【文章內(nèi)容簡介】 高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)；E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。液晶顯示模塊連接電路如圖217所示， LCD1602液晶顯示器實物如圖218。圖217 液晶顯示模塊電路圖a) LCD1602正面實物圖b) LCD1602反面實物圖圖218 LCD1602液晶顯示器實物圖2． LCD1602的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和顯示原理LCD1602 內(nèi)部結(jié)構(gòu)由DDRAM、CGROM、IR、DR、BF、AC 等大規(guī)模集成電路組成，其各部分的功能如下：(1) DDRAM 為數(shù)據(jù)顯示用的RAM，用以存放要顯示的數(shù)據(jù)；(2)CGRAM 為字符產(chǎn)生RAM，可供使用者存儲特殊造型的造型碼；(3) IR 為指令寄存器，負(fù)責(zé)存儲MCU 要寫給LCD 的指令碼；(4) DR 為數(shù)據(jù)寄存器，它們負(fù)責(zé)存儲單片機要寫到CGRAM 或DDRAM 的數(shù)據(jù)；(5) BF 為忙碌信號，當(dāng)BF 為l 時，不接收單片機送來的數(shù)據(jù)或指令；當(dāng)BF 為0 時，接收外部數(shù)據(jù)或指令。所以在寫數(shù)據(jù)或指令到LCD 之前，必須查看BF 是否為0；(6) AC 為地址計數(shù)器，負(fù)責(zé)計數(shù)寫入/讀出CGRAM 或DDRAM 的數(shù)據(jù)地址。 LCD1602的顯示原理，LCD1602通過指令寄存器IR接收來自MCU的指令，設(shè)置其工作模式和數(shù)據(jù)地址，通過數(shù)據(jù)寄存器DR接收來自MCU的ASCII碼，并將其寫入相應(yīng)地址的DDRAM，顯示器便會在屏幕的相應(yīng)位置顯示該ASCII碼所對應(yīng)的字符。1602 的內(nèi)部顯示地址如圖219所示，假如需要在第一行第五列寫入字符，并不是直接寫入05H就可以將光標(biāo)定位在第一行第五個字符的位置，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平，所以實際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是：00000101B(05H)+10000000B(80H)＝10000101B(85H)。圖219 LCD1602的內(nèi)部顯示地址 報警模塊報警模塊主要負(fù)責(zé)在噪聲值超過預(yù)定值時發(fā)出報警，主要由蜂鳴器組成，硬件電路如圖220所示。圖220 報警模塊 復(fù)位模塊復(fù)位電路，就是利用它把電路恢復(fù)到起始狀態(tài)，就像計算器的清零按鈕的作用一樣，為確保系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的，單片機通過RESET接口對復(fù)位模塊進(jìn)行控制，硬件電路如圖221所示。圖221 復(fù)位模塊 電源供電模塊電源供電模塊通過USB電源線與電源適配器連接，輸出+5V的直流電壓，驅(qū)動系統(tǒng)正常運行，硬件電路如圖222所示。圖222 電源供電模塊 本章小節(jié)本章主要從硬件電路設(shè)計的角度對系統(tǒng)的設(shè)計方案進(jìn)行了論述，首先簡要闡述系統(tǒng)電路的整體設(shè)計方案，然后詳細(xì)介紹數(shù)據(jù)采集模塊，控制模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊，液晶顯示模塊，報警模塊，單片機復(fù)位模塊與電源供電模塊7個模塊詳細(xì)，闡述各模塊對整個系統(tǒng)的作用。在數(shù)據(jù)采集模塊中，詳細(xì)介紹了該模塊主要器件駐極體話筒和LM386音頻放大電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理等；在控制模塊中，詳細(xì)介紹了STC12C5A60S2單片機的控制作用及其內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理；在數(shù)據(jù)傳輸模塊中，詳細(xì)介紹了該模塊主要器件nRF24L01無線通信芯片的工作原理；在顯示模塊，詳細(xì)介紹了本系統(tǒng)顯示器件LCD1602的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和顯示原理；然后簡要介紹了一下報警模塊、單片機復(fù)位模塊與電源供電模塊。19 第3章 家庭噪聲檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計 第3章 家庭噪聲檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)軟件程序在編寫時，采用先分模塊編寫，再整合為一個整體的方法，本章將詳細(xì)闡述本系統(tǒng)軟件設(shè)計方案。 系統(tǒng)軟件組成整個軟件系統(tǒng)分為發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)兩部分，下面將分別對這兩個子系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)和編寫思路進(jìn)行闡述。 發(fā)送端程序1． 發(fā)送端程序結(jié)構(gòu)發(fā)送端子系統(tǒng)的主要任務(wù)包括測量環(huán)境中噪聲強度，顯示噪聲強度值，通過無線方式發(fā)送噪聲強度數(shù)據(jù)，所以本系統(tǒng)軟件分別分3個程序源文件編寫程序，實現(xiàn)對應(yīng)的3個任務(wù)，用一個主函數(shù)程序源文件協(xié)調(diào)各模塊程序，發(fā)送端程序結(jié)構(gòu)如圖31所示。圖31 發(fā)送端程序結(jié)構(gòu)圖，其中主要包括AD轉(zhuǎn)換初始化函數(shù)以及AD轉(zhuǎn)換函數(shù)；，其中主要包括LCD1602的初始化函數(shù)和顯示噪聲值函數(shù)；，其中主要包括SPI讀寫函數(shù)，設(shè)置發(fā)送模式函數(shù)以及發(fā)送函數(shù)。，通過協(xié)調(diào)其他程序源文件中的子函數(shù)以控制發(fā)送端子系統(tǒng)正常工作。2． 發(fā)送端主函數(shù)程序設(shè)計發(fā)送端子系統(tǒng)的主函數(shù)流程圖如圖32所示，其主要任務(wù)是初始化LCD1602液晶顯示器和NRF24L01無線通信芯片，配置并啟動AD轉(zhuǎn)換，顯示噪聲值，發(fā)送噪聲值數(shù)據(jù)。否是1602初始化NRF24L01初始化A/D轉(zhuǎn)換初始化啟動AD轉(zhuǎn)換，讀取結(jié)果獲取噪聲值的每一位顯示噪聲值發(fā)送噪聲值數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是否發(fā)送成功繼續(xù)發(fā)送圖32 發(fā)送端主函數(shù)流程圖Lcd_Int()函數(shù)為LCD1602液晶顯示器的初始化函數(shù)，其通過調(diào)用寫指令函數(shù)Lcd_WriteCom()設(shè)置液晶顯示器的工作模式為：162顯示，57點陣，8位數(shù)據(jù)接口；無光標(biāo)閃爍，光標(biāo)右移，字符不移。Read_init(7)函數(shù)為AD轉(zhuǎn)換初始化函數(shù)，主要負(fù)責(zé)配置與AD轉(zhuǎn)換相關(guān)的特殊功能寄存器ADC_CONTR的值，設(shè)置AD轉(zhuǎn)換的模式為采用通道7為模擬輸入口，確定轉(zhuǎn)換速度為1 4 0個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次，啟動AD轉(zhuǎn)換電源；nRF4L01_Init()函數(shù)為nRF24L01通信芯片初始化函數(shù)，使之工作在掉電模式；單片機執(zhí)行display()函數(shù)，將在液晶屏幕的第一行上顯示“NOISE”字樣，然后系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)采集并發(fā)送數(shù)據(jù)階段。首先，系統(tǒng)調(diào)用ADC_Read()函數(shù)，將輸入的模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并將結(jié)果作為返回值賦值給變量noise。通過zhuanhua()函數(shù)，可以得到其入口參數(shù)noise值的每一位值，并將結(jié)果存入發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器TX_Buffer中，然后分別調(diào)用displaynoise()函數(shù)和fasong()函數(shù)將噪聲值每一位顯示在液晶顯示屏上并發(fā)送出去。displaynoise()函數(shù)將噪聲值的每一位轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的字符，依次顯示在液晶屏的第二行指定位置。fasong()函數(shù)通過調(diào)用nRF24L01_Set_TX_Mode(amp。TX_Buffer[i])函數(shù)設(shè)置發(fā)送模式并將TX_Buffer中的噪聲值數(shù)據(jù)發(fā)送出去，并調(diào)用Check_Ack()函數(shù)檢測數(shù)據(jù)是否成功發(fā)送出去，如果成功LED燈閃爍。所有數(shù)據(jù)都發(fā)送出去之后，系統(tǒng)重新讀取AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，重復(fù)上述操作。 接收端程序1． 接收端程序結(jié)構(gòu)通過對接收端端硬件電路的分析可知，接收端子系統(tǒng)的主要任務(wù)包括接收來自發(fā)送端的噪聲值數(shù)據(jù)，顯示噪聲強度，超過預(yù)定值報警，所以本系統(tǒng)軟件分別分3個程序源文件編寫程序，實現(xiàn)對應(yīng)的3個任務(wù)，用一個主函數(shù)程序源文件協(xié)協(xié)調(diào)各模塊的程序，其程序結(jié)構(gòu)如圖33所示。圖33 發(fā)送端程序結(jié)構(gòu)圖，其中主要包括LCD1602的初始化函數(shù)和顯示噪聲值函數(shù)；，其中主要包括SPI讀寫函數(shù)，設(shè)置接收模式函數(shù)以及讀取接受結(jié)果函數(shù)。，主要包括蜂鳴器發(fā)聲函數(shù)，即報警函數(shù)。，通過協(xié)調(diào)其他程序源文件中的子函數(shù)使接收端子系統(tǒng)正常工作。2． 接收端主函數(shù)程序設(shè)計是是1602初始化NRF24L01初始化配置接收模式啟動接收是否收到數(shù)據(jù)點亮LED，讀取噪聲值顯示噪聲值否是否超過預(yù)定值啟動報警否圖34 接收端主函數(shù)流程圖接收端子系統(tǒng)主函數(shù)流程圖如圖34所示，完成初始化LCD1602液晶顯示器和NRF24L01無線通信芯片，設(shè)置接收模式并讀取接收數(shù)據(jù)，顯示噪聲值，超過預(yù)定值報警的功能。Lcd_Int()函數(shù)和nRF4L01_Init()函數(shù)的作用與發(fā)送端相同，此不再綴述。單片機執(zhí)行Ready_display()函數(shù)，將在液晶屏幕的第一行上顯示“NOISE”字樣，然后系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)采集并發(fā)送接收階段。nRF24L01_Set_RX_Mode()函數(shù)負(fù)責(zé)配置接收模式，設(shè)定其發(fā)送與接收功率，發(fā)送與接收地址等。nRF24L01_RX_Mode()函數(shù)通過標(biāo)志位RX_DR檢測是否接收完成，如果完成將接收數(shù)據(jù)存入接收數(shù)據(jù)寄存器RX_Buffer中，并返回“1”，否則，返回“0”，系統(tǒng)通過判定該函數(shù)返回值，做出相應(yīng)的反應(yīng)。 本章小結(jié)本章分為發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)兩部分對系統(tǒng)的程序進(jìn)行詳細(xì)介紹，針對發(fā)送端子系統(tǒng)，詳細(xì)論述其程序結(jié)構(gòu)，主函數(shù)的內(nèi)容及程序流程圖，簡要介紹發(fā)送端子系統(tǒng)主函數(shù)是如何通過調(diào)用各子函數(shù)實現(xiàn)采集和發(fā)送噪聲值數(shù)據(jù)的任務(wù)。針對接收端子系統(tǒng)，詳細(xì)論述其程序結(jié)構(gòu)，主函數(shù)的內(nèi)容及程序流程圖，簡要介紹接收端子系統(tǒng)主函數(shù)通過調(diào)用各子函數(shù)實現(xiàn)其接收和處理噪聲值數(shù)據(jù)的具體步驟。5 第4章 系統(tǒng)調(diào)試與分析 第4章 系統(tǒng)調(diào)試與分析對系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試是系統(tǒng)設(shè)計的最后步驟，也是系統(tǒng)設(shè)計中最為重要的環(huán)節(jié)。任何系統(tǒng)在焊接完成之后都要進(jìn)行檢測和調(diào)試， 以確保系統(tǒng)硬件連接無漏洞，各元器件無故障，才能進(jìn)行軟件下載和調(diào)試。本章詳細(xì)介紹硬件系統(tǒng)調(diào)試的方法，硬件系統(tǒng)出現(xiàn)的問題及解決方案，軟件調(diào)試的方法。 硬件系統(tǒng)調(diào)試 硬件系統(tǒng)調(diào)試過程硬件是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的平臺，系統(tǒng)能否正常工作直接影響到軟件的編寫和調(diào)試能否順利進(jìn)行。其調(diào)試過程如下：首先，運用直觀法檢查電路焊接是否正確，有無虛焊和錯焊的情況，觀察元器件的極性和芯片的引腳是否正確，尤其錯接會損壞器件，例如，帶極性的電容，NRF24L01無線傳輸模塊等；然后測試系統(tǒng)電源是否為+5V直流電，確保電源正常之后便可以插上芯片，接上電源，觀察電源指示燈是否正常，各元器件是否上電，顯示器是否點亮，噪聲傳感器模塊電源指示燈是否正常，無反常現(xiàn)象便可以下載運行程序；若程序運行結(jié)果與預(yù)想不符，在確保軟件無誤的情況下，全面考慮產(chǎn)生該問題的原因，分模塊檢測，逐個排除。另外，正確使用萬用表、示波器、信號發(fā)生器等工具，可以提高工作效率。 硬件系統(tǒng)問題及解決雖然在硬件的連接和焊接過程中已經(jīng)格外注意元器件的極性問題和焊接點是否接通的問題，但是在硬件系統(tǒng)焊接完成之后依然存在問題。為了保證系統(tǒng)在接通電源后，電源指示燈亮起，硬件正常工作，需要在系統(tǒng)焊接完成，認(rèn)真檢查各元器件的極性問題。若給系統(tǒng)上電后發(fā)現(xiàn)電源指示燈沒有點亮，可使用萬用表測量C1兩端電壓值在5V左右，而VCC端電壓值很小，幾乎沒有，斷定系統(tǒng)中的VCC和GND短接。貼片電容C15~C19兩端VCC和GND容易短接，重新焊接之后，系統(tǒng)電源指示燈點亮。通過杜邦線將噪聲傳感器模塊與單片機系統(tǒng)相連時，不慎將VCC與GND反接，接通電源后，導(dǎo)致噪聲傳感器模塊中鉭電容C7被燒毀，采集模塊電源穩(wěn)定性變差，但是不影響系統(tǒng)正常工作。為了可以成功下載程序目標(biāo)文件，通過USB串行接口將單片機系統(tǒng)與計算機相連。若在程序下載時，一直顯示不能連接，應(yīng)認(rèn)真檢查串行接口電路，發(fā)現(xiàn)有虛焊的點，重新焊接之后，正常下載程序。 軟件系統(tǒng)調(diào)試本次畢業(yè)設(shè)計采用Keil C 軟件，用C語言編寫程序。通過STC_ISP軟件將Keil C軟件生成的hex文件下載到STC12C5A60S2單片機。本系統(tǒng)軟件程序在編寫時，采用先分模塊編寫，再整合為一個整體的方法，所以，在調(diào)試過程中也是分模塊調(diào)試，再整體調(diào)試。首先，編寫調(diào)試報警模塊程序，起初設(shè)定程序只能驅(qū)動蜂鳴器響一聲，系統(tǒng)無法起到報警作用，而后在程序中加一個4次循環(huán)的循環(huán)語句解決了這個問題，使其能夠在啟動報警器后連續(xù)響四聲。編寫調(diào)試顯示模塊程序過程中，顯示器起初會出現(xiàn)部分顯示和顯示位置混亂的情況，在LCD1602寫數(shù)據(jù)函數(shù)之后加延遲函數(shù)以給硬件一點反應(yīng)時間，這個問題得到了解決。然后，編寫AD轉(zhuǎn)換相關(guān)程序，由于直接將AD轉(zhuǎn)換結(jié)果傳送給顯示器，導(dǎo)致出現(xiàn)亂碼。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到每一位的值分別傳送給相應(yīng)地址的數(shù)據(jù)寄存器，準(zhǔn)確顯示出噪聲值的大小，但顯示屏上的噪聲值變化速度很快而無法看清楚，于是在每次顯示數(shù)據(jù)之后加較長一段時間的延遲，使用戶能夠讀取噪聲值。最后，編寫無線傳輸模塊程序，開始時由于收發(fā)地址不一致導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能成功傳輸，修改之后數(shù)據(jù)傳輸正確。完成分模塊程序的編寫和調(diào)試之后，定義噪聲值變量noise將各模塊整合在一起，AD轉(zhuǎn)換函數(shù)將結(jié)果賦值給noise，數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)將其各位分別發(fā)送出去，接收函數(shù)將接收到的數(shù)據(jù)處理后通過賦值給noise，判斷其大小以決定是否啟動報警器。 測試結(jié)果分析本次畢業(yè)設(shè)計采用駐極體電容式話筒，隨著噪聲強度的改變輸出相應(yīng)的電壓信號，成功采集到噪聲強度數(shù)據(jù)。單片機內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換器每140個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次，速度很快，能夠滿足檢測的實時性要求。發(fā)送端NRF24L01無線通信模塊成功將噪聲值數(shù)據(jù)發(fā)送出去，接收端NRF24L01無線通信模塊接收準(zhǔn)確，且有效通信距離在50米以上。顯示器穩(wěn)定顯示字符“NOISE”和噪聲值。如果被測量的噪聲的音量變大時，液晶顯示器的顯示值會變大，反之則變小，所以本系統(tǒng)能夠?qū)彝キh(huán)境中噪聲強度進(jìn)行測量，并通過無線的方式傳輸噪聲值數(shù)據(jù)，符合設(shè)計要求，具有一定的實際意義，整個系統(tǒng)的工作效果圖如圖41所示。 a) 發(fā)送端 b) 接收端圖41 系統(tǒng)工作效果圖 本章小結(jié)本章首先詳細(xì)介紹硬件系統(tǒng)調(diào)試方法，硬件系統(tǒng)出現(xiàn)的問題及其解決方案，然后闡述軟件調(diào)試的方法、問題及解決方案，最后，附加系統(tǒng)工作效果圖，對系統(tǒng)的性能進(jìn)行總結(jié)。3結(jié) 論本次畢業(yè)設(shè)計的作品為基于STC12C5A60S2單片機的家庭環(huán)境噪聲檢測系統(tǒng)，能夠?qū)彝ピ肼晱姸冗M(jìn)行檢測，并通過無線的方式完成數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)噪聲強度超過預(yù)定值時會自動報警。既能夠作為單獨的系統(tǒng)完成對家庭環(huán)境中噪聲強度的自動化測量，也能夠作為智能家居的一個子系統(tǒng)為家庭環(huán)境舒適度評價提供環(huán)境噪聲強度數(shù)據(jù)。這個開發(fā)過程主