本帖最后由 romotic 于 2019-11-4 10:02 编辑
电子化秤重在生活中，已逐渐取代传统弹簧、天平等量测工具，例如电子计价秤、电子体重秤等。设计电子秤产品主要的组件有：传感器、ADC和MCU单芯片。本文所设计的电子秤就是利用压力传感器（Load Cell）将压力物理量转换为电压讯号，再将电压转换为数字显示出来。由于电压为 比量，所以要用ADC将它转换为数字信号。此时也需要MCU单芯片来控制电子秤主板上的讯号处理与显示功能。 纮康HY16F198控制芯片内建高精密SD 24 Bit ADC、可程序放大PGA和多段式稳压输出等功能，可以很大幅简化PCB周边线路。具有高分辨率、高分辨率、低温漂的SD24 AD转换器， 可以精准完成由 比到数字的转换。虽然输出速率不是非常高，但用于像电子秤这种对于转换速率要求不高的产品，是没有问题的。 原理说明Load Cell 的原理是在铝制的棒上面贴上一片由桥式电阻所组成的应变仪，即惠斯顿电桥，如下图 所示。因为电桥上的 4 个电阻(阻值相同)，所以当有电压施加在 VIN+与 VIN-两端时 V+ = V-，即电桥达到了平衡。
此ΔR 的变化量产生在讯号两端的电压变化为：
分辨率分为外部分辨率和内部分辨率，外部分辨率为 Load Cell 满量程的输出电压值与 需要识别的最小重量引起的电压值之比，最小重量可以定义为 1g、0.5g、0.1g 等。 内部分辨率是衡量电子秤等级的一个重要指针。一般我们以目视法认定的内部分辨率通常是 指我们经软件处理后LCD 显示只有 1 格滚动时，此时满量程的格数就是内部分辨率，其 1 格所代表的讯号约为 2~3 倍 RMS Noise。 内外分辨率之比越小，电子秤精度越高，但内外分辨率之比是有限制的。比如 Load Cell满量程压差为 3mV，要做到 3000 Count，内外比为 1：10 的电子秤，如果不经过信号放大，那最小要处理的信号为 3mV/(3000X10)=0.1µV。而 SD24 所能处理的最小信号值大约为 65nV，所以假如内外比再减小的话将产生使 ADC 不能识别的信号。如果使用 OPAMP 的话 则会增加成本。所以内外分辨率之比要稳定在一定范围内。 芯片 ADC 性能能否达到规格要求，通常是以 RMS Noise 来推算外部是否稳定内部分辨率比值。对于开发电子秤产品而言，使用 HY16F198 芯片其所能达到的最大内部分辨率的瓶颈在于 Input RMS Noise 而不在于 ADC 的分辨率。 HY16F198 的 ADC 待测信号在由 PGA、 AD 倍率调整器的放大后（PGA=32，ADGN=4），经 OSR=32768 每秒输出 10 笔 ADC 值的 条件下，其 Input RMS Noise 约为 65nV，但由于其 Input Noise 主要由 Thermal Noise 组成， 所以如果我们透过平均的软件处理是可以再将 Input Noise 进一步降低。 如果我们使用 8 笔的软件平均处理其 Input RMS Noise 约为 40nV，3 倍 RMS Noise 代表约 1 格的滚动，即为 120nV。在使用 2.4V Load Cell 驱动电压，1mV/V 的 Load Cell，满量程时压差可达2.4mV，所以在此情形下我们可以得到 20000 Counts 的内部分辨率。
单片机简介：HY16F 系列 32 位元高性能 Flash 单片机(HY16F198)
(1)采用最新 Andes 32 位 CPU 核心 N801 处理器。 (2)电压操作范围 2.4~3.6V，以及-40℃~85℃工作温度范围。 (3)支持外部 20MHz 石英震荡器或内部16MHz 高精度 RC 震荡器， 拥有多种 CPU 工作频率切换选择，可让使用者达到最佳省电规划。 (3.1)运行模式 350uA＠2MHz/2(3.2)待机模式 10uA@32KHz/2(3.3)休眠模式 2.5uA (4)程序内存 64KBytes Flash ROM (5)数据存储器 08KBytes SRAM。 (6)拥有 BOR and WDT 功能，可防止 CPU 死机。 (7)24-bit 高精准度ΣΔADC 比数位转换器 (7.1)内置 PGA (Programmable Gain Amplifier)最高可达 128 倍放大。 (7.2)内置温度传感器 TPS。 (8)超低输入噪声运算放大器OPAMP。 (9)16-bit Timer A (10)16-bit Timer B/ Timer B2 模块具 PWM 波形产生功能 (11)16-bit Timer C 模块具数字 Capture/Compare 功能 (12)硬件串行通讯 SPI 模块 (13)硬件串行通讯 I2C 模块 (14)硬件串行通讯 UART/UART2 模块 (15)硬件 RTC 时钟功能模块 (16)硬件 Touch KEY 功能模块 (17)硬件 LCD Driver 4 X 36, 6X34
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