基于HX711芯片对动态称重的研究_新闻_

HX711电子秤专用芯片AVIA 模块/称重压力传感器全新原装SOP16脚-...

张震++马璐++周经纬++邓晓丹++马海宁

[摘要]HX711是一款专门应用在高精度电子秤的24位A/D转换器芯片。它和其他类型的芯片相比，该芯片包括了稳压电源、钟振荡器等基本外围电路，同时还有高集成度、快响应速度、抗干扰性强等优点。本文主要介绍了HX711接口电路的设计原理、HX711管脚说明以及其在动态称重中的应用。

[关键词]HX711 动态称重时钟选择

中图分类号：O380 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0088-02

Research on Dynamic Weighing Based on HX711 chip

[Abstract]HX711 is a 24 bit A/D converter chip specially used in high precision electronic balance. Compared with other types of chips， the chip includes a stable power supply， clock oscillator and other basic peripheral circuits， as well as high integration， fast response speed， strong anti-interference. This paper mainly introduces the design principle of HX711 interface circuit， HX711 pin description and its application in dynamic weighing.

[Key words]HX711； dynamic weighing； clock selection

1、HX711接口电路的设计原理

HX711是一款专门应用在高精度电子秤的24位A/D转换器芯片。它和其他类型的芯片相比，该芯片包括了稳压电源、钟振荡器等基本外围电路，同时还有高集成度、快响应速度、抗干扰性强等优点。它可以较好的降低了电子秤的整机成本，较好的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或者是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或者64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或者是±40mV。通道B则为固定的64增益，用于系统参数检测[1]。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部件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。

2、HX711管脚说明

2.1 模拟输入

通道A模拟差分输入可直接与桥式传感器的差分输出相接。由于桥式传感器输出的信号较小，为了充分利用A/D转换器的输入动态范围，该通道的可编程增益较大，为64或者是128。这些增益所对应的满量程差分输入电压分别±20mV或者是40mV。通道B为固定的增益，所对应的满量程差分输入电压为±40mV。通道B应用于包括电池在内的系统参数检测[2]。

2.2 供电电源

数字电源（DVDD））应使用与MCU芯片相同的数字供电电源。HX711芯片内额稳压电路可同时向A/D转换器和外部传感器提供模拟电源。稳压电源的供电电压（VSUP））可与数字电源（DVDD）相同。稳压电源的输出电压值（VAVDD）由外部分压电阻R1、R2和芯片的输出参考电压VBG决定。。应选择该输出电压比稳压电源的输入电压低100mV以上。如果不使用芯片内的稳压电路，管脚VSUP和管脚AVDD应相连，并接到电压为2.6V到5.5V的低噪声模拟电源[3]。管脚VGB上面不需要外接电源，管脚VFB接地处理，管脚BASE为无连接。

2.3 时钟选择

如果将管脚XI接地，HX711将自动选择使用内部时钟振荡器，并自动关闭。外部时钟输入和晶振的相关电路。在这种情况下，典型输出数据速率为10Hz或者是80Hz。如果需要准确的输出数据速率，可将外部输入时钟通过一个20pF的隔直电容连接到XI管脚上面，或者是将晶振连接到XI和XO管脚上面。在这种情况下，芯片内的时钟振荡器电路会自动关闭，晶振时钟或外部输入时钟被采用。如果若晶振频率为11.059MHz。输出数据速率为准确的10Hz或者是80Hz。輸出数据速率与晶振频率以上述关系按比例增加或减少。使用外部输入时钟，外部时钟信号不一定需要为方波[4]。可以把MCU芯片的晶振输出管脚上的时钟信号通过20pF的隔直电容连接到XI管脚上，作为外部时钟输入。外部时钟输入信号的幅值可低至150mV。

2.4 串口通讯

串口通讯线由管脚PD-SCK和DOUT组成，用来输出数据，选择输入通道和增益。当数据输出管脚DOUT的时候，说明是A/D转换器还未准备好输出数据，这时时串口时钟输入信号PD-SCK为低水平[5]。当DOUT由高水平变为低水平以后，PD-SCK应输入25到27个不等的时钟脉冲。其中第一个时钟脉冲的上升沿将读出输出24个位数据的最高位（MSB），直至第24个个时钟脉冲用来选择下一个A/D转换的输入通道和增益。

PD-SCK的输入时钟脉冲数不应少于25或者是多于27，否则否则会造成串口通讯错误。当A/D转换器的输入通道或增益改变时，A/D转换器需要四个数据输出周期才能稳定。DOUT在四个个数据输出周期后才会从高电平变低电平，输出有效数据。

2.5 复位和断电

当芯片上电时，芯片内的上电自动复位电路会使芯片自动复位。管脚PD-SCK输入来控制HX711的断电。当PD-SCK为低水平的时候，芯片处于正常工作状态。如果PD-SCK从低电平变高电平并保持在高电平超过60us，HX711进入断电状态。如果使用片内稳压电源电路，断电时候，外部传感器和片内HX711的外部转换器会同时断电。当PD-SCK重新回到低电平时，芯片会自动复位后进入正常工作状状态。芯片从复位或断电状态后，通道A和增益128会被自动选择为作为第一次A/D转换的输入通道和增益。随后的输入通道和增益选择由PD-SCK的脉冲数决定，参见串口通讯一节。芯片从复位或断电状态进入正常工作状态后，A/D转换器需要4个数据输出周期才能稳定。DOUT在4个数据输出周期后才会从高电平变为低电平，输出有效数据[6]。endprint

3、HX711在动态称重中的应用

HX711芯片在动态称重应用过程中，软件的设计是最复杂和困难的，大部分情況下工作量都较大，特别是对那些控制系统比较复杂的情况。如果是机电一体化的设计人员，往往需要同时考虑单片机的软硬件资源分配。本系统的软件设计主要分为系统初始化、按键、显示处理及信号频率输入处理。程序设计是一件复杂的工作，为了把复杂的工作条理化，就要有相应的步骤和方法。其步骤可概括为以下三点：

⑴分析系统控制要求，确定算法：对复杂的问题进行具体的分析，找出合理的计算方法及适当的数据结构，从而确定编写程序的步骤。这是能否编制出高质量程序的关键。

⑵根据算法画流程图：画程序框图可以把算法和解题步骤逐步具体化，以减少出错的可能性[7]。

⑶编写程序：根据程序框图所表示的算法和步骤，选用适当的指令排列起来，构成一个有机的整体，即程序。

4、结语

随着集成电路和计算机技术的迅速发展，使电子仪器的整体水平发生巨大变化，传统的仪器逐步的被智能仪器所取代。本文重点介绍了HX711的设计原理以及其在动态称重中的应用。它可以较好的降低了电子秤的整机成本，较好的提高了整机的性能和可靠性。

参考文献

[1] 张超洋，周启忠，张龙江，梁怀波.基于ARM单片机的高精度电子秤设计与实现[J].电子技术与软件工程，2017，（06）：254-255.

[2] 刘美娟，张琦，穆远威.基于HX711的高精度电子秤的设计[J].信息通信，2017，（01）：142-144.

[3] 谢敏，李金玲，李志.无线电子称重系统平台的研制[J].电子世界，2016，（24）：94-95.

[4] 张文莉，吴钦木.基于STM32的无线多秤盘高精度电子秤[J].机械与电子，2016，（07）：50-52+56.

[5] 王小娟.基于HX711数显称重仪的设计[J].武汉船舶职业技术学院学报，2015，（01）：36-38.

[6] 程智.简易电子秤的设计[J].电子世界，2013，（07）：133.