【正文】 設(shè)計(jì)擬采用 SPCE061A 開發(fā)板控制加速度傳感器實(shí)現(xiàn)一個(gè) “ 出氣寶寶 ” 系統(tǒng)，在人們發(fā)泄情緒打擊出氣寶寶的時(shí)候，根據(jù)打擊力度發(fā)出對(duì)應(yīng)的“ 哭聲 ” 。我們把 SPCE061A 開發(fā)板作為本次設(shè)計(jì)的核心部分。所謂的 “ 哭聲 ” ，通常理解為事先準(zhǔn)備好的哭聲音頻，可以是嬰兒哭聲、男聲、女聲。該系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)心理、緩解情緒的作用，適應(yīng)了當(dāng)代心理問(wèn)題比較突出的社會(huì)現(xiàn)實(shí)。 隨著單片機(jī)功能集成化的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸由傳統(tǒng)的控制擴(kuò)展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號(hào)處理 (DSP， Digital Signal Processing)等領(lǐng)域。nSP?)通用核結(jié)構(gòu)。39。因此，以 181。可以說(shuō)基于 SPCE061A 的 “ 出氣寶寶 ” 的設(shè)計(jì)與上述產(chǎn)品的技術(shù)手段、基本原理相類似。加速力可以是個(gè)常量，比如 g，也可以是變量。當(dāng)然，還有很多其它方法來(lái)制作加速度傳感器，比如壓阻技術(shù)，電容效應(yīng)，熱氣泡效應(yīng)，光效應(yīng)，但是其最基本的原理都是由于加速度產(chǎn)生某個(gè)介質(zhì)產(chǎn)生變形，通過(guò)測(cè)量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出 [3]。這樣，在 質(zhì)量 M 為已知常量的前提下，加速度與外力成正比例關(guān)系。本文的主要內(nèi)容也是以實(shí)際設(shè)計(jì)為骨架，輔以對(duì)必要知識(shí)的介紹，構(gòu)成了一個(gè)重點(diǎn)突出、條理鮮明、內(nèi)容豐實(shí)的整體。 本文的結(jié)構(gòu)主要安排為三章，具體內(nèi)容分布如下： 第一章：緒論，闡述課題的開發(fā)背景，提出該課題的研究依據(jù)和意義；介紹了 SPCE061A 與單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀；內(nèi)容概述對(duì)整篇論文起提綱挈領(lǐng)。因此，硬件器件我們選擇了 61 板和 MMA7260QT 三軸加速度傳感器。下面，我們將對(duì)所選的這兩部分硬件結(jié)構(gòu)分別予以介紹。關(guān)于 61 板的硬件框圖說(shuō)明如表 21所示。其中輸入 /輸出(I/O)接口、音頻輸入 /輸出接口等在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到。在引腳分布圖 (可參考 61 板說(shuō)明書，這里不重點(diǎn)說(shuō)明 )中，對(duì)應(yīng)的 SPCE061A 引腳為： A口， 41～ 4 5 54～ 60； B口， 5～ 81～7 68～ 64。 線調(diào)試器 PROBE 和 EZ_PROBE 接口。 電源接口。 61板的供電電源系統(tǒng)采用用戶多種選擇方式：即5V 供電和 供電兩種供電方式。需要注意的是由于 SPY0029A最大輸出電流為 50mA，所以如果需要外接一些模組時(shí)要先考慮負(fù)載能力。 10 MMA7260QT 三軸加速度傳感器 MMA7260QT3 軸小量程加速傳感器是檢測(cè)物件運(yùn)動(dòng)和方向的傳感器，它根據(jù)物件運(yùn)動(dòng)和方向改變輸出信號(hào)的電壓值。本次設(shè)計(jì)中加速度傳感器模塊的各接口分布如圖 23所示。根據(jù)在引腳 S1和引腳 S2 上的邏輯輸入，裝置的內(nèi)部增益將會(huì)發(fā)生變化，使得 11 該裝置在 ， 2g， 4g或 6g 四種不同的靈敏度下進(jìn)行工作。在產(chǎn)品工作的過(guò)程中，可以在任意時(shí)候改變加速度的靈敏度。必要的時(shí)候可添加外擴(kuò)存儲(chǔ)器模塊。確保輸入輸出端口以及AD 轉(zhuǎn)換等功能正常后，即可進(jìn)行系統(tǒng)電路連接。把插線的另一端與加速度傳感器的上述五個(gè)引腳相連接。對(duì)其硬件的了解與設(shè)置直接關(guān)系到系統(tǒng)性能的實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)中傳感器的信號(hào)正是由輸入端口傳入內(nèi)部電路。這兩個(gè)端口的每一位都可通過(guò)編程單獨(dú)定義成輸入或輸出口。每 3 個(gè)對(duì)應(yīng)的控制向量組合在一起，形成一個(gè)控制字，用來(lái)定義相對(duì)應(yīng) I/O 端口位的輸入輸出狀態(tài)和方式。 I/O 端口的組合控制設(shè)置如表 23 所示： 表 23 I/O 端口的控制向量組合 Direction Attribution Data 功能 是否喚醒 功能描述 0 0 0 下拉 是 帶下拉電阻的輸入引腳 0 0 1 上拉 是 帶上拉電阻的輸入引腳 0 1 0 懸浮 是 懸浮式輸入引腳 0 1 1 懸浮 否 懸浮式輸入引腳 1 0 0 高電平輸出（帶數(shù)據(jù)反相器） 否 帶數(shù)據(jù)反相器的高電平輸出 1 0 1 低電平輸出（帶數(shù)據(jù)反相器） 否 帶數(shù)據(jù)反相器的低電平輸出 1 1 0 低電平輸出 否 帶數(shù)據(jù)寄存器的低電平輸出 1 1 1 高電平輸出 否 帶數(shù)據(jù)寄存器的 15 高電平輸出 其中， 當(dāng) Direction、 Attribution 和 Data 的設(shè)定值為 011 時(shí)，懸浮輸入作為 ADC IOA[0～ 6]的輸入。當(dāng) A 口處于輸入狀態(tài)時(shí)，讀出是讀 A 口引腳電平狀態(tài)；寫入是將數(shù)據(jù)寫入 A 端口的數(shù)據(jù)寄存器。當(dāng) A口處于輸入狀態(tài)時(shí)，寫入是將 A端口的數(shù)據(jù)向量寫入 A端口的數(shù)據(jù)寄存器；讀出則是從 A端口數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)讀其數(shù)值。假設(shè) IOA[0]作為輸出，并去接 LED 陽(yáng)極 (LED 陰極接地 )。讀回的意義是是方便做其它的 IO運(yùn)算。 P_IOA_Attrib(讀 /寫 )(7003H)。表 31 具體表示了如何通過(guò)對(duì) I/O 16 口的 _Dir、 _Attrib 以及 _Data 進(jìn)行編程，來(lái)設(shè)定端口位的輸入 /輸出狀態(tài)和方式。 _Data位在端口位的輸入狀態(tài)下被寫入時(shí)，與 _Attrib 字節(jié)合在一起形成輸入方式的控制字 00、 0 11，以決定輸入端口是帶喚醒功能的上拉電阻式、下拉電阻式或懸浮式以及不帶喚醒功能的懸浮式輸入。方向向量 _Dir、屬性向量 _Attrib 和數(shù)據(jù)向量 _Data 的設(shè)定值為 011。無(wú)效的 A/D 模擬信號(hào) (超過(guò) VDD+ 或是低于 )將影響轉(zhuǎn)換電路的工作范圍，從而降低 ADC 的性能。第8 位 V2VREFB 決定了 2V 電壓源是否起作用。 在 ADC 內(nèi)，由 DAC0 和逐次逼近寄存器 SAR 組成逐次逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (SAR ADC)。 通過(guò)設(shè)置 P_ADC_MUX_Ctrl(寫 )(702BH)的第 0～ 2 位，可以為 A/D 轉(zhuǎn)換選擇輸入通道。當(dāng) MIC_In 通道處于定時(shí)器鎖存狀態(tài)時(shí)，它可以優(yōu)先存取 ADC。 選擇 MIC_In 通道后，可通過(guò)設(shè)置 P_DAC_Ctrl(寫 )(702AH)的第 3 和 4位，選擇 A/D 轉(zhuǎn)換的觸發(fā)事件。注意，供電復(fù)位后不論 ADC 是否被啟用， VMIC 信號(hào)都預(yù)設(shè)為 ON。 硬件 ADC 的最高速率限定為 (Fosc/32/16)Hz，如果速率超過(guò)此值，當(dāng)從P_ADC(讀 )(7014H)/P_ADC_LINEIN_Data(讀 )(702CH)單元讀出數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。 在 ADC 自動(dòng)方式被啟用后，會(huì)產(chǎn)生出一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，即 RDY=0。如果 VinVDAC0， 則保持原先設(shè)置為 1的位 (最高有效位 )仍為 1；否則，該位會(huì)被清為 0。此時(shí)，用戶通過(guò)讀取 P_ADC (7014H)或 P_ADC_MUX_Data(702CH)單元可以獲得 10位的 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。從 LIN_IN[1～ 7]輸入的模擬信號(hào)直接被送 19 入緩沖器 P_ADC_MUX_Data(702CH)；從 MIC_IN 輸入的模擬信號(hào)則要經(jīng)過(guò)緩沖器和放大器。逐次逼近式的 ADC由一個(gè) 10位 DAC(DAC0)、一個(gè) 10位寄存器 DAR0、一個(gè)逐次逼近寄存器 SAR 和一個(gè)比較器 COMP 組成。 P_ADC_Ctrl 單元 (如表 25和表 26 所示 )為 ADC 的控制口。 P_ADC_MUX_Data 單元用于讀出LINE_IN[1～ 7]10 位 ADC 轉(zhuǎn)換的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，如表 29 所示： 表 29 LINE_IN 的 10 位 ADC 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)分布 b15 b14 b13 b12 b11 b10 b9 b8 b7 b6 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 下面介紹 LINE_IN 模式的 ADC 操作。所以， IOA[0～ 6]最好被設(shè)置成懸浮的輸入端口，用于 Line_In 通道輸入。 VEXTREF 可取的值的范圍從 0V 到 AVdd。 由于 SPCE061A 共擁有 8 個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換通道，但只有一個(gè) ADC，所以用戶必須在切換通道之前通過(guò)查看 P_ADC_MUX_Ctrl(讀 )或 P_ADC_Ctrl(讀 )單元的第 15 位 RDY 的值，以確認(rèn) ADC 為閑置狀態(tài)。而 Line_In 通道的 A/D 轉(zhuǎn)換只能通過(guò)讀取 P_ADC_LINEI _Data(讀 )(702CH)單元的數(shù)據(jù)來(lái)觸發(fā)。 當(dāng) MIC_In 通道處于定時(shí)器鎖存狀態(tài)，而且 MIC_In 通道完成第一次的A/D 轉(zhuǎn)換以后，查看 P_ADC_MUX_Ctrl(讀 /寫 )(702BH)單元的值是非常必要的。如果 FailB 的值為 0，表示 Line_In 通道的 A/D 轉(zhuǎn)換被 MIC_In 通道的 A/D 操作打斷，這時(shí) P_ADC_LINEIN_Data(讀 )(702CH)單元的內(nèi)容是一個(gè)錯(cuò)誤值。 DAC1 和 DAC2 的 輸出 數(shù)據(jù) 應(yīng) 寫 入P_DAC1(寫 )(7017)和 P_DAC2(寫 )(7016)單元。否則會(huì)由于電壓的突變引起揚(yáng)聲器產(chǎn)生雜音。在 DAC 方式下，該單元帶有 10 位的緩沖寄存器 DAR2。 DAC1 是 10 位的 D/A 轉(zhuǎn)換單元。 P_DAC_Ctrl(寫 )(702AH) 表 211 DAC1 單元 b15 – b6 b5 – b0 DA1_Data(讀 /寫 ) DAC 音頻輸出方式的控制單元，其中第 5～ 8 位用于選擇 DAC 的數(shù)據(jù)鎖存方式；第 4 位用來(lái)控制 A/D 轉(zhuǎn)換方式；第 1 位為 0，用于雙 DAC 音頻輸出。 DAC 的最大輸出電流范圍是 “ 正常電流值177。 以上便是 61 板各數(shù)據(jù)單元控制點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)。 25 圖 27 傳感器模塊簡(jiǎn)圖 本次設(shè)計(jì)中，我們需要用到 XOUT、 YOUT、 ZOUT 以及 VDD、 VSS 五個(gè)引腳。圖28為傳感器的外圍電路連接圖。這里只是基于引腳功能做簡(jiǎn)單了解，避免在外圍電路連接時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤。我們根據(jù)性能特點(diǎn)選用了 61 板和加速度傳感器，用插線對(duì)其進(jìn)行連接。 27 第 3 章 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要包括軟件系統(tǒng)的開發(fā)、音頻設(shè)計(jì)、輸入輸出接口及 A/D 轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)、主函數(shù)設(shè)計(jì)四部分。同時(shí)還提供大量的編程函數(shù)庫(kù)，大大加快了軟件開發(fā)的進(jìn)程。 28 圖 31 61 板的開發(fā)方式 簡(jiǎn)易開發(fā)如圖 31中的 ① ： 61 板＋下載線＋ PC 機(jī)。 使用在線調(diào)試器 (PROBE)如圖 31 中的 ② ： 61 板＋在線調(diào)試器＋ PC 機(jī)。用它可以替代在單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目的開發(fā)過(guò)程中常用的兩件工具 —— 硬件在線實(shí)時(shí)仿真器和程序燒寫器。 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用 ―EZ_PROBE‖的開發(fā)調(diào)試方式。 表 31 SACMlib 庫(kù)中模塊及其算法類型 模塊名稱（ ModelIndex） 語(yǔ)音壓縮編碼率類型 資料采樣率 SACM_A2021 16Kbit/s， 20Kbit/s， 24Kbit/s 16KHz SACM_S480/S720 ， SACM_S240 SACM_MS01 音樂合成（ 16Kbits/s， 20Kbits/s， 24Kbits/s） 16KHz SACM_DVR（ A2021） 16Kbit/s的資料率， 8K的采樣率，用于 ADC 通道錄音功能 16KHz 語(yǔ)音自動(dòng)播放函數(shù)設(shè)計(jì) 在上面的算法介紹中可以看到 SACM_A2021 壓縮算法壓縮比較小 (8： 1)，所以具有高質(zhì)量、高碼率的特點(diǎn)，適用于高保真音樂和語(yǔ)音。 Init_Index=0表示手動(dòng)方式； Init_Index=1 則表示自動(dòng)方式。 Speech_Index 表示語(yǔ)音索引號(hào)。 Speech_Index 是定義在 文件中資源表 T_ SACM_A2021_SpeechTable 中的偏移地址。 SACM_A2021_Volume(Volume_Index)，用于在播放 SACM_A2021 語(yǔ)音或樂曲時(shí)改變主音量。 SACM_A2021 語(yǔ)音背景子程序只有匯編指令形式，且應(yīng)將此子程序安置在 TMA_FIQ 中斷源上。自動(dòng)播放時(shí)，取數(shù)據(jù)，填充語(yǔ)音隊(duì)列及解壓縮調(diào)用 SACM_A2021_ ServiceLoop()一個(gè)函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)。需要注意的是，符合編程要求的聲音文件，都是要經(jīng)過(guò)壓縮的。處理方法如下：打開錄音機(jī)，打開要壓縮的 .wav 格式的語(yǔ)音文件，點(diǎn)擊 [屬性 ]選項(xiàng)，打開屬性對(duì)話框。壓縮方法如下：在 [開始 ]→[ 程序 ]→[Compress Tool] 打開語(yǔ)音壓縮工具。 (凌陽(yáng)科技目前提供兩種語(yǔ)音壓縮算法： A2021 和 S480， A2021 有三種數(shù)據(jù)率可供選擇： 16Kbits/s， 20Kbits/s， 24Kbits/s)。傳入的模擬信號(hào)需要經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換，因此宜把 IOA[0～ 2]的輸入功能設(shè)定為 “ 不帶喚醒功能的懸浮式輸入 ” 。 A/D 轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì) 根據(jù)本設(shè)計(jì)的需求，在 P_ADC_MUX_Ctrl 控制單元中，只有一位需要進(jìn)行設(shè)置。 在 P_ADC_MUX_Ctrl 控制單元中，我們主要側(cè)重其 LINE_IN 通道的選擇 35 功能，即 b b b0三位的設(shè)置。相關(guān)的程序我們可以做如下設(shè)計(jì)。我們也即可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并調(diào)用 “ 哭聲 ” 。系統(tǒng)工作的流程框圖如下： 圖 36 主程序流程框圖 接下來(lái)將對(duì)程序設(shè)計(jì)的步驟做具體的說(shuō)明。由于在播放 SACM_A2021格式的語(yǔ)音文件時(shí)，需要頭文件 和