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【电子秤芯片】做一个厨房秤方案芯片的设计

活动时间:2019-09-24
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,厨房秤方案电路不断向着更高集成化的方向发展。CSU1181方案开发鼎盛合科技代理的一个集成高精度ADC的CMOS单芯片MCU,算是国内比较早的一款应用于厨房秤方案的SoC芯片
厨房秤方案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,方案开发鼎盛合科技也比较偏于使用单个ADC做方案。  

厨房秤芯片CSU1181技术特性

CSU1181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(上图)所示,CSU1181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CSU1181内部ADC的参考电压。CSU1181内置1MHz时钟振荡器,内置一个8位定时器,CPU周期zui快可达到500KHz,同时内置蜂鸣器驱动。CSU1181有四个中断源:1个ADC中断、2个外部中断、1个定时中断。

CSU1181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CSU1181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;CSU1181内部集成稳压电源,方便于传感器供电。使用CSU1181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。

厨房秤方案系统设计


图2(下图)是基于CSU1181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。


电源系统 在CSU1181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CSU1181的AIN0、AIN1引脚。传感器激励端的电压由CSU1181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CSU1181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CSU1181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。 


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