语音播报测重值设计.docx

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语音播报测重值设计

语音播报测重值设计

摘要：

普通电子秤在我们日常生产和生活中已普及，然而，它不方便视弱人群使用。

为解决普通电子秤带来的不便问题，设计了语音电子秤。

该电子秤主要由THGWM51单片机来控制，使用称重传感器、A/D转换器、共阴极LED数码管显示实时重量，语音芯片控制播报实时重量，准确度达到1g。

介绍了语音电子秤的硬件电路设计和系统软件设计，给出了系统硬件连接和软件调试过程及实验结果。

该语音电子秤具有系统设计简单、使用方便直观、测量准确等特点。

　　关键词：

重量测量；数据采集；语音播报

　　0引言

　　电子产品智能化是当今社会备受关注的话题，语音电子秤与传统的电子秤相比，具有使用方便直观、称量准确等优点，是电子秤智能化的体现之一。

语音电子秤主要适用于生产车间等对质量称量要求比较准确的场所。

　　随着微电子技术和计算机技术的发展，单片机微控处理器也有了突飞猛进的发展。

它具有体积小、耗电少、控制简单、可靠性好、成本低等优点。

其中基于8051单片机的语音电子秤就是一个典型的例子。

本文介绍了语音电子秤的总体方案设计、硬件电路设计方案、系统软件设计方案、系统综合调试过程。

　　1需求分析

　　1.1功能需求

　　要求能够称量出物件的重量大小，同时播报出显示的重量大小，实现语音电子秤的基本功能。

　　1.2硬件需求

　　硬件数据需求方面，需要压力测量测得重量，故需要压力测量模块。

同时还需要语音ISD1420芯片录制准备播报的数据，故需要语音ISD1420芯片。

　　1.3软件需求

　　软件数据需求方面，需要语音录制播报的数据，故需要编制程序录制语音。

　　1.4总体设计框图

　　根据功能需求，总体设计框图如图1所示。

　　控制器采用PDIP封装形式THGWM51，称重传感器，转换器ADC0809将模拟信号转为数字信号，语音ISD1420芯片录制准备播报的数据，共阳LED数码管显示。

　　2硬件电路设计

　　2.1压力测量工作原理

　　实验采用的压力传感器为电阻应变式压力（称重）传感器。

电阻应变式称重传感器的原理是：

弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成将外力变换为电信号的过程。

电阻应变式称重传感器有多种形式，使用最多的为桥路形式，如图2所示。

　　当桥路中的某臂电阻发生变化时，桥路就不平衡，桥路输出的变化量反映了压力的变化量。

该变化量通过二级放大，将微弱信号放大到A/D转换器可以分辨的模拟信号。

A/D将模拟信号转换成数字信号，利用CPU采集并存储采集到的数据。

　　本实验使用的压力传感器量程为600g，将压力传感器输出的小信号经过放大和低通滤波后，送至A/D转换器ADC0809转换成8位数字量信号。

设定空载时（0.0kg）变换放大电路输出模拟量为0.0V，510g输出模拟量为4.9805V，平均每2g对应1LSB变化量。

压力的报警值为500g。

在测量过程中，当压力超过容限后，通过电压比较器开通硬件报警电路报警。

另外，在当压力超出量程后，输入A/D的模拟信号也有过压保护，不会损坏A/D转换器。

82加压和降压可以采用增加和减少砝码来实现。

　　本实验需要用到CPU模块（F3区）、压力测量模块（A4区）、并行模数转换模块（D7区）、8279显示模块（E7区）。

压力测量电路原理参见图3。

　　图3中，RW5A为测压系统零点调节器，用户可以利用该电位器调节零点。

调零方法：

用万用表测量压力测量模块的P-Detect端电压，调节电位器RW5A，使之为零伏。

RW6A为测压系统放大倍数调节器，系统出厂时已设定好，用户不要随意调节。

放大倍数调节方法：

先调零，托盘放200g法码，用万用表测量P-Detect端电压，调节电位器RW6A，使之为2.00伏。

　　2.2语音芯片

　　现在以系列中的ISD1420芯片为例，介绍语音电路与单片机的应用接口。

其它系列型号芯片与此基本相同。

（1）ISD1420芯片的特点。

①外围组件简单，仅需少量阻容组件、麦克风即可组成一完整录放系统；②模拟信息存储重放音质极好，并有一定混响效果；③待机时低功耗（0.5μA），典型放音电流15mA；④放音时间20s，可扩充级联；⑤可持续放音，也可分段放音，最小分段20s/160段=0.125s/段，可分段数160段；⑥录放次数达10万次；⑦断电信息存储，无需备用电池，信息可保100年；⑧操作简单，无需专用编程器及语音开发器；⑨高优先级录音，低电平或负边沿触发放音；⑩单电源供电，典型电压+5V。

（2）ISD1420的内部逻辑结构。

ISD1420系列语音集成电路的内部结构由内部时钟电路、自动增益控制电路、前置控制电路、滤波器、差动功率放大电路、电源电路、内存EEPROM、地址译码电路、存储控制电路等组成。

　　（3）ISD1420的封装引脚及含义。

ISD1420系列语音芯片最后2位数字表示语音录放时间的长度，录放时间最长为20s。

ISD1420系列语音芯片的封装引脚如图4所示。

它是有28条引脚的双列直插式芯片。

各条引脚的功能含义说明如下。

A0～A7：

引脚1～6，9，10，地址输入端或控制命令输入端。

A7，A6同时为高电平时，A4～A0为控制命令；否则，A7～A0为地址。

　　SP-，SP+：

扬声器连接端，输出音频信号。

　　DGND：

引脚12，数字信号地线。

　　AGND：

引脚13，模拟信号地线。

　　V+：

模拟信号电源，+5V。

　　MIC：

引脚17，话筒输入端。

　　MICREF：

引脚18，话筒参考输入端。

　　AGC：

引脚19，自动增益控制端。

　　ANAIN：

引脚20，模拟信号输入端。

　　ANAOUT：

引脚21，模拟信号输出端。

　　PLAYL/：

引脚23，放音控制电平触发端。

当该端为低电平时，芯片进入放音周期；当该端为高电平时，停止放音。

　　PLAYE/：

引脚24，放音控制脉冲触发端。

该端输入由高电平向低电平跳变的下降沿时，芯片进入放音周期。

　　RECLED/：

引脚25，录音显示端。

该端接发光二极管，在录音时作录音指示灯。

　　XCLK：

引脚26，时钟控制端。

　　REC/：

引脚27，录音控制端。

该端为低电平时，芯片进入录音状态，录音期间该端必须保持低电平。

REC/信号的优先级高与PLAYL/和PLAYE/两种放音信号。

　　2.3硬件系统框图

　　2.4功能模块设计

　　根据分析，整个系统划分为两个主模块，即：

语音芯片模块和压力测量模块，功能模块如图5所示。

（1）语音芯片模块。

该模块实现设置播报数据存储的地址和延时的子程序模块。

（2）压力测量模块。

该模块实现将压力转换成数字在LED上显示出来。

　　（3）调用子程序模块。

　　①设置初始地址模块，语句如下：

　　MOVA，R7

　　LCALLADDR_OUT：

设定开始播放地址

　　②延时50ms模块，语句如下：

　　MOVR7，#250：

延时50ms

　　PLAYE1：

LCALLDELAY1MS

　　DJNZR7，PLAYE1

　　③8279初始化模块，语句如下：

　　MOVLEDDBuf，#12H

　　LCALLINIT8279

　　④显示字符模块，语句如下：

　　MOVR7，A

　　CALLM125D64：

ADHEX*500/256=*125/64

　　CALLHB2：

换成bcd

　　CALLTODISP：

拆开显示

　　LCALLDISPLAY：

显示在LED上

　　⑤延时模块，语句如下：

　　Lcalldelay：

一段时间的延时

　　3系统软件设计

　　3.1编程软件介绍

　　THGMW-51软件是集编辑、编译/连接、加载、调试等为一体的集成开发环境（IDE）。

用户可以在同一界面环境中完成所有任务。

　　THGMW-51集成开发环境全面支持汇编语言、C51语言、PL/M51语言的编辑、编译/连接、加载、调试。

　　主界面：

THGMW-51软件主界面大致如图7所示。

　　编辑窗口：

THGMW-51软件提供一个多窗口的源文件编辑器。

该编辑器不受文件大小限制，允许无限的撤销/重复功能。

编辑器全面支持汇编、C51和PL/M51语言的语法加亮着色。

用户可以自定义各种类型文本的颜色和不同语言的关键词。

相应的关键词文件名为asm.kwd、c51.kwd、plm51.kwd。

这些文件都保存在THGMW-51安装目录下。

编辑器还支持书签、拷贝、剪切、粘贴，全程查找、替换、拖动编辑等功能。

　　工作区窗口：

工作区窗口有两个页面窗口。

工程页面窗口以树型结构显示工程中的项目文件等内容。

没有打开工程时，该页面窗口为空。

资源管理器页面窗口和Win9x中的资源管理器中的左面窗口相同。

　　输出窗口：

输出窗口显示用户编译连接过程中的输出信息，用户双击某条编译出错信息提示即可直接定位到源文件的对应行。

　　观察窗口：

观察窗口中显示调试过程中长期观察的变量项。

用户可添加、删除、修改、刷新观察项。

相应命令在右键菜单中。

　　数据窗口：

数据窗口中成批显示实验机相应存储区域的整块数据内容。

用户可以察看、修改相应地址单元的数据。

相应命令在右键菜单中。

　　对话窗口：

用户通过对话窗口直接用监控命令和实验机对话。

　　3.2主程序和各子程序的设计流程

　　3.2.1地址分配

　　通过硬件电路原理图可知，单片机THGWM51的P1口直接与ISD1420连接，实现对ISD1420的多种控制与操作，其语音接口地址为P1口。

P1.6置低电平为放音（同时P1.7为高电平），P1.7置低电平为录音（同时P1.6为高电平），A0、A1固定接地，单片机输出数据P1.0～P1.7与ISD1420录放控制码对应关系如表1。

地址11段，每段时间长度为1s。

　　3.2.2录音与放音

　　当语言播报芯片进入地址模式时，A0-A7由低位向高位排列，每位地址代表125ms的寻址，160个地址覆盖20s的语音范围。

　　当电动机向语音芯片传递一个信号时，语音芯片先判断其起始地址，然后将其中的内容播报出来。

如图11所示为录音，图12所示为放音，图13为播报流程。

　　4系统综合调试

（1）将一段语音存储到单片机内，在称重时调用。

（2）对照硬件原理图，搭接硬件系统。

硬件实物如图14所示。

　　（3）连接完电路后，启动PC机，输入准备好的程序，并编译程序，无误后下载程序运行。

　　（4）压力测量模块遇到的问题：

显示的值和砝码的值不一样。

解决方法：

经过查阅资料不断地改进程序，了解到测量时会产生误差，所以显示的值和所放的砝码值不一致，通过对显示进行修正，使显示正确。

　　（5）语音芯片模块遇到的问题：

在录制语音时不同地址播报一样的数据。

解决方法：

经过查阅资料不断地改进程序，了解到地址分配是不一样的，所以在选择地址时要注意前四位变化，后四位均为0，以解决此问题。

　　经过调试，系统达到设计要求。

　　5结语

　　本文针对传统电子秤只能通过视觉察看称重结果而不能通过其它方式知道称重结果的问题，设计出了语音播报电子秤。

该电子秤使用控制器单片机THGWM51、称重传感器、A/D转换器、共阴极LED数码管、语音芯片等器件。

本文介绍了压力传感器的工作原理、语音芯片等，通过实验证明语音电子秤体积小、控制简单，能较好地应用于实际工作中。

　　参考文献：

　　[1]马淑华.单片机原理与接口技术[M].北京：

北京邮电大学出版社，2007.

　　[2]张义和.例说51单片机[M].北京：

人民邮电出版社，2008.

　　[3]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2005.

　　[4]王守中.51单片机开发入门与典型实例[M].北京：

人民邮电出版社，2009.

　　[5]黎小桃.Protel99se入门与提高[M].北京：

电子工业出版社，2009.

　　[6]赵建领.Protel99SE设计宝典[M].北京：

电子工业出版社，2009.

　　[7]陈强主.Protel电路设计入门与实例[M].北京：

中国电力出版社，2009.