【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)變片也發(fā)生形變，從而 導(dǎo)致應(yīng)變片 電阻發(fā)生變化，破壞電橋平衡，使電橋輸出微 弱電壓 ， 其輸出的電壓與電阻的變化量 （外力變化量） 成近似的線性變化 ，線性度小 ，這極大地方便了后續(xù)軟件根據(jù) A/D值計算處理得到重量。 質(zhì)量的計算 由于本設(shè)計所選的 YZC1B型 電阻應(yīng)變片式電橋結(jié)構(gòu)的稱重傳感器 具 有良好的線性度， 所以為后續(xù)數(shù)據(jù)處理帶來了很大方便。 本設(shè)計使用線性擬合軟件 CurveExpert 來擬合 A/D值與實際重量之間的函數(shù) 關(guān)系 。 主控芯片內(nèi)部的 單周期乘法和硬件除法 為重量的快速計算提供硬件支持。 隨著質(zhì)量的增大，稱重傳感器的線性度下降， 再配以人工補償 ，以保證精度。 在校正精度時，選用了 M1 等級的高精度不銹鋼砝碼以確保電子秤的精度。 6 第 3章 電子秤硬件電路設(shè)計 A/D 采集 的電路設(shè)計 對于電子秤的設(shè)計，核心問題是 A/D轉(zhuǎn)換。只有正確的選擇 A/D轉(zhuǎn)換芯片的類型才能才能做出高精度的電子秤。 本論文設(shè)計的 電子秤使 用 一款 24 位的 ΣΔ（ Sigma Delta） 型 A/D轉(zhuǎn)換 芯片 HX711。在電子秤的實際使用中，由于人們對重量測量速度的要求不高，所以使用這款高分辨率的慢速 A/D轉(zhuǎn)換芯片。 ΣΔ型 的 A/D芯片是 由 1位 A/D轉(zhuǎn)換器 、 數(shù)字濾波器 、 積分器 和 比較器 等組成 [8]。在 原理上近似于積分型 A/D，將輸入 電壓 量 變 換成 脈沖寬度 （ 即 時間 信號 ） 信號， 經(jīng)過數(shù)字濾波器 的 處理 之后 得到數(shù)字 量 [9]。電路的數(shù)字部分容易 做到 單片化，因此 極 易做到高分辨率。 由于 輸出的 數(shù)字量 與模擬輸入 量 之間有較長的延時，所以這類 A/D芯片 適用于 那些模擬信號近似直流或變化很慢的應(yīng)用 場合 ，如溫度測量、 流量測量和 壓力測量等。 HX711 與同類型其它 A/D 芯片相比， 其內(nèi)部 集成 其它同類型芯片所需要的外圍電路 ，如 內(nèi) 部 時鐘振蕩器 和 穩(wěn)壓電源 等 ，具有集成度高、 抗干擾性強 、 響應(yīng)速度 較 快 等優(yōu)點 ，使用該芯片設(shè)計的電子秤 既 能 降低了整機成本 又 提高了 電子秤 的可靠性 和 抗干擾性 。 該芯片與 主控 芯片的 連 接 電路 非常簡單， 只有 DATA和 SCLK兩 條 線連接 與主控芯片連接 ， 兩個 控制信號由管腳驅(qū)動， 且 無需對芯片內(nèi)部的寄存器編程。 在 輸入 指定的脈沖數(shù) 可任意選取通道 A或通道 B以及增益 ， 通道 A的可編程增益為 128 和 64，對應(yīng)滿額度 的 差分輸入信號幅值分別為 177。40mV和 177。20mV， 通道 B則為固定 為 64 增益。芯片內(nèi)部 的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器 供電 ，系統(tǒng)板上無需另外 提供 電源 ，可以保證傳感器的準確度 。 HX711 的 工作溫度范圍 為 20~ +85℃ ， 工作電壓范圍 為 ~， 可 同步抑制 50Hz和 60Hz的 電源干擾 ， 典型工作電流： （ 含穩(wěn)壓電源電路 ） ，斷電電流：1181。A，可見該芯片是功耗極低的，適合運用于充電的便攜式設(shè)備中， 較大的工作溫度范圍和寬電壓決定了該芯片能應(yīng)用在較惡劣的場合。 HX711 的硬件電路如 圖 31。 7 VSUP1BASE2AVDD3VFB4AGND5VBG6INNA7INPA8INNB9INPB10PD_SCK11DOUT12XO13XI14RATE15DVDD16HX711HX711DVDDDVDDDGNDQ285501234P2123R11AGNDR12100R13100E+ESS+AGNDAGNDAGNDDGND1234P3Header 4HX_DOUTHX_DOUTHX_SCKHX_SCKC2110uFC231uFC2010uFL1FBAGND DGNDR1405V 圖 31 HX711 的硬件電路 圖中 E+和 E分別連接 5V和地線，為芯片供電， S+和 S連接稱重傳感器的輸出端 。本設(shè)計使用 HX711內(nèi)部時鐘振蕩器 （ 引腳 XI接地 ） ， 10Hz的輸出數(shù)據(jù)速率 （ 引腳 RATE接地 ） 。芯片供電電壓取用 5V， 片內(nèi)穩(wěn)壓電源電路通過片外 三級 管 8550 和 滑動變阻器R11 向傳感器提供穩(wěn)定的低噪聲模擬電源 （ 圖中 E+和 E） 。 在程序設(shè)計中選用 通道 A，所以 INNA和 INPA與傳感器相連，通道 B接地。 單片機外擴電路設(shè)計 STM32F103RBT6的最小系統(tǒng)硬件設(shè)計 本設(shè)計采用 STM32F103RBT6 作為主控芯片。該芯片使用 CortexM3 架構(gòu)，支持Thumb2 指令集，最高 支持 72MHz 工作頻率，在存儲器的 0 等待周期訪問時可達，而且具備單周期 乘法和硬件除法。在存儲器方面，該片有 128K 字節(jié)的閃存程序存儲器和高達 20K字節(jié)的 SRAM。片內(nèi)的帶校準功能的 32kHz RTC振蕩器和后備供電 VBAT，可為實時時鐘提供精確的定時和掉電不掉時提供支持 [1][2]。 ~的供電電壓和睡眠、停機和待機模式可為電子秤的低功耗提供硬件支持。該芯片還擁有多達 51 個快速 I/O端口，并且所有 I/O口可以映像到 16 個外部中斷，幾乎所有端口均可容忍 5V信號，即兼容 5V數(shù)字電平 [1][2]。 STM32F103RBT6的引腳圖如 圖 32。 8 VBAT1PC13TAMPERRTC2PC14OSC32_IN3PC15OSC32_OUT4PD0/OSC_IN5PD1/OSC_OUT6NRST7PC0/ADC123_IN108PC1/ADC123_IN119PC2/ADC123_IN1210PC3/ADC123_IN1311VSSA12VDDA13PA0WKUP/WKUP/USART2_CTS/ADC123_IN0/TIM2_CH1_ETR/TIM5_CH1/TIM8_ETR14PA1/USART2_RTS/ADC123_IN1/TIM5_CH2/TIM2_CH215PA2/USART2_TX/TIM5_CH3/ADC123_IN2/TIM2_CH316PA3/USART2_RX/TIM5_CH4/ADC123_IN3/TIM2_CH417VSS_418VDD_419PA4/SPI1_NSS/DAC_OUT1/USART2_CK/ADC12_IN420PA5/SPI1_SCK/DAC_OUT2/ADC12_IN521PA6/SPI1_MISO/TIM8_BKIN/ADC12_IN6/TIM3_CH122PA7/SPI1_MOSI/TIM8_CH1N/ADC12)IN7/TIM3_CH223PC4/ADC12_IN1424PC5/ADC12_IN1525PB0/ADC12_IN8/TIM3_CH3/TIM8_CH2N26PB1/ADC12_IN9/TIM3_CH4/TIM8_CH3N27PB2/BOOT128PB10/I2C2_SCL/USART3_TX29PB11/I2C2_SDA/USART3_RX30VSS_131VDD_132PB12/SPI_NSS/I2C2_SMBAI/TM1_BKIN33PB13/SPI2_SCK/I2S2_CK/USART3_CTS/TIM1_CH1N34PB14/SPI2_MISO/TIM1_CH2N/USART3_RTS35PB15/SPI2_MOSI/I2S2_SD/TIM1_CH3N36PC6/I2S2_MCK/TIM8_CH1/SDIO_D637PC7/I2S3_MCK/TIM8_CH2/SDIO_D738PC8/TIM8_CH3/SDIO_D039PC9/TIM8_CH4/SDIO_D140PA8/USART1_CK/TIM1_CH1/MCO41PA9/USART1_TX/TIM1_CH242PA10/USART1_RX/TIM1_CH343PA11/USART1_CTS/CANRX/TIM1_CH4/USBDM44PA12/USART1_RTS/USBDP/CANTX/TIM1_ETR45PA13/JTMS/SWDIO46VSS_247VDD_248PA14/JTCK/SWCLK49PA15/JTDI/SPI3_NSS/I2S3_WS50PC10/UART4_TX/SDIO_D251PC11/UART4_RX/SDIO_D352PC12/UART5_TX/SDIO_CK53PD2/TIM3_ETR/UART5_RX/SDIO_CMD54PB3/JTDO/TRACESWD/SPI3_SCK/I2S3_CK55PB4/JNTRST/SPI3_MISO56PB5/I2C1_SMBAI/SPI3_MOSI/I2S3_SD57PB6/I2C1_SCL/TIM4_CH158PB7/I2C1_SDA/FSMC_NADV/TIM4_CH259BOOT060PB8/TIM4_CH3/SDIO_D461PB9/TIM4_CH4/SDIO_D562VSS_363VDD_364U1STM32GNDGNDGNDGNDGNDPC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7PC8PC9PC10PC11PC12PC13PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PA8PA9PA10PA11PA12PA13PA14PA15PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PB8PB9PB10PB11PB12PB13PB14PB15PD2OSC32_INOSC32_OUTOSC_INOSC_OUTRESETBOOT0C11104C10 104VBATC9 104JTDOJTRSTJTDIJTCKJTMSC2104C710uFLCD_D0LCD_D1LCD_D2LCD_D3LCD_D4LCD_D5LCD_D6LCD_D7LCD_D8LCD_D9LCD_D10LCD_D11LCD_D12LCD_D13LCD_D14LCD_D15LCD_CSLCD_WRT_MISOT_MOSILCD_RSLCD_RDBL_CTRT_CST_CLKT_PENHX_DOUTHX_SCKGNDR1100kC8104*測控 101 張城照 圖 32 STM32F103RBT6 引腳圖 主控芯片外接 8MHz 和 的石英晶振，最高工作頻率達 72MHz，其中， RTC的輸入頻率，為實時時鐘提供精確的頻率 [14]。外接晶振的硬件電路如圖 33。 1 2Y18MHzC610pC510pR41M1 2Y210pC410pGNDOSC32_INOSC32_OUTOSC_INOSC_OUT 圖 33 外接晶振電路圖 圖 33 為主控芯片的復(fù)位電路和后備電源電路。當系統(tǒng)上電時，電容 C1 充電，此時 RESET為 0電位 ，芯片復(fù)位， C1 充滿電后，電路相當于斷路， RESET為高電平，進入工作狀態(tài)。當按鍵 KP1按下時， RESET接地，使 RESET為 0電位，產(chǎn)生復(fù)位， 一般低電平持續(xù) 20us 之后，可實現(xiàn)有效復(fù)位 [15]。后備電池 BAT1通過二極管 D2 連接到主控芯片的 VBAT腳，實現(xiàn)系統(tǒng)“掉電不掉時”的功能，如圖 34。 9 B1BAT1D2D1GNDKP1RESETR310KVBATC1104 圖 34 復(fù)位電路和后備電源電路 TFT液晶屏 的硬件電路設(shè)計 TFTLCD（ Thin Film TransistorLiquid Crystal Display） 即薄膜晶體管液晶顯示器。TFTLCD與無源 TNLCD、 STNLCD的簡單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個象素上都設(shè)置有一個薄膜晶體管 （ TFT） ，可有效地克服非選通時的串擾，使顯示液晶屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無關(guān)，因此大大提高了圖像質(zhì)量。 實物如圖 35。 圖 35 TFT 觸控液晶模塊 本設(shè)計使用的 TFTLCD 液晶屏使用的控制芯片為 ILI9320，屏幕尺寸為 寸，320*250 像素， 26 萬真彩，通過 16 位并行方式連接主控芯片。該液晶刷頻速度快，顯示效果能滿足實際需求。該液晶模塊中還整合了觸控芯片 XPT2046，通過 SPI 通訊和主控芯片連接，以實現(xiàn)快速觸摸識別 [10]。該