基于单芯片方案的电子秤系统设计

电压测量 在各种电池供电的装置中，都希望监视电池电压，以便能够及时对电池进行充电或更换。CSU1221有五个模拟输入端，通过多路器与ADC连接，利用空余的模拟输入端分时测量电池电压值唾手可得。具体接法是：用电阻网络对电池电压分压，AIN3、AIN4作为电压输入端接到采取电阻两端，通过测量此电阻两端电压，再根据采样电阻阻值对于电阻网络的比率值计算出电池的电压值。测量电压的时机为两个时间：一是刚开机进行一次电压测量；二是开机后的电压测量均是在重量稳定一段时间后再进行一次。每次测量都必须切换ADC通道，PGA = 1，AD速率使用125Hz的档位，这样在测量电压时，AD值较稳定且耗时很短，测试结束之后，必须还原之前的ADC设置，还原后必须丢掉3个AD值。

图4：按键阵列图。

按键扫描 假设按键扫描阵列为4×6，PT1[5]、PT1[6]、PT1[7]、PT2[0]、PT2[1] 、PT2[2]为回扫线，PT2[3]、PT26]、PT3[5]、PT3[6]为驱动线。按键阵排列如图4，在本例中，为了节省元件，未在驱动线中串联隔离元件，如果同时按下与同一回扫线(输入口)连接的两个按键，就会通过两条相关的驱动线造成两个输出端短路。此时可以使用如下方式法避免：初始化时，接通所有上拉电阻，连接按键的各I/O口均设置为输入口，当需要进行按键扫描时，只需将其需要驱动的那一个I/O口设置为输出口并输出低电平，回检读口后立刻将该I/O恢复为输入口，如此反复，即同一时刻只有一条线为输出口，就不会造成故障。

设计要点及注意事项

CSU1221内部集成1MHz时钟，CPU的时钟周期可选择为：62.5K、125K、250K、500KHZ，选择500KHz以缩短每次大循环的运行时间。

CSU1221内部集成的ADC，速率选择范围3.8～488Hz。在测量电压时使用125Hz；在测量传感器时使用15HZ，每个AD值的周期约为67ms，保证在AD值更新之前，程序的大循环已经结束(根据程序大循环运行的时间不同，可以适当调整)，为了得到更稳定的重量，首先对AD值进行2次算术平均，然后再进行8次的滑动平均。在测量电压结束之后，必须丢掉3个AD值的时间为200ms，在重量稳定的情况下察觉不到跳动或反应迟钝的现象。

为了提高电子秤的线性，可增加ADC内部运放的偏置电流，增加100%时为最佳。使用CSU1221直接驱动无源蜂鸣器时，必须串一个100欧的电阻，避免快速按键时影响AD值的跳动。在每个大循环结束之后，可以使用HALT指令使CPU处于暂停状态，直到新的中断(如AD中断)产生才恢复正常，这样可以降低功耗CSU1221运行功耗。

由于模拟信号极易受到外界的电磁干扰，所以实际设计中应注意以下细节：1)在PCB布板时接口传感器输入端至AIN0、AIN1的距离尽可能短，滤波电容的接地端要直接接到铺地铜箔上；2)模拟信号的两引线与铁氧体均平行布线，滤波电容紧密平行排列。

由于I²C的时钟频率比较高，为了避免干扰内置的ADC，需远离模拟端的I/O引脚。CSU1221的模拟地AGND应与数字DGND分开来，同时回到稳压芯片(HT7130)的地端，而HT7130的地端与电池的地端相连接。并且其它的元器件，如E₂PROM (HT24C02)、液晶驱动芯片(HT1621)的地端并不一定要与DGND相连，如果这些元器件的地端与电池的地端相近，可直接将这些地连接到电池的地端。地线连接应遵循下面的原则：非CSU1221模拟地的地线，不能与CSU1221模拟地部分相连，以避免其它元器件产生的干扰信号流经CSU1221模拟地，影响稳定性。

上电开机后对CSU1221进行初始化时，建议采取如下顺序以提高软件可靠性：a.上电后，延迟30ms；b.初始化CSU1221数字部分；c.延迟30ms后，初始化CSU1221模拟部分；d.延迟60ms后，初始化所有RAM。

本文小结

CSU1221是一款内置ADC的高精度、低功耗、高可靠性的单芯片MCU，外围电路非常简单，应用方便，非常适合用于高精度、小信号测量产品，如高精度电子秤、气压计、血压计，等等。该产品目前已经获得若干衡器及其它行业的批量应用。