hx711ad转换方式

HX711 是一款专为电子秤等称重应用设计的高精度、24 位模数转换器（ADC）芯片。它的 AD 转换方式主要基于 Σ-Δ (Sigma-Delta) 调制技术。

以下是 HX711 AD 转换方式的关键点和过程（用中文解释）：

核心原理：Σ-Δ 调制
- 过采样： HX711 以远高于目标输出数据速率（默认为 10SPS 或 80SPS）的频率（称为调制器频率）对来自称重传感器（通常是惠斯通电桥）的微小差分模拟电压信号进行采样。例如，内部核心采样频率可能在 MHz 级别。
- Σ (积分器)： 每次采样得到的输入信号电压值会与一个 1 位 DAC (数模转换器) 的反馈电压进行比较。两者的误差信号会被送入一个 积分器。
- Δ (差分/量化)： 积分器的输出被送入一个 1 位比较器 (量化器)。比较器根据积分器输出是正还是负，输出一个 1 位码流 (0 或 1)。这个简单的 0/1 序列就是原始的 Σ-Δ 调制输出。
- 负反馈： 这个 1 位码流同时被送回 1 位 DAC。DAC 根据码流是 0 还是 1，输出一个固定的正或负参考电压（通常是 +Vref 或 -Vref），然后这个 DAC 的输出被减去（差分）下一次的输入信号，形成误差信号，再次进入积分器。这个负反馈环路使得积分器的平均输入趋向于零。
噪声整形
- Σ-Δ 调制的关键在于它巧妙地利用了过采样和反馈。量化噪声（由 1 位比较器产生的误差）被反馈环路推到了高频区域。原本均匀分布在所有频率上的量化噪声，现在大部分集中在采样频率的一半（奈奎斯特频率）以上的高频端。
- 低频部分（我们关心的信号频带内）的噪声被显著降低。
数字滤波与抽取
- 原始的 1 位高速码流包含了我们需要的低频信号信息和高频（已被推到高频）的噪声。
- HX711 内部包含一个数字抽取滤波器（通常是 Sinc³ 滤波器或其他低通滤波器）。这个滤波器有两个主要作用：
  - 低通滤波： 滤除掉高频噪声分量（那些被整形上去的噪声）。
  - 抽取： 将高速的 1 位数据流降采样到我们需要的、低得多的输出数据速率（10SPS 或 80SPS），并转换为高分辨率（24位）的数字值。抽取过程平均了大量高速采样点，有效提高了信噪比（SNR）和分辨率。
HX711 特有的工作流程（接口角度）
- 用户通过微控制器（如 Arduino）控制 HX711：
  1. 通道和增益选择： 通过发送脉冲到 PD_SCK 引脚来选择通道（A 或 B）和增益（128, 64, 或 32）。增益用于放大来自传感器的微弱信号（mV/V 级别）。
  2. 等待数据就绪： 监测 DOUT 引脚电平。当 DOUT 从高电平变为低电平时，表示新的一次 24 位转换数据已准备好输出。
  3. 读取数据： 微控制器向 PD_SCK 引脚发送 24 个时钟脉冲（每个脉冲上升沿触发）。
  4. 数据输出： 在每个 PD_SCK 的上升沿，HX711 将数据位（从最高位 MSB 开始）输出到 DOUT 引脚。
  5. 可选的第 25 个脉冲： 发送第 25 个脉冲会使 HX711 进入休眠/省电模式（功耗降低），并为下一次读取准备好指定的通道和增益（在下次读取的第一个脉冲序列中生效）。
- 内部转换过程： 在上述用户操作的“后台”，HX711 的核心始终在进行 Σ-Δ 调制（过采样、积分、1位量化、反馈）和数字滤波/抽取。用户读取的就是经过完整 Σ-Δ 转换和滤波后的 24 位结果。每次读取操作触发的是数据传输，而不是启动一次新的转换（转换通常是连续进行的，速率由芯片内部时钟和配置决定）。

总结 HX711 AD 转换方式的要点：

技术： 基于 Σ-Δ (Sigma-Delta) 调制技术。
特点：
- 高分辨率 (24位)： 通过过采样、噪声整形和数字滤波实现。
- 抑制低频噪声： Σ-Δ 结构天然地对低频噪声（如 1/f 噪声）不敏感。
- 集成 PGA (可编程增益放大器)： 内置增益（128, 64, 32）直接放大传感器信号，简化外部电路。
- 差分输入： 直接连接称重传感器的差分输出（+IN, -IN），有效抑制共模噪声（如电源干扰）。
- 低速高精度： 输出速率较低（10Hz/80Hz），但精度很高，非常适合称重、压力测量等慢变信号的精确测量。
过程： 高速过采样 -> Σ-Δ 调制（产生1位码流）-> 噪声整形（噪声移向高频）-> 数字滤波（Sinc³等，滤除高频噪声）-> 抽取（降采样，生成24位结果）。
接口： 通过简单的二线制串行接口（DOUT, PD_SCK）读取转换结果并配置通道/增益。