引言

称重显示控制器是电子衡器的重要基础部件，它直接影响电子衡器及电子称重系统的功能和性能，反映着称重计量的技术水平。流量秤称重显示控制器是一种对秤筒和流量调节器所流过的物料流量进行检测与控制的仪表。通过检测秤斗重量变化来计算物料流量，据此来改变流量调节器参数，从而达到流量控制的目的。由于流量秤的计量速度快，所以具有很广泛的应用。当前，市场上的定量秤和配料秤较多，而流量秤相对较少，需要完善的地方也较多，概括起来有以下几个方面：①非线性误差较大。这将使称重值与实际值相差很大，从而造成计量精度低。②功耗大。一方面控制器的温度升高影响整个硬件电路，另一方面也会影响元器件的使用寿命和整个控制器的性能。综合考虑到上述情况，笔者设计了以ADS1216为模数转换器的称重显示控制器。ADS1216是釆用△-£模数转换技术，具有高精度、宽动态范围，有效的提高了控制器的精确度和可靠性，同时也降低了控制器的功耗，很大程度上提高了控制器的性价比。本文阐述了控制器的相关知识，对测量部分的放大电路和滤波电路进行了设计,并着重讨论了ADS12I6在称重显示控制器中的应用。

1控制器的工作过程及其称重原理

1.1控制器的工作过程

1.2称重原理

称重控制器的称重信号始于称重传感器，所以传感器的测量精确度及接线形式直接关系到控制器的性能。在传感器串并联方式的选择上，笔者选择了传感器并联的形式。原因有以下几个方面：一是传感器并联后其输出阻抗较串联方式大大减小；二是测量系统的抗干扰能力明显增强；三是并联方式测出的数据较串联方式稳定可靠得多。如果传感器电桥实加桥压与A/D转换器基准电压的比值恒定，则传感器并联方式的测量精确度将不受电压绝对值及其变化的影响，这种称重方式即所谓的比率型称重方式。这种方式是保证称重显示控制器质量优良的先决条件。所以为了实现比率型称重方式，我们在传感器和仪表的联线上釆用六线制接法，从而解决了高精度测量问题31。

2称重显示控制器总体硬件结构

控制器的硬件主要包括CPU模块、运放及滤波模块、A/D模数转换模块、按键输入模块、液晶显示模块、开关量模块及通讯模块等。其总体结构如图1所示。单片机STC89用于对A/D转换后的数字信号、按键信号、开关量信号进行处理、对称重过程进行控制、对在液晶显示器上设置的参数进行储存、并通过RS485和工控机、打印机等进行通讯。A/D转换模块主要负责将放大了的模拟信号转换成数字信号，它是影响控制器精确度的重要部件。

图1控制器总体硬件结构

3放大电路及滤波电路

放大器是影响控制器精确度的一个重要部件。放大器只有具有了稳定性好、非线性小、漂移小、增益小、抗干扰能力强等特点才能保证测量数据的淮确。根据放大器的要求精度，所需带宽，电路阻抗，环境条件及其他影响因素，我们选用了1NA217作为直流放大器。IN-A217是一种低噪声、低失调的集成仪器放大器。当信号源阻抗为200。时，INA217可以提供接近理论值的噪声效能(1kHz为L3nV/rtHz)’即使在高增益工作情形下(0.004%,GT00),失真消除电路也可将信号失真降至极低。另外，电流回授电路使INA217可以支持更大的频宽(800kHz,G=100),并在更宽广增益范围内提供杰出动态效能，非常适合于称重传感器信号的放大。

在对传感器信号进行放大后，为了保证其准确性和稳定性，我们又进行了滤波电路的设计。滤波器选用的是单片集成滤波器MAX280。放大及滤波电路如图2所示。

4模数转换部分

4.1ADS1216概述

在称重显示控制器中，A/D转换器是除单片机外影响控制器性能的主要元器件之一。为保证控制器的性能，我们选用了ADS1216作为A/D转换器。ADS1216是Burr-Brown产品线中的一款高精度、宽动态范围、E-A型8通道24位ADC₀ADS1216主要包括模拟多路开关(MUX)、输入缓冲器(BUF)、可编程增益放大器(PGA)、二阶调制器、可编程数字滤波器、微控制器、16个状态/控制寄存器、128字节RAM、串行SPI接口、两个8位DAC、内部参考电压产生器以及时钟发生器等工作模块。它通过SPI接口与外界进行信息交换，工作电压范围为2.7V~5.25V^[l][2]o

4,2ADS1216与STC89单片机的接口 STC89单片机是深圳宏晶科技公司推出的强抗干

考虑到ADS1216与SPI兼容，所以这里与单 扰、髙速、低功耗、低价格的8位单片机。片机STC89的接口采用SPT串行接口方式。 ADS1216与单片机STC89的接口电路如图3所示。

图3ADS1216与单片机STC89的接口电路

ADS1216标准的SPI接口方式为四线制，分别为时钟信号线SCLK、数据输入线Din、数据输出线Dout和片选线在本设计中ADS1216与STC89的接口引脚有SCLK、Din、Dout、厕了以及BUFENo它们分别接至单片机的P3.4(T0)、P3.3(INT1)、P3,2(INT0)、P3.5(T1)和P1.7。由于本设计中只选用了一片ADS1216芯片，所以将莅引脚直接接地，即釆用三线制串行接口连接方式，这样可以节省单片机的输出控制线。为了检测ADS1216数据寄存器DIO的数据是否准备好了，可以通过两种方法进行检测。一种方法是査询DRDY引脚的状态。如果DRDE引脚为低电平，则表示待输出的数据已经被更新，可以被读取。反之，则不可以。另一种方法是判断模式和采样频率寄存器M/DEC1中厕Y位的状态。若甌DY=0,则表示数据已经准备好了，可以被读取；若DRDY=1,则表示数据尚未准备好，还不可以被读取。BUFEN引脚的连接是为了和设置寄存器SETUP中的BUFEN位共同控制ADS1216的内部缓冲器。当二者状态逻辑与后为1时，表示选择了缓冲器；为。时，表示没有选择缓冲器。在没有选择缓冲器时，ADS1216的输入阻抗为5MR/PGA。选择了缓冲器后，输入电压波动减小，并且输人电流增大。决定ADS1216时钟频率的晶体有几种典型值，本设计中的晶体X2选择的是2.4576MHZ,两个电容C4和C5都为12pF₀电容C4和C5的大小对时钟频率有微小的影响，在设计印制板时，品体和电容应尽可能与单片机芯片靠近，以减少寄岀电容。图中C6是为芯片内部噪声滤波电路提供的旁路电容。R4则起限制ADS1216最大输出电流的作用.在实际应用中R4可以根据需要选择150心、75k。、15kO、10kQ和不接。