【正文】 (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]。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(yùn)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(diǎn)。nSP?系列運(yùn)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(yùn)算速度的16位16位乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)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)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(jī)與加速度傳感器的發(fā)展應(yīng)用來展開。這樣的開發(fā)設(shè)計無疑擁有開闊的市場和廣大的受用人群，會對調(diào)節(jié)人們的心理健康、改善人們的工作學(xué)習(xí)氛圍、增進(jìn)生活氛圍的和睦、乃至促進(jìn)社會和諧都有著重要的意義?；赟PCE061A的“出氣寶寶”系統(tǒng)設(shè)計，可以看作是一款智能玩具的開發(fā)。而廣義的“哭聲”又可以理解為一段音樂或者幽默的語句。本設(shè)計最終的目的是一方面使用戶合理表達(dá)了攻擊性，釋放了情緒；另一方面通過“哭聲”的回應(yīng)，得到慰藉或娛樂的效果。SPCE061A開發(fā)板的輸入輸出接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換以及音頻發(fā)聲等功能都作為系統(tǒng)設(shè)計中的重點(diǎn)。外力信息的采集與轉(zhuǎn)化需要通過設(shè)計加速度傳感器模塊來實(shí)現(xiàn)。通過這樣的方式，人們以娛樂的方式合理表達(dá)了攻擊性，發(fā)泄了內(nèi)心的種種壓抑情緒，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了心理調(diào)節(jié)。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。通過微控制器控制的智能玩具可以進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)處理，控制產(chǎn)生不同的效果。因此，設(shè)計情緒調(diào)節(jié)類的玩具，也便在智能化方向上出現(xiàn)了創(chuàng)新的空間，昭示了很廣闊的市場前景。比如說，有的是基于一些常見的物理學(xué)現(xiàn)象，有的則純粹以外觀設(shè)計取勝。在當(dāng)今的市場中，情緒調(diào)節(jié)類的玩具多種多樣。而通過玩具等輔助手段來釋放情緒的方法也越來越引起人們的關(guān)注。當(dāng)人們承受著巨大的精神壓力時，可以用合理的方式把這種壓力表達(dá)釋放出來。生活中矛盾和事件所引起的心理反應(yīng)，主要是情緒反應(yīng)，所以心理調(diào)節(jié)和控制的最基本點(diǎn)，可以說是調(diào)節(jié)和控制情緒。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。心理問題往往引起一些不正常的反應(yīng)。而近年來，由于生活、工作、學(xué)習(xí)的節(jié)奏加快，人們往往承受著巨大的壓力。關(guān)鍵詞：SPCE061A；加速度傳感器；I/O接口；A/D轉(zhuǎn)換；音頻AbstractWith the fast pace of modern life and work, people are often under huge design uses SPCE061A development board to control acceleration sensor to realize a venting baby system. When the emotional outburst people strike venting baby, the system could give out corresponding cries according to the degree of blow. So, people express their aggressiveness in reasonable way to realize psychological adjustment.The system mainly consists of SPCE061A development board module and acceleration sensor module. External strike will make sensor output analog signal. 61 board reads signals through the I/O interface, and extracts a value which can characterize the amount of movement level outside after A/D conversion and process. Then the value could control the volume index of audio function to change the sound size of the cries.The design of the System can roughly content of hardware design and software design. The hardware design includes outer circuit design and shoud also understand the performance of I/O port, A/D conversion and audio output. Software design includes automatic sound function, sound files pressed and connection, I/O interface and A/D conversion, main program function, etc.Through the entire system missioning, shaking sensors, speaker gives out cries, and the volumeare positively related to the intensity of movement. Then we realize the basic function of the system.Keywords： SPCE061A；acceleration sensor；I/O interface；A/D conversion；audio第1章 緒論 課題背景隨著時代的進(jìn)步，人們自我認(rèn)知水平的不斷提高，心理問題逐漸引起了人們的廣泛關(guān)注。軟件設(shè)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(shè)置、主程序函數(shù)的編寫等。系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容大致可分為硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩部分。外部的“擊打”會使傳感器輸出模擬電壓信號。這樣，人們以娛樂的方式合理表達(dá)了攻擊性實(shí)現(xiàn)了心理調(diào)節(jié)。目錄摘要 IAbstract II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(jī) 6 MMA7260QT三軸加速度傳感器 10 系統(tǒng)電路的連接 11 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 本章小結(jié) 40結(jié)論 41參考文獻(xiàn) 43致謝 45附錄一： 46附錄二： 63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。本設(shè)計擬采用SPCE061A開發(fā)板控制加速度傳感器實(shí)現(xiàn)一個“出氣寶寶”系統(tǒng)，在人們發(fā)泄情緒打擊“出氣寶寶”的時候，根據(jù)打擊力度發(fā)出對應(yīng)的“哭聲”。整個系統(tǒng)主要由SPCE061A開發(fā)板與加速度傳感器兩大模塊來實(shí)現(xiàn)。61板通過I/O接口讀入信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換和程序處理，提取出能表征外部運(yùn)動程度的量，并以此控制音頻函數(shù)中的音量指數(shù)，改變揚(yáng)聲器的“哭聲”大小。硬件設(shè)計主要包括外圍電路的設(shè)計與連接，對I/O接口、A/D轉(zhuǎn)換、音頻輸出的數(shù)據(jù)單元控制。經(jīng)過整個系統(tǒng)連接調(diào)試，搖動傳感器，揚(yáng)聲器發(fā)出“哭聲”，且音量大小與運(yùn)動劇烈程度正相關(guān)，系統(tǒng)的基本功能實(shí)現(xiàn)。多年前，不健康的成長環(huán)境、先天的生理缺陷等情況就一直是心理問題的主要成因。心理問題也就被擺到一個更為普遍的層次，任何人都或多或少的承受著心理方面的負(fù)擔(dān)。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(dān)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。合理的調(diào)節(jié)心理、控制情緒，對實(shí)現(xiàn)人的全面發(fā)展、對改善人際交往關(guān)系、對我國構(gòu)建和諧社會都有著積極的作用。其中，情緒的舒緩與疏導(dǎo)顯得尤為重要。情緒的釋放有多種方式，比如說找人談話、培養(yǎng)樂觀生活態(tài)度等。這種方式不僅簡單方便、易于操作，還具有很多趣味性。但是，其中大多數(shù)的設(shè)計原理都比較簡單。通觀整個情緒調(diào)節(jié)類玩具的市場，其中依靠芯片控制的智能玩具的開發(fā)尚屬少數(shù)。智能化情緒調(diào)節(jié)類玩具的優(yōu)點(diǎn)是很突出的。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(jìn)行多種方式的互動[1]。 課題目的與意義本設(shè)計擬采用SPCE061A開發(fā)板控制加速度傳感器實(shí)現(xiàn)一個“出氣寶寶”系統(tǒng)，在人們發(fā)泄情緒打擊出氣寶寶的時候，根據(jù)打擊力度發(fā)出對應(yīng)的“哭聲”。為了達(dá)到使用戶發(fā)泄情緒的目的，本系統(tǒng)需要檢測、讀取外部的打擊力，并根據(jù)該打擊力的大小發(fā)出對應(yīng)音量的“哭聲”。我們把SPCE061A開發(fā)板作為本次設(shè)計的核心部分。通過SPCE061A開發(fā)板對傳感器輸出的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、轉(zhuǎn)化、分析，便可以控制播放壓縮好的“哭聲”。所謂的“哭聲”，通常理解為事先準(zhǔn)備好的哭聲音頻，可以是嬰兒哭聲、男聲、女聲。這樣的設(shè)計，無疑更增加了產(chǎn)品的趣味性與娛樂效果，從而更好的實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)情緒的目的。該系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)心理、緩解情緒的作用，適應(yīng)了當(dāng)代心理問題比較突出的社會現(xiàn)實(shí)。 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。隨著單片機(jī)功能集成化的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸由傳統(tǒng)的控制擴(kuò)展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號處理(DSP，Digital Signal Processing)等領(lǐng)域。它的CPU內(nèi)核采用最新推出的Microcontroller and Signal Processor16位微處理器(以下簡稱181。nSP?)通用核結(jié)構(gòu)。39。39。其匯編指令近似C語言，具有較高的C語言編程效率。因此，以181。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(jì)的選擇。可以說基于SPCE061A的“出氣寶寶”的設(shè)計與上述產(chǎn)品的技術(shù)手段、基本原理相類似。加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設(shè)備。加速力可以是個常量，比如g，也可以是變量。多數(shù)加速度傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來工作的。當(dāng)然，還有很多其它方法來制作加速度傳感器，比如壓阻技術(shù)，電容效應(yīng)，熱氣泡效應(yīng)，光效應(yīng)，但是其最基本的原理都是由于加速度產(chǎn)生某個介質(zhì)產(chǎn)生變形，通過測量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出[3]。由于加速度造成的晶體變形會產(chǎn)生電壓，只要計算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系，就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。這樣，在質(zhì)量M為已知常量的前提下，加速度與外力成正比例關(guān)系。機(jī)械力也就轉(zhuǎn)化成可以控制單片機(jī)的電信號，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計的要求[4]。本文的主要內(nèi)容也是以實(shí)際設(shè)計為骨架，輔以對必要知識的介紹，構(gòu)成了一個重點(diǎn)突出、條理鮮明、內(nèi)容豐實(shí)的整體。硬件設(shè)計包括外部電路的設(shè)計與連接、單片機(jī)的I/O口設(shè)計、AD轉(zhuǎn)換設(shè)計、音頻設(shè)計、傳感器電路等。本文的結(jié)構(gòu)主要安排為三章，具體內(nèi)容分布如下：第一章：緒論，闡述課題的開發(fā)背景，提出該課題的研究依據(jù)和意義；介紹了SPCE061A與單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀；內(nèi)容概述對整篇論文起提綱挈領(lǐng)。第三章：軟件設(shè)計，主要分為軟件系統(tǒng)的開發(fā)、音頻的設(shè)計、I/O口與A/D轉(zhuǎn)換的定義、主程序設(shè)計四方面的內(nèi)容。因此，硬件器件我們選擇了61板和MMA7260QT三軸加速度傳感器。MMA7260QT三軸小量程加速傳感器是檢測物件運(yùn)動和方向的傳感器，它根據(jù)物件運(yùn)動和方向改變輸出信號的電壓值。下面，我們將對所選的這兩部分硬件結(jié)構(gòu)分別予以介紹。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(jī)SPCE061A為核心的精簡開發(fā)－仿真－實(shí)驗(yàn)板，簡稱61板，其硬件框圖如圖21所示。關(guān)于61板的硬件框圖說明如表21所示。PLL鎖相環(huán)外部電路*PowerPower電源指示燈*SleepSleep睡眠指示燈K4復(fù)位按鍵RESET復(fù)位電路S5EZ_PEOBE和PROBE切換的3pin單排針PROBE在線調(diào)試器串行5pinEZ_PROBE下載線的5pin接口J32pin喇叭插針MIC麥克風(fēng)輸入電路DAC一路音頻輸出電路VRTA/D轉(zhuǎn)換外部參考電壓輸入接口OSC32768晶振電路K1K3擴(kuò)展的按鍵：接IOA0IOA2R/C其它外圍電阻電容SPCE061A61板核心：16位微處理器PORTA/B