智能电子称的设计 16位定时/计数器，6/8个中断源，全双工串行通讯口，低功耗支持Idle和Power-down模式，Power down模式支持中断唤醒, 看门狗定时器，双数据指针，上电复位标志。另外在外扩展了32K数据存储器，以满足系统要求。
2.4 数据采集模块
2.4.1 传感器
传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。其中敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换元件指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。此外传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
称重传感器在电子秤中占有十分重要的位置，被喻为电子秤的心脏部件，它的性能好坏很大程度上决定了电子秤的精确度和稳定性。通常称重传感器产生的误差约占电子秤整机误差的50%~70%。若在环境恶劣的条件下（如高低温、湿热），传感器所占的误差比例就更大，因此，在人们设计电子秤时，正确地选用称重传感器非常重要。
称重传感器的种类很多，根据工作原理来分常用的有以下几种： 电阻应变式、电容式、压磁式、压电式、谐振式等。（本设计采用的是电阻应变式）
电阻应变式称重传感器包括两个主要部分，一个是弹性敏感元件：利用它将被测的重量转换为弹性体的应变值；另一个是电阻应变计：它作为传感元件将弹性体的应变，同步地转换为电阻值的变化。电阻应变片所感受的机械应变量一般为10 - 6~10 - 2，随之而产生的电阻变化率也大约在10 - 6~10 - 2数量级之间。这样小的电阻变化用一般测量电阻的仪表很难测出，必须采用一定形式的测量电路将微小的电阻变化率转变成电压或电流的变化，才能用二次仪表显示出来。在电阻应变式称重传感器中通过桥式电路将电阻的变化转换为电压变化。电阻应变式称重传感器工作原理框图如图2-1所示：
载荷P 应变? 电阻变化?R 输出电压 敏感元件 应变片 测量电桥
如图2-2电阻应变式称重传感器工作原理框图
当传感器不受载荷时，弹性敏感元件不产生应变，粘贴在其上的应变片不发生变形，阻值不变，电桥平衡，输出电压为零；当传感器受力时，即弹性敏感元件受载荷P时，应变片就会发生变形，阻值发生变化，电桥失去平衡，有输出电压。
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智能电子秤设计
如图2-3 桥式测量电路
R1、R2、R3、R4为4个应变片电阻，组成了桥式测量电路，Rm为温度补偿电阻，e为激励电压，V为输出电压。
若不考虑Rm，在应变片电阻变化以前，电桥的输出电压为：
R4??R1 V=???e （2-1）
?R1?R2R3?R4? 由于桥臂的起始电阻全等，即R1 = R2 = R3 = R4 = R，所以V=0 。
当应变片的电阻R1、R2、R3、R4变成R+△R1、R+△R2、R+△R3、R+△R4时，电桥的输出电压变为：
R??R1R??R4?? V=? ??e （2-2）
?R??R1?R??R2R??R3?R??R4?通过化简，上式则变为： V=
e??R1?R2?R3?R4? ????? （2-3）
4?RRRR?也就是说，电桥输出电压的变化与各臂电阻变化率的代数和成正比。
?R如果四个桥臂应变片的灵敏系数相同，且 = Kε，则上式又可写成：
ReK(ε1 - ε2 + ε3 - ε4 ） （2-4） V=4式中K为应变片灵敏系数，ε为应变量。
上式表明，电桥的输出电压和四个轿臂的应变片所感受的应变量的代数和成正比。在电阻应变式称重传感器中，4个应变片分别贴在弹性梁的4个敏感部位，传感器受力作用后发生变形。在力的作用下，R1、R3被拉伸，阻值增大，△R1、△R3正值，R2、R4被压缩，阻值减小，△R2、△R4为负值。再加之应变片阻值变化的绝对值相同，即
△R1 = △R3 = + △R或ε1 = ε3 = +ε （2-5） △R2 = △R4= - △R或ε2 = ε4 = - ε （2-6）
eK因此，V=×4ε = e Kε。若考虑 Rm，则电桥的输出电压变成：
4R?R??RR??R???V=?????e
2R2RR?2Rm????=
R?RRe = K εe
R?2RmRR?2Rm6
智能电子称的设计 VR ，则SU = K ε （2-7）
R?2RmeSU称为传感器系数或传感器输出灵敏度。 对于一个高精度的应变传感器来说，仅仅靠4个应变片组成桥式测量电路还是远远不够的。由于弹性梁材料金相组织的不均匀性及热处理工艺、应变片性能及粘贴工艺、温度变化等因素的影响，传感器势必产生一定的误差。为了减少传感器随温度变化产生的误差，提高其精度和稳定性，需要在桥路两端和桥臂中串入一些补偿元件。如：初始不平衡值的补偿、零载输出温度补偿、输出灵敏度温度补偿等。
令SU =
2.4.2 前级放大器
由传感器或敏感元件转换后输出的信号一般电平较低而由电桥等电路变换后的信号亦难以直接用来显示、记录、控制或进行A/D转换。为此，测量电路中常设有模拟放大环节。这一环节目前主要依靠由集成运算放大器的基本元件构成具有各种特性的放大器来完成。
放大器的输入信号一般是由传感器输出的。传感器的输出信号不仅电平低，内阻高，还常伴有较高的共模电压。因此，一般对放大器有如下一些要求： 1) 输入阻抗应远大于信号源内阻。否则，放大器的负载效应会使所测电压造成
偏差。
2) 抗共模电压干扰能力强。
3) 在预定的频带宽度内有稳定准确的增益、良好的线性，输入漂移和噪声应足
够小以保证要求的信噪比。从而保证放大器输出性能稳定。
4) 能附加一些适应特定要求的电路。如放大器增益的外接电阻调整、方便准确
的量程切换、极性自动变换等。 基于以上分析，我们最终决定采用制作方便而且精度很好的专用仪表放大器AD620。
AD620具有体积小、功耗低、精度高、噪声低和输入偏置电流低的特点。其最大输入偏置电流为20nA，这一参数反映了它的高输入阻抗。AD620在外接电阻Rg时，可实现1~1000范围内的任意增益；工作电源范围为±2.3~±18V；最大电源电流为1.3mA；最大输入失调电压为125 V；频带宽度为120kHz（在G=100时）。AD620的内部结构如下图所示：
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智能电子秤设计
如图2-4 AD620的内部等效图
AD620的接口如下图所示：
如图2-5 AD620的接口图
电路的工作原理：A1、A2工作在负反馈状态，其反向输入端的电压与同相输入端的电压相等。即Rg两端的电压分别为Vin+、Vin-。因此
V?Vin?
iG?in? Rg设图（2-4）中电阻R1=R2=R，则A1、A2两输出端的电压差U12为
U12?iG(R1?R2?Rg)
2R （2-8） ?(Vin??Vin?)(1?)Rg
将上式代入第一个式子得 2RV??U??(1?)(Vin??Vin?)O12 （2-9） Rg放大器的增益Av为
UOAV?
(Vin??Vin?)
2R??(1?) （2-10） Rg
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智能电子称的设计 可见，仅需调整一个电阻Rg，就能方便的调整放大器的增益。由于整个电路对称，调整时不会造成共模抑制比的降低。
在接口图（2-5）中，通过改变可变电阻R3的阻值大小来改变放大器的增益，放大器增益计算公式如下： G?49.4K??1 （2-11） R3
2.4.3 A/D转换器
A/D转换器是一种能把输入模拟电压或电流-成与它成正比的数字量，也就是说能把被控对象的各种模拟信息变成计算机可以识别的数字信息。A/D转换器种类较多，从原理上可分为四种：双积分式A/D转换器，逐次逼近式A/D转换器、并行A/D转换器、计数器式A/D转换器及△－∑型A/D转换器。在电子秤的设计中用的比较多的是双积分式A/D转换器和△－∑型A/D转换器。
双积分ADC的基本原理是对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变成与之成正比的时间间隔，然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，进而得到相应的数字量输出。如图2-6所示是电子秤中常用的双积分式A/D转换电路，它由积分器、比较器、模拟电子开关，积分电阻、积分电容、自动回零电阻、电容组成。其中VG是模拟地，VFR是基准电压（相对于VG为负值），VX是检测电压。
如图2-6 双积分A/D转换电路
其次双积分型A/D转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以对50HZ的工频干扰抑制能力特强，对高于工频干扰（例如噪声电压）也具有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。
作为电子秤，系统对AD的转换速度要求并不高，精度上14位的AD足以满
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