多功能精准电子秤的设计与实现

本设计的电子秤采用防潮防水防屏蔽等措施，该电子秤具有电压检测功能，当电压低于正常工作电压时，LCD显示屏上低 压报警灯就会亮起，电子秤主要由微控制器、传感器、显示装置三大部分组成，本设计采用的称重传感器是电阻应变片式。

0.引言

目前，电子秤的发展趋势是向提高精度和降低成本方 向发展,这样的趋势势必引起市场对高性能、低成本模拟 信号处理器件需求的增加。下面作者设计一款多功能精准 电子秤，旨在实现重量显示数字化,提高劳动生产率。

1.设计思路

多功能精准电子秤硬件及电路设计本多功能精准电子秤的硬件电路主要包括主控板硬件电路和LCD显 示屏控制板电路。其中主控制板硬件电路主要包括系统电 源电路、微控制器LPC1766最小系统电路、以太网模块电 路、AD数据采集电路、FLASH存储器模块电路、键盘模 块、RS-232以及USB接口模块。

微控制器LPC1766最小系统电路包括：电源电路,时 钟电路和复位电路。

以太网模块部分主要由网络芯片W5100电路和外围 电路构成。

AD模数转换模块包括:AD芯片CS5460C电路以及外围电路构成。FLASH存储器选择ATMEL公司的 AT45DB081D芯片,该芯片的总线接口兼容SPI方式,与微 控制器LPC1766的SPI接口相连。

LCD显示屏控制板电路主要包括LCD显示屏控制板 微控制器AT89C52电路和显示屏驱动芯片HT1621芯片 的电路。

1.2编辑软件的设计电子秤控制器的软件主要功能 为：系统初始化、显示模块软件初始化、AD数据采集初始 化、AD数据采集接收和发送数据、键盘处理任务、数据显 示等功能。本设计采用C语言作为主要的开发语言。

2.多功能精准电子秤的实现

2.1硬件初始化硬件初始化工作主要完成微控制器 的工作模式设定和硬件资源分配,包括：系统时钟初始化工作是通过调用 NXP公司给 LPC17XX系列芯片开发的时钟配置库函数进行的。初始 化工作实现的功能有：为系统的每一个组件设置时间,设 置主要时钟包括选择外部高速晶体（12MH9作为振荡器 的时钟源，使能PLL功能使得芯片的主频275MHZ - 550MHZ,设置USB时钟以及设置FLASH加速模块等。本 设计中函数为 void target nit (void 。

中断配置初始化工作通过调用的函数来实现。中断配 置初始化实现的功能有栽套向量中断控制器的向量表基 地址设置,通过向量表基地址的中断信道号来确定中断类 型,禁止以及允许中断服务程序,系统清除中断服务程序。 本设计中函数为类型，NT32S zyIsrSet (unsigned int uiChannel, unsigned long Ulf unction,unsigned int uiPrio)。

引脚初始化工作主要是配置微控制器LPC1766的管 脚，由于芯片的引脚有复用功能，需要指定引脚使用哪个 功能,本设计中函数为void pinlnit (void还需要配置引脚 是用于输入还是输出,本设计中函数为void pconplnit (void。

外部FLASH初始化主要完成的功能是选择扇区，复 制RAM数据到FLASH,扇区数据擦除，校验数据，从 FLASH读取数据等功能。

SPI接口初始化主要完成的功能是SPI接口 1的工作 模式设定、时序设定、时钟速率设定、字节发送和接收格式 设定。

CS5460C初始化主要完成的功能是AD参数初始化， 包括零点高低寄存器设置、零跟速度、零跟范围、置零范 围、稳定范围等,配置CS5460C的各种寄存器包括/电流偏 移寄存器、时基校准寄存器、状态寄存器等。本设计中的函 数为 void AD-INIT (void。

2.2数据采集任务

2.2.1CS5460C初始化对CS5460C的程序设计首先 应从外部晶振开始。本文采用4.096MHz的外部晶振为芯 片提供主时钟,其启动时有20ms的延迟,CS5460C没有上 电自动复位功能,需要人工通过发送3个OxFF命令字节 和1个OxFE命令字节,使串口与字节界重新同步。接着 设置配置寄存器的RS位使系统复位以初始化内部逻辑。 完成以上工作后，即可进行转换。

2.2.2开启CS5460C CS5460C完成初始化以后即可 进行数据釆样,CS5460C采样流程如下:A/D采样模块— 初始化5460芯片一>读5460—>对采样值滤波一>零点范围 判断—读5460—对采样值滤波—求净载值—乘校秤系数 (内码)—将内码值运算为重量值—超载判断—返回到读 5460。

2.3键盘处理任务在键盘处理任务中，主要采用 DM74LS154芯片进行单片机与键盘的读写操作。 DM74LS154芯片是4线-16线的译码器，当选通端(Gl、 G2均为低电平时，可将地址端（ABCD)的二进制编码在 -个对应的输出端，以低电平译出。如果将G1和G2中的 一个作为数据输入端，由ABCD对输出寻址。键盘处理模 块主要的任务的总流程如下:开始—读键盘值—判断键盘 值—结束。

2.4显示模块任务在本设计中，显示模块是采用微 控制器STC89C52来控制两个HT1621芯片进行通信，通 过串口来与主控制芯片LPC1766进行通讯。显示任务总 流程如下：开始—复位—初始化单片机init8052 )—初始 化 HTl 621 init_htl621 )—初始化串 口 UART_Init )—调 用显示子程序diszh )—退出。

2.5系统抗干扰性和可靠性设计

2.5.1硬件电路抗干扰性和可靠性设计思路

在本设计中就是AD采样芯片CS5460C。在本设计中 将AD模块采用屏蔽防护罩来防止外部信号对其干扰。另 外,电路系统中的元器件、电源线、信号线等都高密度的集 合在电路板中。电路板的好坏也直接影响着系统的可靠性 和稳定性。而电路板好坏取决于元器件的选择和布局：

元器件要分布要疏密一致,摆放要合理；应加大它们 的距离，以免因放电、击穿而引起意外短路。在电源线路设 计中要尽量的将电源和地线加粗；其次,应在集成电路芯 片的电源引脚和地线引脚之间加去耦电容；在PCB板设 计完成之后要铺铜，并设为地线网络,以降低干扰。

2.5.2系统软件设计采取的措施

①指令冗余化。对于重要指令应多次反复执行,这样 可以纠正干扰引发的错误；对于频率较低的采集数据,需 要进行多次采集然后再进行滤波处理：对于对外输出的指 令,需要进行多次重复执行以确保信号的可靠性。

②软件看门狗技术。软件看门狗不断监视程序循环运 行时间，若发现超过已知的循环设定时间，就强迫程序返 回到入口处,使系统运行重新纳入正轨。这种干扰措施将 使系统运行的可靠性大大提髙。

3.装机调试

用数据线将主控板、键盘、显示屏和传感器进行连接。 接通开关电源,按下开关后,显示屏显示0-9自检,然后进 入称重状态。当改变传感器上物品重量时,显示也随之改 变，这说明硬件和程序都可以正常运行；当按下键盘的功 能键时,都可以进入各个相应的功能,说明键盘连接无误， 可以正常运行；当用串口助手,通过串口进行数据收发时， 都可以正常显示,说明串口可以正常工作；当用网线与计 算机连接时，可以正常PING通在同一个局域网其他计算 机的IP,说明网络也可以正常工作。