HX711称重传感器在天空星HC32F4A0PITB开发板上的移植与10Kg量程实现

HX711称重传感器在天空星HC32F4A0PITB开发板上的移植与10Kg量程实现最近在做一个需要精确称重的小项目用到了HX711这款24位高精度ADC芯片。正好手头有立创的天空星开发板主控是华大的HC32F4A0PITB就把驱动移植了过来实现了一个量程10Kg以内的电子秤。整个过程踩了一些坑也总结了一些经验今天就跟大家详细分享一下从零开始的移植过程手把手教你让HX711在天空星开发板上跑起来。这篇教程适合正在使用或打算使用天空星开发板进行项目开发的嵌入式爱好者。你将学到如何连接硬件、编写和移植驱动代码、进行传感器校准最终得到一个能稳定输出重量数据的完整应用。咱们废话不多说直接开始。1. 认识HX711模块你的高精度“电子秤芯片”在动手写代码之前咱们先搞清楚要驱动的对象是什么。HX711可不是一个简单的传感器它是一颗专为电子秤设计的24位模数转换器ADC芯片。它为什么适合做电子秤普通的单片机ADC精度可能只有10位或12位。对于称重这种需要分辨微小变化的场景精度远远不够。HX711直接把精度提升到了24位这意味着它能把传感器输出的微小电压变化转换成非常精细的数字值从而实现高精度测量。模块核心特性高精度ADC24位分辨率没有丢码。集成放大器内部自带128倍增益的可编程放大器能直接放大称重传感器通常是应变片电桥输出的微弱信号省了外部放大电路。两路差分输入可以连接桥式传感器。简单接口只需要两个GPIO引脚SCK和DT进行通信是简单的同步串行接口。低功耗工作电流仅100-1500微安。模块引脚通常4个VCC供电2.6V-5.5V都可以咱们开发板用3.3V就行。GND接地。DT数据输出引脚模块通过这个引脚把转换好的数据一位一位发给单片机。SCK时钟输入引脚单片机通过这个引脚给模块提供时钟信号控制数据读取的节奏。提示你可以通过文章开头资料下载链接里的淘宝链接购买模块相关的数据手册等资料也在网盘里密码j2sh建议先下载备查。2. 硬件连接与工程准备2.1 连接开发板与HX711模块硬件连接非常简单只需要四根线。我习惯用天空星开发板的PB8和PB9这两个引脚因为它们位置方便且默认功能就是普通IO。按照下表连接天空星开发板引脚HX711模块引脚说明3.3VVCC电源正极GNDGND电源地PB8SCK时钟信号PB9DT数据信号连接好后记得将你的称重传感器通常是带应变片的秤台连接到HX711模块的A、A-、E、E-等输入端具体接法参考你的传感器说明书。2.2 在工程中创建驱动文件在你的天空星开发板工程中像添加其他外设驱动一样为HX711创建两个文件bsp_hx711.c和bsp_hx711.h。你可以把它们放在/bsp或/drivers文件夹下。然后在你的工程管理界面比如Keil的Project窗口中把这两个文件添加到工程里并把头文件路径包含进去。这一步和添加其他外设驱动比如原文提到的DHT11完全一样。3. 驱动代码编写与解析接下来是核心部分咱们一步步分析驱动代码怎么写。我会把代码拆开讲清楚每一部分是干什么的。3.1 头文件 (bsp_hx711.h) 的配置头文件主要完成引脚宏定义和函数声明这样主程序调用起来就清晰了。#ifndef _BSP_HX711_H_ #define _BSP_HX711_H_ #include hc32_ll.h // 包含HC32的底层库 // 端口定义我们使用GPIOB端口 PB8作为SCK PB9作为DT #define PORT_HX711 GPIO_PORT_B #define GPIO_SCK GPIO_PIN_08 #define GPIO_DT GPIO_PIN_09 // 宏定义用于快速切换DT引脚的模式和操作电平 // 将DT引脚设置为输入模式准备读取数据 #define DT_IN() { stc_gpio_init_t stcGpioInit; \ GPIO_StructInit(stcGpioInit); \ stcGpioInit.u16PinState PIN_STAT_SET; \ stcGpioInit.u16PinDir PIN_DIR_IN; \ stcGpioInit.u16PullUp PIN_PU_ON; \ GPIO_Init(PORT_HX711, GPIO_DT, stcGpioInit); \ } // 将DT引脚设置为开漏输出模式用于启动一次转换 #define DT_OUT() { stc_gpio_init_t stcGpioInit; \ GPIO_StructInit(stcGpioInit); \ stcGpioInit.u16PinState PIN_STAT_SET; \ stcGpioInit.u16PinOutputType PIN_OUT_TYPE_NMOS; \ stcGpioInit.u16PinDir PIN_DIR_OUT; \ stcGpioInit.u16PullUp PIN_PU_ON; \ GPIO_Init(PORT_HX711, GPIO_DT, stcGpioInit); \ } // 读取DT引脚的电平 #define DT_GET() GPIO_ReadInputPins(PORT_HX711, GPIO_DT) // 控制DT和SCK引脚输出高或低电平 #define DT(x) ( x ? GPIO_SetPins(PORT_HX711,GPIO_DT) : GPIO_ResetPins(PORT_HX711,GPIO_DT) ) #define SCK(x) ( x ? GPIO_SetPins(PORT_HX711,GPIO_SCK): GPIO_ResetPins(PORT_HX711,GPIO_SCK) ) // 函数声明 void HX711_GPIO_Init(void); float Get_Weight(void); void Get_Maopi(void); #endif关键点说明引脚选择GPIO_PIN_08和GPIO_PIN_09对应PB8和PB9。如果你要换其他引脚改这里的宏定义就行。模式切换HX711的DT引脚比较特殊在启动转换时需要单片机将其拉低输出模式在读取数据时又需要读取它的电平输入模式。所以我们需要DT_IN()和DT_OUT()这两个宏来动态切换。开漏输出注意DT_OUT()宏里设置了PIN_OUT_TYPE_NMOS开漏输出。这是因为HX711模块的DT引脚本身有上拉电阻开漏输出可以避免总线竞争。3.2 初始化函数 (HX711_GPIO_Init)这个函数在程序开始时调用一次用于初始化连接HX711的两个GPIO引脚。void HX711_GPIO_Init(void) { stc_gpio_init_t stcGpioInit; // 定义GPIO初始化结构体 // 关闭寄存器写保护这样才能配置GPIO LL_PERIPH_WE(LL_PERIPH_ALL); // 初始化结构体参数 (void)GPIO_StructInit(stcGpioInit); stcGpioInit.u16PinState PIN_STAT_SET; // 引脚默认状态设为高 stcGpioInit.u16PinOutputType PIN_OUT_TYPE_NMOS; // 开漏输出 stcGpioInit.u16PinDir PIN_DIR_OUT; // 方向设为输出 stcGpioInit.u16PullUp PIN_PU_ON; // 使能内部上拉 // 初始化SCK和DT引脚初始化为输出高电平 (void)GPIO_Init(PORT_HX711, GPIO_SCK|GPIO_DT, stcGpioInit); GPIO_SetPins(PORT_HX711,GPIO_SCK|GPIO_DT); // 确保初始为高电平 }注意LL_PERIPH_WE(LL_PERIPH_ALL);这一行是HC32芯片特有的目的是解锁外设寄存器的写保护否则接下来的GPIO配置可能不生效。这是移植到HC32平台时的一个关键点。3.3 核心数据读取函数 (HX711_Read)这是驱动中最关键的函数负责按照HX711的时序把24位ADC数据读回来。unsigned int HX711_Read(void) //增益128 { unsigned long count 0; unsigned char i; // 1. 启动一次新的转换将DT拉低至少60us DT_OUT(); // 设置DT为输出模式 delay_us(5); DT(0); // 输出低电平 delay_us(3); SCK(0); // 确保SCK为低 count 0; // 2. 等待HX711准备好数据DT变为高电平 DT_IN(); // 设置DT为输入模式准备读取 delay_us(5); while(DT_GET()); // 等待DT变低。当DT为低时表示数据已准备好 // 3. 读取24位数据 for(i0; i24; i) { SCK(1); // 产生一个时钟上升沿 count count 1; // 数据左移为下一位腾出空间 delay_us(3); // 短暂延时等待数据稳定 SCK(0); // 时钟拉低 if(DT_GET()) // 在时钟为低时读取DT引脚的值 count; // 如果为高则该数据位为1 delay_us(3); } // 4. 发送第25个脉冲选择通道和增益此处为通道A增益128 SCK(1); count count ^ 0x800000; // 对第24位进行补码操作HX711输出的是补码 delay_us(3); SCK(0); return (count); }时序要点解析启动转换单片机将DT引脚拉低告诉HX711“我要开始一次转换了”。拉低时间要超过60us。等待就绪HX711开始进行AD转换此时DT引脚被模块内部拉高。转换完成后HX711会将DT拉低。所以while(DT_GET());这行代码就是在等待DT变低一旦跳出循环说明数据准备好了。读取数据在24个时钟周期内在每个时钟的下降沿之后DT引脚上会出现下一位数据。所以我们先拉高SCK再拉低然后在SCK为低时去读DT的值。增益选择第25个时钟脉冲用于选择下一次转换的通道和增益。这里发一个脉冲就选择了通道A增益128这是最常用的称重传感器配置。3.4 去皮与称重函数光有原始ADC值还不够我们需要把它转换成有意义的重量值。// 全局变量和校准参数 unsigned int HX711_Buffer; unsigned int Weight_Maopi; // 存放“毛皮”重量空载时的ADC值 int Weight_Shiwu; unsigned char Flag_Error 0; // 关键校准参数每个传感器都不一样需要实测调整。 // 如果测出来的重量比实际大就增大这个数如果偏小就减小这个数。 #define GapValue 207.00 // 获取皮重空载ADC值 void Get_Maopi(void) { Weight_Maopi 0; // 采样5次取平均值使结果更稳定 for(int i 0; i 5; i) { Weight_Maopi HX711_Read(); delay_ms(100); } Weight_Maopi Weight_Maopi / 5; } // 获取实物重量单位克 float Get_Weight(void) { float Weight 0; HX711_Buffer HX711_Read(); if(HX711_Buffer Weight_Maopi) { Weight_Shiwu HX711_Buffer - Weight_Maopi; // 减去皮重得到净重的ADC值 Weight (float)Weight_Shiwu / (float)GapValue; // 除以比例系数得到克重 } return Weight; }这里有两个关键概念去皮 (Get_Maopi)电子秤开机或清零时秤盘、传感器本身是有重量的这个重量对应的ADC值就是“皮重”。Get_Maopi()函数就是在空载时测量这个值后续称重时减去它就得到物品的净重。重要调用Get_Maopi()时秤上必须空无一物校准系数 (GapValue)这是整个称重是否准确的核心。GapValue表示每克重量对应多少ADC值。这个值每个传感器都不一样原文给的207.00只是一个示例。你需要用一个已知重量的标准砝码比如200g来校准它。校准方法空载调用Get_Maopi()。放上已知重量为W_known克的标准砝码。读取此时的Weight_Shiwu净重ADC值。计算新的GapValueWeight_Shiwu/W_known。用计算出的新值替换代码中的#define GapValue 207.00。4. 主程序与调试验证最后我们在主函数里把一切串联起来。#include board.h #include bsp_uart.h #include stdio.h #include bsp_hx711.h int32_t main(void) { board_init(); // 开发板初始化时钟、系统等 uart1_init(115200U); // 初始化串口1用于打印数据到电脑 HX711_GPIO_Init(); // 初始化HX711的GPIO Get_Maopi(); // 第一次去皮 delay_ms(500); Get_Maopi(); // 第二次去皮更稳定 printf(HX711 Weight Scale Start!\r\n); while(1) { // 每隔500ms读取并打印一次重量 float current_weight Get_Weight(); printf(Weight %.2f g\r\n, current_weight); delay_ms(500); } }编译、下载、观察现象将代码编译后下载到天空星开发板。打开串口助手如Putty、SecureCRT设置波特率115200。给系统上电串口会打印“HX711 Weight Scale Start!”。此时如果传感器空载打印的重量应该在0克附近小幅波动。放上一个200g的砝码观察打印值。如果显示是200g左右恭喜你移植成功如果偏差很大就需要按照上面说的方法重新校准GapValue参数。调试常见问题读数全是0或最大值检查硬件连接特别是SCK和DT是否接反电源是否正常。用逻辑分析仪或示波器抓一下SCK和DT的时序看是否符合HX711的数据手册。读数跳动很大HX711对电源噪声比较敏感。确保电源稳定可以在模块的VCC和GND之间加一个10uF和0.1uF的电容。另外尝试在Get_Weight()函数里对原始ADC值做软件滤波比如连续采样多次取平均。重量值不准这几乎肯定是GapValue没校准对。严格按照校准步骤用一个准确的砝码重新计算。去皮后还有底数确保调用Get_Maopi()时秤盘是干净的没有异物。也可以尝试在初始化后多等待几秒让传感器和电路稳定下来再去皮。移植成功后你就可以在这个基础上扩展功能了比如添加按键清零、重量单位切换、超重报警、通过屏幕显示等等。希望这篇详细的移植笔记能帮你顺利搞定HX711。如果在实际操作中遇到其他问题欢迎在立创论坛交流讨论。