AVIA HX711 称重AD采集芯片介绍

HX711 是一款由海芯科技（AVIA）设计的高精度、低噪声模拟到数字转换器（ADC），广泛应用于各类称重系统和力传感器的数字信号处理。HX711 集成了高精度的16位ADC，专门针对压力传感器（如称重传感器）进行优化。它的应用涵盖了从家庭电子秤到工业级的自动化设备等各类称重测量领域，得到了大量电子产品设计者的青睐。

本文将详细介绍 HX711 芯片的基本参数、工作原理、特点、应用以及如何在实际项目中进行使用。

1. HX711芯片基本概述

HX711 是一款低功耗、高精度的16位A/D转换器，专为负载传感器（如称重传感器）设计。它具有两路差分输入通道，可以连接一个或多个桥式传感器，能够将传感器输出的模拟信号转化为数字信号，从而方便后续的微控制器处理。

HX711 内部集成了一个低噪声、低漂移的仪表放大器，可以直接放大来自传感器的微弱信号。由于其精度高、响应速度快，它通常用于需要高精度模拟量转数字量的场合，如电子秤、自动化设备、医疗器械等领域。

2. HX711芯片的主要特点

HX711 芯片的主要特点包括：

1. 高精度和高分辨率：HX711 提供16位的分辨率，并且具有高达80dB的信号与噪声比（SNR），这使得它非常适合精密的重量或力的测量。

2. 低功耗：HX711 的功耗非常低，适用于低功耗的便携设备，如电池供电的电子秤。

3. 内置增益调节：HX711 提供两个增益选项（32和128倍），能够根据需要调整放大倍数，适应不同类型的传感器。

4. 差分输入：HX711 具有两个差分输入通道，允许同时处理来自两个传感器的信号，这对于多通道的应用非常重要。

5. 低漂移和低噪声：由于内置了高精度的仪表放大器，HX711 能够提供稳定的输出，具有较低的温度漂移和噪声，确保称重过程中的数据精度。

6. 简单的接口：HX711 通过两条引脚（SCK和DT）与微控制器进行通信，简化了硬件设计。

7. 适应性强：HX711 的输入电压范围广，可以从2.6V到5.5V不等，适应多种工作环境。

3. HX711芯片的工作原理

HX711 的工作原理可以分为信号输入、放大、采样、转换四个主要阶段：

1. 信号输入： HX711 通过两个差分输入引脚（称为输入通道A和B）接收来自称重传感器的模拟信号。由于称重传感器输出的信号非常微弱，HX711 内置的仪表放大器会对其进行放大处理。

2. 放大过程： HX711 内部集成了一个精密的仪表放大器，能够将微弱的输入信号放大，提供更强的信号供后续的模数转换。放大器提供两个增益选项：32倍和128倍，根据不同的应用需求进行选择。

3. 采样和转换： 在放大后的模拟信号基础上，HX711 会通过内部的16位ADC对其进行采样并转换为数字信号。该过程通过调制解调器（Sigma-Delta ADC）实现，能够有效地去除噪声并提高精度。

4. 输出数字信号： 最后，转换后的数字信号通过 HX711 的数据引脚（DT）输出，供微控制器或其他处理单元进行进一步的分析和计算。

4. HX711芯片的应用

HX711 主要应用于需要高精度模拟信号转换的场合，特别是与负载传感器相关的应用。以下是几种常见的应用场景：

4.1 电子秤

电子秤是 HX711 最常见的应用之一。HX711 能够与压电传感器（如称重传感器）连接，精确地将压力信号转换为数字信号，供电子秤系统进行重量测量。HX711 的高精度、低噪声性能使得它在精密测量方面表现出色。

4.2 力传感器

HX711 也广泛应用于力传感器的测量。它能够将微弱的力信号转换为数字信号，适用于机器人、自动化生产线等领域。由于 HX711 的高精度和可调增益，它能够适应不同强度的信号输入。

4.3 工业自动化

在工业自动化中，HX711 可用于各种设备的称重和力检测系统，例如料仓称重、压力监测、物料计量等。它能够精确检测物体的质量或力量，并通过数字输出与其他设备进行集成，确保自动化系统的精确操作。

4.4 医疗设备

HX711 在医疗设备中也有一定的应用，尤其是在一些要求高精度测量的仪器中，如医疗称重设备、压力传感器等。HX711 的高稳定性和低噪声特性，使其在医疗设备中表现出色，能够提供准确可靠的数据支持。

4.5 力学实验

在一些物理实验或力学测试中，HX711 可以作为信号采集系统的一部分，将实验中得到的模拟信号转换为数字数据，供进一步分析和处理。其高精度的ADC特性能够确保实验结果的准确性。

5. 如何使用HX711芯片

使用 HX711 芯片的过程相对简单，但需要一定的硬件和编程知识。通常，HX711 会与微控制器（如 Arduino、STM32 等）配合使用。以下是一个基本的使用步骤：

5.1 硬件连接

首先，将 HX711 的引脚连接到微控制器的相应端口。HX711 的主要引脚包括：

• VCC：电源输入端，通常接5V。

• GND：接地端。

• DT：数据输出端，连接到微控制器的输入引脚。

• SCK：时钟输入端，连接到微控制器的输出引脚。

• VREF：参考电压输入端，通常接地或通过外部参考电压设置。

然后，连接称重传感器的输出端口到 HX711 的输入端。HX711 有两个输入通道（A和B），可以连接两个传感器，但通常只有一个通道连接到称重传感器。

5.2 编写程序

使用 HX711 时，微控制器需要通过控制 SCK 引脚来向 HX711 发送时钟信号，同时通过 DT 引脚读取数据。程序中需要设置合适的时钟频率和数据读取频率，并进行相应的数据处理。以下是一个简单的 Arduino 示例代码：

#include "HX711.h"

HX711 scale; // 创建HX711对象

void setup() {
  Serial.begin(9600);  // 初始化串口通信
  scale.begin(2, 3);  // 将SCK和DT引脚连接到2和3号引脚
}

void loop() {
  if (scale.is_ready()) {
    long weight = scale.get_units();  // 获取称重数据
    Serial.println(weight);  // 输出数据
  } else {
    Serial.println("HX711 not found.");
  }
  delay(1000);  // 每秒读取一次数据
}

该代码通过 Arduino 控制 HX711，将称重数据输出到串口监视器，便于调试和显示。

5.3 校准

为了确保测量结果的准确性，HX711 需要进行校准。通常，通过已知质量的标准物体进行称重，将输出的数字信号与实际重量进行比对，并计算出一个校准因子。此后，使用该因子对后续测量数据进行转换，从而得到准确的重量值。

6. 总结

HX711 是一款高精度、低功耗、功能强大的模拟到数字转换器，专为称重传感器设计。它能够提供稳定、精确的数字输出，适用于各种精密测量应用，如电子秤、工业自动化、医疗设备等。