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芯片引脚图
HX711是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其它芯片相比,该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路,具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。
·两路可选择差分输入
·片内低噪声可编程放大器,可选增益为64和128
·片内稳压电路可直接向外部传感器和芯片内A/D转换器提供电源
·片内时钟振荡器无需任何外接器件,必要时也可使用外接晶振或时钟
·上电自动复位电路
·简单的数字控制和串口通讯:所有控制由管脚输入,芯片内寄存器无需编程
·可选择10Hz或80Hz的输出数据速率
·同步抑制50Hz和60Hz的电源干扰
·耗电量(含稳压电源电路):典型工作电流:《1.7mA,断电电流:《1μA
·工作电压范围:2.6~5.5V
·工作温度范围:-20~+85℃
·16管脚的SOP-16封装
1VSUP电源稳压电路供电电源:2.6~5.5V(不用稳压电路时应接AVDD)
2BASE模拟输出稳压电路控制输出(不用稳压电路时为无连接)
3AVDD电源模拟电源:2.6~5.5V
4VFB模拟输入稳压电路控制输入(不用稳压电路时应接地)
5AGND地模拟地
6VBG模拟输出参考电源输出
7INA-模拟输入通道A负输入端
8INA+模拟输入通道A正输入端
9INB-模拟输入通道B负输入端
10INB+模拟输入通道B正输入端
11PD_SCK数字输入断电控制(高电平有效)和串口时钟输入
12DOUT数字输出串口数据输出
13XO数字输入输出晶振输入(不用晶振时为无连接)
14XI数字输入外部时钟或晶振输入,0:使用片内振荡器
15RATE数字输入输出数据速率控制,0:10Hz;1:80Hz
16DVDD电源数字电源:2.6~5.5V
满额度差分输入范围V(inp)-V(inn)±0.5(AVDD/GAIN)V
输入共模电压范围AGND+0.6AVDD-0.6V
使用片内振荡器,RATE=010
使用片内振荡器,RATE=DVDD80
外部时钟或晶振,RATE=0fclk/1,105,920
输出数据速率
外部时钟或晶振,RATE=DVDDfclk/138,240Hz
输出数据编码二进制补码8000007FFFFF(HEX)RATE=0400
输出参考电压(VBG)1.25V
外部时钟或晶振频率111.059230MHz
模拟电源电流(含稳压电路)1600μA断电0.3μA
(1)有效位数ENBs(EffectiveNumberofBits)=ln(FSR/RMSNoise)/ln(2)。FSR为满量程输入或输出,RMSNoise为对应的输入或输出噪声有效值。
(2)无噪声位数(Noise-FreeBits)=ln(FSR/Peak-to-PeakNoise)/ln(2)。FSR为满量程输入或输出,Peak-to-PeakNoise为对应的输入或输出噪声峰-峰值。
(3)输出稳定时间指从上电、复位、输入通道或增益改变到有效的稳定输出数据时间。
模拟输入
通道A模拟差分输入可直接与桥式传感器的差分输出相接。由于桥式传感器输出的信号较小,为了充分利用A/D转换器的输入动态范围,该通道的可编程增益较大,为128或64。这些增益所对应的满量程差分输入电压分别±20mV或±40mV。通道B为固定的64增益,所对应的满量程差分输入电压为±40mV。通道B应用于包括电池在内的系统参数检测。
供电电源
数字电源(DVDD)应使用与MCU芯片相同的的数字供电电源。HX711芯片内的稳压电路可同时向A/D转换器和外部传感器提供模拟电源。稳压电源的供电电压(VSUP)可与数字电源(DVDD)相同。稳压电源的输出电压值(VAVDD)由外部分压电阻R1、R2和芯片的输出参考电压VBG决定(图1),VAVDD=VBG(R1+R2)/R2。应选择该输出电压比稳压电源的输入电压(VSUP)低至少100mV。如果不使用芯片内的稳压电路,管脚VSUP和管脚AVDD应相连,并接到电压为2.6~5.5V的低噪声模拟电源。管脚VBG上不需要外接电容,管脚VFB应接地,管脚BASE为无连接。
时钟选择
如果将管脚XI接地,HX711将自动选择使用内部时钟振荡器,并自动关闭外部时钟输入和晶振的相关电路。这种情况下,典型输出数据速率为10Hz或80Hz。如果需要准确的输出数据速率,可将外部输入时钟通过一个20pF的隔直电容连接到XI管脚上,或将晶振连接到XI和XO管脚上。这种情况下,芯片内的时钟振荡器电路会自动关闭,晶振时钟或外部输入时钟电路被采用。此时,若晶振频率为11.0592MHz,输出数据速率为准确的10Hz或80Hz。输出数据速率与晶振频率以上述关系按比例增加或减少。使用外部输入时钟时,外部时钟信号不一定需要为方波。可将MCU芯片的晶振输出管脚上的时钟信号通过20pF的隔直电容连接到XI管脚上,作为外部时钟输入。外部时钟输入信号的幅值可低至150mV。
串口通讯
串口通讯线由管脚PD_SCK和DOUT组成,用来输出数据,选择输入通道和增益。当数据输出管脚DOUT为高电平时,表明A/D转换器还未准备好输出数据,此时串口时钟输入信号PD_SCK应为低电平。当DOUT从高电平变低电平后,PD_SCK应输入25至27个不等的时钟脉冲(图二)。其中第一个时钟脉冲的上升沿将读出输出24位数据的最高位(MSB),直至第24个时钟脉冲完成,24位输出数据从最高位至最低位逐位输出完成。第25至27个时钟脉冲用来选择下一次A/D转换的输入通道和增益,参见表三。
PD_SCK的输入时钟脉冲数不应少于25或多于27,否则会造成串口通讯错误。当A/D转换器的输入通道或增益改变时,A/D转换器需要4个数据输出周期才能稳定。DOUT在4个数据输出周期后才会从高电平变低电平,输出有效数据。
复位和断电
当芯片上电时,芯片内的上电自动复位电路会使芯片自动复位。管脚PD_SCK输入用来控制HX711的断电。当PD_SCK为低电平时,芯片处于正常工作状态。
如果PD_SCK从低电平变高电平并保持在高电平超过60μs,HX711即进入断电状态(图三)。如使用片内稳压电源电路,断电时,外部传感器和片内A/D转换器会被同时断电。当PD_SCK重新回到低电平时,芯片会自动复位后进入正常工作状态。芯片从复位或断电状态进入正常工作状态后,通道A和增益128会被自动选择作为第一次A/D转换的输入通道和增益。随后的输入通道和增益选择由PD_SCK的脉冲数决定,参见串口通讯一节。芯片从复位或断电状态进入正常工作状态后,A/D转换器需要4个数据输出周期才能稳定。DOUT在4个数据输出周期后才会从高电平变低电平,输出有效数据。
图四为HX711芯片应用于计价秤的一个参考电路图。该方案使用内部时钟振荡器(XI=0),10Hz的输出数据速率(RATE=0)。电源(2.7~5.5V)直接取用与MCU芯片相同的供电电源。通道A与传感器相连,通道B通过片外分压电阻(未在图一中显示)与电池相连,用于检测电池电压。
输入选择开关可任意选取通道A或通道B,与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A的可编程增益为128或64,对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。通道B则为固定的32增益,所对应的满量程差分输入电压为±80mV。通道B应用于包括电池在内的系统参数检测。
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