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將單片機項目實訓——51單片機電子秤（語音播報版）分享出來，如有不足，敬請指出。
一、設計要求1.利用單片機對數字電子秤的各種功能進行控制。 2.數字電子秤能夠顯示商品的重量、單價，且自動完成商品總價的計算，可通過語音播報商品總價。 3.數字電子秤的測量范圍要求達到5KG，測量精度要求達到1g。 二、方案設計 （1）設計思路 根據設計要求，首先要實現電子秤的稱重基本功能，需要通過稱重傳感器采集到重量信號，經放大電路處理后，由模數轉換成數字量，因此每一數字量就對應著一個物體的質量（在一定精度范圍內），所以只要將轉換成的數質量與物體質量建立映射關系，即可完成稱重的要求。而其他的功能則可以通過程序運算來實現，并通過鍵盤進行控制。 總體結構框架圖如下所示： 原理圖如下所示： （2）控制器 本系統基于51單片機來實現，因為系統需要控制液晶顯示和鍵盤，不宜采用大規模可編程邏輯器件，如CPLD、FPGA來實現。因為大規模可編程邏輯器件一般是使用狀態機方式來實現的，即所解決的問題都是有規則的有限狀態轉化問題。本系統狀態較多，難度較大。另外系統沒有其他高標準的要求，最終選擇STC89C52RC單片機來實現系統設計，其內部帶有8K的程序存儲器，可以滿足系統設計需求。 （3）數據采集部分 （1）傳感器。傳感器是測量機構最重要的部件，本系統選擇的是電阻應變式壓力傳感器，電阻應變式壓力傳感器主要有彈性體、電阻應變片電纜線等組成。內部線路采用惠斯通電橋，當彈性體承受載荷產生的變形時，電阻應變片受到拉伸或壓縮應變片變形后，它的阻值將會發生變化（增大或減小），從而電橋失去平衡，產生相應的差動信號，供后續電路測量和處理。本系統要求測量范圍是0~4.999Kg,考慮到秤臺自重、振動和沖擊分量，還要避免超重損壞傳感器，所以傳感器量程必須大于額定稱重（4.999Kg），我們選擇的稱重傳感器量程為5Kg，實物如下圖所示。 （2）A/D轉換器。所謂A/D轉換器，是將輸入的模擬信號轉換成數字信號的器件，本設計采用的是HX711，HX711是24位高精度的A/D轉換芯片，是一款專為高精度電子秤設計的，具有兩路模擬通道輸入，內部集成128倍增益可編程放大器，是一款理想的高精度、低成本的設計方案。 （3）液晶顯示部分 由于顯示需要，本系統選擇1602液晶顯示屏。 （4）鍵盤輸入 選用帶有16個按鍵的矩陣鍵盤，其中0 ~ 9數字按鍵、小數點按鍵用于輸入單價；去皮按鍵用于僅顯示物品凈重；刪除按鍵用于刪除物品單價；校準+/校準-按鍵用于調節矯正系數，播報按鍵用于播報物品總價，矩陣鍵盤布局如圖所示。 （5）語音模塊 方案一：采用OTP語音芯片（一次性語音芯片）。一次性的語音芯片在廠家完成燒錄后，語音內容就無法進行更改，所以需要事先和廠家溝通好，需要播報的語音內容，例如： 先將自己可能用到的語音，全部寫入到語音芯片，然后燒寫到語音芯片中。雖然OTP語音芯片不能重復燒寫，但低成本的優勢也讓它占有了一定的市場份額，OTP語音芯片被廣泛應用在兒童玩具、汽車電子、醫療器械、安防報警等行業。作者之前用到的一款OTP語音芯片，成本不超過2元，對于固定內容的播報，建議使用該方案，其硬件連接也很簡單，比如如下圖。 方案二：采用集成的語音模塊，最好可以支持支持 FAT 文件系統、操作簡單類似U盤，但成本是OTP芯片的幾倍。考慮到作者后期作品可能涉及到語音播報，需要為后期作品預留可延續性實驗，所以作者選擇了該方案，電子秤作品中使用的是JQ8400-FL，只需制作好音頻文件，通過類U盤操作拷貝至模塊內存，然后“一線串口”發送文件名（數字）即可播報語音內容。 此芯片最大的優勢在于能夠靈活的更換 SPI-flash 內的語音內容，省去了傳統語音。芯片需要安裝上位機更換語音的麻煩，SPI FLASH 直接模擬成 U 盤，跟拷貝 U 盤一樣，非常方便。使得產品研發和生產變得便捷簡單。一線串口控制模式、RX232 串口控制可選，為研發提供更多的選擇性。 三、軟件設計（1）主程序 （2）流程圖 <1>主程序流程圖 <2>鍵盤掃描程序流程圖 四、圖片展示（1）PCB-3D視圖 （2）實物演示 五、資料鏈接（1）作品演示視頻鏈接 （2）硬件電路分析視頻： （3）軟件程序分析視頻： 六、設計要點 （1）如何實現數據的穩定輸出？ 數據的穩定輸出主要依靠兩個方面：①硬件電路；②軟件程序。 ①先分析硬件電路，HX711為24位的AD模塊，對微量的變動非常敏感，所以硬件電路部分一定要注意： 這是作者在設計第一版的電路板的時候的硬件鏈接，設計后完成發現數據輸出不是很穩定，而在E+和E-之間連接一個電解電容，數據的穩定性會有所改善，具體實驗過程如下如下： ①首先，E+和E-之間不連接電解電容，然后放置200g標準砝碼，采用串口打印相關信息，采集20000次數據，重量數據作圖得到： 可以看到，數據穩定性不好，數據范圍在0.199Kg~0.202Kg，上下起伏為0.003Kg，即3g左右誤差。具體統計如下： 也就是正確數據占比為76.295%。（實際上，經過作者實驗，獲取337143次數據，得到的正確數據僅占比46.647%） ②在E+和E-之間連接電解電容，再次實驗，采集20000次數據，數據穩定性如下所示： 可以看到，數據穩定性有所好轉，具體統計如下： 也就是正確數據占比為99.990%。在E+和E-之間連接電解電容，20000次數據中只有2次數據出現異常，數據誤差只是1g，數據準確性達到99.99%，穩定性較好。 綜上所述，建議在E+和E-之間連接電解電容，有利于數據穩定性。 ②再分析軟件程序，對單片機獲取到的重量值，可以采用軟件濾波的方式，獲取到較為穩定的數據，比如多次求值，然后求平均值，當然還有其他很多濾波方式，都可以去實驗，本作品中作者未涉及，有興趣的可以去試著做。 （2）如何保留小數點后兩位有效數字？ 該作品程序中，有這樣兩部分代碼，摘抄這兩句代碼在一起。具體舉例分析，假設money最開始等于22.986元，通過 得到money等于22.991元，再通過： 注意這里包含兩次數據類型轉換，第一次money先乘以100得到2299.1，然后強制轉換為unsigned long類型數據，得到的就是2299元，然后再將其類型轉換為float，得到2299.0元，然后除以100，得到的就是22.99元，得到的結果就是四舍五入后保留小數點后兩位的結果。這里巧妙通過加法、兩次數據類型轉換就可以達到想要的結果，注意這些操作很有技巧性。（該方法是作者現有知識體系下較好的方法，如果有其他方法，歡迎留言評論分享） 七、關于作者
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