本文介紹了基于中穎SH79F085單片機的電子秤設計方案，給出了硬件電路結構模塊，并作出詳細分析。本系統采用集成高精度Σ-ΔADC的單片機作主控，外接顯示驅動芯片，電路結構簡單，抗*力強，工作穩定。本文著重介紹了SH79F085作主控芯片的硬件電路設計，以及應用中的注意事項和要點。
關鍵字：中穎電子 SH79F085 單片機 電子秤 電子衡器 計價秤 高精度ADC、可編程增益放大器（PGA）

引言：

電子秤是衡器中的一種，隨著科學技術的發展與進步，電子秤經歷了由簡單到復雜、粗糙到精密的全電子化稱重產品。近年來，電子秤廣泛應用于商業計價、精密衡器、工業包裝、倉儲運輸等領域。

目前，市場上的電子秤系統主要有兩種方案實現對傳感器模擬信號采樣：雙積分電路和高精度模數轉換器（ADC）。

雙積分電路是一種間接式的A/D轉換器，它的基本原理是把待轉換的模擬電壓變換為與之成比例的時間間隔t，并在t時間內，用恒定頻率的脈沖去計數，這就把時間t轉換成了數字信號量。雙積分電路由于電路復雜，轉換時需要軟件干預，以及精度較低，一般小于12bit，不能滿足電子秤應用，因此逐暫被市場淘汰。

高精度模數轉換器（ADC）一般采用Σ-Δ型轉換器，通常分辨率在16-bit以上。Σ-Δ轉換器又稱為過采樣轉換器，這種轉換器由Σ-Δ調制器及連接其后的數字濾波器構成，調制器的結構包括1個積分器和1個比較器，以及含有1個1位數模轉換器的反饋環。Σ-Δ調制器以*的抽樣頻率對模擬信號進行抽樣，并對兩個抽樣之間的差值進行低位量化，從而得到用低位數碼表示的數字信號即Σ-Δ碼，然后將Σ-Δ碼送給第二部分的數字抽取濾波器進行抽取濾波，從而得到高分辨率的線性脈沖編碼調制的數字信號。因此抽取濾波器實際上相當于一個碼型變換器，由于Σ-Δ調制器具有*的抽取速率，通常比奈奎斯特抽樣頻率高出許多倍，因此Σ-Δ型A/D轉換器又稱為過抽樣A/D轉換器。Σ-Δ模數轉換器具有抗*力強、量化噪聲小、分辨率高和線性度好等優點。常應用于高性能商業衡器、精密衡器、智能工業儀表、醫療電子等領域。

電子秤分類等級：

法制計量組織（OIML）把電子秤按不同的分度數分成I、II、III、IV四類等級，分別對應不同準確度的電子秤和分度數n的范圍，見下表。應用的商業衡器對應的衡器等級為III級，II級以上屬于精密衡器和基準衡器。

硬件設計：

在硬件電路設計方面，由于中穎SH79F085 內建20 位Σ-Δ模數轉換器（ADC）、內建1~200 倍的可編程增益放大器（PGA），很適合電子秤應用。由于SH79F085 內建資源豐富，既能節省外圍電路，又方便系統調試，而且也能有效提高系統EMI 性能。硬件電路主要包括：SH79F085 單片機、電源電路、壓力傳感器、顯示電路、鍵盤電路。下圖為電子秤硬件電路結構。

芯片介紹：

SH79F085 是上海中穎電子自主研發的集成20 位Σ-Δ 模數轉換器（ADC）的CMOS 單芯片MCU，是一款專業應用于商用電子秤的SoC 芯片。根據廠家規格資料顯示，集成的ADC 具有20-bit 分辨率，16-bit 以上的有效精度。一般而言，商業衡器的分辨率在1/3000，zui高達1/10000。為了確保稱重時的穩定性與度，電子秤內部的分辨率必須高于外部分辨率一個數量級，通常是5 倍以上，也就是內碼是外碼的5 倍以上。而SH79F085 內建ADC 的可用有效輸出碼達26 萬以上，因此，ADC 精度性能*中準確度商業衡器應用，如果在用戶端軟件加以濾波處理，也能滿足高準確度精密衡器應用。

SH79F085 是一種高速率8051 兼容單片機。在同樣振蕩頻率下，較之傳統的8051 芯片它具有運行更快速，性能更*的特性。

SH79F085 保留了標準8051 芯片的大部分特性。內建資源包括適合于程序和數據的8K 字節Flash，512 字節RAM 和4 個16 位定時器/計數器，1 個UART 和外置中斷INT0、INT1、INT2。

SH79F085 不僅集成EUART 標準通訊模塊，還集成了20 位Σ-Δ 模數轉換器模塊（ADC）和可編程增益放大器（PGA）。為了達到高可靠性和低功耗，SH79F085集成了看門狗定時器，具有低電壓復位功能，提供了2 種低功耗省電模式。

SH79F085內建128KHz RC振蕩器和16.6MHz RC振蕩器，系統時鐘選擇128KHz RC振蕩器時，系統功耗約30uA；當系統進入掉電模式時，zui低系統功耗僅3uA。在掉電模式下，可通過設定定時器3（timer3）來作時鐘喚醒，以固定的間隔頻率開啟傳感器供電電源VDDR，采樣傳感器稱重狀態，如果檢測到有重量變化，系統進入正常稱重計量模式；否則關閉VDDR，系統返回到掉電待機模式，此應用能有效節約系統功耗。因此，SH79F085單片機很適合低功耗系統應用，特別是蓄電池和干電池產品應用。

電路原理：

下圖為本方案的電路原理圖，可以看到選用本方案電路結構精簡，用到的外圍器件很少。SH79F085單片機工作電壓為3.0V～5.5V，內建LDO穩壓源輸出2.7V電壓（VDDR）提供給傳感器供電。AIN2差分端口為稱重傳感器信號輸入，AIN0差分端口為電池電壓檢測輸入。另外，SH79F085內建VREF基準電源，可編程輸出范圍為：0.1V～0.8V，根據實際需求可通過寄存器來調節輸出范圍。

在PCB印制電路板布局時，zui重要的是模擬部分和數字部分分開，避免數字電路的高頻噪聲對模擬電路的干擾，在本設計中，數字地與模擬地之間采用單點接地方法。另外，稱重傳感器輸出走線應盡量短，且走線對稱，可提高系統抗干擾性能和穩定性。

結束語：

本文給出了基于中穎SH79F085單片機為核心的電子稱設計方案，充分利用了該芯片內建高精度Σ-ΔAD轉換器，整體方案具備電路簡單、低功耗、高精度分辨率以及實用性強等特點，具備較高的設計參考價值，適合商業衡器和衡器方案推廣使用。由于SH79F085內建高精度模數轉換器（ADC）和可編程增益放大器（PGA），同樣也適合工業溫控儀表等小信號采集設備應用。