Aplicación de balanza electrónica basada en el microcontrolador SH79F085
En la actualidad, el sistema de báscula electrónica en el mercado adopta principalmente dos esquemas para muestrear la señal analógica del sensor: circuito de doble integración y convertidor analógico a digital de alta precisión (ADC).
El circuito de doble integración utiliza un convertidor indirecto A / D. Su principio básico es convertir el voltaje analógico para convertirlo en un intervalo de tiempo t proporcional al mismo, y usar un pulso de frecuencia constante para ir dentro del tiempo t Count, que convierte el tiempo t en un semáforo digital. Debido a la complejidad del circuito, el circuito de doble integración requiere la intervención del software durante la conversión, y la baja precisión (generalmente menos de 12 bits) no puede cumplir con la aplicación de escalas electrónicas de alta gama, por lo que el mercado lo elimina gradualmente.
Los ADC de alta precisión generalmente usan convertidores sigma-delta, generalmente con resoluciones superiores a 16 bits. El convertidor sigma-delta también se denomina convertidor de sobremuestreo. Este convertidor consta de un modulador sigma-delta y un filtro digital conectado detrás de él. La estructura del modulador incluye un integrador y un comparador, y contiene Un circuito de retroalimentación para un convertidor digital a analógico de 1 bit. El modulador sigma-delta muestrea la señal analógica a una frecuencia de muestreo muy alta y cuantifica la diferencia entre las dos muestras a un bit bajo, obteniendo así la señal digital representada por el número de orden inferior, es decir, el código sigma-delta, y luego sigma-delta El código delta se envía al filtro de diezmado digital de la segunda parte para el filtrado de diezmado, obteniendo así una señal digital modulada por código de pulso lineal de alta resolución. Por lo tanto, el filtro de decimación es en realidad equivalente a un convertidor de código. Debido a que el modulador sigma-delta tiene una tasa de decimación muy alta, generalmente es muchas veces mayor que la frecuencia de muestreo de Nyquist, por lo que el convertidor sigma-delta A / D tiene Se llama convertidor A / D de sobremuestreo. El convertidor analógico-digital sigma-delta tiene las ventajas de una fuerte capacidad antiinterferente, un pequeño ruido de cuantificación, alta resolución y buena linealidad. Comúnmente utilizado en instrumentos de pesaje comerciales de alto rendimiento, instrumentos de pesaje de precisión, instrumentos industriales inteligentes, electrónica médica y otros campos.
La Organización Internacional de Metrología Legal (OIML) divide las escalas electrónicas en cuatro clases de I, II, III y IV de acuerdo con diferentes divisiones, correspondientes a escalas electrónicas con diferente precisión y el rango de división n. Las balanzas comerciales más utilizadas corresponden al grado III, y el grado II y superior pertenecen a escalas de precisión y escalas de referencia.
En términos de diseño de circuito de hardware, el SH79F085 desarrollado por Zhongying Electronics tiene un convertidor analógico a digital sigma-delta (ADC) de 20 bits incorporado y un amplificador de ganancia programable (PGA) de 1 a 200 veces, que es muy adecuado para aplicaciones de báscula electrónica. Debido a que SH79F085 es rico en recursos integrados, no solo puede guardar circuitos periféricos, sino que también facilita la depuración del sistema, sino que también mejora efectivamente el rendimiento EMI del sistema. El circuito de hardware incluye principalmente: microprocesador SH79F085 de un solo chip, circuito de fuente de alimentación, sensor de presión, circuito de pantalla, circuito de teclado. La figura 2 muestra la estructura del circuito de hardware de la balanza electrónica.
Introducción de chip
SH79F085 es un MCU de chip único CMOS integrado con ADC Σ-Δ de 20 bits desarrollado independientemente por Shanghai Zhongying Electronics. Es un chip SoC utilizado profesionalmente en balanzas electrónicas comerciales. Según las especificaciones del fabricante, el ADC integrado tiene una resolución de 20 bits y una precisión efectiva de más de 16 bits. En términos generales, la resolución de escalas comerciales es 1/3000, y la más alta es 1/10000. Para garantizar la estabilidad y la precisión al pesar, la resolución interna de la báscula electrónica debe ser un orden de magnitud superior a la resolución externa, generalmente más de 5 veces, es decir, el código interno es más de 5 veces el código externo. Los códigos de salida efectivos disponibles del ADC incorporado de SH79F085 alcanzan más de 260,000. Por lo tanto, el rendimiento de precisión de ADC puede cumplir completamente con la aplicación de instrumentos de pesaje comercial de precisión media. Si se filtra en el software del usuario final, también puede cumplir con la aplicación de instrumentos de pesaje de precisión de alta precisión.
SH79F085 es un microordenador de un solo chip compatible con 8051 de alta velocidad y alta eficiencia. En la misma frecuencia de oscilación, en comparación con el chip 8051 tradicional, tiene las características de un funcionamiento más rápido y un mejor rendimiento.
SH79F085 conserva la mayoría de las características del chip 8051 estándar. Los recursos internos incluyen 8K bytes de Flash adecuados para programas y datos, 512 bytes de RAM y 4 temporizadores / contadores de 16 bits, 1 UART e interrupciones externas INT0, INT1, INT2.
SH79F085 no solo contiene el módulo de comunicación estándar EUART, sino que también integra un módulo convertidor analógico-digital (ADC) sigma-delta de 20 bits y un amplificador de ganancia programable (PGA). Para lograr una alta confiabilidad y un bajo consumo de energía, SH79F085 integra un temporizador de vigilancia, tiene una función de reinicio de bajo voltaje y proporciona 2 modos de ahorro de energía de bajo consumo.
SH79F085 tiene un oscilador RC de 128KHz incorporado y un oscilador RC de 16.6MHz. Cuando el reloj del sistema selecciona un oscilador RC de 128KHz, el consumo de energía del sistema es de aproximadamente 30uA; cuando el sistema entra en modo de apagado, el consumo mínimo de energía del sistema es de solo 3uA. En el modo de apagado, el temporizador 3 (temporizador 3) se puede usar para activar el reloj, encender el VDDR de la fuente de alimentación del sensor a una frecuencia de intervalo fija y muestrear el estado de pesaje del sensor. Si se detecta un cambio de peso, el sistema ingresa al pesaje normal Modo de medición; de lo contrario, apague el VDDR, el sistema volverá al modo de espera de apagado, lo que puede ahorrar efectivamente el consumo de energía del sistema. Por lo tanto, la MCU SH79F085 es muy adecuada para aplicaciones de sistemas de baja potencia, especialmente aplicaciones de baterías y productos de baterías secas.