基于單片機的語音報數(shù)電子秤設(shè)計與實現(xiàn)

1、基于單片機的語音報數(shù)電子秤設(shè)計與實現(xiàn)信息學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)林蔚和110105031009學(xué) 院：專 業(yè)：姓 名：指導(dǎo)老師：黃相杰學(xué) 號：職 稱：實驗師中國珠海二一五年五月北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計誠信承諾書誠信承諾書本人鄭重承諾：本人鄭重承諾：本人承諾呈交的畢業(yè)設(shè)計基于單片機的語音報數(shù)電子秤設(shè)計與實現(xiàn)是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立開展研究取得的成果，文中引用他人的觀點和材料，均在文后按順序列出其參考文獻，設(shè)計使用的數(shù)據(jù)真實可靠。本人簽名： 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計日期： 年 月 日基于單片機的語音報數(shù)電子秤設(shè)計與實現(xiàn)基于單片機的語音報數(shù)電子秤設(shè)計與實現(xiàn)

2、摘摘 要要電子秤是將檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理、數(shù)字技術(shù)等技術(shù)綜合一體的現(xiàn)代新型稱重儀器。它與我們?nèi)粘Ｉ罹o密結(jié)合息息相關(guān)，電子稱不但計量準(zhǔn)確、快速方便，更重要的自動稱重、數(shù)字顯示，對人們生活的影響越來越大，廣受歡迎。本系統(tǒng)的設(shè)計是基于單片機 STC12C5A60S2 為核心的控制單元實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，采用壓力傳感器對數(shù)據(jù)進行采集，電子秤專用 24 位 AD 轉(zhuǎn)換芯片 HX711 對傳感器采集到的模擬量進行 AD 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送到單片機進行處理顯示，數(shù)據(jù)顯示由 LCD1602 液晶實現(xiàn)，并使用語音芯片 ISD4004 實現(xiàn)語音播報功能。關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：STC12C5A60S2ST

3、C12C5A60S2 HX711HX711 LCD1602LCD1602 ISD4004ISD4004北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計Voice reported that the number of electronic scales Based Design and RealizationABSTRACTElectronic scale is the detection and conversion technology, computer technology, information processing, digital technology, new technol

4、ogy combines the integration of modern weighing instruments. It is closely integrated with our daily lives are closely related, electronics is not only accurate, fast and convenient, automatic weighing more importantly, the figures show the impact on peoples lives more and more popular. The system i

5、s designed to deal with the core of microcontroller-based control unit STC89C52RC data, using a pressure sensor for data collection, electronic scales special 24 AD converter chip HX711 amount of the sensor to the analog AD conversion, the converted data to the microcontroller for processing display

6、 data is implemented by LCD1602 LCD display, and use voice chip ISD4004 voice broadcast feature.Key words: STC12C5A60S2STC12C5A60S2 HX711HX711 LCD1602LCD1602 ISD4004ISD4004北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計目目 錄錄1 1 緒論緒論.1 11.1 電子秤的發(fā)展史.11.2 電子秤的現(xiàn)狀.11.3 論文構(gòu)成.22 2 總體設(shè)計總體設(shè)計.3 32.1 設(shè)計框圖.32.2 設(shè)計要求.32.3 電子秤原理.32.3.1

7、 電子秤的基本結(jié)構(gòu).32.4 電子秤的工作原理 .42.5 方案論證.42.5.1 控制部分的方案選擇.42.5.2 顯示模塊的選擇方案和論證.52.5.3 壓力傳感器的選擇方案和論證.53 3 硬件設(shè)計硬件設(shè)計.6 63.1 各單元模塊功能分析及模塊電路設(shè)計.63.1.1 單片機控制模塊.63.1.2 稱重傳感器電路設(shè)計.83.1.3 AD 芯片電路模塊 .93.1.4 顯示模塊.103.1.5 語音芯片模塊.134 4 軟件設(shè)計軟件設(shè)計.14144.1 系統(tǒng)的總體軟件流程 .144.2 語音電路 ISD4004 的軟件編程.164.3 液晶模塊 LCD1602 的軟件編程.164.4 KE

8、IL 軟件使用 .175 5 調(diào)試與測試調(diào)試與測試.21215.1 硬件的調(diào)試.215.2 軟件調(diào)試.225.3 問題與解決過程.235.4 數(shù)據(jù)檢測.23北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計5.5 設(shè)計總結(jié).24參考文獻參考文獻.2525致致 謝謝.2626附錄一附錄一.2727附錄二附錄二.2828北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計11 1 緒論緒論1.1 電子秤的發(fā)展史電子秤的發(fā)展史秤在我們?nèi)粘Ｉ钪蟹浅Ｆ毡椋〉讲耸袌龃蟮焦S都隨處可見，它是我們生活和生產(chǎn)中重要的工具，有了它我們才能準(zhǔn)備的知道物體的重量。 早在20世紀(jì)80年代，美國、德國等工業(yè)發(fā)達國家，就開始

9、了數(shù)字式稱重傳感器和數(shù)字稱重系統(tǒng)的預(yù)先研究和初期開發(fā)工作，經(jīng)過十余年的努力，推出了多種數(shù)字式智能稱重傳感器及其稱重系統(tǒng)，在電子稱重領(lǐng)域備受矚目,有力的推動了電子衡器數(shù)字化和數(shù)字稱重系統(tǒng)的發(fā)展。我國數(shù)字式智能稱重傳感器的研究開發(fā)始于20世紀(jì)90年代中后期，在短短幾年時間里，研制出安裝在模擬式稱重傳感器內(nèi)部的小型數(shù)字化單元，完成了模擬信號與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換，變模擬式稱重傳感器為數(shù)字化稱重傳感器，并應(yīng)用于大型電子汽車衡和電子配料秤等小型稱重系統(tǒng)中。1.2 電子秤的現(xiàn)狀電子秤的現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟的發(fā)展，出售商品品種的增加，需要稱量物品的設(shè)備也需要更新?lián)Q代，人們對稱重裝置的要求也越來越高，同時商品

10、種類的繁多和對服務(wù)更高的要求也促使電子秤的功能進一步擴展，而成為集度量、結(jié)算于一體的商業(yè)銷售終端。傳統(tǒng)的機械秤由于容易壞，秤重精度低，已經(jīng)瀕臨淘汰了。近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子秤也變得越來越多。電子秤體積小、重量輕、使用簡單、精度高而且穩(wěn)定性也好，可以在各種環(huán)境中使用。電子秤實現(xiàn)了重量顯示數(shù)字化，還可以和計算機相連，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，提高了我們的工作效率。語音報數(shù)電子秤是針對自動稱重、計算價格進行研究和設(shè)計的。系統(tǒng)以單片機作為控制核心，結(jié)合語音電路的設(shè)計，突出語音報數(shù)的特點。 作為儀器的處理器，單片機由運算器，控制器和存儲器等構(gòu)成。它是近年來發(fā)展成熟和應(yīng)用廣泛的一種芯片，許許多多簡單的

11、控制都可以用到它，它不但使用簡單，而且成本也低，市面上的單片機型號更是繁多，可以讓設(shè)計人員北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計2根據(jù)自己的需求去選擇。單片機和計算機相比，單片機缺少了外圍設(shè)備等。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。由于單片機的需求大，現(xiàn)在已經(jīng)有 8 位、16 位、32 位的單片機，其中作為 8 位單片機的 51 單片機最為成功，因為其簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。近年來傳感器技術(shù)突飛猛進，為我們的生活帶來了生活的便捷。傳感器技術(shù)也應(yīng)用在各個行業(yè)，例如汽車上的雷達報警，以及手機的重力傳感器。在設(shè)計電子秤的同時，我們也會使用到各種傳感器。1.3 論文構(gòu)成論文構(gòu)成

12、論文將從硬件和軟件兩個方面去設(shè)計一款基于單片機的語音報數(shù)電子秤。硬件方面從單片機到傳感器逐一討論，選取最優(yōu)的方案。軟件將采用 C 語言編寫，介紹每個功能的流程圖。最后將介紹調(diào)試的過程和結(jié)果。北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計32 2 總體設(shè)計總體設(shè)計2.12.1 設(shè)計框圖設(shè)計框圖 本設(shè)計的設(shè)計框圖如圖 2.1 所示圖 2.1 設(shè)計框圖2.22.2 設(shè)計要求設(shè)計要求 1.熟練掌握單片機的用法與最小系統(tǒng)的搭建；2.完成語言報數(shù)電子秤的硬件與軟件設(shè)計；3.要求是最大量程為 5KG，分辨率為小數(shù)點后兩位；4.要求液晶屏顯示重量并語音提示；5.在制作的單片機系統(tǒng)上實現(xiàn)所設(shè)計的功能，并完成演

13、示；6.其他可擴展功能。2.32.3 電子秤原理電子秤原理2.3.12.3.1 電子秤的基本結(jié)構(gòu)電子秤的基本結(jié)構(gòu)電子秤均由以下三部分組成：（1）承重、傳力復(fù)位系統(tǒng)該系統(tǒng)承載器、秤橋結(jié)構(gòu)和吊掛連接部件以及限位減振機構(gòu)。（2） 稱重傳感器壓力傳感器信號放大信號轉(zhuǎn)換單片機語音播報LCD 顯示北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計4它是電子秤的核心，作用是把質(zhì)量或重量轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件。稱重傳感器要有較高的靈敏度；對被稱物體的狀態(tài)的影響要小；能在較差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。（3） 測量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測量裝置載荷測量裝置包括放入器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器

14、、補嘗元件、保護線路等。2.2.4 4 電子秤的工作原理電子秤的工作原理 當(dāng)商品放到秤盤上時，稱重傳感器產(chǎn)生和商品重量成線性關(guān)系的電信號，該電信號經(jīng)放大電路放大后，送入 A/D 轉(zhuǎn)換芯片進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把得到的數(shù)據(jù)傳輸給處理器單片機，最后單片機產(chǎn)生一組滿足顯示要求的數(shù)據(jù)，送至顯示電路顯示出實際重量。另一方面，商品單價通過鍵盤掃描電路送入單片機，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，送至顯示電路顯示出商品單價。物重與單價經(jīng)過運算產(chǎn)生總價，也在顯示電路上同時顯示出來。語音電路將根據(jù)單片機傳輸過來的數(shù)據(jù)，將實現(xiàn)錄好的音組合起來通過喇叭播放聲音，達到語音報數(shù)的功能。2.52.5 方案論證方案論證 2.5.12.5.1 控制

15、部分的方案選擇控制部分的方案選擇方案一：采用傳統(tǒng)的 8 位單片機，例如 STC12C5A60S2 作為控制核心。該單片機是目前最流行以及開發(fā)平臺最低的一種嵌入式控制芯片，目前已經(jīng)廣泛運用于市場上，高校的教學(xué)也有講這方面的知識。 方案二：采用 FTC10F04 單片機，還帶有非易失性 Flash 程序存儲器。它是一種高性能、低功耗的 8 位 CMOS 微處理芯片，市場應(yīng)用最多。方案一成本比較低，適合做設(shè)計，方案二運算速度高，性能好，所以兩種方案都有可取之處。但是方案一做設(shè)計容易上手，方案比較通用，而且貨源充足，有利于生產(chǎn)。綜合比較選用方案一北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計52.5

16、.22.5.2 顯示模塊的選擇方案和論證顯示模塊的選擇方案和論證方案一：LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描。相對于液晶顯示比較經(jīng)濟實惠，但液晶顯示比數(shù)碼管顯示美觀，LED 數(shù)碼管在操作上比較繁瑣。方案二：點陣顯示。用點陣顯示美觀，但是分辨率不高，而且需要的功率比較大，單個 LED 出現(xiàn)問題后會對整個點陣的顯示產(chǎn)生影響。方案三：LCD1602 液晶是一種具有 8 位并行接口方式的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 16x2。LCD1602 液晶技術(shù)成熟，應(yīng)用非常廣泛，相關(guān)資料豐富，非常的方便使用。經(jīng)過綜合比較最終選擇方案三，即選擇 LCD1602 液晶顯示屏。2.5.32.5.3 壓力傳感器的選擇方案和論

17、證壓力傳感器的選擇方案和論證 方案一：壓電傳感器結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，但是價格昂貴。 方案二： 電阻應(yīng)變式應(yīng)用和測量范圍廣，結(jié)構(gòu)小，而且技術(shù)成熟，價格比較便宜，可以滿足比較基本的需求。綜上所述，選擇方案二電阻應(yīng)變式壓力傳感器。北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計63 3 硬件設(shè)計硬件設(shè)計3.13.1 各單元模塊功能分析及模塊電路設(shè)計各單元模塊功能分析及模塊電路設(shè)計3.1.13.1.1 單片機控制模塊單片機控制模塊本系統(tǒng)以 STC12C5A60S2 單片機為控制核心。STC12C5A60S2 系列 1T 單片機特點如下：1. 增強型 8051 CPU,1T,單時鐘 / 機器周期2 .

18、工作電壓:有 5.5V - 3 . 3 V 和 3.6V - 2 . 2 V 兩種電壓的單片機可以選擇，可以最大的適應(yīng)你所需要的設(shè)計需求3. 工作頻率范圍:0 - 35MHz4. 用戶應(yīng)用程序空間選擇多5. 片上集成 1280 字節(jié) RAM 6. 通用 I/O 口(36/40/44 個) 7. 不用下載器和仿真器，可通過串口直接下載用戶程序8. 有 EEPROM 功能9. 看門狗 10. 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路11. 外部掉電檢測電路12. 時鐘源:外部高精度晶體或者內(nèi)部 R/C 振蕩器13. 共 4 個 16 位定時器引腳信號介紹：P0.0P0.7 ：P0 口 8 位雙向口線

19、P1.0P1.7 ：P1 口 8 位雙向口線 P2.0P2.7 ：P2 口 8 位雙向口線 P3.0P3.7 ：P3 口 8 位雙向口線 P1 口的第二功能如表 3.1：表 3.1 P1 口第二功能表引腳號第二功能P1.0T2（定時器計數(shù)器 T2 的外部記數(shù)輸入） ，時鐘輸出P1.1T2EX(定時器)P1.5MOSI(在系統(tǒng)編程用)北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計7P1.6MISO(在系統(tǒng)編程用)P1.7MCK(在系統(tǒng)編程用)P3 口的第二功能如表 3.2: 表 3.2 P3 口第二功能表引腳號第二功能P3.0RXD（串行輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.2INT0（外部中

20、斷 0）P3.3INT0 外部中斷 0）P3.4T0（定時器 0 外部輸入）P3.5T1（定時器 1 外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）引腳號第二功能P3.0RXD（串行輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.2INT0（外部中斷 0）P3.3INT0 外部中斷 0）P3.4T0（定時器 0 外部輸入）P3.5T1（定時器 1 外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）單片機電路如圖 3.1 所示北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計8圖 3.1 單片機電路3.1.23.1.2 稱重傳感器電路設(shè)計稱

21、重傳感器電路設(shè)計稱重傳感器其實也就是壓力傳感器，它的工作原理是基于某些材料受力后在其相應(yīng)的特定表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)，把物體的重量信號轉(zhuǎn)換為電信號。稱重傳感器的使用：1、平行梁式稱重傳感器使用時要按懸臂梁方式安裝。2、傳感器的變形量是很微小的，在安裝、使用過程中要特別注意不要超載。3、如果在外力撤除后不能恢復(fù)圓形狀，發(fā)生塑性變形，則傳感器就損壞了。4、紅線為電源正極輸入，黑線為電源負極輸入，白線為信號輸出 1，藍（或者綠）線為信號輸出 2。5、為保證精度，一般不要隨意調(diào)整線長。北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計9圖 3.2 稱重傳感器3.1.33.1.3 ADAD 芯片電路模塊芯

22、片電路模塊HX711 是一款 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片，它是專門高精度電子秤設(shè)計的。該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振蕩器，所以它具有更高的集成度，而且它具有響應(yīng)速度快、抗干擾性強等優(yōu)點，使用這款芯片降低了電子秤的整機成本，提高了整機的性能和可靠性。 芯片管腳圖如圖 3.3 所示。圖 3.3 HX711 管腳定義HX711 電路如圖 3.4 所示。北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計10圖 3.4 HX711 電路圖3.1.43.1.4 顯示模塊顯示模塊1602 在單片機系統(tǒng)中很常見，優(yōu)點就不再敘述，它的特點如下：顯示質(zhì)量高，數(shù)字式接口，體積小、重量輕，功耗低，而且它可以構(gòu)建

23、簡單的人機交互界面，技術(shù)成熟，而且在網(wǎng)上的資料很多，所以容易使用和開發(fā)。1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162 個字符工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA(5.0V)各引腳接口說明如下表所示:編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計113VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極第 1 腳：接地第 2 腳：接 5V。第 3 腳：VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端

24、第 4 腳：RS 為寄存器選擇第 5 腳：R/W 為讀寫信號線第 6 腳：E 端為使能端第 714 腳：D0D7 數(shù)據(jù)線。第 15 腳：背光源的正極。第 16 腳：背光源的負極。1602LCD 的指令說明及時序如下表所示：序號 指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5字符移位000001S/C R/L*6置功能00001DLNF*北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計127置字符發(fā)生存貯器的地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器的地址001顯示

25、數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)據(jù)到 CGRAM 或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從 CGRAM 或 DDRAM 讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容與 HD44780 相兼容的芯片時序表如下：讀狀態(tài)輸入RS=L，R/W=H，E=H輸出D0D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L，R/W=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=H，E=H輸出D0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=L，D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出無該模塊在本次設(shè)計中的電路如圖 3.5 所示： 圖 3.5 LCD1602 電路圖北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計13 圖 3.6 I

26、SD4004 引腳排列圖3.1.53.1.5 語音芯片模塊語音芯片模塊本設(shè)計語音電路采用 ISD4004 集成芯片。它是美國 ISD 公司制造的一種新款語音芯片。ISD4004 采用 SPI 通信，它的工作電壓為 3V，適用于移動電話及其它便攜式電子產(chǎn)品中。ISD4004 的引腳排列如圖 3.6 所示，各引腳功能如下：1、電源（VCCA，VCCD）：模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線。2、地線（VSSA，VSSD）：模擬和數(shù)字電路使用不同的地線。 3、同相模擬輸入（ANA IN+）：錄音信號的同相輸入端。4、反相模擬輸入（ANA IN-）：錄音信號的反相輸入端。5、音頻輸出（AUD OUT）：提

27、供音頻輸出。 6、片選（SS）：此端為低，即向該 ISD4004 芯片發(fā)送指令。 7、串行輸入（MOSI）：此端為串行輸入端。 8、串行輸出（MISO）：ISD 的串行輸出端。 9、串行時鐘（SCLK）：ISD 的時鐘輸入端。 10、中斷（INT）：本端為漏極開路輸出。中斷狀態(tài)在下一個 SPI 周期開始時清除。中斷狀態(tài)也可用 RINT 指令讀取。OVF 標(biāo)志用來指示 ISD 的錄、放操作已到達存儲器的末尾。 11、行地址時鐘（RAC）：漏極開路輸出。圖 3.7 為 ISD4004 與單片機接口電路圖SS1MOSI2MISO3Vssd4NC5NC6NC7NC8NC9NC10Vssa11Vssa1

28、2ANDOUT13AMCAP14NC15ANA IN-16ANA IN+17Vcca18NC19NC20NC21NC22Vssa23RAC24INT25XCLK26Vccd27SCLK28U4ISD4004GNDGNDGNDGNDVCC1VCC1VCC1GNDC10104R510KR610KINTRACVCC1 VCC1MISOMOSICSSCLKLS1SPEAKERC161uFGND功功功功GNDOUT21OUT131-51+62+72-8V+2V-4U5TDA2822MC910uFC710uFC510uFGNDGNDGND功功VCC北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計14圖 3

29、.7 ISD4004 與單片機接口4 4 軟件設(shè)計軟件設(shè)計在單片機設(shè)計中，可以使用 C 語言和匯編語言。由于 C 語言通俗易懂，移植性好，所以本次設(shè)計使用 C 語言來設(shè)計程序。4.1系統(tǒng)的總體軟件流程系統(tǒng)的總體軟件流程 系統(tǒng)的軟件部分采用 C 語言編程，總體軟件框圖如圖 4.1 所示。系統(tǒng)上電開始工作后，首先進行一些變量定義、程序初始化等操作，之后程序?qū)⑴渲脝纹瑱C內(nèi)部的 A/D 轉(zhuǎn)換器，并調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序，啟動轉(zhuǎn)換。A/D 轉(zhuǎn)換啟動后，程序?qū)⒌却?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，程序?qū)⒆x入 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果。然后系統(tǒng)將掃描鍵盤，判斷確認稱重鍵是否按下，若此按鍵不按下，系統(tǒng)將一直循

30、環(huán)啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，等待 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束并讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。不斷更新稱重數(shù)據(jù)，直到使用者按下稱重確認鍵為止。稱重確認鍵按下后系統(tǒng)將處理 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成重量值，并與商品原單價相乘，得出商品的總重。這樣做的好處是如果使用者稱的是同一種商品，則無需更改商品的單價，直接給出商品的總價。計算結(jié)束后，軟件將稱得的重量值，商品的單價以及計算的總價送到LCD1602，將以上三個數(shù)值顯示出來。之后程序?qū)?P3.7 口的電平高低狀態(tài)，根據(jù) P3.7 口的電平高低狀態(tài)不同分為兩種情況執(zhí)行。當(dāng) P3.7 口為高電平時，表示系統(tǒng)進入的是稱重工作模式。此時，按下報數(shù)按鍵，表示確認此次稱重，這時系統(tǒng)將啟動

31、 ISD4004，并根據(jù)商品的總價，讀出各位數(shù)據(jù)對應(yīng)地址存儲的語音。組合成商品總價的語音，通過揚聲器向外播放。如果所稱的是不同商品或者商品的單價與原來設(shè)定單價不同，則需要修改商品的單價。此時，系統(tǒng)將調(diào)用按鍵掃描程序，對原單價進行修改，并重新計算總價。之后，系統(tǒng)將判斷商品的總價或者商品的稱重有沒有變化，若這些數(shù)值發(fā)生變化，將再次讀出商品總價數(shù)值。本次稱重過程結(jié)束后，軟件返回重新啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，重復(fù)上述過程。開始下一稱重計算過程。當(dāng) P3.7 口為低電平時，表示系統(tǒng)進入語音工作模式。系統(tǒng)等待語音錄入鍵按下，當(dāng)語音錄入鍵按下時，ISD4004 將上電、啟動。通過按鍵鍵值的不同，系統(tǒng)將錄入各段語音

32、，包括 0、1、29，元、角等。錄音完成按鍵按下后，ISD4004 將掉電、停止工作。隨后程序?qū)⒏鶕?jù)音量增減按鍵的調(diào)整修改 ISD4004錄音、放音音量的強度。北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計15開始變量定義，程序初始化A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束啟動 AD 轉(zhuǎn)換調(diào)用按鍵掃描程序按鍵確認稱重讀取 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果計算重量P3.7 是低電平P3.7 是高電平再次讀出總價使用原單價計算價格報數(shù)鍵按下讀出總價格顯示重量、單價和總價是否修改單價調(diào)用按鍵掃描程序，修改單價總價有變化ISD4004 啟動，錄入各段錄音錄音鍵按下錄音完成鍵按下試聽各段錄音，ISD4004 停止增減錄放音音量音量調(diào)整鍵按下

33、YNYNYNYNYNYNYNYN4.1 系統(tǒng)主程序流程北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計164.2 語音電路語音電路 ISD4004ISD4004 的軟件編程的軟件編程前面我們已經(jīng)設(shè)計了 ISD4004 的硬件電路，這里介紹 ISD4004 的軟件編程。ISD4004 工作于 SPI 串行接口。SPI 端口控制位如圖 4.2 所示。圖 4.2 SPI 端口控制位在本設(shè)計中，要實現(xiàn)語音的錄制/播放控制流程圖如圖 4.3圖 4.3 語音部分軟件流程4.3 液晶模塊液晶模塊 LCD1602LCD1602 的軟件編程的軟件編程1602LCD 顯示模塊的各個程序模塊比較常用，其流程圖如圖

34、4.4 所示：向 ISD4004 寫入上電準(zhǔn)備指令延時設(shè)置錄音/播放起始地址向 ISD4004 寫入錄音/播放指令返回北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計17測試 LCD 忙碌狀態(tài)寫入指令數(shù)據(jù)到 LCDLCD 初始化設(shè)定寫入字符顯示數(shù)據(jù)到 LCD圖 4.4 LCD1602 流程圖4.44.4 KEILKEIL 軟件使用軟件使用本設(shè)計的軟件設(shè)計是在 Keil3 中完成的，下面就來介紹一下他的使用步驟。打開 Keil 軟件，在菜單欄中選擇“Project”“New Project” ，選擇目標(biāo)路徑，在“文件名”欄中輸入項目名后，如圖 4.5 所示。圖 4.5 “CreateNewPro

35、ject”對話窗口點擊“保存(S)”按鈕，彈出“Select Device for Target” 。在此對話窗口的“Database”欄中，在其子類中選擇“AT89C51，確定 CPU 類型，如圖 4.6所示。北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計18圖 4.6 選擇 CPU在 Keil Vision3 的菜單欄中選擇“File”一“New”命令，新建文檔，在“文件名(N)”一欄中，為此文本命名，注意要填寫擴展名“.c” ，如圖 4.7所示。圖 4.7 保存文件程序編寫完后，再次保存。在 Keil 中“Project Workspace”子窗口中，單擊“Targetl”前的“+”號

36、，展開此目錄。在“Source Group1”文件夾上單擊鼠標(biāo)右鍵，在右鍵菜單中選擇“Add File to GroupGroupSourcel ” ， “Project Workspace”子窗口如圖 4.8 所示。北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計19圖 4.8 “Project Workspace”子窗口在“Project Workspace”窗口中的“Target 1 文件夾上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的右鍵菜單中選擇“Option for Target”選項，這時會彈出“Options for Target”對話窗口，在本設(shè)計中，根據(jù)實際需要，需要將時鐘頻率變?yōu)?2.0MHz

37、 并生成 HEX 文件。在此對話窗口中選擇“Output”選項卡，選中“Create HEX File”選項，如圖 4.9 所示。圖 4.9 “Options for Target”對話窗口在 Keil 的菜單欄中選擇“Project”一“Build Target”命令，編譯源文件。如果編凋成功，則在 Keil 的“Output Window”子窗口中會顯示如圖 4.10所示的信息；如果編譯不成功，雙擊“Output Window”窗口中的錯誤信息，則北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計20會在編輯窗口中指示錯誤的語句。圖 4.10 編譯源文件北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科

38、生畢業(yè)設(shè)計215 5 調(diào)試與測試調(diào)試與測試經(jīng)過初步的分析和設(shè)計完成后，系統(tǒng)的軟件和硬件調(diào)試是分不開的。在后面的調(diào)試中，我們會發(fā)現(xiàn)，許多的硬件故障時在調(diào)試軟件的時候才慢慢的發(fā)現(xiàn)的，如果我們先排除掉系統(tǒng)中一些較為明確的硬件故障，然后再對其進行然間測試，這樣就可以調(diào)高測試的效率，減少測試的時間，使測試的可靠性更加好。在我們進行系統(tǒng)調(diào)試的時候，我們要先對各個模塊進行調(diào)試，避免系統(tǒng)調(diào)試的時候，因為模塊故障而無法繼續(xù)調(diào)試下去。學(xué)會排除，是設(shè)計成功的一大因素。5.15.1 硬件的調(diào)試硬件的調(diào)試 本次設(shè)計的調(diào)試不問分為下面幾個部分：（1）邏輯錯誤調(diào)試 成品模塊的邏輯錯誤是由于在設(shè)計過程中，模塊的排布安裝等問題

39、造成的，這類錯誤包含：連接錯線、短路、開路，信號不同幾種，其中這個短路時最常見的錯誤。（2）器件調(diào)試元器件在使用的過程中也可能會失效，其中原因可能是本身元器件壞掉了或者是由于組裝元器件的時候元器件失效了。例如某些電容、二極管的極限錯誤等等。（3）可靠性調(diào)試對于這樣的一種系統(tǒng)，引起系統(tǒng)不可靠的因素會有很多，很多時候，接觸不良，內(nèi)部干擾，外部干擾，電源過大，器件的負載太大等等，另外，走線和布局不合理有時候也導(dǎo)致出現(xiàn)在各種問題。（4）電源故障 如果這系統(tǒng)中出現(xiàn)電源故障，那么可能是通電后，造成了器件的損壞。電源的故障包括下面幾個方面，有時候因為電壓值不符合設(shè)定的要求，有時候是電源的插座和引線借口不對，

40、電源的功率不足，負載能力很差。北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計22在本次調(diào)試系統(tǒng)的時候，我們要用運用萬用表和反正模擬器，根據(jù)硬件電路圖我已經(jīng)設(shè)計好的裝配圖檢查好各個線路的正確性，并確定好各個元器件的型號，參數(shù)，規(guī)格是否正確。還要注意在焊接電路板的時候，布局布線等方面，避免電路出現(xiàn)極性錯誤或者短路，還要重點的檢查擴張的系統(tǒng)是否存在相互之間的短路，或者有其他的信號之間短路。由于本次的整個電路板都是手工焊制，可能我出現(xiàn)虛焊短接等可能，需要特別注意這一方面。5.25.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試在本系統(tǒng)中，硬件電路采用了集成芯片設(shè)計。每一個集成芯片都有相應(yīng)的控制方法，即工作時序。在應(yīng)用每一個芯

41、片的時候，都要認真閱讀它的數(shù)據(jù)手冊，再了解它的參數(shù)和性能。該系統(tǒng)除含有傳感器模塊外，還含有液晶顯示模塊，模塊比較多，可以分別用子函數(shù)來實現(xiàn)各模塊的初始化和工作。（1）按鍵部分軟件調(diào)試 觀察按鍵按下之后顯示界面是否按照理論設(shè)計變化，發(fā)現(xiàn)只在按下一次按鍵之后，液晶上的字符會移動很多位，這說明硬件有抖動。本設(shè)計在最后按鍵部分軟件設(shè)計過程中，采用軟件消抖和按鍵釋放判斷，很好的解決了這個問題。（2） 調(diào)試子程序 在調(diào)試主程序前，必然要調(diào)用子程序，所以也要確保子程序沒有錯誤，才不會對主程序有影響。（3） 調(diào)試主程序 主程序運行后，觀察液晶顯示屏是否工作，它顯示的數(shù)據(jù)是否會變化。若運行結(jié)果不正確，首先分析可

42、引起相關(guān)故障的原因，再通過調(diào)試排除。例如：若定時/計數(shù)器的初始化出錯，則時鐘將不能工作；若顯示程序出錯，則將不能正確顯示時鐘單元內(nèi)容；若定時/計數(shù)器中斷服務(wù)子程序出錯，則其顯示數(shù)據(jù)的變化規(guī)律將不正常。（4）調(diào)試總結(jié)剛開始調(diào)試程序的時候，由于單片機的定時器功能涉及到寄存器的設(shè)置，由于比較少接觸到這方面的知識，所以一開始的時候也是調(diào)試了很多次，也沒有什么頭緒。但后來經(jīng)過同學(xué)的指導(dǎo)，認真查看了 STC12C5A60S2 的芯片資料說明書之后，根據(jù)里面的詳細的介紹，再三調(diào)試，終于能夠正常使用定時器功能。北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計23在調(diào)試超聲波模塊程序時，由于沒有認真查看時序電路

43、圖，總是顯示錯誤，進過反復(fù)調(diào)試還是找不到問題的所在，最后我的網(wǎng)上查找資料，對比了一些人寫過的程序之后，進過修改，其功能還是調(diào)試好了。5.35.3 問題與解決過程問題與解決過程問題一：焊接好單片機最小系統(tǒng)板后，燒錄測試程序，發(fā)現(xiàn)單片機沒有工作。解決過程：在經(jīng)過仔細對比課本上的單片機最小系統(tǒng)后，發(fā)現(xiàn)單片機晶振電路的電容選錯了，使用的是 2PF 的電容，最后更換為 20PF 的電容后單片機可以正常工作。問題二：焊接好 LCD1602 后，通電發(fā)現(xiàn) LCD1602 不會亮。解決過程：仔細對比 LCD1602 的技術(shù)手冊，發(fā)現(xiàn) LCD1602 的 15 與 16 引腳即背光源正負極接反了。把它們調(diào)換順序

44、后 LCD1602 就可以亮了。 5.45.4 數(shù)據(jù)檢測數(shù)據(jù)檢測實物如圖 5.1 所示，放入不同質(zhì)量的砝碼，測量的結(jié)果如表 5.2 所示。北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計24圖 5.1 電子秤測量數(shù)據(jù)砝碼重量 g283051010002000測量結(jié)果kg0.0280.030.5012表 5.2 測量結(jié)果5.55.5 設(shè)計總結(jié)設(shè)計總結(jié)經(jīng)過三個月的畢業(yè)論文設(shè)計，收獲頗豐，感觸良多。首先畢業(yè)論文的設(shè)計要求我們認真研究該課題，了解該課題研究的國內(nèi)外相關(guān)背景，發(fā)展前沿及趨勢，通過上網(wǎng)和圖書館查找相關(guān)資料，不但給我們的方案選擇指明了方向，而且拓寬了視野，增長了見識。在提出一系列初步方案之后

45、，要求我們根據(jù)客觀實際情況作出最優(yōu)化的選擇，通過各環(huán)節(jié)各方案的仔細比較，我們不但對各元器件的功能性能增加了了解，而且更加熟悉和深刻了該方案的目的和作用要求，整體方案 是由各小方案組成的，這又要求我們根據(jù)誤差要求及前后環(huán)節(jié)的實際情況進行優(yōu)化組合。本次畢業(yè)設(shè)計涉及了模擬電子技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)和單片機等多方面的知識，比如小信號部分用的主要是模擬電子技術(shù)方面的知識，而計數(shù)部分又用到數(shù)字電子技術(shù)知識，最后處理使用的是單片機編程，環(huán)環(huán)相扣，需要我們對每個環(huán)節(jié)的設(shè)計考慮周全。而在仿真方面，這是一個考驗人耐性的階段，在我們用 Protel 99SE 繪制出 SCH 原理圖并設(shè)置參數(shù)進行仿真時，總是出現(xiàn)錯誤，經(jīng)

46、過將近 10 天的檢查，原本以為準(zhǔn)確無誤的原理圖被我們找出了將近十幾個錯誤，修改之后，終于柳暗花明，撥云見日，預(yù)期的波形躍入了眼簾。而經(jīng)過這個階段，我們對 Protel 軟件的使用比以前大有長進。在仿真波形及各項參數(shù)得出之后，要求我們對其進行分析運算，看看是否達到了預(yù)期要求。誤差分析要求我們對各環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生的誤差進行分析，并有針對性的提出改進方案。在論文書寫方面，論文書寫格式，字體等的要求相當(dāng)嚴(yán)格，經(jīng)過這個階段后，基本掌握了論文的規(guī)范書寫，而在專業(yè)英語翻譯部分，為我們以后對外文資料的閱讀打下了基礎(chǔ)。等等這些都為以后在工作崗位上更好的工作有很大的幫助?？傊?，本次畢業(yè)設(shè)計鞏固了我們的專業(yè)理論知識，

47、拓寬了視野，其中遇到的種種困難，提高了我們解決實際問題的能力。北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計25參考文獻參考文獻1 高衛(wèi)東 辛友順 韓彥征. 51 單片機原理與實踐，M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008 年. P85-962 孫俊逸 盛秋林 張錚. 單片機原理及應(yīng)用，M 北京：清華大學(xué)出版社，2006 年 3 月.P28-523 張紅潤 劉秀英 張亞凡. 單片機應(yīng)用設(shè)計 200 例, M 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006 年. P120-1254 石著. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京:高等教育出版社，2005.P93-3355 戴伏生主編基礎(chǔ)電子電路設(shè)計與實踐M北京:國防

48、工業(yè)出版社，2002.P102-1056 孫肖子，鄧建國主編.電子設(shè)計指南M北京:高等教育出版社，2006.P98-1207 李銀華主編.電子線路設(shè)計指導(dǎo)M北京:航空航天大學(xué)出版社2005.P78-1328 陳光明等主編電子技術(shù)課程設(shè)計與綜合實訓(xùn)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.P158-1609 高衛(wèi)東. 辛友順. 韓彥征. 51 單片機原理與實踐. M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008 年。P85-9610 張靖武 周靈彬. 單片機原理、應(yīng)用與 PROTEUS 仿真, M北京：電子工業(yè)出版社，2007 年 4 月.P63-8611 周潤景 張麗娜 基于 PROTUSE 的電路及

49、單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真，M北京航空航天大學(xué)出版社，2006 年.P54-5912 張毅剛 等編.新編 MCS-51 單片機應(yīng)用設(shè)計M.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003 年 7 月.北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計2613 潘永雄，劉殊單片機原理及應(yīng)用M西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2000.致致 謝謝歷時將近幾個月的時間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。首先最應(yīng)該感謝的是我的同學(xué)，由于我的基礎(chǔ)比較差，所以總是請教他們，但他們還是耐心的教我。還有我的舍友，在他的幫助之下，我的電路圖才能完工。班上的同學(xué)還指導(dǎo)我修改論文。

50、如果沒有他們的幫助和支持，我將很難完成本次畢業(yè)設(shè)計。歲月如梭，時間在不經(jīng)意之間就流逝的七七八八，有時候真想問問時間去哪兒了，短暫的時間生活即將結(jié)束，在這四年的生活中我學(xué)習(xí)到了很多專業(yè)知識，受到了很多良師益友的教誨與鼓勵，跟重要的是學(xué)會了如何獨立的去解決某一些問題，如果讓問題變的不是問題。在這一次的畢業(yè)設(shè)計中，我意識到，之前所學(xué)的一切都是有用的，他是我們未來的鋪墊，它帶給我們解決很多問題的理論知識。這里，我先要感謝我們的學(xué)校，是她給予了我這樣一個學(xué)習(xí)的平臺，讓我在這次辛勤的學(xué)過了四年，學(xué)習(xí)到了人生中一筆最為可貴的財富，為我出去社會打下了堅實的基礎(chǔ)，再者，我要感謝那些曾經(jīng)教過我的老師，使他們讓我在

51、學(xué)習(xí)各種專業(yè)知識的同時，也同樣讓我這迷惘的四年的，慢慢的樹立目標(biāo)，找到自我，明確了未來發(fā)展的道路。還有就是要感謝那些在我生活中幫助過我點點滴滴的朋友或是陌生人，你的當(dāng)時的幫助，是我莫大的動力，是對我莫大的鼓舞，謝謝你們，謝謝大家。之后，也是在這一次畢業(yè)設(shè)計中，最重要的一個人，我要感謝的是我的指導(dǎo)老師。整個畢業(yè)設(shè)計的過程，首先是論文題目制定時，他給予了明確題目，給了我前進的目標(biāo)，讓我在完成這個畢業(yè)設(shè)時有了具體方向。在論文提綱制定時，我本來沒有什么方向，但是經(jīng)過我的老師的幫助，讓我在設(shè)計的過程中慢北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計27慢清晰思路。在完成初稿后，老師認真查看審閱了我的文

52、章，指出了論文及作品中的些許不足，指導(dǎo)我修改等等。在此十分感謝黃老師老師的細心指導(dǎo)，才能讓我順利完成畢業(yè)論文。附錄附錄一一電路原理圖：北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計28北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2015 屆本科生畢業(yè)設(shè)計29附錄二附錄二程序：ISD4004 語音電路相關(guān)子函數(shù)如下：/=/函數(shù)名稱:void ISD4004_ISD4004_Send(unsigned char m)/函數(shù)功能：給 ISD4004 送命令/日期：2007.03.31/=void ISD4004_Send(unsigned char m) unsigned char i,j; for(i=0;i8;i+

53、) ISD4004_SCLK = 0;for(j=0;j5;j+); if(m&0 x01) ISD4004_MOSI=1; else ISD4004_MOSI=0;ISD4004_SCLK=1; for(j=0;j1; /=/函數(shù)名稱:void ISD4004_Powerup()/函數(shù)功能：ISD4004 上電/日期：2007.03.31/=void ISD4004_Powerup() ISD4004_SS=0; /開片選 ISD4004_Send(0 x20); delay25ms(); ISD4004_SS=1; /關(guān)片選/=/函數(shù)名稱:void ISD4004_Stop()/函數(shù)功能：ISD4004 停止/日期：2007.03.31/=void ISD4004_Stop() ISD4004_SS=0; ISD4004_Send(0 x30); ISD4004_SS=1;/=/函數(shù)名稱:void ISD4004_Powerdown()/函數(shù)功能：下電 停止并掉電/日期：2007.03.31/=void ISD4004_Powerdown() ISD4004_