基于單芯片方案的電子秤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電壓測(cè)量 在各種電池供電的裝置中，都希望監(jiān)視電池電壓，以便能夠及時(shí)對(duì)電池進(jìn)行充電或更換。CSU1221有五個(gè)模擬輸入端，通過多路器與ADC連接，利用空余的模擬輸入端分時(shí)測(cè)量電池電壓值唾手可得。具體接法是：用電阻網(wǎng)絡(luò)對(duì)電池電壓分壓，AIN3、AIN4作為電壓輸入端接到采取電阻兩端，通過測(cè)量此電阻兩端電壓，再根據(jù)采樣電阻阻值對(duì)于電阻網(wǎng)絡(luò)的比率值計(jì)算出電池的電壓值。測(cè)量電壓的時(shí)機(jī)為兩個(gè)時(shí)間：一是剛開機(jī)進(jìn)行一次電壓測(cè)量；二是開機(jī)后的電壓測(cè)量均是在重量穩(wěn)定一段時(shí)間后再進(jìn)行一次。每次測(cè)量都必須切換ADC通道，PGA = 1，AD速率使用125Hz的檔位，這樣在測(cè)量電壓時(shí)，AD值較穩(wěn)定且耗時(shí)很短，測(cè)試結(jié)束之后，必須還原之前的ADC設(shè)置，還原后必須丟掉3個(gè)AD值。

圖4：按鍵陣列圖。

按鍵掃描 假設(shè)按鍵掃描陣列為4×6，PT1[5]、PT1[6]、PT1[7]、PT2[0]、PT2[1] 、PT2[2]為回掃線，PT2[3]、PT26]、PT3[5]、PT3[6]為驅(qū)動(dòng)線。按鍵陣排列如圖4，在本例中，為了節(jié)省元件，未在驅(qū)動(dòng)線中串聯(lián)隔離元件，如果同時(shí)按下與同一回掃線(輸入口)連接的兩個(gè)按鍵，就會(huì)通過兩條相關(guān)的驅(qū)動(dòng)線造成兩個(gè)輸出端短路。此時(shí)可以使用如下方式法避免：初始化時(shí)，接通所有上拉電阻，連接按鍵的各I/O口均設(shè)置為輸入口，當(dāng)需要進(jìn)行按鍵掃描時(shí)，只需將其需要驅(qū)動(dòng)的那一個(gè)I/O口設(shè)置為輸出口并輸出低電平，回檢讀口后立刻將該I/O恢復(fù)為輸入口，如此反復(fù)，即同一時(shí)刻只有一條線為輸出口，就不會(huì)造成故障。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

CSU1221內(nèi)部集成1MHz時(shí)鐘，CPU的時(shí)鐘周期可選擇為：62.5K、125K、250K、500KHZ，選擇500KHz以縮短每次大循環(huán)的運(yùn)行時(shí)間。

CSU1221內(nèi)部集成的ADC，速率選擇范圍3.8～488Hz。在測(cè)量電壓時(shí)使用125Hz；在測(cè)量傳感器時(shí)使用15HZ，每個(gè)AD值的周期約為67ms，保證在AD值更新之前，程序的大循環(huán)已經(jīng)結(jié)束(根據(jù)程序大循環(huán)運(yùn)行的時(shí)間不同，可以適當(dāng)調(diào)整)，為了得到更穩(wěn)定的重量，首先對(duì)AD值進(jìn)行2次算術(shù)平均，然后再進(jìn)行8次的滑動(dòng)平均。在測(cè)量電壓結(jié)束之后，必須丟掉3個(gè)AD值的時(shí)間為200ms，在重量穩(wěn)定的情況下察覺不到跳動(dòng)或反應(yīng)遲鈍的現(xiàn)象。

為了提高電子秤的線性，可增加ADC內(nèi)部運(yùn)放的偏置電流，增加100%時(shí)為最佳。使用CSU1221直接驅(qū)動(dòng)無源蜂鳴器時(shí)，必須串一個(gè)100歐的電阻，避免快速按鍵時(shí)影響AD值的跳動(dòng)。在每個(gè)大循環(huán)結(jié)束之后，可以使用HALT指令使CPU處于暫停狀態(tài)，直到新的中斷(如AD中斷)產(chǎn)生才恢復(fù)正常，這樣可以降低功耗CSU1221運(yùn)行功耗。

由于模擬信號(hào)極易受到外界的電磁干擾，所以實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下細(xì)節(jié)：1)在PCB布板時(shí)接口傳感器輸入端至AIN0、AIN1的距離盡可能短，濾波電容的接地端要直接接到鋪地銅箔上；2)模擬信號(hào)的兩引線與鐵氧體均平行布線，濾波電容緊密平行排列。

由于I²C的時(shí)鐘頻率比較高，為了避免干擾內(nèi)置的ADC，需遠(yuǎn)離模擬端的I/O引腳。CSU1221的模擬地AGND應(yīng)與數(shù)字DGND分開來，同時(shí)回到穩(wěn)壓芯片(HT7130)的地端，而HT7130的地端與電池的地端相連接。并且其它的元器件，如E₂PROM (HT24C02)、液晶驅(qū)動(dòng)芯片(HT1621)的地端并不一定要與DGND相連，如果這些元器件的地端與電池的地端相近，可直接將這些地連接到電池的地端。地線連接應(yīng)遵循下面的原則：非CSU1221模擬地的地線，不能與CSU1221模擬地部分相連，以避免其它元器件產(chǎn)生的干擾信號(hào)流經(jīng)CSU1221模擬地，影響穩(wěn)定性。

上電開機(jī)后對(duì)CSU1221進(jìn)行初始化時(shí)，建議采取如下順序以提高軟件可靠性：a.上電后，延遲30ms；b.初始化CSU1221數(shù)字部分；c.延遲30ms后，初始化CSU1221模擬部分；d.延遲60ms后，初始化所有RAM。

本文小結(jié)

CSU1221是一款內(nèi)置ADC的高精度、低功耗、高可靠性的單芯片MCU，外圍電路非常簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便，非常適合用于高精度、小信號(hào)測(cè)量產(chǎn)品，如高精度電子秤、氣壓計(jì)、血壓計(jì)，等等。該產(chǎn)品目前已經(jīng)獲得若干衡器及其它行業(yè)的批量應(yīng)用。