文章着重介绍了基于高集成度的单片机C8051F330的电子秤硬件设计方案,并给出测试结果。实验证明该设计方案在 使用中读数准确、反应灵敏，具有低功耗、超量程报警等功能。

0.引言

在我们的日常生活中，电子秤的应用越发广泛，但可以发现市场上采用的电子秤通常体积大,成本高,且不方便携带。基于现 代生活的需求，希望电子称能够准确、快速、连续并且自动的实现 称量要求，本文基于C8051F330单片机，研发了一种体积小、 重量轻、计量准确、读数直观、容易携带的民用电子秤。

1.系统设计方案

1.1基本设计思路

如图1所示，电子秤的设计思路是其内部有一个压力传感 器，当电子秤称重时,压力传感器将被测物体的重量转换为电压信号。由于转换后的电压信号很小，所以在压力传感器后加一个 信号滤波放大电路对电压进行线性放大。模拟电压信号经过放大 后通过A/D转换器转换成数字信号加到单片机上,单片机外接译 码显示器，通过数字显示屏得到被测物体的重量。在实际应用中， 为提高数据采集的精度并尽量减少外界电气干扰，还需要在传感 器与A/D芯片之间加上信号调整电路。另外为了满足系统按键较 多的要求，再加一个键盘显示管理芯片(ZLG7289 )。

1.2基本实现方法

系统设计分为硬件设计和软件设计两大部分。系统硬件设 计可分为三大模块，分别是单片机控制模块、通过前端信号采集、 处理及转换模块和人机接口界面模块。其中硬件单片机控制模块 部分采用51系列单片机C8051F330为控制核心部件，实现对电 子秤的基本控制功能。数据采集模块由压力传感器、信号的前级 处理和A/D转换部分组成。人机交互界面模块采用键盘控制芯片 ZLG7289,转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该 数字量的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换。在扩展功 能上，设计增加了一个系统报警电路，可以进行过载、欠量程报警 提示。本文由于篇幅所限，重点阐述硬件设计部分。

1.3电子秤主要技术指标

电子秤称重范围：0?20KG ；精度等级III级；重量误差不 大于0.015KG ；电源DC5V(也可以AC220V供电）液晶显示模块 可以显示称得的重量。

2.硬件设计

根据设计要求以及系统所需要实现的功能，在设计系统时 可以分成以下几个部分：单片机控制模块，前端信号采集、处理、 转换模块，人机接口界面模块以及系统电源部分。

2. 1单片机控制模块

本设计系统中，51系列单片机C8051F330作为控制核心 部件，C8051F330工作电压3.5V到5V,全静态时钟0 Hz到30 丽z,三级程序加密,具有3个16位定时/计数器，8个中断源， 32个可编程I/O 口，全双工串行通讯口，低功耗支持Idle和 Power-down模式，Power down模式支持中断唤醒，具有看门狗 定时器，双数据指针，上电复位标志。

C8051F330内带8K*8位的程序存储器，用软件实现电子秤 系统的各项功能时，并不需要很大的软件量，因此片外不必再扩 展程序存储空间。在实际使用电子秤的称重功能时，考虑到涉及 到大量的数据，而C8051F330片内的数据存储空间只有8位，因 此在片外扩展一片32K的数据存储器，选用62256芯片实现[3]。 2.2数据采集部分电路设计

2.2.1传感器选择

在电子秤系统中，传感器是最关键的部件，电子秤的精度取 决于传感器的性能。

本设计要求称重范围是0?20KG,重量误差不大于 0.015KG。电阻应变式传感器选择L-PSIII型，量程20Kg，精度为 0.01%,满量程时误差± 0.002Kg,完全满足本系统的精度要求。

2.2.2前级放大器部分

前级放大器部分采用专用仪表放大器AD620，AD620具 有体积小、功耗低、精度高、噪声低和输入偏置电流低的特点。 电源供电范围为± 2.3V?± 18V;在外接电阻Rg时，可实现 1?1000范围内的任意增益，使用方便；而且耗电量小，最大电 源电流仅为1.3mA ;其精度高，非线性度最大值为35ppm偏置电压为50V,温漂为0.5 yvrc ;输入偏置电流低，其最大输入 偏置电流为20nA ；最大输入失调电压为125 ^ V ；频带宽度为 120kHz(在 G=100 时）。

2.2.3 A/D转换器

本文选择具有很强抗干扰能力的双积分型A/D转换器 ICL7135,以实现电压信号的精确转换。虽然转换速度慢,但精度 高，输入阻抗高，可自动调零，具有超量程信号，全部输出的TTL 电平信号兼容。作为电子秤，系统对A/D转换的速度要求不高,而 且ICL7135的转换精度足以满足系统的误差要求。综合的分析其 优点和缺点，我们最终选择了精度为10Kg/ ± 20000= ± 0.5g 的 ICL7135。

2.3人机交互部分

本文设计中人机交互部分采用了广州周立功单片机公司生 产的专用键盘控制芯片ZLG7289?，并且扩展了其中的64个键 盘供系统使用。显示用的LCD我们根据要求选用了字符点阵式液 晶显示器0CM4x8C,可以一次满屏幕显示4行8列的32个中文 字符或4行16列的英文字符，满足电子秤在称物时的购物清单 显示要求。

2.4 系统电源、

以LM317和LM337?型号的芯片为核心来设计电源电路。 LM系列的特性有：可调整输出电压低到1.25V ;保证1. 5A 输出电流；典型线性调整率0.01%;典型负载调整率0.1%; 80dB纹波抑制比；输出短路保护；过流、过热保护；调整管安全 工作区保护。所以，具体设计时考虑到运算放大器的放大能力与 工作电压的大小关系，以及电源芯片的自身优势等因素，最终选 用了性价比比较高的LM317和LM337来设计电源电路m'给系 统提供正、负电压，满足系统正常工作电源的要求。

2.5报警电路部分

图2为系统报警电路原理图，用于超载和欠量程提示。系统。

设计了两个发光二极管作为超载和欠量程指示灯。当系统判断为 超载或欠量程时，ICL7135给输出一个高电平信号0((超载)或 UZ欠量程），经非门后形成低电平从而驱动发光二极管发光提示。

3.系统测试与误差分析

(1)温漂特性

(测试条件：SPS=10,单片机根据片上的温度传感器对测量 结果修正后的结果）

(2)重量测试结果及分析

所用测量仪器：总量20Kg的砝码，高精度交直流两用计数天平。

误差分析与结论：经校准，非线性补偿后，测量误差小于士0. 01%,而且,数据十分稳定,稳定时间长。

4.结束语

基于高集成度的单片机C8051F330的电子秤已制成成品， 通过实验室内部的使用实践,该设计可行、有效,能达到预期的设计要求。