基于CS5530的計重計數電子秤的研究與設計

陳新喜

（湖南鐵道職業技術學院 湖南 株洲 412001）

電子秤是現代電子發展的產物，由于他具有操作簡單、方便、精度高等優點在工業、日常生活各領域廣泛應用，從功能看可分為單一計重秤、計重計價秤、計重計數秤等多種。其中單一計重秤在日常生活中最常見，計重計價秤在商場、市場中廣泛應用，計重計數秤主要應用在工業領域[1]，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、每袋數量大，以前都是人工數，這樣既需要大量人工，還容易出錯。為了解決這些問題，一種高精度既能計重還能根據單重計算數量的電子秤運行而生[2]，這就是本文要介紹的計重計數電子秤。

1 總體方案

1.1 系統框圖設計

電子秤硬件結構主要由以下幾部分構成，稱重傳感器、放大電路、A/D轉換電路、CPU、輸入輸出電路等構成，其工作原理就是稱重傳感器把重力轉換成4~20 mV的mV級電壓，再通過放大器放大到A/D轉換所需的V級電壓，通過A/D轉換成數字量，通過CPU計算處理變成相應的重量值，顯示或輸出。計重計數電子秤硬件結構與普通電子秤相同，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，由于其位數多、價格便宜，在高精度電子秤中具有巨大優勢而廣泛使用[3]，電子秤結構框圖如圖1所示。

圖1 電子秤結構框圖Fig.1 Block diagram electronic scales

1.2 A/D轉換芯片選型

A/D轉換電路是電子秤的關鍵部件，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，一般并行價格相對貴，速度越高越貴，位數越多越貴，價格從幾元到幾百元，高的甚至達萬元以上，而電子秤在速度上要求不快，但根據不同量程和精度要求對位數有一定要求，做為電子產品成本是關鍵，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。電子的精度分為外部和內部兩種，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，而要達到外部穩定顯示重量，內部精度必須更高，以般是外部精度的10倍。內部精度直接由A/D芯片位數確定。

3 kg/0.1 g電子秤外部精度為：3 000 g/0.1 g=30 000；所以內部精度應該大于等于：30 000×10=300 000。設A/D的位數為n，則2的n之方應大于 300 000，所以n應大于 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。現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，需配一個雙運放電路，常用的為OP2277，前者的價格在20元左右，OP2277也要15元左右，所以運放和A/D總成本需35元。另一種是24位A/D芯片CS5530，內部包括可編程放大電路，放大位數在1～64位可選，成本在22元左右，所以從性價比來看選用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）內部1-64倍放大器；

2）性線失真小于0.0015%，準確分辨率19位以上；

3）三線串行接口；

4）內含電源管理、放大倍數、配置寄存器；

5）轉換速度從 6.25～3 840 Hz可調；

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。

圖2 CS5530引腳圖Fig.2 CS5530 pin diagram

2）相關寄存器

①配置寄存器描述

圖3 Configuration register描述Fig.3 Configuration register description

PSS：0標準模式 （晶振激活，可快速上電），1睡眠模式（晶振停止）

PDW：0正常模式，1激活電源存選擇模式

RS：系統復位，0正常模式，1復位

RV：0正常模式，1系統被復位，該位只讀

IS：0正常輸入，1短輸入

VRS： 參考電壓選擇，0：2.5 V ＜ VREF ≤ [（VA+）-（VA-）]，1：1 V ≤ VREF ≤ 2.5 V

A1-A0：

FRS：0默認速率，1以設定速率的5/6工作

WR3-WR0：速率選擇，

Bit WR （FRS=0） WR （FRS=1）

0000 120 Sps 100 Sps

0001 60 Sps 50 Sps

0010 30 Sps 25 Sps

0011 15 Sps 12.5 Sps

0100 7.5 Sps 6.25 Sps

1000 3840 Sps 3200 Sps

1001 1920 Sps 1600 Sps

1010 960 Sps 800 Sps

1011 480 Sps 400 Sps

1100 240 Sps 200 Sps

UP/BP：0選擇 模式，1：選擇 模式

OCD：0正常模式，1開電流源

NU：保留位

②增益寄存器描述

圖4 增益寄存器描述Fig.4 Gain register description

功能設定放大倍數，從0至64-2-24，上電后D24為1，其他位為0

③失調寄存器描述

圖5 失調寄存器描述Fig.5 Offset register description

圖6 數據輸出轉換格式Fig.6 Data output conversion format

D31-D8為24位數據，D2為溢出標志，為1溢出，數據有錯誤，其他位為0

2 CS5530硬件電路設計

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、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 P12、P11、P10，CS 接地。

3 程序設計

3.1 初始化函數

對CS5530內部寄存器進行初始化，設定相關工作方式，放大倍數，轉換速度等工作。

圖7 CS5530原理圖Fig.7 CS5530 schematic

具體程序如下：

void CS5530_Init（void）

{

CS5530Reset（0x00）；//復位

CS5530_WriteCmd （0x01，0x00000000）；//寫 OFFSET 寄存器

CS5530_WriteCmd（0x02，0x3fffffff）；//寫 GAIN 寄存器

CS5530_WriteCmd （0x03，0x02004800）；//寫 CONFIG 寄存器

}

3.2 寫寄存函數

對CS5530 3個寄存器進寫數據操作，具體程序如下：

void CS5530_WriteCmd（UINT8 cmd，UINT32 d）

{

UINT8 i；

for（i=0；i＜8；i++）

{

CS5530_CLK=0；

if（cmd&0x80==0x80）

CS5530_SDIN=1；

else

CS5530_SDIN=0；

CS5530_CLK=1；

cmd＜＜=1；

_nop_（）；

_nop_（）；

}

for（i=0；i＜32；i++）

{

CS5530_CLK=0；

if（d&0x80000000==0x80000000）

CS5530_SDIN=1；

else

CS5530_SDIN=0；

CS5530_CLK=1；

d＜＜=1；

_nop_（）；

_nop_（）；

}

}

3.3 讀數據函數，讀AD轉換結果

具體程序如下：

UINT32 CS5530_ReadData（UINT8 d）

{

UINT8 i；

UINT32 value；

REPEATREAD:

value=0；

CS5530_SDOUT=1；

for（i=0；i＜8；i++）

{

CS5530_CLK=0；

if（d&0x80==0x80）

CS5530_SDIN=1；

else

CS5530_SDIN=0；

CS5530_CLK=1；

d＜＜=1；

_nop_（）；

_nop_（）；

}

CS5530_CLK=0；

CS5530_SDIN=0；

while（CS5530_SDOUT）；

for（i=0；i＜8；i++）

{

CS5530_CLK=0；

_nop_（）；

_nop_（）；

CS5530_CLK=1；

_nop_（）；

_nop_（）；

}

for（i=0；i＜32；i++）

{

value＜＜=1；

CS5530_CLK=0；

if（CS5530_SDOUT）

value|=0x01；

CS5530_CLK=1；

}

CS5530_CLK=0；

if（（value&0x04）==0x04）//OV

goto REPEATREAD；

return（（value ＞＞8） &0xffffff）；

}

4 結 論

電子產品發展速度快，生產量大，采用高集成度芯片，可以提高穩定性，降低生產成本，本論文采用CS5530設計的電子秤，穩定性好，生產成本低，具有廣闊的應用前景。

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