检测技术课程设计报告

1、完成时间：200965检测技术课程设计报告电子计价秤设计设计小组成员信息表项目名称：基于 51 单片机的语音电子计价秤设计上海交通大学电子信息与电气工程学院邮编：200240姓名班级学号具体负责的工作联系方式李其昌F06030255060309705资料搜集，总体方 案设计，原理图 绘制，框图设计， 报告撰iqicha .c n郑怀周F06030255060309709语音部分方案设计张姗姗F06030235060309644A/D部分方案设计，框图绘制，软件设计，PPT制作李琳娜F06030205061509114传感器及模拟信号处理部分方案设计

2、宋海灵F06030145060309440芯片资料搜集邮编：200240上海交通大学电子信息与电气工程学院 地址：东川路 800 号摘要：本文设计一个电子 计价枰系统。以微控器AT89C51为核心控制部件,系统的硬件部分主要包括 数据采集隔离，A/D转换模块，单片机系统，人机交互界 面，语音报数几个 部分。本系统能实现的主 要功能包括基本的 称重功能，单价输入显示功能，计算、显示、播报总价的功能。整机系统结构较 简单，使用方便， 功能较全，精度高，达到了 高效、安全、精确、实用、方 便的电子计价秤的设计 目的。关键词：单片机，传感器，电阻应变片，光电隔离，人机交互，语音芯片，语音库。上海交通大

3、学电子信息与电气工程学院 地址：东川路 800 号1.概述. 11.1 编写说明.11.2 名词定义.11.3 主要芯片列表.1第 10 页上海交通大学电子信息与电气工程学院1. 系统总述.22.1 系统组成.22.2 系统各部分的主要功能.22. 单元电路设计.43. 系统软件设计. 134.1 设计思想. 134.2 部分需要说明的程序设计方法 .144. 参考文献.186. 附录 A 开发环境.197. 附录B 课程学习心得和意见建议.20第 10 页上海交通大学电子信息与电气工程学院Microcontroller，芯片级的微型计算机。流程图：用一定的 图标、文字、符号、单位将 系统或软

4、件流程等形象、完整、准确的表达出来 的图表。1.3主要芯片列表74LS164:8位移位寄存器（串行 输入，并行输出）。AD7705:AD公司生产的比较典型的一种16位A/D转换芯片。AT89C51: 种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable andErasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器 （单片机）。ISD1416:美国ISD公司推出的28脚语音集成芯片。2.系统总述2.1系统组成我们设计的这个电子计价枰系统总的组成和数据传输流程如下图所示:LED 显示传感器数据采 _. A/D 转化 _ .集单片

5、机系统 FS MD1,MD0工作模式选择位，00为正常工作模式，01为自校准，10为零刻度系统校 准，11为满 刻度系统校准。G2,G1,G0:增益选择位，0008分别对应增益值1128。B/U:单极性/双极性择位，“0”表示双极性，“1”表示单极性。BUF:输入缓冲控制位，“0”表示无缓冲，“1”表 示有缓冲。FSYN:滤波器同步。c.时钟寄存器。时神需存養ZEKn ZKIi( ZKKO CLKIHSCJKI h CJA Hl FSOZERO必须为0,否则,会导致器件的非指 定操作。CLKDIS:主时钟禁止位，“1”禁止时钟在MCLKOUTI脚输出。CLKDIV:时钟分频位。CLK:时钟位，

6、时钟频率为2.4576MHz时,该位设置为“1”,时钟频率为1MHz时,该位设置为“0”。FS1,FS0:滤波器选 择位，与CLK一起决定器件的输出 更新率。d.数据寄存器。数据寄存器是一个 十六位只读寄存器，它包含了最新的转换结果。e.测试寄存器。第 10 页上海交通大学电子信息与电气工程学院测试寄存器用于测 试期间使用,用户一般不用。.f零标度校准寄存器和满标度校准寄存器。这两上寄存器都是24位,用户一般不用。?AD7705的读写时序：AD7705各种功能的实现全部由片内各寄存器的设置来控制,而对这些寄存器的读/写是通过串行口来完成的。AD7705的串行口包括5个信号：CS/、SCLK D

7、IN、DOU和DRDY。 其通信时序 图如下 所示,图4是从AD7705俞出移位寄存器读数 据的时序 图,图5是向AD7705输入移位寄存器写数 据的 时序图。DRDY/ *图四 从AD7705读数据时序图第 10 页上海交通大学电子信息与电气工程学院图五 向AD7705写数据时序图A/D转化电路原理图最后组成的AD转换电路如图六所示：其中电位器用于调节基准电压，使基准电压能 从0V到三，主控器控制电路cs/-5V之间可调。第 10 页上海交通大学电子信息与电气工程学院以ATMEL公司的51系列单片机AT89C51为控制核心，单片机最小系统为控制器实现电子计价枰 的各项功能。本设 计中的单 片

8、机最小系统板主 要由AT89C51 12MHz晶振、电源 部分、显示 部分、 语音读数部分和按键组成。系统实现的功能主 要通过软 件的编程实现，单片机主要对按键电路，显示电路，语音读数电路，AD板电路进行控制处理。单片机资源分配如 下，P1口主要为键提 供接口，P2口主要为显示、语音提供接口，P3口主要为AD7705提供接口。为了便于别人操作，制作出了直观的界 面显示，友好的操作和显示界面，将控制键盘简 单化。由 于AT89C52单片机可利用的引脚多，资源多，可以控制键盘、显示。并不需要 外加键盘或 显示控制芯片，从而简化了外部电路。而且编程难度不大，容易实现。矩阵式键盘电路由于电子称需要设

9、置单价，所以需要十个数字键，一个小数点键，一个确认键，一个清除键和一个 调零键。总共需设 置14个键，还剩2个键，用于以后可能的扩展 功能键。由于51系列单片机的P1口，内部具有上拉电阻，外部可以不接上拉电阻，连接很方便。键盘与单片机的接口电路如图7所示。 各按键对应的功能和作用如图8所示。图七键盘电路原理图第 10 页上海交通大学电子信息与电气工程学院图八按键对应的功能和作用? LED数码管显示电路本设计中的十一位 共阳极LED数码管能够显示商品 的单价，重量和对应的总价，其中最上面三位 用于显示单价，中间四位用于显示重量，底下四位用于显示总价。其显示的功能主要 由软件的设计实现，为了节省系

10、统的资源，本系统采用动态显 示。为了便于程 序的设计，采用了多行同时扫描的技术。显示原理如下：当向74LS164送出三个字节 的数据时，这时只有一列数码管选 通显示，延时一段时间后可以发送第二个三字节数据，选通另一列 数码管，显示器分时轮流工作，虽然每次只有一个显示器显示，但由于人 的视觉暂留 现象，我们仍能感觉到所有显示器都在同时显示。 图9为显示电路的原理。第 10 页上海交通大学电子信息与电气工程学院?语音报数、报价电路设计该部分电路的 主要目的是出于实际应用时 防止人为出错方面考虑，可以 尽量避免按键错误。这里我们选用一块 强大的语 音芯片ISD1416。下面介绍一下 它的基本情况。I

11、SD1416是美国ISD公司推出的28脚语音集 成芯片，系ISD1400系列中的一种，采用其独特的 模拟量直接存储技术，较好地保存了语音中的 有效成份，音质好，是一种颇 受欢迎的语音录放电路。 录放语音时间165，可任意分段，每段最短（分辨率）100ms。引脚功能和注意事 项描述：电源（VccA，VccD）芯片内部的模拟和数字 电路电源。地线（VssA，VssD）芯片内部的模拟和数字 电路电源 地线。录音（/REC）低电平有效。只要/REC变低，而不管 芯片处于何 种状态，芯片即开 始录音。录音 期间，/REC必需保持为低。边沿触发放音（/PLAYE）此端出现下降沿时，芯片开始放音。放音持续

12、到信息结束标志EOM或 内存结束。电平触发放音（/PLAYL）此端从高变低时，芯片开始放音。放音持续到此端回到高电平，或遇到EOM标志，或内存结束。录音指示（/RECLED）处于录音状态时，此 端变低，可驱动LED。话筒输入（MIC）此端外接麦克风，内接片内前 置放大器。第 10 页上海交通大学电子信息与电气工程学院话筒参考（MICREF）此端是前置放大器 的反向输入，以差分形式连 接麦克时，可减小噪音，提 高共模抑制比。自动增益控制（AGC） AGC动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录制变化很大的音量时的失真能保持最小。模拟输出（ANAOUT）前置放大器输出。前置 电压增益取

13、决于AGC端的电平。模拟输入（ANAIN）此端即芯片录音的输入信号。对话筒输入来说，ANAOUT应通过外接电容连至本端，其它音源可通过交流祸合直接连至本端。扬声器输出（SP+,SP） SP+与SP一管脚可直接驱动16n阻抗的扬声器。当单 端使用时必须在 输出端和扬声器间 加藕合电容，而双端输出既 不用电容又能将功率提高到4倍。外部时钟（XCLK）此端芯片内有下拉兀件，不用时应接地。地址（A。一A7）地址端有两个作用，取决于最高（MSB）两位A7,A6的状态，当A7或A6有一个为零时，所有输入 均解释为地址位，作为当前 录放操作的起始地址。地址端 只作输入，不输出操作 过程的内部地址信 息。地址

14、在/PLAYE, /PLAYL或/ REC勺下降沿锁存。AT89C51单片机与ISD1416语音芯片的接口如图十所示。图十 语音芯片接口电路原 理图此语音报数装置，为避免在 每一字段放音完后 出现的“叶 咏”声，采用电平 放音控制模 式，由AT89C51的PI.0口线对ISD1416的/ PLAYL进行控制，低电平放音，当刚遇到片内EOM寸，高电平强行停止放音，从 而可达到 报数的圆润和自然。由于目前 电子计价衡器中的CPU大都处于单片方式 下工作，为节省CPU的 口线，本设计采用AT89C51的串行口TXD RXD外接一片74LS164扩展八根 口线分别控制ISD1416的AO一A7地址线，

15、作为对每个发音字的寻址。INTISIWOTlTO亦Pflfl 1 1 -J-J 3 3 4 4 -Tl-Tl- t t 1 1 tlwFUtlwFU巩HInFHInFn n列耐d-rtt8o o 1 1 J-J- 3 3 ? ?miX2F2SKIFJJF23124皿PHWOTXEiKL 法乍泗卜-41UF第 10 页上海交通大学电子信息与电气工程学院4.系统软件设计4.1设计思想根据系统的要求，系统的大部分功能都以软件为基础，通过C语言编程实现。系统的主程序流程 图如图十一所示，该程序流程图是根据系统软件的工作流程得出的，它实际上 是各个程序模块的 集合。主程序流程图给出了 系统工作的基本过程

16、，描述了信号的基本流向，起到一 个向 导的作用。AD7705的初始化主要是设置时钟寄存器和设置寄存器。设置时钟寄存器时先写通信寄存器（写入的值为0 x21,表示选择通道1,下一操作是对时钟寄存器进行写操作）后写时钟寄存器（写入的值为0 x01,主要用于设置AD转换的输出更新率）。写设置寄存器时先写通信寄存器（写入的 值为0 x11,表示选择通道1,下一操作是对设置寄存器进行写操作）后写设置寄存器（写入的值为0 x6a,使AD7705工作于自校准方式，前置放大器放大倍数为32）。、报孙MIL, r/atJl1第 10 页上海交通大学电子信息与电气工程学院图十一系统主程序流程图第 10 页上海交通

17、大学电子信息与电气工程学院4.2部分需要说明的程序设计方法?数据处理子程序说明本程序主要用到的 滤波算法 是:AD7705连续采集16次,然后取中间的8个AD值求平均，作为有效的用于转换成重 量的值。系统将外部输入的 单价信息存于数据RAM中，当接收到AD转换器的数 据(电压信号)后,将AD转换的数值转化为相 应的重量数据,并将其进行乘 法运算得到总价，即总价=重量X单价出结果后，进行BCD转换，最后将这些信息显示于LED数码管上。语音地址及时间的换算们按以下公式换算：时间=直接地址*分辩率对于ISD1416语音器件来说，其分 辩率为100ms,存储时间16s，直接地 址范围是0159D(09

18、FH),据此，建立的语音库及地址如下 表所示。建立语音库的录、放、试听程序清单。根据图十一的接口 电路及上述原理，设汁的录、放、试听程序清单如下:ORG 0000HSTART: AJMP MAINORG 0030HMAIN: MOV SVON,#00H ;置串行 口为方式0。MOV A,#00HACALL SEND ;发送地址（下同）。CIR P2 0 报0在进行乘法运算得?语音库的建立及软件设计语音库的建立对计价衡器显示的式下使用话筒录音重量和金 额实现自动报数， 首先必须建 立语音库。建立语 音库可以在 手动模，也可以用线路录音，同时 也可以在单片机控制下进行录 音。本系统采用的是后者，在

19、单片机控制下进行录音建库的优点是:第一，可以实现单字一个一个去录，同时对录放效果可以试听，满意可以往下录，不满意可以重录；第二，每个语音可以确切知道其地址，这对编程实现语音任意组合带来极大方便。在对ISD1416器件的语音信息寻址 时,经常交叉使用二种表达方式，开始地址或开始时间，它第 10 页上海交通大学电子信息与电气工程学院MOV A,#09H ACALL SENDCLR P2.0 ;报1MOV A,#12H ACALL SENDCLR P2.0 ;报2MOV A,#IBH ACALL SENDCLR P2.0 ;报3MOV A,#24H ACALL SENDCLR P2.0 ;报4MOV

20、 A,#2DHACALL SENDCLR P2.0 ;报5MOV A,#36H ACALL SENDCLR P2.0 ;报6MOV A,#3FH ACALL SENDCLR P2.0 ;报7MOV A,#48H ACALL SENDCLR P2.0 ;报8MOV A,#51H ACALL SENDCLR P2.0 ;报9MOV A,#5AHACALL SENDCLR P2.0 ;报点MOV A,#63H ACALL SENDCLR P2.0 ;报元MOV A,#6CHACALL SENDCLR P2.0;报千克MOV A,#7EH;第 10 页上海交通大学电子信息与电气工程学院ACALL SE

21、NDCLR P2.0;报拾MOV A,#87HACALL SENDCLR P2.0;报百MOV A,#90HACALL SENDCLR P2.0;报千LJMP MAINSEND: NOPSETB P2.0；停止放音，为下一录 放和试听作准备。MOV SBUF,AWAIT:JNB T1,WAITCLR T1RETEND上面程序的用法是：在仿真器上汇编 通过后，单步运 行，在每次执行完ACALLSEND语句，即 向ISD1416发出一确切的地址后，按下录音按钮52,同时对着麦克风，说要报的数，此时即录下语音。然后当执行CLRPl.0语句时，便可试听，也 可按51按钮进行试听。这里要注意的是，由于每

22、 字的时间长度仅为0.95，所以说每一字时，声 音不要拖的过长，且每一字的 时间尽可能 均匀一致。5.参考文献1马忠梅等，单片机的C语言应用 程序设计，北 京航空航天大学出 版社，19982 ATMEL，8 BIT MICROCONTROLLER WITH 8K BYTES IN-SYSTEM PROGRAMMABLE FLASHAT89S52，20013童诗白等，模拟电子技 术基础（第三版），高等教育出 版社，20014张培仁，MCS-51单片机原理与应用，清华大学出版社，20035王毓银，数字电路逻辑 设计（第三 版），高等教育出 版社，19996卜玉明，ISD1416争咨音慈片在电子计价

23、秤报数中的设 计与实现，衡器，19997李灿 廖宁，基于AD7705电子计价秤的设计，20026附录 A 开发环境Protel 99 SE第 10 页上海交通大学电子信息与电气工程学院单片机C语言编译环境KEIL C51Microsoft Office Visio 2007CAJViewer 7.0运行环境windowsXP7附录 B 课程学习心得和意见建议李其昌：我作为课程设计小 组的小组长，在实际的工作 中我负责的是资料搜集，系统 总体设计，Protel作图，Visio作图，软件思路设 计，报告 编写等工作。对于 一个较为复 杂一些的系统设计，良好的 分工对工作的完成 起着至关重要的作用，

24、所以 我的工作还包括根据小组内每 个人爱好特长进行合理 的分工。虽然这次的课程设 计实验不 需要做出实际的系 统作品出来，但是在实际的设 计过程中，我们依 然尽量的思考设计 的合理性和现实性，努力做 到如果把我们的方案拿出去做 成PCB版以后就可以 使用了。但是，由于时间有 限，手头的资料有限，我们 所掌握的知 识的局限性，以及 实践能力不 足等原 因，我们的设计中 肯定存在这这样那样的缺点 错误，甚至可能是致命的，还有待改进。通过这次课程设计 实验，让我们充分体会了大 家一起解决 遇到问题的那种过 程，体会了团队合 作的优势，受益匪 浅，也充分体会了那种困难 被攻克后的喜悦之情。郑怀周：首先

25、，很高兴我们 组能齐心协力完成本此课程 设计。我们这次课程设计实质 上是电阻应变片式 传感器的调理电路 及扩展功能的设计。在主的 框架定下后，我主要负责语音 部分的方案 设计。语音部分通过使用 美国ISD公司推出的28脚语音集成芯片ISD1416进行设计的。该部分由两个 步骤组成。首先， 对用到的字进行录音，并赋 予对应的地 址。第二步是，由 单片机分析 需要读出的 文字格式编排地址，然后依次读出地址对应的 声音。理解这两部分之后，在 进行语音方案的设计就 比较清晰了，在正 文中已经进行阐述，在此不 再详述。在本次课程设计中，我们的组长及其他组员都 进行了认真 的查找资料，仔细 分析每一部 分

26、，力 求完善的作出这个 语音电子计价秤的方案。大 家互相帮忙，共同讨论攻克遇 到的难题。最后，对本课程设 计中给我以帮助的老师，组 长李其昌同 学以及同组的其他 同学付出的 努力表 示感谢！张姗姗：本次电子计价秤的 设计，我负责的是原理图绘 制，软件设 计的内容，总体来 说，还是挺容易的。 就是在画原理图的 时候，很多的元器件找起来 比较麻烦，也有些找不到，或 者找到了不 能直接使用， 还需自己修改引脚。比如电桥在里面就特别难 找。不过，还是做下来了。而 图纸都是小组成员所提 供 的。很多是时候，还要再问一下，元器件的 用途和使用方法。最后的原理 图和想象的差不多。而第 10 页上海交通大学电子信息与电气工程学院在软件设计这一块，我更多的是拿参考文献来 看，做了不少的山