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中圖分類號：TP317.4文獻標識碼：A文章編號：1672-7800（2013）006-0136-04
作者簡介：祝閩瓊（1990-），女，沈陽航空航天大學北方科技學院學生，研究方向為計算機科學與技術；顧鵬宇（1991-），男，沈陽航空航天大學北方科技學院學生，研究方向為計算機科學與技術；李佳佳（1991-），女，沈陽航空航天大學北方科技學院學生，研究方向為計算機科學與技術。
0引言
電子產品智能化是當今社會備受關注的話題，語音電子秤與傳統的電子秤相比，具有使用方便直觀、稱量準確等優點，是電子秤智能化的體現之一。語音電子秤主要適用于生產車間等對質量稱量要求比較準確的場所。
隨著微電子技術和計算機技術的發展，單片機微控處理器也有了突飛猛進的發展。它具有體積小、耗電少、控制簡單、可靠性好、成本低等優點。其中基于8051單片機的語音電子秤就是一個典型的例子。本文介紹了語音電子秤的總體方案設計、硬件電路設計方案、系統軟件設計方案、系統綜合調試過程。
1需求分析
1.1功能需求
要求能夠稱量出物件的重量大小，同時播報出顯示的重量大小，實現語音電子秤的基本功能。
1.2硬件需求
硬件數據需求方面，需要壓力測量測得重量，故需要壓力測量模塊。同時還需要語音ISD1420芯片錄制準備播報的數據，故需要語音ISD1420芯片。
1.3軟件需求
軟件數據需求方面，需要語音錄制播報的數據，故需要編制程序錄制語音。
1.4總體設計框圖
根據功能需求，總體設計框圖如圖1所示。
控制器采用PDIP封裝形式THGWM51，稱重傳感器，轉換器ADC0809將模擬信號轉為數字信號，語音ISD1420芯片錄制準備播報的數據，共陽LED數碼管顯示。
2硬件電路設計
2.1壓力測量工作原理
實驗采用的壓力傳感器為電阻應變式壓力（稱重）傳感器。電阻應變式稱重傳感器的原理是：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產生彈性變形，使粘貼在表面的電阻應變片（轉換元件）也隨同產生變形，電阻應變片變形后，它的阻值將發生變化（增大或減?。?，再經相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號（電壓或電流），從而完成將外力變換為電信號的過程。電阻應變式稱重傳感器有多種形式，使用最多的為橋路形式，如圖2所示。
當橋路中的某臂電阻發生變化時，橋路就不平衡，橋路輸出的變化量反映了壓力的變化量。該變化量通過二級放大，將微弱信號放大到A/D 轉換器可以分辨的模擬信號。A/D 將模擬信號轉換成數字信號，利用CPU 采集并存儲采集到的數據。
本實驗使用的壓力傳感器量程為600g，將壓力傳感器輸出的小信號經過放大和低通濾波后，送至A/D 轉換器ADC0809 轉換成8 位數字量信號。設定空載時（0.0kg）變換放大電路輸出模擬量為0.0V，510g 輸出模擬量為4.9805V，平均每2g 對應1 LSB 變化量。壓力的報警值為500g。在測量過程中，當壓力超過容限后，通過電壓比較器開通硬件報警電路報警。另外，在當壓力超出量程后，輸入A/D 的模擬信號也有過壓保護，不會損壞A/D 轉換器。82加壓和降壓可以采用增加和減少砝碼來實現。
本實驗需要用到 CPU 模塊（F3 區）、壓力測量模塊（A4 區）、并行模數轉換模塊（D7 區）、8279 顯示模塊（E7 區）。壓力測量電路原理參見圖3。
圖3中，RW5A為測壓系統零點調節器，用戶可以利用該電位器調節零點。調零方法：用萬用表測量壓力測量模塊的P-Detect端電壓，調節電位器RW5A，使之為零伏。RW6A為測壓系統放大倍數調節器，系統出廠時已設定好，用戶不要隨意調節。放大倍數調節方法：先調零，托盤放200g法碼，用萬用表測量P-Detect端電壓，調節電位器RW6A，使之為 2.00伏。
2.2語音芯片
現在以系列中的ISD1420芯片為例，介紹語音電路與單片機的應用接口。其它系列型號芯片與此基本相同。
（1）ISD1420芯片的特點。①組件簡單，僅需少量阻容組件、麥克風即可組成一完整錄放系統；②模擬信息存儲重放音質極好，并有一定混響效果；③待機時低功耗（0.5μA），典型放音電流15mA；④放音時間20s，可擴充級聯；⑤可持續放音，也可分段放音，最小分段20s/160 段=0.125s/段，可分段數160 段；⑥錄放次數達10 萬次；⑦斷電信息存儲，無需備用電池，信息可保100 年；⑧操作簡單，無需專用編程器及語音開發器；⑨高優先級錄音，低電平或負邊沿觸發放音；⑩單電源供電，典型電壓+5V。
（2）ISD1420 的內部邏輯結構。ISD1420 系列語音集成電路的內部結構由內部時鐘電路、自動增益控制電路、前置控制電路、濾波器、差動功率放大電路、電源電路、內存EEPROM、地址譯碼電路、存儲控制電路等組成。
（3）ISD1420 的封裝引腳及含義。ISD1420 系列語音芯片最后2 位數字表示語音錄放時間的長度，錄放時間最長為20s。ISD1420 系列語音芯片的封裝引腳如圖4 所示。它是有28 條引腳的雙列直插式芯片。各條引腳的功能含義說明如下。
A0～A7：引腳1～6，9，10，地址輸入端或控制命令輸入端。A7，A6 同時為高電平時，A4～A0 為控制命令；否則，A7～A0 為地址。
SP-，SP+：揚聲器連接端，輸出音頻信號。
DGND：引腳12，數字信號地線。
AGND：引腳13，模擬信號地線。
V+：模擬信號電源，+5V。
MIC：引腳17，話筒輸入端。
MIC REF：引腳18，話筒參考輸入端。
AGC：引腳19，自動增益控制端。
ANA IN：引腳20，模擬信號輸入端。
ANA OUT：引腳21，模擬信號輸出端。
PLAYL/：引腳23，放音控制電平觸發端。當該端為低電平時，芯片進入放音周期；當該端為高電平時，停止放音。
PLAYE/：引腳24，放音控制脈沖觸發端。該端輸入由高電平向低電平跳變的下降沿時，芯片進入放音周期。
RECLED/：引腳25，錄音顯示端。該端接發光二極管，在錄音時作錄音指示燈。
XCLK：引腳26，時鐘控制端。
REC/：引腳27，錄音控制端。該端為低電平時，芯片進入錄音狀態，錄音期間該端必須保持低電平。REC/信號的優先級高與PLAYL/和PLAYE/兩種放音信號。
2.3硬件系統框圖
2.4功能模塊設計
根據分析，整個系統劃分為兩個主模塊，即：語音芯片模塊和壓力測量模塊，功能模塊如圖5所示。
（1）語音芯片模塊。該模塊實現設置播報數據存儲的地址和延時的子程序模塊。
（2）壓力測量模塊。該模塊實現將壓力轉換成數字在LED上顯示出來。
（3）調用子程序模塊。
①設置初始地址模塊，語句如下：
MOVA，R7
LCALL ADDR_OUT：設定開始播放地址
②延時50 ms模塊，語句如下：
MOV R7，#250：延時50ms
PLAYE1：LCALL DELAY1MS
DJNZ R7，PLAYE1
③8279初始化模塊，語句如下：
MOV LEDDBuf，#12H
LCALLINIT8279
④顯示字符模塊，語句如下：
MOVR7，A
CALLM125D64：ADHEX*500/256 =*125/64
CALLHB2：換成bcd
CALLTODISP：拆開顯示
LCALLDISPLAY：顯示在LED上
⑤延時模塊，語句如下：
Lcall delay：一段時間的延時
3系統軟件設計
3.1編程軟件介紹
THGMW-51軟件是集編輯、編譯/連接、加載、調試等為一體的集成開發環境（IDE）。用戶可以在同一界面環境中完成所有任務。
THGMW-51集成開發環境全面支持匯編語言、C51語言、PL/M51語言的編輯、編譯/連接、加載、調試。
主界面 ：THGMW-51軟件主界面大致如圖7所示。
編輯窗口 ：THGMW-51軟件提供一個多窗口的源文件編輯器。該編輯器不受文件大小限制，允許無限的撤銷/重復功能。編輯器全面支持匯編、C51和PL/M51語言的語法加亮著色。用戶可以自定義各種類型文本的顏色和不同語言的關鍵詞。相應的關鍵詞文件名為asm.kwd、c51.kwd、plm51.kwd。這些文件都保存在THGMW-51安裝目錄下。編輯器還支持書簽、拷貝、剪切、粘貼，全程查找、替換、拖動編輯等功能。
工作區窗口 ：工作區窗口有兩個頁面窗口。工程頁面窗口以樹型結構顯示工程中的項目文件等內容。沒有打開工程時，該頁面窗口為空。資源管理器頁面窗口和Win9x中的資源管理器中的左面窗口相同。
輸出窗口 ：輸出窗口顯示用戶編譯連接過程中的輸出信息，用戶雙擊某條編譯出錯信息提示即可直接定位到源文件的對應行。
觀察窗口 ： 觀察窗口中顯示調試過程中長期觀察的變量項。用戶可添加、刪除、修改、刷新觀察項。相應命令在右鍵菜單中。
數據窗口 ：數據窗口中成批顯示實驗機相應存儲區域的整塊數據內容。用戶可以察看、修改相應地址單元的數據。相應命令在右鍵菜單中。
對話窗口 ：用戶通過對話窗口直接用監控命令和實驗機對話。
3.2主程序和各子程序的設計流程
3.2.1地址分配
通過硬件電路原理圖可知，單片機THGWM51的P1口直接與ISD1420連接，實現對ISD1420的多種控制與操作，其語音接口地址為P1口。P1.6置低電平為放音（同時P1.7為高電平），P1.7置低電平為錄音（同時P1.6為高電平），A0、A1固定接地，單片機輸出數據P1.0～P1.7與ISD1420錄放控制碼對應關系如表1。地址11段，每段時間長度為1s。
3.2.2錄音與放音
當語言播報芯片進入地址模式時，A0-A7由低位向高位排列，每位地址代表125ms的尋址，160個地址覆蓋20s的語音范圍。
當電動機向語音芯片傳遞一個信號時，語音芯片先判斷其起始地址，然后將其中的內容播報出來。如圖11所示為錄音，圖12所示為放音，圖13為播報流程。
4系統綜合調試
（1）將一段語音存儲到單片機內，在稱重時調用。
（2）對照硬件原理圖，搭接硬件系統。硬件實物如圖14所示。
（3）連接完電路后，啟動PC機，輸入準備好的程序，并編譯程序，無誤后下載程序運行。
（4）壓力測量模塊遇到的問題：顯示的值和砝碼的值不一樣。解決方法：經過查閱資料不斷地改進程序，了解到測量時會產生誤差，所以顯示的值和所放的砝碼值不一致，通過對顯示進行修正，使顯示正確。
（5）語音芯片模塊遇到的問題：在錄制語音時不同地址播報一樣的數據。解決方法：經過查閱資料不斷地改進程序，了解到地址分配是不一樣的，所以在選擇地址時要注意前四位變化，后四位均為0，以解決此問題。
經過調試，系統達到設計要求。
5結語
本文針對傳統電子秤只能通過視覺察看稱重結果而不能通過其它方式知道稱重結果的問題，設計出了語音播報電子秤。該電子秤使用控制器單片機THGWM51、稱重傳感器、A/D轉換器、共陰極LED數碼管、語音芯片等器件。本文介紹了壓力傳感器的工作原理、語音芯片等，通過實驗證明語音電子秤體積小、控制簡單，能較好地應用于實際工作中。
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