以高整合度混合信號單片機實現橋式Force Sensor應用設計

主要組件介紹

(1) HY16F184 : 數據處理與運算核心，主要負責執行運算四個Force sensor的掃描數據，并且透過I2C通訊做ADC Raw Data數據輸出。

(2) ADC：HY16F184內建之模擬數字轉換器，將Force sensor所測得的電壓訊號，做模擬數字電壓訊號轉換。

(3) HDK Force Sensor :壓力傳感器，負責偵測壓力大小，并且將壓力轉換為電壓訊號。

3.2.    軟件說明

程序流程圖 :

圖7 Force sensor掃描流程圖

4.    數據規格與總結

4.1.    ADC Output Rate測量

在本文中，信道掃描的方式為每一個信道都掃描四次再取平均值，所以四個信道總共會需要掃描16次，在CPU頻率設定為2MHz與ADC OSR設定為128的情況下(即ADC的數據輸出率為2560sps)，每次從CH1到CH4的掃描時間總共需要花費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設置，但是這可能會損失了分辨率，如果選擇提升了CPU的工作頻率，也可能會造成整體消耗功率過大，在此情況下，本文建議可使用移動平均法來做數據的平均與計算，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，之后各個信道的掃描只需要做一次掃描，再與前面三筆舊的數據做平均值計算，不斷的遞歸更新數據。

4.2.     耗電流測量

在CPU頻率設定為2MHz與ADC OSR設定為128的情況下，使用移動平均法可以得到的ADC Output Rate為192Hz，當CPU工作電壓VDD=3V, VDDA=2.4V時候，在此情況下所測得到的耗電流約1.142mA，此為VDDA不接上HDK Force Sensor負載電路時候耗電流，如果在VDDA接上HDK Force Sensor負載時候的耗電流約為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;

每個信道數據(Chx)共8*3=24bit

Bit0，統一為旗標，Bit0=0b，代表為舊資料; Bit0=1b，代表為新資料;

使用者應該在Bit0=1b時，取得數據才有效.

Bit23，統一為Sign bit，

Bit23=0b，代表正數; Bit23=1b， 代表負數