以高整合度混合信號(hào)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)橋式Force Sensor應(yīng)用設(shè)計(jì)

主要組件介紹

(1) HY16F184 : 數(shù)據(jù)處理與運(yùn)算核心，主要負(fù)責(zé)執(zhí)行運(yùn)算四個(gè)Force sensor的掃描數(shù)據(jù)，并且透過(guò)I2C通訊做ADC Raw Data數(shù)據(jù)輸出。

(2) ADC：HY16F184內(nèi)建之模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將Force sensor所測(cè)得的電壓訊號(hào)，做模擬數(shù)字電壓訊號(hào)轉(zhuǎn)換。

(3) HDK Force Sensor :壓力傳感器，負(fù)責(zé)偵測(cè)壓力大小，并且將壓力轉(zhuǎn)換為電壓訊號(hào)。

3.2.    軟件說(shuō)明

程序流程圖 :

圖7 Force sensor掃描流程圖

4.    數(shù)據(jù)規(guī)格與總結(jié)

4.1.    ADC Output Rate測(cè)量

在本文中，信道掃描的方式為每一個(gè)信道都掃描四次再取平均值，所以四個(gè)信道總共會(huì)需要掃描16次，在CPU頻率設(shè)定為2MHz與ADC OSR設(shè)定為128的情況下(即ADC的數(shù)據(jù)輸出率為2560sps)，每次從CH1到CH4的掃描時(shí)間總共需要花費(fèi)10ms，換算頻率約為100Hz。在此條件下，如果要提升ADC的掃瞄速度，可選擇提升ADC OSR設(shè)置，但是這可能會(huì)損失了分辨率，如果選擇提升了CPU的工作頻率，也可能會(huì)造成整體消耗功率過(guò)大，在此情況下，本文建議可使用移動(dòng)平均法來(lái)做數(shù)據(jù)的平均與計(jì)算，使用此方式做掃描，可以在不提升CPU功耗與ADC頻率的情況下，滿足每個(gè)通道也為取四筆值取平均的條件，把ADC Output Rate速度從100Hz提升到192Hz。移動(dòng)平均法的方法為，只有第一次掃描四信道的ADC Raw Data需要完整的掃描16次，之后各個(gè)信道的掃描只需要做一次掃描，再與前面三筆舊的數(shù)據(jù)做平均值計(jì)算，不斷的遞歸更新數(shù)據(jù)。

4.2.     耗電流測(cè)量

在CPU頻率設(shè)定為2MHz與ADC OSR設(shè)定為128的情況下，使用移動(dòng)平均法可以得到的ADC Output Rate為192Hz，當(dāng)CPU工作電壓VDD=3V, VDDA=2.4V時(shí)候，在此情況下所測(cè)得到的耗電流約1.142mA，此為VDDA不接上HDK Force Sensor負(fù)載電路時(shí)候耗電流，如果在VDDA接上HDK Force Sensor負(fù)載時(shí)候的耗電流約為1.568mA。

4.3.    最大承受力

在ADC Gain=8，PGA=1的情況下，可以滿足最大5kg秤重，使用者可以自行修改ADC的Gain值，以滿足不同的應(yīng)用。

4.4.    ADC Raw Data與I2C通訊格式說(shuō)明

I2C Slave Address:0x20

I2C Command:0x80

ADC Raw Data Format: S+Addr+0x80+rS+(Addr+1)+CH1Data_L+CH1Data_M+CH1Data_H+CH2Data_L+CH2Data_M+CH2Data_H+CH3Data_L+CH3Data_M+CH3Data_H+CH4Data_L+CH4Data_M+CH4Data_H+P

S: Star; Addr: Slave address; rS: repeat start; P: stop.

CH1,CH2,CH3,CH4: Force Sensor ADC Raw Data;

L: ADC Low byte; M: ADC Middle byte; H: ADC High byte;

每個(gè)信道數(shù)據(jù)(Chx)共8*3=24bit

Bit0，統(tǒng)一為旗標(biāo)，Bit0=0b，代表為舊資料; Bit0=1b，代表為新資料;

使用者應(yīng)該在Bit0=1b時(shí)，取得數(shù)據(jù)才有效.

Bit23，統(tǒng)一為Sign bit，

Bit23=0b，代表正數(shù); Bit23=1b， 代表負(fù)數(shù)