計可行、有效,能達到預期的設計要求。