基于CS5530的计重计数电子秤的设计研究

admin

电子产品发展速度快，生产量大，采用高集成度芯片，可以提高稳定性，降低生产成本，本论文采用CS5530设计的电子秤，稳定性好，生产成本低，具有广阔的应用前景。
       
        电子秤是现代电子发展的产物，由于他具有操作简单、方便、精度高等优点在工业、日常生活各领域广泛应用，从功能看可分为单一计重秤、计重计价秤、计重计数秤等多种。其中单一计重秤在日常生活中最常见，计重计价秤在商场、市场中广泛应用，计重计数秤主要应用在工业领域，如电子元器件的装袋、小的零部件的装袋等，由于这些元件、零部件体积小、重量轻、每袋数量大，以前都是人工数，这样既需要大量人工，还容易出错。为了解决这些问题，一种高精度既能计重还能根据单重计算数量的电子秤运行而生，这就是本文要介绍的计重计数电子秤。
       
        1总体方案
       
        1.1系统框图设计
       
        电子秤硬件结构主要由以下几部分构成，称重传感器、放大电路、A/D转换电路、CPU、输入输出电路等构成，其工作原理就是称重传感器把重力转换成4~20 mV的mV级电压，再通过放大器放大到A/D转换所需的V级电压，通过A/D转换成数字量，通过CPU计算处理变成相应的重量值，显示或输出。计重计数电子秤硬件结构与普通电子秤相同，不同在于要求精度高、软件功能有所增加，而电子秤的量程和精度是由A/D决定的，本文介绍的CS5530就一种串行A/D芯片，由于其位数多、价格便宜，在高精度电子秤中具有巨大优势而广泛使用，电子秤结构框图如图1所示。

       
       
        图1 电子秤结构框图

       
        1.2 A/D转换芯片选型
       
        A/D转换电路是电子秤的关键部件，这里以一款3 kg/0.1 g的电子秤为例来介绍A/D芯片的选型，现在市场上A/D芯片种类繁多，从接口来分有并行、串行的，从转换速度来分有超速的、高速的、低速的，从精度来看有几位到几十位多种型号，一般并行价格相对贵，速度越高越贵，位数越多越贵，价格从几元到几百元，高的甚至达万元以上，而电子秤在速度上要求不快，但根据不同量程和精度要求对位数有一定要求，做为电子产品成本是关键，所以选择低成本的串行A/D是首选，下面具体介绍一下如何通过量程和精度来确定要选A/D的位数。电子的精度分为外部和内部两种，外部精度就是显示精度，这也是我们一般讲的电子秤的精度，而要达到外部稳定显示重量，内部精度必须更高，以般是外部精度的10倍。内部精度直接由A/D芯片位数确定。
       
        3 kg/0.1 g电子秤外部精度为：3 000 g/0.1 g=30 000；所以内部精度应该大于等于：30 000x10=300 000.设A/D的位数为n，则2的n之方应大于300 000，所以n应大于18.而大于18位的A/D主要有20位、24位、32位等，所以一般选择20位或24位较合适。现在该档电子秤精度的电子秤一般选择20位的CS5513，而CS5513本身无放大电路，需配一个双运放电路，常用的为OP2277，前者的价格在20元左右，OP2277也要15元左右，所以运放和A/D总成本需35元。另一种是24位A/D芯片CS5530，内部包括可编程放大电路，放大位数在1~64位可选，成本在22元左右，所以从性价比来看选用CS5530更好。
       
        1.2.1 CS5530特性
       
        CS5530是一款24位SPI总线的中行A/D芯片。主要特性如下：
       
        1）内部1~64倍放大器；
       
        2）性线失真小于0.0015%，准确分辨率19位以上；
       
        3）三线串行接口；
       
        4）内含电源管理、放大倍数、配置寄存器；
       
        5）转换速度从6.25~3 840 Hz可调；
       
        6）多种电源供电方案可选；
       
        1.2.2 CS5530引脚及功能描述
       
        1）引脚图，如图2所示。

       
       
        图2 CS5530引脚图

       
        2）相关寄存器
       
        ①配置寄存器描述
       
        ②增益寄存器描述

       
       
        图3 配置寄存器描述

       
         

       
        功能设定放大倍数，从0至64-2-24，上电后D24为1，其他位为0

       
       
        图4 增益寄存器描述

       
        ③失调寄存器描述

       
       
        图5 失调寄存器描述

       
        ④数据转换输出格式

       
       
        图6 数据输出转换格式

       
        D31-D8为24位数据，D2为溢出标志，为1溢出，数据有错误，其他位为0
       
        2 CS5530硬件电路设计
       
        CS5530外围原理图，如图7所示。

       
       
        图7 CS5530外围原理图

       
        J2接称重传感器，1-4分别为电源地、电源正、信号负、信号正，VREF-接地，VREF+接2.5 V通过精密电阻对电源分压所得，SCLK、SDO、SDI分别接单片机P12、P11、P10，CS接地。
       
        3程序设计
       
        3.1初始化函数
       
        对CS5530内部寄存器进行初始化，设定相关工作方式，放大倍数，转换速度等工作。
       
        具体程序如下：
       
        3.2写寄存函数
       
        对CS5530 3个寄存器进写数据操作，具体程序如下：
       
        3.3读数据函数，读AD转换结果
       
        具体程序如下：
       
       
        4结论
       
        CS5530是美国半导体公司推出的一款SPI总线的24位A/D芯片，内置可编程放大器，集成度高，性价比优，在电子秤和其他仪器仪表行业具有广泛的应用前景，具有取代原有电子秤和仪器仪表行业中放大器+A/D芯片电路的趋势，从电子秤中的应用介绍CS5530芯片的硬件电路、内部结构及软件编程。