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1. 为什么选择 STM32 + HX711 这套组合做称重

1.1 从需求倒推方案：称重项目的核心诉求是什么

做称重类项目，绕不开三个硬指标：精度、稳定性、响应速度。你拿一个厨房秤的方案去做工业配料秤，精度差两个数量级；反过来用 24 位工业级 ADC 去做一个只需要判断"有没有东西放上去"的检测装置，成本又浪费得离谱。所以在动手之前，先想清楚你的量程和精度要求。

HX711 这颗芯片本质上是一个专为电子秤设计的 24 位模数转换器，内部集成了稳压电源、片内时钟振荡器，以及最重要的——两路差分输入通道，其中通道 A 支持 128 倍或 64 倍增益，通道 B 固定 32 倍增益。这意味着你不需要额外搭仪表放大器，电阻应变片输出的毫伏级差分信号直接进 HX711 就能被放大到 ADC 能识别的范围。

STM32 在这里扮演的角色是"大脑"：读取 HX711 转换结果、做数字滤波、去皮标定、驱动 OLED 显示、处理按键交互。为什么不用 51 单片机？因为称重项目里滤波算法、多任务调度、浮点运算对算力有要求，STM32F103C8T6 这类 Cortex-M3 内核跑 72MHz，做滑动平均加中值滤波毫无压力，而且 HAL 库生态成熟，OLED 驱动、定时器、串口这些外设配置起来很快。

1.2 硬件选型的关键参数对比

先把几个核心器件的选型逻辑理清楚，这部分直接决定项目能不能跑起来。

这里有个新手最容易踩的坑：称重传感器的量程和 HX711 的增益要匹配。传感器输出灵敏度通常是 1mV/V，假设激励电压 5V，满量程输出就是 5mV。HX711 通道 A 在 128 增益下，输入满量程约 ±20mV，刚好覆盖。如果你选了 64 增益，满量程变成 ±40mV，虽然不会溢出，但有效位数会浪费。所以默认用通道 A 128 增益，除非你的传感器灵敏度特别高。

1.3 系统整体架构拆解

整个项目的信号链路是这样的：

称重传感器（应变片电桥）→ HX711（差分放大 + 24位ADC）→ STM32（GPIO模拟时序读取）→ 数字滤波 → 标定换算 → OLED显示

HX711 和 STM32 之间用的是自定义两线串行接口，不是标准 I2C 也不是 SPI，就两根线：PD_SCK（时钟）和 DOUT（数据）。STM32 通过拉高拉低 PD_SCK 来产生时钟脉冲，HX711 在 DOUT 上逐位输出 24 位数据。这个时序必须严格遵守，否则读出来的数据全是乱的。

OLED 这边，0.96 寸 SSD1306 用 I2C 接口只需要两根线（SCL、SDA），和 HX711 加起来一共占用 4 个 GPIO，资源占用非常小。如果你用的是 SPI 版本 OLED，速度会更快，但接线多两根，看个人取舍。

2. HX711 驱动时序与采样率深度解析

2.1 HX711 通信时序：为什么时序错了数据就废了

HX711 的数据读取时序是整个项目最核心也最容易出错的地方。它的工作流程是这样的：

1. 当 DOUT 为高电平时，表示转换数据还没准备好，此时不能读
2. 当 DOUT 变为低电平，表示数据就绪
3. 给 PD_SCK 发送 25~27 个时钟脉冲
4. 前 24 个脉冲，每个上升沿从 DOUT 读出 1 位数据（MSB 先行）
5. 第 25 个脉冲用于选择下一次转换的通道和增益

关键点在于第 25 个脉冲的数量决定下一次的通道和增益：

所以如果你只发 24 个脉冲就拉低 PD_SCK，HX711 会一直等待，DOUT 保持状态，下次读取就会错位。我见过太多人卡在这里，读出来的数据要么全是 0xFFFFFF，要么跳变剧烈，根本原因就是脉冲数不对。

// HX711 读取一个 24 位有符号数（通道A，增益128） long HX711_Read(void) { unsigned long count = 0; unsigned char i; HX711_DOUT_READ(); // 配置 DOUT 为输入 while(HX711_DOUT_IN()); // 等待 DOUT 变低，数据就绪 delay_us(1); for(i = 0; i < 24; i++) { HX711_SCK_H(); delay_us(1); count = count << 1; HX711_SCK_L(); delay_us(1); if(HX711_DOUT_IN()) count++; } // 第25个脉冲，选择下次通道A增益128 HX711_SCK_H(); delay_us(1); HX711_SCK_L(); delay_us(1); // 24位有符号数转32位有符号 if(count & 0x800000) count |= 0xFF000000; return (long)count; }

这段代码里delay_us(1)不能省。HX711 手册要求 PD_SCK 高电平持续时间 0.2~50us，低电平同样。虽然 STM32 跑 72MHz 时 GPIO 翻转本身就够慢，但为了保险，加个 1us 延时最稳。实测下来，不加延时在部分批次 HX711 上会偶发读错。

2.2 采样率 10Hz 还是 80Hz：这个选择影响你的滤波策略

HX711 有两个采样率档位：10Hz 和 80Hz，通过 RATE 引脚控制。RATE 接低电平（默认）是 10Hz，接高电平是 80Hz。

很多人一上来就想用 80Hz，觉得"采样越快越好"。但这里有个权衡：

• 10Hz 模式：内部滤波更强，噪声更低，适合静态称重（比如电子秤、配料秤）
• 80Hz 模式：响应快，但噪声明显增大，适合动态称重（比如皮带秤、分拣线）

我实测过同一套硬件，10Hz 模式下读数波动在 ±5 个 ADC 码以内，80Hz 模式下波动能到 ±30 个码。对于需要显示稳定重量的场景，10Hz 是更优解。如果你确实需要快速响应，可以在 80Hz 下配合更强的数字滤波，但要注意滤波会引入延迟。

提示：RATE 引脚在模块上通常有焊盘可以改，但如果你买的是成品 HX711 模块，默认就是 10Hz，不用动。

2.3 数字滤波：滑动平均 + 中值滤波的组合拳

原始 ADC 数据一定带噪声，直接显示会跳得没法看。我的做法是先中值滤波去脉冲干扰，再滑动平均平滑。

中值滤波窗口取 5，滑动平均窗口取 10。为什么是这个组合？中值滤波能干掉突发的尖峰噪声（比如电源波动、机械振动），滑动平均则让数据曲线更平滑。窗口太大响应慢，太小滤波效果差，5 和 10 是我反复试出来的平衡点。

#define MEDIAN_WINDOW 5 #define AVERAGE_WINDOW 10 long median_filter(long new_val) { static long buf[MEDIAN_WINDOW] = {0}; static int idx = 0; long temp[MEDIAN_WINDOW]; int i, j; buf[idx++] = new_val; if(idx >= MEDIAN_WINDOW) idx = 0; for(i = 0; i < MEDIAN_WINDOW; i++) temp[i] = buf[i]; // 冒泡排序 for(i = 0; i < MEDIAN_WINDOW - 1; i++) for(j = 0; j < MEDIAN_WINDOW - 1 - i; j++) if(temp[j] > temp[j+1]) { long t = temp[j]; temp[j] = temp[j+1]; temp[j+1] = t; } return temp[MEDIAN_WINDOW / 2]; } long average_filter(long new_val) { static long buf[AVERAGE_WINDOW] = {0}; static int idx = 0; static long sum = 0; long avg; sum -= buf[idx]; buf[idx++] = new_val; sum += new_val; if(idx >= AVERAGE_WINDOW) idx = 0; avg = sum / AVERAGE_WINDOW; return avg; }

这两个函数串起来用：average_filter(median_filter(raw))。注意滑动平均的 sum 要用 long 类型，10 个 24 位数据加起来可能超过 int 范围。

3. 标定与去皮：让读数变成真实重量

3.1 两点标定法的数学原理

HX711 读出来的是 ADC 码值，不是重量。要换算成克或千克，需要标定。最常用的是两点标定法：

1. 空载时读一个值raw_zero
2. 放上已知重量W_ref的砝码，读一个值raw_ref
3. 计算比例系数scale = (raw_ref - raw_zero) / W_ref
4. 实际重量weight = (raw_current - raw_zero) / scale

这个公式假设传感器线性度良好。实际上电阻应变式传感器在满量程 60% 以内线性度非常好，所以标定砝码选满量程的 50%~80%最准。

有个细节：raw_zero和raw_ref都应该是滤波后的稳定值，不能拿单次读数。我的做法是空载时连续读 20 次取平均作为零点，放砝码后等读数稳定（连续 10 次波动小于阈值）再取平均。

3.2 去皮功能的实现逻辑

去皮（Tare）本质上是把当前重量当作新的零点。实现很简单：

float tare_offset = 0; void tare(void) { tare_offset = current_weight; // 当前重量记为皮重 } float get_weight(void) { return current_weight - tare_offset; }

但这里有个坑：去皮后如果传感器漂移，零点会慢慢偏。我的经验是，去皮操作后如果长时间不用，最好重新标定零点。另外，去皮值不要存到 Flash 里反复擦写，STM32F103 的 Flash 擦写寿命只有 1 万次左右，频繁存皮重会把扇区写坏。如果确实需要掉电保存，用 EEPROM 或者加个铁电存储器。

3.3 温漂补偿的实用技巧

称重传感器对温度敏感，尤其是廉价传感器，温漂可能达到满量程的 0.05%/℃。如果你的项目工作在温差大的环境，不做补偿的话，早上标定好，中午读数就偏了。

简单的补偿方法：在传感器附近加一个 NTC 热敏电阻或 DS18B20，测温度，然后做线性补偿。具体做法是：

1. 在 20℃ 和 40℃ 两个温度点分别标定，得到两个 scale 值
2. 计算温度系数k = (scale_40 - scale_20) / 20
3. 实际使用时scale_compensated = scale_20 + k * (T - 20)

这个方法虽然粗糙，但能把温漂影响降低 70% 以上。如果要求更高，就得做多点标定加查表了。

4. OLED 显示驱动与界面设计

4.1 SSD1306 I2C 驱动要点

0.96 寸 OLED 用 SSD1306 驱动芯片，I2C 地址通常是 0x78（写）或 0x7A。注意有些模块地址是 0x3C 或 0x3D，这是 7 位地址，左移一位后就是 0x78 和 0x7A。如果你用 HAL 库的HAL_I2C_Master_Transmit，传的是 8 位地址，所以用 0x78。

初始化序列比较长，但核心就几步：关显示、设时钟分频、设多路复用比、设显示偏移、设起始行、设电荷泵、设内存寻址模式、开显示。这些寄存器配置在 SSD1306 手册里都有，网上也有现成的初始化数组，直接抄就行。

// OLED 写命令 void OLED_WriteCmd(uint8_t cmd) { uint8_t buf[2] = {0x00, cmd}; // 0x00 表示命令 HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, 0x78, buf, 2, 100); } // OLED 写数据 void OLED_WriteData(uint8_t data) { uint8_t buf[2] = {0x40, data}; // 0x40 表示数据 HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, 0x78, buf, 2, 100); }

这里0x00和0x40是控制字节，告诉 SSD1306 接下来的是命令还是数据。很多人第一次写 OLED 不亮，就是忘了加这个控制字节。

4.2 显示汉字和自定义图形

SSD1306 本身不带字库，显示英文和数字可以用内置的 6x8 或 8x16 点阵，但显示汉字必须自己取模。常用的取模软件是 PCtoLCD2002，设置成阴码、逐列式、顺向，生成 16x16 的汉字点阵数组。

显示汉字的函数逻辑是：先设置页地址和列地址，然后连续写 32 个字节（16x16 点阵占两页，每页 16 字节）。

void OLED_ShowChinese(uint8_t x, uint8_t page, const uint8_t *hz) { uint8_t i; OLED_SetPos(x, page); for(i = 0; i < 16; i++) OLED_WriteData(hz[i]); OLED_SetPos(x, page + 1); for(i = 0; i < 16; i++) OLED_WriteData(hz[i + 16]); }

如果你要显示图片，比如开机 Logo，也是同样的原理，用取模软件生成 128x64 的数组，然后逐页写入。注意图片取模时选阴码，因为 OLED 是 1 亮 0 灭，阴码正好对应。

4.3 界面布局与刷新策略

称重项目的界面不需要花哨，核心信息就三个：当前重量、单位、状态指示。我的布局是：

• 第一行：标题"电子秤"或项目名
• 中间大字：重量数值，用 16x32 的大字体
• 右下角：单位"g"或"kg"
• 左下角：状态（"稳定"或"波动"）

刷新策略上，不要每次循环都全屏刷新，I2C 速率有限，全屏刷新一次要几十毫秒，会拖慢主循环。我的做法是只刷新重量数值区域，其他静态内容只在初始化时写一次。另外，重量数值变化小于最小显示单位时不刷新，避免屏幕闪烁。

注意：0.9 寸 OLED 和 0.96 寸的 I2C 兼容性有差异，部分 0.9 寸模块需要上拉电阻更强（4.7k 甚至 2.2k），否则通信不稳定。如果你遇到花屏或偶尔不亮，先检查上拉电阻。

5. 完整实操流程与关键代码实现

5.1 硬件接线与供电注意事项

先把接线理清楚，这是最容易出问题的地方。

HX711 侧：

• VCC → STM32 3.3V（注意：HX711 模块有的标 5V，但 3.3V 也能工作，且和 STM32 电平匹配）
• GND → STM32 GND
• DT (DOUT) → PA0
• SCK → PA1
• E+ / E- → 传感器激励正负
• A+ / A- → 传感器信号正负

OLED 侧：

• VCC → 3.3V
• GND → GND
• SCL → PB6 (I2C1_SCL)
• SDA → PB7 (I2C1_SDA)

供电上有个大坑：HX711 和 OLED 不要共用一根细杜邦线供电。OLED 全亮时电流能到 20mA，HX711 工作时也有几毫安，共用细线会导致电压跌落，HX711 读数跳动。我的做法是电源线单独走粗线，或者在 HX711 的 VCC 和 GND 之间并一个 100uF 电解电容加 0.1uF 陶瓷电容。

传感器接线更要小心：E+ 和 E- 接反不会烧，但 A+ 和 A- 接反会导致读数反向。如果你发现放上砝码读数变小，把 A+ 和 A- 对调即可。

5.2 主循环任务调度

主循环不能写成"读 HX711 → 显示 → 读 HX711 → 显示"这种阻塞式，否则按键响应会卡。我的做法是用定时器中断做时间片调度：

• 10ms 时间片：读 HX711（10Hz 采样率，100ms 读一次，这里做计数分频）
• 50ms 时间片：更新滤波、计算重量
• 100ms 时间片：刷新 OLED
• 20ms 时间片：扫描按键

volatile uint32_t tick_10ms = 0; void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if(htim == &htim2) tick_10ms++; } int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_I2C1_Init(); MX_TIM2_Init(); OLED_Init(); OLED_Clear(); HX711_Init(); HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2); uint32_t last_read = 0, last_display = 0, last_key = 0; while(1) { uint32_t now = tick_10ms; if(now - last_read >= 10) // 100ms 读一次 { last_read = now; long raw = HX711_Read(); long filtered = average_filter(median_filter(raw)); current_weight = (filtered - raw_zero) / scale; } if(now - last_display >= 10) // 100ms 刷新一次 { last_display = now; OLED_ShowWeight(current_weight); } if(now - last_key >= 2) // 20ms 扫描按键 { last_key = now; Key_Scan(); } } }

这种写法下，每个任务都不会互相阻塞，按键响应灵敏，显示也不闪。

5.3 标定流程的代码实现

标定我做成一个独立模式，通过按键进入。流程是：

1. 长按按键 3 秒进入标定模式
2. OLED 提示"请清空秤台"，等待 2 秒
3. 连续读 20 次 HX711，取平均作为raw_zero
4. OLED 提示"请放上砝码"，等待用户放好并按键确认
5. 连续读 20 次，取平均作为raw_ref
6. 用户通过按键输入砝码重量（或者代码里写死 500g）
7. 计算scale = (raw_ref - raw_zero) / 500.0
8. 保存到 Flash（可选）

void Calibration(void) { long sum = 0; OLED_ShowString(0, 0, "Calibrating..."); OLED_ShowString(0, 2, "Empty the scale"); HAL_Delay(2000); for(int i = 0; i < 20; i++) { sum += HX711_Read(); HAL_Delay(100); } raw_zero = sum / 20; OLED_Clear(); OLED_ShowString(0, 0, "Put 500g weight"); OLED_ShowString(0, 2, "Press key..."); while(!Key_Pressed()); sum = 0; for(int i = 0; i < 20; i++) { sum += HX711_Read(); HAL_Delay(100); } raw_ref = sum / 20; scale = (float)(raw_ref - raw_zero) / 500.0f; OLED_Clear(); OLED_ShowString(0, 0, "Calibration OK"); HAL_Delay(1000); }

标定完成后，scale和raw_zero就是你的核心参数。如果每次上电都要重新标定太麻烦，可以把这两个值存到 Flash 的某个扇区，上电时读出来。

6. 常见问题排查与避坑经验

6.1 读数不稳定、跳变剧烈的排查思路

这是问得最多的问题。按以下顺序排查：

我遇到过一个案例：客户反映读数每隔几秒跳一次大的。查了半天发现是 HX711 的 SCK 线和电机的 PWM 线捆在一起了，电机一转就干扰。把线分开走，问题消失。所以布线时信号线一定要远离功率线。

6.2 OLED 不亮或花屏的排查

OLED 不亮，先量 VCC 和 GND 之间电压是不是 3.3V。如果电压正常，检查 I2C 地址对不对。用逻辑分析仪或者示波器看 SCL 和 SDA 有没有波形。如果没有波形，说明 I2C 初始化失败，检查 GPIO 配置和时钟使能。

花屏通常是初始化序列不完整或者上拉电阻不合适。0.96 寸模块一般自带 4.7k 上拉，但有些廉价模块上拉是 10k，在 400kHz 速率下波形上升沿太慢，导致数据错位。解决办法是把 I2C 速率降到 100kHz，或者外接 2.2k 上拉电阻。

还有一个隐蔽问题：OLED 的复位引脚。有些模块有 RES 引脚，必须在上电后给一个低脉冲复位，否则不工作。如果你买的模块只有 4 个引脚（VCC、GND、SCL、SDA），那复位是内部完成的，不用管。

6.3 HX711 采样率切换的实操细节

前面说了 10Hz 和 80Hz 的选择，这里补充一个实操细节：切换 RATE 引脚后，需要等下一次转换完成才生效。也就是说，你不能在读取过程中动态切换，否则会读到错误数据。正确做法是：切换 RATE 后，丢弃接下来的一次读数，从第二次开始才是新速率的数据。

另外，80Hz 模式下，HX711 的转换时间是 12.5ms，但如果你用 10ms 的定时器去读，会读到还没转换完的数据（DOUT 还是高），程序会卡在while(HX711_DOUT_IN())里。所以 80Hz 模式下，读取间隔要大于 12.5ms，我一般用 15ms。

6.4 按键抖动与长按短按识别

机械按键抖动是必然的，不处理的话按一次会触发多次。硬件上可以并 0.1uF 电容，但软件消抖更灵活。我的做法是状态机 + 计时：

typedef enum { KEY_IDLE, KEY_DEBOUNCE, KEY_PRESSED, KEY_LONG } KeyState; KeyState key_state = KEY_IDLE; uint32_t key_tick = 0; void Key_Scan(void) { uint8_t pin = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_2); switch(key_state) { case KEY_IDLE: if(pin == 0) { key_state = KEY_DEBOUNCE; key_tick = tick_10ms; } break; case KEY_DEBOUNCE: if(tick_10ms - key_tick >= 2) // 20ms 消抖 { if(pin == 0) { key_state = KEY_PRESSED; key_tick = tick_10ms; } else key_state = KEY_IDLE; } break; case KEY_PRESSED: if(pin == 1) { key_state = KEY_IDLE; Key_ShortPress(); } else if(tick_10ms - key_tick >= 300) { key_state = KEY_LONG; Key_LongPress(); } break; case KEY_LONG: if(pin == 1) key_state = KEY_IDLE; break; } }

这样短按和长按都能识别，而且不会重复触发。长按 3 秒进入标定模式，短按去皮，逻辑清晰。

6.5 Flash 保存参数的注意事项

STM32F103C8T6 的 Flash 是 64KB，分成 64 个 1KB 的页。擦除最小单位是页，写入最小单位是半字（16 位）。保存标定参数时，不要每次标定都擦写同一页，因为擦写寿命只有 1 万次。我的做法是：

1. 在 Flash 末尾划一页专门存参数
2. 每次保存时，先读出整页到 RAM
3. 修改对应位置
4. 擦除整页
5. 写回

如果参数更新频繁，可以用双页交替的方式：A 页写满了写 B 页，B 页写满了擦 A 页，这样寿命翻倍。

#define PARAM_ADDR 0x0800FC00 // 最后一页起始地址 typedef struct { long raw_zero; float scale; uint32_t magic; // 用于判断是否已初始化 } Params; void Save_Params(Params *p) { HAL_FLASH_Unlock(); FLASH_EraseInitTypeDef erase; erase.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_PAGES; erase.PageAddress = PARAM_ADDR; erase.NbPages = 1; uint32_t page_err; HAL_FLASHEx_Erase(&erase, &page_err); uint16_t *src = (uint16_t *)p; for(int i = 0; i < sizeof(Params) / 2; i++) HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, PARAM_ADDR + i * 2, src[i]); HAL_FLASH_Lock(); }

注意magic字段，上电时先读这个值，如果是特定值（比如 0x5A5A），说明参数有效，否则用默认值。这样避免第一次上电读到全 0xFF 导致除零错误。

7. 项目扩展方向与个人实操体会

这套 STM32 + HX711 + OLED 的框架搭好之后，扩展性其实很强。比如加一个继电器模块就能做定量控制——重量到了就断开；加一个SD 卡模块就能记录称重数据；加一个蓝牙模块就能把数据传到手机。我甚至见过有人用这套方案做智能药盒，称药片重量来判断有没有按时吃药。

如果你要做多路称重，比如四个角各一个传感器，可以用多个 HX711，每个占用两个 GPIO，STM32F103C8T6 的 IO 完全够用。读取时轮流读，注意每个 HX711 的 DOUT 要分开接，SCK 可以共用。

我个人在实际操作中的体会是：称重项目 80% 的问题出在硬件和时序上，软件算法只占 20%。很多人一上来就研究卡尔曼滤波，结果连 HX711 的 25 个脉冲都没搞对。先把基础时序调通，读数稳定了，再考虑高级滤波。另外，标定用的砝码一定要准，你拿一个标称 500g 实际 480g 的砝码去标定，后面所有读数都是错的。条件允许的话，用标准砝码或者去菜市场找公平秤校准一下。

最后分享一个小技巧：调试阶段可以在 OLED 上同时显示原始 ADC 值和换算后的重量，这样一眼就能看出是 ADC 读数问题还是换算问题。等调通了再把原始值隐藏掉。这个习惯帮我省了很多排查时间。