HT46R74D-1在人体电子秤中的应用

HT46R74DHT46R74DHT46R74DHT46R74D----1111在人体电子在人体电子在人体电子在人体电子秤秤秤秤中的应用中的应用中的应用中的应用1HT46R74D-1在人体电子在人体电子在人体电子在人体电子秤秤秤秤中的应用中的应用中的应用中的应用文件编码文件编码文件编码文件编码：：：：HA0138S简介简介简介简介Holtek用于电子秤的IC有：HT46R71D-1、HT46R72D-1、HT46R73D-1、HT46R74D-1、HT46RU75D-1等。此款人体电子秤是用HT46R74D-1开发的高精度人体电子秤。HT46R74D-1内建双积分A/D转换器及升压和稳压电路，此稳压电路可为Sensor提供电源。此款人体秤的基本功能如下：•称量范围：150Kg，误差：0.5Kg。•Kg和LB单位转换功能。•自动开/关机：由脚踏振动使Buzzer产生脉冲进而导通三极管，使系统电启开机；关机则是用一根I/O输出Low，关掉三极管使系统自动关机。•自动归零：开机后，系统自动做归零动作，大概3S左右归零完毕。•零点追踪：归零后，在人体还没站上秤台之前，会一直持续零点追踪动作，防止零点漂移造成量测结果偏差。•重量校正：直接计算出来的结果可能与重量的真实值有些误差，就需要一个校正值把结果修正过来，使结果尽可能的接近真实值。•低电压提示：使用较长时间或者较多次数后，电池的电量会慢慢减少，有低压提示就能及时提醒用户更换电池，保证系统工作在正常状态。•超载指示：但凡磅秤都是有一个量程范围，可以保证秤出此范围之重量，若超过量程，结果可能会不准，甚至压坏秤重传感器。HT46R74DHT46R74DHT46R74DHT46R74D----1111在人体电子在人体电子在人体电子在人体电子秤秤秤秤中的应用中的应用中的应用中的应用2硬件方块图硬件方块图硬件方块图硬件方块图•绿色方块为电源电路，给整个系统供电，确保系统能正常工作。•红色方块是电子秤重要的部分之一传感器(LOADCELL)，其作用是把重力转变为差动电压输出给主控IC。•浅蓝色方块为LCD显示电路，用于显示系统的工作状态，各个提示和秤量结果。•紫色方块是EEPROMHT24LC02，是用来存放一些参数，比如零点的值，满量程的值，校正值等。•黄色方块为主控ICHT46R74D-1，为整个系统的核心，产品所有的功能（自动归零、零点追踪、计算、校正等）都由它来完成。HT46R74DHT46R74DHT46R74DHT46R74D----1111在人体电子在人体电子在人体电子在人体电子秤秤秤秤中的应用中的应用中的应用中的应用3硬件电路图硬件电路图硬件电路图硬件电路图HT46R74DHT46R74DHT46R74DHT46R74D----1111在人体电子在人体电子在人体电子在人体电子秤秤秤秤中的应用中的应用中的应用中的应用4电源电路电源电路电源电路电源电路图1•电源部分最关键的是三个三极管（Q1、Q2和Q3）和一个蜂鸣片（BUZZER），如图1，其中Q1为8550（B极为低导通），Q2、Q3为8050（B极为高导通）。•开机：使蜂鸣片振动可以产生一系列类似噪声的脉冲，我们就可以利用这些脉冲来使三极管Q3导通，Q3的导通会使Q1跟着导通，从而使电池电压可以到达LDO（HT7136），LDO的输出脚通过R7让Q2导通并保持，目的是使Q1保持在导通状态，保证系统工作时有稳定的电源供应。•关机：由于Q2的B极连着一个I/O口，所以关机时只需让此I/O口输出低准位，关闭Q2，进而关闭Q1，整个系统便处于掉电状态。HT46R74DHT46R74DHT46R74DHT46R74D----1111在人体电子在人体电子在人体电子在人体电子秤秤秤秤中的应用中的应用中的应用中的应用5传感器传感器传感器传感器(LOADCELL)此次选用的传感器是半桥式的，单个传感器输入/输出阻抗为1000±10，图2为传感器的内部结构示意及说明符号。总共有四个传感器，组成一个惠斯顿电桥，如图3。图2半桥电路图3四个半桥构成一个惠斯顿全桥HT46R74DHT46R74DHT46R74DHT46R74D----1111在人体电子在人体电子在人体电子在人体电子秤秤秤秤中的应用中的应用中的应用中的应用6EEPROM电路电路电路电路EEPROM采用Holtek的HT24LC02。主要用来存储如零点的值，满量程的值，校准时的斜率值等参数。图4HT24LC02电路主控主控主控主控ICHT46R74D-1部分部分部分部分主控IC最重要的部分就是双积分A/D了，A/D把传感器的仿真信号转变为数字信号，然后对这些数字信号进行处理，从而得到我们想要的结果；此外，ChargePump也是比较重要的一个部分，它为A/D提供一个稳定的电源。DUALSLOPEADC双积分A/D主要由4个运算放大器组成，其内部结构如图5。从左到右依次为Amplifier、Buffer、Integrator和Comparator。+--+MUXPWRControlVOREGADCMPOADDISCH0ADPWRENDSCCDSRRDSRCDOPAORvf1Rvf2Rvf3AmplifierIntegratorComparatorVDS0ADDISCH1-+DCHOP+-BufferDOPAPDOPANON-CHIPOFF-CHIPVintVcmp图5DualSlopeADC的内部结构示意图HT46R74DHT46R74DHT46R74DHT46R74D----1111在人体电子在人体电子在人体电子在人体电子秤秤秤秤中的应用中的应用中的应用中的应用7•Amplifier用来放大Sensor的差分信号的。传感器出来信号是相当微弱的，电压一般都是毫伏级(mV)甚至微伏级(μv)，而后面的积分器需要有几百毫伏的电压，所以必须把传感器信号放大以供积分器使用。Amplifier的放大倍数是由硬件决定的，图6是输入放大器电路的接法。图6放大器接法输入量VA、VB分别加到运放的同相端（DOPAP）和反相端（DOPAN），输出电压VDOPAO则通过电阻R1反馈到反相端，构成负反馈。放大倍数由电阻R1和sensor的等效电阻决定，即VDOPAO=(VA-VB)*R1/Rsensor(式3-1)同时sensor输出的差分信号VA、VB各自的对地电压最低不能低于0.2V，最高不能高于VDD-1V，即0.2VVA(VB)VDD-1V。•BufferBuffer这个运放接成电压跟随器，在电路中起到阻抗匹配的作用，使得前面差动放大出来的电压稳定，使后面的积分器不受到前面放大器的影响。HT46R74DHT46R74DHT46R74DHT46R74D----1111在人体电子在人体电子在人体电子在人体电子秤秤秤秤中的应用中的应用中的应用中的应用8•Integrator和ComparatorIntegrator也就是积分器，是双积分A/D中的关键部位，它和比较器一起构成A/D最关键的部分，如图7。图7积分器和比较器先介绍一下跟随器输出接的那个MUX，是一个多任务器，它可以看做是一个开关，控制积分器是充电还是放电，由A/D的控制缓存器ADCR其中的两个位来实现。−充电过程由图7可以看出，积分器的输出由电容CDS引回运放反相端，构成负反馈。在引入负反馈的运算电路中，有两个重要的概念：虚短路和虚断路。由虚短可知，Integrator的反相端的电压与同相端一样，也是4/6VDSO，即VDSRC=4/6VDSO，当MUX切到Buffer端时，DSRR脚的电压就是放大器放大后的电压，由于SENSOR的信号很微弱，放大后的电压也决不会高于4/6VDSO，即有VDSRRVDSRC，这样在电阻RDS两端就有了压差，导致RDS中有电流流过，图中红色箭头表示充电时电流的流向；再由虚断路，可得流入两输入端的电流等于零，电流只能从电容CDS流向电阻RDS；又因电流的方向其实是正电荷移动的方向，所以正电荷就在CDS的右端慢慢积累，电压也就随之慢慢抬高，即VDSCC慢慢抬高；当VDSCC1/6VDSO时，比较器就会输出高位，表示充电开始。−放电过程当设定的充电时间到时，把MUX切到VDSO，此时VDSRRVDSRC，同样RDS有电流流过，电流方向如图7蓝色箭头所示。同样由于虚断路，流入运放两输入端的电流等于零，电流只能从电阻RDS流向电容CDS，电容右端正电荷随之减少，电压下降；当VDSCC1/6VDSO时，比较器输出低，表示放电结束，此时应把MUX断开，即停止A/D继续工作，防止VDSCC继续往下降，为下一次的充电做好准备。HT46R74DHT46R74DHT46R74DHT46R74D----1111在人体电子在人体电子在人体电子在人体电子秤秤秤秤中的应用中的应用中的应用中的应用9需要注意的是，积分器充、放电有两个参数是固定的：1).充电时间是固定的2).放电的斜率是固定的图9积分器充、放电图形另外，使用A/D的时候，同时要打开电压调整器（Regulator），以保证A/D有稳定的工作电压。电压泵打开与否视电源电压是否大于3.6V而定，若大于3.6V则不必打开。HT46R74DHT46R74DHT46R74DHT46R74D----1111在人体电子在人体电子在人体电子在人体电子秤秤秤秤中的应用中的应用中的应用中的应用10•DualSlopeADC相关控制缓存器以HT46R71D-1为例下面两个缓存器ADCR和ADCD用来控制双积分A/D的工作，再配合Timer的控制缓存器就可以完成对A/D的操作。图10ADCR控制缓存器图11ADCD控制缓存器HT46R74DHT46R74DHT46R74DHT46R74D----1111在人体电子在人体电子在人体电子在人体电子秤秤秤秤中的应用中的应用中的应用中的应用11ChargerPumpandVoltageRegulator充电泵可由程控打开或关闭，它由VDD作为输入，可输出2倍VDD电压(即2×VDD)。稳压器用于产生稳定的3.3V电压，作为AD转换电路和外部传感器电源，也可供给其它相关电路使用。为确保稳压器输出为稳定的3.3V，必须要使充电泵输出大于3.6V。ChargePump(VoltageDoubler)Regulator(3.3V)VDDWDTPGAADCVOCHPVOREGCHPC1CHPC23.3VVDDVDD*2DividerfsCHPCKDREGCENCHPEN图12chargerPumpandRegulator另外，IC还内建了一个BandGap电压发生器，用来提供1.5V的参考电压。图13BandGapVoltageGeneratorHT46R74DHT46R74DHT46R74DHT46R74D----1111在人体电子在人体电子在人体电子在人体电子秤秤秤秤中的应用中的应用中的应用中的应用12有一缓存器CHPRC与此模块相关。它是充电泵/稳压器控制缓存器，可以控制充电泵和稳压器的打开与关闭，以及设置充电泵时钟分频系数。图14CHPRC缓存器CHPCKD4~0位用于设置充电泵工作时钟分频。实际频率计算公式为：实际充电泵时钟频率=（fSYS/16）/（CHPCKD+1）。建议充电泵工作频率为20kHz，应用程序需要设置正确值得到预期的频率。例如：若时钟为4MHz时，CHPCKD应为11；若时钟为2MHz时，CHPCKD应为5。图15缓存器CHPRC中REGCEN位是充电泵/稳压器打开/关闭位。若关闭，则充电泵和稳压器都会被关闭以降低功耗。当REGCEN=0，此模块将进入掉电模式并忽略CHPEN位，AD转换和OPA也会关闭以降低功耗。当REGCEN=1，稳压器将会使能。若CHPEN=1，充电泵使能并且输出电压等于输入电压两倍（2VDD），此电压作为稳压器输入。若CHPEN=0，充电泵除能并且输出电压等于输入电压（VDD）。必须注意VDD电压，若小于3.6V，则需将CHPEN置1使能充电泵；否则需将CHPEN清除为零。若充电泵除能且VDD电压低于