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Die Welt um uns herum ist eine analoge Welt, d. h. eine Welt, in der sich die physikalischen Größen, die sie beschreiben, ständig ändern und jeden beliebigen Wert aus einer Menge von realen Zahlen annehmen können. Im Gegensatz dazu dominiert bei Computern oder elektronischen Messgeräten die Digitaltechnik. Damit z. B. ein Messgerät wie eine elektronische Waage den Wert der von ihr gemessenen Größe verstehen und auf ihrem Display anzeigen kann, ist hier ein komplexer Messsystemaufbau erforderlich, bei dem eines der Schlüsselelemente ein Analog-Digital-Wandler ist, wie der im vorliegenden Artikel behandelte HX711.
HX711 - allgemeine Merkmale der Schaltung
Der HX711 von Avia Semiconductor ist ein präziser 24-Bit-Analog-Digital-Wandler, der für elektronische Messanwendungen mit höchster Genauigkeit für professionelle Zwecke entwickelt wurde. Zu den wichtigsten Merkmalen dieses Chips gehören:
- zwei wählbare Kanäle mit Differenzeingängen,
- integrierte rauscharme programmierbare Eingangsverstärkung mit einem wählbaren Verstärkungsfaktor zwischen 32, 64 und 128 Werten,
- eingebauter Spannungsstabilisator für analoge und digitale Teile
- eingebauter Taktgeber, der einen externen Quarzresonator überflüssig macht,
- Integrierte Reset-Schaltung, die bei jedem Einschalten ausgelöst wird,
- einfache Kommunikationsschnittstelle, einfache digitale Steuerung und serielle Schnittstelle,
- Sie müssen das System nicht programmieren,
- Wählbare Ausgangsdatenrate zwischen 10SPS und 80SPS,
- Eingebaute Filterschaltung für 50Hz und 60Hz Netzspannung,
- geringer Stromverbrauch im Betrieb und im Ruhezustand – weniger als 1,5mA bzw. weniger als 1uA,
- einen Versorgungsspannungsbereich von 2,6V bis 5,5V,
- Betriebstemperaturbereich von -40*C bis +85*C
- 16-Pin-Gehäuse für Oberflächenmontage
HX711 - Beschreibung der Pinbelegung
1 – VSUP – eingebaute Stabilisierungsspannung: 2.7V – 5.5V
2 – BASE – analoger Ausgang zur Kontrolle der Versorgungsspannung (nicht angeschlossen, wenn nicht in Gebrauch)
3 – AVDD – Versorgungsspannung des analogen Teils: 2,6V – 5,5V
4 – VFB – Steuerspannung des Analogteils (Kurzschluss gegen AGND, wenn nicht angeschlossen)
5 – AGND – Masse des analogen Teils
6 – VBG – Referenzspannung des Analogteils, Bypass-Ausgang
7 – INA- – Invertierender Analogeingang von Kanal A
8 – INA+ – nicht-invertierender Analogeingang von Kanal A
9 – INB- – invertierender Analogeingang des B-Kanals
10 – INB+ – analoger nicht-invertierender Eingang des B-Kanals
11 – PD_SCK – digitaler Sperreingang (aktiv im High-Zustand) und Takteingang
12 – DOUT – digitaler serieller Datenausgang
13 – XO – digitaler Ein-/Ausgang für Quarzresonator (nicht angeschlossen, wenn nicht in Gebrauch)
14 – XI – digitaler Eingang/Ausgang für Quarzresonator (nicht aktiv bei aktiver eingebauter Taktquelle)
15 – RATE – digitaler Steuersignaleingang/-ausgang, im Low-Zustand: 10Hz; im hohen Zustand: 80Hz
16 – DVDD – Versorgungsspannung des Digitalteils: 2,6 – 5,5V
Stromversorgungsoptionen für die HX711 Schaltung
Die Versorgungsspannung des HX711 IC für seinen digitalen Teil muss mit der Versorgungsspannung des Mikrocontrollers übereinstimmen, der mit diesem IC arbeitet. Um einen korrekten Betrieb zu gewährleisten, wenn der interne Spannungsstabilisator für den analogen Teil verwendet wird, hängt die Dropout-Spannung dieses Reglers von den Eigenschaften des externen Transistors ab. Die Dropout-Spannung ist gleich VDD = (VBG*(R1+R2))/R1 – dieser Spannungswert sollte mindestens 100mV niedriger sein als die extern an die Schaltung angelegte Versorgungsspannung. Wenn der eingebaute Spannungsstabilisator für den Analogteil nicht verwendet wird, sollte der VSUP-Pin mit dem AVD- oder DVDD-Pin verbunden werden, je nachdem, welche Spannung höher ist. Der VFB-Pin sollte mit GND verbunden sein und der BASE-Pin sollte nicht angeschlossen sein – dann ist der Anschluss des externen 100nF-Kondensators, der normalerweise zwischen dem VGB-Pin und GND angeschlossen ist, nicht erforderlich.
Quelle der Taktgeber Uhr
Durch Kurzschließen des Pins X1 gegen Masse wird der interne Signalgenerator als Taktquelle verwendet. Die Nennausgangsdatenrate beträgt in dieser Situation 10 (RATE-Pin im Low-Status) oder 80SPS (RATE-Pin im High-Status). Wenn eine präzisere Datenrate erforderlich ist, muss eine externe Taktquelle in Form eines Quarzresonators oder einer anderen Präzisionstaktquelle verwendet werden. Der Quarzresonator kann dann über einen 20pF Koppelkondensator parallel zwischen die Pins X1 und X0 geschaltet werden. Es ist nicht erforderlich, dass der externe Taktgeber eine perfekt rechteckige Wellenform erzeugt – das Taktsignal kann auch vom Mikroprozessorausgang abgenommen werden, sofern seine Amplitude 150mV nicht überschreitet. Wenn Sie eine externe Taktquelle verwenden, wird der eingebaute Oszillator deaktiviert.
Format der Ausgabedaten
Wenn Sie den On-Chip-Oszillator verwenden, beträgt die Ausgangsdatenrate typischerweise 10 (RATE-Pin im Low-Status) oder 80SPS (RATE-Pin im High-Status). Bei Verwendung eines externen Taktgebers oder Quarzresonators ist die Ausgangsdatenrate direkt proportional zur Taktfrequenz oder Quarzfrequenz. Bei Verwendung eines 11,0592 MHz Taktgebers oder Quarzes ergibt sich eine Genauigkeit von 10 (Pin RATE im Low-Zustand) oder 80SPS (Pin RATE im High-Zustand). Die ausgegebenen 24 Datenbits werden zu einem vollständigen Binärformat vervollständigt. Wenn das Eingangsdifferenzsignal im 24-Bit-Bereich verschwindet, werden die Ausgangsdaten beim Minimal- oder Maximalwert erreicht, d.h. 800000h (MIN) oder 7FFFFFh (MAX), bis das Eingangssignal in den Eingangsbereich zurückkehrt.
Serielle Schnittstelle
Die Pins PD_SCK und DOUT werden für die Datenübertragung, den Datendownload, die Eingangsauswahl, die Verstärkungsauswahl und das Herunterfahren verwendet. Wenn die Ausgangsdaten nicht zum Herunterladen bereit sind, befindet sich der digitale Ausgangsstift DOUT im High-Zustand. Der serielle Takt des PD_SCK-Eingangs sollte sich im Low-Zustand befinden. Wenn der DOUT-Ausgang auf low geht, bedeutet dies, dass die Daten zum Herunterladen bereit sind. Durch Anlegen von 25 ~ 27 positiven Taktimpulsen an den PD_SCK-Pin werden die Daten vom DOUT-Pin verschoben. Jeder PD_SCK-Impuls wird um ein Bit verschoben, beginnend mit dem MSB-Bit, bis alle 24 Bits verschoben sind. Der 25. Impuls am PD_SCK-Eingang schaltet den DOUT-Pin wieder auf High. Die Auswahl und Verstärkung der Eingänge wird durch die Anzahl der PD_SCK-Eingangsimpulse gesteuert. Die PD_SCK-Taktimpulse sollten nicht weniger als 25 und nicht mehr als 27 in einer Umwandlungsperiode betragen, um das Auftreten von seriellen Übertragungsfehlern zu vermeiden.
