发布时间 : 星期二 文章基于STM32电子秤系统的设计与实现更新完毕开始阅读b7c7c5f227fff705cc1755270722192e44365859
第3章 电子秤硬件电路设计
3.1 A/D采集的电路设计
对于电子秤的设计，核心问题是A/D转换。只有正确的选择A/D转换芯片的类型才能才能做出高精度的电子秤。
本论文设计的电子秤使用一款24位的Σ-Δ（Sigma-Delta）型A/D转换芯片HX711。在电子秤的实际使用中，由于人们对重量测量速度的要求不高，所以使用这款高分辨率的慢速A/D转换芯片。
Σ-Δ型的A/D芯片是由1位A/D转换器、数字滤波器、积分器和比较器等组成[8]。在原理上近似于积分型A/D，将输入电压量变换成脉冲宽度（即时间信号）信号，经过数字滤波器的处理之后得到数字量[9]。电路的数字部分容易做到单片化，因此极易做到高分辨率。由于输出的数字量与模拟输入量之间有较长的延时，所以这类A/D芯片适用于那些模拟信号近似直流或变化很慢的应用场合，如温度测量、流量测量和压力测量等。
HX711与同类型其它A/D芯片相比，其内部集成其它同类型芯片所需要的外围电路，如内部时钟振荡器和稳压电源等，具有集成度高、抗干扰性强、响应速度较快等优点，使用该芯片设计的电子秤既能降低了整机成本又提高了电子秤的可靠性和抗干扰性。
该芯片与主控芯片的连接电路非常简单，只有DATA和SCLK两条线连接与主控芯片连接，两个控制信号由管脚驱动，且无需对芯片内部的寄存器编程。在输入指定的脉冲数可任意选取通道A或通道B以及增益，通道A的可编程增益为128和64，对应满额度的差分输入信号幅值分别为±40mV和±20mV，通道B则为固定为64增益。芯片内部的稳压电源可以直接向外部传感器供电，系统板上无需另外提供电源，可以保证传感器的准确度。HX711的工作温度范围为-20~ +85℃，工作电压范围为2.6~5.5V，可同步抑制50Hz和60Hz的电源干扰，典型工作电流：<1.7mA（含稳压电源电路），断电电流：<1μA，可见该芯片是功耗极低的，适合运用于充电的便携式设备中，较大的工作温度范围和宽电压决定了该芯片能应用在较恶劣的场合。 HX711的硬件电路如图3-1。
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图3-1 HX711的硬件电路
图中E+和E-分别连接5V和地线，为芯片供电，S+和S-连接称重传感器的输出端。本设计使用HX711内部时钟振荡器（引脚XI接地），10Hz的输出数据速率（引脚RATE接地）。芯片供电电压取用5V，片内稳压电源电路通过片外三级管8550和滑动变阻器R11向传感器提供稳定的低噪声模拟电源（图中E+和E-）。在程序设计中选用通道A，所以INNA和INPA与传感器相连，通道B接地。
3.2 单片机外扩电路设计
3.2.1 STM32F103RBT6的最小系统硬件设计
本设计采用STM32F103RBT6作为主控芯片。该芯片使用Cortex-M3架构，支持Thumb-2指令集，最高支持72MHz工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHz，而且具备单周期乘法和硬件除法。在存储器方面，该片有128K字节的闪存程序存储器和高达20K字节的SRAM。片内的带校准功能的32kHz RTC振荡器和后备供电VBAT，可为实时时钟提供精确的定时和掉电不掉时提供支持
[1][2]
。2.0~3.6V的供电电压和睡眠、停机和待机模式可为电子秤的低功耗提供硬
件支持。该芯片还拥有多达51个快速I/O端口，并且所有I/O口可以映像到16个外部中断，几乎所有端口均可容忍5V信号，即兼容5V数字电平[1][2]。STM32F103RBT6的引脚图如图3-2。
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3-4。
接晶振的硬件电路如图3-3。
图3-2 STM32F103RBT6引脚图
图3-3 外接晶振电路图
二极管D2连接到主控芯片的VBAT脚，实现系统“掉电不掉时”的功能，如图
产生复位，一般低电平持续20us之后，可实现有效复位[15]。后备电池BAT1通过
电，此时RESET为0电位，芯片复位，C1充满电后，电路相当于断路，RESET
中，32.768kHz的晶振作为RTC的输入频率，为实时时钟提供精确的频率[14]。外
图3-3为主控芯片的复位电路和后备电源电路。当系统上电时，电容C1充
主控芯片外接8MHz和32.768kHz的石英晶振，最高工作频率达72MHz，其
为高电平，进入工作状态。当按键KP1按下时，RESET接地，使RESET为0电位，
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图3-4 复位电路和后备电源电路
3.2.2 TFT液晶屏的硬件电路设计
TFT-LCD（Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display）即薄膜晶体管液晶显示器。TFT-LCD与无源TN-LCD、STN-LCD的简单矩阵不同，它在液晶显示屏的每一个象素上都设置有一个薄膜晶体管（TFT），可有效地克服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。实物如图3-5。
图3-5 TFT触控液晶模块
本设计使用的TFT-LCD液晶屏使用的控制芯片为ILI9320，屏幕尺寸为2.8寸，320*250像素，26万真彩，通过16位并行方式连接主控芯片。该液晶刷频速度快，显示效果能满足实际需求。该液晶模块中还整合了触控芯片XPT2046，通过SPI通讯和主控芯片连接，以实现快速触摸识别的硬件连接图3-6。
[10]
。该液晶模块和主控芯片
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