【正文】 F卡占絕對優(yōu)勢地位的數(shù)碼單鏡反光相機(jī)市場。 但隨著近年來便攜式隨身設(shè)備功能越來越多，個人數(shù)字生活也越來越豐富，拍照、聽音樂、看視頻、 通信、上網(wǎng)等等已經(jīng)成為大眾娛樂的普遍現(xiàn)象。此外，數(shù)碼相機(jī)、 MP3/MP智能手機(jī)、 GPS 導(dǎo)航儀的大量普及，是的周邊產(chǎn)品的附加價值也跟著水漲船高。其中，基于 NAND Flash 芯片技術(shù)衍生出來的多媒體數(shù)長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2 字存儲卡應(yīng)用范圍答復(fù)擴(kuò)大，價格也成急速下降勢頭。 20xx 年國際 CES （ Circuit Emulation Service 電路仿真業(yè)務(wù)）消費性電子展正式宣布新一代 SDXC（ extended Capacity）閃存卡規(guī)格，具備便攜式大存儲空間且速度快，而數(shù)周的高清晰度視頻、數(shù)年的相片收藏、數(shù)月的音樂、顆粒劑存儲于移動電話、相機(jī)、攝像機(jī)、及其它消費型電子設(shè)備里，消費者的數(shù)碼生活風(fēng)格因而獲得大幅改善。 未來的 SDXC 存儲卡在新的標(biāo)準(zhǔn)助力下， SD 存儲卡的最大容量一舉達(dá)到了2TB，采用微軟 EXFAT 文件系統(tǒng)，還能實現(xiàn)最高 300MB/S 的傳輸速率。未來便攜式存儲器將會是 SD 卡占據(jù)主流地位的時代。 本文要完成的工作 本文通過以單片機(jī) Atmega16 為核心部分設(shè)計的一個 記 錄系統(tǒng)。通過對一段時間內(nèi)駐極體話筒傳感器對聲音信號的采集，然后通過 Atmega16 處理后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號存儲至 SD 卡，同時傳送至 TFT 彩屏上，來 記 錄實驗 對象的睡眠情況。 第一章 介紹了本文的選題背景，并闡述了研究的目標(biāo)和意義，以及現(xiàn)在的狀況和未來的發(fā)展方向。 第二章 介紹了鼾聲 記錄 儀的硬件部分，通過對各個元器件的介紹與選擇，完成硬件部分的認(rèn)識。 第三章 介紹基于 SD 卡存儲的鼾聲 記錄 儀各器件與單片機(jī) Atmega16 的電路接口設(shè)計，說明各模塊 間 的相互聯(lián)系。 第四章 介紹系統(tǒng)的總體軟件設(shè)計。 第五章 最后對系統(tǒng)的調(diào)試進(jìn)行說明。 第六章 結(jié)束語 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 3 第 2 章 系統(tǒng)硬件簡介 電源模塊 圖 21 電路總流程原理圖 電源是系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分，它決定著整個系統(tǒng)的成敗。本系統(tǒng)單片機(jī)供電范圍為 電源，而 SD 卡的供電范圍是 ，所以系統(tǒng)需要兩種電源。本系統(tǒng)采用 9V 電源供電，通過抵押差三段線性穩(wěn)壓器 ASM1117 芯片得到 5V 和 電源 [1]。電路如圖 21 所示。 系統(tǒng)輸入的 9V 電源首先通過 電源轉(zhuǎn)換芯片把輸入的 9V 電壓轉(zhuǎn)換為 5V，然后 5V 電壓再通過 把 5V 電壓轉(zhuǎn)換為 。 ASM1117前后并行接了多個濾波、退耦電容，以進(jìn)一步穩(wěn)定現(xiàn)行電源的平滑度，減小電源的紋波，提高電源的帶負(fù)載能力和瞬態(tài)響應(yīng)。 Atmega16 單片機(jī)簡介 微控制器的選型 51 單片機(jī)， ARM， DSP 都是嵌入式系統(tǒng)的核心芯片的類型，現(xiàn)在的嵌入式系統(tǒng)都是高度面向?qū)ο蟮?。項目?guī)模、對效率的要求以及成本問題很大程度上決定了對單片機(jī)類型的選用。基于對系統(tǒng)的整體設(shè)計和硬件資源的要求，電路設(shè)計中采用的微處理器電路相對模擬系統(tǒng)更為簡單，可實現(xiàn)較為復(fù)雜的控制算法，有一定的數(shù)據(jù)存儲空間，靈活適應(yīng)性強(qiáng)，控制 精度高，無零點飄移?？梢娖胀ǖ?1 系列單片機(jī)因為資源缺乏而無法滿足設(shè)計要求。 ARM 系列處理器價格昂貴且在本系統(tǒng)設(shè)計中使用，會浪費資源。 DSP 系列往往注重數(shù)字信號的處理也不合適。根據(jù)單片機(jī)的對比，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該選用 8 位機(jī)中新能優(yōu)越的單片機(jī)。所以選擇電源模塊 MCU 單片機(jī) TFT彩屏顯示器 駐極體話筒傳感器 SD卡電路 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 4 ATMEL 公司制作的 AVR 系列芯片中的 ATmega16 作為本次設(shè)計的處理單元。 ATmega16 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MOPS/MHz，從而可以緩解 系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾 [2]。 ATmega16 有如下特點： 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash（具有同時讀寫的能力，即 RWW）， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM， 32 個通用 I/O 口線， 32個通用工作寄存器，用于 辨 解掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器 /計數(shù)器（ T/C），片內(nèi) /外中斷，可編程穿行 USART，有起始條件檢測器的通用串行接口 8 路 10 位具有可選差分輸入級可編程增益（ TQFP 封裝）的 ADC，具有片內(nèi)正當(dāng)器的可編程看門狗定時器，一個 SPI 串行端口，以及六 個可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 ATmega16 單片機(jī)為 40 引腳芯片，如圖 22 所示， 圖 22 ATmega16 40 引腳圖 工作于空閑模式是 CPU 停止工作，而 USART、兩線接口、 A/D 轉(zhuǎn)換器、SRAM、 T/C、 SPI 端口以及終端系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作，在省電模式下，一部定時器繼續(xù)運行，允許用戶保持一個時間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式是終止 CPU 和除了異步定時器與 ADC 意外所有 I/O 模塊的工作，以降低 ADC 轉(zhuǎn) 換時的開關(guān)噪聲； Standby 模式下只有警惕諧振振蕩器運行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力；擴(kuò)展Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時器繼續(xù)工作。 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 5 端口 A（ PA7..PA0）：端口 A 作為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口 A 為 8位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，計時系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 A 處于高阻狀態(tài)。 端口 B（ PB7..PB0）：端口 B 為 8 為雙向 I/O 口模具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能端口被外部電路拉低時將輸出電流。自復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 B 處于高阻狀態(tài)。端口 B 也可以用作其他不同的特殊功能。 端口 C（ PC7..PC0）：端口 C 為 8 為雙向 I/O 口模具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 C 處于高阻狀態(tài)。如果 JTAG 接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、 PC3（ TMS）與 PC2(TCK)的上拉電阻唄激活，端口 C 也可以用作其他不同的特殊功能。 端口 D（ PD7..PD0）：端口 D 為 8 為雙向 I/O 口模具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 D 處于高阻狀態(tài)。端口 D 也可以用作其他不同的特殊功能。 RESET：復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的 低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。 XTAL1：反響振蕩放大器與片內(nèi)始終操作電路的輸入端。 XTAL2：反向振蕩放大器的輸出端。 AVCC： AVCC 是端口 A 與 A/D 轉(zhuǎn)換器的電源。不適用 ADC 是，該引腳應(yīng)該直接與 VCC 連接。使用 ADC 時應(yīng)通過一個低通濾波器與 VCC 連接。 AREF:A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。 駐極體話筒傳感器 駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機(jī)、無限話筒及聲控?zé)綦娐分小儆谧畛Ｓ玫碾娙菰捦?。由于輸入和輸出阻抗很?，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。 本次介紹的這款話筒電路，外圍元件少，制作簡單，音質(zhì)卻出乎意料的好。采用一塊雙路音頻放大繼承電路。其主要特點是效率高、耗電小，靜態(tài)工作電流長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 6 型值只有 6MA 左右，該集成電路的電壓適應(yīng)能力強(qiáng)（ ），即使在 低電壓下使用， 也 會有約 100mW 的功率輸出。 駐極體聲音傳感器的工作原理 該傳感器內(nèi)置一個對聲音敏感的電容式駐極體話筒，聲波使話筒內(nèi)的駐極體薄膜振動， 導(dǎo)致 電容的 變化，而產(chǎn)生預(yù)知對應(yīng)變化的微小電壓。電容傳聲器在工作時，必須在兩極之間 施加 一個穩(wěn)定的直流電壓，而且這種電壓通常是由于外部提供的。在直流電壓作用下，給電容傳聲器充以電荷，使之保持 恒定 的充電狀態(tài)。若充電回路的電阻選擇保持足夠的大，使時間嘗試遠(yuǎn)大于聲壓變化的最大周期，則可認(rèn)為在兩極上維持了恒定的電荷。當(dāng)聲壓作用于膜片時，膜片將隨著聲壓的變化而振動，只是膜片與背極板間的距離也發(fā)生變化，其電容量也發(fā)生變化，于是便在電容器的兩極輸入端產(chǎn)生一個相應(yīng)的交變的電壓。 但由于其電容量變化甚微，使低頻 將有 很高的內(nèi)阻抗，因此，不能 直接與衰減器或一般的放大器相連接，中間必須經(jīng)過阻抗變換器，通常是使用陰極跟隨器或由場效應(yīng)管與晶體管組成的元射極跟隨器。同時要特別指出的是，電容傳聲器的輸出電壓是與由外部提供的極化電壓密切相關(guān)的。此時，由聲壓而引起的交變電壓，其數(shù)學(xué)關(guān)系式是極化電壓是決定電容傳聲器靈敏程度的一個重要因素，并要求它穩(wěn)定和紋波系數(shù)小。 因此，如要求電容傳聲器具有較高的靈敏度，則要有穩(wěn)定的和較高的極化在實際 應(yīng)用中通常是采用紋波系數(shù)小的直流電壓。在聲級測量儀器中，一般是采用多節(jié)干電池供電。這時要提供這樣高而穩(wěn)定的紋波系數(shù)小的直流電壓， 不但需要增加直流變換器等器件，而且更為嚴(yán)重的是對采用電池供電的聲級測量儀器來說無疑是一個沉重的負(fù)擔(dān)。由于電容傳聲器在工作時，需要由外部提供這樣高而穩(wěn)定的極化電壓，使聲級測量儀器的結(jié)構(gòu)難于緊湊，曾一度使聲級測量儀器處于停滯不前的狀態(tài)，甚至可惜。為此，引起聲級測量儀器的科研者、生產(chǎn)制造 者 和使用者高度的重視和關(guān)注，想方設(shè)法對它加以改進(jìn)克服在工作中需要外加極化電壓這個難關(guān)更好地發(fā)揮其特性的作用，使電容傳聲器完美無缺 [4]。 SD 卡 SD 卡的簡介 特性： ◎ 容量： 32MB/64MB/128MB/256MB/512MB/1GByte ◎ 卡上錯位矯正 ◎ 支持 CPRM ◎ 兩個可選的通信協(xié)議： SD 模式和 SPI 模式 ◎ 可變始終頻率 025MHz ◎ 通信電壓范圍： 工作電壓范圍： 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 7 ◎ 低電壓消耗：自動斷電及自動睡醒，智能電源管理 ◎ 無需額外編程電壓 ◎ 卡片帶電插拔保護(hù) ◎ 正向兼容 MMC 卡 ◎ 告訴串行接口帶隨即存取 支持雙通道 閃存 交叉存取 快寫技術(shù)：一個低成本的方案，能夠超高速閃存訪問和可靠數(shù)據(jù)存儲 最大讀寫速率： 10Mbyte/s ◎ 最大 10 個堆疊的卡（ 20MHz， ） ◎ 數(shù)據(jù)壽命： 10 萬次編程 /擦除 ◎ CE 和 FCC 認(rèn)證 ◎ PIP 封裝技術(shù) ◎ 尺寸： 24mm寬 x32mm 長 厚 [5] 說明：本 SD 卡高度集成閃存，具備串行和隨機(jī)存取能力?？梢酝ㄟ^專用優(yōu)化速度的串行接口訪問，數(shù)據(jù)傳輸可靠。接口允許幾個卡垛疊，通過他們的外部鏈接 ， 接口完全符合最新的消費者標(biāo)準(zhǔn)，叫做 SD 卡系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，有 SD 卡系統(tǒng)規(guī)范定義。 SD 卡系統(tǒng)是一個新的大容量存儲系統(tǒng)，基于半導(dǎo)體技術(shù)的變革，它的出現(xiàn)，提供了一個便宜的、結(jié)實的卡片式的存儲媒介，為了消費多媒體應(yīng)用。 SD卡可以設(shè)計出便 宜的播放器和驅(qū)動器而沒有可移動的部分。一個低耗電和廣供電電壓可以滿足移動電話、電池應(yīng)用比如音樂播放器、個人管理器、掌上電腦、電子書、電子百科全書、電子詞典等等。使用非常有效的數(shù)據(jù)壓縮比如 MPEG， SD卡可以提供足夠的容量來應(yīng)付多媒體數(shù)據(jù) 。下圖是 SD卡的內(nèi)部透視圖， 如圖 24。 圖 24 SD 卡內(nèi)部透視結(jié)構(gòu)圖 框圖 ： SD 卡上所有單元 由 內(nèi)部時鐘發(fā)生器提供時鐘。接口驅(qū)動單元同步外部時鐘的 DAT 和 CMD 信號到內(nèi)部所用時鐘，本卡有 6 線 SD 卡接口控制，包括：CMD， CLK,DAT0DAT3。在多 SD 卡垛疊中為了表示 SD 卡，一個卡標(biāo)識寄存長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 8 器（ CID）和一個響應(yīng)地地址寄存器（ RCA）預(yù)先準(zhǔn)備好、一個附加的寄存器包括不同類型操作參數(shù)。這個寄存器叫做 CSD。使用 SD 卡線訪問存儲器還是存儲器的通信由 SD 卡標(biāo)準(zhǔn)定義?？ㄓ凶约旱碾娫撮_通檢測單元，無需附加的主復(fù)位信號來在電源開啟后安裝卡。它防短路，在帶電插入 或移出卡時。無需外部編程電壓。編程電壓卡內(nèi)生成。 SD 卡支持第二接口工作模式