SH66P58主控芯片健康體脂秤方案解析
SH66P58主控芯片健康體脂秤方案解析
脂肪秤又稱健康秤，能(néng)測出不同時(shí)間人體的脂肪和水分等所占比例，從而反映出人體在不同時(shí)間的健康狀況。由于測試人體電阻時(shí)，需要人體和測試電極直接接觸，所以脂肪秤産品要有很強的抗ESD靜電幹擾性能(néng)，本文介紹基于4位單片機SH66P58的脂肪秤方案設計，并對(duì)量産設計可能(néng)發(fā)生的問題做了相關說(shuō)明。
系統硬件設計
本方案選用中穎開(kāi)發(fā)的4位單片機SH66P58作爲主控芯片，實現控制和信号采集處理功能(néng)。SH66P58是一款CMOS4位單片機，該器件集成(chéng)了SH6610DCPU内核、RAM、ROM、定時(shí)器、LCD驅動器、I/O端口、16位Σ-ΔADC、升壓及穩壓電路、蜂鳴音發(fā)生器、PWM，而且内建PLL以及看門狗定時(shí)器，低電壓複位和低電壓檢測電路。
主系統硬件架構如圖1所示，主要由電池、LCD屏、按鍵、壓力傳感器、測脂電路和EEPROM數據存儲器組成(chéng)。外圍電路非常簡單，既節約了成(chéng)本，又增強了可靠性。LCD玻璃、按鍵、壓力傳感器和EEPROM芯片直接與SH66P58的管腳連接。測人體電阻電路由運放和部分電阻電容組成(chéng)，此電路需要的激勵方波信号由SH66P58内部集成(chéng)的PWM模塊産生，節省了信号發(fā)生電路。
系統軟件設計
本文僅列出主要功能(néng)的流程圖，如圖所示。軟件中很重要的一個環節就(jiù)是計算脂肪比例，下面(miàn)簡單介紹科學(xué)家Lukaski和Bolonchuk研究的脂肪含量計算公式。
人體總水分=0.372(S2÷R)+3.05(Sex)+0.142(W)-0.069(Age)
脂肪質量=體重-人體總水分÷0.73
其中，S表示身高(厘米)，R表示測量的人體電阻(歐姆)，W表示體重(千克)，Sex表示性别(男=1，女=0)，Age表示年齡。
ESD抗幹擾措施
因爲居家脂肪秤需要和人體頻繁直接或間接接觸，所以ESD靜電防護成(chéng)爲設計中一個重要的部分。接觸點主要分兩(liǎng)部分：一是電極和人體直接接觸；二是按鍵和機殼等和人體間接接觸。一般來說(shuō)，IC的I/O管腳很難達到很高的抗ESD靜電幹擾級别(比如8kV)，因此産品設計中就(jiù)要在IC外圍電路中增加相關的抗幹擾措施。
電極處理
分别在兩(liǎng)個電極的接入點(一定要選擇在電路闆的邊緣，以減少對(duì)電路闆其他器件的靜電耦合)增加二極管、電阻和電容保護電路，如圖所示。
按鍵處理
由于芯片對(duì)按鍵信号的上升及下降沿的時(shí)間允許範圍較大，所以可以在按鍵輸入腳對(duì)地加0.1μF電容。電容對(duì)尖脈沖有一個先充電再放電的過(guò)程，以達到抑制靜電脈沖的作用。如果要求更高的抗靜電級别，還(hái)可以在按鍵和SH66P58芯片之間增加100歐姆左右的電阻，電阻可以降低靜電脈沖的幅值，部分靜電能(néng)量被(bèi)轉化爲熱能(néng)釋放。
量産設計注意事(shì)項
SH66P58内部有2塊穩壓電路，一塊給ADC模塊供電，一路給參考電壓及傳感器供電。在兩(liǎng)個穩壓輸出腳上需要接4.7μF的電容，待機模式下這(zhè)兩(liǎng)個電壓不輸出，以節約功耗。
當開(kāi)啓穩壓輸出時(shí)，輸出腳上的電容會(huì)瞬間充電，此時(shí)如果VDD上沒(méi)有較大電容，且VDD上串一個電阻(可以增強抗靜電特性)，VDD上將(jiāng)會(huì)出現一個負脈沖，很容易導緻IC複位等問題。所以VDD上不可以串電阻，且适當加大VDD對(duì)地的電容(比如47μF)。另一方面(miàn)在開(kāi)兩(liǎng)個穩壓輸出之間延時(shí)1個毫秒，降低瞬間大電流。
電池可采用一節3V或2節3V，如果是1節3V電池供電，需要開(kāi)啓SH66P58内部的升壓電路，以保證3V參考電壓的穩定輸出；如果是2節3V電池供電，則需要在芯片外部加一個LDO芯片，把電壓降爲3.6V等，這(zhè)樣(yàng)既能(néng)降低功耗又能(néng)保證3V參考電壓的穩定輸出。
目前已有廠家采用SH66P58設計脂肪秤，且實現量産，産品性能(néng)良好(hǎo)，穩定可靠，産品出口到多個國(guó)家和地區。SH66P58除了可以應用于體重秤、脂肪秤，還(hái)可以應用于耳溫槍等産品。