本文介紹了基于中穎SH79F085單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì)方案，給出了硬件電路結(jié)構(gòu)模塊，并作出詳細(xì)分析。本系統(tǒng)采用集成高精度Σ-ΔADC的單片機(jī)作主控，外接顯示驅(qū)動(dòng)芯片，電路結(jié)構(gòu)簡單，抗*力強(qiáng)，工作穩(wěn)定。本文著重介紹了SH79F085作主控芯片的硬件電路設(shè)計(jì)，以及應(yīng)用中的注意事項(xiàng)和要點(diǎn)。
關(guān)鍵字：中穎電子 SH79F085 單片機(jī) 電子秤 電子衡器 計(jì)價(jià)秤 高精度ADC、可編程增益放大器（PGA）

引言：

電子秤是衡器中的一種，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，電子秤經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜、粗糙到精密的全電子化稱重產(chǎn)品。近年來，電子秤廣泛應(yīng)用于商業(yè)計(jì)價(jià)、精密衡器、工業(yè)包裝、倉儲(chǔ)運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。

目前，市場上的電子秤系統(tǒng)主要有兩種方案實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器模擬信號(hào)采樣：雙積分電路和高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。

雙積分電路是一種間接式的A/D轉(zhuǎn)換器，它的基本原理是把待轉(zhuǎn)換的模擬電壓變換為與之成比例的時(shí)間間隔t，并在t時(shí)間內(nèi)，用恒定頻率的脈沖去計(jì)數(shù)，這就把時(shí)間t轉(zhuǎn)換成了數(shù)字信號(hào)量。雙積分電路由于電路復(fù)雜，轉(zhuǎn)換時(shí)需要軟件干預(yù)，以及精度較低，一般小于12bit，不能滿足電子秤應(yīng)用，因此逐暫被市場淘汰。

高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）一般采用Σ-Δ型轉(zhuǎn)換器，通常分辨率在16-bit以上。Σ-Δ轉(zhuǎn)換器又稱為過采樣轉(zhuǎn)換器，這種轉(zhuǎn)換器由Σ-Δ調(diào)制器及連接其后的數(shù)字濾波器構(gòu)成，調(diào)制器的結(jié)構(gòu)包括1個(gè)積分器和1個(gè)比較器，以及含有1個(gè)1位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的反饋環(huán)。Σ-Δ調(diào)制器以*的抽樣頻率對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣，并對(duì)兩個(gè)抽樣之間的差值進(jìn)行低位量化，從而得到用低位數(shù)碼表示的數(shù)字信號(hào)即Σ-Δ碼，然后將Σ-Δ碼送給第二部分的數(shù)字抽取濾波器進(jìn)行抽取濾波，從而得到高分辨率的線性脈沖編碼調(diào)制的數(shù)字信號(hào)。因此抽取濾波器實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)碼型變換器，由于Σ-Δ調(diào)制器具有*的抽取速率，通常比奈奎斯特抽樣頻率高出許多倍，因此Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器又稱為過抽樣A/D轉(zhuǎn)換器。Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有抗*力強(qiáng)、量化噪聲小、分辨率高和線性度好等優(yōu)點(diǎn)。常應(yīng)用于高性能商業(yè)衡器、精密衡器、智能工業(yè)儀表、醫(yī)療電子等領(lǐng)域。

電子秤分類等級(jí)：

法制計(jì)量組織（OIML）把電子秤按不同的分度數(shù)分成I、II、III、IV四類等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)不同準(zhǔn)確度的電子秤和分度數(shù)n的范圍，見下表。應(yīng)用的商業(yè)衡器對(duì)應(yīng)的衡器等級(jí)為III級(jí)，II級(jí)以上屬于精密衡器和基準(zhǔn)衡器。

硬件設(shè)計(jì)：

在硬件電路設(shè)計(jì)方面，由于中穎SH79F085 內(nèi)建20 位Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、內(nèi)建1~200 倍的可編程增益放大器（PGA），很適合電子秤應(yīng)用。由于SH79F085 內(nèi)建資源豐富，既能節(jié)省外圍電路，又方便系統(tǒng)調(diào)試，而且也能有效提高系統(tǒng)EMI 性能。硬件電路主要包括：SH79F085 單片機(jī)、電源電路、壓力傳感器、顯示電路、鍵盤電路。下圖為電子秤硬件電路結(jié)構(gòu)。

芯片介紹：

SH79F085 是上海中穎電子自主研發(fā)的集成20 位Σ-Δ 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的CMOS 單芯片MCU，是一款專業(yè)應(yīng)用于商用電子秤的SoC 芯片。根據(jù)廠家規(guī)格資料顯示，集成的ADC 具有20-bit 分辨率，16-bit 以上的有效精度。一般而言，商業(yè)衡器的分辨率在1/3000，zui高達(dá)1/10000。為了確保稱重時(shí)的穩(wěn)定性與度，電子秤內(nèi)部的分辨率必須高于外部分辨率一個(gè)數(shù)量級(jí)，通常是5 倍以上，也就是內(nèi)碼是外碼的5 倍以上。而SH79F085 內(nèi)建ADC 的可用有效輸出碼達(dá)26 萬以上，因此，ADC 精度性能*中準(zhǔn)確度商業(yè)衡器應(yīng)用，如果在用戶端軟件加以濾波處理，也能滿足高準(zhǔn)確度精密衡器應(yīng)用。

SH79F085 是一種高速率8051 兼容單片機(jī)。在同樣振蕩頻率下，較之傳統(tǒng)的8051 芯片它具有運(yùn)行更快速，性能更*的特性。

SH79F085 保留了標(biāo)準(zhǔn)8051 芯片的大部分特性。內(nèi)建資源包括適合于程序和數(shù)據(jù)的8K 字節(jié)Flash，512 字節(jié)RAM 和4 個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，1 個(gè)UART 和外置中斷INT0、INT1、INT2。

SH79F085 不僅集成EUART 標(biāo)準(zhǔn)通訊模塊，還集成了20 位Σ-Δ 模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊（ADC）和可編程增益放大器（PGA）。為了達(dá)到高可靠性和低功耗，SH79F085集成了看門狗定時(shí)器，具有低電壓復(fù)位功能，提供了2 種低功耗省電模式。

SH79F085內(nèi)建128KHz RC振蕩器和16.6MHz RC振蕩器，系統(tǒng)時(shí)鐘選擇128KHz RC振蕩器時(shí)，系統(tǒng)功耗約30uA；當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入掉電模式時(shí)，zui低系統(tǒng)功耗僅3uA。在掉電模式下，可通過設(shè)定定時(shí)器3（timer3）來作時(shí)鐘喚醒，以固定的間隔頻率開啟傳感器供電電源VDDR，采樣傳感器稱重狀態(tài)，如果檢測到有重量變化，系統(tǒng)進(jìn)入正常稱重計(jì)量模式；否則關(guān)閉VDDR，系統(tǒng)返回到掉電待機(jī)模式，此應(yīng)用能有效節(jié)約系統(tǒng)功耗。因此，SH79F085單片機(jī)很適合低功耗系統(tǒng)應(yīng)用，特別是蓄電池和干電池產(chǎn)品應(yīng)用。

電路原理：

下圖為本方案的電路原理圖，可以看到選用本方案電路結(jié)構(gòu)精簡，用到的外圍器件很少。SH79F085單片機(jī)工作電壓為3.0V～5.5V，內(nèi)建LDO穩(wěn)壓源輸出2.7V電壓（VDDR）提供給傳感器供電。AIN2差分端口為稱重傳感器信號(hào)輸入，AIN0差分端口為電池電壓檢測輸入。另外，SH79F085內(nèi)建VREF基準(zhǔn)電源，可編程輸出范圍為：0.1V～0.8V，根據(jù)實(shí)際需求可通過寄存器來調(diào)節(jié)輸出范圍。

在PCB印制電路板布局時(shí)，zui重要的是模擬部分和數(shù)字部分分開，避免數(shù)字電路的高頻噪聲對(duì)模擬電路的干擾，在本設(shè)計(jì)中，數(shù)字地與模擬地之間采用單點(diǎn)接地方法。另外，稱重傳感器輸出走線應(yīng)盡量短，且走線對(duì)稱，可提高系統(tǒng)抗干擾性能和穩(wěn)定性。

結(jié)束語：

本文給出了基于中穎SH79F085單片機(jī)為核心的電子稱設(shè)計(jì)方案，充分利用了該芯片內(nèi)建高精度Σ-ΔAD轉(zhuǎn)換器，整體方案具備電路簡單、低功耗、高精度分辨率以及實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，具備較高的設(shè)計(jì)參考價(jià)值，適合商業(yè)衡器和衡器方案推廣使用。由于SH79F085內(nèi)建高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和可編程增益放大器（PGA），同樣也適合工業(yè)溫控儀表等小信號(hào)采集設(shè)備應(yīng)用。