Spis treści:
Otaczający nas świat jest światem analogowym, tj. takim, w którym wielkości fizyczne go opisujące zmieniają się w sposób ciągły i mogą przyjmować dowolną wartość ze zbioru liczb rzeczywistych. Natomiast w przypadku komputerów czy elektronicznych urządzeń pomiarowych, dominuje technika cyfrowa. Aby przykładowo przyrząd pomiarowy taki jak waga elektroniczna mógł zrozumieć jaka jest wartość mierzonej przez niego wielkości oraz wyświetlić na ten temat informacje na swoim wyświetlaczu, potrzebuję potrzebna jest tutaj złożona konstrukcja ustroju pomiarowego, w której jednym z kluczowych elementów jest przetwornik analogowo-cyfrowy, taki jak na przykład HX711 omawiany w bieżącym artykule.
HX711 - charakterystyka ogólna układu
HX711 firmy Avia Semiconductor, jest precyzyjnym 24-bitowym przetwornikiem analogowo-cyfrowym zaprojektowanym do aplikacji pomiarów elektronicznych z najwyższą dokładnością do celów profesjonalnych. Najważniejsze cechy tego układu to:
- dwa wybieralne kanały z wejściami różnicowymi,
- wbudowane niskoszumowe programowalne wzmocnienie wejściowe z opcją wyboru współczynnika wzmocnienia pośród wartości 32, 64 i 128,
- wbudowany stabilizator napięcia dla części analogowej i cyfrowej
- wbudowany generator sygnału taktującego eliminujący konieczność podłączenia zewnętrznego rezonatora kwarcowego,
- wbudowany obwód resetu wyzwalany przy każdym włączeniu zasilania,
- prosty interfejs komunikacyjny, proste sterowanie cyfrowe i interfejs szeregowy,
- brak konieczności programowania układu,
- wybieralna wyjściowa prędkość transmisji danych pomiędzy 10SPS a 80SPS,
- wbudowany układ odfiltrowujący częstotliwość napięcia sieciowego 50Hz i 60Hz,
- niski pobór prądu podczas działania i w stanie spoczynku – odpowiednio mniej niż 1,5mA i mniej niż 1uA,
- zakres napięć zasilania od 2,6V do 5,5V,
- zakres temperatur roboczych od -40*C do +85*C
- obudowa 16 pinowa do montażu powierzchniowego
HX711 - opis wyprowadzeń
1 – VSUP – napięcie wbudowanego stabilizatora: 2,7V – 5,5V
2 – BASE – wyjście sterujące napięciem zasilania części analogowej (niepodłączone gdy nieużywane)
3 – AVDD – napięcie zasilania części analogowej: 2,6V – 5,5V
4 – VFB – napięcie sterujące części analogowej (zewrzeć do AGND gdy nieuźywane）
5 – AGND – masa części analogowej
6 – VBG – napięcie referencyjne części analogowej, wyjście typu bypass
7 – INA- – wejście analogowe odwracające kanału A
8 – INA+ – wejście analogowe nieodwracające kanału A
9 – INB- – wejście analogowe odwracające kanału B
10 – INB+ – wejście analogowe nieodwracające kanału B
11 – PD_SCK – wejście cyfrowe wyłączające (aktywne w stanie wysokim) i wejście zegara
12 – DOUT – cyfrowe wyjście szeregowe danych
13 – XO – cyfrowe wejście/wyjście dla rezonatora kwarcowego (niepodłączone gdy nieużywane)
14 – XI – cyfrowe wejście/wyjście dla rezonatora kwarcowego (nieaktywne dla aktywnego wbudowanego źródła zegara taktującego)
15 – RATE – cyfrowe wejście/wyjście sygnału sterującego, w stanie niskim: 10Hz; w stanie wysokim: 80Hz
16 – DVDD – napięcie zasilania części cyfrowej: 2,6 – 5,5V
Opcje zasilania układu HX711
Napięcie zasilania układu scalonego HX711 dla jego części cyfrowej musi być takie samo jak napięcie zasilania mikrokontrolera współpracującego z tym układem. W celu zapewnienia prawidłowości działania, kiedy jest używany wewnętrzny stabilizator napięcia zasilania części analogowej, napięcie dropout tego regulatora zależy od właściwości zewnętrznego tranzystora. Napięcie wyjściowe jest równe VDD = (VBG*(R1+R2))/R1 – ta wartość napięcia powinna być minimalnie o 100mV mniejsza od wartości napięcia zasilania doprowadzonego z zewnątrz do układu. Jeśli wbudowany stabilizator napięcia zasilania części analogowej nie jest używany, pin VSUP powinien być podłączony do pinu AVD lub DVDD, w zależności od tego, które napięcie jest wyższe. Pin VFB powinien być podłączony do masy a pin BASE nie powinien zostać podłączony – wówczas nie ma konieczności korzystania z podłączenia zewnętrznego kondensatora 100nF, normalnie podłączonego pomiędzy pin VGB a masę.
Źródło zegara taktującego
Zwierając pin X1 do masy, źródłem taktowania jest wewnętrzny generator sygnału. Znamionowa prędkość transmisji danych na wyjściu w takiej sytuacji wynosi 10 (pin RATE w stanie niskim) lub 80SPS (pin RATE w stanie wysokim). Jeśli jest wymagana bardziej dokładna prędkość transmisji danych, wówczas należy użyć zewnętrznego źródła taktowania w postaci rezonatora kwarcowego lub innego precyzyjnego źródła sygnału zegarowego. Rezonator kwarcowy może być wówczas równolegle podłączony pomiędzy piny X1 i X0 poprzez kondensator sprzęgający 20pF. Nie jest wymagane, aby zewnętrzny zegar dawał przebieg idealnie prostokątny – sygnał taktujący można także brać z wyjścia mikroprocesora pod warunkiem że jego amplituda nie przekroczy 150mV. Użycie zewnętrznego źródła sygnału taktującego, dezaktywuje wbudowany oscylator.
Format danych wyjściowych
W przypadku korzystania z oscylatora wbudowanego w układ, szybkość danych wyjściowych wynosi zazwyczaj 10 (pin RATE w stanie niskim) lub 80SPS (pin RATE w stanie wysokim). W przypadku korzystania z zewnętrznego zegara lub rezonatora kwarcowego, szybkość transmisji danych na wyjściu jest wprost proporcjonalna do częstotliwości zegara lub częstotliwość kwarca. Używając zegara 11,0592 MHz lub kryształu kwarcowego, daje dokładne wyniki 10 (pin RATE w stanie niskim) lub 80SPS (pin RATE w stanie wysokim). Wyjściowe 24 bity danych są uzupełnione do kompletnego formatu dwójkowego. Kiedy zaniknie wejściowy sygnał różnicowy w zakresie 24 bitów, dane wyjściowe będą osiągnięte w minimalnej lub maksymalnej wartości, tj. 800000h (MIN) lub 7FFFFFh (MAX), aż do momentu, w którym sygnał wejściowy powraca do zakresu wejściowego.
Interfejs szeregowy
Piny PD_SCK i DOUT służą do transmisji danych, pobierania danych, wyboru wejścia, wyboru wzmocnienia i wyłączania. Gdy dane wyjściowe nie są gotowe do pobrania, pin wyjścia cyfrowego DOUT jest w stanie wysokim. Zegar szeregowy wejścia PD_SCK powinien być w stanie niskim. Kiedy wyjście DOUT przejdzie w stan niski, oznaczać to będzie, że dane są gotowe do pobrania. Podając 25 ~ 27 dodatnich impulsów zegarowych na pin PD_SCK, dane są przesunięte z pinu DOUT. Każdy impuls PD_SCK przesuwa się o jeden bit, zaczynając od bitu MSB, aż do uzyskania wszystkich 24 bitów przesunięty. 25-ty impuls na wejściu PD_SCK spowoduje przerzucenie pinu DOUT z powrotem w stan wysoki. Wybór wejścia i wzmocnienia jest kontrolowany przez liczbę impulsów wejściowych PD_SCK. Impulsy zegarowe PD_SCK nie powinny być w ilości mniejszej niż 25 i większej niż 27 w jednym okresie konwersji, aby uniknąć występowania błędów transmisji szeregowej.
