本设计以24位A/D转换芯片HX710A和单片机SH79F165为核心，结合压力传感器、串行LED控制模块TM1628等设计了一款高精度多功能数字电子秤。本文详细介绍了系统的硬件电路组成以及软件的开发流程。本设计集单片机技术、传感器技术和数字显示技术等于一体，在一体化教学过程中作为一个独立的实训任务，取得了良好的教学效果。
称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、 科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子秤是集现代传 感器技术、电子技术和计算机技术于一体的电子称量装置，具有称量快速、显示 直观、精度高、操作简单、多功能等优点，比传统的机械秤更符合法制计量管理 和工业生产过程控制的要求。本文以24位A/D转换芯片HX710和中颖单片机 SH79F165为核心，结合电阻应变式压力传感器设计了一款高精度电子称，完成 了软/硬件设计，充分发挥单片机的强大的控制能力，通过称重传感器和24位的 HX710A转换器实现了对重量的高精度测量，此设计集微处理技术、传感器技术 和数字显示技术等于一体，具备成本低、稳定性强、电路简单、便携性好等优点， 并且稍加扩展，能够具有更广泛的推广和应用价值，在实际应用中得到了满意的 效果以及用户的一致好评。
1.系统设计及原理
当被测物体放置在秤盘上时，在重力作用下将压力传送给称重传感器，该传 感器的桥式电阻因受力而发生形变，其阻值随之发生变化，导致电桥失衡输出信 号，经过信号调理电路形成稳定的、与质量成比例的差分电压信号，通过A/D 转换器HX710将模拟电压信号转换为高精度的数字信号，数字信号再送到微处 理器的CPU经过相应处理后在LED上显示当前物体的重量。根据实际需求系统 配置了键盘、串口转换及声光报警等模块，系统结构如图1所示。
2.硬件电路设计
器件选择上必须满足系统对精度的要求，本设计选用了高灵敏度的称重传感 器CL611和专为高精度电子秤设计的A/D转换芯片HX710A，同时在信号调理电 路中增强抗干扰功能，保障系统的稳定性。
2.1高精度A/D转换
本文设计的电子秤内分度为1g，最大称重为15kg，分度数为15000，因此 A/D转换芯片的位数至少为14 (214=16384>15000)。考虑到设计精度要求及噪 声等因素的影响，一般要求A/D转换精度为设计要求的10倍以上，所以A/D转 换器至少为 18 位（218=262144>15000X10)。
本设计采用了一款具有海芯科技集成电路专利技术，专为高精度电子秤设计 的24位A/D转换芯片HX710A。由于采用串行设计，只需2个I/O 口即可实现所 有控制功能。与同类型的芯片相比，该芯片具有集成度高、响应速度快、抗干扰 性强、成本低等优点，保障系统的可靠性。
输入低噪声放大器的增益为128，当参考电压为5V时，对应的满额度差分 输入信号幅值为±20mV。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。芯片内集成 数字温度传感器可直接读出系统温度用于温度补偿。同时具备上电自动复位功 能，简化了初始化过程。
在传感器输出信号与A/D转换之间增加滤波电路，提高系统抗干扰能力。单 片机P2.2管脚为A/D发送数据提供时钟信号，转换后的串行数据通过P1.5管脚 传输到单片机，电路如图2所示。
2.2称重传感器
称重传感器在电子秤中占有十分重要的位置，被喻为电子秤的心脏部件，它 的性能好坏很大程度上决定了电子秤的精确度和稳定性。通常称重传感器产生的 误差约占电子秤整机误差的50%~70%。若在环境恶劣的条件下（如高低温、湿热）， 传感器所占的误差比例就更大，因此，在设计电子秤时，正确地选用称重传感 器非常重要。电子秤采用的电阻应变式称重传感器将4个电阻应变片粘贴在弹 性敏感元件上，然后以适当方式组成惠斯登电桥。当称重传感器不承受载荷时， 弹性敏感元件不产生应变，粘贴在其上的应变片不发生变形，应变片的电阻不变， 电桥平衡，输出电压为零；反之，当被测载荷加载在电子秤秤体上时，称重传感 器承受载荷，应变片电阻改变，电桥失去平衡，传感器输出与被测载荷重量成比 例的电压信号.
为满足设计要求及电子秤行业标准，称重传感器选用深圳尔达盛传感科技公 司专为电子秤或工业过程测力控制而设计的CL611，该传感器额定载荷为2? 15kg，灵敏度1.0±10%(mV/V)，非线性、滞后及重复度均为0.05%F.S，零点温 度影响0.2%F.S/10°C，灵敏度温度影响0.3%F.S/10°C，安全过载范围150%F.S， 同时具备零位及满度温度补偿、长期稳定性好，符合设计要求。
该传感器的激励电压为5?10VDC，为满足A/D转换精度的要求，传感器电 源使用系统统一电压VCC，输出信号直接接到信号调理电路，如图2 LOAD CELL 处。
2.3单片机
为提高电子秤的便携性，同时降低生产成本，本设计采用了中颖SH79F165 作为主控M⑶，SH79F165内建20位2-A模数转换器(ADC)、低噪声可编程增益 放大器(PGA)适合小信号采集应用。由于SH79F165内建资源丰富，既能节省高效率8051兼容单片机，28针贴片封装，占用空间小，在同样振荡频率下，比 传统8051系列芯片具有更快的运行速度，性能更优越。SH79F165保留了标准 8051芯片的大部分特性。内建资源丰富：16kB Flash R0M，256BRAM，20位A/D (可用于电压检测），无需额外扩展即可满足复杂程序设计，512BEEPROM则可 用于保存设置、标定参数等。具备两种低低功耗省电模式：空闲模式和掉电模式， 可有效提高电子秤的待机时间，增强便携性.
根据实际需求设计了电压检测、按键、程序下载接口、充电控制等功能，主 控电路如图3所示。
2.4 LED显示
为简化电路设计，数据显示采用深圳天微的串行LED驱动芯片TM1628。该 芯片支持多种显示模式（10段X7位?13段X4位），8级亮度调节，串行接口 控制，只需4个管脚即可控制2片TM1628实现主界面、客户界面的显示及报警 提示功能。该芯片具有很强的可编程性，控制灵活，电路设计简单，主界面控制 电路如图4所示，图中SEG1~8用于七段数码管显示，GRID广6用于6位数字显 示，GRID7及SEG2?7用于电压强度显示，SEG9/10及GRID5?7用于报警提示。
3.软件设计
软件开发平台为Keil uVision4，Keil uVision是众多单片机应用开发软件 中最优秀的软件之一，它支持众多不同公司的MCS51架构的芯片，甚至ARM，它 集编辑，编译，仿真等于一体，它的界面和常用的微软VC++的界面相似，界面 友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。为了便于程序 调试和增强系统可靠性，程序设计采用自上而下、模块化、结构化的程序设计方 法，把总的编程过程逐步细分，分解成一个个功能模块，每个功能模块相互独立， 每个模块都能完成一个明确的任务，实现某个具体的功能。根据设计要求，程序 分为初始化、A/D转换、LED显示、按键中断处理（标定/清零/参数设置）、报 警处理、电压检测等模块。系统程序固化在SH79F165内部的flash存储器中， 分为主程序和若干子程序。主程序的功能是系统初始化，管理和调用各个子程序。 本设计的程序流程如图5所示。
主程序如下：
#include "allHeaderFile.h" void main(void)
{
//初始化系统
initSystem(); while⑴
{
//读AD数据 //数据显示 //报警处理 //电压检测及处理
}
}
根据国家标准JJG555-1996《非自动秤通用检定规程》和JJG-97《数字指示 秤检定规程》要求，使用M1级砝码对本系统进行测试。15kg电子秤III级要求， 检定分度值e=5g时，称重0?2500g内许可偏差±2.5g，2500?10000g内许可 偏差为±5g，2000e?Max内许可偏差为±7.5g。
测试结果见表1，表明该电子秤的各项性能指标均优于国家标准规定的三级 秤要求，满足设计要求。
5.高精度电子称设计的教学课题应用
结合我校情况和学生的实际情况，在一体化教学中编写了高精度电子称设计 的课题工作页，结合学生掌握的程度设定了独立的实训任务，将实训要求、内容、 学生的职业能力、综合能力融为一体。将要求具体化、详细化，力争通过实训提 高学生的综合能力。
高精度电子称设计适用于小组训练，通过此实训任务，学生可以根据实训项 目的要求组合成相应的电路，熟练掌握单片机编程技术，传感器技术、数字显示 技术、电气控制线路的设计，接线工艺等相关知识。本实训任务将电子技术的原 理实际运用到日常生活，激发了学生的学习兴趣，取得了良好的教学效果。
