1. 內(nèi)容簡介
電子化秤重在生活中，已逐漸取代傳統(tǒng)彈簧、天平等量測工具，例如電子計價秤、電子體重秤等。設計電子秤產(chǎn)品主要的組件有：傳感器、ADC和MCU單芯片。本文所設計的電子秤就是利用壓力傳感器(Load Cell)將壓力物理量轉換為電壓訊號，再將電壓轉換為數(shù)字顯示出來。由于電壓為模擬量，所以要用ADC將它轉換為數(shù)字信號。此時也需要MCU單芯片來控制電子秤主機板上的訊號處理與顯示功能。
纮康HY16F188控制芯片內(nèi)建高精密ΣΔ 24 Bit ADC、可程序放大PGA和多段式穩(wěn)壓輸出等功能，可以很大幅簡化PCB周邊線路。具有高分辨率、高分辨率、低溫漂的ΣΔ24 AD轉換器，可以精準完成由模擬到數(shù)字的轉換。雖然輸出速率不是非常高，但用于像電子秤這種對于轉換速率要求不高的產(chǎn)品，是沒有問題的。
2. 原理說明
2.1 感測組件
Load Cell的原理是在鋁制的棒上面貼上一片由橋式電阻所組成的應變儀，即惠斯頓電橋，如圖2-1所示。因為電橋上的4個電阻(阻值相同)，所以當有電壓施加在VIN+與VIN-兩端時V+ = V-，即電橋達到了平衡。
分辨率分為外部分辨率和內(nèi)部分辨率，外部分辨率為Load Cell滿量程的輸出電壓值與需要識別的最小重量引起的電壓值之比，最小重量可以定義為1g、0.5g、0.1g等。
內(nèi)部分辨率是衡量電子秤等級的一個重要指針。一般我們以目視法認定的內(nèi)部分辨率通常是指我們經(jīng)軟件處理后LCD顯示只有1格滾動時，此時滿量程的格數(shù)就是內(nèi)部分辨率，其1格所代表的訊號約為2~3倍RMS Noise。
內(nèi)外分辨率之比越小，電子秤精度越高，但內(nèi)外分辨率之比是有限制的。比如Load Cell滿量程壓差為3mV，要做到3000 Count，內(nèi)外比為1：10的電子秤，如果不經(jīng)過信號放大，那最小要處理的信號為3mV/(3000X10)=0.1μV。而ΣΔ24所能處理的最小信號值大約為65nV，所以假如內(nèi)外比再減小的話將產(chǎn)生使ADC不能識別的信號。如果使用OPAMP的話則會增加成本。所以內(nèi)外分辨率之比要穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。
芯片ADC性能能否達到規(guī)格要求，通常是以RMS Noise來推算外部是否穩(wěn)定內(nèi)部分辨率比值。對于開發(fā)電子秤產(chǎn)品而言，使用HY16F188芯片其所能達到的最大內(nèi)部分辨率的瓶頸在于Input RMS Noise而不在于ADC的分辨率。 HY16F188的ADC待測信號在由PGA、AD倍率調(diào)整器的放大后(PGA=32，ADGN=4)，經(jīng)OSR=32768每秒輸出10筆ADC值的條件下，其Input RMS Noise約為65nV，但由于其Input Noise主要由Thermal Noise組成，所以如果我們透過平均的軟件處理是可以再將Input Noise進一步降低。
如果我們使用8筆的軟件平均處理其Input RMS Noise約為40nV，3倍RMS Noise代表約1格的滾動，即為120nV。在使用2.4V Load Cell驅動電壓，1mV/V的Load Cell，滿量程時壓差可達2.4mV，所以在此情形下我們可以得到20000 Counts的內(nèi)部分辨率。
2.2 控制芯片
單片機簡介：HY16F系列32位高性能Flash單片機(HY16F188)
纮康HY16F系列32位高性能Flash單片機(HY16F188)
(01)采用最新Andes 32位CPU核心N801處理器。
(02)電壓操作范圍2.4~3.6V，以及-40℃~85℃工作溫度范圍。
(03)支持外部20MHz石英震蕩器或內(nèi)部20MHz高精度RC震蕩器。[!--empirenews.page--]
擁有多種CPU工作頻率切換選擇，可讓使用者達到最佳省電規(guī)劃。
(3.1)運行模式 350uA@2MHz/2
(3.2)待機模式 10uA@32KHz/2
(3.3)休眠模式 2.5uA
(04)程序內(nèi)存64KBytes Flash ROM。
(05)數(shù)據(jù)存儲器8KBytes SRAM。
(06)擁有BOR and WDT功能，可防止CPU死機。
(07)24-bit高精準度ΣΔADC模擬數(shù)字轉換器
(7.1)內(nèi)置PGA (Programmable Gain Amplifier)最高可達128倍放大。
(7.2)內(nèi)置溫度傳感器。
(08)超低輸入噪聲Rail to Rail運算放大器OPAMP。
(09)多功能CMP模擬比較器，并可支持4組硬件Touch Key功能模塊。
(10)16-bit Timer A模塊。
(11)16-bit Timer B模塊具PWM波形產(chǎn)生功能。
(12)16-bit Timer C模塊具Capture/Compare 功能。
(13)硬件SPI/I2C/UART串行通訊模塊。
(14)硬件RTC時鐘功能模塊。
3. 系統(tǒng)設計
3.1硬件說明
Load Cell輸出的模擬信號傳輸至HY16F188，MCU通過本身的ADC轉換，采集AD信號值，經(jīng)過運算處理得出對應的重量值，顯示到LCD上，可以通過4X4矩陣的按鍵輸入進行相關的設定操作，可進入Sleep模式減低功耗。
整體應用PCB主板如上圖所示。
(A)中央處理器：
HY16F188 (Andes 32-bit MCU Core + HYCON 24-bit ΣΔADC + UMC 64K Flash)
功能為量測電信號、控制、運算包含功能為儲存校正參數(shù)。
(B)顯示芯片：HY2613 (HYCON LCD Driver LCD Segment 4X36)
負責LCD驅動。
(C)電源電路：9V轉3.3V電源系統(tǒng)。
(D)模擬感測模塊：壓力傳感器(Load Cell)。
(E)在線燒錄與ICE連結電路，透過EDM的連接，可支持在線燒錄模擬。
并擁有強大的C平臺IDE以及HYCON模擬軟件分析工具與GUI等支持。
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