学习情境 6 电子秤的设计与制作
项目 电子秤的电路设计
学习要点:
1.学习电子秤相关电路基础知识；
2.学习电子秤电路的设计方法；
电子秤的基本知识
1.电子秤的概述
电子秤是采用数字电路实现标定物体重量并数字显示的计量装置。电子秤是人们日常
生活不可缺少的电子产品，电子秤以其显示的直观性、应用的方便性、称重准确稳定而受到
人们的欢迎，广泛应用于家庭、市场、码头、货场合等场合，给人们的生活、贸易、工作带
来了极大的方便。由于数字集成电路的发展和单片机的使用，使得电子秤的精度、稳定度、
称重范围远远超过了普通衡器。衡器的数字化在提高报时精度的同时，也大大扩展了它的功
能，诸如超重自动报警、重量存储、价格计量、语音提示、货物影像等。电子秤从原理上讲
可以应用晶体管分立元件实现；也可应用数字集成电路实现；亦可应用单片机或可编程控制
器制作。电子秤除用一个显示窗口来显示所称物体的重量外，还应具有置零、去皮、标定功
能。
置零：在开机或称重过程中，仪表显示偏离零点且在称重范围内，则可按[置零]键，
显示零值并零点指示灯亮。
去皮：在称重显示状态下，按[去皮]键，则显示零值并去皮指示灯亮；在去皮状态下，
拿掉皮重物时按[去皮]键，可以清除皮重值。
标定功能：为保证仪器预定精度的可靠性和合法性，仪器必须定期校准，为用户提供
一种方便的自动校准方式。
电子秤的种类很多，有桌面秤、台秤、地磅和精密天平等。
2．电子秤的组成
（1）电子秤的基本结构
电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与
质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电子秤均由以下三部分
组成：
1）承重、传力复位系统
它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体，一般包括
接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。
2)称重传感器
即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电的或其它
形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。
按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计
式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、声表面谐振式）或是利用磁
弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。
对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关
系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较
好的频响特性；稳定可靠。
3)测量显示和数据输出的载荷测量装置
即处理称重传感器信号的电子线路（包括放大器、模数转换、电流源或电压源、调节
器、补尝元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存贮器件等）。这
部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。在数字式的测量电路中，通常包括前置放大、滤
滤、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。
（2）电子秤的工作原理
当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器
随之产生力－电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比
关系)的电信号(电压或电流等)。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（A/D）
器进行转换，数字信号再送到微处器的 CPU 处理，CPU 不断扫描键盘和各种功能开关，根
据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运
算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU 发出指令，从内存贮器中读出送到显示器
显示，或送打印机打印。一般地信号的放大、滤波、A/D 转换以及信号各种运算处理都在
仪表中完成。
(3)电子秤的计量性能
电子秤的计量性能涉及的主要技术指标有：量程、分度值、分度数、准确度等级等。
（1）量程：电子衡器的最大称量 Max，即电子秤在正常工作情况下，所能称量的最
大值。
（2）分度值：电子秤的测量范围被分成若干等份，每份值即为分度值。用 e 或 d 来
表示。
（3）分度数：衡器的测量范围被分成若干等份，总份数即为分度数用 n 表示。
电子衡器的最大称量 Max 可以用总分度数 n 与分度值 d 的乘积来表示，即 Max = n •d
（4）准确度等级
国际法制计量组织把电子秤按不同的分度数分成Ⅰ、Ⅰ、Ⅰ、Ⅰ四类等级，分别对
应不同准确度的电子秤和分度数 n 的范围，如下所示：
标志及等级 电子秤种类 分度数范围
特种准确度 基准衡器 n > 100 000
高准确度 精密衡器 10 000 < n ≤100 000
中准确度 商业衡器 1 000 < n ≤10 000
普通准确度 粗衡器 100 < n ≤1000
3.电子秤主要部件 称重传感器
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。
(1)常用各种称重传感器
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。
电阻应变式称重传感器：是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当方式
组成电桥的一种将力（重量）转换成电信号的转换元件。
电容式称重传感器：是把被称物体重量转换为电容器容量变化的一种传感器，它是
以各种不同类型的电容量作为转换元件，实际是一个具有可变参数的电容器。电容式传感
器由于它存在输出特性的非线性、寄生电容和分布电容对灵敏度和称重精度的影响、传感
器联接电路比较复杂等原因，直接影响到它的可靠性，所以限制了它的应用。近些年来由
于集成电路特别是微处理技术的发展，可将电子线路紧靠传感器的极板以减小电缆分布电
容的影响，并可利用微处理技术对电容式传感器的温度特性和非线性进行补偿，所以电容
式传感器在电子称重技术中的应用又得到了重视，在国内已出现了可与电阻应变式传感器
电子秤准确度相比的电容式台秤和电容式吊秤等产品。
压磁式称重传感器：也称磁弹性传感器，它是一种力 - 电转换的无源传感器。它的
工作原理是利用压磁效应，将被称重量的变化变换成传感器导磁体的导磁率变化并输出电
信号。压磁传感器具有输出信号大、抗干扰性能好、过载能力强、不均匀载荷对测量准确
度的影响小、能在恶劣的环境中工作、结构简单便于加工等优点。缺点是准确度低、反应
速度慢。它常用于冶金、矿山、运输等工业部门的承受大吨位，并要求牢固可靠、安全报
警等测力或称重场合。
谐振式称重传感器：也称频率式传感器，它是利用机械振子的固有频率或石英晶体
的谐振特性，随着被称物体重量的变化而产生频率变化现象而形成的一种传感器。谐振式
传感器可分为振弦式、振梁式、振膜式、振筒式、振管式和晶体谐振式等多种类型。在称
重技术中主要采用的是振弦式称重传感器和振梁式称重传感器类的一种复合音叉振子传
感器。
(2)称重传感器的主要性能指标：
1）传感器的输出灵敏度
传感器在额定载荷作用下，供桥电压为 1V 时的输出电压，单位为（mV/V）。在任一
载荷下，传感器的输出电压 =所加载荷×供桥电压×输出灵敏度/额定载荷。
2）非线性
传感器承受载荷与其相应输出电压之间并非成完全的线性关系，由 此而造成的误差
称为传感器的非线性误差。
3）不重复性
在同一环境条件下，对传感器反复施加某载荷时，其每次输出的电压值不尽相同，
这种现象称为传感器的不重复性。
4）零点不平衡输出
在传感器不受任何载荷条件下，传感器输入端以额定的供桥电压时的输出电压，称
为零点不平衡输出。
(3)称重传感器的选择
传感器种类繁多，分类方式也千差万别，它们都有各自的特点，但在设计电子秤时，
选择一种合适的传感器非常重要，传感器的性能在很大程度上决定了电子秤的精确度和稳
定性。称重传感器的选择主要从以下几个方面考虑。
1）要考虑传感器所处的实际工作环境情况
传感器所处的工作环境情况对如何选用传感器是至关重要的，它关系到传感器能否
正常的工作，关系到传感器的安全和使用寿命，乃至关系到整个电子秤的可靠性和安全性。
2）对传感器数量和量程的选择
传感器数量的选择是根据电子秤的用途、秤体需要支撑的点数（支撑点数应根据使
秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定）而定。一般来说，秤体有几个支撑点就选用
几只传感器，但是对于一些特殊的秤体，如电子吊秤，就只能采用一个传感器，一些机电
结合秤就应根据实际情况来确定选用传感器的个数。传感器量程的选择是依据秤的最大秤量
值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定传
感器的量程。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感的载荷，其称量的准确度就越
高，但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏
载及振动冲击等载荷的存在，因此在选用传感器量程的时候，要考虑诸如多方面的因素，保
证传感器的安全和寿命。
3）传感器准确度等级的选择
传感器的准确度等级概括了传感器的非线性、蠕变、蠕变恢复、滞后、重复性、灵敏
度等技术指标。称重传感器已按准确度等级划分，且已考虑了 倍误差因子，非自动衡
器称重传感器的准确度等级要选择与电子秤相对应的准确度等级。称重传感器按综合性能
分为 A、B、C、D 四个准确度等级，分别对应于衡器Ⅰ、Ⅰ、Ⅰ、Ⅰ四个准确度等级。
(4)数字式称重传感器
目前，我国大量使用和生产的多是传统的模拟式传感器，模拟信号的输出较小，以
生产量最大的、采用电阻应变原理和称重传感器为例，一般最大输出为 30~40mV，其信号
易受射频干扰，电缆传输距离也短，通常在 10m 以内。在数字化技术广泛应用的今天，为
解决其远距离传输和与数字技术、与计算机方便结合的问题，数字式称重传感器将得到了
很大的发展。目前，同样是电阻应变式的数字化传感器，其输出信号可达 4V，是模拟式传
感器的 100 倍。强信号电缆传输距离可在 150m ，附加电源后则可超过 600m。下面对数字
式传感器的原理、优缺点等几个方面作些介绍。
1）工作原理：数字式传感器将传感器电桥电路输出的模拟电压信号放大、滤波、
经 A/D 转换后送入微处理芯片，利用芯片中存入的软件对传感器进行常规的补偿和调整，
同时还进行一些非线性、滞后和蠕变等补偿，最后，通过 RS-485 通讯方式传送给仪表或计
算机。
2）数字式应变传感器的优缺特点
采用数字化技术，模拟传感器采用的模拟方式调整传感器输出灵敏度、传感器零点输
出、传感器阻抗等，现在都由 CPU 处理完成，数字化处理的准确度非常高，方便快捷。在
传统传感器生产过程中，首先对传感器输出灵敏度温度特性和零点温度特性进行补偿。随
后对传感器的输出灵敏度、零点输出及阻抗进行调整，这样会破坏原已补偿好的传感器温
度特性。而采用数字化技术后，传感器的输出灵敏度及零点输出都由 CPU 数据处理完成，
不会对原有的温度补偿性能有任何改变，且数字传感器阻抗是没有要求的，经数字化处理
后的传感器的一致性是非常好的，精度可达万分之一。
由于数字传感器的输出是数字信号，所以抗干扰能力强，传输距离远，没有模拟传
感器的连接误差，更没有线路阻抗的温度变化造成的计量误差。
电子秤的设计方法步骤
1.电子秤设计概述
电子秤的设计，是根据设计目的、设计任务及要求等性能指标，正确地确定设计出整机
电路的方框流程图，然后根据方框图设计各部分单元电路，由单元电路确定元器件型号、性
能参数，从而合理的选择这些器件画出实用原理电路图的过程。
2.电子秤设计步骤
（1）确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出
电子秤方框图。
（2）系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。
（3）参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数、型号。
（4）总电路图：连接各模块电路。
3.电子秤设计内容
（1）传感器电路的设计：根据设计目的、设计任务确定选择传感器的类型并进行电路
设计。
（2）A/D 转换器电路设计：根据设计的精度要求，选择 A/D 转换器的类型并进行电路
设计。
（3）处理显示部分电路的设计：处理显示电路部分的设计主要包括处理芯片、显示器
件的选择以及外围电路的设计。
（4）辅助电路的设计：根据设计任务要求确定电路设计的内容，主要包括打印接口电
路、计价器电路、语音提示电路、存储器电路等的设计。
4.电子秤电路设计举例
设计一个电子秤，任务要求为：
设计一种小型、简便、精确度高的电子平台秤，量程 20Kg，分度值为 5g，它用一个
显示窗口来显示所称物体的重量。可扩展功能是它具有置零、去皮、标定功能。
置零：在开机或称重过程中，仪表显示偏离零点且在称重范围内，则可按[置零]键，
显示零值并零点指示灯亮。
去皮：在称重显示状态下，按[去皮]键，则显示零值并去皮指示灯亮；在去皮状态
下，拿掉皮重物时按[去皮]键，可以清除皮重值。
标定功能：为保证仪器预定精度的可靠性和合法性，仪器必须定期校准，为用户提
供一种方便的自动校准方式。
根据设计的任务要求，分为硬件设计和软件设计两部分
硬件设计步骤：
(1)整机方框图设计
按照电子秤设计要求，可确定电子秤硬件电路由以下几部分组成。电阻应变式称重传感
器、CS1180A/D 转换器、单片机最小系统，数码管显示电路、键盘电路、电源电路。
工作原理：把所称物体放到秤台上，通过秤体物体的重力传给电阻应变式称重传感器，
传感器受到压力使电阻发生变化引起电压变化再将电压值送到 A/D 转换电路，将模拟量转
换成数字量，转换后的数字量送单片机进行处理，其功能由键盘电路来控制，并由数码管来
显示结果。
(2)传感器电路设计
本设计采用电阻应变式称重传感器，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，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桥式测量电路如图所示：
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，
u 为激励电压，V 为输出电压。
(3) A/D 转换器电路设计
A/D转换器的是将传感器输出的模拟量转变成数字量供单片机系统教学信号处理，它的
选择关系到电子秤的精确度和稳定度，同时电子秤作为法定的计量器具，其技术指标、稳定
性、可靠性都有严格的要求，必须符合国家的标准，因此，在设计时对于器件的选择不仅要
考虑成本，更要的还要考虑电路的稳定性，因此尽可能的使电路设计的器件少。
采用Ⅰ－Σ技术制成的A/D转换芯片，具有较高集成度，它通常集放大器、模拟开关、A/D
转换器、比较器、数字滤波器、输出接口集于一体，仅需几个外围器件便构成一个完整A/D
转换系统，大大减少了印刷线路板布线。由于其集成度高，所以故障概率较采用分立元件A/D
转换系统和明显降低，进而提高系统可靠性。
此外，其内部置高性能仪表放大器，大大降低对信号源的要求。电子秤电阻应变式称重
传感器输出信号为mV级，若采用一般的A/D转换器往往需要放大后才能进行A/D转换。而Ⅰ
－ΣA/D转换器大都采用了增益可编程放大器，可编程数字滤波、多种自校准技术等多项先
进技术，并多数采用微处理器来管理与控制转换程序，由于采用了多种综合技术措施，放大
器的增益调整、数字滤波和误差校正都集中在同一芯片中，外围器件少，使用方便可靠。它
的这些优点正符合电子秤正朝着小型化，高精度，智能化方向发展。
因此，电子秤的设计选用Ⅰ－Σ模数转换器较为合理。目前市场Ⅰ－ΣA/D转换器型号比较
多，性能指标也不同，选用什么型号的Ⅰ－ΣA/D转换器根据电子秤的性能要求决定。对于
静态的，商用的电子秤来说，常选用分辨率为16位至24位的A/D转换器。因此，本设计选择
商用CS1180A/D转换器。
由集成电路CS1180A/D转换器组成的电子秤电路的连接图如下
(4) 处理显示部分电路的设计
处理显示部分电路本设计单片机AT89C52实现对A/D转换器输入的秤重信号进行处理并
控制显示的。AT89C52具有：Ⅰ有1个专用的键盘/显示接口；Ⅰ有1个全双工异步串行通信接
口；Ⅰ有2个16位定时/计数器。这样，1个89C52芯片，承担了3个专用接口芯片的工作。不
仅使成本大大下降，而且优化了硬件结构和软件设计，应用带来许多方便。89C52的P0、
P1、P2口用作键盘/显示接口。用程序扫描的方法进行键盘输入和显示输出。P0口作为字段
口，P1口作为键盘的列输入口，P2作为显示器的字位口以及键盘的行扫描输出口。由于显
示器字位口电流较大，P2口需进行电流驱动。该多功能接口最多可连接8个LED显示器和1个
8×8链盘矩阵。有AT89C52设计的处理显示部分电路如下图。
软件部分设计
（1）软件设计概述
软件部分的设计要根据电子秤的信号处理流程来进行，电子秤电路中信号的处理流程为：
电子秤要求有及时数据采集、处理、存结果、送显示的运行过程。根据这一要求，
电子秤的信息测量与处理分三个阶段：
1）在微处理器的控制下，经传感器转换的电压信号通过输入电路送A/D转换器处理，
变为相应的数字量，存入到数据存储器中。
2）微处理器对采集的测量数据进行必要的数据处理，如特性补偿、数字滤波、标度
变换等。
3）显示处理结果，把数据信号处理为显示及记录所要求的信号格式，通过输出接口
电路输出并显示与记录。
其信息处理的流程图如图
（2）软件流程图
根据电子秤信息处理流程图，为了方便程序调试和提高可靠性，程序设计采用自上而
下、模块化、结构化的程序设计方法，把总的编程过程逐步细分，分解成一个个功能模块，
每个功能模块相互独立，每个模块都能完成一个明确的任务，实现某个具体的功能。本设计
按任务模块划分的程序
主要有初始化程序、主程序， A/D转换子程序、显示子程序、键盘处理子程序。
(3) 初始化程序设计：
单片机系统上电后，进入初始化程序，完成单片机片内各模块的设置和A/D转换器的
功能设置初始化，然后进入主程序。
(4)主程序设计
单片机完成初始化程序后进入主程序，主程序主要完成对存储参数的读取，对检
测到的数据进行数据处理，键处理，显示处理等。主程序的流程图如下图。其运行编写的程
序附后。
附运行程序
#include<>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
#define ulong unsigned long
extern struct parameter
{
uint max_weight;
uchar dsel;
uchar dp;
float beilv;
ulong zero_save;
uint zero_dy;
uint beilv_dy;
uchar shuduval;
uchar xor_val;
}bdf;
uint code num_ten[4]={1,10,100,1000};
uchar code adcount2[4]={2,4,5};//数据处理进平均次数
uchar code tab_dsel[4]={1,2,5,10};//分度值表
//0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9
uchar code tab[]={0xB7,0x03,0xD6,0xC7,0x63,0xE5,0xF5,0x83,0xF7,0xE7,
//A , b , C , d , E , F , 暗, - , t , P
0xF3,0x75,0xB4,0x57,0xF4,0xF0,0x00,0x40,0x74,0xF2,
//H , L , o , J , r , n , U, =, - i
0x73,0x34,0x55,0x07,0x50,0x51,0x37,0x44,0x04,0x01};
//显示位码表
//0, 1, 2, 3, 4, 5, 6
uchar code digit[]={0xfe,0xdf,0xef,0xfd,0xfb,0xbf,0xF7};//显示位码表
sbit P_OE =P2^1;//显示控制
sbit P_LE =P2^0;
sbit buz0 =P3^6;//蜂鸣器
sbit buz1 =P3^7;
/******************************************************/
bit b_follow;//启动零位跟踪标记
bit b_serial;//串口发送完标记
bit b_followdelay;//第一次不进行零位跟踪
bit b_steady;//稳定标记
/******************************************************/
void (* data task)(void);//函数指针变量，接受下一步要做的任务
uint idata fendushu;//分度数
uchar weight_led[6] ;//重量窗显示缓存
uchar idata temp_var;
uchar weight_dp;//小数点位数
uchar fu_number;//负号显示位置
uchar wdcount;//稳定计数
uchar adup_count;//异常值计数
uchar addcount3;//累加次数
/******************************************************/
extern void key_scan(void);//按键扫描
extern void weight_disp(void);//重量计算，超载报警
extern void start_set(void);//单片机初始化设置
extern void adc (void);//读取AD值
extern void ad_processor(void);//AD数据滤波处理
extern void fun_weight(void);//正常称重状态
extern void bd_start(void);//重量或电压标定选择
extern void dy_disp(void);//电压显示
extern void led_disp(ulong temp,uchar num);
extern uchar get_jiaoyan(uchar *address,uchar num);//计算校验字
extern void neima(void);
void delay60ms(uchar time);//40ms延时
void fendu_val(void);//分度数运算
void check_canshu(void);//读参数，并校验是否正确
void ver_disp(void);//显示版本号
void seg_check(void);//笔画检测
/******************************************/
void main (void)
{
start_set(); //单片机初始化
beep_time=3; //开机鸣叫
flash_num=6; //没有闪烁位
spi_sys(); //ad芯片初始化
check_canshu(); //读参数，并校验是否正确
if(>2) //若是异常值，用默认值
=1;
addcount3=4;
bdf_dp_temp=; //保存小数点（标定修改参数时用）
bdf_dsel_temp=;//保存分度值（标定修改参数时用）
key_scan(); //标定按键扫描
switch(key_temp) //功能键处理函数
{
case 0xc0:b_biaoding=1;task=bd_start ; break;//
default:
=0;
ver_disp();//显示版本号
seg_check();//笔画检测
fendu_val();//分度数运算
zero_current=ad_steady;//保存当前零位值
task=fun_weight;
break;
}
do
{ //主循环程序
adc(); //A/D采样
ad_processor();//数据处理
zero_follow(); //零位跟踪程序
neima(); //内码计算
weight_disp(); //重量显示
key_scan(); //按键扫描
(* task)(); //任务切换函数
}
while(1);
}
/*****************************************************************/
void fendu_val(void)//分度数运算
{ uchar i;
ulong temp;
temp=(ulong)_weight*num_ten[bdf_dp_temp];
fendushu=temp/;
i=fendushu/3000;
if (i==0)
i=1;
half_sel_bound=5/;//半个分度的原始码
follow_bound=i*half_sel_bound;//计算零位跟踪时的原始码，按 3000分度
time_weight=200;
}
/*****************************************************************/
void ver_disp(void)//显示版本号及最大量程
{
weight_led[0]=7;// 7
weight_led[1]=1;// 1
weight_led[2]=2;// 2
weight_led[3]=17;// -
weight_led[4]=0;// 0
weight_led[5]=5;// 5
fun_led=0xff;
delay60ms(15);//40ms延时
beep_time=3;
led_disp(_weight,5);//显示最大量程
weight_led[0]=15;// F
delay60ms(20);//40ms延时
}
项目 电子秤的制作
学习要点:
1.学习电子秤电路的制作方法；
2.学习电子秤的调试方法；
电子秤的制作
1.电子秤制作概述
电子秤的制作指根据设计好的电路原理图和元器件参数，选取符合要求的元件并检测；
制作安装电路板；焊接元器件；实验验证及形成产品的过程。一个好的电路设计必需有一个
好的制作才能有高质量的产品。安装制作过程和工艺对电子秤的性能非常重要。也是应该掌
握的基本技能。
2．电子秤制作的步骤
电子秤的制作一般应按下列过程和原则进行：
（1）元器件的选取与检测
根据设计好的电路原理图中的元器件参数，选取符合性能要求的元件；确定每一个元器
件的结构、形状、尺寸以便电路板的设计；对确定的每一个元器件都要进行质量和参数的测
量，以确定元件的质量高低和元件参数是否符合要求。最后确定选用的元器件。
（2）电路板的制作
根据设计的电路原理图，应用 EDA 技术和选用的元器件的结构、形状、尺寸设计印刷
电路板图，自制作电路板时，设计的印刷电路板图要打印并贴粘到覆铜板上，而后进行腐蚀
加工和修整及钻孔。也可到专业加工厂制作。印刷电路板设计时，元器件的布局排列要合理，
为保证产品可靠稳定的工作，元器件的布局排列应符合下列要求
元器件布局的原则
1）应保证电路性能指标的实现；2）有利于布线，方便于布线；3）满足结构工艺的要
求；4）有利于设备的装配、调试和维修。
元器件排列的方法及要求
元器件位置的排列方法，因电路要求不同、结构设计各异、以及设备不同的使用条件等
情况，其排列方法有多种。常见的排列方式有：
按电路组成顺序成直线排列，按电路性能及特点的排列，按元器件的特点及特殊要求排
列，从结构工艺上考虑元器件的排列等。
1）按电路组成顺序成直线排列的方法
按电原理图组成的顺序(即根据主要信号的放大、变换的传递顺序)按级成直线布置。电
子管、晶体管电路及以集成电路为中心的电路常采用该排列方式。
这种排列的优点是：
Ⅰ电路结构清楚，便于布设、检查，也便于各级电路的屏蔽或隔离。
Ⅰ输出级与输入级相距甚远，使级间寄生反馈减小。
Ⅰ前后级之间衔接较好，可使连接线最短，减小电路的分布参数
（3）焊接元器件
元器件确定和电路板制作后，下一步是元器件的焊接，元器件的焊接要符合焊接工艺的
要求。即预加工，正确焊接与检查。
1）预加工
元器件、导线的预加工，分为以下几个过程：剪裁、剥头、捻头（多股线）、搪锡、清
洗和印标记等工序。
Ⅰ．剪裁
剪裁是指按工艺文件的导线加工表的规定进行导线的剪切。
Ⅰ．剥头
剥头是将绝缘导线的两端去除一段绝缘层，使芯线导体露出的过程。
导线剥头方法通常分为热截法和刃截法两种。
Ⅰ．捻头
多股导线剥头后，必须进行捻头处理。
捻头的方法是：按多股芯线原来合股的方向扭紧，芯线扭紧后不得松散，一般捻线角度
约为 30º～45º 之间。
Ⅰ．搪锡(又称上锡)
搪锡是指对捻紧端头的导线进行浸涂焊料的过程。搪锡可以防止已捻头的芯线散开及氧
化，并可提高导线的可焊性，减少虚焊、假焊的故障现象。
搪锡可采用搪锡槽搪锡或电烙铁手工搪锡的方法进行。
Ⅰ．清洗
采用无水酒精作清洗液，清洗残留在导线芯线端头的脏物，同时又能迅速冷却浸锡导线，
保护导线的绝缘层。
2）正确焊接
手工焊接的操作过程中，必须掌握以下要领：
Ⅰ．做好焊前准备
Ⅰ．掌握电烙铁加热焊点的方法及焊料的供给方法
Ⅰ．掌握电烙铁的撤离方法
Ⅰ．掌握合适的焊接时间和温度
Ⅰ．做好焊接后的处理工作
3)检查
焊接后的检查是关系产品质量的重要因素，检查的内容主要有
有无漏焊、虚焊、拉尖、桥接、球焊、印制电路板铜箔起翘、焊盘脱落、导线焊接不当
等。并进行即时修整。
（4）实验验证
焊接好的电路要进行实验验证才能使用，通电实验验证前要求先进行外观检查，在无直
观问题的前提下才能通电实验验证，实验验证的目的是证明设计的正确性和技术参数是否符
合要求，若符合要求，即可整理技术文档并可进行实践应用。
通电实验验证后，若不符合设计与技术要求，要进行调试和检修，直到符合设计与技术
要求。实验中发现问题即时断电检查，分析产生问题的原因，提出解决问题的方法，然后再
进行检查与维修，直到问题解决。
电子秤的调试
1.电子秤调试概述
电子电路制作好后，一般都要进行调试，调试是电路设计与制作的重要内容和教学难点。
调试的目的是借助电子仪器仪表对制作的电路进行检查、调整、更换、检修使之符合设计要
求。电子电路的调试是一项复杂繁锁的工作和过程，需要耐心和细致。要有电路原理的基础
知识，要有仪器仪表和实验平台使用常识，且要反复多次进行才能达到目的，还应有分析问
题解决问题的能力。调试过程中注意积累经验，经验有时在调试中起重要作用。
2.电子秤调试的方法
电路调试通常有通电观察方法、静态调试方法、动态调试方法几种
（1）通电观察：通电后不要急于测量电气指标，而要观察电路有无异常现象，例如有
无冒烟现象，有无异常气味，手摸集成电路外封装，是否发烫等。如果出现异常现象，应立
即关断电源，待排除故障后再通电。
（2）.静态调试：静态调试一般是指在不加输入信号，或只加固定的电平信号的条件
下所进行的直流测试，可用万用表测出电路中各点的电位，通过和理论估算值比较，结合电
路原理的分析，判断电路直流工作状态是否正常，及时发现电路中已损坏或处于临界工作状
态的元器件。通过更换器件或调整电路参数，使电路直流工作状态符合设计要求。
（3）.动态调试：动态调试是在静态调试的基础上进行的，在电路的输入端加入合适
的信号，按信号的流向，顺序检测各测试点的输出信号，若发现不正常现象，应分析其原因，
并排除故障，再进行调试，直到满足要求。
3.电子秤调试的仪器
电子秤的调试常用下列要求设备
万用表
砝码一组
示波器
信号发生器
直流稳压电源
交流毫伏表
数字电路实验台
电阻箱及各种工具等
4.电子秤调试的内容
电子秤调试的内容主要有以下几个方面
（1）电路中各环节的输出波形调整
应用示波器对电路中各环节的输出波形进行测量，并对相应的电路进行调整或元器件
进行更换，使电路中各环节的输出波形符合设计要求。
（2）传感器测量电路的调试
使用万用表、交流毫伏表、砝码、信号发生器测量传感器测量电路的输出电压信号
跟随砝码重量变化而变化的线性关系。
（3）A/D 转换器的测量与调整
使用信号发生器、数字电路实验平台主要测量 A/D 转换器电路的线性度、转换看是否
设计要求。
（4）处理显示电路的测量与调整
使用数字电路实验台、逻辑表、万用表对处理显示电路的电位、输出波形和逻辑功能
进行测量看是否符合设计的逻辑功能。
电子秤的制作与调试实例
制作与调试要求如下：
电子秤的制作指标
对项目 电子秤的设计中设计的电子秤电路进行实际制作
电子秤的制作要求：
设计一种小型、简便、精确度高的电子平台秤，量程 20Kg，分度值为 5g，它用一个
显示窗口来显示所称物体的重量。可扩展功能是它具有置零、去皮、标定功能。
置零：在开机或称重过程中，仪表显示偏离零点且在称重范围内，则可按[置零]键，
显示零值并零点指示灯亮。
去皮：在称重显示状态下，按[去皮]键，则显示零值并去皮指示灯亮；在去皮状态
下，拿掉皮重物时按[去皮]键，可以清除皮重值。
标定功能：为保证仪器预定精度的可靠性和合法性，仪器必须定期校准，为用户提
供一种方便的自动校准方式。
实际电路检测与调试
选择测量仪表与仪器，对电路进行实际测量与调试
1. 电路原理图的选择
根据项目 电子秤的设计中设计的电子秤电路进行实际制作,该电子秤应具有以下功能
（1）重量程 20Kg；
（2）分度值为 5g
（3）重量值显示；
（4）“去皮”功能；
（5）“置零”功能。
2.元器件的选择与检测
根据电子秤的制作指标和选择的制作电路图,选取符合设计要求的电子元器件，确定元器
件的结构、形状、尺寸，且检测元器件的质量和性能。该电子秤所选择的元器件的型号、规
格、数量及测试表如下
实际制作时对元器件的质量和参数要进行检测.
（1）集成电路应用万用表、数字实验平台对其质量、参数和逻辑功能进行检测；
（2）各种电阻、电位器应用万用表进行测量；
(3) 各种电容、电感使用 Q 表进行检测；
（4）二极管、三极管使用晶体管特性测量仪进行检测；
（5）各种开关、插件应用万用表检测通、断性能；
（6）称重传感器应用传感器实验平台对其参数进行测量。
实际制作时对元器件的外形尺寸、引脚尺寸进行测量并记录以便于印刷电路板的设计与
制作。特别注意各种开关、插件的引脚要求精确测量，否则会给以后的元器件安装带来较大
的麻烦和困难。
元器件型号与测试列表
序号 品 名 型号/规格 数量 配件图号 实测情况
1 A/D 转换器 CS1180 1 U1
2 称重传感器 SCT_25 1 U2
3 单片机 AT89C52 1 U3
4 电容器 100μF 5 C1~C5
5 数字集成电路 10μF 6 C6~C11
6 数字集成电路 μF 8 C12~C19
7 LED 数码管 SM20501 6 LED1~LED6
8 开关 3 K1~K3
9 1/4W 电阻 100kΩ 42 R0~R41
10 1/4W 电阻 51kΩ 1 R42
11 1/4W 电阻 51Ω 1 R43
13 1/4W 电阻 2kΩ 1 R44
14 1/4W 电阻 Ω 7 R45~R51
15 可调电阻 Ω 1 RP
16 三极管 8050 1 V1
17 扬声器 8Ω/2W 1 LS1
18 插件 2 脚 1 J1
3.电路板制作
根据设计的电路图和选取的元器件的形状、尺寸、数量应用 EDA 技术设计制作印刷电
路板图的电子稿，将设计的印刷电路板图要打印并贴粘到覆铜板上，而后进行腐蚀加工、修
整、钻孔及处理后可进行元器件的焊接。制作的电路板图与元器件分布图如下
5.制作工具与要求设备
电烙铁一把，焊锡丝，普通万用表 1 只，示波器 1 台，直流稳压电源 1 台，各种安装处理
工具若干。
5. 制作过程
（1）识读电子秤电路电路原理图和印制电路图。
（2）先在印制电路板上找到相对应的元器件的位置，将元器件成形。
（3）采用边插装边焊接的方法依次正确插装焊接好元器件（注意二极管、电解电容的正、
负极，三极管的电极）。
插装焊接步骤如下：
1）各种开关、插件、数码管
2）各种集成电路块
3) 晶体二极管、三极管
4）电解电容器
5）其他电容、电阻
6) 固定焊接扬声器
7）电源线和其他连线的焊接
8）各种紧固件的安装固定
（4）CMOS 集成电路安装后，焊接的时间要尽量短。
（5）检查焊接的电路中元器件是否有假焊、漏焊，以及元器件的极性是否正确。
（6）通电试验，观察电路通电情况。
焊接后的元器件分布外形图如下
6.调试测量过程
（1）测在路直流电阻
在路直流电阻的测量，在不通电的情况下进行。主要是各单元电路的输入输出端电阻
和输入输出端对地电阻，看是否有开路、断路的情况并作相应的处理。
（2）通电调测
当测得各在路直流电阻正常时，即可认为电路中无明显的短路现象，可用单手操作法进
行通电调测。它可以有效地避免因双手操作的不慎而引起的电击等意外事故。
1）称重传感器测量电路的调试
用万用表、砝码、示波器、毫伏表，主要对传感器测量电路的线性度和温度补偿特性进
行测量与调整。对于因温度变化对桥接零点和输出，灵敏度的影响，即使采用同一批应变片，
也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的传感器，必须进行
温度补偿，解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片，并从外部对它
加以适当的补偿。非线性误差是传感器特性中最重要的一点。产生非线性误差的原因很多，
一般来说主要是由结构设计决定，通过线性补偿，也可得到改善。
2）A/D 转换电路的测量调试
应用万用表对A/D转换电路进行静态测量看是否符合直流工作要求；其次传感器出来的
信号经过外部的无源滤波器滤波后，送到CS1180 中。参考电压输入直接接在电源和地上，
不需要额外的参考电压源。在电路正常工作以前，可以通过自校正指令来校正芯片增益误差
和失调误差，提高整个系统的精度。CS1180 通过SPI 接口与MCU进行通讯。SPI 接口为标
准的四线SPI 接口，包括片选信号CS，串行时钟SCLK，串行输入SDI 和串行输出SDO，一
般情况下，SDI 和SDO 可以共用一个IO 口。通过SPI 接口，可以读写CS1180 内的各个控
制寄存器和数据寄存器。所以外围电路比较简单，主要是无源滤波器，检测滤波特性即可。
（3）软件调试
软件调试需要有一个细致全面的过程，一般须先清楚调试的方法内容，对电子称的
软件调试关键是称重数据的软件处理。 测量精度和可靠性是电子秤设计的关键，引入软件
数据处理技术，可以克服或弥补包括传感器在内的各测量环节硬件本身的缺陷或弱点，使原
来靠硬件电路难以实现的信号处理可以得到解决，提高电子秤的综合性能。在电子称重系统
中，主要的数据处理技术有：
无效物理量的消除、零漂处理、标度变换技术、非线性补偿技术、数字滤波技术等。
1）无效物理量的消除
在称重系统中，称重传感器输出的信号是秤台、支架和被测物之和的转换信号，实
际所要测的是被测物的重量，因此，秤台、支架等是无效的物理量，在信号处理过程中要
用软件方法来消除。
输入接口数据采集
数据存储
特性补尝处理
运算处理
格式化处理
记录显示用数据
输出接口
（ 驱动显示）
2）零漂处理
零位稳定是影响电子秤精度非常重要的因素，因受温度或其它因素影响将引起零位
不稳定，这种现象称为零漂。由于零漂的影响，零输入信号时，输出可能不为零，为消除
这个零位漂移值，采用零位补偿技术，零位补偿就是把这个零位漂移值储存起来，每一数
据采集时减去这个数值，得到的数值就是消除零漂的有效信号。
3）标度变换
在实际测量中，被测模拟信号被检测出来并转换成数字量后，需要转换成操作人员所
熟悉的工程量。因为，被测对象经传感器、A/D转换后得到的数字量是一系列的数码，这
些数码值并不等于原来带有量纲的参数值，它仅仅对应于参数的大小，因此，必须把它转
换成带有量纲的数值后才能显示或打印输出，这种转换就是工程量变换，又称标度变换。
对一般的线性系统，其标度变换公式如下：
Ax = A0 +（Am —A0）（Nx — N0）/（Nm —N0 ）
A0 ：测量范围最小值
A m：测量范围最大值
N0：A0所对应的数字量
Nm：Am所对应的数字量
Nx：Ax所对应的数字量
其中，A0 、Am 、N0 和Nm对于某一固定的被测参数来说它们是常数，不同的参数有着
不同的值。
对于测重系统而言，标度变换实质是建立重量W与A/D转换数据N关系的数学模型。
假设秤台和支架重量为W0 相应的A/D为N0 ，称量物体时，物体、秤台和支架总重为W，
相应的A/D为N，最大量程范围为Wm，相应的A/D为Nm，物体净重为Wc = W- W0 ，它们
之间的
数学关系如下：
Wc = W- W0 =（N - N0）（Wm - W0 ）/（Nm - N0 ）
上式标度变换中，只考虑了净重与A/D转换之间的数学量的关系，还没考虑仪器仪表
的精确度等级和分辨率问题。在实际的称重系统中，根据国家计量法规要求，系统的分辨
率、精确度等级都有明确要求，在硬件配置条件满足的情况下，分辨率、精确度等级通常
通过软件设置分度值d、分度数n来解决。它们与上式的关系为：
Wm - W0 = n d =（Nm - N0 ）K d
n=（Nm - N0 ）K
K = n /（Nm - N0 ）
K称为标准系数（倍率），在软件设计中通常通过一个调校子程序来确定，然后存
放在一个能长期保存的存储器中。
测量时物体的净重 Wc = W- W0 =（N - N0）K d
4）非线性补偿
在检测中，由于检测传感器的输入输出特性往往只在一定范围内近似呈线性，而在
某些范围内则明显呈非线性，同时，传感器具有离散性，还可能有温漂、滞后等。在信号
处理过程中也常用软件处理方法来补偿和校正以上误差。常用的非线性补偿处理的方法有
三种：分段线性插值法、曲线拟合法、查表法。对于不太弯曲的输入输出曲线，可采用线
性插值法，对于很弯曲的输入输出曲线，可采用二次抛物线插值法，对于不规则的输入输
出曲线，可采用分段曲线拟合法。对于用应变称重传感器的称重系统来说，由于其非线性
度不是很大，所以常采用分段线性插值法。
5）数字滤波技术
实际测量中，由于被测对象的环境比较恶劣，干扰源比较多，各种电子秤在称量过
程中，来自传感器的有用信号往往混杂有各种频率的干扰信号。为了抑制某些干扰信号，
通常在称重仪表的信号入口处采用RC低通滤波器，该种滤波器能抵制高频干扰信号，但对
低频干扰信号的滤波效果差，而数字滤波却可以对极低频率的干扰信号进行滤波。数字滤
波就是在软件设计时采用一定的计算方法对输入的信号进行数学处理，减少干扰信号在有
用信号中的比重，提高信号的真实性，它不需要增加硬件，只需根据预定的滤波算法编制
相应的程序，即可达到信号滤波的目的。数字滤波可以对各种干扰信号进行滤波，其稳定
性高，滤波参数修改方便，一种滤波程序可供多个通道共用。在称重系统中常用的数滤波
技术有：程序判断滤波法、平滑滤波法、中位值滤波法等。实际应用中可根据情况选择其
中一种或几种滤波方法的组合，对采集信号实现数字滤波。
这些都是可以通过软件调试来实现的，也是软件调试的重点内容，反复调试才能取得较
好的效果。
（4）电子秤的整机调试
个单元电路调试后，再进行整机的连接与调试。整机通电后先进行观察，发现异常情况
及时断电，根据故障的现象判断问题所在，进行逐级检查排除故障，若电路各种的功能出现
问题，要进行逐一分析，再对相应的单元电路进行检测调试，这样反复进行直到符合设计要
求。
