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摘要：本文在分析数字万用表结构基础上，结合HX711的A/D特性，给出电压、电阻测量电路的硬件设计方案;利用STM32F103C8T6，在MDK4.73开发环境下，用C语言实现HX711数据的获取及处理，完成基于HX711的精密万用表设计。
关键词：HX711;通态电阻;固件库
万用表是一种测量电流、电压及电阻等多种电学参量的仪表。自上世纪80年代，MAXIM公司推出3位半万用表专用芯片ICL7106/7107后，指针式万用表被数字式万用表逐步取代，数字式万用表以灵敏度高、精确度高、显示清晰、过载能力强等特点被普及。
数字式万用表核心部分由A/D（模拟/数字）转换芯片、外围元件、液晶显示器构成。在测量不同电学参量时，通过外围元件将电学参量变成适合的电压传递A/D转换芯片，A/D转换芯片将电压变成数值，最后通过液晶显示器显示，A/D转换是数字式万用表的核心。
HX711是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点[1]。虽然HX711是一款专为电子秤而设计A/D芯片，利用其24位A/D，添加外围电路，结合MCU完全可以设计出智能、精密的数字万用表。
1、系统硬件设计
基于HX711的精密万用表属于实验性质的万用表，适合面向弱电方向的人员使用，只实现了直流电压、电阻两个电气参数的测量功能。
1.1 电压测量电路的硬件设计
电压测量部分有10V、1V、0.1V三个量程。HX711有两个A/D采集端口，共3种测量方式，采用通道A 128分贝方式，可以测量正、负20mv范围内的电压值。考虑到HX711的零漂等因素，最大值设定为正、负10mv。
根据欧姆定律可以方便设计出电压测量电路，电压测量电路由R1、R2、R3三个电阻串联，待测电压流过这三个电阻。
R1阻值为三个电阻总阻值的百分之一，10V以下电压流过三个电阻时，R1两端的电压就是总电压的百分之一，即10mv，所以，10V量程时，测量R1两端电压。
R1、R2阻值为三个电阻总阻值的十分之一，1V以下电压流过三个电阻时，R1、R2两端的电压就是总电压的十分之一，即10mv，1V量程时，测量R1、R2两端电压。0.1V以下量程时，直接测量R1至R3间的电压。
由于电阻的标称是不连续的，R1阻值选择1K，R2由3.9K和5.1K两个电阻组成，R3选择39K和51K两个电阻组成。
1.2 量程切换电路的硬件设计
万用表多采用多檔位的旋转开关，来实现选择测量项目和量程切换。本设计采用电子开关CD4066来实现量程自动切换，CD4066由四个双向电子开关构成，每个双向电子开关的控制端施加高电平，开关导通;施加低电平，开关呈高组态。
R1经过项目切换开关接HX711负极测量端、其他三处测量点经过电子开关合并后，再经过项目切换开关接HX711正极测量端。测量表笔接最终经过项目切换开关接到R1、R3两端。
1.3 电阻测量电路的硬件设计
电路由Rx和Rn串联接3.3V构成，Rn阻值已知，Rx为待测电阻，用HX711测量Rx两端电压，总电压3.3V减去测量值即为Rn两端电压，计算可知Rx阻值。
在测量Rx两端电压时，为简化电路和编程，仍采用通道A 128分贝方式，人为设定满量程电压为16.5mV，设定Rx量程为10、100、1k、10k欧姆四个量程，对应Rn理论取值为2k、20k、200k、2M欧姆。由2k、18k、180k、1800k四个电阻串联。量程为10欧姆时，由CD4066将3.3V加到2k电阻上;量程为100欧姆时，由CD4066将3.3V加到18k电阻上。
CD4066具体型号为tc4066bp，它在5V电压下，25度时通态电阻典型值为290欧姆。笔者测量在3.3V电压下，为292欧姆，实践阻值还应加上292。
1.4 其他电路设计
测量项目切换选择四刀三置开关，四个开关引脚，三个脚分配给某测量项目，一个引脚接地，选择不同测量项目时，同接上拉电阻的MCU某引脚连接，使其由1变0，通知MCU切换测量项目。测量电路和STM32F103C8T6共用电源3.3V。
2、软件设计
基于HX711的精密万用表，MCU采用32位的STM32F103C8T6，开发环境选择MDK4.73，固件库为V3.5.0。
DATA、CLK为HX711的数据、时钟引脚，DATA引脚选择GPIO_Mode_IN_FLOATING模式，CLK引脚选择PIO_Mode_Out_PP模式。读取HX711数据程序过程如下：
定义u32变量val、unsigned char变量i，初值为0;GPIO_SetBits设置DATA为1，GPIO_ResetBits 设置CLK为0;GPIO_ReadInputDataBit读DATA值，作为while的退出条件。以i为变量，循环24次执行：CLK置1，val左移1位，CLK置0;GPIO_ReadInputDataBit读DATA值，作if条件;为1时，val加一。CLK置1，CLK置0。数据由val返回。
读取HX711数据，依据测量项目进行处理，后数据在液晶模块上显示，最后根所选择的HX711输出速率进行延时，完成一次数据采集、处理。因采取C语言实现，可方便移植到其他MCU上。
利用HX711的24位A/D转换性能，通过电子开关CD4066进行量程切换，在STM32F103C8T6的控制下，实现自动切换量程的精密数字万用表，实现电压、电阻两个电气参数的测量，精密、量程自动切换是本设计的优点，可以在此基础上轻松实现其他电气参数的测量。
参考文献：
[1]HX711 datasheet [Z]. http：//www.aviaic.com，2018年.P1.
作者简介：刘景文（1968-）男，天津市人，天津滨海职业学院电子信息工程技术教研室主任，副教授，硕士。研究领域：嵌入式应用、计算机视觉。
关键词：HX711;通态电阻;固件库
万用表是一种测量电流、电压及电阻等多种电学参量的仪表。自上世纪80年代，MAXIM公司推出3位半万用表专用芯片ICL7106/7107后，指针式万用表被数字式万用表逐步取代，数字式万用表以灵敏度高、精确度高、显示清晰、过载能力强等特点被普及。
数字式万用表核心部分由A/D（模拟/数字）转换芯片、外围元件、液晶显示器构成。在测量不同电学参量时，通过外围元件将电学参量变成适合的电压传递A/D转换芯片，A/D转换芯片将电压变成数值，最后通过液晶显示器显示，A/D转换是数字式万用表的核心。
HX711是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点[1]。虽然HX711是一款专为电子秤而设计A/D芯片，利用其24位A/D，添加外围电路，结合MCU完全可以设计出智能、精密的数字万用表。
1、系统硬件设计
基于HX711的精密万用表属于实验性质的万用表，适合面向弱电方向的人员使用，只实现了直流电压、电阻两个电气参数的测量功能。
1.1 电压测量电路的硬件设计
电压测量部分有10V、1V、0.1V三个量程。HX711有两个A/D采集端口，共3种测量方式，采用通道A 128分贝方式，可以测量正、负20mv范围内的电压值。考虑到HX711的零漂等因素，最大值设定为正、负10mv。
根据欧姆定律可以方便设计出电压测量电路，电压测量电路由R1、R2、R3三个电阻串联，待测电压流过这三个电阻。
R1阻值为三个电阻总阻值的百分之一，10V以下电压流过三个电阻时，R1两端的电压就是总电压的百分之一，即10mv，所以，10V量程时，测量R1两端电压。
R1、R2阻值为三个电阻总阻值的十分之一，1V以下电压流过三个电阻时，R1、R2两端的电压就是总电压的十分之一，即10mv，1V量程时，测量R1、R2两端电压。0.1V以下量程时，直接测量R1至R3间的电压。
由于电阻的标称是不连续的，R1阻值选择1K，R2由3.9K和5.1K两个电阻组成，R3选择39K和51K两个电阻组成。
1.2 量程切换电路的硬件设计
万用表多采用多檔位的旋转开关，来实现选择测量项目和量程切换。本设计采用电子开关CD4066来实现量程自动切换，CD4066由四个双向电子开关构成，每个双向电子开关的控制端施加高电平，开关导通;施加低电平，开关呈高组态。
R1经过项目切换开关接HX711负极测量端、其他三处测量点经过电子开关合并后，再经过项目切换开关接HX711正极测量端。测量表笔接最终经过项目切换开关接到R1、R3两端。
1.3 电阻测量电路的硬件设计
电路由Rx和Rn串联接3.3V构成，Rn阻值已知，Rx为待测电阻，用HX711测量Rx两端电压，总电压3.3V减去测量值即为Rn两端电压，计算可知Rx阻值。
在测量Rx两端电压时，为简化电路和编程，仍采用通道A 128分贝方式，人为设定满量程电压为16.5mV，设定Rx量程为10、100、1k、10k欧姆四个量程，对应Rn理论取值为2k、20k、200k、2M欧姆。由2k、18k、180k、1800k四个电阻串联。量程为10欧姆时，由CD4066将3.3V加到2k电阻上;量程为100欧姆时，由CD4066将3.3V加到18k电阻上。
CD4066具体型号为tc4066bp，它在5V电压下，25度时通态电阻典型值为290欧姆。笔者测量在3.3V电压下，为292欧姆，实践阻值还应加上292。
1.4 其他电路设计
测量项目切换选择四刀三置开关，四个开关引脚，三个脚分配给某测量项目，一个引脚接地，选择不同测量项目时，同接上拉电阻的MCU某引脚连接，使其由1变0，通知MCU切换测量项目。测量电路和STM32F103C8T6共用电源3.3V。
2、软件设计
基于HX711的精密万用表，MCU采用32位的STM32F103C8T6，开发环境选择MDK4.73，固件库为V3.5.0。
DATA、CLK为HX711的数据、时钟引脚，DATA引脚选择GPIO_Mode_IN_FLOATING模式，CLK引脚选择PIO_Mode_Out_PP模式。读取HX711数据程序过程如下：
定义u32变量val、unsigned char变量i，初值为0;GPIO_SetBits设置DATA为1，GPIO_ResetBits 设置CLK为0;GPIO_ReadInputDataBit读DATA值，作为while的退出条件。以i为变量，循环24次执行：CLK置1，val左移1位，CLK置0;GPIO_ReadInputDataBit读DATA值，作if条件;为1时，val加一。CLK置1，CLK置0。数据由val返回。
读取HX711数据，依据测量项目进行处理，后数据在液晶模块上显示，最后根所选择的HX711输出速率进行延时，完成一次数据采集、处理。因采取C语言实现，可方便移植到其他MCU上。
利用HX711的24位A/D转换性能，通过电子开关CD4066进行量程切换，在STM32F103C8T6的控制下，实现自动切换量程的精密数字万用表，实现电压、电阻两个电气参数的测量，精密、量程自动切换是本设计的优点，可以在此基础上轻松实现其他电气参数的测量。
参考文献：
[1]HX711 datasheet [Z]. http：//www.aviaic.com，2018年.P1.
作者简介：刘景文（1968-）男，天津市人，天津滨海职业学院电子信息工程技术教研室主任，副教授，硕士。研究领域：嵌入式应用、计算机视觉。