【正文】 進行比較。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。第 7 位 VEXTREF 決定了 ADC 的參考電壓為 AVdd 或是外部參考電壓。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。 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)。 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。 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(shè)計時，首先應(yīng)對單片機進行自檢測試。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。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。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(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、電子制作及電子競賽所設(shè)計的，也可作為單片機項目初期研發(fā)使用。 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，詳細介紹了設(shè)計的思路、方法與具體的流程。 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。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 單片機與加速度傳感器的發(fā)展應(yīng)用來展開。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。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。 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 .................................... 6 MMA7260QT 三軸加速度傳感器 ........................ 10 系統(tǒng)電路的連接 ......................................... 11 單片機控制單元的硬件設(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 ...................................................... 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 。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。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行多種方式的互動 [1]。 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。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)濟的選擇。機械力也就轉(zhuǎn)化成可以控制單片機的電信號，達到了系統(tǒng)設(shè)計的要求 [4]。 7 圖 21 61 板框圖 我們在設(shè)計中選擇的硬件是以凌陽 16位單片機 SPCE061A為核心的精簡開發(fā)－仿真－實驗板，簡稱 61 板，其硬件框圖如圖 21所示。這樣，就不需要再用仿真器和編程器了。如果沿著某一個方向活動，或者受到重力作用，輸出電壓就會根據(jù)其運動方向以及設(shè)定的傳感器靈敏度而改變其輸出電壓。整個系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳送的路徑結(jié)構(gòu)如圖 24所示。 SPCE061A的輸入 /輸出 接口包含了多種控制單元，其結(jié)構(gòu)如圖 26所示。 P_IOA_Buffer(讀 /寫 )(7001H)。 方向向量 _Dir、屬性向量 _Attrib 和數(shù)據(jù)向量 _Data 分別代 表三個控制口。 ADC 的最大輸入電壓由 P_ADC_Ctrl(寫 )(7015H)的第 7 和第 8 位的值決定。 用戶可通過讀取 P_ADC(讀 )(7014H)單元，取得從 MIC_In 通道輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換結(jié)果。逐次逼近式控制首先將 SAR 中數(shù)據(jù)的最高有效位設(shè)為 1，而其它位全設(shè)為 0，即 1000000000B。若 P_DAC_Ctrl單元第 4 位被設(shè)為 00，那么在轉(zhuǎn)換過程里讀出本單元 (7014H)亦會觸發(fā)A/D 轉(zhuǎn)換重 新開始。也就是說，輸入的信號的信噪比 SNR 越低。 DAC 的輸出范圍從 0x0000 到 0xFFFF。 P_DAC1(寫 )：通過此單元直接寫入 10 位數(shù)據(jù)到 10 位寄存器 DAR1，來鎖存 DAC1 的輸入數(shù)值 (無符號數(shù) )。這些可以在系統(tǒng)將來的優(yōu)化中加以考慮，這里不再加以考慮。 軟件系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計 61 板配有凌陽自行研發(fā)設(shè)計的 16 位單片機開發(fā)環(huán)境 IDE。 EZ_PROBE 和 PROBE 均工作于凌陽IDE 集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，他們對應(yīng)的 5 芯的仿真頭分別連接到 61 板的緩沖電路輸入管腳和 SPCE061A 芯片相應(yīng)管腳上，實現(xiàn)在目標電路板上的CPU(SPCE061A)調(diào)試、運行用戶編制的程序；另一頭是標準 25 針打印機接口，直接連接到計算機打印口與上位機通訊 (如圖 31)，在計算機 IDE 集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，完成在線調(diào)試功能 [11]。對于 Ramp_Set， 0表示禁止音量增 /減調(diào)節(jié)； 1 表示僅允許音量增調(diào)節(jié)； 2 表示僅允許音量減調(diào)節(jié)； 3 表示允許音量增 /減調(diào)節(jié)。 32 圖 34 語音自動播放函數(shù)流程圖 調(diào)用語音播放初始化函數(shù)調(diào)用語音播放準備播放函數(shù)開始判斷語音播放是否結(jié)束清看門狗停止語音播放調(diào)用語音播放系統(tǒng)服務(wù)函數(shù)返回YN 33 語音文件壓縮設(shè)計 本設(shè)計中應(yīng)用到的 “ 哭聲 ” 為 .wav 格式的聲音文件。此時，點擊 “ 下一步 ” ，在下一個窗口里點擊 “ 完成 ” 完成壓縮，或者也可以 “ 返回 ” 繼續(xù)壓縮其他語音文件。同樣需要說明的是，程序編寫過程中或者令頭文件包含 “” ，或者用 define 對各數(shù)據(jù)單元進行單獨定義：否則，程序會出錯。 拷貝支持文件。 另外，需要注意的還有 P_ADC_MUX_Data(讀 )(702CH)單元，它用于讀出LINE_IN[7:1]10 位 ADC 轉(zhuǎn)換的數(shù)字數(shù)據(jù)，其對應(yīng)關(guān)系在上一章表 36 中已有所介紹。進入新的界面后，選擇要壓縮的語音文件，點擊 “ 下一步 ” 。本設(shè)計中 “ 出氣寶寶 ”“ 哭聲 ” 的播放采用自動方式。 SACM_A2021_ServiceLoop(void)，用于從資源中獲取 SACM_A2021 語音 31 資料，并將其填入譯碼隊列中。但對于初學者來說，其中加入的 PROBE 的成本相對較高。而 I/O接口、 A/D 轉(zhuǎn)換與音頻也是本次設(shè)計的關(guān)鍵部分。 傳感器控制單元 設(shè)計 本小節(jié)介紹加速度傳感器的硬件部分。 P_DAC2(讀 )：從 DAR2 內(nèi)讀出 10 位數(shù)據(jù)。當 RDY 變?yōu)?1時，表示 ADC 完成工作，如果 Ctrl 單元的第 14位 FailB 的值為 1，表示轉(zhuǎn)換成功，可以從 P_ADC_LINEIN_Data 得到轉(zhuǎn)換結(jié)果。 VEXTREF＝ 0 時，最大電壓可達 AVDD，即來自 Line_In 通道的模擬信號電壓范圍從 0V 到 AVdd。 P_ADC(讀 /寫 )(7014H)。最大輸出電流可為 2mA 或是默認的值 3mA。工作時，如果 MIC_In通道和 Line_In 通道都處于直接工作模式，程序會檢查 P_ADC_Ctrl 的第 15位。其余 7個通道(Line_In)和 IOA[0～ 6]引腳共享，可以將輸入的模擬信號 (如電壓信號 )轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。 A 端口的方向向量單元，用于用來設(shè)置 A口是輸入還是輸出，該方向控制向量寄存器可以寫入或從該寄存器內(nèi)讀出方向控制向量。 P_IOA_Data(讀 /寫 )(7000H)。 輸入 /輸出控制單元設(shè)計 輸入 /輸出接口 (也可簡稱為 I/O 端口 )是單片機與外設(shè)交換信息的通道。 表 22 加速度選擇引腳說明 S1 S2 加速度選擇范圍 靈敏度 0 0 800 mV/g 0 1 2g 600 mV/g 1 0 4g 300 mV/g 1 1 6g 200 mV/g 系統(tǒng)電路的連接 圖 24 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 選擇好了設(shè)計中所用原器件，了解了其大致性能，下面我們將討論整個系統(tǒng)外部電路的連接。復(fù)位是對 61板內(nèi)部的硬件初始化， 61 板本身具有上電復(fù)位功能，即通電就自動復(fù)位，另外，還具有外部復(fù)位電路，即在引腳 6上外加一個低電平就可令其復(fù)位。 圖 22 SPCE061A 的接口 音頻輸入 /輸出接口。 MMA7260QT 三軸小量程加速傳感器是檢測物件運動和方向的傳感器，它根據(jù)物件運動和方向改變輸出信號的電壓