以高整合度混合信號單片機實現兩線式Force Sensor應用設計

　　4. 數據規格與總結

　　4.1. ADC Output Rate測量

　　在本文中，通道掃描的方式為每一個通道都掃描四次再取平均值，所以四個通道總共會需要掃描16次，在CPU頻率設定為2MHz與ADC OSR設定為128的情況下(即ADC的資料輸出率為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解析度，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資料的平均與計算，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，只有第一次掃描四通道的ADC Raw Data需要完整的掃描16次，之后各個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算，不斷的遞迴更新資料。

　　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, R3~R6固定參考電阻=0.5k歐姆的時候，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，是會隨著當下Uneo Force Sensor感應到的重力越大而相對的增加耗電流，主要原因在于Force Sensor本身阻抗變化的關系。

　　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;

　　每個通道數據(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，取得資料才有效.

　　Bit23，統一為Sign bit，

　　Bit23=0b，代表正數; Bit23=1b， 代表負數

　　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，搭配紘康設計的I2C轉USB的橋接器配合PC端的GUI，可以做為即時的ADC Raw Data資料顯示。詳細資料畫面顯示GUI操作說明，可以參考如下 :

　　1.Connect : USB連接狀態，如果有正常連接會顯示 Connect，如果連接不正常，會顯示control board connect fail

　　2.I2C Slave addr: 預設為0x20.

　　3.Chart: 顯示四個通道的Force sensor掃描資料

　　4.Scan: 開始讀取四個通道的Force sensor掃描資料

　　5.Save: 存取四個通道的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，可以得到穩定度約+/-2~ +/-3 counts誤差內(ADC output code: +/-15bits)，詳細可以由下圖觀察之。

　　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的砝碼大約會有2150的ADC Count分辨率，此為ADC Gain=1, PGA=1時候的測試情況。測試結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砝碼時候的ADC Raw Data變化量

　　5. 總結

　　在本文中，提供了完整的Uneo Force Sensor相關應用與開發工具供使用者參考，使用者可以依據四個通道的ADC Raw Data變化量，來做后續的X, Y軸座標與Z軸強度計算，等功能的設計與開發。

　　6. 參考文獻

　　[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.