2014年8月18日 星期一

Analog to Digital Converters模組介紹(HX711)

Analog to Digital Converters模組介紹
本書實驗引入了海芯科技(海芯科技, 2013)的產品,採用專業的HX711 ad晶片(海芯科技, 2013),雙通道設計,週邊簡單,整合性高。由 11 12中所示,模組板中金屬遮罩,且預留單晶片微處理機(MCU)腳位,可見整體設計上具有升級之機制,擴展性與通用性極高。


11 HX711 ADC模組圖

12 HX711 ADC模組外觀圖
HX711是一款專為高精度電子秤而設計的24位元A/D轉換器晶片。與同類型其他晶片相比,該晶片內容包括穩壓電源、時鐘振盪器等其他同類型晶片所需要的週邊電路,具有整合性高、回應速度快、抗干擾性強等優點。降低了電子磅秤的整體成本,提高了整體的性能和可靠性。
該晶片與後端單晶片的線路連接和開發程式非常簡單,所有控制信號由晶片驅動,無需對晶片內部的暫存器編寫程式。輸入選擇開關可任意選取通道A 或通道B,與其內部的低雜訊可程式放大器相連。通道A 的可程式增益為128 64,對應的滿額度差分輸入信號幅值分別為±20mV±40mV。通道B 則為固定的64 增益,用於系統參數檢測。晶片內提供的穩壓電源可以直接向外部感測器和晶片內的A/D 轉換器提供電源,系統板上無需另外的類比電源。晶片內的時鐘振盪器不需要任何外接器件。上電自動復位功能簡化了開機的初始化過程。

HX711模組特色
l         工作電壓:4.8-5.5v
l         典型電流 1.6mA
l         體積:長 2.9cm * 1.7cm * 0.4cm
l         帶金屬遮罩,強抗干擾,預留單晶片(STC15F104)位置,可自行升級。
l         兩路可選擇差分輸入
l         低雜訊、可以撰寫程式選擇放大器,可選增益為3264 128
l         穩壓電路可直接向外部感測器和晶片內A/D 轉換器提供電源
l         內部含時鐘振盪器無需任何外接器件,必要時也可使用外接水晶振盪器或時鐘
l         通電自動重設電路
l         簡單的數位控制和Tx/Rx通訊:所有控制由接腳輸入,晶片內寄存器無需撰寫程式
l         可選擇10Hz 80Hz 的輸出資料速率
l         同步抑制50Hz 60Hz 的電源干擾
l         耗電量(含穩壓電源電路):
l         典型工作電流:< 1.7mA, 斷電電流:< 1μA
l         工作電壓範圍:2.6 ~ 5.5V
l         工作溫度範圍:-20 ~ +85

荷重元(Load Cell)連接方式
l         A通道對應本模組差分輸入引腳是 A+ A-
l         B通道對應差分輸入引腳是 B+ B-

由於HX711晶片內的DIOSCK引腳是沒有上拉電阻的為了防止某些弱上拉的單晶片模組連接的時候容易受到干擾,本實驗採用22k的上拉電阻的設計,讓使用更加方便。模組背後的 J1跳線位置是HX711晶片的資料輸出速率80hz/10hz選擇。 使用中要注意的是供電電壓需介於4.7V以上5.5V以下。若高於5.5V時,晶片有可能損壞低於4.7V會造成感測器供電不穩定讀數誤差很大甚至無法工作。
如果B通道不用,請將B+ B-直接接地,防止引入干擾。至於資料和時鐘的脈寬 時序等要求,請參考附錄的HX711 技術資料。
13所示,可見到荷重元與HX711模組接線方法:請將感測器引線顏色和 13對應的顏色對色接入即可:



13 荷重元連接AD放大器示意圖

接好後可用Arduino開發板進行讀數了 14 是邏輯分析儀的分析圖:串列傳輸速率是115200

下面是 資料/do、時鐘/ck引腳的實測波形:
1選擇A通道128db時:

14 A通道128db時脈圖

接下來介紹一下HX711模組擴充,升級為預留的晶片的模組,如 15所示,該HX711模組預留了8腳位的STC單晶片STC15F104 SOP8預留腳位與空位,由 15可以比對無單晶片模組與焊接好單晶片的模組:

15 內含單晶片微處理機之HX711示意圖

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