模拟模块电路设计说明(称重传感器).doc

ti模拟实验室模块电路设计说明目录1、模块电路系统框图和原理分析22、tina-ti的仿真23、控制软件说明54、模块的测试65、模块调试过程中遇到的问题和解决方法66、附录（没法写）81、模块的输入和输出接口定义说明82、模块的电气特性91、 模块电路系统框图和原理分析单元部分：黑色框为称重传感器扩展板内部单元，红色框为launchpad开发板，蓝色框为lcd/touch/battery扩展板。信号部分：如黑色箭头所示，压力应变桥受压力后输出差分电压信号，此信号幅值极小且内阻很大，adc无法直接采集。使用德州仪器公司的高性能的仪表放大器ina128将差分信号放大到adc合适量程范围内。ina128的信号同时传输给launchpad开发板内部的adc通道和扩展板上的16位-型 adc（ads1146）。如果是launchpad g2 ，则ads1146与launchpad的接口是spi接口，m4的接口是普通io。c2000因为外侧插针io口不够，所以与ads1146的连接无效，只能通过内部adcina6进行采样。launchpad将adc信号进行运算后，传给lcd/touch/battery扩展板，在128段段式液晶上显示出来。电源部分：如绿色箭头所示，压力应变桥的激励电压和ads1146所需的基准电压由tl431基准芯片得到，设定为2.5v。ina128所需的反压由tps60400反压芯片得到。launchpad、称重传感器扩展板、lcd扩展板的供电均可由lcd/touch/battery扩展板上的锂电池提供。压力应变电阻桥并联电压基准tl431- adcads1146反压芯片tps60400a/d spilaunchpad仪表放大器ina128lcd/touch/battery 图1 称重传感器应用实现框图2、 tina-ti的仿真本扩展板的仿真主要针对压力应变桥和ina128仪表放大器单元进行仿真。图2是压力桥配合in128的仿真电路。图3表明改变压力桥电阻时，ina128电压输出情况。图4是针对ina128的特性进行专门仿真的电路图。图5为ina128输入输出特性曲线，图6为ina128频率特性曲线。图2 压力桥仪表放大器tina-ti仿真主电路图3 改变压力桥电阻时，ina128的输出曲线图4 单独对ina128特性进行仿真的电路图图5 ina128“输入-输出”电压特性曲线图6 ina128带宽特性曲线3、 控制软件说明软件流程图：开始时钟初始化底板控制模块初始化ads1146初始化内部adc初始化循环检测读取adc并显示校准4、 模块的测试使用砝码校准测量值，并对常见物品称重。表1 增砝码测量序号12345砝码值（g）507090100105测量值（g）49.970.090.0100.1105.1表2 减砝码测量序号12345砝码值（g）1055535155测量值（g）105.155.235.215.25.1表3 常用物品称重值序号12345名称剪刀笔美工刀计算器手机测量值（g）26.34.560.0121.5112.85、 模块调试过程中遇到的问题和解决方法（1）launchpad开发板晶振引脚的干扰问题为了兼容其他两款launchpad，g2板上晶振对应引脚也被扩展板引出连线做了相应设计用途。这样就导致了g2板晶振工作极不稳定。关于晶振的布线注意事项可见ti应用报告zhca445b。为了不影响扩展板功能复用，如果g2板上焊接了外部晶振，则应将晶振对应的xin和xout两个公排阵剪掉或拔掉。（2）并联型稳压基准限流电阻的计算方法问题一开始，随意设定了tl431的阴极限流电阻为1k，总供电电压为3.3v，压力桥的输入阻抗约为1k，所以tl431输出电压只有3.3v的一半，约为1.7v。经计算将阴极限流电阻最大不应超过r=（3.3-2.5）/2.5*1k=320欧将阴极限流电阻减小到200欧后，tl431输出稳定电压2.5v。（3）详细阅读器件说明书，不应只看摘要部分这是ads1146/1147/1148公共的说明书，一定小心这种几个器件共用的说明书。开始设计时，因为看到蓝色框中，1147或1148独有的特性都单独标出，所以对于红色框中带内部基准的说明就坚信不疑。直到调试不出结果时，才仔细阅读说明书。下表红框中，明确显示了ads1146只能接外部基准。（4）ina128增益电阻的配置一般我们总有一个不好的习惯，就是用一个电位器做满幅度调节。对于ina128的增益电阻rg，如果不是要求大范围调节增益，都应该使用定值电阻+电位器的组合来实现粗调和微调，这样才能最大限度发挥电位器的分辨率。另外，我们有时会看到有的成熟电路板上明明可以一个电阻的位置，却用两个不同阻值的电阻串联。如果两个电阻阻值一样，那么可能是为了增大电阻功率而设置的。但是两个不一样电阻串联成一个电阻来用，目的只有一个，那就是匹配精度更高等级的电阻。实验室日常配备的电阻为5%的e24系列，如果电路中用到了更高精度的比如1%精度的e96电阻值，我们可以用两个e24串联的方法得到，当然这样得到的并不能算是精密电阻，而是阻值“精确”而已。精密电阻不仅要阻值精确，更重要的是稳定性。（5）板上预留备用封装焊盘如果板上面积比较富裕，可以多预留几个不同的封装焊盘以方便日后使用。比如，本扩展板中，ina128就预留了dip8和sop8两种封装焊盘，rg增益电位器预留了卧式和立式两种焊盘，压力桥的引线位置也左右各预留了一份。6、附录1、 模块的输入和输出接口定义说明扩展板测试点说明序号丝印名称正常电压值功能1gnd0v地线2vo0-2.5vina128输出3vi-约1.25vina128负输入4vi+约1.25vina128正输入5vcc3.3-3.6v电源供电6-vcc3.3-3.6v反压输出72v52.5v基准电压ads1146管脚与launchpad对插接口说明序号管脚名称io说明功能g2m4c20001sclkinputspi时钟p1.4pe5-2dininput数据输入p1.2pb1-3dout/drdyoutput数据输出p1.1pb0-4/csinput片选p1.5pb4-5startinput采样p1.3pe4-ina128管脚与与launchpad对插接口说明序号管脚名称io说明功能g2m4c20001uo输出仪表放大器输出p1.