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基于单芯片方案的电子秤系统设计

2011-01-20 09:58
冷血の爱
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  电子秤中模数转换电路现在主要有两种实现电路:由分立元件组成的积分电路和单个模数转换(ADC)芯片。积分电路构成的系统外围电路复杂,对个别元器件要求高,存在功耗大、可靠性不高、温度性能差的缺点;而单个ADC芯片构成的系统具有高精度、低功耗、高稳定性的特点,且外围电路简单有利于生产及维护。因此,现在大部分电子秤厂家偏向于使用单个ADC的方案。

  随着技术的发展,生产和应用要求更加简单、精度更高、成本更低、功耗更低的解决方案,电子秤电路不断向着更高集成化的方向发展。CSU1221是芯海科技公司自主研发的集成高精度ADC的CMOS单芯片MCU,是国内首创的一款应用于商用电子秤的SoC芯片

  CSU1221 芯片技术特性

  CSU1221是一个8位CMOS单芯片MCU,内置4K×16位一次性可编程 (OTP)ROM,256B数据存储器(RAM),有17个双向I/O口,带有2通道24位全差分输入或4通道24位单端输入的Σ-ΔADC,工作电压为 2.4V~3.6V,工作电流小于3mA。

  如图1所示,CSU1221内部集成稳压源,可配置输出四种不同电压值,为传感器供电,通过对内部寄存器的操作来打开或关闭稳压源的输出,此电压同时作为CSU1221内部ADC的参考电压。CSU1221内置1MHz时钟振荡器,内置一个8位定时器,CPU周期最快可达到500KHz,同时内置蜂鸣器驱动。CSU1221有四个中断源:1个ADC中断、2个外部中断、1个定时中断。

  

  图1:CSU1221芯片功能结构图。

  CSU1221 内置ADC的输出速率可以配置为3.8~488Hz,ADC前端的低噪声可编程增益放大器(PGA)可以配置为1、64、128、256等四种不同倍率的增益,以满足各种信号量场合。在PGA为128时,ADC的有效精度达到17.5位。

  使用CSU1221内置ADC与 MCU,因此MCU与ADC之间的通讯都在芯片内部完成,避免外界环境对ADC的影响,可靠性比基于单个ADC芯片的应用系统更高,且高集成度带来明显的高性价比优势;CSU1221内部集成稳压电源,方便于传感器供电。使用CSU1221设计电子计价秤的功耗比当前主流的单个ADC方案更低,提高电池的续航能力。

  电子秤系统设计

  图2是基于CSU1221的电子计价秤原理框图。从图中可看出此系统主要包含电源电路、主控制芯片、模拟信号输入、存储电路、电压测量电路、按键扫描,下面将对这些电路的设计进行分析。

  

  图2:CSU1221应用于电子计价秤的原理框图。

  电源系统在CSU1221中,数字电路与模拟电路是分别供电的,为了简化电源电路,两路电源仍用一片稳压电路提供,两电源之间用滤波电感隔开,以减少数字电源中因数字电路产生的杂波干扰对模拟电路的影响。

  模拟信号输入传感器输出的模拟差分信号经过两个LC滤除器滤除输入模拟信号中的高频干扰信号之后,再分别输入到CSU1221的AIN0、AIN1引脚。传感器激励端的电压由CSU1221内部LDO输出提供,带负载能力可达到15mA,有四种输出电压可选择,可以通过控制CSU1221内部寄存器控制LDO开关及输出电压值(2.2V、2.5V、2.8V、3V),方便于传感器供电控制。

  存储电路 由于CSU1221内部没有E2PROM ,所以必须外部扩展串行接口的E2PROM,如用I2C总线结构的24C02。如用PT3[3]、 PT3[4]作为I2C通讯接口,PT3引脚有上拉电阻可选,所以通讯线不需要外接上拉电阻。

  

  图3:CSU1221应用于电子计价秤的电路原理图。

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