設計基于串行A/D轉換器ADS1100、低功耗單片機AT89S52和LCD顯示器的高精度電子秤。該高精度電子秤作用于傳 感器的力轉換成電壓值，經(jīng)A/D轉換后用單片機進(jìn)行處理，結果通過(guò)LCD顯示。核心器件ADS1100是16位A/D轉換器，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。

物品稱(chēng)量是市場(chǎng)交易中最基本的活動(dòng)，使用的衡具多種多樣，如桿稱(chēng)、彈簧秤、電子秤等。傳統的量具是 桿稱(chēng)或盤(pán)稱(chēng)，20世紀70年代開(kāi)始出現了電子稱(chēng)。早期的電子稱(chēng)多通過(guò)模擬電路實(shí)現，隨著(zhù)電子技術(shù)的不斷 發(fā)展，數字芯片的價(jià)格逐漸下降，模擬控制已逐步被數字控制替代，電子稱(chēng)的設計模式大都以微處理器為核 心，精度和可靠性有了明顯提高，但市場(chǎng)上廣泛使用的各式電子秤都采用8位A / D轉換器和LED顯示，具 有精度低和無(wú)法顯示漢字等缺點(diǎn)[1]。采用16位A / D轉換器ADS1100和LCD顯示，設計一個(gè)讀數準確、反應 靈敏，具有低功耗、超量程報警的電子秤。

1.系統結構設計及工作原理

高精度電子秤采用的壓力傳感器為電阻應變式壓 力(稱(chēng)重)傳感器，可用于測拉力和壓力，它將作用于傳 感器的拉力或壓力轉換為電壓值，經(jīng)過(guò)放大器放大后， 送人A/D轉換器ADS1100，經(jīng)A/D轉換后用AT89X52單片機進(jìn)行處理，結果通過(guò)LCD顯示。系統結構框圖如圖1。

整個(gè)高精度電子秤具有超量程報警功能以及采用具有I2C串行接口的A/D轉換器ADS1100，利用I2C總線(xiàn)協(xié)議，只需2根數據線(xiàn)和相應的控制線(xiàn)就可以工作， 大大減少了印刷電路板的布線(xiàn)數目和CPU的I/O 口利用數目。

2.高精度電子秤的硬件電路設計

基本框架包含電阻應變式稱(chēng)重傳感器、模擬信號處理模塊、A/D轉換、超量程報警、LCD顯示模塊等，重 點(diǎn)給出各分電路的設計圖和說(shuō)明。

2.1電阻應變式稱(chēng)重傳感器

電阻應變式稱(chēng)重傳感器的原理:彈性體(彈性元件，敏感梁)在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在它表 面的電阻應變片(轉換元件)隨同產(chǎn)生變形，電阻應變 片變形后，它的阻值發(fā)生變化(增多或減少），經(jīng)相應的 測量電路把這一電阻變化轉換為電信號（電壓或電 流），完成將外力變換為電信號的過(guò)程' 電阻應變式 稱(chēng)重傳感器有多種形式，使用最多的為橋路形式，如圖 2。H為電阻應變式片；盡為10 kD多圈調零電 位器；R)為溫度補償電阻;五為傳感器橋壓；AV為傳 感器輸出。

當橋路中的某臂電阻發(fā)生變化時(shí)，橋路不平衡，橋路輸出的變化量反映了壓力的變化量。

2.2模擬信號處理模塊

橋路輸出的變化量通過(guò)模擬信號處理模塊，經(jīng)過(guò)二級放大，將微弱信號放大到A/D轉換器可以分辨的 模擬信號，如圖3。RW1為模擬信號處理零點(diǎn)調節器，可以利用該電位器調節零點(diǎn)，RW2為模擬信號處理放 大倍數調節器'.

2.3A/D轉換

A/D轉換部分采用ADS1100，ADS1100每秒可采樣8，16，32或128次以進(jìn)行A/D轉換，并提供I2C端口與外部通信。片內可編程增益放大器能提供高達8倍的增益，允許對小信號進(jìn)行測量。ADS1100有2種工作方式：?jiǎn)沃芷谵D換方式和連續周期轉換方式。在單周期轉換方式中，ADS 1100進(jìn)行一次A/D轉換后將自動(dòng)掉 電以減少電流消耗。

2.3.1ADS1100引腳功能 引腳（VIN+)為差分信 號正輸人端;引腳2(GND)為地線(xiàn)；引腳3 (SCL)為串 行時(shí)鐘輸人端;引腳4(SDA)為串行數據輸人/輸出端；

引腳5 (VDD)為+5 V電壓輸人端;引腳6(VIN-)為差 分信號負輸人端。

2.3.2A/D轉換電路 A/D轉換電路如圖4。

2.4ADS1100的內部寄存器

2.4.1輸出寄存器 16位輸出寄存器中含有上一次A/D轉換的結果，該結果采取二進(jìn)制的補碼格式。在復 位或上電之后，輸出寄存器被清零，并保持為0直到第一次A/D轉換完成。輸出寄存器的格式如表1。

2.4.2配置寄存器 8位配置寄存器用來(lái)控制ADS1100的工作方式、數據速率和可編程增益放大器設置如表2，配置寄存器的默認設置是8CH。

ST/BSY位表示它是被寫(xiě)人還是被讀出。在連續 表3 DR位

方式中，ADS1100將忽略ST/BSY的值。位6和位5為 保留位，必須被置為“0”。SC位用于控制ADS1100的 工作方式。當SC為“ 1”時(shí)，ADS1100以單周期轉換方 式工作；當SC為“0”時(shí)，ADS1100以連續轉換方式工 作。該位的默認設置為0。位3和位2(DR位)用于控 制ADS1100的數據速率，其控制方式如表3。位1和0 (PGA位)用于控制ADS1100的增益設置，控制方式如 表 4。

2.5 ADS1100讀寫(xiě)操作

ADS1100的讀操作 從ADS1100中讀出輸出寄存器和配置寄存器的內容。為此要對ADS1100尋 址，并從器件中讀出3個(gè)字節。前面的2個(gè)字節是輸出寄存器的內容，第三個(gè)字節是配置寄存器的內容。從AD1100中讀取多于3個(gè)字節的值是無(wú)效的。從第四個(gè) 字節開(kāi)始的所有字節將為FFH。ADS1100的讀操作時(shí)序如圖5。

2.5.2 ADS1100的寫(xiě)操作 寫(xiě)新的內容至配置寄存器(但不能更改輸出寄存器的內容），要對ADS1100尋 址，并對ADS1100配置寄存器寫(xiě)人一個(gè)字節。對ADS1100的寫(xiě)操作時(shí)序如圖6。

2.6超量程報警

在測量過(guò)程中，當壓力超過(guò)容限后，通過(guò)電壓比較器開(kāi)通硬件報警電路報警。如圖7，當壓力超出量程 后，輸入A/D的模擬信號也有過(guò)壓保護，不會(huì )損壞A/D轉換器。

2.7 LCD顯示模塊

LCD顯示模塊采用RT12864圖形點(diǎn)陣型液晶顯 示模塊，主要由行驅動(dòng)器與列驅動(dòng)器組成?？娠@示 128(列）64(行)點(diǎn)陣，可完成圖形顯示，也可顯示84個(gè) (16x16點(diǎn)陣)漢字。7條控制指與CPU接口采用8位 數據總線(xiàn)并口輸人輸出方式，RT12864液晶顯示模塊 電路如圖8。

接口引腳說(shuō)明：VSS為電源負端(0V);VDD為電 源正端(+5.0 V);V0為LCD驅動(dòng)電壓(外接可調電阻，可調節對比度)。RS =1表示無(wú)論單片機讀/寫(xiě)操作，均 指向數據寄存器;RS =0表示當單片機進(jìn)行讀模塊操 作，指向地址計數器。當單片機進(jìn)行寫(xiě)模塊操作，指向 地址寄存器。R/W=1讀操作;R/W=0寫(xiě)操作。E為使 能信號，當R/W =H,E為高電平時(shí)讀操作有效；當R/ W = L,E為下降沿時(shí)寫(xiě)操作有效。DB0?DB7為數據 總線(xiàn)；CS1為片選信號，左半屏64列選中（高電平有 效）；CS2為片選信號，右半屏64列選中（高電平有 效）；REST為復位控制信號(低電平有效）；VOUT為 LCD驅動(dòng)負電壓輸出端，RT12864液晶顯示運行效果如圖9。

3.高精度電子秤的軟件設計

采用C語(yǔ)言編程，程序流程圖如圖10，圖10為主 函數main()流程圖。重點(diǎn)是ADS1100進(jìn)行初始化 Init_ads 1100(0x8C)函數和讀取ADS1100轉換結果 Rd_ads1100()函數。

Init_ads1100(0x8C)函數

Init_ads1100(0x8C)函數代碼如下： void Init_ads 1100(0x8C)

{ Start();

writebyte(0x90); /*寫(xiě)命令*/ writebyte(0x8C);Stop。;}

Start()函數、Stop() Start()函數的功能是使I2C總線(xiàn)開(kāi)始工作，Stop()函數的功能是使I2C總線(xiàn)停止工 作，I2C總線(xiàn)的起始和停止條件如圖11。

writebyte()函數 writebyte(0x90)函數向 ADS1100 發(fā)出寫(xiě)操作命令 90H,使 R/W=0;然后 writebyte(0x8C)函數向ADS1100的配置寄存器寫(xiě)人一個(gè)字節8CH，如圖6。

Rd_ads1100()函數

Rd_ads1100()函數的功能是讀取A/D轉換結果，代碼如下： unsigned int Rd_ads1100(void)

{ unsigned char H_AD; //H_AD用于存儲高8位A/D轉換結果 unsigned char L_AD; //L_AD用于存儲低8位A/D轉換結果 unsigned int T_AD; //T_AD用于存儲總的A/D轉換結果 Start();

writebyte(0x91); /*讀命令*/

H_AD=Readbyte();

WriteACK(0);

L_AD=Readbyte();

WriteACK(1);

Stop();

T_AD=(0x00ff&H_AD)<<8|L_AD;// 高 8 位和低 8 位合并 return T_AD; }

3.2.1讀轉換結果 writebyte(0x91)函數向ADS1100發(fā)出讀操作命令91H，使R/W=1;然后Readbyte()函數

從ADS1100的輸出寄存器讀出2個(gè)字節，2個(gè)字節分別為轉換結果的高8位H_AD和低8位L_AD，如圖5。

WriteACK()函數 根據I2C總線(xiàn)協(xié)議，讀出高8位H_AD即一個(gè)字節數據后，在I2C總線(xiàn)上的第9個(gè) 時(shí)鐘脈沖發(fā)送應答位為低電平ACK=0，表示字節傳輸完成;讀出最后一個(gè)字節數據低8位L_AD，發(fā)送應答 位為高電平ACK=1，表示結束讀數據，如圖5，12。

4.結 論

(1)高精度電子秤的核心器件ADS1100是貼片封裝，采用I2C串行總線(xiàn)，只需2根數據線(xiàn)和相應的控制換器供電，能夠實(shí)現高精度電子秤的便攜化。

(2)高精度電子秤的ADS1100是一種連續自校準ADC，可提供差分輸人和16位無(wú)丟失碼精度，達到16位 A/D轉換的高精度，在使用中讀數準確，反應靈敏，采用低功耗LCD顯示，具有超量程報警功能。在同類(lèi)產(chǎn) 品中具有很大優(yōu)勢，達到了預期的設計目標。