HX711简易电子秤设计论文解析

1、电子科技大学成都学院微电子技术系工程系统1设计报告题目名称 简易电子秤 小组成员：姓名 江继维 学号 1440710425 姓名 夏天 学号 1440710410 专 业 集成电路设计与集成系统 指导教师 林国伟 2016年6月制 iabstract摘 要秤是一种在实际工作和生活中经常用到的测量器具。随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰，电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。和传统秤相比较，电子秤利用新型传感器、高精度ad转换器件、单片机设计实现，具有精度高、功能强等特点。本课题设计的电子秤具有基本

2、称重功能。该电子秤的测量范围为0-5kg，测量精度达到1g，有高精度，低成本，易携带的特点。电子秤采用液晶显示数值，比传统秤具有更高的准确性和直观性。另外，该电子秤电路简单，使用寿命长，应用范围广。abstractscale is a kind of measuring instrument which is often used in practical work and life. with the development of measurement technology and electronic technology, gradual elimination of traditio

3、nal pure mechanical structure of the steelyard, scales, scales, weighing apparatus, electronic weighing apparatus electronic balance, electronic balance to accurate, rapid, convenient and intuitive display etc. many advantages by people's favor.compared with the traditional scale, electronic sca

4、le using a new type of sensor, high precision ad converter, mcu design, with high precision, strong function and so on. the electronic scale designed by this paper has the basic function of weighing. the measuring range of the electronic scale is 0-5kg, the measurement accuracy is 1g, with high prec

5、ision, low cost and easy to carry. electronic scale using liquid crystal display value, compared with the traditional scale has a higher accuracy and intuitive. in addition, the electronic scale circuit is simple, the service life is long, and the application range is wide. iii目录目录第1章课题整体框架11.1 课题任务

6、11.2 课题要求11.3 研究意义1第2章设计方案22.1 硬件系统框图22.2 传感器模块32.3 mcu控制72.3.1 电源模块92.3.2 复位电路102.3.3 震荡电路102.4 软件设计112.4.1 软件工具112.4.2 模块流程图11第3章实现功能123.1 实现功能描述123.2 电路设计12第4章调试与实现134.1 调试中遇到的重点与难点134.2 解决方案134.3 实现展示（附上仿真图或实物照片）13第5章总结14参考文献15致谢16附录17附录一：源代码17 iii第1章 课题整理框架第1章 课题整体框架所有的章节（含附录、致谢、参考文献）为大标题具体格式为：

7、字体：黑体小三号对齐方式：两端对齐，大纲级别：一级左缩进： 0字符右缩进： 0字符首行缩进：无字符段前： 6 磅断后： 30 磅行间距： 20磅1.1 课题任务论文中一级节标题具体格式为：字体：黑体四号对齐方式：两端对齐，大纲级别：二级左缩进： 0字符右缩进： 0字符首行缩进：无 字符段前： 6 磅断后： 18 磅行间距： 20磅设计能称量物体重量的简易数字电子秤。1.2 课题要求本文主要设计的内容是简易电子秤，他用单片机处理作为核心，信号由压力传感器感受后经放大器和数模转换后输入到单片机，同时该电子秤具有led显示，该电子秤具体实现的功能是能够测量一定质量内的物体。1.3 研究意义电子秤不仅

8、要向高精度、高可靠方向发展,而且更需向多种功能的方向发展。据悉,目前电子秤的附加功能主要有以下几种：1.电子秤附加了处理机构计算机信息补偿装置,可以进行自诊断、自校正和多种补偿计算和处理。2.具有皮重、净重显示等特种功能。电子秤有些已具备了动物称量模式,即通过进行算术平均、积分处理和自动调零等方法,消除上述的误差。3.附加特殊的数据处理功能。目前的电子秤有附加多种计算和数据处理功能,以满足多种使用的要求。今后,随着电子高科技的飞速发展,电子秤技术的发展定将日新月异。同时,功能更加齐全的高精度、高智能的先进电子秤将会不断问世,其应用范围也会更加拓宽。1第2章 设计方案第2章 设计方案2.1 硬件

9、系统框图电源模块压力传感器24位adchx711复位电路振荡电路stc89c511602液晶显示图2-1-1系统框图2.2 传感器模块称重传感器感应被测重力，输出微弱的毫伏级电压信号。该电压信号经过电子秤专用模拟/数字（a/d）转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换。hx711 采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的24 位a/d 转换器芯片，内置增益控制，精度高，性能稳定。hx711芯片通过2线串行方式与单片机通信。单片机读取被测数据，进行计算转换，再液晶屏上显示出来。1、称重传感器传感器是测量机构最重要的部件。称重传感器本身具有单调性，其主要参数指标是灵敏度、

10、总误差和温度漂移。(1) 灵敏度称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与激励电压的比值，典型值是2mv/v。当使用2 mv/v灵敏度和5 v激励电压的传感器时，其满度输出电压为10 mv。通常，为了使用称重传感器线性度最好的一段称重范围，应当仅使用满度范围的三分之二。因此满度输出电压应当大约为6mv。当电子秤应用于工业环境时，在6mv满度范围内测量微小的信号变化并非易事。(2) 总误差总误差是指输出误差和额定误差的比值。典型电子秤的总误差指标大约是0.02%，这一技术指标相当重要，它限制了使用理想信号调节电路所能达到的精确度，决定了adc分辨率的选择以及放大电路和滤波器的设计。(3) 漂移称重传

11、感器也产生与时间相关的漂移。目前常用的称重传感器有电阻应变式压力传感器、电容压力传感器、压电式压力传感器。选用时应按稳定行、精度登记、寿命和安装环境要求考虑，其主要特点如下：(1) 电容式压力传感器稳定性较差，精度和灵敏度较高，寿命较短，对环境要求苛刻，不易长距离传输。(2) 压电式压力传感器稳定性好，精度和灵敏度高，寿命长，但大量程的压力传感器尚待进一步研究。(3) 电阻应变式压力传感器稳定性较好，精度和灵敏度较高，寿命较长，对测量环境要求不太严格。综上所述，选用电阻应变式压力传感器作为电子秤称重传感器是最为合适的。电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯

12、电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，电阻应变片（转换元件）受到拉伸或压缩应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，供后续电路测量和处理。电阻应变式传感器测量原理如图2所示。图2 电阻应变式传感器测量原理当垂直正压力p作用于梁上时，梁产生形变，电阻应变片r1、r3受压弯拉伸，阻值增加；r2、r4受压缩，阻值减小。电桥失去平衡，产生不平衡电压，不平衡电压与作用在传感器上的载菏p成正比，从而将非电量转化成电量输出。r1、r2、r3和r4组成惠更斯电桥，将2对电阻应变片的阻值变化转变成输出电压，其工作原理如图3所示。图3 测量电桥原理2、电子秤专用24位ad

13、转换芯片hx711及其电路hx711 采用了海芯科技集成电路专利技术，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。降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。该芯片与后端mcu 芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。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±40

14、mv。通道b 则为固定的32 增益，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的a/d 转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。 hx711内部方框图如图4所示。其外部管脚如图5所示。图4 hx711内部方框图图5 hx711外部管脚图图5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（2.75.5v）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通过片外分压电阻与电池相连，用于检测电池电压

15、。图6 hx711计价秤应用参考电路图 本课题设计的hx711电路如图7所示：图7 hx711电路2.3 mcu控制(1) stc89c52 单片机概述stc89c52系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1t)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍，内部集成max810专用复位电路。(2) stc89c52 单片机特点增强型 8051 cpu，1t，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051工作电压： 5.5v - 3.5v（5v单片机）；工作频率范围：040mhz，相当于普通8051的 080mhz；用户应用程

16、序空间 。4k/8k/16k/32k/64k字节；片上集成1280字节 ram；通用i/o口（32/36个），复位后为准双向口/弱上拉（普通8051传统i/o口）；isp（在系统可编程）/iap（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器。每个i/o口驱动能力均可达到20ma，但整个芯片最大不要超过120ma；可通过串口（p3.0/p3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片；有eeprom功能；看门狗；内部集成max810专用复位电路（外部晶体12m以下时，复位脚可直接1k电阻到地）；时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部r/c振荡器；用户在下载用户程序时，可选择是使用内部r/c 振荡器还是外部晶体

17、/ 时钟；常温下内部r/c 振荡器频率为：5.0v 单片机为： 11mhz 17mhz；共4个16位定时器，两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器t0和t1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器,再加上2路pca模块可再实现2个16位定时器；外部中断i/o口4路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的pca模块，power down模式可由外部中断唤醒；通用全双工异步串行口(uart) ；工作温度范围：-40 +85(工业级) / 0 75(商业级) ；封装：pdip-40, plcc-44。(3) stc89c52 单片机管脚及封装stc

18、89c52单片机有多种封装形式，本设计中选用40dip封装，其管脚定义如图8所示。图8 stc89c52 管脚图 本课题设计的电子秤的单片机应用电路如图9所示：图9 stc89c52单片机电路图中dout和pdsck为单片机与hx711的ad转换电路交换数据的通信线。beep为蜂鸣器报警信号线，alert为报警灯信号线，rxd和txd为串口通信线，也可以用于单片机程序的串行isp下载。2.3.1 电源模块单片机及其传感器需要5.0v供电，所以本系统采用lm1117_5.0 这颗三端线性稳压芯片作为来为整个系统提供一个稳定的电源。图2-3-1 电源模块2.3.2 复位电路stc89c51采用的是

19、高电平复位，当给复位引脚一个连续脉冲，即可使之复位图2-3-2 复位电路2.3.3 震荡电路xtal1（at89c51中19 脚） ：单片机内部振荡电路的输入端口。xtal2（at89c51中18 脚） ：单片机内部振荡电路的输出端口。xtal1 与xtal2其实就是一个反向的放大器，它可以与石英晶振连接作为一个时钟振荡电路。 内部方式的的时钟电路就是如图3-3所示，只要在xtal1、xtal2上接一个石英晶体并在两端接两个电容，这样就可以产生一个内部激荡电路，这里需要注意的是此实验用的晶振是12mhz的，和晶振相连的电容一般选用33pf的陶瓷电容。外部方式的时钟电路就是如图3-4所示，rxd

20、直接接地，txd再接外部振荡器。外部振荡信号要求采用频率低于12mhz的方波。图3-3内部方式时钟电路 图3-4外部方式时钟电路2.4 软件设计本设计采用的是stc89c51,通过读取adc采样传感器的电压值，经过单片机处理后传给1602液晶显示屏显示出来。通过初始化读取adc的值，然后保存这个初值，进入main函数后进行第二次采用，第二次采用值，减去第一次采样值，那么就得到实际称量的值，再乘以一个比例因子（可根据砝码进行矫正），那个输出就是所放物品的实际质量。2.4.1 软件工具采用keil mcs-51 进行编程，然后通过宏晶科技的串口下载工具下载程序。2.4.2 模块流程图初始化io初始

21、化lcd1602第一次采样进入循环第二次采样处理采用值输出显示图2-4-1 软件流程图17第3章 实现功能3.1 实现功能描述实现的电子称功能，在称盘上放一个物体，能够准确称量出其质量，并通过液晶屏显示出来。3.2 电路设计图3-2 整体电路第4章 调试与实现第4章 调试与实现4.1 调试中遇到的重点与难点重点：查看电路图是否连接完毕和连接正确，焊接是否正确和完整。并用万能表检测电路板是否短路或开路。各个元件是否有问题。led的显示和复原健的使用难点：焊接时连接跳线麻烦，构思线路布局方法，压力传感器太过敏感，连接好电路图焊接好之后出现显示器乱码，单片机芯片导入的程序。4.2 解决方案在网上搜寻

22、程序参考，电路图，还有一些学习好的同学的帮助4.3 实现展示（附上仿真图或实物照片）图4-3 实物图第5章 总结随着现代数字电子技术的发展，电子秤不仅要向高精度、高可靠方向发展,而且更需向多种功能的方向发展。其发展的方向主要有:1电子秤附加处理机构计算机信息补偿装置,可以进行自诊断、自校正和多种补偿计算和处理。2电子秤具备动物称量模式,即通过进行算术平均、积分处理和自动调零等方法,消除上述的误差。3附加特殊的数据处理功能。其还有更高的性价比，更人性化的操作方式等。经过了我们组2个月的不懈努力，基本上完成老师布置的任务，虽然在做的过程中我们出现的很多的问题，但是在我们的坚持下，总算完成了要求。在

23、这次试验中熟悉了at89s51的一些用途（接口和扩展）。了解了放大器、传感器、a/d转换器的基本使用方法参考文献参考文献1占跃华 c语言程序设计 北京·北京邮电大学出版社2张毅刚 单片机原理及应用 北京·高等教育出版社 致谢我要首先感谢我的组员，还要感谢帮助我的同学们，没有他们我们这次艰难的任务不可能完成，这次任务虽然艰难，但是在我们的努力下终于完成了此次任务，感谢他们对我们的帮助，让我们这次的实验做得很完美。板子虽然不是什么很美观，但是这也是我们做出来的心血，一次次的修改，一次次的努力。一次次的完善。 附录附录一：源代码#include<reg52.h> #i

24、nclude <intrins.h> #define uchar unsigned char#define uint unsigned intvoid lcd_com(uchar com); /写命令void lcd_data(uchar date); /写数据void intit(); /初始化void lcd_clr(); /清屏long int lcd_1602(long int shu); /分解输出并显示void delay(uint ms);long int hx711_init(void);sbit lcd_rs = p10; /寄存器选择sbit lcd_rw =

25、p11; /读/写操作选择sbit e = p12; /1602使能sbit addo = p20;sbit adsk = p21;uchar code str=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9;/0-9,long int shu; /结果,int 类型只能显示5为，第六位就乱码了long int count;long num;int x;int i = 0;int y;int main()intit();num = hx711_init();while(1)lcd_1602(hx711_init()-num)*4);/4为校准系数值。delay(50); long int hx711_

26、init(void)unsigned long count;uchar i;adsk=0;count=0;while(addo);for (i=0;i<24;i+)adsk=1;count=count<<1;adsk=0;if(addo) count+;adsk=1;count=count0x800000;adsk=0;return (count);void lcd_com(uchar com) /写命令lcd_rs = 0;lcd_rw = 0;e = 1;p0 = com;delay(1);e=0;void lcd_data(uchar date) /写数据lcd_rs

27、= 1;lcd_rw = 0;e = 1;p0 = date;delay(1);e = 0;void intit()/初始化p0 = 0;lcd_com(0x38);lcd_com(0x08);lcd_com(0x01);lcd_com(0x06);lcd_com(0x0c);lcd_clr();void lcd_clr() /清屏 lcd_com(0x01); /清除lcd的显示内容 delay(1); long int lcd_1602(long int shu) /分解显示uint shu1,shu2,shu3,shu4,shu5,shu6;shu1 = shu /10000000;shu2 = shu %10000000/1000000;shu3 = shu %10000000%1000000/100000;shu4 = shu %10000000%1000000%100000/10000;shu5 = shu %10000000%1000000%100000%10000/1000;lcd_com(0x85 + 2);if(shu2 < 0)shu