本設計以24位A/D轉換芯片HX710A和單片機SH79F165為核心，結合壓力傳感器、串行LED控制模塊TM1628等設計了一款高精度多功能數字電子秤。本文詳細介紹了系統的硬件電路組成以及軟件的開發流程。本設計集單片機技術、傳感器技術和數字顯示技術等于一體，在一體化教學過程中作為一個獨立的實訓任務，取得了良好的教學效果。
稱重技術自古以來就被人們所重視，作為一種計量手段，廣泛應用于工農業、 科研、交通、內外貿易等各個領域，與人民的生活緊密相連。電子秤是集現代傳 感器技術、電子技術和計算機技術于一體的電子稱量裝置，具有稱量快速、顯示 直觀、精度高、操作簡單、多功能等優點，比傳統的機械秤更符合法制計量管理 和工業生產過程控制的要求。本文以24位A/D轉換芯片HX710和中穎單片機 SH79F165為核心，結合電阻應變式壓力傳感器設計了一款高精度電子稱，完成 了軟/硬件設計，充分發揮單片機的強大的控制能力，通過稱重傳感器和24位的 HX710A轉換器實現了對重量的高精度測量，此設計集微處理技術、傳感器技術 和數字顯示技術等于一體，具備成本低、穩定性強、電路簡單、便攜性好等優點， 并且稍加擴展，能夠具有更廣泛的推廣和應用價值，在實際應用中得到了滿意的 效果以及用戶的一致好評。
1.系統設計及原理
當被測物體放置在秤盤上時，在重力作用下將壓力傳送給稱重傳感器，該傳 感器的橋式電阻因受力而發生形變，其阻值隨之發生變化，導致電橋失衡輸出信 號，經過信號調理電路形成穩定的、與質量成比例的差分電壓信號，通過A/D 轉換器HX710將模擬電壓信號轉換為高精度的數字信號，數字信號再送到微處 理器的CPU經過相應處理后在LED上顯示當前物體的重量。根據實際需求系統 配置了鍵盤、串口轉換及聲光報警等模塊，系統結構如圖1所示。
2.硬件電路設計
器件選擇上必須滿足系統對精度的要求，本設計選用了高靈敏度的稱重傳感 器CL611和專為高精度電子秤設計的A/D轉換芯片HX710A，同時在信號調理電 路中增強抗干擾功能，保障系統的穩定性。
2.1高精度A/D轉換
本文設計的電子秤內分度為1g，最大稱重為15kg，分度數為15000，因此 A/D轉換芯片的位數至少為14 (214=16384>15000)。考慮到設計精度要求及噪 聲等因素的影響，一般要求A/D轉換精度為設計要求的10倍以上，所以A/D轉 換器至少為 18 位（218=262144>15000X10)。
本設計采用了一款具有海芯科技集成電路專利技術，專為高精度電子秤設計 的24位A/D轉換芯片HX710A。由于采用串行設計，只需2個I/O 口即可實現所 有控制功能。與同類型的芯片相比，該芯片具有集成度高、響應速度快、抗干擾 性強、成本低等優點，保障系統的可靠性。
輸入低噪聲放大器的增益為128，當參考電壓為5V時，對應的滿額度差分 輸入信號幅值為±20mV。芯片內的時鐘振蕩器不需要任何外接器件。芯片內集成 數字溫度傳感器可直接讀出系統溫度用于溫度補償。同時具備上電自動復位功 能，簡化了初始化過程。
在傳感器輸出信號與A/D轉換之間增加濾波電路，提高系統抗干擾能力。單 片機P2.2管腳為A/D發送數據提供時鐘信號，轉換后的串行數據通過P1.5管腳 傳輸到單片機，電路如圖2所示。
2.2稱重傳感器
稱重傳感器在電子秤中占有十分重要的位置，被喻為電子秤的心臟部件，它 的性能好壞很大程度上決定了電子秤的精確度和穩定性。通常稱重傳感器產生的 誤差約占電子秤整機誤差的50%~70%。若在環境惡劣的條件下（如高低溫、濕熱）， 傳感器所占的誤差比例就更大，因此，在設計電子秤時，正確地選用稱重傳感 器非常重要。電子秤采用的電阻應變式稱重傳感器將4個電阻應變片粘貼在彈 性敏感元件上，然后以適當方式組成惠斯登電橋。當稱重傳感器不承受載荷時， 彈性敏感元件不產生應變，粘貼在其上的應變片不發生變形，應變片的電阻不變， 電橋平衡，輸出電壓為零；反之，當被測載荷加載在電子秤秤體上時，稱重傳感 器承受載荷，應變片電阻改變，電橋失去平衡，傳感器輸出與被測載荷重量成比 例的電壓信號.
為滿足設計要求及電子秤行業標準，稱重傳感器選用深圳爾達盛傳感科技公 司專為電子秤或工業過程測力控制而設計的CL611，該傳感器額定載荷為2? 15kg，靈敏度1.0±10%(mV/V)，非線性、滯后及重復度均為0.05%F.S，零點溫 度影響0.2%F.S/10°C，靈敏度溫度影響0.3%F.S/10°C，安全過載范圍150%F.S， 同時具備零位及滿度溫度補償、長期穩定性好，符合設計要求。
該傳感器的激勵電壓為5?10VDC，為滿足A/D轉換精度的要求，傳感器電 源使用系統統一電壓VCC，輸出信號直接接到信號調理電路，如圖2 LOAD CELL 處。
2.3單片機
為提高電子秤的便攜性，同時降低生產成本，本設計采用了中穎SH79F165 作為主控M⑶，SH79F165內建20位2-A模數轉換器(ADC)、低噪聲可編程增益 放大器(PGA)適合小信號采集應用。由于SH79F165內建資源豐富，既能節省高效率8051兼容單片機，28針貼片封裝，占用空間小，在同樣振蕩頻率下，比 傳統8051系列芯片具有更快的運行速度，性能更優越。SH79F165保留了標準 8051芯片的大部分特性。內建資源豐富：16kB Flash R0M，256BRAM，20位A/D (可用于電壓檢測），無需額外擴展即可滿足復雜程序設計，512BEEPROM則可 用于保存設置、標定參數等。具備兩種低低功耗省電模式：空閑模式和掉電模式， 可有效提高電子秤的待機時間，增強便攜性.
根據實際需求設計了電壓檢測、按鍵、程序下載接口、充電控制等功能，主 控電路如圖3所示。
2.4 LED顯示
為簡化電路設計，數據顯示采用深圳天微的串行LED驅動芯片TM1628。該 芯片支持多種顯示模式（10段X7位?13段X4位），8級亮度調節，串行接口 控制，只需4個管腳即可控制2片TM1628實現主界面、客戶界面的顯示及報警 提示功能。該芯片具有很強的可編程性，控制靈活，電路設計簡單，主界面控制 電路如圖4所示，圖中SEG1~8用于七段數碼管顯示，GRID廣6用于6位數字顯 示，GRID7及SEG2?7用于電壓強度顯示，SEG9/10及GRID5?7用于報警提示。
3.軟件設計
軟件開發平臺為Keil uVision4，Keil uVision是眾多單片機應用開發軟件 中最優秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的MCS51架構的芯片，甚至ARM，它 集編輯，編譯，仿真等于一體，它的界面和常用的微軟VC++的界面相似，界面 友好，易學易用，在調試程序，軟件仿真方面也有很強大的功能。為了便于程序 調試和增強系統可靠性，程序設計采用自上而下、模塊化、結構化的程序設計方 法，把總的編程過程逐步細分，分解成一個個功能模塊，每個功能模塊相互獨立， 每個模塊都能完成一個明確的任務，實現某個具體的功能。根據設計要求，程序 分為初始化、A/D轉換、LED顯示、按鍵中斷處理（標定/清零/參數設置）、報 警處理、電壓檢測等模塊。系統程序固化在SH79F165內部的flash存儲器中， 分為主程序和若干子程序。主程序的功能是系統初始化，管理和調用各個子程序。 本設計的程序流程如圖5所示。
主程序如下：
#include "allHeaderFile.h" void main(void)
{
//初始化系統
initSystem(); while⑴
{
//讀AD數據 //數據顯示 //報警處理 //電壓檢測及處理
}
}
根據國家標準JJG555-1996《非自動秤通用檢定規程》和JJG-97《數字指示 秤檢定規程》要求，使用M1級砝碼對本系統進行測試。15kg電子秤III級要求， 檢定分度值e=5g時，稱重0?2500g內許可偏差±2.5g，2500?10000g內許可 偏差為±5g，2000e?Max內許可偏差為±7.5g。
測試結果見表1，表明該電子秤的各項性能指標均優于國家標準規定的三級 秤要求，滿足設計要求。
5.高精度電子稱設計的教學課題應用
結合我校情況和學生的實際情況，在一體化教學中編寫了高精度電子稱設計 的課題工作頁，結合學生掌握的程度設定了獨立的實訓任務，將實訓要求、內容、 學生的職業能力、綜合能力融為一體。將要求具體化、詳細化，力爭通過實訓提 高學生的綜合能力。
高精度電子稱設計適用于小組訓練，通過此實訓任務，學生可以根據實訓項 目的要求組合成相應的電路，熟練掌握單片機編程技術，傳感器技術、數字顯示 技術、電氣控制線路的設計，接線工藝等相關知識。本實訓任務將電子技術的原 理實際運用到日常生活，激發了學生的學習興趣，取得了良好的教學效果。
