【正文】 直接寫入10位數(shù)據(jù)到10位寄存器DAR1，來鎖存DAC1的輸入數(shù)值(無符號數(shù))。P_DAC_Ctrl(寫)(702AH)表211 DAC1單元b15 – b6b5 – b0DA1_Data(讀/寫)DAC音頻輸出方式的控制單元，其中第5～8位用于選擇DAC的數(shù)據(jù)鎖存方式；第4位用來控制A/D轉換方式；第1位為0，用于雙DAC音頻輸出。DAC是被設計來用作音頻輸出設備。DAC的最大輸出電流范圍是“正常電流值177。我們在得知DAC的最大輸出電流以后，模擬電壓輸出范圍可由DAC的負載來決定。以上便是61板各數(shù)據(jù)單元控制點的實現(xiàn)。 傳感器控制單元設計本小節(jié)介紹加速度傳感器的硬件部分。圖27 傳感器模塊簡圖本次設計中，我們需要用到XOUT、YOUT、ZOUT以及VDD、VSS五個引腳。這些可以在系統(tǒng)將來的優(yōu)化中加以考慮，這里不再加以考慮。圖28為傳感器的外圍電路連接圖。但由于我們在本次系統(tǒng)的設計中，只需要用到五個引腳，實際操作中，可適當簡化傳感器模塊的電路。這里只是基于引腳功能做簡單了解，避免在外圍電路連接時發(fā)生錯誤。硬件系統(tǒng)的最終整體外觀如圖29所示。 本章小結本章介紹了系統(tǒng)的硬件設計，主要包括硬件元器件的選取、系統(tǒng)整體外圍電路的連接、單片機中各控制單元的實現(xiàn)以及傳感器的電路等，重點是61板的硬件設計。其中，傳感器模塊本身的實現(xiàn)需用貼片焊接技術。這都為下一章的軟件編程打下了基礎。下面將根據(jù)“出氣寶寶”設計的實際需求對上述各部分做詳細的介紹與說明。此工具在Windows環(huán)境下操作，支持標準C語言和匯編語言，集編譯、編程、鏈接、調(diào)試和仿真于一體，應用方便簡單易學。集成開發(fā)環(huán)境IDE具有友好的交互界面、下拉菜單、快捷鍵和快速訪問命令列表等，使編程、調(diào)試工作方便且高效。在集成開發(fā)環(huán)境IDE中，可以非常方便將編寫好的程序，通過61板配套的下載線下載到61板上進行在線調(diào)試。我們將61板上的數(shù)據(jù)緩沖電路和下載線統(tǒng)稱為“EZ_PROBE”,這種開發(fā)方式開發(fā)成本低，適合學生和初學者使用。但是我們的設計不會考慮到這些影響。這種開發(fā)方式方便自己開發(fā)或產(chǎn)品研發(fā)過程使用，能夠?qū)崟r在線仿真、調(diào)試和下載程序。61板的開發(fā)是通過下載線(EZ_PROBE)或在線調(diào)試器(PROBE)實現(xiàn)的。他們都利用了SPCE061A芯片內(nèi)置的在線仿真電路ICE和凌陽公司的在線串行編程技術。EZ_PROBE和PROBE不同的是在IDE集成開發(fā)環(huán)境下需要選擇當前是使用哪一種方式進行調(diào)試，具體操作見圖32，其中PROBE共有三種選擇方式：采用自動方式調(diào)試可選Auto；采用PROBE調(diào)試選PRINTER_PROBE；采用EZ_PROBE調(diào)試可選EZ_PROBE即可。 音頻設計 音頻處理方案語音和音樂與我們的生活有著非常密切的關系，而單片機對語音的控制如錄放音、合成及辨識也廣泛應用在現(xiàn)實生活中。圖33 單片機對語音處理過程然而，通過前面介紹我們知道麥克風輸入所生成的WAVE文件，其占用的存儲空間很大，對于單片機來說想要存儲大量的信息顯然是不可能的，而凌陽的SPCE061A提出了解決的方法，即SACMLIB，該庫將A/D、編碼、解碼、存儲及D/A作成相應的模塊，對于每個模塊都有其應用程序接口API，所以您只需了解每個模塊所要實現(xiàn)的功能及其參數(shù)的內(nèi)容，然后調(diào)用該API函數(shù)即可實現(xiàn)該功能，例如在程序中插入語音提示，或連續(xù)播放一段語音或音樂，也可以根據(jù)自己需要的空間或使用范圍選擇適合自己的算法如表41所示[12]。因此，本系統(tǒng)中的“哭聲”設計選用SACM_A2000壓縮算法。SACM_A2000_Initial(int Init_Index)，用于SACM_A2000語音播放之前的初始化。該函數(shù)用于對定時器、中斷和DAC等的初始化[13]。SACM_A2000_Play(int Speech_Index,int Channel, int Ramp_Set)，用于播放資源中SACM_A2000語音或樂曲。其中的Channel，1表示通過DAC1通道播放；2表示通過DAC2通道播放；3表示通過DAC1和DAC2雙通道播放。SACM_A2000的數(shù)據(jù)率有16Kbps、20Kbps和24Kbps三種，可以在同一模塊的幾種算法中自動選擇一種。中斷服務子程序F_FIQ_Service_SACM_A2000必須安置在TMA_FIQ中斷向量上。SACM_A2000_Stop(void)，用于停止播放SACM_A2000語音或樂曲。Volume_Index為音量數(shù)，音量從最小到最大可在0～15之間選擇。通過前臺子程序(自動方式的SACM_A2000_ServiceLoop)對語音資料進行解碼，然后將其送入DAC通道播放。凌陽SACM_A2000壓縮算法有兩種語音播放方式：自動方式和手動方式。凌陽SACM_A2000壓縮算法的語音播放要經(jīng)過一個語音播放初始化，即初始化為自動方式或者手動方式，取數(shù)據(jù)，填充語音隊列(或者是解壓縮隊列)，解壓縮，輸出播放的過程。參見圖34。在程序中，經(jīng)自動播放函數(shù)的調(diào)用而“發(fā)聲”。凌陽語音壓縮工具(Compress Tool)，但要求壓縮語音資源屬性為8k，16位，單聲道。如果語音屬性不是8k，16位，單聲道，可以用Windows自帶的的錄音機軟件去處理。點擊“立即轉換”，在打開的對話框中選擇“8kHz，16位，單聲道”，點擊“確定”。處理語音資源為“8kHz，16位，單聲道”時。在出現(xiàn)的界面中可以壓縮單個文件，也可以壓縮多個文件，根據(jù)本設計的需要，點擊“壓縮單個文件”。在出現(xiàn)的對話框中，選擇壓縮后的存儲路徑和名稱，并選擇壓縮算法和數(shù)據(jù)率(這里選擇A2000)，點擊“壓縮”。 壓縮成功后，就會出現(xiàn)“ok！”[14]。 I/O接口及A/D轉換設計 I/O接口設計本設計中，采用IOA[0～2]作為輸入端口以傳送傳感器X、Y、Z三個方向上的數(shù)據(jù)。由上一章的知識，我們可以得出A端口的屬性設置及對應的端口位狀態(tài)，如表32所示：表32 A端口設置地址b15～b3b2b1b07002HDir0007003HAttrib1117000HData111狀態(tài)不帶喚醒功能的懸浮式輸入因此，在程序設計中，我們可以這樣編寫IOA口的定義:*P_IOA_Diramp。完成了IOA口的定義，我們便為之后A/D轉換的程序設計做好了準備。第0位ADE(寫)。因此，程序編寫過程中，應輸入語句：“*P_ADC_Ctrl = 0x0001”。由于P_ADC_MUX_Ctrl單元每次只能選擇7路通道中的一個進行A/D轉換，因此我們要對傳感器輸出的三路數(shù)據(jù)依次進行轉換，并通過中間變量保存每路數(shù)據(jù)的轉換值[15]。因為P_ADC_MUX_Data單元讀出的10位數(shù)據(jù)放在b15～b6，所以向中間變量保存數(shù)據(jù)時，須右移6位，以得到正確的值。把讀A/D轉換數(shù)據(jù)部分用一個函數(shù)ADC_Convert()來表示，其編寫的流程如圖35所示： 圖35 函數(shù)ADC_Convert流程圖在主程序中，每次改變轉換通道后，可調(diào)用此函數(shù)。通過以上的設計，三路加速度傳感器中的數(shù)據(jù)便能讀入單片機了。這些工作將在主程序的設計中實現(xiàn)。這時，系統(tǒng)需要隨時對外部信號進行監(jiān)測，一旦傳感器數(shù)據(jù)滿足設定條件，“出氣寶寶”便要發(fā)出相應的“哭聲”。新建?？截愵^文件。我們可以從凌陽實驗儀指導書范例代碼\、(也可從凌陽網(wǎng)站下載得到)，并把這些文件拷貝到工程文件夾下。凌陽試驗儀指導書范例代碼\include里提供了定義硬件及相關函數(shù)的頭文件和匯編文件?？截悗煳募?。從凌陽實驗儀指導書范例代碼\，拷貝到工程文件夾下。我們依照前面介紹的方法，利用凌陽語音壓縮工具制作三個符合要求的“哭聲”音頻資源文件，、 。添加語音資源文件。在工程界面ResourceView窗口選中ex1_A2000_AutoResource，點擊右鍵，選擇“Add Files to Folder”進入選擇語音資源對話框。需要注意在打開的Setting對話框中，左邊的樹形圖中選擇最上面的工程根目錄。這時，點擊打開，點擊“OK”就完成了庫文件的包含。在“Source Files”上點擊右鍵，點擊“Add Files to Folder”。接著。按照程序流程圖編寫程序(相關程序之后重點介紹)。這里把嬰兒哭聲設為“0”，女生哭聲設為“1”，男生哭聲設為“2”。注意把揚聲器接在上面的一個揚聲器接口，同時把通道選擇接口的靠近DAC1字樣的兩個引針(標有“DAC1”字樣的引針和標有“音頻”字樣的引針)短接。接下來，我們將重點介紹主程序的設計。同時，在這里還需要定義一個全局變量volume_index(音量指數(shù))。我們這里需要定義四個函數(shù)即PlaySnd_Auto()、ADC_Convert()、Init()與Data_Deal()。Init()是對IO口、A/D轉換的各控制單元進行初始化設定的函數(shù)。函數(shù)Data_Deal()是對傳感器數(shù)據(jù)進行處理的函數(shù)。這樣，傳感器運動的劇烈程度，便通過一個單一的數(shù)值表現(xiàn)出來。函數(shù)的編寫流程定義如下：圖37 函數(shù)Data_Deal()流程圖完成了函數(shù)的定義，我們可以進入主函數(shù)main()的編寫了。還要用到前面提到的全局變量volume_index。當通過按鍵情況確定了播放“哭聲”類別后，我們需要根據(jù)處理后的傳感器數(shù)據(jù)(即data)，來確定“哭聲”音量(也就是定義volume_index的大小)。我門把能表征傳感器輸出電壓的數(shù)據(jù)data，大致分為7段，而volume_index也相應的分為7段，與data建立對應關系。具體關系如表所示:表33 數(shù)據(jù)分段加速度(g)112233445566data(V)volume_index3579111315了解了以上關系，在編程時，取其整數(shù)部分乘2再加3，結果即為volume_index的值。經(jīng)過上面的介紹，整個系統(tǒng)的軟件設計工作便完成了。 本章小結本章介紹系統(tǒng)設計的軟件部分，主要分為軟件系統(tǒng)的開發(fā)、音頻的設計、I/O口與A/D轉換的定義、主程序設計四方面的內(nèi)容。音頻設計主要為聲音自動播放函數(shù)與音頻文件的壓縮、連接。主程序的編寫把上面兩部分內(nèi)容聯(lián)系起來，在進行綜合運算，完成了系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。本設計擬采用SPCE061A開發(fā)板控制加速度傳感器實現(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)出對應的“哭聲”。本設計中采用了凌陽SPCE061A開發(fā)板和MMA7260QT三軸加速度傳感器兩種重要的器件。通過定義單片機的輸入輸出接口，能讀入傳感器的三路數(shù)據(jù)。IDE環(huán)境下的軟件設計可以對三路轉化后的數(shù)字信號進行處理，即先求三路數(shù)據(jù)的平方和，再求所得值的平方根。在凌陽音頻中，有一個音量控制函數(shù)，能夠通過音量指數(shù)控制揚聲器播放聲音的音量大小。通過試驗測試，我們可以把前面程序簡化處理的數(shù)值與15個音量指標對應起來，分為7個數(shù)據(jù)段。這樣，通過處理數(shù)值與音量指數(shù)的對應關系，便可以控制系統(tǒng)發(fā)不發(fā)“哭聲”，“哭聲”的音量是大還是小。以上便為整個系統(tǒng)設計的方法思路。(1) 連接好整個系統(tǒng)，打開電源，以適度的力去搖晃加速度傳感器模塊，以模擬對“出氣寶寶”擊打造成的運動效果，這時“出氣寶寶”開始發(fā)出“哭聲”。這時，“出氣寶寶”發(fā)出較上次更大的“哭聲”。(3) 待“出氣寶寶”停止“哭聲”之后，減慢搖晃傳感器模塊的頻率，以模仿對“出氣寶寶”進行較小力度的打擊。當運動頻率太小時，“出氣寶寶”不會再發(fā)出“哭聲”。由于單片機的內(nèi)部存儲空間不足，按鍵選擇效果未能實現(xiàn)，不能同時連接兩個以上的聲音文件。同樣，原來考慮的外部包裝也未能如愿，整個系統(tǒng)最終只能以各模塊裸露的形式展現(xiàn)?？梢韵嘈?，隨著“出氣寶寶”這類智能玩具功能的不斷完善，出了開發(fā)者與使用者受益之外，SPCE061A技術也會得到更為廣泛的推廣與應用。整個畢業(yè)設計，恰如大學四年，是交織著成長喜悅與躑躅彷徨的過程。首先要感謝的是我的導師，李林老師。他待人親切友善，做事心平氣和，平日踏實穩(wěn)重，又不失風趣幽默。李老師做事很有條理，計劃詳細，每周見面，他都為我們布置好下周任務。向老師請教，老師總會放下手頭事務，耐心指導。李老師還很關心大家畢業(yè)后的去向，為我們提供了很多幫助與建議。李老師嚴謹求實、一絲不茍的治學風范和工作態(tài)度是我學習的典范，我將終生受益，在此我表示最衷心的感謝！希望李老師工作順利、身體健康、合家愉快！在本次畢業(yè)設計中，我還認識了很多同學，大家互相討論問題，互相提出論文修改意見。當然，一些老同學也為我?guī)砹撕艽蟮膸椭?，他們有的參加過全國大學生電子科技競賽，使我在畢業(yè)設計的過程中少走了許多彎路。因此情緒的宣泄往往成為緩解壓力的重要手段。這樣，人們以娛樂的方式合理表達了攻擊性，發(fā)泄了內(nèi)心的種種壓抑情緒?，F(xiàn)已經(jīng)投入市場的，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。然而就應用角度來說，“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。產(chǎn)生的電信號經(jīng)運放等外部電路，輸入到SPCE061A單片機的AD轉換端口。輸出的“哭聲”大小應與擊打的力度保持正相關。(2) 考慮壓力(或加速度)傳感器的放置位置及與外部電路連接的穩(wěn)定性，可靠性。同時，過大的擊打力也可能對傳感器造成損傷。(4) 考慮如何減少錄入“哭聲”的噪聲。三、 研究步驟、方法及措施 1. 收集器件(包括加速度傳感器、SPCE061A單片機、外部包裝及面包板、導線等電路元件)，通過各類文獻資料，了解各器件的硬件結構、指令系統(tǒng)、工作原理及控制方法。用示波器檢測傳感器的輸出電壓，看其是否處于61板正常工作的電壓范圍內(nèi)。3. 進