STM32计价电子秤设计：HX711称重与OLED交互全解析

1. 从零搭建一台计价电子秤，为什么我选了STM32而不是Arduino

很多人第一次接触电子秤项目，脑子里蹦出来的第一个方案是Arduino加HX711模块，网上教程一抓一大把，接线简单、库也现成。我最早也是这么干的，一块UNO加一个称重传感器，半天就能读出重量。但真要把这东西做成一台能摆在台面上用的计价秤，问题就全冒出来了：单价怎么输入？总价怎么实时刷新？去皮之后怎么保证精度不漂？断电了数据还在不在？Arduino那点RAM和Flash，光是驱动一块OLED再挂个数码管就快满了，更别提还要做按键菜单和掉电存储。

所以这个项目我最终选了STM32F103C8T6作为主控。原因很直接：72MHz的Cortex-M3内核，64KB Flash、20KB SRAM，跑一个带菜单状态机的计价逻辑绰绰有余；片上资源丰富，I2C、SPI、USART、定时器一应俱全，驱动OLED和HX711不需要软件模拟时序；最关键的是，STM32的生态足够成熟，HAL库把底层寄存器操作封装得很干净，我可以把精力放在业务逻辑上，而不是天天对着参考手册数时钟周期。

这篇文章我会把整个计价电子秤的设计思路、选型理由、电路细节、代码框架和调试过程中踩过的坑全部摊开讲。适合正在做嵌入式课程设计的学生、想入门STM32外设驱动的初学者，以及需要快速复现一个完整小项目的工程师。读完你至少能拿到三样东西：一套可用的硬件方案、一份能跑通的软件架构、以及几个只有实际焊过板子调过程序才知道的避坑经验。

2. 计价电子秤的核心需求拆解与方案定型

2.1 一台"计价秤"和一台"称重秤"的本质区别

称重秤只需要回答一个问题：这东西多重。计价秤要回答的是一串问题：多重、单价多少、总价多少、去皮了没有、超载了没有、这次称重记录要不要存。这就决定了计价秤的软件复杂度比纯称重秤高一个量级。

我把需求拆成四层。第一层是称重层，负责把HX711的原始ADC值转换成稳定的重量读数，核心指标是精度和抗抖动。第二层是计价层，根据重量和单价算出总价，涉及浮点运算和金额取整规则。第三层是交互层，包括按键输入单价、OLED显示重量/单价/总价、去皮和清零操作。第四层是数据层，把单价和校准参数存进Flash，断电不丢。

这四层里，称重层是地基。地基不稳，后面算出来的总价全是错的。所以整个项目的技术难点其实集中在HX711的采样处理和滤波算法上，而不是大家以为的显示或者按键。

2.2 主控、传感器、显示器的选型对比

选型这件事我习惯列个表，把候选方案的优缺点摆在一起看，比在脑子里纠结靠谱得多。

最终定下来的是中间这条路线。STM32F103C8T6这块芯片被叫做"最小系统板之王"不是没道理的，价格便宜、资料海量、随便一个开发板都能跑。HX711是专为称重传感器设计的24位ADC，内置增益放大器，直接对接桥式传感器，省掉了自己搭仪表放大器的麻烦。显示用0.96寸OLED，I2C接口只占两个引脚，对比度高，在光线暗的柜台环境下比LCD看得清楚。

2.3 系统框图的逻辑梳理

整个系统的信号流向是这样的：称重传感器（惠斯通电桥）输出差分毫伏信号，HX711对这个微弱信号做24位ADC转换并放大128倍，通过两根线（SCK和DOUT）把数据串行送给STM32。STM32拿到原始值后做滤波和标定换算，得到重量，再结合按键输入的单价算出总价，最后通过I2C把三个数据刷到OLED上。按键负责单价输入、去皮、清零，Flash负责保存单价和校准系数。

这里有个容易被忽略的点：HX711和STM32之间是双向的，STM32要主动给SCK发时钟脉冲，HX711才会在DOUT上吐数据。这跟I2C那种带地址的协议完全不同，本质上是HX711在"被动应答"。理解这一点，后面写驱动的时候就不会被时序搞晕。

3. HX711称重电路：那些 datasheet 不会告诉你的细节

3.1 惠斯通电桥和HX711是怎么配合的

称重传感器内部是一个惠斯通电桥，四个应变片贴在金属弹性体上。受力变形时，应变片阻值变化，电桥失去平衡，在输出端产生一个差压信号。这个信号非常微弱，满量程通常只有1mV到2mV，直接给STM32的ADC根本分辨不出来。

HX711干的事就是把这个差压信号放大128倍，再做24位ADC转换。24位是什么概念？2的24次方约等于1677万，理论上能把满量程信号分成1600多万份。当然实际有效位数达不到24位，但即便只有18位有效，对于5kg量程来说，分辨率也能到0.02g级别，做计价秤完全够用。

接线的时候，传感器的四根线要严格对应：E+和E-是激励电压，A+和A-是差分信号输出。红黑绿白四色线的定义各家传感器可能不一样，千万不要凭颜色猜，一定要看传感器附带的说明书或者用万用表量一下。我见过有人把激励线和信号线接反，结果HX711读出来全是噪声，查了一下午才发现是线序问题。

3.2 HX711的采样率到底选10Hz还是80Hz

这是热词里出现频率很高的问题。HX711的RATE引脚决定输出速率：拉低是10Hz，拉高是80Hz。很多人想当然地选80Hz，觉得采样越快越好。但实际用下来，10Hz才是计价秤的正确选择。

原因在于噪声。HX711在80Hz模式下的噪声明显大于10Hz模式，读数跳动更厉害。计价秤对实时性要求不高，人放上去等个0.1秒完全能接受，但读数如果一直跳，用户会觉得这秤"不准"。10Hz模式下配合软件滤波，读数能稳到只跳最后一个字，体验好得多。

我的做法是RATE引脚直接接地，固定10Hz。然后在软件里做滑动平均滤波，每采集10个点取一次平均，这样既保证了稳定性，又不会让响应变得太迟钝。

3.3 电源和接地的处理经验

HX711对电源噪声很敏感。如果直接用STM32板子上的3.3V给HX711供电，而板子上还有OLED、按键这些负载，电源纹波会耦合进ADC，导致读数漂移。

我的处理方式是：HX711的VCC和AVDD单独走一条线到电源入口，中间加一个100Ω电阻和10uF电容做RC滤波。模拟地和数字地在HX711下方单点汇合，不要大面积铺地连在一起。传感器的那根屏蔽线，屏蔽层只在一端接地，另一端悬空，避免形成地环路。

这些细节在datasheet里不会写，但实际调试时，做了和没做，读数稳定性差一个数量级。我第一版没做电源滤波，空载读数在±5g之间跳，加了RC滤波之后降到±0.5g以内。

4. STM32端的软件架构：从HAL库初始化到计价状态机

4.1 用CubeMX配置外设的正确姿势

我习惯用STM32CubeMX做初始化配置，省去手写时钟树和引脚配置的麻烦。这个项目需要配置的外设不多，但有几个地方容易配错。

时钟树方面，F103C8T6外部晶振是8MHz，经过PLL倍频到72MHz作为系统时钟。APB1总线最高36MHz，APB2最高72MHz。I2C挂在APB1上，所以I2C时钟频率不能超过36MHz，实际配置成100kHz或400kHz都可以，OLED用400kHz刷屏更快。

I2C引脚我选的是PB6（SCL）和PB7（SDA），这是F103的I2C1默认复用引脚。配置成开漏输出、上拉使能。这里有个坑：STM32内部上拉电阻大约40kΩ，对于400kHz的I2C来说偏弱，波形上升沿会变缓。稳妥的做法是在PCB上外接两个4.7kΩ上拉电阻到3.3V。如果只是飞线测试，内部上拉也能凑合用，但刷屏速度会受影响。

HX711的两个引脚SCK和DOUT我配成普通GPIO。SCK是输出，DOUT是输入。注意DOUT要配置成上拉输入或者外部加上拉，因为HX711的DOUT是开漏输出，没有上拉的话读不到高电平。

4.2 HX711驱动代码的时序要点

HX711的通信时序说简单也简单，说讲究也讲究。核心规则是：DOUT变低表示数据准备好，此时给SCK发25到27个脉冲，前24个脉冲读出24位数据（补码形式），第25个脉冲选择下一次的通道和增益。

long HX711_Read(void) { long value = 0; uint8_t i; while(HAL_GPIO_ReadPin(HX711_DOUT_GPIO_Port, HX711_DOUT_Pin) == GPIO_PIN_SET); for(i = 0; i < 24; i++) { HAL_GPIO_WritePin(HX711_SCK_GPIO_Port, HX711_SCK_Pin, GPIO_PIN_SET); value = value << 1; HAL_GPIO_WritePin(HX711_SCK_GPIO_Port, HX711_SCK_Pin, GPIO_PIN_RESET); if(HAL_GPIO_ReadPin(HX711_DOUT_GPIO_Port, HX711_DOUT_Pin) == GPIO_PIN_SET) value++; } HAL_GPIO_WritePin(HX711_SCK_GPIO_Port, HX711_SCK_Pin, GPIO_PIN_SET); HAL_GPIO_WritePin(HX711_SCK_GPIO_Port, HX711_SCK_Pin, GPIO_PIN_RESET); value ^= 0x800000; return value; }

这段代码有几个关键点。第一，等待DOUT变低的循环不能加超时，否则第一次上电时HX711还没准备好，会直接跳过。第二，第25个脉冲不能省，它决定了下次转换的通道A增益128，这是称重最常用的配置。第三，读出来的24位是补码，最高位是符号位，异或0x800000是把它转成偏移二进制，方便后续处理。

SCK的高电平持续时间不能太短，HX711要求至少0.2us。HAL库的GPIO翻转函数有函数调用开销，在72MHz下大概几百纳秒，刚好够用。如果发现读数不稳定，可以在SCK翻转之间加几个NOP延时。

4.3 从原始ADC值到克数的标定换算

HX711读出来的是一个24位整数，跟实际重量是线性关系。标定就是找这个线性关系的两个参数：零点偏移和比例系数。

零点偏移的获取很简单：空载时读若干次取平均，记为offset。比例系数需要放一个已知重量的砝码，读出此时的值，减去offset，再除以砝码重量，得到每克对应的ADC值。

float Get_Weight(void) { long raw = HX711_Read(); float weight = (float)(raw - offset) / scale; if(weight < 0.5f) weight = 0.0f; return weight; }

这里的scale就是比例系数。我一般用500g砝码标定，因为500g在5kg量程的中间位置，线性度最好。标定完之后，把offset和scale存进Flash，下次上电直接读出来用，不用重新标定。

有个细节要注意：HX711的读数会随温度漂移，尤其是刚上电的几分钟内。所以标定最好在通电预热5分钟之后做，否则冷机标定的参数热机后会偏。如果对精度要求高，可以在软件里加一个自动零点跟踪：当读数连续一段时间都在零点附近小幅波动时，缓慢更新offset。

5. OLED显示与按键交互：让秤"好用"的关键

5.1 0.96寸OLED的I2C驱动和汉字显示

0.96寸OLED用的是SSD1306驱动芯片，分辨率128x64，I2C地址通常是0x78（8位地址）或0x3C（7位地址）。STM32的HAL库I2C函数用的是7位地址，所以填0x3C。

驱动OLED的核心是三个函数：初始化、写命令、写数据。初始化就是往SSD1306的一堆寄存器里写配置值，网上有现成的初始化序列，直接抄就行。写命令和写数据的区别在于控制字节：0x00表示后面跟的是命令，0x40表示后面跟的是数据。

void OLED_WriteCmd(uint8_t cmd) { HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, OLED_ADDR, 0x00, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &cmd, 1, 100); } void OLED_WriteData(uint8_t data) { HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, OLED_ADDR, 0x40, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &data, 1, 100); }

显示汉字需要取模。我一般用PCtoLCD2002这个软件，设置成阴码、逐列式、顺向，生成的字模数组直接放到代码里。一个16x16的汉字占32个字节，显示的时候分两页写进去。

计价秤的界面我设计成三行：第一行显示重量，第二行显示单价，第三行显示总价。重量用大号字体，单价和总价用小号。这样用户在柜台上一眼就能看到最重要的重量信息。

5.2 按键消抖和状态机设计

计价秤需要至少四个按键：数字输入、小数点、去皮、清零。如果按键多，可以用矩阵键盘，但这个项目四个键就够了，直接接GPIO，配置成上拉输入，按键按下时读低电平。

按键消抖我试过两种方案。一种是延时消抖，检测到按下后延时20ms再读一次，确认按下才响应。这种方法简单，但会阻塞主循环。另一种是定时器消抖，用SysTick每10ms扫描一次按键状态，连续三次读到按下才确认。我最终用的是定时器方案，因为主循环里还要刷OLED和读HX711，不能被按键延时卡住。

状态机方面，我把系统分成几个状态：称重状态、单价输入状态、去皮状态。称重状态下，OLED实时刷新重量和总价；按下单价输入键后进入输入状态，数字键用来输入单价，确认后回到称重状态。去皮键在称重状态下按下，把当前重量记为皮重，之后显示的重量都减去皮重。

5.3 总价计算的取整规则

总价等于重量乘以单价。重量单位是克，单价单位是元/千克，所以总价等于重量除以1000再乘以单价。这里涉及浮点运算，STM32F103没有硬件浮点单元，浮点运算是软件模拟的，速度慢但够用。

金额显示一般保留两位小数。四舍五入的处理要注意，C语言的float精度有限，直接printf("%.2f")有时候会出现0.1+0.2=0.30000001这种问题。我的做法是先把结果乘以100，加上0.5后取整，再除以100，这样能保证显示正确。

float total = weight / 1000.0f * price; int total_cents = (int)(total * 100 + 0.5f); float total_display = total_cents / 100.0f;

6. 调试过程中踩过的坑和排查思路

6.1 读数一直跳：从电源查到滤波

第一版焊出来之后，空载读数在±5g之间跳，放上砝码后跳动更大。我按以下顺序排查：

先查电源。用示波器看HX711的VCC引脚，发现上面有大约50mV的纹波，频率跟OLED刷新频率一致。这说明OLED刷屏时的电流波动通过电源耦合到了HX711。解决办法是在HX711的VCC引脚旁边加一个10uF钽电容和一个0.1uF陶瓷电容，就近去耦。

再查接线。传感器的屏蔽线我一开始两端都接地了，形成了地环路，引入了工频干扰。改成单端接地后，跳动幅度减小。

最后查软件。原始读数没有做任何滤波，每个采样点都直接参与计算。加了10点滑动平均后，读数稳定在±0.5g以内。

这个排查过程告诉我一个道理：读数不稳，先查硬件，再查软件。硬件问题软件补不了，软件滤波只能锦上添花，不能雪中送炭。

6.2 OLED不亮或者花屏的几种可能

OLED不亮，最常见的原因是I2C地址不对。SSD1306的地址由DC引脚决定，有的模块是0x78，有的是0x7A。用I2C扫描程序扫一下总线，看看能扫到哪个地址。

花屏通常是初始化序列不对，或者I2C速率太高导致数据丢失。把I2C速率从400kHz降到100kHz试试，如果花屏消失，说明是速率问题，需要检查上拉电阻是否合适。

还有一种情况是OLED供电不足。0.96寸OLED的工作电流大约20mA，如果从STM32的3.3V稳压器取电，而稳压器本身负载已经很重，电压会被拉低。用万用表量一下OLED的VCC引脚，低于3.0V就可能工作不正常。

6.3 标定参数丢失：Flash读写的注意事项

STM32F103的Flash读写以页为单位，一页1KB。写之前必须先擦除，擦除后所有位变成1，写入就是把对应的位清零。如果直接往没擦除的地址写，结果会是原值和写入值的按位与，数据就乱了。

我把标定参数存在Flash的最后一页，地址0x0801FC00。上电时先读出来，如果是0xFFFFFFFF（擦除后的状态），说明还没标定过，用默认值。标定完成后，先擦除这一页，再写入新参数。

#define FLASH_SAVE_ADDR 0x0801FC00 void Save_Calibration(float offset, float scale) { HAL_FLASH_Unlock(); FLASH_EraseInitTypeDef erase; erase.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_PAGES; erase.PageAddress = FLASH_SAVE_ADDR; erase.NbPages = 1; uint32_t page_error; HAL_FLASHEx_Erase(&erase, &page_error); uint32_t *p = (uint32_t*)&offset; HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, FLASH_SAVE_ADDR, *p); p = (uint32_t*)&scale; HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, FLASH_SAVE_ADDR + 4, *p); HAL_FLASH_Lock(); }

注意float在内存里是4字节，用uint32_t指针强转后按字写入。读的时候反过来操作就行。

7. 这个项目还能怎么扩展

基础版本跑通之后，我陆续加了一些扩展功能，这里挑几个实用的说说。

超载报警：当重量超过量程的120%时，OLED闪烁显示"OVERLOAD"，同时蜂鸣器响。实现很简单，在称重任务里加一个判断就行。

多单价存储：把常用的几个单价存在Flash里，按键切换。适合水果店这种不同商品不同价格的场景。

串口上传：通过USART把称重数据发给上位机，配合简单的Python脚本就能做数据记录。如果要联网，可以加一个ESP8266模块，把数据传到云平台。不过这就涉及网络通信了，代码量会大不少。

锂电池供电：加一个TP4056充电模块和升压电路，做成便携式。注意HX711对电源噪声敏感，升压电路要选低纹波的，否则称重精度会下降。

我个人觉得最值得加的是自动关机功能。计价秤经常忘了关，电池很快就耗光。用STM32的RTC定时器，检测到一段时间没有按键操作也没有重量变化，就进入待机模式，按任意键唤醒。这个功能代码不多，但实用性很强。

最后分享一个调试小技巧：在OLED上留一个调试页面，显示HX711的原始ADC值、当前offset和scale。标定的时候不用连电脑看串口，直接在屏幕上就能看到数据变化，效率高很多。这个页面在正式使用时隐藏，通过长按某个组合键进入。