以高整合度混合信號(hào)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)兩線式Force Sensor應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　4. 數(shù)據(jù)規(guī)格與總結(jié)

　　4.1. ADC Output Rate測量

　　在本文中，通道掃描的方式為每一個(gè)通道都掃描四次再取平均值，所以四個(gè)通道總共會(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的資料輸出率為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)損失了解析度，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大，在此情況下，本文建議可使用移動(dòng)平均法來做資料的平均與計(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，只有第一次掃描四通道的ADC Raw Data需要完整的掃描16次，之后各個(gè)通道的掃描只需要做一次掃描，再與前面三筆舊的資料做平均值計(jì)算，不斷的遞迴更新資料。

　　4.2. 耗電流測量

　　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, R3~R6固定參考電阻=0.5k歐姆的時(shí)候，在此情況下所測得到的耗電流約525uA，此為Uneo Force Sensor在沒有承受任何重力情況下的耗電流，但是消耗電流，是會(huì)隨著當(dāng)下Uneo Force Sensor感應(yīng)到的重力越大而相對(duì)的增加耗電流，主要原因在于Force Sensor本身阻抗變化的關(guān)系。

　　4.3. 最大承受力

　　在ADC Gain=1，PGA=1，R3~R6固定參考電阻=0.5k歐姆的情況下，可以滿足最大約1.2kg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)通道數(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)，取得資料才有效.

　　Bit23，統(tǒng)一為Sign bit，

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

　　4.5. ADC Raw Data資料顯示介面介紹

　　掃描Force Sensor所輸出的ADC Raw Data可透過I2C介面來做資料的傳輸與讀取，搭配紘康設(shè)計(jì)的I2C轉(zhuǎn)USB的橋接器配合PC端的GUI，可以做為即時(shí)的ADC Raw Data資料顯示。詳細(xì)資料畫面顯示GUI操作說明，可以參考如下 :

　　1.Connect : USB連接狀態(tài)，如果有正常連接會(huì)顯示 Connect，如果連接不正常，會(huì)顯示control board connect fail

　　2.I2C Slave addr: 預(yù)設(shè)為0x20.

　　3.Chart: 顯示四個(gè)通道的Force sensor掃描資料

　　4.Scan: 開始讀取四個(gè)通道的Force sensor掃描資料

　　5.Save: 存取四個(gè)通道的Forec sensor掃描資料

　　圖11 ADC Raw Data資料顯示介面

　　4.6. ADC Raw Data分辨率測試

　　在本文測試中，如果在Uneo Force Sensor沒有放置任何重力物的情況下，可以得到穩(wěn)定度約+/-2~ +/-3 counts誤差內(nèi)(ADC output code: +/-15bits)，詳細(xì)可以由下圖觀察之。

　　圖12 Uneo Force Sensor無放置任何重力物情況下的ADC Raw Data變化量

　　嘗試在CH1的位置上放置100g的砝碼，觀察CH1的ADC Raw Data之變化量。CH3在尚未放置100g砝碼前的ADC Raw Data約-1~-2，放置之后ADC Raw Data約2150，所以100g的砝碼大約會(huì)有2150的ADC Count分辨率，此為ADC Gain=1, PGA=1時(shí)候的測試情況。測試結(jié)果可以由下圖畫面顯示清楚看到ADC Raw Data的變化量。

　　圖13 在CH1放置100g砝碼時(shí)候的ADC Raw Data變化量

　　5. 總結(jié)

　　在本文中，提供了完整的Uneo Force Sensor相關(guān)應(yīng)用與開發(fā)工具供使用者參考，使用者可以依據(jù)四個(gè)通道的ADC Raw Data變化量，來做后續(xù)的X, Y軸座標(biāo)與Z軸強(qiáng)度計(jì)算，等功能的設(shè)計(jì)與開發(fā)。

　　6. 參考文獻(xiàn)

　　[1] http://www.hycontek.com/attachments/MSP/DS-HY16F198_TC.pdf, 紘康科技HY16F198 Datasheet.

　　[2] http://www.hycontek.com/attachments/MSP/UG-HY16F198_TC.pdf, 紘康科技HY16F198 User Guide.

　　[3] http://www.uneotech.com/uneo/online-store/105/gs0001-4-96-uneo.html, Uneo Force Sensor Website.