【正文】 .................. 34 I/O 接口設計 ...................................... 34 A/D 轉(zhuǎn)換設計 ...................................... 34 主程序設計 ............................................. 36 II 本章小結(jié) ............................................... 40 結(jié)論 .......................................................... 41 參考文獻 ...................................................... 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 。軟件設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)換的設置、主程序函數(shù) 的編寫等。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。 在當今的市場中，情緒調(diào)節(jié)類的玩具多種多樣。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。 本設計最終的目的是一方面使用戶合理表達了攻擊性，釋放了 情緒；另一方面通過 “ 哭聲 ” 的回應，得到慰藉或娛樂的效果。鑒于本設計的思路比較新穎，同類產(chǎn)品的應用設計較少，我們對課題研究狀況的介紹將主要圍繞設計的關(guān)鍵部分，即凌陽SPCE061A 單片機與加速度傳感器的發(fā)展應用來展開。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，為其應用增添了 DSP 功能，使得 181。 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。所謂的壓電效應就是：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，這種由于機械力作用使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象稱為正壓電效應。 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)設計的闡明，詳細介紹了設計的思路、方法與具體的流程。 6 第 2 章 硬件設計 硬件器件的選擇 本次設計的整個系統(tǒng)主要由 SPCE061A 開發(fā)板和加速度傳感器模塊兩部分構(gòu)成。它是 “ 凌陽科技大學計劃 ” 專為大學生、電子愛好者等進行電子實習、課程設計、畢業(yè)設計、電子制作及電子競賽所設計的，也可作為單片機項目初期研發(fā)使用。 61板將 SPCE061A的 32個 I/O口全部引出： IOA0～IOA15， IOB0～ IOB15。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 機的25pin 并口，另外一端接 61板的 5pin EZ_PROBE接口。 供電時用戶可以提供直流 電壓為實驗板進行供電，此時整個板子只有 電壓， I/O 端口電壓此時只有一種選擇。用單片機的 A/D 轉(zhuǎn)換器讀取此輸出信號，就可以檢測其運動和方向。加速度選擇特性對于這些產(chǎn)品是相當理想的。 Z OUTVDDY OUTX OUTVS S外擴存儲器模塊哭聲加速度傳感器模塊SP CE 061 A單片機 12 硬 件設計時，首先應對單片機進行自檢測試。 13 單片機控制單元的硬件設計 SPCE061A 單片機是本次設計的核心部件。 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。 A 口和 B 口的 Data、Attribution 和 Direction 的設定值均在不同的寄存器里，用戶在進行 I/O端口設置時要特別注意這一點。 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)。此時從 P_IOA_Data 讀回為 0，但 P_IOA_Buffer 則為 1。這三個端口中每個對應的字節(jié)合在一起，形成一個控制字，來定義相對應 I/O 端口位的輸入 /輸出狀態(tài)和方式。傳入的數(shù)據(jù)需要進行 AD轉(zhuǎn)換，因此輸入引腳的功能 應該定為 “ 不帶喚醒功能的懸浮式輸入 ” 。第 7 位 VEXTREF 決定了 ADC 的參考電壓為 AVdd 或是外部參考電壓。當 ADE=1 時，應對 P_ADC_Ctrl和 P_ADC_MUX_Ctrl 的其它控制位進行合理的設置。用戶可通 過讀取 P_ADC_LINEIN_Data(讀 )(702CH)單元，取得從指定的 Line_In 通道輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換結(jié)果。所以，不使用 VMIC時，用戶須把 P_ADC_Ctrl 單元的第 1 位 MIC_ENB 設為 1，以關(guān)閉 VMIC。這時 DAC0 輸出電壓 VDAC0 為 1/2 最大值，用來與輸入電壓 Vin 進行比較。外部信號是由 LIN_IN[1～ 7]即IOA[0～ 6]或通道 MIC_IN 輸入。 P_ADC_Ctrl(讀 /寫 )(7015H)。注意，由于 IO 口帶有內(nèi)部上拉和下拉輸入電阻，這會影響外部 Line_In 信號的電平。 SPCE 提供了一個 22 內(nèi)置的 2V 電壓源 (通過設置 P_ADC_Ctrl(寫 )(7015H)單元的第 8 位 V2VREFB＝ 0 來啟用 )，它可以被連接到 VEXTREF 引腳，作為 Line_In 通道的最大參考電壓。為保證 P_ADC_LINEIN_Data(讀 )單元讀取到正確的數(shù)據(jù)，用戶必須通過 P_ADC_MUX_Ctrl(讀 /寫 )(702BH)單元的第 14位 FailB 的值，確認 A/D 是否成功或是被打斷 [9]。如果 DAC 的輸出數(shù)據(jù)被處理成 PCM 數(shù)據(jù)，必須讓 DAC 輸出數(shù)據(jù)的直流電位保持為 0x8000，且僅有高 10 位的 數(shù) 據(jù) 有作 用 。 P_DAC2(讀 /寫 )(7016H) DAC2 是個 10 位的 D/A 轉(zhuǎn)換單元。 P_DAC1 (讀 )：從 DAR1 內(nèi)讀出 10 位數(shù)據(jù)。由于 DAC 本身的物理特性，最大的輸出電壓將比 AVdd 低～ 。 圖 28 傳感器外圍電路圖 因為傳感器芯片的面積較小，外部擴展的電路只能進行貼片焊接。 圖 29 硬件系統(tǒng)外觀 圖 本章小結(jié) 本章介紹了系統(tǒng)的硬件設計，主要包括硬件元器件的選取、系統(tǒng)整體外圍電路的連接、單片機中各控制單元的實現(xiàn)以及傳感器的電路等，重點是61 板的硬件設計。此工具在Windows 環(huán)境下操作，支持標準 C 語言和匯編語言，集編譯、編程、鏈接、調(diào)試和仿真于一體，應用方便簡單 易學。但是我們的設計不會考慮到這些影響。 29 EZ_PROBE 和 PROBE 不同的是在 IDE 集成開發(fā)環(huán)境下需要選擇當前是使用哪一種方式進行調(diào)試，具體操作見圖 32，其中 PROBE 共有三種選擇方式：采用自動方式調(diào)試可選 Auto；采用 PROBE 調(diào)試選 PRINTER_PROBE；采用 圖 32 在線調(diào)試方式選擇 EZ_PROBE 調(diào)試可選 EZ_PROBE 即可。 SACM_A2021_Initial(int Init_Index)，用于 SACM_A2021 語音播放之前的初始化。 SACM_A2021 的數(shù)據(jù)率有 16Kbps、 20Kbps 和 24Kbps 三種，可以在同一模塊的幾種算法中自動選擇一種。通過前臺子程序 (自動方式的 SACM_A2021_ServiceLoop)對語音資料進行解碼，然后將其送入 DAC 通道播放。在程序中，經(jīng)自動播放函數(shù)的調(diào)用而 “ 發(fā)聲 ” 。 處理語音資源為 “8kHz ， 16 位，單聲道 ” 時，就可以對 .wav 格式語音資源進行壓縮了。 34 I/O 接口及 A/D 轉(zhuǎn)換設計 I/O 接口設計 本設計中，采用 IOA[0～ 2]作為輸入端口以傳送傳感器 X、 Y、 Z三個方向上的數(shù)據(jù)。因此，程序編寫過程中，應輸入語句： “*P_ADC_Ctrl = 0x0001” 。通過以上的設計，三路加速度傳感器中的數(shù)據(jù)便能讀入單片機了?？截愵^文件。我們可以從凌陽實驗儀指導書范例代碼 \include 里找到 、 兩個頭文件 (也可從凌陽 網(wǎng)站下載得到 )，并把這些文件拷貝到工程文件夾下。這些工作將在主程序的設計中實現(xiàn)。由于 P_ADC_MUX_Ctrl 單元每次只能選擇7 路 通道中的一個進行 A/D 轉(zhuǎn)換，因此我們要對傳感器輸出的三路數(shù)據(jù)依次進行轉(zhuǎn)換，并通過中間變量保存每路數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換值 [15]。由上一章的知識，我們可以得出 A 端口的屬性設置及對應的端口位狀態(tài)，如表 32所示： 表 32 A 端口設置 地址 b15～ b3 b2 b1 b0 7002H Dir 0 0 0 7003H Attrib 1 1 1 7000H Data 1 1 1 狀態(tài) 不帶喚醒功能的懸浮式輸入 因此，在程序設計中，我們可以這樣編寫 IOA 口的定義 :*P_IOA_Diramp。在出現(xiàn)的界面中可以壓縮單個文件， 也可以壓縮多個文件，根據(jù)本設計的需要，點擊 “ 壓縮單個文件 ” 。凌陽語音壓縮工具 (Compress Tool)支持 .wav 格式的語音壓縮，但要求壓縮語音資源屬性為 8k， 16 位，單聲道。 凌陽 SACM_A2021 壓縮算法有兩種語音播放方式：自動方式和手動方式。中斷服務子程序 F_FIQ_Service_SACM_A2021 必須安置在 TMA_FIQ 中斷向 量上。該函數(shù)用于對定時器、中斷和 DAC 等的初始化 [13]。 音頻設計 音頻處理方案 語音和音樂與我們的生活有著非常密切的關(guān)系，而單片機對語音的控制如錄放音、合成及辨識也廣泛應用在現(xiàn)實生活中。這種開發(fā)方式方便自己開發(fā)或產(chǎn)品研發(fā)過程使用，能夠?qū)崟r在線仿真、調(diào)試和下載程序。 集成開發(fā)環(huán)境 IDE 具有友好的交互界面、下拉菜單、快捷鍵和快速訪問命令列表等，使編程、調(diào)試工作方便且高效。其中，傳感 器模塊本身的實現(xiàn)需用貼片焊接技術(shù)。這種設計是參考了該加速度傳感器的參數(shù)說明，因而考慮到了傳感器芯片各種功能的實現(xiàn)，對各個引腳都進行了電路 26 設計。在下面的一節(jié)中，我們將涉及到加速度傳感器單元的硬件設計部分。 b9～ b15 為保留位。 表 210 DAC2 單元 b15 – b6 b5 – b0 DA2_Data(讀 /寫 ) P_DAC2(寫 )：通過此單元直接寫入 10 位數(shù)據(jù)到 10 位寄存器 DAR2，來鎖存 DAC2 的輸入數(shù)值 (無符號數(shù) )。上電復位后，兩個 DAC 均被自動打開，此時會消耗少量的電流 (幾毫安 )。 采用 Line_In 通道 A/D 轉(zhuǎn)換時，通過讀 P_ADC_LINEIN_Data(讀 )單元的值，便可開始進行 A/D 轉(zhuǎn)換操作，同時， P_ADC_MUX_Ctrl 單元的第 15位 RDY被清除為 0。通道切換可通過設置P_ADC_MUX_Ctrl(讀 /寫 )(702BH)單元的第 0～ 2位來完成。 通過設置 P_ADC_Ctrl(寫 )(7015H)單元的第 7 位 VEXTREF，可以決定Line_In 通道輸入的最大電壓值。 其中， b15 為 RDY(讀 )， b8為 V2VREFB(寫 )， b7為 VEXTREF(寫 )， b6為DAC_OUT(寫 )， b2 為 AGCE(寫 )， b1 為 MIC_ENB(寫 )， b0為 ADE(寫 )。放大器的增益值可由外部線路來調(diào)整，因此 AGC 可以控制MIC_In 輸入信號的 值在一定的范圍內(nèi) [8]。接著，逐次逼近式控制又將下一位試設為1，其余低位依舊設為 0，即 1100000000B， VDAC0 與 Vin 進行比較的結(jié)果若VinVDAC0，則仍保持原先設置位的值，否則該位便清為 0。 P_ADC_Ctrl(寫 )(7015H)單元的第 5 位 DAC_OUT，可用來選擇兩通道音頻 DAC 的最大輸出。當 P_ADC(讀 )(7014H)單元的數(shù)據(jù)被讀取/TimerA/TimerB 事件發(fā)生后，可執(zhí)行 A/D 轉(zhuǎn)換。通道包括 MIC_In 和 Line_In 兩種。如果起作用，用戶可向 VEXTREF引腳輸入 2V電 壓。 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 設計 SPCE061A 有 8個 10位 ADC 通道，其中一個通道 (MIC_In)用于語音輸入，模擬信號經(jīng)過自動增益控制器和放大器放大后進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 由表 31 可以得出以下一些結(jié)論： _Dir