基于单片机的语音报数电子秤设计与实现.doc
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1、基于单片机的语音报数电子秤设计与实现学 院:专 业:姓 名:指导老师:信息学院电子科学与技术林蔚和学 号:职 称:9黄相杰实验师中国珠海二一五年五月学习文档 仅供参考诚信承诺书本人郑重承诺:本人承诺呈交的毕业设计基于单片机的语音报数电子秤设计与实现是在指导教师的指导下,独立开展研究取得的成果,文中引用他人的观点和材料,均在文后按顺序列出其参考文献,设计使用的数据真实可靠。本人签名: 日期: 年 月 日基于单片机的语音报数电子秤设计与实现摘 要电子秤是将检测与转换技术、电脑技术、信息处理、数字技术等技术综合一体的现代新型称重仪器。它与我们日常生活紧密结合息息相关,电子称不但计量准确、快速方便,更
2、重要的自动称重、数字显示,对人们生活的影响越来越大,广受欢送。本系统的设计是基于单片机STC12C5A60S2为核心的控制单元实现数据的处理,采用压力传感器对数据进行采集,电子秤专用24位AD转换芯片HX711对传感器采集到的模拟量进行AD转换,转换后的数据送到单片机进行处理显示,数据显示由LCD1602液晶实现,并使用语音芯片ISD4004实现语音播报功能。关键字:STC12C5A60S2 HX711 LCD1602 ISD4004Voice reported that the number of electronic scales Based Design and RealizationA
3、BSTRACTElectronic scale is the detection and conversion technology, computer technology, information processing, digital technology, new technology combines the integration of modern weighing instruments. It is closely integrated with our daily lives are closely related, electronics is not only accu
4、rate, fast and convenient, automatic weighing more importantly, the figures show the impact on peoples lives more and more popular. The system is designed to deal with the core of microcontroller-based control unit STC89C52RC data, using a pressure sensor for data collection, electronic scales speci
5、al 24 AD converter chip HX711 amount of the sensor to the analog AD conversion, the converted data to the microcontroller for processing display data is implemented by LCD1602 LCD display, and use voice chip ISD4004 voice broadcast feature.Key words: STC12C5A60S2 HX711 LCD1602 ISD4004目 录1 绪论11.1 电子秤
6、的发展史11.2 电子秤的现状11.3 论文构成22 总体设计32.1 设计框图32.2 设计要求32.3 电子秤原理32.3.1 电子秤的基本结构3电子秤的工作原理42.5 方案论证42.5.1 控制部分的方案选择42.5.2 显示模块的选择方案和论证52.5.3 压力传感器的选择方案和论证53 硬件设计63.1 各单元模块功能分析及模块电路设计63.1.1 单片机控制模块63.1.2 称重传感器电路设计83.1.3 AD芯片电路模块93.1.4 显示模块103.1.5 语音芯片模块134 软件设计14系统的总体软件流程144.2 语音电路ISD4004的软件编程164.3 液晶模块LCD1
7、602的软件编程164.4 KEIL软件使用175 调试与测试215.1 硬件的调试215.2 软件调试225.3 问题与解决过程235.4 数据检测235.5 设计总结24参考文献25致 谢26附录一27附录二28学习文档 仅供参考1 绪论1.1 电子秤的发展史秤在我们日常生活中非常普遍,小到菜市场大到工厂都随处可见,它是我们生活和生产中重要的工具,有了它我们才能准备的知道物体的重量。 早在20世纪80年代,美国、德国等工业发达国家,就开始了数字式称重传感器和数字称重系统的预先研究和初期开发工作,经过十余年的努力,推出了多种数字式智能称重传感器及其称重系统,在电子称重领域备受瞩目,有力的推动
8、了电子衡器数字化和数字称重系统的发展。我国数字式智能称重传感器的研究开发始于20世纪90年代中后期,在短短几年时间里,研制出安装在模拟式称重传感器内部的小型数字化单元,完成了模拟信号与数字信号之间的转换,变模拟式称重传感器为数字化称重传感器,并应用于大型电子汽车衡和电子配料秤等小型称重系统中。 电子秤的现状随着科学技术和经济的发展,出售商品品种的增加,需要称量物品的设备也需要更新换代,人们对称重装置的要求也越来越高,同时商品种类的繁多和对服务更高的要求也促使电子秤的功能进一步扩展,而成为集度量、结算于一体的商业销售终端。传统的机械秤由于容易坏,秤重精度低,已经濒临淘汰了。近年来,随着电子技术的
9、发展,电子秤也变得越来越多。电子秤体积小、重量轻、使用简单、精度高而且稳定性也好,可以在各种环境中使用。电子秤实现了重量显示数字化,还可以和电脑相连,实现生产过程自动化,提高了我们的工作效率。语音报数电子秤是针对自动称重、计算价格进行研究和设计的。系统以单片机作为控制核心,结合语音电路的设计,突出语音报数的特点。 作为仪器的处理器,单片机由运算器,控制器和存储器等构成。它是近年来发展成熟和应用广泛的一种芯片,许许多多简单的控制都可以用到它,它不但使用简单,而且成本也低,市面上的单片机型号更是繁多,可以让设计人员根据自己的需求去选择。单片机和电脑相比,单片机缺少了外围设备等。概括的讲:一块芯片就
10、成了一台电脑。由于单片机的需求大,现在已经有8位、16位、32位的单片机,其中作为8位单片机的51单片机最为成功,因为其简单可靠而性能不错获得了很大的好评。近年来传感器技术突飞猛进,为我们的生活带来了生活的便捷。传感器技术也应用在各个行业,例如汽车上的雷达报警,以及 的重力传感器。在设计电子秤的同时,我们也会使用到各种传感器。 论文构成 论文将从硬件和软件两个方面去设计一款基于单片机的语音报数电子秤。硬件方面从单片机到传感器逐一讨论,选取最优的方案。软件将采用C语言编写,介绍每个功能的流程图。最后将介绍调试的过程和结果。2 总体设计2.1 设计框图 本设计的设计框图如图2.1所示压力传感器信号
11、放大信号转换单片机语音播报LCD显示图 2.1 设计框图2.2 设计要求 1.熟练掌握单片机的用法与最小系统的搭建;2.完成语言报数电子秤的硬件与软件设计;,分辨率为小数点后两位;4.要求液晶屏显示重量并语音提示;5.在制作的单片机系统上实现所设计的功能,并完成演示;6.其他可扩展功能。 电子秤原理.1 电子秤的基本结构电子秤均由以下三部分组成:1承重、传力复位系统该系统承载器、秤桥结构和吊挂连接部件以及限位减振机构。2 称重传感器它是电子秤的核心,作用是把质量或重量转换成电量的转换元件。称重传感器要有较高的灵敏度;对被称物体的状态的影响要小;能在较差的工作条件下工作;有较好的频响特性;稳定可
12、靠。3 测量显示和数据输出的载荷测量装置载荷测量装置包括放入器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等。2.4电子秤的工作原理 当商品放到秤盘上时,称重传感器产生和商品重量成线性关系的电信号,该电信号经放大电路放大后,送入A/D转换芯片进行模数转换,然后把得到的数据传输给处理器单片机,最后单片机产生一组满足显示要求的数据,送至显示电路显示出实际重量。另一方面,商品单价通过键盘扫描电路送入单片机,经过数据处理,送至显示电路显示出商品单价。物重与单价经过运算产生总价,也在显示电路上同时显示出来。语音电路将根据单片机传输过来的数据,将实现录好的音组合起来通过喇叭播放声音,到达语音报数
13、的功能。 方案论证 .1 控制部分的方案选择方案一:采用传统的8位单片机,例如STC12C5A60S2作为控制核心。该单片机是目前最流行以及开发平台最低的一种嵌入式控制芯片,目前已经广泛运用于市场上,高校的教学也有讲这方面的知识。 方案二:采用FTC10F04单片机,还带有非易失性Flash程序存储器。它是一种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片,市场应用最多。方案一成本比较低,适合做设计,方案二运算速度高,性能好,所以两种方案都有可取之处。但是方案一做设计容易上手,方案比较通用,而且货源充足,有利于生产。综合比较选用方案一2.5.2 显示模块的选择方案和论证方案一:LED数码管动态扫描。相
14、对于液晶显示比较经济实惠,但液晶显示比数码管显示美观,LED数码管在操作上比较繁琐。方案二:点阵显示。用点阵显示美观,但是分辨率不高,而且需要的功率比较大,单个LED出现问题后会对整个点阵的显示产生影响。方案三:LCD1602液晶是一种具有8位并行接口方式的点阵图形液晶显示模块;其显示分辨率为16x2。LCD1602液晶技术成熟,应用非常广泛,相关资料丰富,非常的方便使用。经过综合比较最终选择方案三,即选择LCD1602液晶显示屏。2.5.3 压力传感器的选择方案和论证 方案一:压电传感器结构简单,工作可靠,但是价格昂贵。 方案二: 电阻应变式应用和测量范围广,结构小,而且技术成熟,价格比较廉
15、价,可以满足比较基本的需求。综上所述,选择方案二电阻应变式压力传感器。3 硬件设计3.1 各单元模块功能分析及模块电路设计3.1.1 单片机控制模块本系统以STC12C5A60S2单片机为控制核心。STC12C5A60S2 系列 1T 单片机特点如下:1. 增强型 8051 CPU,1T,单时钟 / 机器周期2 . 工作电压:有5.5V - 3 . 3 V和 3.6V - 2 . 2 V两种电压的单片机可以选择,可以最大的适应你所需要的设计需求3. 工作频率范围:0 - 35MHz4. 用户应用程序空间选择多5. 片上集成 1280 字节 RAM6. 通用 I/O 口(36/40/44 个)
16、7. 不用下载器和仿真器,可通过串口直接下载用户程序8. 有 EEPROM 功能9. 看门狗10. 内部集成 MAX810 专用复位电路11. 外部掉电检测电路12. 时钟源:外部高精度晶体或者内部 R/C 振荡器13. 共 4 个 16 位定时器引脚信号介绍:P0.0P0.7 :P0口8位双向口线 P1.0P1.7 :P1口8位双向口线 P2.0P2.7 :P2口8位双向口线 P3.0P3.7 :P3口8位双向口线 P1口的第二功能如表3.1:表3.1 P1口第二功能表引脚号第二功能T2定时器计数器T2的外部记数输入,时钟输出T2EX(定时器)MOSI(在系统编程用)MISO(在系统编程用)
17、MCK(在系统编程用)P3口的第二功能如表3.2: 表3.2 P3口第二功能表引脚号第二功能RXD串行输入TXD串行输出INT0外部中断0INT0外部中断0T0定时器0外部输入T1定时器1外部输入WR外部数据存储器写选通RD外部数据存储器写选通引脚号第二功能RXD串行输入TXD串行输出INT0外部中断0INT0外部中断0T0定时器0外部输入T1定时器1外部输入WR外部数据存储器写选通RD外部数据存储器写选通单片机电路如图3.1所示图3.1 单片机电路.2 称重传感器电路设计称重传感器其实也就是压力传感器,它的工作原理是基于某些材料受力后在其相应的特定外表产生电荷的压电效应,把物体的重量信号转换
18、为电信号。称重传感器的使用:1、平行梁式称重传感器使用时要按悬臂梁方式安装。2、传感器的变形量是很微小的,在安装、使用过程中要特别注意不要超载。3、如果在外力撤除后不能恢复圆形状,发生塑性变形,则传感器就损坏了。4、红线为电源正极输入,黑线为电源负极输入,白线为信号输出1,蓝或者绿线为信号输出2。5、为保证精度,一般不要随意调整线长。图 3.2 称重传感器3.1.3 AD芯片电路模块HX711是一款24位A/D转换器芯片,它是专门高精度电子秤设计的。该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器,所以它具有更高的集成度,而且它具有响应速度快、抗干扰性强等优点,使用这款芯片降低了电子秤的整机成本,提高
19、了整机的性能和可靠性。芯片管脚图如图3.3所示。图3.3 HX711管脚定义HX711电路如图3.4所示。图3.4 HX711电路图3.1.4 显示模块1602在单片机系统中很常见,优点就不再表达,它的特点如下:显示质量高,数字式接口,体积小、重量轻,功耗低,而且它可以构建简单的人机交互界面,技术成熟,而且在网上的资料很多,所以容易使用和开发。1602LCD主要技术参数:显示容量:162个字符工作电流:2.0mA(5.0V)各引脚接口说明如下表所示:编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据
20、5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚:接地第2脚:接5V。第3脚:VL为液晶显示器比照度调整端第4脚:RS为寄存器选择第5脚:R/W为读写信号线第6脚:E端为使能端第714脚:D0D7数据线。第15脚:背光源的正极。第16脚:背光源的负极。1602LCD的指令说明及时序如下表所示:序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5字符移位000001S/CR/L*6置功能00001D
21、LNF*7置字符发生存贮器的地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器的地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数据到CGRAM或DDRAM10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容与HD44780相兼容的芯片时序表如下:读状态输入RS=L,R/W=H,E=H输出D0D7=状态字写指令输入RS=L,R/W=L,D0D7=指令码,E=高脉冲输出无读数据输入RS=H,R/W=H,E=H输出D0D7=数据写数据输入RS=H,R/W=L,D0D7=数据,E=高脉冲输出无该模块在本次设计中的电路如图3.5所示: 图3.5 LCD1602电路图 图3
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- 基于 单片机 语音 报数 电子秤 设计 实现
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