【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 設(shè)計(jì)和 C 語(yǔ)言編程能力；學(xué)習(xí) ISD1760 語(yǔ)音模塊電路，掌握語(yǔ)音播報(bào)功能的設(shè)計(jì)方案；學(xué)習(xí)紅外對(duì)管傳感器和振動(dòng)傳感器的工作原理。其次，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，制定電路整體方案和設(shè)計(jì)硬件電路原理圖。其中硬件電路設(shè)計(jì)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、ISD1760 語(yǔ)音模塊、紅外對(duì)管傳感器電路和振動(dòng)傳感器電路設(shè)計(jì)。接著，根據(jù)設(shè)計(jì)的原理圖，進(jìn)行電路的手工焊接和調(diào)試，編寫軟件代碼，軟件設(shè)計(jì)基于 Keil 軟件平臺(tái)，采用 C 語(yǔ)言編程。最后，通過軟硬件聯(lián)合調(diào)試，修改完善代碼，驗(yàn)證設(shè)計(jì)功能。整個(gè)論文設(shè)計(jì)過程包括方案論證、查找文獻(xiàn)、電路焊接和軟件調(diào)試等設(shè)計(jì)過程，要求實(shí)現(xiàn)設(shè)定的任務(wù)要求，硬件實(shí)物測(cè)試需驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的投籃玩具工作穩(wěn)定性和進(jìn)球計(jì)分、語(yǔ)音報(bào)分、分?jǐn)?shù)顯示和清零等功能性。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22 硬件電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方案分析從設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)分析，本設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的 51 單片機(jī)平臺(tái)，利用其豐富的 I/O 資源和定時(shí)器功能，可以方便實(shí)現(xiàn)與語(yǔ)音模塊和傳感器模塊之間的對(duì)接。從設(shè)計(jì)的功能實(shí)現(xiàn)分析，由于需要通過判斷是否進(jìn)球和得分的方式以判定所得分?jǐn)?shù)，因此設(shè)計(jì)了以紅外對(duì)管傳感器和振動(dòng)傳感器組成的傳感器電路，通過對(duì)兩個(gè)信號(hào)的捕捉，來判斷是否投中籃，并感知其得分方式為砸板得分還是空心得分，圖 21 為進(jìn)球判斷原理示意圖。當(dāng)球進(jìn)入籃筐時(shí)，位于籃筐水平方向紅外對(duì)管傳感器檢測(cè)到障礙（籃球） ，便輸出低電平信號(hào)給單片機(jī)以判斷進(jìn)球得分，否則不得分。振動(dòng)傳感器與籃板直接接觸，以感應(yīng)投籃時(shí)是否砸到籃板（振動(dòng)感應(yīng)） ，并輸出信號(hào)給單片機(jī)。由于需具備語(yǔ)音播報(bào)功能，采用了 ISD1760 語(yǔ)音模塊，它可與單片機(jī)直接通信，并可錄制多段語(yǔ)音，并通過地址進(jìn)行選擇播放。圖 21 進(jìn)球判斷原理示意圖 電路設(shè)計(jì)與調(diào)試 電路整體設(shè)計(jì) 根據(jù)實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)平臺(tái)和實(shí)現(xiàn)功能的要求，完成了投籃玩具電路的整體設(shè)計(jì)如圖 22 所示。整體電路由單片機(jī)及其外圍電路、ISD1760 語(yǔ)音模塊、四位數(shù)碼管電路、鍵盤輸入電路和傳感器模塊等部分電路組成。圖 22 投籃玩具電路的整體設(shè)計(jì)圖 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)51 單片機(jī)電路是整個(gè)電路的核心部分。本設(shè)計(jì)中選用宏晶科技(STC)公司的紅外對(duì)管傳感器振動(dòng)傳感器接單片機(jī) IO 口紅外對(duì)管傳感器振動(dòng)傳感器51 單片機(jī)STC89C516RD+ISD1760語(yǔ)音模塊四位數(shù)碼管清零按鍵I/OI/OSPII/O中斷本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3STC89C516RD+型號(hào)的 8051 單片機(jī)，具有低成本，低功耗特點(diǎn)，內(nèi)部具有 63KB 的 flash程序存儲(chǔ)空間，1280B 的 RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。本設(shè)計(jì)選用的封裝為 DIP40，單片機(jī)外部接 晶振。圖 23 為單片機(jī)及外圍電路原理圖。單片機(jī)分配給外部電路的管腳情況如表 21 所示。 +圖 23 單片機(jī)及外圍電路原理圖表 21 單片機(jī)管腳分配表名稱 分配管腳 備注ISD_MISO ISD_MOSI ISD_SCLK ISD_SS 單片機(jī)與 ISD1760 的 SPI接口按鍵輸入 外部清零鍵計(jì)數(shù)器 0 輸入 接紅外對(duì)管傳感器IO 輸入 接振動(dòng)傳感器四位數(shù)碼管位選 ～四位數(shù)碼管段碼 ～四位數(shù)碼管與單片機(jī)接口復(fù)位輸入 RST 外部復(fù)位 語(yǔ)音模塊電路設(shè)計(jì)語(yǔ)音模塊電路采用 ISD1700 芯片，它是華邦 ISD 公司 2022 年新推出的單片優(yōu)質(zhì)語(yǔ)音錄放電路，該語(yǔ)音芯片提供多項(xiàng)新功能，包括內(nèi)置專利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示（vAlert ） ，雙運(yùn)作模式（獨(dú)立amp。 嵌入式） ，以及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部包含有自動(dòng)增益控制、麥克風(fēng)前置擴(kuò)大器、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)線路、振蕩器與內(nèi)存等的全方位整合系統(tǒng)功能。圖 24 為 ISD1700 系列芯片管腳圖，它與單片機(jī)直接通過 SPI 總線連接。ISD1700系列特點(diǎn)： ●可錄、放音十萬(wàn)次，存儲(chǔ)內(nèi)容可以斷電保留一百年 ●按鍵模式和 MCU 串行控制模式(SPI 協(xié)議) ●MIC 和 ANAin 兩種錄音模式 ●PWM 和 AUD/AUX 三種放音輸出方式 ●可處理多達(dá) 255 段以上信息 ●有豐富多樣的工作狀態(tài)提示本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4 ●多種采樣頻率對(duì)應(yīng)多種錄放時(shí)間 ●音質(zhì)好，電壓范圍寬，應(yīng)用靈活電特性： ●工作電壓：～, 最高不能超過 6V ●靜態(tài)電流： ～1 μA ●工作電流：20mA圖 24 ISD1700 系列芯片管腳圖本設(shè)計(jì)中選用 ISD1760 芯片，8 kHz 采樣率下可錄音時(shí)長(zhǎng)為 60 秒。圖 25 為 ISD1760模塊的電路原理圖。錄音可通過麥克風(fēng)輸入也可以通過 Analn 音頻接口輸入，為了獲得良好的聲音效果，語(yǔ)音經(jīng)過 AUX 口經(jīng)放大后輸出給喇叭，選用喇叭為 8 歐姆 ，同時(shí)支持 SPI 操作和獨(dú)立按鍵控制操作。電路焊接了 RDY、FWD（快進(jìn)） 、ERASE（擦寫） 、REC（錄音、 PLAY（播放） 、FT（直通）和 VOL（音量）等獨(dú)立操作按鍵，這些按鍵使得錄放功能變得簡(jiǎn)單。單片機(jī)通過四線（MISO、MOSI 、SCLK、SS）SPI 協(xié)議對(duì) ISD1760 進(jìn)行串行通信。ISD1760 作為從機(jī)，單片機(jī)通過發(fā)送不同的命令來控制播放不同的語(yǔ)音段。 VCDLE2RST3MIO5K67sanl9ic+0pPU/圖 25 ISD1760 模塊電路原理圖 傳感器電路設(shè)計(jì)傳感器電路包括紅外對(duì)管傳感器和振動(dòng)傳感器電路。紅外對(duì)管傳感器部分：該傳感器電路對(duì)環(huán)境光線適應(yīng)能力強(qiáng)，其具有一對(duì)紅外線發(fā)射與接收管，發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線，當(dāng)檢測(cè)方向遇到障礙物（反射面）時(shí)，紅外本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5線反射回來被接收管接收，經(jīng)過 LM393 比較器電路處理之后，指示燈會(huì)亮起，同時(shí)信號(hào)輸出接口輸出數(shù)字信號(hào)（一個(gè)低電平信號(hào)） ，可通過電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測(cè)距離，有效距離范圍 2～30cm，工作電壓為 。該傳感器的探測(cè)距離可以通過電位器調(diào)節(jié)、具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、避障小車、流水線計(jì)數(shù)及黑白線循跡等眾多場(chǎng)合。振動(dòng)傳感器電路：該電路由 SW420 常閉型震動(dòng)傳感器和寬電壓 LM393 比較器組成，可用于各種震動(dòng)觸發(fā)作用，報(bào)盜報(bào)警，智能小車，地震報(bào)警，摩托車報(bào)警等。當(dāng)傳感器不震動(dòng)時(shí)，震動(dòng)開關(guān)呈閉合導(dǎo)通狀態(tài)，輸出端輸出低電平，指示燈亮；當(dāng)傳感器震動(dòng)時(shí)，震動(dòng)開關(guān)瞬間斷開，輸出端輸出高電平，指示燈不亮；輸出端可以與單片機(jī)直接相連，通過單片機(jī)來檢測(cè)高低電平，由此來檢測(cè)環(huán)境是否有震動(dòng)。圖 26 為傳感器電路原理圖。圖 26 傳感器電路原理圖（上為紅外對(duì)管傳感器、下為振動(dòng)傳感器）在實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)，SW420 常閉型震動(dòng)傳感器穩(wěn)定性差，為了提高振動(dòng)感應(yīng)效果。采用蜂鳴片及觸點(diǎn)彈簧組成的振動(dòng)傳感器（如圖 27 所示） ，它具有高靈敏、快速、高性能等特點(diǎn)，廣泛用于汽車防盜及其它安防產(chǎn)品上。