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单片机电子秤设计报告

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称重、

键盘输入、计算价格、显示、超重报警功能。该电子秤的测量范围为 0-10Kg，测量精度达到 5g，有高精度，低成本，易携带的特点。电子秤采用液晶显示

汉字和测量记过，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，可以应用于商场、超市、家庭等场所，

成为人们日常生活中不可少的必需品。

一、功能描述

1、采用高精度电阻应变式压力传感器，测量量程0-10kg ，测量精度可达

5g。

2、采用电子秤专用模拟 / 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。

3、采用STC89C52 单片机作为主控芯片，实现称重、计算价格等主控功

能。

4、采用 128*64 汉字液晶屏显示称重重量、单价、总价等信息。

5、采用 4*4 矩阵键盘进行人机交互，键盘容量大，操作便捷。

6、具有超量程报警功能，可以通过蜂鸣器和LED灯报警。

7、系统通过USB电源供电，单片机程序也可通过USB线串行下载。

二、硬件设计

1、硬件方案

单片机电子秤硬件方案如图 1 所示：

称重传感器

24位A/D 芯片

hx711电路

矩阵键盘单片机主控芯片电源系统

液晶显示

图 1单片机电子秤硬件方案

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。

矩阵键盘主要用于计算金额。当被测物体重量得到后，用户可以通过矩

阵键盘输入单价，电子秤自动计算总金额并在液晶屏显示。电源系统给单片

机、 HX711电路及传感器供电。

2、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、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 %，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

3、电子秤专用 24 位 AD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± 40mV。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（～）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。

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