【正文】 感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來工作的。 加速度傳感器是一種能 夠測量加速力的電子設(shè)備。nSP?為核心的 SPCE061A 微控制器是適用于錄音、放音、數(shù)字語音識別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。其匯編指令近似 C語言，具有較高的 C語言編程效率。39。 它的 CPU 內(nèi)核采用最新推出的 Microcontroller and Signal Processor16 位微處理器 (以下簡稱 181。 課題研究現(xiàn)狀 基于 SPCE061A 的智能玩具設(shè)計，尤其是調(diào)節(jié)情緒類玩具的設(shè)計，目前在國內(nèi)外市場上都比較罕見。這樣的設(shè)計，無疑更增加 3 了產(chǎn)品的趣味性與娛樂效果，從而更好的實現(xiàn)了調(diào)節(jié)情緒的目的。通過 SPCE061A 開發(fā)板對傳感器輸出的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、轉(zhuǎn)化、分析，便可以控制播放壓縮好的 “ 哭聲 ” 。 為了達(dá)到使用戶發(fā)泄情緒的目的，本系統(tǒng)需要檢測、讀取外部的打擊力，并根據(jù)該打擊力的大小發(fā)出對應(yīng)音量的 “ 哭聲 ” 。若再輔以各類外部傳感器模塊的特殊功能，智能玩具還可以與用戶進(jìn)行多種方式的互動 [1]。通觀整個情緒調(diào)節(jié)類玩具的市場，其中依靠芯片控制的智能玩具的開發(fā)尚屬少數(shù)。這種方式不僅簡單方便、易于操作，還具有很多趣味性。其中，情緒的舒緩與疏導(dǎo)顯得尤 為重要。人們會難 以 集中注意力、容易分神、記憶力減退、選擇性思維失調(diào)、期待性焦慮、郁郁寡歡、冷漠偏執(zhí)、自卑多疑、消沉空虛、無端煩惱、遇事暴躁 ?? 尤其令人擔(dān)憂的是，具有心理問題的人還會容易狂熱和沖動，對外界產(chǎn)生敵對情緒，且常常帶有攻擊性。多年前，不健康的成長環(huán)境、先天的生理缺陷等情況就一直是心理問題的主要成因。硬件設(shè)計主要包括外圍電路的設(shè)計與連接，對 I/O 接口、 A/D 轉(zhuǎn)換、音頻輸出的數(shù)據(jù)單元控制。 整個系統(tǒng)主要由 SPCE061A 開發(fā)板 與加速度傳感器兩大模塊來實現(xiàn)。 I 目錄 摘要 ......................................................... III Abstract ...................................................... IV 第 1章 緒論 .................................................... 1 課題背景 ................................................ 1 課題目的與意義 .......................................... 2 課題研究現(xiàn)狀 ............................................ 3 本文主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排 .................................. 5 第 2章 硬件設(shè)計 ................................................ 6 硬件器件的選擇 .......................................... 6 SPCE061A 單片機(jī) .................................... 6 MMA7260QT 三軸加速度傳感器 ........................ 10 系統(tǒng)電路的連接 ......................................... 11 單片機(jī)控制單元的硬件設(shè)計 ............................... 13 輸入 /輸出控制單元設(shè)計 ............................ 13 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換設(shè)計 ................................. 16 DAC 方式音頻輸出設(shè)計 .............................. 23 傳感器控制單元設(shè)計 ..................................... 24 本章小結(jié) ............................................... 26 第 3章 軟件設(shè)計 ............................................... 27 軟件系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計 ..................................... 27 音頻設(shè)計 ............................................... 29 音頻處理方案 ..................................... 29 語音自動播放函數(shù)設(shè)計 ............................. 30 語音文件壓縮設(shè)計 ................................. 33 I/O 接口及 A/D 轉(zhuǎn)換設(shè)計 ................................. 34 I/O 接口設(shè)計 ...................................... 34 A/D 轉(zhuǎn)換設(shè)計 ...................................... 34 主程序設(shè)計 ............................................. 36 II 本章小結(jié) ............................................... 40 結(jié)論 .......................................................... 41 參考文獻(xiàn) ...................................................... 43 致謝 .......................................................... 45 附錄一： ...................................................... 46 附錄二： ...................................................... 63 III 摘要 現(xiàn)代快節(jié)奏的生活和工作中，人們往往承受著巨大的壓力 。外部的“擊打”會使傳感器輸出模擬電壓信號。軟件設(shè)計主要包括自動聲音播放函數(shù)、聲音文件的壓縮與連接、 I/O接口與 A/D 轉(zhuǎn)換的設(shè)置、主程序函數(shù) 的編寫等。而近年來，由于生活、工作、學(xué)習(xí)的節(jié)奏加快，人們往往承受著巨大的壓力。近年來社會上由于心理問題造成的悲劇，引起了人們的普遍重視。當(dāng)人們承受著巨大的精神壓力時，可以用合理的方式把這種壓力表達(dá)釋放出來。 在當(dāng)今的市場中，情緒調(diào)節(jié)類的玩具多種多樣。因此，設(shè)計情緒調(diào)節(jié)類的玩具，也便在智能化方向上 出現(xiàn)了創(chuàng)新的空間，昭示了很廣闊的市場前景。這樣一來，智能玩具在改善用戶情緒方面，無疑會帶來顯著的作用。外力信息的采集與轉(zhuǎn)化需要通過設(shè)計加速度傳感器模塊來實現(xiàn)。 本設(shè)計最終的目的是一方面使用戶合理表達(dá)了攻擊性，釋放了 情緒；另一方面通過 “ 哭聲 ” 的回應(yīng)，得到慰藉或娛樂的效果。 基于 SPCE061A 的 “ 出氣寶寶 ” 系統(tǒng)設(shè)計，可以看作是一款智能玩具的開發(fā)。鑒于本設(shè)計的思路比較新穎，同類產(chǎn)品的應(yīng)用設(shè)計較少，我們對課題研究狀況的介紹將主要圍繞設(shè)計的關(guān)鍵部分，即凌陽SPCE061A 單片機(jī)與加速度傳感器的發(fā)展應(yīng)用來展開。39。nSP?的指令系統(tǒng)提供具有較高運算速度的 16位 16 位乘法運算指令和內(nèi)積運算指令，為其應(yīng)用增添了 DSP 功能，使得 181。而且它還有I/0 口功能豐富、集成 度高、體積小、可靠性好、功耗低且性能價格比高等特點。 4 目前已經(jīng)投入國內(nèi)外市場的產(chǎn)品，包括語音播報溫度計、智能交通燈、嵌入式汽車運營圖片信息采集系統(tǒng)、數(shù)碼語音錄音及播放系統(tǒng)、空調(diào)智能控制系統(tǒng)等。加速力就是當(dāng)物體在加速過程中作用在物體上的力。所謂的壓電效應(yīng)就是：對于不存在對稱中心的異極晶體加在晶體上的外力，除了使晶體發(fā)生形變以外，還將改變晶體的極化狀態(tài)，在晶體內(nèi)部建 立電場，這種由于機(jī)械力作用使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。又由慣性定理可知： A(加速度 )=F(慣性力 )/M(質(zhì)量 )。 5 本文主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排 本文著重于對基于 SPCE061A“ 出氣寶寶 ” 系統(tǒng)設(shè)計的闡明，詳細(xì)介紹了設(shè)計的思路、方法與具體的流程。軟件設(shè)計包括 I/O 輸入的初始化、 AD 轉(zhuǎn)換的初始化、傳感器輸入數(shù)據(jù)的處理、聲音播放函數(shù)的編寫、音頻的壓縮與調(diào)用等。 6 第 2 章 硬件設(shè)計 硬件器件的選擇 本次設(shè)計的整個系統(tǒng)主要由 SPCE061A 開發(fā)板和加速度傳感器模塊兩部分構(gòu)成。對于本設(shè)計來說，能夠較為精確地出反映 “ 出氣寶寶 ” 受擊打力后的運動情況。它是 “ 凌陽科技大學(xué)計劃 ” 專為大學(xué)生、電子愛好者等進(jìn)行電子實習(xí)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、電子制作及電子競賽所設(shè)計的，也可作為單片機(jī)項目初期研發(fā)使用。圖 22中顯示了 61 板上的各個接口分布。 61板將 SPCE061A的 32個 I/O口全部引出： IOA0～I(xiàn)OA15， IOB0～ IOB15。正如我們在前面介紹的 61 板具有強(qiáng)大的語音處理功能，如圖 22所示， X1 是語音的 MIC 輸入端，自帶自動增益 (AGC)控制， 9 J3 是語音輸出接口，一個 2pin 的插針外接喇叭，由 DAC 輸出引腳 21 或 2經(jīng)語音集成放大器 SPY0030A 放大， 然后輸出， SPY0030A 是凌陽的一款芯片，功能相當(dāng)于 LM386， 但是比 LM386 音質(zhì)好，它可以工作在 ～ 范圍內(nèi)，最大輸出功率可達(dá) 700mW。圖 22 中的 J11 是EZ_PROBE 的接口，我們提供一根下載線用作程序的下載，一端連接 PC 機(jī)的25pin 并口，另外一端接 61板的 5pin EZ_PROBE接口。對應(yīng)的引腳中 1 36和 7 必須為 ，對于 I/O 端口的電壓 5 5 75 可以為 也可以是 5V，這兩種電平的選擇通過跳線 J5 來選擇。 供電時用戶可以提供直流 電壓為實驗板進(jìn)行供電，此時整個板子只有 電壓， I/O 端口電壓此時只有一種選擇。如圖 22中的 RESET 按鍵。用單片機(jī)的 A/D 轉(zhuǎn)換器讀取此輸出信號，就可以檢測其運動和方向。 MMA7260QT 三軸加速度傳感器可以在四種不同靈敏度之間進(jìn)行選擇。加速度選擇特性對于這些產(chǎn)品是相當(dāng)理想的。整個系統(tǒng)基本上主要由傳感器模塊、 61 板兩部分組成。 Z OUTVDDY OUTX OUTVS S外擴(kuò)存儲器模塊哭聲加速度傳感器模塊SP CE 061 A單片機(jī) 12 硬 件設(shè)計時，首先應(yīng)對單片機(jī)進(jìn)行自檢測試。其他的引腳，如加速度選擇、睡眠模式等可作為本系統(tǒng)的優(yōu)化方向進(jìn)行考慮，我們在現(xiàn)階段的電路圖連接與分析中不做顯示。 13 單片機(jī)控制單元的硬件設(shè)計 SPCE061A 單片機(jī)是本次設(shè)計的核心部件。輸入端口負(fù)責(zé)從外界接收檢測信號、鍵盤信號等各種開關(guān)量信號。 圖 26 I/O 結(jié)構(gòu)示意圖 SPCE061A 有兩個 16位的通用并行 I/O 口： A 口和 B口。 SPCE061A 提供了位控制結(jié)構(gòu)的 I/O 端口，每個獨立的位用于數(shù)據(jù)輸入還是輸出，可通過以下 3 種控制向量來作設(shè)定：數(shù)據(jù)向量 Data、屬性向量Attribution、方向控制向量 Direction。 A 口和 B 口的 Data、Attribution 和 Direction 的設(shè)定值均在不同的寄存器里，用戶在進(jìn)行 I/O端口設(shè)置時要特別注意這一點。 A端口的數(shù)據(jù)單元，用于向 A口寫入或從A 端口讀出數(shù)據(jù)。 A 端口的數(shù)據(jù)向量單元，用于向數(shù)據(jù)向量寄存器寫入或從該寄存器讀出 數(shù)據(jù)。但對輸入而言，P_IOA_Data讀的是 IO的值， P_IOA_Buffer讀的是 buffer內(nèi)的值。此時從 P_IOA_Data 讀回為 0，但 P_IOA_Buffer 則為 1。 Dir 位決定了端口位的輸入 /輸出方向：即 0為輸入， 1 為輸出。這三個端口中每個對應(yīng)的字節(jié)合在一起，形成一個控制字，來定義相對應(yīng) I/O 端口位的輸入 /輸出狀態(tài)和方式。在端口位的輸出狀態(tài)下則決定其輸出是反相的還是同相的； 0 為反相輸出， 1則為同相輸出。傳入的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換，因此輸入引腳的功能 應(yīng)該定為 “ 不帶喚醒功能的懸浮式輸入 ” 。 SPCE061A 的 A/D 轉(zhuǎn)換范圍是整個輸入范圍。第 7 位 VEXTREF 決定了 ADC 的參考電壓為 AVdd 或是外部參考電壓。如果用戶指定的參考電壓源的值不超過 AVdd，它還可以被當(dāng)作 ADC 的最高參考電壓。當(dāng) ADE=1 時，應(yīng)對 P_ADC_Ctrl和 P_ADC_MUX_Ctrl 的其它控制位進(jìn)行合理的設(shè)置。只有當(dāng)目前的 AD 轉(zhuǎn)換完成后，才能切換通道。用戶可通 過讀取 P_ADC_LINEIN_Data(讀 )(702CH)單元，取得從指定的 Line_In