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以高整合度混合信号单片机实现桥式Force Sensor应用设计

作者:时间:2016-03-04来源:电子产品世界收藏

1.    内容简介

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201603/287847.htm

在2015年,苹果新一代的MacBook和Apple Watch皆搭载压力触控感应技术,它被Apple称为Force Touch,用户每次按下触摸板之后除了可以在屏幕看见视觉回馈,它同时能够分辨出用户点按的力度强弱来做出一系列的相关操控与应用。而本文将介绍以HY16F184内建高精密Sigma-delta 24 Bit ADC搭配HDK 来实现一个类似Force Touch应用电路。 在本文中的Force Touch应用电路上,主要的组件有:压力传感器()、ADC和MCU控制芯片。 纮康HY16F184控制芯片内建高精密Sigma-delta 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,精准完成由模拟到数字的讯号转换。

在一个完整Force Touch实际应用上,除了需要考虑到X, Y轴坐标与Z轴强度计算,同时也需要考虑到电流消耗功率与扫瞄速度和校正的应用设计。而在本文内,只先探讨与介绍如何使用HY16F184内建高精密Sigma-delta 24 Bit ADC来扫描四个并透过I2C通讯来输出基本的ADC Raw Data。使用I2C转USB网桥与计算机连接,由计算机端GUI做实时四个信道的ADC Raw Data数据变化量显示。

2.    原理说明

2.1.    量测原理

压力传感器(Force Sensor)是将物理压力量转换为电压讯号,也可视为一个常见的Loadcell电路,即惠斯登电桥,如图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。

图1 惠斯登电桥电路

此ΔR的变化量产生在讯号两端的电压变化为

本文Force Tocuh的基本架构如下图2所示,包含四个压力传感器(Force Sensor)、ADC和MCU单芯片。当有重力施压在压力传感器上时, 压力传感器会将所得到的电压讯号变化量,透过模拟数字转换(ADC)给单芯片(MCU)做后端的讯号处理计算,最后再透过I2C通讯输出数据。在本文中,使用到的压力传感器为HDK Force Sensor,详细关于HDK Force Sensor规格如下图3,MCU单芯片与ADC规格部份可以章节2.2介绍。

图2 HY16F184 Force Touch基本架构应用图

图3 HDK Force Sesnor基本规格


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