基于CS5530的计重计数电子秤的研究与设计

陈新喜

（湖南铁道职业技术学院 湖南 株洲 412001）

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[1]，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[2]，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[3]，电子秤结构框图如图1所示。

图1 电子秤结构框图Fig.1 Block diagram electronic scales

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：30 000×10=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Fig.2 CS5530 pin diagram

2）相关寄存器

①配置寄存器描述

图3 Configuration register描述Fig.3 Configuration register description

PSS：0标准模式 （晶振激活，可快速上电），1睡眠模式（晶振停止）

PDW：0正常模式，1激活电源存选择模式

RS：系统复位，0正常模式，1复位

RV：0正常模式，1系统被复位，该位只读

IS：0正常输入，1短输入

VRS： 参考电压选择，0：2.5 V ＜ VREF ≤ [（VA+）-（VA-）]，1：1 V ≤ VREF ≤ 2.5 V

A1-A0：

FRS：0默认速率，1以设定速率的5/6工作

WR3-WR0：速率选择，

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选择 模式，1：选择 模式

OCD：0正常模式，1开电流源

NU：保留位

②增益寄存器描述

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

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

③失调寄存器描述

图5 失调寄存器描述Fig.5 Offset register description

图6 数据输出转换格式Fig.6 Data output conversion format

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。

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。

图7 CS5530原理图Fig.7 CS5530 schematic

具体程序如下：

void CS5530_Init（void）

{

CS5530Reset（0x00）；//复位

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

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

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

}

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：

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 读数据函数，读AD转换结果

具体程序如下：

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 结 论

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。

[1]潘佑华，林盛鑫.基于51单片机的多功能电子秤设计研究[J].科技传播，2012（6）：188-189.PANYou-hua，LIN Sheng-xin.Based on 51 single-chip multifunction electronic scale design studies[J].Scientific Communication，2012（6）：188-189.

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[3]肖思宁.精密电子秤设计[J].广西物理，2008，3（18）：28-30.XIAO Si-ning.Precision weigh scale design[J].Guangxi Physics，2008，3（18）：28-30.

[4]从佩仁.浅谈电子秤的误差来源与解决方法[J].计算与测量技术，2008，35（6）：45-47.CONG Pei-ren.Talking electronic scale error sources and solutions[J].Calculation and Measurement Technology，2008，35（6）：45-47.

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