力作用时，上表面的应变片电阻变大，下表面的应变片电阻变小，使电桥不平衡，由于相同的电阻丝其电阻的变化量相同，所以输出的电压与电阻的变化量成线性关系，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电压信号，此过程完成了将外力转换为电信号的过程，这样就测量出重量的大小。
外接的5根线分别是一根屏蔽线，两根输出线，两根供电线。当未载物时传感器内部电桥桥臂上的电阻满足这样的条件：R1*R3=R2*R4，电桥平衡，输出的电压为零；载物时铝块发生微小形变，致使贴在上面的电阻应变片也发生形变，从而导致应变片电阻发生变化，破坏电桥平衡，使电桥输出微弱电压，其输出的电压与电阻的变化量（外力变化量）成近似的线性变化，线性度小，这极大地方便了后续软件根据A/D值计算处理得到重量。
2.4 质量的计算
由于本设计所选的YZC-1B型电阻应变片式电桥结构的称重传感器具有良好的线性度，所以为后续数据处理带来了很大方便。本设计使用线性拟合软件CurveExpert 1.3来拟合A/D值与实际重量之间的函数关系。主控芯片内部的单周期乘法和硬件除法为重量的快速计算提供硬件支持。随着质量的增大，称重传感器的线性度下降，再配以人工补偿，以保证精度。在校正精度时，选用了M1等级的高精度不锈钢砝码以确保电子秤的精度。
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。
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。
外接晶振的硬件电路如图3-3。
其中，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]。
图3-2
主控芯片外接8MHz和32.768kHz的石英晶振，最高工作频率达72MHz，
图3-3
STM32F103RBT6引脚图
外接晶振电路图