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输入通道和增益说明如表3-3所示。
表3-2 主要电气参数
参数
满额度差分输入范围 输入共模电压范围
输出数据速率
使用片内振荡器，RATE=0
条件及说明
V（inp）-V(inn)
最小值典型值最大值 ±0.5(AVDD/GAIN) AGND+0.6 AVDD-0.6 10
单位 V V
Hz
使用片内振荡器，RATE=DVDD 80
fclk/1,105,920 外部时钟或晶振，RATE=0
外部时钟或晶振，RATE=DVDD fclk/138，240
800000 7FFFFF(HEX) 二进制补码 RATE=0
RATE=DVDD 增益=128 增益=64
增益=128，RATE=0 增益=128，RATE= DVDD 输入零点漂移（增益=128） 增益漂移（增益=128） 增益=128，RATE=0 增益=128，RATE=0
DVDD
AVDD,VSUP 正常工作 断电 正常工作 断电
400 50 0.2 0.8 50 90 ±7 ±3 100 100 1.25 1 11.0592 30 2.6 5.5 2.6 5.5 1600 0.3 100 0.2
表3-3 输入通道和增益选择 PD-SCK 25 26 27
脉冲数输入通道
A B A
增益 128 64 64
输出数据编码 输出稳定时间（1） 输入零点漂移 输入噪声 温度系数
输入共模信号抑制比 电源干扰抑制比 外部时钟或晶振频率 电源电压 模拟电源电路 （含稳压电路） 数字电源电路
mv nV(rms) nV/℃ ppm/℃ dB dB V MHz V uA uA
输出参考电压（VBG）
PD-SCK的输入时钟脉冲数不应少于25或多于27，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低电平，输出有效数据。如图3-4所示。
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3 系统硬件设计
图3-4 数据输出，输入通道和增益选择时序图
表3-4 四个周期选择说明
符号 T1 T2 T3 T4
说 明
DOUT下降沿到PD-SCK脉冲上升沿 PD-SCK脉冲上升沿到DOUT数据有效 PD-SCK正脉冲电平时间 PD-SCK负脉冲电平时间
最小值 0.1 0.2 0.2
最大值 0.1 50
单位 us us us us
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为低电平时，芯片处于正常工作状态。
断电控制：60us断电 正常工作
图3-5 断电控制
如果PD-SCK从低电平变高电平并保持在高电平超过60 us，HX711即进入断电状态。如果使用片内稳压电源电路，断电时，外部传感器和片内A/D转换器会被同时断电。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。
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3.3 压电传感器的设计
3.3.1 应变片式电阻传感器
应变片式电阻传感器[1]是以应变片为传感器元件的传感器。它具有以下优点：1.精度高，测量范围广；2.使用寿命长，性能稳定可靠。3.结构简单、尺寸小、重量轻，因此在测量时，对工件工作状态及应力分布影响小；4.频率响应特性好。应变片响应时间约为100ns；5.可在高低温、高速、高温、强烈振动、强磁场、核辐射和化学腐蚀等恶劣环境条件下工作；6.应变片种类繁多，价格便宜。电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械形变时，它的电阻值相应发生变化。应变片式电阻传感器应用很广。本设计采用的是梁式力传感器，该传感器结构简单、灵敏度高。适用于小压力测量。
3.3.2 应变片式电阻传感器的结构和原理
电阻应变式传感器是将被测量的力，通过它产生的金属弹性变形转换成电阻变化的原件。由电阻应变片和测量电路两部分组成。常用的电阻应变片有两种：电阻应变片和半导体应变片，本设计采用的是电阻应变片，为获得高电阻值，电阻丝排成网状，并贴在绝缘的基片上，电阻丝两端引出导线，线珊上面有覆盖层，起保护作用。
电阻应变片也有误差，产生的因素很多，所以在测量时我们一定要注意。其中的温度的影响最重要，环境温度影响电阻值变化的原因主要是：A:电阻丝温度系数引起的。B：电阻丝与被测原件对桥接零点和输出，灵敏度的影响，即使采用同一批应变也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的传感器，必须进行温度补偿，解决的办法是在被粘贴的基片上采用适当及温度系数的自动补偿，并从外部对它加以适当的补偿。非线性误差是传感器特性中最重要的一点。产生非线性误差的原因很多，一般来说主要由结构设计决定，通过线性补偿，也可以得到改善。滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。由于粘合剂为高分子材料，其特性随温度变化较大，所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。
电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械形变时，它的电阻值相应发生变化。
设有一根电阻丝，如图所示。它在未受力时的原始电阻值为
R=?l S式中 :
?——电阻丝的电阻率；
l——电阻丝的长度； S——电阻丝的面积。
电阻丝在外力的作用下，将引起电阻变化?R，且有
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3 系统硬件设计
?R?l?S?? =??RlS?令电阻丝的轴向效应为???l/l，由材料力学可知?r/r?????l/l?????，u为电阻丝材料的泊松系数，经整理可得
?R??1?2??????/? R通常把单位应变所引起的电阻相对变化称作电阻线的灵敏系数，其表达式为
??从上式可以明显看出，电阻丝灵敏系数k0由两部分组成：?1?2??表示受力后由材料的几何尺寸变化引起的；
??/?k0??R/R??1?2?????/???/??表示由材料电阻变化所引起的。对于金属材料，
项的阻值要比?1?2??小得多，可以忽略，故k0=1?2?。大量实验证明，在电?阻丝拉伸比例极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即k0=1.7～3.6。上式可写成
?R?k0?。 R3.3.3 全桥测量电路
应变式传感器常用的测量电路有单臂电桥、差动半桥和差动全桥，其中差动全桥可提高电桥的灵敏度，消除电桥的非线性误差，并可消除温度误差等共模干扰。一般在测量中都使用4片应变片组成差动全桥，本设计所采用的传感器就是全桥测量电路。其电路图如图3-6所示。桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的一个对角线接入工作电压U，另一个对角线位输出电压Uo。其特点是：当四个桥臂电阻达到相应关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出，可用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。应变电阻作为桥臂电阻接在电桥电路中。无压力时，电桥平衡，输出电压为零；有压力时，电桥的桥臂电阻值发生变化，电桥失去平衡。 全桥测量电路中，将受力性质相同的两片应变片接入电桥对边。其输出灵敏度比半桥提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到了改善。
图3-6 全桥测量电路
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3.4 LED显示电路的设计
A.LED数码管结构、工作原理及显示码
LED数码管显示器由8个发光二极管中7个长条形发光二极管按a、b、c、d、e、f、g顺序组成“8”字形，另一个点形的发光二极管dp放在右下方，用来显示小数点，如图3-7 (a)所示。数码管按内部连接方式又可分为共阳极数码管和共阴极数码管两种。在内部8个发光二极管的阳极连在一起接电源正极，就称为共阳极数码管，如图3-7 (b)所示；8个发光二极管的阴极连在一起接地，则称为共阴极数码管，如图3-7 (c)所示。从LED数码管结构可以看出，不同笔段的组合就可以构成不同的字符，例如当笔段a、b、c、d、e、f、g被点亮时，就可以显示数字8。只要控制7个发光二极管按一定的要求亮与灭，就能显示出十六进制数0~F。
(a) (b) (c)
图3-7 LED数码管电路图
数码管显示码是表述二进制数与数码管所显示字符的对应关系。例如，从图3-7 (b)共阳极数码管可以看出，由于8个发光二极管的阳极已连在一起接到电源正极，所以只要其负端a、b、c、d、e、f、g接地，发光二极管就会亮。如果将负端接电源正极，由于两端都接到电源正极，没有电位差，所以就没有电流流过，发光二极管不会亮。0和1代表电平的高低，可以组成8位二进制数，与8个发光二极管的负端a、b、c、d、e、f、g相对应，如表3-5所示。
B.LED显示电路
在单片机应用系统中，使用的显示器主要有LED(发光二极管显示器)和LCD(液晶显示器)。这两种显示器成本低廉，配置灵活，与单片机接口连接方便。数码管在电路中主要是显示单片机的输出数据、状态等，因此，作为外围典型器件，数码管显示是反映系统输出和输入的有效器件。数码管具备数字接口，可以很方便地和单片机系统连接；数码管的体积小，重量轻，并且功耗低，是一种理想的显示单片机数据输出内容的器件，在单片机系统中有着重要的作用。本设计的显示电路如图3-8所示。
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