基于CS5530的計(jì)重計(jì)數(shù)電子秤的研究與設(shè)計(jì)

摘要：CS5530是美國半導(dǎo)體公司推出的一款SPI總線的24位A/D芯片，內(nèi)置可編程放大器，集成度高，性價(jià)比優(yōu)，在電子秤和其他儀器儀表行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景，具有取代原有電子秤和儀器儀表行業(yè)中放大器+A/D芯片電路的趨勢，從電子秤中的應(yīng)用介紹CS5530芯片的硬件電路、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及軟件編程。

關(guān)鍵詞：CS5530;A/D;放大器;電子秤

電子秤是現(xiàn)代電子發(fā)展的產(chǎn)物，由于他具有操作簡單、方便、精度高等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)、日常生活各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，從功能看可分為單一計(jì)重秤、計(jì)重計(jì)價(jià)秤、計(jì)重計(jì)數(shù)秤等多種。其中單一計(jì)重秤在日常生活中最常見，計(jì)重計(jì)價(jià)秤在商場、市場中廣泛應(yīng)用，計(jì)重計(jì)數(shù)秤主要應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，如電子元器件的裝袋、小的零部件的裝袋等，由于這些元件、零部件體積小、重量輕、每袋數(shù)量大，以前都是人工數(shù)，這樣既需要大量人工，還容易出錯(cuò)。為了解決這些問題，一種高精度既能計(jì)重還能根據(jù)單重計(jì)算數(shù)量的電子秤運(yùn)行而生，這就是本文要介紹的計(jì)重計(jì)數(shù)電子秤。

1 總體方案

1.1 系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)

電子秤硬件結(jié)構(gòu)主要由以下幾部分構(gòu)成，稱重傳感器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、CPU、輸入輸出電路等構(gòu)成，其工作原理就是稱重傳感器把重力轉(zhuǎn)換成4～20 mV的mV級電壓，再通過放大器放大到A/D轉(zhuǎn)換所需的V級電壓，通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過CPU計(jì)算處理變成相應(yīng)的重量值，顯示或輸出。計(jì)重計(jì)數(shù)電子秤硬件結(jié)構(gòu)與普通電子秤相同，不同在于要求精度高、軟件功能有所增加，而電子秤的量程和精度是由A/D決定的，本文介紹的CS5530就一種串行A/D芯片，由于其位數(shù)多、價(jià)格便宜，在高精度電子秤中具有巨大優(yōu)勢而廣泛使用，電子秤結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.2 A/D轉(zhuǎn)換芯片選型

A/D轉(zhuǎn)換電路是電子秤的關(guān)鍵部件，這里以一款3 kg/0.1 g的電子秤為例來介紹A/D芯片的選型，現(xiàn)在市場上A/D芯片種類繁多，從接口來分有并行、串行的，從轉(zhuǎn)換速度來分有超速的、高速的、低速的，從精度來看有幾位到幾十位多種型號，一般并行價(jià)格相對貴，速度越高越貴，位數(shù)越多越貴，價(jià)格從幾元到幾百元，高的甚至達(dá)萬元以上，而電子秤在速度上要求不快，但根據(jù)不同量程和精度要求對位數(shù)有一定要求，做為電子產(chǎn)品成本是關(guān)鍵，所以選擇低成本的串行A/D是首選，下面具體介紹一下如何通過量程和精度來確定要選A/D的位數(shù)。電子的精度分為外部和內(nèi)部兩種，外部精度就是顯示精度，這也是我們一般講的電子秤的精度，而要達(dá)到外部穩(wěn)定顯示重量，內(nèi)部精度必須更高，以般是外部精度的10倍。內(nèi)部精度直接由A/D芯片位數(shù)確定。

3 kg/0.1 g電子秤外部精度為：3 000 g/0.1 g=30 000;所以內(nèi)部精度應(yīng)該大于等于：30 000x10=300 000。設(shè)A/D的位數(shù)為n，則2的n之方應(yīng)大于300 000，所以n應(yīng)大于18。而大于18位的A/D主要有20位、24位、32位等，所以一般選擇20位或24位較合適?，F(xiàn)在該檔電子秤精度的電子秤一般選擇20位的CS5513，而CS5513本身無放大電路，需配一個(gè)雙運(yùn)放電路，常用的為OP2277，前者的價(jià)格在20元左右，OP2277也要15元左右，所以運(yùn)放和A/D總成本需35元。另一種是24位A/D芯片CS5530，內(nèi)部包括可編程放大電路，放大位數(shù)在1～64位可選，成本在22元左右，所以從性價(jià)比來看選用CS5530更好。

1.2.1 CS5530特性

CS5530是一款24位SPI總線的中行A/D芯片。主要特性如下：

1)內(nèi)部1～64倍放大器;

2)性線失真小于0.0015%，準(zhǔn)確分辨率19位以上;

3)三線串行接口;

4)內(nèi)含電源管理、放大倍數(shù)、配置寄存器;

5)轉(zhuǎn)換速度從6.25～3 840 Hz可調(diào);

6)多種電源供電方案可選;

1.2.2 CS5530引腳及功能描述

1)引腳圖，如圖2所示。

2)相關(guān)寄存器

①配置寄存器描述

②增益寄存器描述

功能設(shè)定放大倍數(shù)，從0至64—2-24，上電后D24為1，其他位為0

③失調(diào)寄存器描述

④數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出格式

D31—D8為24位數(shù)據(jù)，D2為溢出標(biāo)志，為1溢出，數(shù)據(jù)有錯(cuò)誤，其他位為0

2 CS5530硬件電路設(shè)計(jì)

CS5530外圍原理圖，如圖7所示。

J2接稱重傳感器，1-4分別為電源地、電源正、信號負(fù)、信號正，VREF-接地，VREF+接2.5 V通過精密電阻對電源分壓所得，SCLK、SDO、SDI分別接單片機(jī)P12、P11、P10，CS接地。

3 程序設(shè)計(jì)

3.1 初始化函數(shù)

對CS5530內(nèi)部寄存器進(jìn)行初始化，設(shè)定相關(guān)工作方式，放大倍數(shù)，轉(zhuǎn)換速度等工作。

具體程序如下：

3.2 寫寄存函數(shù)

對CS5530 3個(gè)寄存器進(jìn)寫數(shù)據(jù)操作，具體程序如下：

3.3 讀數(shù)據(jù)函數(shù)，讀AD轉(zhuǎn)換結(jié)果

具體程序如下：

4 結(jié)論

電子產(chǎn)品發(fā)展速度快，生產(chǎn)量大，采用高集成度芯片，可以提高穩(wěn)定性，降低生產(chǎn)成本，本論文采用CS5530設(shè)計(jì)的電子秤，穩(wěn)定性好，生產(chǎn)成本低，具有廣闊的應(yīng)用前景。