【正文】 設(shè)計(jì)。SYN6288 語音模塊實(shí)物圖如下：圖 27　SYN6288 實(shí)物圖圖 28　喇叭的實(shí)物圖　報(bào)警模塊元件的選用與論證本設(shè)計(jì)中報(bào)警模塊使用三色 LED 和蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。圖 29　蜂鳴器及 LED 燈實(shí)物圖　電源及燒寫模塊元件的選用及論證本設(shè)計(jì)選用的是集成好的 USB 下載器同時供電和更新程序，由于本設(shè)計(jì)是針對車載系統(tǒng)開發(fā)，所以電源部分使用 USB 供電，但是由于在板上設(shè)計(jì)單獨(dú)的串口來更新程序明顯不實(shí)用，所以選擇集成好的 USB 下載器，既可以供電，也可以用來燒寫程序。圖 210　USB 下載器實(shí)物圖基于單片機(jī)的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)83　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)　整體的硬件設(shè)計(jì)通過分析上文中的系統(tǒng)的功能以及每部分的設(shè)計(jì)可以得出硬件部分的設(shè)計(jì)。對于 51 系列單片機(jī)來說，P0 口為開漏輸出，內(nèi)部并沒有集成上拉電阻 [7]，所以若要使用 P0 作為普通的 I/O 端口輸出數(shù)據(jù)時，就必須外接 8 個上拉電阻，保證高電平的正確輸出，而很巧的是顯示模塊所使用的 1602 在內(nèi)部的 8 根數(shù)據(jù)總線 DB0DB7 上已經(jīng)集成了上拉電阻，所以將單片機(jī)的管腳中 與 1602 的 DB0DB7端順序相連，P0 口和 P2 口位于同一側(cè)，所以為了連線方便 1602 的另外三個控制端占用 P2 口的三個端口。從功能上看，HC_SR04 和 DHT11 屬于數(shù)據(jù)的輸入端，而且位置應(yīng)處于板的邊緣，同時兩者應(yīng)該距離較近，所以將 HC_SR04 的 ECHO 和 TRIG 以及 DHT11 的DATA 端連到 P1 口上。當(dāng)然為了保證單片機(jī)的正常工作還需要將它的 VCC(第 40 管腳) 接高電平，GND( 第 20 管腳)接低電平，RST( 第 9 管腳)接復(fù)位電路，XTAL1(第 19 管腳)、XTAL2( 第 20 管腳)接時鐘電路，EA/VPP( 第 31 管腳)直接接高電平，選擇內(nèi)部程序存儲器 [1]。而且還可以對繪制的電路圖進(jìn)行電氣檢查、列出元件清單，當(dāng)然它最強(qiáng)大的功能還是印刷電路板的設(shè)計(jì)，可以幫助使用者對硬件進(jìn)行排線等，雖然 DXP2022 比 Protel99se 更加先進(jìn)，但是運(yùn)行所需內(nèi)存較大，電腦運(yùn)行慢，所以還是選擇 Protel99se。所以只需將它的 VCC 接高電平（5V ） ，GND 接地，TRIG、 ECHO 分別接單片機(jī)的 、 即可。它的 VCC 需提供 的電壓，為了增強(qiáng)它的穩(wěn)定性要在它的 VCC 和 GND 之間接一個 100nF 的電容，用以去耦濾波。圖 32　DHT11 引腳及外圍電路連接圖　顯示模塊的硬件特點(diǎn)及外圍電路在整體的硬件連接中已經(jīng)分析過 1602 的位置與占用端口的原因，由于自帶的排阻和端口在實(shí)物上的靠近，1602 的第 4 到第 14 引腳與單片機(jī)直接相連。當(dāng)電位器阻值變化時，效果如下圖：基于單片機(jī)的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)10圖 33　對比度過低圖 34　對比度過高圖 35　對比度合理圖 36　LCD1602 引腳及外圍電路連接圖　語音模塊的硬件特點(diǎn)及外圍電路語音模塊集成度比較高基本不用連接外部電路，只需將喇叭的兩端接到 SPK1和 SPK2 上，VCC 接高，GND 接地，BUSY 可接可不接， RXD 接單片機(jī) TXD 端，基于單片機(jī)的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)11TXD 也是可接可不接（不接是因?yàn)楸鞠到y(tǒng)中語音芯片有些功能沒有使用） 。同樣，蜂鳴器也采用灌電流的連接方式連接，但是在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，這樣連接并不能讓蜂鳴器發(fā)出比較高的聲音，再一次修改了蜂鳴器的連接方式，蜂鳴器的正極直接接高電平，負(fù)極接三極管 NPN 的集電極，三極管的發(fā)射極接地，基極接保護(hù)電阻后接到單片機(jī)的輸入輸出口。在編程的過程中盡量提高程序的模塊化，增加復(fù)用率。使用 Keil4 進(jìn)行軟件的編程，這個軟件界面簡單使用方便，內(nèi)部包含了 C 的編譯器還集成了大量的庫函數(shù)，當(dāng)然最喜實(shí)用的時它強(qiáng)大的 Debug 功能，可以將整個程序逐步運(yùn)行出來，可以減小當(dāng)程序直接燒寫到板子上風(fēng)險，也比普通的仿真軟件更容易看到每一步的結(jié)果和內(nèi)部的如定時器、寄存器、內(nèi)存等的實(shí)時狀態(tài)，是單片機(jī)軟件開發(fā)必備的幫手。缺點(diǎn)就是本次設(shè)計(jì)中使用的版本有些低有一些元件沒有對基于單片機(jī)的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)13應(yīng)的仿真，只能采用模擬的方式。其余的元件都有自己的仿真庫文件。程序開始運(yùn)行時先對各個模塊進(jìn)行初始化，先初始化液晶屏，并且延時一段時間使其穩(wěn)定，然后清屏，緊接著初始化測距模塊和語音模塊。再然后顯示歡迎界面，并且播報(bào)程序開始運(yùn)行。如果沒有問題那么使用溫度濕度數(shù)據(jù)對距離數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，得到比較準(zhǔn)確的距離數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換成字符串格式，調(diào)用 SYN6288 的基于單片機(jī)的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)14Speech 函數(shù)播報(bào)距離數(shù)據(jù)，調(diào)用 1602 的 LCD_Write_String 函數(shù)顯示到液晶屏上，將距離與內(nèi)設(shè)閾值進(jìn)行比較更新標(biāo)志，接著調(diào)用報(bào)警函數(shù)并傳遞標(biāo)志，按級別發(fā)出警報(bào)，最后延時防止超聲波的信號干擾，并且利于語音播報(bào)的完成。開始各模塊初始化定時器設(shè)定中斷設(shè)置歡迎界面及語音1讀取距離數(shù)據(jù)讀取溫濕度數(shù)據(jù)距離數(shù)據(jù)處理語音播報(bào)距離液晶顯示數(shù)據(jù)L E D 與蜂鳴器警報(bào)圖 43　主程序程序流程圖基于單片機(jī)的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)15　基礎(chǔ)函數(shù)庫基礎(chǔ)函數(shù)庫是存放一些常被其它模塊的函數(shù)多次調(diào)用的函數(shù)，比如延時函數(shù)。這兩個函數(shù)一個是微妙級的一個是毫秒級，可以基本滿足程序大致延時使用?！y距模塊的軟件設(shè)計(jì)測距模塊中包含了與距離測量有關(guān)的所有函數(shù)，包括 HC_SR04 的初始化，距離數(shù)據(jù)的讀取，以及啟動模塊的函數(shù)。函數(shù) StartModule 就實(shí)現(xiàn)了這一功能，先將 TRIG 電位拉高，然后軟件延時大于 10uS，然后再將它的電位拉低。其中定時器的工作方式是在初始化時進(jìn)行定義的，由于本次設(shè)計(jì)中要用到多次定時計(jì)數(shù)器，所以在設(shè)置 TCON 時要使用按位或： TMOD|=0x01，這樣就不會影響到另外一個定時器的工作?；趩纹瑱C(jī)的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)16向 T R I G 發(fā)送 1 0 u S 高電平開計(jì)時器E C H O 為低電平E C H O 為高電平關(guān)計(jì)時器計(jì)算距離重置計(jì)時器返回開始是否是否圖 45　測距模塊程序流程圖　溫濕模塊的軟件設(shè)計(jì)該模塊的軟件設(shè)計(jì)主要是用來獲取當(dāng)前環(huán)境的溫度和濕度。DHT11的時序圖比較復(fù)雜，對應(yīng)的驅(qū)動部分也比 SR04 的更加麻煩。首先，通過軟件定義，將單片機(jī)與 DHT11 連接的端口置 0 并保持 18 毫秒以上，向DHT11 發(fā)送開始信號，保證 DHT11 可以檢測到開始信號，然后單片機(jī)端口由軟件拉高，等待 DHT11 的響應(yīng)這個過程持續(xù) 20 到 40 微秒，此時的 DHT11 在檢測到單片機(jī)發(fā)來的開始信號后自動等待電平拉高（不需要人為控制，DHT11 自動實(shí)現(xiàn)） ，一旦電平變高，DHT11 就發(fā)送自己的回響信號，將端口電平拉低并且延時 80 微秒，然后再將電平拉高 80 微秒，告訴單片機(jī)，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)了，此時的單片機(jī)由軟件循環(huán)檢測電平的高低，并且準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。DHT11 的數(shù)據(jù)由 5 組 8bit 的數(shù)據(jù)組成，需要調(diào)用 COM5 次，數(shù)據(jù)包括濕度的整數(shù)小數(shù)溫度的整基于單片機(jī)的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)18數(shù)小數(shù)以及校驗(yàn)和，當(dāng)單片機(jī)接收完數(shù)據(jù)后，利用發(fā)送的校驗(yàn)和對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，如果正確無誤則將數(shù)據(jù)拼接完成后返回主程序。其中初始化函數(shù)是在主程序一開始就調(diào)用用來初始化液晶顯示屏，通過調(diào)用寫指令函數(shù)對顯示屏進(jìn)行基本的模式設(shè)定、光標(biāo)設(shè)定以及清屏。寫指令和寫數(shù)據(jù)是最基本的兩個函數(shù)，都是通過數(shù)據(jù)總線向 1602 發(fā)送信息，不同的是選擇寄存器，通過將 RS 端置高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器，此時通過數(shù)據(jù)總線接收的消息將被認(rèn)定為數(shù)據(jù)，將 RS 端置低電平選擇指令寄存器，此時通過數(shù)據(jù)總線接收的消息將被認(rèn)定為指令?；趩纹瑱C(jī)的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)21確定字符串起始位置開始結(jié)束調(diào)用寫數(shù)據(jù)函數(shù)是否是最后一個字符位置 + 1否是圖 411　寫字符串的程序流程圖　語音模塊的軟件設(shè)計(jì)語音模塊的軟件也比較復(fù)雜，包含了 4 個函數(shù)，其中 SYN6288_Init 是初始化函數(shù)，發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù) SendChar，背景音樂控制函數(shù) BkMusic，以及調(diào)用最多的發(fā)生程序 Speech。并且為了程序書寫的方便以及可讀性的提高，將語音芯片一些內(nèi)置的常數(shù)先進(jìn)行宏定義。幀結(jié)構(gòu)如下表：表 42　SYN6288 幀結(jié)構(gòu)表數(shù)據(jù)區(qū)（小于等于 203 字節(jié)）幀結(jié)構(gòu)幀頭（1 字節(jié)）數(shù)據(jù)區(qū)長度（2 字節(jié)） 命令字（1 字節(jié)）命令參數(shù)（1 字節(jié)）待發(fā)送文本（小于等于200 字節(jié)）異或校驗(yàn)（1 字節(jié)）數(shù)據(jù) 0xFD0xXX 0xXX 0xXX 0xXX 0xXX… 0xXX說明 波特率高字節(jié)在前低字節(jié)在后 長度與前面的“數(shù)據(jù)區(qū)長度”保持一致基于單片機(jī)的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)22語音模塊的初始化非常重要，首先要定義串行口的工作方式，本設(shè)計(jì)選用 11 位異步收發(fā)器(即 9 位數(shù)據(jù)) ，波特率可變(工作方式 3，SM0=1，SM1=1)，除了起始位和停止位外，將發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位用軟件規(guī)定其為奇偶校驗(yàn)位(TB8=1)，允許串行接收(REN=1)，而 RI 和 TI 分別為接收和發(fā)送的中斷標(biāo)志位，須由硬件置 1，申請中斷，軟件清 0，響應(yīng)中斷，所以串口控制寄存器 SCON 被設(shè)置為 0xD8。void SYN6288_Init(){SCON =0xD8。 //按位或，防止修改 T0 的設(shè)置PCON =0x00。 TR1 =1。由于幀格式的要求，先將計(jì)算主程序傳遞來的字符串的長度，然后根據(jù)程序需求合成數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)包頭，同時調(diào)用 SendChar 函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)包頭，緊接著調(diào)用該函數(shù)發(fā)送字符串的內(nèi)容，最后發(fā)送校驗(yàn)位，延時返回。圖 51　仿真結(jié)果圖圖 52　TIRG 觸發(fā)電平圖圖 53　ECHO 回響電平圖圖 54　SYN6288 數(shù)據(jù)波形圖基于單片機(jī)的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)25由于 DHT11 在仿真中無法實(shí)現(xiàn)，所以一直顯示是溫度 0 攝氏度，濕度也是0%，所以也無法在仿真中看出溫度和濕度對距離的影響。以下是初始化完成后，系統(tǒng)的設(shè)置。所以先使用面包板和杜邦線將基本元件連接起來進(jìn)行硬件調(diào)試，硬件調(diào)試成功后再焊接元件?；趩纹瑱C(jī)的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)27圖 510　距離小于 50 厘米圖 511　距離大于 50 厘米小于 100 厘米圖 512　距離大于 100 厘米雖然聽不到喇叭的鳴叫聲，但是可以由芯片外圍的信號燈來指示，紅燈亮表示上電工