以高整合度混合信号单片机实现两线式Force Sensor应用设计

作者：时间：2016-04-06 来源：电子产品世界

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　　4. 数据规格与总结

本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/201604/289308.htm

　　4.1. ADC Output Rate测量

　　在本文中，通道扫描的方式为每一个通道都扫描四次再取平均值，所以四个通道总共会需要扫描16次，在CPU频率设定为2MHz与ADC OSR设定为128的情况下(即ADC的资料输出率为2560sps)，每次从CH1到CH4的扫描时间总共需要花费10ms，换算频率约为100Hz。在此条件下，如果要提升ADC的扫瞄速度，可选择提升ADC OSR设置，但是这可能会损失了解析度，如果选择提升了CPU的工作频率，也可能会造成整体消耗功率过大，在此情况下，本文建议可使用移动平均法来做资料的平均与计算，使用此方式做扫描，可以在不提升CPU功耗与ADC频率的情况下，满足每个通道也为取四笔值取平均的条件，把ADC Output Rate速度从100Hz提升到192Hz。移动平均法的方法为，只有第一次扫描四通道的ADC Raw Data需要完整的扫描16次，之后各个通道的扫描只需要做一次扫描，再与前面三笔旧的资料做平均值计算，不断的递迴更新资料。

　　4.2. 耗电流测量

　　在CPU频率设定为2MHz与ADC OSR设定为128的情况下，使用移动平均法可以得到的ADC Output Rate为192Hz，当CPU工作电压VDD=3V, VDDA=2.4V, R3~R6固定参考电阻=0.5k欧姆的时候，在此情况下所测得到的耗电流约525uA，此为Uneo Force Sensor在没有承受任何重力情况下的耗电流，但是消耗电流，是会随著当下Uneo Force Sensor感应到的重力越大而相对的增加耗电流，主要原因在于Force Sensor本身阻抗变化的关系。

　　4.3. 最大承受力

　　在ADC Gain=1，PGA=1，R3~R6固定参考电阻=0.5k欧姆的情况下，可以满足最大约1.2kg秤重，使用者可以自行修改ADC的Gain值，以满足不同的应用。

　　4.4. ADC Raw Data与I2C通讯格式说明

　　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;

　　每个通道数据(Chx)共8*3=24bit

　　Bit0，统一为旗标，Bit0=0b，代表为旧资料; Bit0=1b，代表为新资料;

　　使用者应该在Bit0=1b时，取得资料才有效.

　　Bit23，统一为Sign bit，

　　Bit23=0b，代表正数; Bit23=1b，代表负数

　　4.5. ADC Raw Data资料显示介面介绍

　　扫描Force Sensor所输出的ADC Raw Data可透过I2C介面来做资料的传输与读取，搭配紘康设计的I2C转USB的桥接器配合PC端的GUI，可以做为即时的ADC Raw Data资料显示。详细资料画面显示GUI操作说明，可以参考如下 :

　　1.Connect : USB连接状态，如果有正常连接会显示 Connect，如果连接不正常，会显示control board connect fail

　　2.I2C Slave addr: 预设为0x20.

　　3.Chart: 显示四个通道的Force sensor扫描资料

　　4.Scan: 开始读取四个通道的Force sensor扫描资料

　　5.Save: 存取四个通道的Forec sensor扫描资料

　　图11 ADC Raw Data资料显示介面

　　4.6. ADC Raw Data分辨率测试

　　在本文测试中，如果在Uneo Force Sensor没有放置任何重力物的情况下，可以得到稳定度约+/-2~ +/-3 counts误差内(ADC output code: +/-15bits)，详细可以由下图观察之。

　　图12 Uneo Force Sensor无放置任何重力物情况下的ADC Raw Data变化量

　　尝试在CH1的位置上放置100g的砝码，观察CH1的ADC Raw Data之变化量。CH3在尚未放置100g砝码前的ADC Raw Data约-1~-2，放置之后ADC Raw Data约2150，所以100g的砝码大约会有2150的ADC Count分辨率，此为ADC Gain=1, PGA=1时候的测试情况。测试结果可以由下图画面显示清楚看到ADC Raw Data的变化量。