以高整合度混合信号单片机实现电子计价秤应用
1. 内容简介
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。由于电压为模拟量，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机板上的讯号处理与显示功能。
纮康hy16f188控制芯片内建高精密σδ 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σδ24 ad转换器，可以精准完成由模拟到数字的转换。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。
2. 原理说明
2.1 感测组件
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，如图2-1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。
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σδ24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hy16f188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。 hy16f188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。
2.2 控制芯片
单片机简介：hy16f系列32位高性能flash单片机（hy16f188）
纮康hy16f系列32位高性能flash单片机（hy16f188）
（01）采用最新andes 32位cpu核心n801处理器。
（02）电压操作范围2.4~3.6v，以及-40℃~85℃工作温度范围。
（03）支持外部20mhz石英震荡器或内部20mhz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
（04）程序内存64kbytes flash rom。
（05）数据存储器8kbytes sram。
（06）拥有bor and wdt功能，可防止cpu死机。
（07）24-bit高精准度σδadc模拟数字转换器
（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。
（08）超低输入噪声rail to rail运算放大器opamp。
（09）多功能cmp模拟比较器，并可支持4组硬件touch key功能模块。
（10）16-bit timer a模块。
（11）16-bit timer b模块具pwm波形产生功能。
（12）16-bit timer c模块具capture/compare 功能。
（13）硬件spi/i2c/uart串行通讯模块。
（14）硬件rtc时钟功能模块。
3. 系统设计
3.1硬件说明
load cell输出的模拟信号传输至hy16f188，mcu通过本身的adc转换，采集ad信号值，经过运算处理得出对应的重量值，显示到lcd上，可以通过4x4矩阵的按键输入进行相关的设定操作，可进入sleep模式减低功耗。
整体应用pcb主板如上图所示。
（a）中央处理器：
hy16f188 （andes 32-bit mcu core + hycon 24-bit σδadc + umc 64k flash）
功能为量测电信号、控制、运算包含功能为储存校正参数。
（b）显示芯片：hy2613 （hycon lcd driver lcd segment 4x36）
负责lcd驱动。
（c）电源电路：9v转3.3v电源系统。
（d）模拟感测模块：压力传感器（load cell）。
（e）在线烧录与ice连结电路，透过edm的连接，可支持在线烧录模拟。
并拥有强大的c平台ide以及hycon模拟软件分析工具与gui等支持。
综合布线系统的测试和认证
沐渥科技荣获2022年度中国线路板十大品牌和“品牌强国”资质
新冠疫情将全球5G智能手机销量放缓
VK36W4D是超小体积4点液位检测触摸IC
vivoZ5X和小米8SE哪个好
以高整合度混合信号单片机实现电子计价秤应用
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格瑞普诚邀您奔现下周深圳国际高交会
除菌功能洗衣机 帮你轻松保障衣物卫生
协同效率怎样利用区块链来提高
浅析ARM对于Cortex-M7的期待与策略
中国企业更偏好Android系统
使用DS2746确定一个电池包基于识别电阻-Using th
没有乘法的神经网络，你敢想象吗？
物联网十二五规划发布 将加大财税支持力度
DevEco Studio 2.1 Beta3强势来袭
中国移动将与产业伙伴共同推进5G安全实现5G+的融合生态
半导体业,“好戏在后头”
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变电消防灭火智能机器人，保障电网安全可靠运行
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。由于电压为模拟量，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机板上的讯号处理与显示功能。
纮康hy16f188控制芯片内建高精密σδ 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σδ24 ad转换器，可以精准完成由模拟到数字的转换。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。
2. 原理说明
2.1 感测组件
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，如图2-1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。
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σδ24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hy16f188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。 hy16f188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。
2.2 控制芯片
单片机简介：hy16f系列32位高性能flash单片机（hy16f188）
纮康hy16f系列32位高性能flash单片机（hy16f188）
（01）采用最新andes 32位cpu核心n801处理器。
（02）电压操作范围2.4~3.6v，以及-40℃~85℃工作温度范围。
（03）支持外部20mhz石英震荡器或内部20mhz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
（04）程序内存64kbytes flash rom。
（05）数据存储器8kbytes sram。
（06）拥有bor and wdt功能，可防止cpu死机。
（07）24-bit高精准度σδadc模拟数字转换器
（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。
（08）超低输入噪声rail to rail运算放大器opamp。
（09）多功能cmp模拟比较器，并可支持4组硬件touch key功能模块。
（10）16-bit timer a模块。
（11）16-bit timer b模块具pwm波形产生功能。
（12）16-bit timer c模块具capture/compare 功能。
（13）硬件spi/i2c/uart串行通讯模块。
（14）硬件rtc时钟功能模块。
3. 系统设计
3.1硬件说明
load cell输出的模拟信号传输至hy16f188，mcu通过本身的adc转换，采集ad信号值，经过运算处理得出对应的重量值，显示到lcd上，可以通过4x4矩阵的按键输入进行相关的设定操作，可进入sleep模式减低功耗。
整体应用pcb主板如上图所示。
（a）中央处理器：
hy16f188 （andes 32-bit mcu core + hycon 24-bit σδadc + umc 64k flash）
功能为量测电信号、控制、运算包含功能为储存校正参数。
（b）显示芯片：hy2613 （hycon lcd driver lcd segment 4x36）
负责lcd驱动。
（c）电源电路：9v转3.3v电源系统。
（d）模拟感测模块：压力传感器（load cell）。
（e）在线烧录与ice连结电路，透过edm的连接，可支持在线烧录模拟。
并拥有强大的c平台ide以及hycon模拟软件分析工具与gui等支持。
综合布线系统的测试和认证
沐渥科技荣获2022年度中国线路板十大品牌和“品牌强国”资质
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