设计基于串行A/D转换器ADS1100、低功耗单片机AT89S52和LCD显示器的高精度电子秤。该高精度电子秤作用于传 感器的力转换成电压值，经A/D转换后用单片机进行处理，结果通过LCD显示。核心器件ADS1100是16位A/D转换器，在 使用中读数准确、反应灵敏,具有低功耗、超量程报警等功能。

物品称量是市场交易中最基本的活动，使用的衡具多种多样，如杆称、弹簧秤、电子秤等。传统的量具是 杆称或盘称，20世纪70年代开始出现了电子称。早期的电子称多通过模拟电路实现，随着电子技术的不断 发展，数字芯片的价格逐渐下降，模拟控制已逐步被数字控制替代，电子称的设计模式大都以微处理器为核 心，精度和可靠性有了明显提高，但市场上广泛使用的各式电子秤都采用8位A / D转换器和LED显示，具 有精度低和无法显示汉字等缺点[1]。采用16位A / D转换器ADS1100和LCD显示，设计一个读数准确、反应 灵敏，具有低功耗、超量程报警的电子秤。

1.系统结构设计及工作原理

高精度电子秤采用的压力传感器为电阻应变式压 力(称重)传感器，可用于测拉力和压力，它将作用于传 感器的拉力或压力转换为电压值，经过放大器放大后， 送人A/D转换器ADS1100，经A/D转换后用AT89X52单片机进行处理，结果通过LCD显示。系统结构框图如图1。

整个高精度电子秤具有超量程报警功能以及采用具有I2C串行接口的A/D转换器ADS1100，利用I2C总线协议，只需2根数据线和相应的控制线就可以工作， 大大减少了印刷电路板的布线数目和CPU的I/O 口利用数目。

2.高精度电子秤的硬件电路设计

基本框架包含电阻应变式称重传感器、模拟信号处理模块、A/D转换、超量程报警、LCD显示模块等，重 点给出各分电路的设计图和说明。

2.1电阻应变式称重传感器

电阻应变式称重传感器的原理:弹性体(弹性元件，敏感梁)在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表 面的电阻应变片(转换元件)随同产生变形，电阻应变 片变形后，它的阻值发生变化(增多或减少），经相应的 测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电 流），完成将外力变换为电信号的过程' 电阻应变式 称重传感器有多种形式，使用最多的为桥路形式，如图 2。H为电阻应变式片；尽为10 kD多圈调零电 位器；R)为温度补偿电阻;五为传感器桥压；AV为传 感器输出。

当桥路中的某臂电阻发生变化时，桥路不平衡，桥路输出的变化量反映了压力的变化量。

2.2模拟信号处理模块

桥路输出的变化量通过模拟信号处理模块，经过二级放大，将微弱信号放大到A/D转换器可以分辨的 模拟信号，如图3。RW1为模拟信号处理零点调节器，可以利用该电位器调节零点，RW2为模拟信号处理放 大倍数调节器'.

2.3A/D转换

A/D转换部分采用ADS1100，ADS1100每秒可采样8，16，32或128次以进行A/D转换，并提供I2C端口与外部通信。片内可编程增益放大器能提供高达8倍的增益，允许对小信号进行测量。ADS1100有2种工作方式：单周期转换方式和连续周期转换方式。在单周期转换方式中，ADS 1100进行一次A/D转换后将自动掉 电以减少电流消耗。

2.3.1ADS1100引脚功能 引脚（VIN+)为差分信 号正输人端;引脚2(GND)为地线；引脚3 (SCL)为串 行时钟输人端;引脚4(SDA)为串行数据输人/输出端；

引脚5 (VDD)为+5 V电压输人端;引脚6(VIN-)为差 分信号负输人端。

2.3.2A/D转换电路 A/D转换电路如图4。

2.4ADS1100的内部寄存器

2.4.1输出寄存器 16位输出寄存器中含有上一次A/D转换的结果，该结果采取二进制的补码格式。在复 位或上电之后，输出寄存器被清零，并保持为0直到第一次A/D转换完成。输出寄存器的格式如表1。

2.4.2配置寄存器 8位配置寄存器用来控制ADS1100的工作方式、数据速率和可编程增益放大器设置如表2，配置寄存器的默认设置是8CH。

ST/BSY位表示它是被写人还是被读出。在连续 表3 DR位

方式中，ADS1100将忽略ST/BSY的值。位6和位5为 保留位，必须被置为“0”。SC位用于控制ADS1100的 工作方式。当SC为“ 1”时，ADS1100以单周期转换方 式工作；当SC为“0”时，ADS1100以连续转换方式工 作。该位的默认设置为0。位3和位2(DR位)用于控 制ADS1100的数据速率，其控制方式如表3。位1和0 (PGA位)用于控制ADS1100的增益设置，控制方式如 表 4。

2.5 ADS1100读写操作

ADS1100的读操作 从ADS1100中读出输出寄存器和配置寄存器的内容。为此要对ADS1100寻 址，并从器件中读出3个字节。前面的2个字节是输出寄存器的内容，第三个字节是配置寄存器的内容。从AD1100中读取多于3个字节的值是无效的。从第四个 字节开始的所有字节将为FFH。ADS1100的读操作时序如图5。

2.5.2 ADS1100的写操作 写新的内容至配置寄存器(但不能更改输出寄存器的内容），要对ADS1100寻 址，并对ADS1100配置寄存器写人一个字节。对ADS1100的写操作时序如图6。

2.6超量程报警

在测量过程中，当压力超过容限后，通过电压比较器开通硬件报警电路报警。如图7，当压力超出量程 后，输入A/D的模拟信号也有过压保护，不会损坏A/D转换器。

2.7 LCD显示模块

LCD显示模块采用RT12864图形点阵型液晶显 示模块，主要由行驱动器与列驱动器组成。可显示 128(列）64(行)点阵，可完成图形显示，也可显示84个 (16x16点阵)汉字。7条控制指与CPU接口采用8位 数据总线并口输人输出方式，RT12864液晶显示模块 电路如图8。

接口引脚说明：VSS为电源负端(0V);VDD为电 源正端(+5.0 V);V0为LCD驱动电压(外接可调电阻，可调节对比度)。RS =1表示无论单片机读/写操作，均 指向数据寄存器;RS =0表示当单片机进行读模块操 作，指向地址计数器。当单片机进行写模块操作，指向 地址寄存器。R/W=1读操作;R/W=0写操作。E为使 能信号，当R/W =H,E为高电平时读操作有效；当R/ W = L,E为下降沿时写操作有效。DB0?DB7为数据 总线；CS1为片选信号，左半屏64列选中（高电平有 效）；CS2为片选信号，右半屏64列选中（高电平有 效）；REST为复位控制信号(低电平有效）；VOUT为 LCD驱动负电压输出端，RT12864液晶显示运行效果如图9。

3.高精度电子秤的软件设计

采用C语言编程，程序流程图如图10，图10为主 函数main()流程图。重点是ADS1100进行初始化 Init_ads 1100(0x8C)函数和读取ADS1100转换结果 Rd_ads1100()函数。

Init_ads1100(0x8C)函数

Init_ads1100(0x8C)函数代码如下： void Init_ads 1100(0x8C)

{ Start();

writebyte(0x90); /*写命令*/ writebyte(0x8C);Stop。;}

Start()函数、Stop() Start()函数的功能是使I2C总线开始工作，Stop()函数的功能是使I2C总线停止工 作，I2C总线的起始和停止条件如图11。

writebyte()函数 writebyte(0x90)函数向 ADS1100 发出写操作命令 90H,使 R/W=0;然后 writebyte(0x8C)函数向ADS1100的配置寄存器写人一个字节8CH，如图6。

Rd_ads1100()函数

Rd_ads1100()函数的功能是读取A/D转换结果，代码如下： unsigned int Rd_ads1100(void)

{ unsigned char H_AD; //H_AD用于存储高8位A/D转换结果 unsigned char L_AD; //L_AD用于存储低8位A/D转换结果 unsigned int T_AD; //T_AD用于存储总的A/D转换结果 Start();

writebyte(0x91); /*读命令*/

H_AD=Readbyte();

WriteACK(0);

L_AD=Readbyte();

WriteACK(1);

Stop();

T_AD=(0x00ff&H_AD)<<8|L_AD;// 高 8 位和低 8 位合并 return T_AD; }

3.2.1读转换结果 writebyte(0x91)函数向ADS1100发出读操作命令91H，使R/W=1;然后Readbyte()函数

从ADS1100的输出寄存器读出2个字节，2个字节分别为转换结果的高8位H_AD和低8位L_AD，如图5。

WriteACK()函数 根据I2C总线协议，读出高8位H_AD即一个字节数据后，在I2C总线上的第9个 时钟脉冲发送应答位为低电平ACK=0，表示字节传输完成;读出最后一个字节数据低8位L_AD，发送应答 位为高电平ACK=1，表示结束读数据，如图5，12。

4.结 论

(1)高精度电子秤的核心器件ADS1100是贴片封装，采用I2C串行总线，只需2根数据线和相应的控制换器供电，能够实现高精度电子秤的便携化。

(2)高精度电子秤的ADS1100是一种连续自校准ADC，可提供差分输人和16位无丢失码精度，达到16位 A/D转换的高精度，在使用中读数准确，反应灵敏，采用低功耗LCD显示，具有超量程报警功能。在同类产 品中具有很大优势，达到了预期的设计目标。