基于SH79F085单片机的电子秤应用

发布时间:2010年09月26

     电子秤是衡器中的一种,随着科学技术的发展与进步,电子秤经历了由简单到复杂、粗糙到精密的全电子化称重过程。近年来,电子秤广泛应用于商业计价、精密衡器、工业包装、仓储运输等领域。

  目前,市场上的电子秤系统主要采用两种方案实现对传感器模拟信号采样:双积分电路和高精度模数转换器(ADC)。

  双积分电路是采用一种间接式的A/D转换器,它的基本原理是把待转换的模拟电压变换为与之成比例的时间间隔t,并在t时间内,用恒定频率的脉冲去计数,这就把时间t转换成了数字信号量。双积分电路由于电路复杂,转换时需要软件干预,以及精度较低(一般小于12位)不能满足高端电子秤应用,因此逐渐被市场淘汰。

  高精度ADC一般采用Σ-Δ型转换器,通常分辨率在16位以上。∑-Δ转换器又称为过采样转换器,这种转换器由∑-Δ调制器及连接其后的数字滤波器构成,调制器的结构包括1个积分器和1个比较器,以及含有1个1位数模转换器的反馈环。∑-Δ调制器以极高的抽样频率对模拟信号进行抽样,并对两个抽样之间的差值进行低位量化,从而得到用低位数码表示的数字信号即∑-Δ码,然后将∑-Δ码送给第二部分的数字抽取滤波器进行抽取滤波,从而得到高分辨率的线性脉冲编码调制的数字信号。因此抽取滤波器实际上相当于一个码型变换器,由于∑-Δ调制器具有极高的抽取速率,通常比奈奎斯特抽样频率高出许多倍,因此Σ-Δ型A/D转换器又称为过抽样A/D转换器。∑-Δ模数转换器具有抗干扰能力强、量化噪声小、分辨率高和线性度好等优点。常应用于高性能商业衡器、精密衡器、智能工业仪表、医疗电子等领域。

  国际法制计量组织(OIML)把电子秤按不同的分度数分成I、II、III、IV四类等级,分别对应不同准确度的电子秤和分度数n的范围(见表1)。应用最为广泛的商业衡器对应的衡器等级为III级,II级以上属于精密衡器和基准衡器。


  硬件设计

  在硬件电路设计方面,中颖电子开发的SH79F085内置20位Σ-Δ模数转换器(ADC)和1~200倍的可编程增益放大器(PGA),非常适合电子秤应用。由于SH79F085内置资源丰富,既能节省外围电路,又方便系统调试,而且还能有效提高系统的EMI性能。硬件电路主要包括:SH79F085单片机、电源电路、压力传感器、显示电路、键盘电路。图2为电子秤硬件电路结构。


  芯片介绍

  SH79F085是上海中颖电子自主研发的集成20位Σ-Δ ADC的CMOS单芯片MCU,是一款专业应用于商用电子秤的SoC芯片。根据厂家规格资料显示,集成的ADC具有20位分辨率,16位以上的有效精度。一般而言,商业衡器的分辨率在1/3000,最高达1/10000。为确保称重时的稳定性与精准度,电子秤内部的分辨率必须高于外部分辨率一个数量级,通常是5倍以上,也就是内码是外码的5倍以上。而SH79F085内置ADC的可用有效输出码达26万以上,因此,ADC精度性能完全能满足中准确度商业衡器应用,如果在用户端软件加以滤波处理,也能满足高准确度精密衡器应用。

  SH79F085是一种高速高效率8051兼容单片机。在同样振荡频率下,与传统的8051芯片相比它具有运行更快速、性能更优越的特性。

  SH79F085保留了标准8051芯片的大部分特性。内部资源包括适合于程序和数据的8K字节Flash,512字节RAM和4个16位定时器/计数器,1个UART和外置中断INT0、INT1、INT2。

  SH79F085不仅包含EUART标准通讯模块,而且还集成了20位Σ-Δ模数转换器模块(ADC)和可编程增益放大器(PGA)。为达到高可靠性和低功耗,SH79F085集成了看门狗定时器,具有低电压复位功能,并提供2种低功耗省电模式。

  SH79F085内置128KHz RC振荡器和16.6MHz RC振荡器,系统时钟选择128KHz RC振荡器时,系统功耗约30uA;当系统进入掉电模式时,最低系统功耗仅3uA。在掉电模式下,可通过设定定时器3(timer3)来进行时钟唤醒,以固定的间隔频率开启传感器供电电源VDDR,采样传感器称重状态,如果检测到有重量变化,系统进入正常称重计量模式;否则关闭VDDR,系统返回到掉电待机模式,这样能有效节省系统功耗。因此,SH79F085单片机十分适合低功耗系统应用,特别是蓄电池干电池产品应用。

  电路原理

  图3为本文方案的电路原理图,可以看到选用该方案电路结构精简,用到的外围器件很少。SH79F085单片机工作电压为3.0V~5.5V,内置LDO稳压源输出2.7V电压(VDDR)给传感器供电。AIN2差分端口为称重传感器信号输入,AIN0差分端口为电池电压检测输入。此外,SH79F085内置VREF基准电源,可编程输出范围为:0.1V~0.8V,根据实际需求可通过寄存器来调节输出范围。


  在PCB布局时,最重要的是模拟部分和数字部分分开,以避免数字电路的高频噪声对模拟电路的干扰,在本文设计中,数字地与模拟地之间采用单点接地方法。另外,称重传感器输出走线应尽量短,且走线对称,以提高系统抗干扰性能和稳定性。

  本文小结

  本文描述了基于中颖SH79F085单片机的电子秤设计方案,充分利用了该芯片内置的高精度Σ-ΔAD转换器,整体方案具备电路简单、低功耗、高精度分辨率以及实用性强等特点,具有较高的设计参考价值,适合商业衡器和精准衡器方案推广使用。由于SH79F085内置高精度ADC和PGA,同样也适合工业温控仪表等小信号采集设备应用。



  来源:蝴蝶
收藏此页】【关闭】【返回】【打印】【推荐
本页面信息由维库用户提供,如有侵犯您的知识产权,请致电本站,本站核实后将迅速删除!

行业动态

企业动态