基于單芯片的電子秤系統(tǒng)方案設(shè)計

電壓測量 在各種電池供電的裝置中，都希望監(jiān)視電池電壓，以便能夠及時對電池進(jìn)行充電或更換。CSU1221有五個模擬輸入端，通過多路器與ADC連接，利用空余的模擬輸入端分時測量電池電壓值唾手可得。具體接法是：用電阻網(wǎng)絡(luò)對電池電壓分壓，AIN3、AIN4作為電壓輸入端接到采取電阻兩端，通過測量此電阻兩端電壓，再根據(jù)采樣電阻阻值對于電阻網(wǎng)絡(luò)的比率值計算出電池的電壓值。測量電壓的時機(jī)為兩個時間：一是剛開機(jī)進(jìn)行一次電壓測量；二是開機(jī)后的電壓測量均是在重量穩(wěn)定一段時間后再進(jìn)行一次。每次測量都必須切換ADC通道，PGA = 1，AD速率使用125Hz的檔位，這樣在測量電壓時，AD值較穩(wěn)定且耗時很短，測試結(jié)束之后，必須還原之前的ADC設(shè)置，還原后必須丟掉3個AD值。

圖4：按鍵陣列圖。

按鍵掃描 假設(shè)按鍵掃描陣列為4×6，PT1[5]、PT1[6]、PT1[7]、PT2[0]、PT2[1] 、PT2[2]為回掃線，PT2[3]、PT26]、PT3[5]、PT3[6]為驅(qū)動線。按鍵陣排列如圖4，在本例中，為了節(jié)省元件，未在驅(qū)動線中串聯(lián)隔離元件，如果同時按下與同一回掃線(輸入口)連接的兩個按鍵，就會通過兩條相關(guān)的驅(qū)動線造成兩個輸出端短路。此時可以使用如下方式法避免：初始化時，接通所有上拉電阻，連接按鍵的各I/O口均設(shè)置為輸入口，當(dāng)需要進(jìn)行按鍵掃描時，只需將其需要驅(qū)動的那一個I/O口設(shè)置為輸出口并輸出低電平，回檢讀口后立刻將該I/O恢復(fù)為輸入口，如此反復(fù)，即同一時刻只有一條線為輸出口，就不會造成故障。

設(shè)計要點及注意事項

CSU1221內(nèi)部集成1MHz時鐘，CPU的時鐘周期可選擇為：62.5K、125K、250K、500KHZ，選擇500KHz以縮短每次大循環(huán)的運(yùn)行時間。

CSU1221內(nèi)部集成的ADC，速率選擇范圍3.8～488Hz。在測量電壓時使用125Hz；在測量傳感器時使用15HZ，每個AD值的周期約為67ms，保證在AD值更新之前，程序的大循環(huán)已經(jīng)結(jié)束(根據(jù)程序大循環(huán)運(yùn)行的時間不同，可以適當(dāng)調(diào)整)，為了得到更穩(wěn)定的重量，首先對AD值進(jìn)行2次算術(shù)平均，然后再進(jìn)行8次的滑動平均。在測量電壓結(jié)束之后，必須丟掉3個AD值的時間為200ms，在重量穩(wěn)定的情況下察覺不到跳動或反應(yīng)遲鈍的現(xiàn)象。

為了提高電子秤的線性，可增加ADC內(nèi)部運(yùn)放的偏置電流，增加100%時為最佳。使用CSU1221直接驅(qū)動無源蜂鳴器時，必須串一個100歐的電阻，避免快速按鍵時影響AD值的跳動。在每個大循環(huán)結(jié)束之后，可以使用HALT指令使CPU處于暫停狀態(tài)，直到新的中斷(如AD中斷)產(chǎn)生才恢復(fù)正常，這樣可以降低功耗CSU1221運(yùn)行功耗。

由于模擬信號極易受到外界的電磁干擾，所以實際設(shè)計中應(yīng)注意以下細(xì)節(jié)：1)在PCB布板時接口傳感器輸入端至AIN0、AIN1的距離盡可能短，濾波電容的接地端要直接接到鋪地銅箔上；2)模擬信號的兩引線與鐵氧體均平行布線，濾波電容緊密平行排列。

由于I²C的時鐘頻率比較高，為了避免干擾內(nèi)置的ADC，需遠(yuǎn)離模擬端的I/O引腳。CSU1221的模擬地AGND應(yīng)與數(shù)字DGND分開來，同時回到穩(wěn)壓芯片(HT7130)的地端，而HT7130的地端與電池的地端相連接。并且其它的元器件，如E₂PROM (HT24C02)、液晶驅(qū)動芯片(HT1621)的地端并不一定要與DGND相連，如果這些元器件的地端與電池的地端相近，可直接將這些地連接到電池的地端。地線連接應(yīng)遵循下面的原則：非CSU1221模擬地的地線，不能與CSU1221模擬地部分相連，以避免其它元器件產(chǎn)生的干擾信號流經(jīng)CSU1221模擬地，影響穩(wěn)定性。

上電開機(jī)后對CSU1221進(jìn)行初始化時，建議采取如下順序以提高軟件可靠性：a.上電后，延遲30ms；b.初始化CSU1221數(shù)字部分；c.延遲30ms后，初始化CSU1221模擬部分；d.延遲60ms后，初始化所有RAM。

本文小結(jié)

CSU1221是一款內(nèi)置ADC的高精度、低功耗、高可靠性的單芯片MCU，外圍電路非常簡單，應(yīng)用方便，非常適合用于高精度、小信號測量產(chǎn)品，如高精度電子秤、氣壓計、血壓計，等等。該產(chǎn)品目前已經(jīng)獲得若干衡器及其它行業(yè)的批量應(yīng)用。