【正文】 5 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 )。 P_ADC_Ctrl(讀 /寫 )(7015H)。 表 24 P_ADC 單元 b15 b6 b5 – b0 DAR0(讀 /寫 ) P_ADC(讀 )：讀本單元實際為 A/D 轉(zhuǎn)換輸出的 10 位數(shù)。 P_ADC 單元 (如表 32所示 )儲存 MIC 輸入的 A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。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]。外部信號是由 LIN_IN[1～ 7]即IOA[0～ 6]或通道 MIC_IN 輸入。 而從該單元讀取數(shù)據(jù)后，又會使 RDY 自動清為 0 來重新開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 當(dāng) 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換完成時， RDY 會被設(shè) 1。接著，逐次逼近式控制又將下一位試設(shè)為1，其余低位依舊設(shè)為 0，即 1100000000B， VDAC0 與 Vin 進(jìn)行比較的結(jié)果若VinVDAC0，則仍保持原先設(shè)置位的值，否則該位便清為 0。這時 DAC0 輸出電壓 VDAC0 為 1/2 最大值，用來與輸入電壓 Vin 進(jìn)行比較。此時，DAC0 的輸出電壓與外部輸入電壓進(jìn)行比較，以盡快找出外部電壓的數(shù)字值。 DAC_OUT的設(shè)置可改變 DAC 輸出的功率。 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。所以，不使用 VMIC時，用戶須把 P_ADC_Ctrl 單元的第 1 位 MIC_ENB 設(shè)為 1，以關(guān)閉 VMIC。 VMIC 用于向外部的 MIC 提供電源， VMIC=AVDD。 18 進(jìn)入睡眠狀 態(tài)后， ADC 被關(guān)閉 (包括 AGC 和 VMIC)。當(dāng) 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。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。用戶就可以從 P_ADC_MUX_Ctrl的 FailB位得知， Line_In ADC 是否被 MIC_In ADC 打斷。只有當(dāng)目前的 AD 轉(zhuǎn)換完成后，才能切換通道。通道包括 MIC_In 和 Line_In 兩種。當(dāng) ADE=1 時，應(yīng)對 P_ADC_Ctrl和 P_ADC_MUX_Ctrl 的其它控制位進(jìn)行合理的設(shè)置。向 P_ADC_Ctrl(寫 )(7015H)單元第 0 位 (ADE)寫入 1，可以啟用 ADC。如果用戶指定的參考電壓源的值不超過 AVdd，它還可以被當(dāng)作 ADC 的最高參考電壓。如果起作用，用戶可向 VEXTREF引腳輸入 2V電 壓。第 7 位 VEXTREF 決定了 ADC 的參考電壓為 AVdd 或是外部參考電壓。由于 Line_In 通道和 IOA[0～ 6]共享引腳，建議用戶選 17 擇其它的 IO引腳 (非 IOA[0～ 6])，以避免由于無效的 IO信號造成電壓不穩(wěn)(超過 VDDIO+ 或低于 )而降低 ADC 的性能。 SPCE061A 的 A/D 轉(zhuǎn)換范圍是整個輸入范圍。 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 設(shè)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(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。傳入的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換，因此輸入引腳的功能 應(yīng)該定為 “ 不帶喚醒功能的懸浮式輸入 ” 。 _Data 位在端口位的輸出狀態(tài)下被寫入的是輸出數(shù)據(jù)，不過，數(shù)據(jù)是經(jīng)過反相器輸出還是經(jīng)過同相寄存器輸出要由 _Attrib 位來決定。在端口位的輸出狀態(tài)下則決定其輸出是反相的還是同相的； 0 為反相輸出， 1則為同相輸出。 由表 31 可以得出以下一些結(jié)論： _Dir 位決定了端口位的輸入 /輸出方向：即 0為輸入， 1 為輸出。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 端口的屬性向量單元，用于 A端口屬性向量的設(shè)置。 Dir 位決定了端口位的輸入 /輸出方向：即 0為輸入， 1 為輸出。 P_IOA_Dir(讀 /寫 )(7002H)。此時從 P_IOA_Data 讀回為 0，但 P_IOA_Buffer 則為 1。若 P_IOA_Data 的 IOA[0]為 1。但對輸入而言，P_IOA_Data讀的是 IO的值， P_IOA_Buffer讀的是 buffer內(nèi)的值。當(dāng) A口處于輸出狀態(tài)時，寫入輸出數(shù)據(jù)到 A端口的數(shù)據(jù)寄存 器。 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)。當(dāng) A口處于輸出狀態(tài)時，寫入輸出數(shù)據(jù)到 A 端口的數(shù)據(jù)寄存器。 A端口的數(shù)據(jù)單元，用于向 A口寫入或從A 端口讀出數(shù)據(jù)。下面就各個控制單元的功能實現(xiàn)作簡要說明。 A 口和 B 口的 Data、Attribution 和 Direction 的設(shè)定值均在不同的寄存器里，用戶在進(jìn)行 I/O端口設(shè)置時要特別注意這一點。 與其它的單片機(jī)相比， SPCE061A 除了每個 I/O 口可以單獨定義其狀態(tài)外，每個對應(yīng)狀態(tài)下的 I/O 端口性質(zhì)電路都是內(nèi)置的，在實際的電路中不需要再外接。 SPCE061A 提供了位控制結(jié)構(gòu)的 I/O 端口，每個獨立的位用于數(shù)據(jù)輸入還是輸出，可通過以下 3 種控制向量來作設(shè)定：數(shù)據(jù)向量 Data、屬性向量Attribution、方向控制向量 Direction。其中， A 口的 IOA0～ IOA7 14 作為輸入端口時，具有喚醒功能，即當(dāng)輸入電平發(fā)生變化時，會觸發(fā) CPU中斷。 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。輸出端口負(fù)責(zé)向外界傳送由內(nèi)部電路產(chǎn)生的處理結(jié)果、顯示信息、控制命令、驅(qū)動信號等。輸入端口負(fù)責(zé)從外界接收檢測信號、鍵盤信號等各種開關(guān)量信號。以下將對本次設(shè)計中應(yīng)用到的輸入 /輸出接口、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 ADC、凌陽音頻等部分做重點的知識介紹與設(shè)計說明。 13 單片機(jī)控制單元的硬件設(shè)計 SPCE061A 單片機(jī)是本次設(shè)計的核心部件。由于加速度 圖 25 系統(tǒng)外部電路連接原理圖 傳感器模塊的電壓輸出滿足 61 板的輸入要求，這里不需要功率放大器。其他的引腳，如加速度選擇、睡眠模式等可作為本系統(tǒng)的優(yōu)化方向進(jìn)行考慮，我們在現(xiàn)階段的電路圖連接與分析中不做顯示。 61 板的輸入輸出接口部分，是 61 板與外部電 路進(jìn)行信息交換的出入通道，我們應(yīng)把插線的一段連接在輸入輸出口上。 Z OUTVDDY OUTX OUTVS S外擴(kuò)存儲器模塊哭聲加速度傳感器模塊SP CE 061 A單片機(jī) 12 硬 件設(shè)計時，首先應(yīng)對單片機(jī)進(jìn)行自檢測試。加速度傳感器模塊三路數(shù)據(jù)傳入61 板，控制揚聲器發(fā)聲。整個系統(tǒng)基本上主要由傳感器模塊、 61 板兩部分組成。對于那些只需要 靈敏度的應(yīng)用來說，S1 和 S2 兩個引腳可以被空置，因為裝置內(nèi)部有一個下拉電路使其保持在 的靈敏度 (800mV/g)。加速度選擇特性對于這些產(chǎn)品是相當(dāng)理想的。 (如表 22所示 )。 MMA7260QT 三軸加速度傳感器可以在四種不同靈敏度之間進(jìn)行選擇。 圖 23 MMA7260QT 傳感器的接線端 可見，傳感器模塊引腳豐富。用單片機(jī)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。各軸的信號在不運動或不被重力作用的狀態(tài)下 (0g),其輸出為 。如圖 22中的 RESET 按鍵。 外部復(fù)位。 供電時用戶可以提供直流 電壓為實驗板進(jìn)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。 5V 供電時，用戶可以用 3 節(jié)電池來供電， 5V 直流電壓直接通過 SPY0029穩(wěn)壓到 ，為整 個 61板提供了 5V和 兩種電平的電壓。對應(yīng)的引腳中 1 36和 7 必須為 ，對于 I/O 端口的電壓 5 5 75 可以為 也可以是 5V，這兩種電平的選擇通過跳線 J5 來選擇。圖 22 中 J10 是電源接口， 61 板的內(nèi)核 SPCE061A 電壓要求為 ， 而 I/O 端口的電壓可以選擇 也可以選擇 5V。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(jī)的25pin 并口，另外一端接 61板的 5pin EZ_PROBE接口。在圖 22中 J4 為 PROBE 的接口，該接口有 5pin，我們就是通過它將 PROBE 與 PC機(jī)連接起來進(jìn)行調(diào)試、仿真和下載程序的。正如我們在前面介紹的 61 板具有強(qiáng)大的語音處理功能，如圖 22所示， X1 是語音的 MIC 輸入端，自帶自動增益 (AGC)控制， 9 J3 是語音輸出接口，一個 2pin 的插針外接喇叭，由 DAC 輸出引腳 21 或 2經(jīng)語音集成放大器 SPY0030A 放大， 然后輸出， SPY0030A 是凌陽的一款芯片，功能相當(dāng)于 LM386， 但是比 LM386 音質(zhì)好，它可以工作在 ～ 范圍內(nèi)，最大輸出功率可達(dá) 700mW。而且該 I/O口是可編程的，即可以設(shè)置為輸入或輸出：設(shè)置為輸入時，分為懸浮輸入或非懸浮輸入，非懸浮輸入又可以設(shè)置為上拉輸入或是下拉輸入；在 5V 情況下，上拉電阻為 150K，下拉電阻為 110K；設(shè)置為輸出時，可以選擇同相輸出或者反相輸出。 61板將 SPCE061A的 32個 I/O口全部引出： IOA0～I(xiàn)OA15， IOB0～ IOB15。下面我們將就本次設(shè)計中重點應(yīng)用到的接口作簡要的說明。圖 22中顯示了 61 板上的各個接口分布。 表 21 61 板框圖簡要說明 POWER 5vamp。它是 “ 凌陽科技大學(xué)計劃 ” 專為大學(xué)生、電子愛好者等進(jìn)行電子實習(xí)、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(jī)項目初期研發(fā)使用。 SPCE061A 單片機(jī) SPCE061A 是一款 16 位結(jié)構(gòu)的微控制器，主要包括輸入 /輸出端口、定時器 /計數(shù)器、數(shù) /模轉(zhuǎn)換、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換、串行設(shè)備輸入輸出、通用異步串行接口、低電壓監(jiān)測和復(fù)位等部分，并且內(nèi)置在線仿真電路 ICE 接口，較高的處理速度使其能夠快速的處理復(fù)雜的數(shù)字信號 [5]。對于本設(shè)計來說，能夠較為精確地出反映 “ 出氣寶寶 ” 受擊打力后的運動情況。61 板是 SPCE061A EMU BOARD 的簡稱，是以凌陽 16 位單片機(jī) SPCE061A 為核心的精簡開發(fā)－仿真－實驗板，除了具備單片機(jī)最小系統(tǒng)電路外，還包括有電源電路、音頻電路 (含 MIC 輸入部分和 DAC 音頻輸出部分 )、復(fù)位電路等，采用電池供電。 6 第 2 章 硬件設(shè)計 硬件器件的選擇 本次設(shè)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。 第二章：硬件設(shè)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(jī)中各控制單元的實現(xiàn)以及傳感器的電路等。軟件設(shè)計包括 I/O 輸入的初始化、 AD 轉(zhuǎn)換的初始化、傳感器輸入數(shù)據(jù)的處理、聲音播放函數(shù)的編寫、音頻的壓縮與調(diào)用等。通觀全篇，整個系統(tǒng)的設(shè)計可大致分為硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩部分。 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(xì)介紹了設(shè)計的思路、方法與具體的流程。輸出電壓對應(yīng)著加速度的線性變化，也同樣對應(yīng)著外力的線性變化。又由慣性定理可知： A(加速度 )=F(慣性力 )/M(質(zhì)量 )。 本系統(tǒng)設(shè)計所采用的 MMA7260QT 三軸加速度傳感器就是利用了壓電效應(yīng)的原理。所謂的壓電效應(yīng)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(jī)械力作用使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。概括起來，加速度傳感器可應(yīng)用在控制，手柄振動和搖晃，儀器儀表，汽車制動啟動檢測，地震檢測，報警系統(tǒng)，玩具，結(jié)構(gòu)物、環(huán)境監(jiān)視，工程測振、地質(zhì)勘探、鐵路、橋梁、大壩的振動測試與分析；鼠標(biāo)，高層建筑結(jié)構(gòu)動態(tài)特性和安全保衛(wèi)振動偵察上。加速力就是當(dāng)物體在加速過程中作用在物體上的力。然而就應(yīng)用角度來說， “ 出氣寶寶 ” 思路新穎，具有一定的創(chuàng)新性和時代特色，昭示了廣闊的市場前景 [2]。 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。39。而且它還有I/0 口功能豐富、集成 度高、體積小、可靠性好、功耗低且性能價格比高等特點。nSP?系列運用在復(fù)雜的數(shù)字信號處理方面很便利，內(nèi)嵌 32K 字的閃存 (FLASH)，能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。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(yīng)用增添了 DSP 功能，使得 181。 181。39。凌陽的 16 位單片機(jī)就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計的。鑒于本設(shè)計的思路比較新穎，同類產(chǎn)