CS1180在自动称量装袋机中的应用
魏银厂;邹超;任线妮
【摘 要】介绍了AD转换芯片CS1180在自动称量装袋机中的应用,包括整个设备的简单介绍、CS1180的参数、硬件电路以及软件编程.详细描述CS1180在整个系统中的功能及实现过程,包括实际使用时应注意的问题,对更好地使用该芯片制造其他设备提供一些参考.%This essay has introduce the application of AD converter chip CS1180 in the automatic weighing bagging machine by analyzing the parameters of CS1180,hardware circuits and software programme. The function and process realization of the CS1180 in the whole system was described, including the pracical problems. Hence, some references for the indepth use of the chips to manufacture other devices were provided.
【期刊名称】《包装与食品机械》
【年(卷),期】2011(029)004
【总页数】3页(P64-66)
【关键词】模数转换:CS1180;称重传感器;串行外设接口
【作 者】魏银厂;邹超;任线妮
【作者单位】陕西省农业机械研究所,陕西咸阳712000;陕西省农业机械研究所,陕西咸阳712000;陕西省农业机械研究所,陕西咸阳712000
【正文语种】中 文
【中图分类】TB486
在稀土(钕铁硼)材料制品行业中，有一项工艺就是将研磨并混合到位的粉料在充氮气的情况下，按实际要求进行称量，之后放入模具中，由压机压制成型［1］。以前都是由人工用天平称量，而用微量自动称量机代替人工称量，则极大地提高了生产效率及产品质量。
打开设备电源，在控制仪中设定好参数。打开称量开关，振动给料器进行粗、细两级给料，到达设定值后，停止振动，由气缸打开秤斗进行放料，依次循环。在设备运行过程中，最主要就是得到当前秤斗中的重量，而CS1180就是帮助完成这一任务的。
微量自动称量设备结构如图1所示。
2.1 CS1180介绍
CS1180是一款低功耗，基于Sigma－Delta原理的模数转换芯片，其分辨率为24bit，有效分辨率可达19位，1～128倍可编程放大器，单时钟周期准备就绪，数据输出速率可编程，参考电压范围为0.1V～5V。CS1180还可进行自校准和外部校准，集成兼容串行外设接口，可通过寄存器设置参数［2］。
programme用法
(1)管脚排列与描述，如图2所示，1是数字电路接地端(简称数字地);2是主时钟输入端，外接晶振或作为外接时钟的输入端;3是晶振驱动端，外接晶振;外接时钟时需悬空;4是数字电路接地端，与1脚相接成环状，起一定的信号隔离作用;5是模拟参考电压高电位输入端;6是模拟参考电压低电位输入端;7是模拟信号正输入端;8是模拟信号负输入端;9是模拟电路接地端(简称模拟地);10是模拟电路电源输入端;11是片选控制输入端，低电平有效;12是串行数据输入端; 13是串行数据输出端;14是串行数据同步脉冲输入端;15是数据准备就绪信号，低电平有效;16是数字电路电源输入端。
(2)寄存器简介
CS1180通过一系列控制寄存器来配置工作方式，控制寄存器包括数据格式、模数转换数据输出速率、校正控制等。数据寄存器分成三组分别存放失调误差修正值、增益误差修正系数和模数转换数据。
(3)指令简介
CS1180共有11条指令，系统会用到4条指令，包括用片内信号校准失调误差和增益误差以及读ADC数据。
2.2 CS1180要实现的功能
CS1180是用来得到当前秤斗中粉料重量的，系统采用电阻应变式称重传感器，它主要是由弹性体、电阻应变片和补偿电路组成。弹性体是称重传感器的受力元件，由优质合金钢或优质铝型材制成。电阻应变片是由金属箔材腐蚀成栅格形制成，4个电阻应变片以电桥的结构方式粘在弹性体上。在没有受力的情况下，电桥的4只电阻的阻值是相等的，电桥处于平衡状态，输出为零。在弹性体受力发生变形时，电阻应变片也跟着一道变形。在弹性体受力弯曲的过程中，有两个应变片受拉，电阻值增加;另两片受压，电阻值减小。这样就导致原来平
衡的电桥失衡，在电桥的两端产生了电压差，这个电压差与弹性体受力的大小成正比，将此模拟电压信号经放大电路放大后，送入CS1180的输入，经单片机采集计算后就得到相应的重量值［3］。
2.3 硬件电路设计
CS1180各个引脚的接法如下:
(1)DGND和DVDD分别接入模拟地端及+ 5V端;
(2)AGND和AVDD分别接入模拟地端及+ 5V端，之间加滤波电容;
(3)MCLK和XTAL之间加4.9152MHz晶振;
(4)REFP和REFN接入2.5V参考电压;
(5)AIN0和AIN1是模拟信号输入端，由于传感器直接输出的电压信号很微弱，所以需要用运算放大器将其放大后接入AIN0和AIN1;
(6)DRDY是数据准备就绪信号，因为在编程中要用中断来读数据，所以接入单片机的外部中断0引脚;
(7)SCLK，SDO，SDI，CS这4个引脚是标准的串行外设接口，可接入单片机的串行外设接口对应的引脚。
2.4 软件编程思路
系统选用的单片机为AVR ATmega16L，编程语言为C语言。
(1)CS1180和单片机的通讯是通过串行外设接口，所以首先编写一个函数SPI_SEND_BYTE，由单片机给CS1180发送一个字节，编写要点是:在DRDY为低时，把数据赋值给SPDR。可用此函数给CS1180发送各种指令［4］。
(2)在硬件电路设计中，DRDY是接在单片机INT0引脚上，当DRDY为低时，AD转换数据准备就绪，此时可设置触发外部中断请求0，在外部中断0中断服务函数中编写程序读取当前AD转换值，编写要点是:CS1180读取AD转换值的指令操作码是 0x01，所以先将 0x01发送给CS1180，再根据CS1180的时序将3个字节的AD转换值赋给设置的变量，这样就完成一次
AD转换值的读取，而在处理数据时一般采用8次平滑滤波，可以先读取8次数据，然后取平均值，这样就完成AD转换值的读取［5］。
(3)在主函数中，首先根据CS1180的时序图对串行外设接口控制寄存器进行设置，包括SPI使能，高位数据先发，主机模式，空闲时SCK为高电平，在SCK的下降沿设置，上升沿采样;之后对CS1180用片内信号校准失调误差和增益误差，可用SPI_SEND_BYTE函数分别发送校准指令操作码0xF0、0xF1和0xF2;而CS1180各寄存器的值均为初始值。这样便完成系统初始化，再用砝码进行标定操作，用当前砝码的重量值除以AD转换值的变化值，从而得到标定系数，再根据AD变化值和重量成正比，于是要得到秤斗中粉料的重量就可以用当前粉料的AD变化值乘以标定系数，得到的就是当前重量，再通过显示模块显示出来［6］。
CS1180的性能与控制寄存器的设置关系密切，在使用前，应先了解采样要求、采样信号的特点以及外围电路等因素，再根据这些内容来设置控制寄存器，以便得到更好的整体性能。选择晶振时应注意，一般主频越高，数据输出速率就高，有效位数会少，一般对于自动衡器可选高的主频，有利于动态控制;而对于非自动衡器，可选低主频，可得到更多有效位。还应注意参考电压每降低二分之一，有效位数要减少一位。另外，还应注意布印制电路板时，器件布局，线的粗细以及模拟信号线和数字信号线位置等细节。
该芯片在自动称量装袋机中扮演重要角，是一款不错的高性能AD转换芯片。希望通过该芯片在实践中的应用，促进与用户的交流，积累经验，使芯片能为制造衡器和仪表提供更好的技术与支持。
【相关文献】
［1］卢济深.测量仪器示值误差的不确定度及其应用［J］.中国计量，2008，14(7):88－90.
［2］季建林，马万太.PID控制技术在生猪屠宰劈半中的应用［J］.包装与食品机械，2011，29(1):55－59.
［3］王燕.面向对象的理论与C++实践［M］.北京:清华大学出版社，1997.
［4］谭浩强.C程序设计［M］.北京:清华大学出版社，1999.
［5］丁化成，耿德根，李君凯.AVR单片机应用设计［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2002.
［6］金春林，邱慧芳，张皆喜.AVR系列单片机C语言编程与应用实例［M］.北京:清华大学
出版社，2003.

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