聲控?zé)粽n程設(shè)計(jì)課件

1、課程設(shè)計(jì)題目：聲控?zé)艨刂破?班級(jí)：電二 姓名：段少龍 袁馳 1. 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 設(shè)計(jì)目的 (1)利用51系列單片機(jī)作為中央處理器； (2)具有聲控功能； (3)完成系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)； （4）完成仿真電路，通過(guò)單片機(jī)編程能實(shí)現(xiàn)改變燈亮?xí)r間的長(zhǎng)短。1.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)1.通過(guò)聲音控制器控制發(fā)光二極管亮30秒2.設(shè)計(jì)思路與總體框圖. 2.1原理框圖聲控傳感器利用聲音的相對(duì)比較，返回是否有聲單的相對(duì)信號(hào)給機(jī)器人主機(jī)。使用調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)給定聲控傳感器的初始值，聲控傳感器不斷地把外界聲音的強(qiáng)度與給定強(qiáng)度比較，超過(guò)給定的強(qiáng)度時(shí)，向主機(jī)發(fā)送“有聲音”信號(hào)，否則發(fā)送“沒(méi)有聲音”的信號(hào)。 通過(guò)聲音采集器采集聲音，將其轉(zhuǎn)換為

2、電信號(hào)傳輸給AT89C51單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理以后將信號(hào)輸出給LED燈，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在設(shè)計(jì)制作中加入了可調(diào)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集聲音范圍的可調(diào)如圖2-1所示。圖2-1原理框圖3.系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1 AT89C51核心板功能簡(jiǎn)介3.1.1 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次，器件采用ATMEL

3、公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖2-2所示。3.1.2 AT89C51管腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校

4、驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)

5、，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 圖3.3 駐極體話筒結(jié)構(gòu)圖3.3 聲控電路模塊聲控電路部分電路圖 駐極體話筒將接收到的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成微弱的電壓信號(hào)，然后，微弱的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大器的放大，然后將放大后的信號(hào)電壓

6、通過(guò)遲滯比較器轉(zhuǎn)變成單片機(jī)識(shí)別的高低電平信號(hào),經(jīng)過(guò)雙向穩(wěn)壓管變成翻轉(zhuǎn)電平信號(hào)，然后傳給單片機(jī)的外部中斷P3.0口。（用聲音控制器模塊代替）實(shí)物如圖串口通訊對(duì)單片機(jī)而言意義重大，不但可以實(shí)現(xiàn)將單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)端，而且也能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)單片機(jī)的控制。由于其所需電纜線少，接線簡(jiǎn)單，所以在較遠(yuǎn)距離傳輸中，得到了廣泛的運(yùn)用。通信協(xié)議原理 通信協(xié)議是通信設(shè)備在通信前的約定。單片機(jī)、計(jì)算機(jī)有了協(xié)議這種約定，通信雙方才能明白對(duì)方的意圖，以進(jìn)行下一步動(dòng)作。假定我們需要在PC機(jī)與單片機(jī)之間進(jìn)行通信，在雙方程式設(shè)計(jì)過(guò)程中，有如下約定： 0 xA1：?jiǎn)纹瑱C(jī)讀取P0端口數(shù)據(jù)，并將讀取數(shù)據(jù)返回PC機(jī)； 0 xA2：

7、單片機(jī)從PC機(jī)接收一段控制數(shù)據(jù)； 0 xA3：?jiǎn)纹瑱C(jī)操作成功信息。 在系統(tǒng)工作過(guò)程中，單片機(jī)接收到PC機(jī)數(shù)據(jù)信息后，便查找協(xié)議，完成相應(yīng)的操作。當(dāng)單片機(jī)接收到0 xA1時(shí)，讀取P0端口數(shù)據(jù)，并將讀取數(shù)據(jù)返回PC機(jī)；當(dāng)單片機(jī)接收到0 xA2時(shí)，單片機(jī)等待從PC機(jī)接收一段控制數(shù)據(jù)；當(dāng)PC機(jī)接收到0 xA3時(shí)，就表明單片機(jī)操作已經(jīng)成功。 硬件連接 51單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如計(jì)算機(jī)的串口是RS232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然

8、也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠。我們采用了三線制連接串口，也就是說(shuō)和計(jì)算機(jī)的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的GND、第2腳的RXD、第3腳的TXD。這是最簡(jiǎn)單的連接方法，但是對(duì)我們來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠使用了，電路如下圖所示，MAX232的第10腳和單片機(jī)的11腳連接，第9腳和單片機(jī)的10腳連接，第15腳和單片機(jī)的20腳連接。串口通信電路采用經(jīng)典的MAX232串口通信，由于電腦串口RS232電平是-10V+10V，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是TTL電平0V+5V，MAX232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的，進(jìn)行對(duì)單片機(jī)與電腦的通信，系統(tǒng)中采用MAX232串口通信電路。系統(tǒng)

9、中采用串口通信電路可與電腦進(jìn)行通信，可以對(duì)單片機(jī)內(nèi)的程序進(jìn)行修改，并對(duì)相關(guān)的指令和相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。并且可以針對(duì)性地將單片機(jī)與電腦進(jìn)行通信，編寫(xiě)上位機(jī)軟件程序，在上位機(jī)(電腦)上對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并可以讓功能更強(qiáng)大的PC機(jī)進(jìn)行龐大的指令處理。在本系統(tǒng)中，加入串口通信電路模塊，可以使電路的完整性大大增強(qiáng)，并對(duì)系統(tǒng)的升級(jí)有極大的優(yōu)勢(shì)，可以是系統(tǒng)在雙機(jī)通信、與上位機(jī)通信等方面擁有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，使得設(shè)計(jì)更加完善。3.6 復(fù)位電路模塊復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分-合過(guò)程中引

10、起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。下圖所示的RC復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能。 圖3.6.5 復(fù)位電路圖3.7時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2.這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱晶振）和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。如下電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為20Pf左右。晶振的震蕩頻率的范圍一般是在1.2MHz到12MHz之間。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。 圖3.6.6 時(shí)鐘模塊4系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真4.1原理圖根據(jù)聲控?zé)舻囊话憬Y(jié)構(gòu)框圖，我們通過(guò)查閱資料書(shū)和上網(wǎng)查詢

11、，了解不同元件的功能和實(shí)用性，考慮性價(jià)比后，制作出的聲控?zé)粼韴D，如圖2所示。4.2仿真圖單片機(jī)通過(guò)編寫(xiě)的程序?qū)3.0口輸出的電平由P2.0口控制，由聲控電路起作用，聲控電路同樣通過(guò)LM393電壓比較器控制，當(dāng)有聲音被駐極體話筒接收到的時(shí)候，聲控電路中的LM393正電壓比負(fù)電壓小，給單片機(jī)輸入低電平，發(fā)光二極管接收到低電平燈亮，且保持程序設(shè)定的30秒不熄滅。30秒后熄滅。 /*檢測(cè)子程序*/void jiance(void) k1=1; if(k1=0) /*主程序*/void main(void) y=0; while(1) jiance();程序執(zhí)行部分：聲控電路起作用控制發(fā)光二極管，若有聲音發(fā)出，則聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)通過(guò)P2.0口傳入單片機(jī)，單片機(jī)再通過(guò)P3.0口輸出低電平，此時(shí)發(fā)光二極管亮，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部延時(shí)功能讓其