語音及文字警示系統(tǒng)論文

word文檔可自由復(fù)制編輯摘要為改善鐵路平面交叉道口尤其是站內(nèi)道口的安全狀況，有必要設(shè)計(jì)一種具有高可靠性的道口報(bào)警設(shè)備，當(dāng)列車接近道口時(shí)告警，提示道口值班人員及行人、車輛注意，以確保列車安全通過，減少以至杜絕各種道口交通事故的發(fā)生[1]。本論文所研究的語音及文字警示系統(tǒng)主要用于鐵路道口的警示；采取語音播放及文字信息顯示等措施，其中語音部分可采用兩種方式，一是自動(dòng)播放系統(tǒng)預(yù)先存儲(chǔ)或錄制的語音內(nèi)容，二是通過系統(tǒng)連接的話筒進(jìn)行人工語音播放；文字部分采用LCD顯示屏顯示預(yù)先存儲(chǔ)的文字信息，該文字信息可與語音信息同步顯示相同的內(nèi)容，需要顯示的文字信息和播放的語音內(nèi)容均采用SD卡存儲(chǔ)方式，易于修改（針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合只需修改SD卡上的數(shù)據(jù)內(nèi)容即可），語音播放及文字顯示可采用自動(dòng)觸發(fā)（系統(tǒng)外接主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器等設(shè)備等）或人工操作兩種方式。關(guān)鍵詞：SD卡，MP3語音，TXT，警示，C8051F340，VS1003ABSTRACTToimprovethesecurityofthelevelcrossingparticularlyinsidecrossing,itisnecessarytodesignahighlyreliablecrossingalarmequipment,whenthetrainisapproachingthecrossing,suggestdutypedestrianandthevehiclestakingcareofit.Toensurethesafepassageoftrains,reduceandeventuallyeliminateallcrossingtrafficaccidents[1].Thisthesisstudiedvoiceandtextalertssystemismainlyusedfortherailwaycrossingwarning;takevoiceplaybackandtextinformationdisplayandothermeasures,includingpartsofspeechcanbeusedintwoways,oneisautomaticplaybacksystempre-storedorrecordedaudiocontent,Second,thesystemconnectorofthemicrophoneforartificialvoiceplayback;textportionofLCDdisplaypreviouslystoredtextmessage,thetextmessagecanbesynchronizedwiththevoiceinformationwiththesamecontent,thetextinformationtobedisplayedandplaybackaudiocontentareusedSDcardstorage,easytomodify(fordifferentapplicationssimplymodifythecontentsofthedataontheSDcardcanbe),voiceplaybackandtextdisplaycanbetriggeredautomatically(systemexternalactiveinfraredintrusiondetectorsandotherequipment,etc.),ormanualoperationtwoways.KEYWORDS:SDcard，MP3，TXT，warning，C8051F340，VS1003word文檔可自由復(fù)制編輯目錄TOC\o"1-4"\h\z\u前言 word文檔可自由復(fù)制編輯前言在鐵路網(wǎng)比較發(fā)達(dá)的歐洲，道口密度大，事故風(fēng)險(xiǎn)也相對(duì)比較高。其中，英國安全工作做的比較好，近年來其道口事故發(fā)生率和每個(gè)道口平均死亡人數(shù)均比其他各國低。這主要得益于英國政府增加警力，強(qiáng)行控制道口違章行為。在駕校增設(shè)關(guān)于平交道口的安全教育，開展平交道口危險(xiǎn)性的宣傳活動(dòng)。同時(shí)，英國西屋鐵路系統(tǒng)公司在別國成功技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了一種新型的平交道口預(yù)測(cè)器（英文名稱縮寫LCP）。其工作過程是在道口裝一個(gè)LCP單元，兩邊軌道的端點(diǎn)處各裝一個(gè)無源轉(zhuǎn)轍器。當(dāng)列車經(jīng)過前轉(zhuǎn)轍器時(shí)，軌道電路的阻抗和電壓會(huì)線形減少，呈現(xiàn)下斜圖形，反映列車接近軌道口的位置，LCP根據(jù)圖形斜率計(jì)算列的速度，確定列車經(jīng)過道口的時(shí)間，從而產(chǎn)生報(bào)警，當(dāng)列車經(jīng)過后轉(zhuǎn)轍器以后，報(bào)警結(jié)束。該設(shè)備符合道口報(bào)警設(shè)備的一般設(shè)計(jì)原理，但是其價(jià)格昂貴，同時(shí)英國鐵路軌道電路與我國軌道電路有諸多不同之處，所以無法將其移用至我國鐵路道口中[2,3]。本文以鐵路道口應(yīng)用為例設(shè)計(jì)了一款基于SD卡的文字聲光警示系統(tǒng)。通過現(xiàn)有技術(shù)加強(qiáng)我國鐵路道口的現(xiàn)代化改造，必將提高道口管理的自動(dòng)化水平，提升道口通過的安全性，對(duì)于減少道口事故、保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全、提高鐵路公路運(yùn)營效率有著十分重要的意義。于該警示系統(tǒng)是用SD卡存儲(chǔ)警示內(nèi)容，內(nèi)容方便修改，因此可以使用于其他的場(chǎng)合。例如安防、普通十字路口、施工現(xiàn)場(chǎng)、學(xué)校、博物館等，只需要將SD卡中的警示內(nèi)容更改為場(chǎng)合相對(duì)應(yīng)的警示內(nèi)容即可，無需改變軟件程序。本論文共分為五章。第1章是緒論，主要闡述了設(shè)計(jì)中的一些基本原理和系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。第2章是硬件設(shè)計(jì)，單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、MP3解碼模塊、SD卡模塊、串口通信模塊、手持話筒模塊，功率放大模塊硬件設(shè)計(jì)。第3章是軟件設(shè)計(jì)，MP3解碼模塊、SD卡模塊以及串口通信模塊等的軟件設(shè)計(jì)。第4章是調(diào)試與分析，通過測(cè)試程序，驗(yàn)證各模塊的功能，并對(duì)調(diào)試過程中產(chǎn)生的問題進(jìn)行了分析與總結(jié)。第5章是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)論與展望，在這一章中，結(jié)論對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果作了簡(jiǎn)單的總結(jié)，展望則根據(jù)系統(tǒng)中存在的不足提出了一些相應(yīng)的改進(jìn)的方法。第1章緒論本章主要對(duì)SD文件系統(tǒng)和znFAT及SPI通信做介紹和說明。1.1SD卡原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)SD卡（SecureDigitalMemoryCard）是一種為滿足安全性、容量、性能和使用環(huán)境等各方面的需求而設(shè)計(jì)的一種新型存儲(chǔ)器件，SD卡允許在兩種模式下工作，即SD模式和SPI模式，本系統(tǒng)采用SPI模式[19]。圖1-1SD卡內(nèi)部圖表1-1SPI總線模式定義引腳名稱類型功能描述1CS輸入片選2DATAIN輸入主卡命令和數(shù)據(jù)3VSS1服務(wù)接地4VDD服務(wù)接電源5CLK輸入時(shí)鐘6VSS2服務(wù)接地7DATAOUT輸出主卡數(shù)據(jù)和狀態(tài)8RSV(2)輸入接受9RSV(2)輸入接受1、SD卡主要引腳和功能如下。（1）CLK（時(shí)鐘信號(hào)），每個(gè)時(shí)鐘周期傳輸一個(gè)命令或數(shù)據(jù)位，頻率可在0～25MHz之間變化，SD卡的總線管理器可以不受任何限制的自由產(chǎn)生0～25MHz的頻率；（2）CMD（雙向命令和回復(fù)線），命令是一次主機(jī)到從卡操作的開始，命令可以是從主機(jī)到單卡尋址，也可以是到所有卡；回復(fù)是對(duì)之前命令的回答，回復(fù)可以來自單卡或所有卡；（3）DAT0～3（數(shù)據(jù)線），數(shù)據(jù)可以從卡傳向主機(jī)也可以從主機(jī)傳向卡。SD卡以命令形式來控制SD卡的讀寫等操作?？筛鶕?jù)命令對(duì)多塊或單塊進(jìn)行讀寫操作。在SPI模式下其命令由6個(gè)字節(jié)構(gòu)成，其中高位在前。圖1-2SD卡分區(qū)圖表1-2主啟動(dòng)記錄和分區(qū)表BP長度文件名內(nèi)容0446主啟動(dòng)記錄不限44616分區(qū)表（第一部分）見下表46216分區(qū)表（第二部分）全是0x0047816分區(qū)表（第三部分）全是0x0049416分區(qū)表（第四部分）全是0x005102信號(hào)字(SignatureWord)0x55,0xaa2、主啟動(dòng)記錄和分區(qū)注釋如下。（1）0到445主啟動(dòng)記錄此間內(nèi)容不被敘述。（2）446到461分區(qū)表（第一部分）這個(gè)部分?jǐn)⑹隽说谝环謪^(qū)在體系中的信息。這個(gè)分區(qū)意味著使用者可以沒有相互的證明使用普通區(qū)域。（3）462到477分區(qū)表（第二部分）如果體系只有一個(gè)分區(qū)，此間內(nèi)容為0。（4）478到493分區(qū)表（第三部分）如果體系只有一個(gè)分區(qū)，此間內(nèi)容為0。（5）494到509分區(qū)表（第四部分）如果體系只有一個(gè)分區(qū)，此間內(nèi)容為0。（6）510到511信號(hào)字(SignatureWord)此處記錄了0x55(BP510)和0xaa。表1-3分區(qū)表BP長度文件名內(nèi)容01啟動(dòng)指示0x00或0x8011啟始磁頭數(shù)值22啟始柱面和扇區(qū)數(shù)值41系統(tǒng)ID號(hào)0x01或0x04或0x0651終止磁頭數(shù)值62終止柱面和扇區(qū)數(shù)值84RelativeSector數(shù)值124總扇區(qū)數(shù)值3、SD卡文件分區(qū)注釋。（1）BP0啟動(dòng)指示如果以SD卡作為啟動(dòng)（盤），記錄0x80，否則記錄0x00。（2）BP1啟始磁頭此處敘述分區(qū)的起始磁頭。（3）BP2和3啟始柱面和扇區(qū)此處將敘述分區(qū)的啟始柱面和扇區(qū)。6個(gè)位(在BP2中0到5位)，將作為啟始扇區(qū)。10個(gè)位(在BP2中的6和7位,在BP3中的0到7的)將作為啟始柱面。（4）BP4系統(tǒng)ID號(hào)此處敘述文件系統(tǒng)類型。如果分區(qū)大小是少于32680個(gè)扇區(qū)，它將被記錄0x01。如果少于65536個(gè)扇區(qū),它將被記錄0x04。否則，它將被記錄0x06。（5）BP5終止磁頭此處記錄終止磁頭。（6）BP6和7終止柱面和扇區(qū)此處記錄終止柱面和扇區(qū)。6個(gè)位(在BP6中的0到位5位)作為結(jié)束扇區(qū)。10個(gè)位(在BP6中的位6和7位,在BP7中的0到7位)作為結(jié)束柱面。（7）BP8到11RelativeSector此處敘述這此分區(qū)的起始扇區(qū)之前存在的數(shù)目。（8）BP12到15總扇區(qū)此處記錄總扇區(qū)數(shù)量。（9）申請(qǐng)分配表(FAT)FAT將包含一個(gè)格式ID號(hào)和一些項(xiàng)目，每個(gè)使用者區(qū)域的指示群集。這些項(xiàng)目連續(xù)的將是有限的出發(fā)由于2而且項(xiàng)目數(shù)目將和～相等對(duì)應(yīng)的群集數(shù)目。每個(gè)項(xiàng)目在FAT中將指示對(duì)應(yīng)的群集狀態(tài)。FAT項(xiàng)目將用來識(shí)別被分派到每個(gè)文件的群集組[18]。1.2znFATznFAT是一種高效、完備、精簡(jiǎn)且具有高可移植性的嵌入式FAT32文件系統(tǒng)解決方案。其主要特性如下。1、可通用于多種嵌入式CPU，如51、AVR、PIC、ARM、Cortex、DSP、MSP430、freescaleS12等等。2、所占用的RAM與ROM資源極少，并可由使用者視目標(biāo)平臺(tái)資源情況進(jìn)行靈活配置，最簡(jiǎn)配置情況下，RAM的使用量約在800~900字節(jié)左右。3、內(nèi)建獨(dú)特的數(shù)據(jù)寫入加速算法以及扇區(qū)級(jí)的基于“預(yù)建文件”的數(shù)據(jù)寫入機(jī)制。4、底層提供簡(jiǎn)單的單扇區(qū)讀寫驅(qū)動(dòng)接口以及可選的硬件級(jí)多扇區(qū)連續(xù)讀寫驅(qū)動(dòng)接口。（在提供多扇區(qū)連續(xù)讀寫驅(qū)動(dòng)的情況下，數(shù)據(jù)讀寫速度將有近2~4倍的提升，甚至更高。）5、提供清晰而強(qiáng)大的對(duì)函數(shù)模塊裁剪的功能，極大限度的減小最終生成的可執(zhí)行文件的體積。6、提供數(shù)據(jù)讀取的重定向功能，使讀到的數(shù)據(jù)無需緩沖暫存，直接流向應(yīng)用目的。7、支持長文件名，長文件名最大長度可配置。默認(rèn)配備并使用GB2312中文字符，并可選擇是否使用OEM字符集，以減少程序體積。8、支持與Windows、Linux等操作系統(tǒng)兼容的路徑表示，路徑分隔可使用/或\。支持無限深目錄，支持長名目錄。9、提供數(shù)據(jù)寫入的實(shí)時(shí)模式，寫入的任何數(shù)據(jù)，只怕只有一個(gè)字節(jié)，立即落實(shí)到物理存儲(chǔ)器，防止因惡劣工作環(huán)境、干擾或其它原因引起的目標(biāo)平臺(tái)不可預(yù)見的死機(jī)或故障，造成數(shù)據(jù)丟失（實(shí)時(shí)模式數(shù)據(jù)寫入速度不高，內(nèi)存中不緩沖任何數(shù)據(jù)）。10、支持對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的格式化，文件系統(tǒng)為FAT32。11、支持*與?通配，長名亦支持通配。12、支持文件與目錄的刪除，目錄支持內(nèi)含子目錄與無限深級(jí)子目錄結(jié)構(gòu)的刪除。13、支持無限級(jí)目錄創(chuàng)建。14、支持多文件同時(shí)操作。15、支持多設(shè)備，即同時(shí)掛載多種存儲(chǔ)設(shè)備，可在多種存儲(chǔ)設(shè)備間任意切換。1.3SPI串行通信SPI是英語SerialPeripheralInterface的縮寫，顧名思義就是串行外圍設(shè)備接口。時(shí)鐘由Master控制，在移位時(shí)鐘的脈沖下，數(shù)據(jù)按位傳輸，高位在前，低位在后（MSBfirst），目前應(yīng)用中的數(shù)據(jù)速率可達(dá)幾Mbps的水平。其主要特點(diǎn)有:可以同時(shí)發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù)；可以當(dāng)作主機(jī)或從機(jī)工作；提供頻率可編程時(shí)鐘；發(fā)送結(jié)束中斷標(biāo)志；寫沖突保護(hù)；總線競(jìng)爭(zhēng)保護(hù)等。正是出于這種簡(jiǎn)單易用的特性，現(xiàn)在越來越多的芯片集成了這種通信協(xié)議[19]。1.3.1SPI接口定義SPI總線是一種環(huán)形結(jié)構(gòu)，由NSS、SCK、MOSI、MISO構(gòu)成，其時(shí)序其實(shí)很簡(jiǎn)單，主要是在SCK的控制下，兩個(gè)雙向移位寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。典型連接圖如圖1-3所示。1、MOSI：主器件數(shù)據(jù)輸出，從器件數(shù)據(jù)輸入；2、MISO：主器件數(shù)據(jù)輸入，從器件數(shù)據(jù)輸出；3、SCK：時(shí)鐘信號(hào)，由主器件產(chǎn)生；4、NSS：從器件使能信號(hào)，由主器件控制。圖1-3SPI主從方式典型連接圖1.3.2SPI總線工作方式SPI主器件啟動(dòng)SPI總線上所有的數(shù)據(jù)傳輸。通過將主允許標(biāo)志（MSTEN，SPI0CFG.6）置1將SPI0置于主方式。當(dāng)處于主方式時(shí)，向SPI0數(shù)據(jù)寄存器（SPI0DAT）寫入一個(gè)字節(jié)時(shí)是寫發(fā)送緩沖器。如果SPI移位寄存器為空，發(fā)送緩沖器中的數(shù)據(jù)字節(jié)被傳送到移位寄存器，數(shù)據(jù)傳輸開始。SPI0主器件立即在MOSI線上串行移出數(shù)據(jù)，同時(shí)在SCK上提供串行時(shí)鐘。在傳輸結(jié)束后SPIF（SPI0CN.7）標(biāo)志被置為邏輯1。如果中斷被允許，在SPIF標(biāo)志置位時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求。在全雙工操作中，當(dāng)SPI主器件在MOSI線向從器件發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，被尋址的SPI從器件同時(shí)在MISO線上向主器件發(fā)送其移位寄存器中的內(nèi)容。因此，SPI標(biāo)志既作為發(fā)送完成標(biāo)志又作為接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好標(biāo)志。從器件接收的數(shù)據(jù)字節(jié)以MSB在先的形式傳送到主器件的移位寄存器。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)被完全移入移位寄存器時(shí)，便被傳送到接收緩沖器，處理器通過讀SPI0DAT來讀該字節(jié)。當(dāng)被配置為主器件時(shí)，SPI0可以工作在下面的三種方式之一：多主方式、3線單主方式或4線單主方式。當(dāng)NSSMD1（SPI0CN.3）=0且NSSMD0（SPI0CN.2）=1時(shí)，是默認(rèn)的多主方式。在該方式，NSS是器件的輸入，用于禁止主SPI0，以允許另一主器件訪問總線。在該方式，當(dāng)NSS被拉為低電平時(shí)，MSTEN（SPI0CN.6）和SPIEN（SPI0CN.0）位被硬件清0，以禁止SPI主器件，且方式錯(cuò)誤標(biāo)志（MODF，SPI0CN.5）被置1。如果中斷被允許，將產(chǎn)生方式錯(cuò)誤中斷。在這種情況下，必須用軟件重新使能SPI0。在多主系統(tǒng)中，當(dāng)器件不作為系統(tǒng)主器件使用時(shí)，一般被默認(rèn)為從器件。在多主方式，可以用通用I/O引腳對(duì)從器件單獨(dú)尋址（如果需要）。當(dāng)NSSMD1（SPI0CN.3）=0且NSSMD0（SPI0CN.2）=0時(shí)，SPI0工作在3線單主方式。在該方式，NSS未被使用，也不被交叉開關(guān)映射到外部端口引腳。在該方式，應(yīng)使用通用I/O引腳選擇要尋址的從器件。當(dāng)NSSMD1（SPI0CN.3）=1時(shí)，SPI0工作在4線單主方式。在該方式，NSS被配置為輸出引腳，可被用作從選擇信號(hào)去選中一個(gè)SPI器件。在該方式，NSS的輸出值由NSSMD0（SPI0CN.2）控制（用軟件）?？梢杂猛ㄓ肐/O引腳選擇另外的從器件[19]。1.3.4SPI時(shí)序分析如圖1-4所示，使用SPI0配置寄存器（SPI0CFG）中的時(shí)鐘控制選擇位可以在串行時(shí)鐘相位和極性的4種組合中選擇其一。CKPHA位（SPI0CFG.5）選擇兩種時(shí)鐘相位（鎖存數(shù)據(jù)所用的邊沿）中的一種。CKPOL位（SPI0CFG.4）在高電平有效和低電平有效的時(shí)鐘之間選擇。主器件和從器件必須被配置為使用相同的時(shí)鐘相位和極性。在改變時(shí)鐘相位和極性期間應(yīng)禁止SPI0（通過清除SPIEN位，SPI0CN.0）。這里需要注意的是在主方式，SPI在SCK無效沿（MOSI改變狀態(tài)之際）的前1個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘采樣MISO線，以便為從器件提供最大的建立時(shí)間。SPI0時(shí)鐘速率寄存器（SPI0CKR，見SFR定義20.3）控制方式的串行時(shí)鐘頻率。當(dāng)工作于從方式時(shí)該寄存器被忽略。當(dāng)SPI被配置為主器件時(shí)，最大數(shù)據(jù)傳輸率（位/秒）是系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的二分之一。當(dāng)SPI被配置為從器件時(shí)，全雙工操作的最大數(shù)據(jù)傳輸率（位/秒）是系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的十分之一，前提是主器件與系統(tǒng)時(shí)鐘同步發(fā)出SCK、NSS（在4線從方式）和串行輸入數(shù)據(jù)。如果主器件發(fā)出的SCK、NSS及串行輸入數(shù)據(jù)不同步，則最大數(shù)據(jù)傳輸率（位/秒）必須小于系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的十分之一。在主器件只想發(fā)送數(shù)據(jù)到從器件而不需要接收從器件發(fā)出的數(shù)據(jù)（即半雙工操作）這一特殊情況下，SPI從器件接收數(shù)據(jù)時(shí)的最大數(shù)據(jù)傳輸率（位/秒）是系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的四分之一，這是在假設(shè)由主器件發(fā)出SCK、NSS和串行輸入數(shù)據(jù)與系統(tǒng)時(shí)鐘同步的情況下[11]。圖1-4SPI時(shí)序圖1.4系統(tǒng)方案MCU最小系統(tǒng)中使用的是美國SiliconLaboratories公司生產(chǎn)的C8051F340單片機(jī)。該芯片是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU，具有片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器、電壓調(diào)整器、看門狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器，是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。FLASH存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新8051固件。用戶軟件對(duì)所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個(gè)或所有外設(shè)以節(jié)省功耗[12]。1.4.1軟件介紹原理圖和PCB圖的設(shè)計(jì)使用的是AltiumDesigner。AltiumDesignerSummer09是Altium公司新出的一款EDA開發(fā)工具。AltiumDesignerSummer09的發(fā)布延續(xù)了連續(xù)不斷的新技術(shù)的應(yīng)用過程。這必將幫助用戶更輕松地創(chuàng)建下一代電子設(shè)計(jì)。同時(shí)，我們將令A(yù)ltiumDesigner更符合電子設(shè)計(jì)師的要求。Altium的一體化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)將硬件、軟件和變成硬件集合在一個(gè)單一的環(huán)境中，這將使用戶自由地探索新的設(shè)計(jì)構(gòu)想。在整個(gè)設(shè)計(jì)構(gòu)成中，每個(gè)人都使用同一個(gè)設(shè)計(jì)界面。Summer09版本解決了大量歷史遺留問題。其中就包括了增加更多的機(jī)械層設(shè)置、增強(qiáng)原理圖網(wǎng)絡(luò)類定義。可以再Windows7上運(yùn)行，增加了很多類似于Windows的快捷鍵，大大縮短了繪圖周期。對(duì)于初學(xué)者而言更加容易上手[13]。C8051F340程序的開發(fā)環(huán)境采用的是KEILuVISION4。KEILuVISION4是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)軟件中最優(yōu)秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的MCS51架構(gòu)的芯片，甚至ARM，它集編輯，編譯，仿真等于一體，它的界面和常用的微軟VC++的界面相似，界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能[15]。1.4.2系統(tǒng)測(cè)試為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完畢后就需要對(duì)各功能模塊進(jìn)行測(cè)試。首先進(jìn)行硬件測(cè)試，上電前仔細(xì)檢查各元器件是否正確焊接在電路板上，上電后用萬用表測(cè)試相應(yīng)引腳電壓值是否與期望值相符；硬件測(cè)試完畢后，對(duì)各功能分別編寫簡(jiǎn)單的測(cè)試程序進(jìn)行調(diào)試；最后進(jìn)行系統(tǒng)總體調(diào)試，驗(yàn)證系統(tǒng)功能。第2章警示系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中，將系統(tǒng)功能分為硬件和軟件兩部分來分別實(shí)現(xiàn)。本章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件部分，主要分幾個(gè)模塊詳細(xì)描述各部分的設(shè)計(jì)方案及其實(shí)現(xiàn)功能。2.1警示系統(tǒng)硬件功能概述硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是軟件運(yùn)行的平臺(tái)。主要的硬件電路有C8051F340最小系統(tǒng)電路，MP3解碼電路，SD卡電路，串口通信電路。其中各部分功能介紹如下。1、C8051F340最小系統(tǒng)電路C8051F340最小系統(tǒng)電路主要電路有，JTAG調(diào)試電路，復(fù)位電路，供電電路，觸發(fā)源輸入電路。2、MP3解碼電路MP3解碼電路主要有，復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，麥克風(fēng)接口電路，供電電路由于VS1003解碼芯片也是采用3.3V供電所以供電電路是和C8051F340同用一個(gè)供電電路使設(shè)計(jì)更加方便。時(shí)鐘采用12.288MHZ的晶振。3、SD卡電路SD卡讀取是為了使本系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更廣而設(shè)計(jì)的。SD卡讀取技術(shù)會(huì)使警示系統(tǒng)更加靈活的使用到各種場(chǎng)合。4、串口字符通信電路串口字符電路使用MAX3232作為串口通信芯片，具有通用性，使系統(tǒng)的更加便于使用。5、手持話筒電路手持話筒模塊電路使用以NE5532運(yùn)算放大器為核心器件，具有較強(qiáng)的音頻放大功能的電路。將話筒的MIC頭轉(zhuǎn)換出來的電信號(hào)進(jìn)行放大。NE5532非常常用的音頻放大芯片，在音頻的范圍內(nèi)具有極高的精度，能保證聲音信號(hào)的相對(duì)真實(shí)。6、功率放大電路功率放大電路分為，音頻功率放大、電源供電、控制模塊和模擬開關(guān)模塊。音頻功率放大模塊采用TDA7377為核心器件。控制模塊采用HCF4052為核心器件。模擬開關(guān)模塊采用74LS00為核心器件。本設(shè)計(jì)需要完成上述6個(gè)主要電路的搭建，C8051F340最小系統(tǒng)電路是系統(tǒng)最為重要的部分，所以很多外設(shè)電路都是為最小系統(tǒng)服務(wù)的電路。C8051F340最小系統(tǒng)使用內(nèi)部時(shí)鐘，所以沒有時(shí)鐘電路。本章將介紹以上電路的線路連接。2.2警示系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，需要完成如下設(shè)計(jì)：以C8051F340為核心的最小系統(tǒng)、以VS1003為核心的MP3解碼電路，以SD卡為核心的SD卡讀取電路和以MAX3232為電平轉(zhuǎn)換芯片的串口通信電路。其整體設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示。圖2-1警示系統(tǒng)硬件原理框圖2.3警示系統(tǒng)硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)2.3.1C8051F340最小系統(tǒng)C8051F340最小系統(tǒng)包括電源供電電路、復(fù)位電路、JTAG仿真電路、觸發(fā)源輸入電路等模塊。下面分別對(duì)各模塊進(jìn)行介紹。2.3.1.1供電電路本設(shè)計(jì)中需要用到+5V、+3.3V和+2.5V三種電壓，而簡(jiǎn)單易得的USB電源是+5V，但是USB作為電源電壓太低難以驅(qū)動(dòng)繼電器，使繼電器工作。而且工業(yè)常用+12V作為電源。因而需要使用+12V轉(zhuǎn)換以分別產(chǎn)生+5V、+3.3V和+2.5V。其原理圖如圖2-2所示。圖2-2系統(tǒng)供電電路圖2-2中采用三端線性穩(wěn)壓器LM7805先將+12V的電源轉(zhuǎn)化成+5V，然后再用三端穩(wěn)壓器AMS1117把+5V轉(zhuǎn)化為+2.5V，利用C8051F340將+5V電壓轉(zhuǎn)化為+3.3V給系統(tǒng)其它部分供電。2.3.1.2復(fù)位電路在調(diào)試過程和實(shí)際應(yīng)用過程中隨時(shí)可能需要系統(tǒng)復(fù)位，以使程序可以重新運(yùn)行。因此設(shè)置按鍵復(fù)位電路是非常必要的。本設(shè)計(jì)利用RC電路的延遲特性給出復(fù)位需要的低電平時(shí)間。上電瞬間，電容C0兩端電壓不能突變，通過電阻R0進(jìn)行充電，充電時(shí)間由RC乘積值決定，一般要求大于5個(gè)外部時(shí)鐘周期，為防止復(fù)位不完全，參數(shù)可選大一些，本設(shè)計(jì)中采用0.1μF電容和10KΩ電阻，時(shí)間常數(shù)為1ms，滿足系統(tǒng)復(fù)位要求。圖2-3所示電路連接除可以完成上電復(fù)位外還可以完成手動(dòng)復(fù)位。當(dāng)按鈕閉合時(shí)，電容C放電，使電容C上的電壓降為0，當(dāng)按鍵斷開時(shí)，電容的充電過程與上電復(fù)位類似。從而實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。圖2-3C8051F2.3.1.3JTAG電路在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，需要一個(gè)C8051F340仿真器，把在計(jì)算機(jī)上編譯并生成的HEX下載到C8051F340中，實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試C8051F340硬件和軟件。仿真器接口有兩端接口，其中一端與計(jì)算機(jī)的USB口相連，另一端與C8051F340的JTAG接口相連，這是一個(gè)10針的接口，其硬件連接如圖2-4所示。圖2-4C8051F2.3.1.4觸發(fā)源輸入電路如圖2-5所示，觸發(fā)源輸入電路是為外部觸發(fā)設(shè)計(jì)的。當(dāng)外部有一個(gè)低電平輸入時(shí)，就會(huì)觸發(fā)警示系統(tǒng)。系統(tǒng)就會(huì)調(diào)用SD卡上的警示信息，將語音信息傳輸給VS1003解碼輸出人聲語音并通過音響播放，同時(shí)將TXT文件上的文字信息通過串口傳輸給外部顯示模塊進(jìn)行顯示。目前警示系統(tǒng)是以按鍵代替外部觸發(fā)，但是實(shí)際使用時(shí)可以將按鍵改為外部觸發(fā)，比如主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器等設(shè)備。圖2-5外部觸發(fā)源輸入電路2.3.2MP3解碼電路MP3解碼電路包括時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，與單片機(jī)通信的串行輸入電路，串行輸出電路，時(shí)鐘電路等。2.3.2.1時(shí)鐘電路MP3解碼芯片VS1003需要一個(gè)12.228MHZ的晶振作為VS1003的時(shí)鐘。VS1003利用內(nèi)部的PLL將12.228MHZ的時(shí)鐘倍頻到更高的頻率，以適應(yīng)不同碼率的音頻解碼的需求。圖2-7VS1003時(shí)鐘電路2.3.2.2復(fù)位電路由于VS1003是低電平復(fù)位，所以將復(fù)位端口電平下拉。使得復(fù)位更加快速和精確。圖2-8VS1003復(fù)位電路2.3.3字符通信電路本設(shè)計(jì)的主要利用以MAX3232作為核心，將字符信息通過串口發(fā)送給外部的顯示設(shè)備。由于TTL電平的特殊性必須將單片機(jī)輸出的電平通過MAX3232轉(zhuǎn)化為EIA電平，以用作串行通信。圖2-9字符通信電路2.3.4SD卡讀取電路如圖2-10所示，SD卡有兩種模式，一種是SD卡模式，另一種是SPI模式。本設(shè)計(jì)采用的是SPI模式。因?yàn)镃8051F340有硬件SPI，而且采用SPI速度更快，能解碼更高碼率的音頻文件。圖2-10SD卡電路2.3.5手持話筒模塊手持話筒模塊主要是將MIC頭轉(zhuǎn)換出來的電信號(hào)進(jìn)行前級(jí)放大。為了低功耗設(shè)計(jì)，本論文設(shè)計(jì)了了按鍵，當(dāng)按鍵按下時(shí)，系統(tǒng)供電工作。并且當(dāng)系統(tǒng)供電時(shí)三極管導(dǎo)通將A位置電平拉低，輸出一個(gè)低電平，控制功放工作如圖2-11。圖2-11手持話筒模塊電路2.3.6功放模塊功放模塊包括音頻功放模塊、模擬開關(guān)模塊、電源供電模塊和控制模塊。2.3.6.1音頻功放模塊音頻功放模塊主要以TDA7377為核心，TDA7377是一種新技術(shù)AB類車用無線電放大器可以在雙橋梁或四單端配置方式下工作，常用在汽車收音機(jī)上。本設(shè)計(jì)使用TDA7377是為了將警示喊話更加清楚，使系統(tǒng)更加實(shí)用。低功耗設(shè)計(jì)方面，本系統(tǒng)利用TDA7377的待機(jī)功能使功放模塊的功耗降到很低。只有在有音頻輸入時(shí)才激活系統(tǒng)如圖2-12。圖2-12音頻功放模塊電路2.3.6.2模擬開關(guān)模塊如圖2-13所示模擬開關(guān)模塊使用HCF4052作為主要器件。HCF4052雙4-通道模擬多路復(fù)用/分解器，其內(nèi)部相當(dāng)于一個(gè)單刀雙擲開關(guān)。HCF4052有兩個(gè)控制端，可以控制4組兩路切換。本設(shè)計(jì)只使用兩路切換故將B控制端接地。圖2-13模擬開關(guān)模塊電路2.3.6.3供電模塊供電模塊是用于整個(gè)功放模塊供電。使用一個(gè)6A10二極管，可以防止電源反接。6A10的反向工作電壓達(dá)到1000V，而電源電壓只有12V，所以6A10可以保證功放模塊的正常運(yùn)行。圖2-14供電模塊電路2.3.6.4控制模塊如圖2-15所示控制模塊采用74LS00與非門作為核心器件。當(dāng)MIC頭有輸出或者有MP3輸出時(shí)，使輸出為高電平，控制TDA7377工作。圖2-15控制模塊電路2.4警示系統(tǒng)整體原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理圖采用AltiumDesignerSummer09軟件繪制，具體原理圖分別見附錄I。2.5警示系統(tǒng)整體PCB圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理圖均采用AltiumDesignerSummer09軟件繪制，具體原理圖分別見附錄II。第3章警示系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)完成之后，需要編寫相應(yīng)的應(yīng)用程序，本章主要分基于znFAT文件系統(tǒng)的SD卡讀取和基于VS1003的MP3解碼兩部分分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。3.1警示系統(tǒng)程序功能概述根據(jù)系統(tǒng)功能要求，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可主要分為兩大模塊：基于znFAT文件系統(tǒng)的SD卡讀取和MP3解碼部分，具體功能描述如下。1、實(shí)現(xiàn)SD文件系統(tǒng)的基本功能，讀取和儲(chǔ)存，本設(shè)計(jì)主要用到讀取部分；2、實(shí)現(xiàn)基于SPI的MP3解碼；3、實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器開斷；4、實(shí)現(xiàn)對(duì)觸發(fā)源輸入的及時(shí)響應(yīng)；3.2警示系統(tǒng)程序總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序流程圖如圖3-1所示，程序結(jié)構(gòu)圖如3-2所示。主程序主要包括觸發(fā)源判斷，znFAT文件系統(tǒng)，MP3解碼，觸發(fā)源判斷等3個(gè)主要部分。圖3-1系統(tǒng)程序流程圖圖3-2程序結(jié)構(gòu)圖3.3警示系統(tǒng)程序詳細(xì)設(shè)計(jì)3.3.1基于ZNFAT的SD卡文件系統(tǒng)3.3.1.1znFAT代碼結(jié)構(gòu)主體：znFAT的具體實(shí)現(xiàn)。znFAT.h是對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、宏的定義，以及對(duì)使用者可調(diào)用的功能函數(shù)的聲明。znFAT.c是對(duì)功能函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)。移植相關(guān)：znFAT的移植相關(guān)文件。mytype.h中對(duì)類型進(jìn)行重定義。deviceio.c對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備物理扇區(qū)讀寫驅(qū)動(dòng)進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn)。config.h對(duì)znFAT進(jìn)行一些配置。其它頭文件：cc_macro.h是znFAT中的功能函數(shù)依賴關(guān)系的定義。gb2uni.h是znFAT中GB2312向UNICODE轉(zhuǎn)換的映射表。deviceio.h此文件向znFAT提供扇區(qū)讀寫驅(qū)動(dòng)接口函數(shù)的聲明。template.hznFAT中用于實(shí)現(xiàn)格式化功能的模板數(shù)據(jù)。圖3-3znFAT的代碼結(jié)構(gòu)3.3.1.2znFAT移植方法znFAT的移植其實(shí)非常簡(jiǎn)單，前提是已經(jīng)有了現(xiàn)成的，較為成熟穩(wěn)定的存儲(chǔ)設(shè)備扇區(qū)讀寫等驅(qū)動(dòng)函數(shù)。重新定義數(shù)據(jù)類型，如圖3-4所示。圖3-4重新定義數(shù)據(jù)類型根據(jù)硬件平臺(tái)實(shí)際的數(shù)據(jù)類型對(duì)mytype.h中的類型進(jìn)行重新定義，包括無符號(hào)整型、有符號(hào)整形與固化數(shù)據(jù)的ROM類型。通過deviceio.c將存儲(chǔ)設(shè)備驅(qū)動(dòng)函數(shù)與znFAT標(biāo)準(zhǔn)物理接口進(jìn)行接駁，包括存儲(chǔ)設(shè)備初始化、單扇區(qū)讀取、單扇區(qū)寫入[多扇區(qū)連續(xù)讀取與寫入，多扇區(qū)連續(xù)清0]。1、加入存儲(chǔ)設(shè)備驅(qū)動(dòng)頭文件，如圖3-5。圖3-5加入存儲(chǔ)設(shè)備驅(qū)動(dòng)頭文件2、將存儲(chǔ)設(shè)備初始化函數(shù)與znFAT_Device_Init函數(shù)接駁，如圖3-6。圖3-6將存儲(chǔ)設(shè)備初始化函數(shù)與znFAT_Device_Init函數(shù)接駁除了將實(shí)際存儲(chǔ)設(shè)備的初始化函數(shù)加入接口函數(shù)znFAT_Device_Init中，此函數(shù)中其它代碼請(qǐng)不要改動(dòng)（以下同理）。并且最好按函數(shù)中的格式來寫，在有多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的情況下，可以方便地知道每一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的初始化成功與否。將扇區(qū)讀取驅(qū)動(dòng)函數(shù)與znFAT_Device_Read_Sector函數(shù)進(jìn)行接駁，如圖3-7。圖3-7將扇區(qū)讀取驅(qū)動(dòng)函數(shù)與znFAT_Device_Read_Sector函數(shù)進(jìn)行接駁（4）將扇區(qū)寫入驅(qū)動(dòng)函數(shù)與znFAT_Device_Write_Sector函數(shù)進(jìn)行接駁，如圖3-8。圖3-8將扇區(qū)寫入驅(qū)動(dòng)函數(shù)與znFAT_Device_Write_Sector函數(shù)進(jìn)行接駁（5）將多扇區(qū)連續(xù)讀取驅(qū)動(dòng)函數(shù)與znFAT_Device_Read_nSector函數(shù)進(jìn)行接駁，如圖3-9。圖3-9將多扇區(qū)連續(xù)讀取驅(qū)動(dòng)函數(shù)與znFAT_Device_Read_nSector函數(shù)進(jìn)行接駁znFAT中的多扇區(qū)連續(xù)讀取驅(qū)動(dòng)接口函數(shù)采用了兩種實(shí)現(xiàn)方式，使用者可以通過修改config.h中的相應(yīng)宏選擇使用哪種實(shí)現(xiàn)方式。config.h中的宏如圖3-10。圖3-10多扇區(qū)連續(xù)讀取驅(qū)動(dòng)接口函數(shù)選擇如果這個(gè)宏被注釋，則采用單扇區(qū)讀取驅(qū)動(dòng)+循環(huán)的實(shí)現(xiàn)方式；否則，將采用硬件級(jí)的多扇區(qū)連續(xù)讀取驅(qū)動(dòng)，此地，使用者必須提供存儲(chǔ)設(shè)備的多扇區(qū)連續(xù)讀取驅(qū)動(dòng)函數(shù)。（6）將多扇區(qū)連續(xù)寫入驅(qū)動(dòng)函數(shù)與znFAT_Device_Write_nSector函數(shù)進(jìn)行接駁（與V同理，config.h中對(duì)應(yīng)的宏為#defineUSE_MULTISEC_W）（7）將多扇區(qū)連續(xù)清零驅(qū)動(dòng)函數(shù)與znFAT_Device_Clear_nSector函數(shù)進(jìn)行接駁（與5與6同理，config.h中對(duì)應(yīng)的宏為#defineUSE_MULTISEC_CLEAR）以上就是znFAT的移植方法。通過此方法將znFAT文件系統(tǒng)移植到C8051F340上。自定義初始化和接口函數(shù)如下。sbitSD_SCL=P0^0;//SD卡同步時(shí)鐘輸入sbitSD_SI=P0^2;//SD卡同步數(shù)據(jù)輸入sbitSD_CS=P0^3;//SD卡片選 輸入sbitSD_SO=P0^1;//SD卡同步數(shù)據(jù)輸出#defineDELAY_TIME2000//SD卡的復(fù)位與初始化時(shí)SPI的延時(shí)參數(shù)，根據(jù)實(shí)際速率修改其值，否則會(huì)造成SD卡復(fù)位或初始化失敗#defineTRY_TIME200//向SD卡寫入命令之后，讀取SD卡的回應(yīng)次數(shù)，即讀TRY_TIME次，如果在TRY_TIME次中讀不到回應(yīng)，產(chǎn)生超時(shí)錯(cuò)誤，命令寫入失敗//錯(cuò)誤碼定義//#defineINIT_CMD0_ERROR0x01//CMD0錯(cuò)誤#defineINIT_CMD1_ERROR0x02//CMD1錯(cuò)誤#defineWRITE_BLOCK_ERROR0x03//寫塊錯(cuò)誤#defineREAD_BLOCK_ERROR0x04//讀塊錯(cuò)誤////函數(shù)聲明unsignedcharSD_Reset();unsignedcharSD_Init();unsignedcharSD_Write_Sector(unsignedlongaddr,unsignedchar*buffer);unsignedcharSD_Read_Sector(unsignedlongaddr,unsignedchar*buffer);#endif3.3.2MP3解碼程序設(shè)計(jì)MP3解碼程序主要包括VS1003驅(qū)動(dòng)部分和SPI通信部分。VS1003驅(qū)動(dòng)部分，MCU初始化完成后，當(dāng)有觸發(fā)源輸入時(shí)，清空VS1003緩存，調(diào)用語音文件。其中初始化函數(shù)包括端口初始化、時(shí)鐘初始化、中斷初始化。SPI通信部分，先SPI初始化，然后VS1003與單片機(jī)握手，建立連接。建立連接后，傳輸數(shù)據(jù)，待數(shù)據(jù)傳輸完畢后，釋放連接。3.3.2.1VS1003驅(qū)動(dòng)程序VS1003的驅(qū)動(dòng)程序包括端口初始化，VS1003初始化，向VS1003寫字節(jié)，從VS1003讀字節(jié)，向VS1003發(fā)送音頻數(shù)據(jù)，清空VS1003的數(shù)據(jù)緩存等。1、初始化（1）端口初始化sbitVS_XDCS=P2^1;//數(shù)據(jù)片選sbitVS_XCS=P2^2;//片選信號(hào)sbitVS_XRESET=P2^6;//復(fù)位信號(hào)sbitVS_DREQ=P2^0;//數(shù)據(jù)請(qǐng)求（2）VS1003初始化VS_XRESET=1;delay(100);VS_XRESET=0;delay(100);VS_XRESET=1;//硬件復(fù)位，XRESET低電平有效delay(100);VS_Write_Reg(0x00,0x08,0x04);//軟件復(fù)位，向0號(hào)寄存器寫入0x0804SM_SDINEW為1SM_RESET為1VS_Write_Reg(0x03,0x98,0x00);//時(shí)鐘設(shè)置，向3號(hào)寄存器寫入0x9800SC_MULT為4SC_ADD為3SC_FREQ為0VS_Write_Reg(0x0b,0x00,0x00);//音量設(shè)置，左右聲道均最大音量VS_XDCS=0; //打開數(shù)據(jù)片選，注意此時(shí)XCS（片選）為高電平，SDI有效SPI_WriteByte(0);//寫入數(shù)據(jù)，這里寫入4個(gè)0，是無關(guān)數(shù)據(jù)，用來啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸SPI_WriteByte(0);SPI_WriteByte(0);SPI_WriteByte(0);VS_XDCS=1; //關(guān)閉數(shù)據(jù)片選，SDI無效2、其他驅(qū)動(dòng)voidVS_Write_Reg(unsignedcharaddr,unsignedcharhdat,unsignedcharldat);//向VS1003的功能寄存器寫入一個(gè)字unsignedintVS_Read_Reg(unsignedcharaddr);//從VS1003的功能寄存器讀取一個(gè)字voidVS_Send_Dat(unsignedchardat);//向VS1003發(fā)送音頻數(shù)據(jù)voidVS_Flush_Buffer();//清空VS1003的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)voidVS_sin_test(unsignedcharx);//正弦測(cè)試3.3.3.2SPI通信程序SPI通信程序流程圖如圖3-10所示。圖3-11SPI通信流程圖1、初始化初始化包括端口初始化、中斷初始化、SPI初始化、UART初始化、參考電平初始化等。具體初始化過程如下。（1）端口初始化配置P0.0、P0.1、P0.2、P0.3為SPI總線端口。其中P0.0為SCK，數(shù)字輸入，開漏輸出；P0.1為MISO，數(shù)字輸入，上拉輸出；P0.2為MOSI，數(shù)字輸入，開漏輸出；P0.3為NSS，數(shù)字輸入，開漏輸出。配置P0.4、P0.5為UART1端口。其中P0.4為TX1，數(shù)字輸入，上拉輸出；P0.5為RX1，數(shù)字輸入，開漏輸出。（2）中斷初始化IE=0xC0; //開總中斷及SPI中斷EIE2=0x02; //置位ART1中斷允許位（3）SPI初始化SPI0CN=0x05; //設(shè)四線從方式，且使能SPISPI0CKR=0x17; //設(shè)置SPI0的時(shí)鐘頻率為1M（4）UART初始化SBRLL1=0x1E; //UART波特率發(fā)生器低字節(jié)SBRLH1=0xF6; //UART波特率發(fā)生器高字節(jié)SCON1=0x10;SBCON1=0x43; //波特率發(fā)生器使能，預(yù)分頻1（5）定時(shí)器初始化TCON=0x40;//定時(shí)器1使能TMOD=0x20;//使用方式2，8位自動(dòng)重裝載的定時(shí)器CKCON=0x02;//時(shí)鐘預(yù)置分頻2TH1=0x98;//定時(shí)器1高字節(jié)初始化3.3.4觸發(fā)源判斷程序do{ if(!IO_IN1)//判斷觸發(fā)源一是否有輸入 {Delay_ms（200）//延時(shí)200ms if(!IO_IN1)//再次判斷觸發(fā)源是否有輸入 { JDQ1=1;//繼電器吸合 strcpy((void*)mp3_name,"\\Y0000000.mp3");//調(diào)用Y0000000.MP3 strcpy((void*)char_name,"\\C0000000.txt");//調(diào)用C00000000.txt MP3_Play();//MP3播放 Char_Display();//將文字發(fā)送到LCD屏播放 } } elseif(!IO_IN2)//判斷觸發(fā)源二是否有輸入 { Delay_ms(200)//延時(shí)200ms elseif(!IO_IN2)//再次判斷觸發(fā)源是否有輸入 { JDQ2=1;//繼電器二吸合 strcpy((void*)mp3_name,"\\Y0000001.mp3");/調(diào)用Y0000000.MP3 strcpy((void*)char_name,"\\C0000001.txt");//調(diào)用C00000000.txt MP3_Play();//MP3播放 Char_Display();//將文字發(fā)送到LCD屏播放} }}while(1);}3.4警示系統(tǒng)程序代碼系統(tǒng)程序代碼在KeiluVision4環(huán)境下編寫，具體程序代碼分別見附錄Ⅲ。第4章調(diào)試與分析在完成硬件和軟件的設(shè)計(jì)之后，本章著重講述的是如何調(diào)試，并對(duì)調(diào)試的結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的記錄和分析。4.1調(diào)試目的調(diào)試的目的是驗(yàn)證系統(tǒng)各部分功能，具體如下。1、驗(yàn)證觸發(fā)源觸發(fā)效果；2、驗(yàn)證SD卡讀??；3、驗(yàn)證語音播放；4、驗(yàn)證繼電器的啟動(dòng)；5、驗(yàn)證串口通信；6、驗(yàn)證警示系統(tǒng)。4.2調(diào)試方案1、將按鍵按下，用示波器或者萬用表測(cè)試端口電平。2、在操作SD卡時(shí)，在SD卡掛載成功口加串口打印函數(shù)，將掛載成功和SD卡讀取成功通過串口顯示出來，并將讀取的SD卡信息通過串口發(fā)送出來在串口助手上顯示。3、當(dāng)SD卡掛載和讀取成功過后，將MP3語音文件通過電腦復(fù)制到SD卡。然后通過調(diào)用MP3語音文件，通過SPI發(fā)送給VS1003播放,聽音響是否有聲音傳出。4、當(dāng)觸發(fā)源輸入是低電平時(shí)，觀察繼電器是否吸合。吸合時(shí)有吸合聲，并伴隨LED小燈亮。5、在SD卡掛載和讀取都成功過后，將TXT文本文檔復(fù)制到SD卡中。通過調(diào)用SD卡上的文本文件，通過串口發(fā)送給電腦，在串口助手上顯示。6、在上述步驟都已完成的情況下，連接外部顯示LCD屏和音響。通過觸發(fā)按鍵，觀察LCD的顯示和語音的播放。4.3調(diào)試結(jié)果4.3.1觸發(fā)源測(cè)試在硬件連接好后，系統(tǒng)上電，用示波器測(cè)試觸發(fā)效果。結(jié)果顯示觸發(fā)正常迅速。結(jié)果如圖4-1所示。圖4-1觸發(fā)源輸入測(cè)試4.3.2SD卡讀取調(diào)試將程序燒錄到單片機(jī)中，利用串口將SD卡掛載成功的信息傳到電腦上。原理是在每次操作SD卡時(shí)，調(diào)用一次調(diào)試程序?qū)D消息（SD卡讀取OK和SD卡掛載OK）通過串口傳出，如圖4-2所示。圖4-2SD卡讀取測(cè)試4.3.3語音播放測(cè)試將音響接線連接到系統(tǒng)的音頻接口，再給系統(tǒng)上電。最后在觸發(fā)源輸入低電平，聽音響發(fā)出語音。結(jié)果是音響正常發(fā)出語音如圖4-3。圖4-3語音測(cè)試用的號(hào)角喇叭4.3.4繼電器啟動(dòng)測(cè)試硬件連接好后，運(yùn)行程序，觸發(fā)源輸入低電平，觀察繼電器是否吸合，小燈是否亮起。結(jié)果是有繼電器吸合聲，小燈亮起，表明繼電器正常啟動(dòng)如圖4-4。圖4-4繼電器啟動(dòng)測(cè)試4.3.5串口通信測(cè)試硬件連接好后，運(yùn)行程序，打開窗口助手，接受數(shù)據(jù)。觀察數(shù)據(jù)是否為SD卡上所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。測(cè)試結(jié)果正常，如圖4-5所示，收到字符內(nèi)碼數(shù)據(jù)（A3B1BAC5C9DACEBBB1A8B8E6B1A9D3FCA1A1A1A1A圖4-5串口通信4.3.6整體功能測(cè)試硬件連接好后，將外部的音響和LED顯示屏都接到系統(tǒng)上。上電，運(yùn)行程序。觸發(fā)源輸入低電平。觀察外部顯示屏是否有信息顯示，音響是否有語音警示。測(cè)試結(jié)果正常，系統(tǒng)運(yùn)行正常。運(yùn)行情況如圖4-6，4-7，4-8和4-9所示。圖4-6系統(tǒng)整體展示之一圖4-7系統(tǒng)整體展示之二圖4-8系統(tǒng)整體展示之三圖4-9系統(tǒng)整體展示之四4.4調(diào)試問題與分析在系統(tǒng)的調(diào)試過程中，產(chǎn)生了許許多多的問題。下面就對(duì)這些問題進(jìn)行分析，以及給出相應(yīng)的解決方法。1、觸發(fā)源誤觸發(fā)有可能是硬件的原因，也有可能是軟件的原因，由于硬件是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，就先對(duì)硬件進(jìn)行了檢查。為避免誤觸發(fā)，在硬件上進(jìn)行了改進(jìn)。在測(cè)試過程中，發(fā)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)端口進(jìn)行上拉后，誤觸發(fā)明顯減少。由于觸發(fā)源沒有硬件濾波，系統(tǒng)電平波動(dòng)也有可能造成誤觸發(fā)。鑒于上述情況，對(duì)軟件進(jìn)行了改進(jìn)。在觸發(fā)源判斷中加延時(shí)，加2次判斷。經(jīng)測(cè)試誤觸發(fā)基本可以避免。結(jié)論：為了避免單片機(jī)端口的誤輸入，一定要加硬件濾波或者軟件濾波。更加保險(xiǎn)的辦法是將端口上拉或者下拉，使得輸入更加準(zhǔn)確。2、SPI通信未能成功再次檢查硬件線路連接和程序代碼無誤后，初步判斷是單片機(jī)被燒掉。在一塊好的單片機(jī)上編寫測(cè)試程序，分別給目標(biāo)最小系統(tǒng)的每個(gè)I/O口置高和置低，然后單步運(yùn)行程序，用萬用表測(cè)量目標(biāo)系統(tǒng)板的每個(gè)I/O口，發(fā)現(xiàn)一切正常。最后，在程序中的從機(jī)片選信號(hào)有效后設(shè)個(gè)斷點(diǎn)，運(yùn)行程序至斷點(diǎn)，再用萬用表測(cè)相應(yīng)引腳電平，發(fā)現(xiàn)依然是高電平(而實(shí)際應(yīng)該是低電平)，找到問題所在，再檢查程序中的I/O端口配置，發(fā)現(xiàn)輸出口未配置成上拉而配成了開漏，修改配置后SPI通信就正常了。結(jié)論：C8051F340的I/O輸入要配置為開漏，輸出要配置為上拉（若不接上拉電阻的情況下），此外，以后檢查程序時(shí)不能忘了檢查初始化配置。3、串口通信不成功在測(cè)試時(shí)由于沒有將串口的接地引腳共地，而是將串口兩端的接地引腳分別接地。造成串口無法正常發(fā)送數(shù)據(jù)。通過檢查發(fā)現(xiàn)就算是同一個(gè)供電源也要將串口的接地引腳接到一起共地。結(jié)論：串口通信接地引腳必須共地，不然無法正常通信。第5章結(jié)論與展望最后本章對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，并提出相應(yīng)的不足之處與改進(jìn)方法。5.1結(jié)論在硬件設(shè)計(jì)上，本設(shè)計(jì)完成了SD卡讀取模塊、C8051F340最小系統(tǒng)、串口通信模塊、MP3解碼模塊等設(shè)計(jì)。在軟件上，實(shí)現(xiàn)了基于znFAT文件系統(tǒng)、基于VS1003的MP3解碼、串口字符通信等功能?？傊驹O(shè)計(jì)基本完成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我對(duì)基于SD卡的文件系統(tǒng)、C8051系列的增強(qiáng)型單片機(jī)、SPI總線通信、MP3語音播放有了更深刻的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的東西，這不僅加強(qiáng)了我的動(dòng)手能力，而且也增強(qiáng)了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。為期一個(gè)半月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)新事物的了解，學(xué)習(xí)及應(yīng)用能力都有了明顯的提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不但開闊了視野，而且對(duì)書上的理論知識(shí)有了更加深層次的理解?？傊@次畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐使我受益良多，認(rèn)識(shí)到自己有很多不足之處：基礎(chǔ)還不夠扎實(shí)，運(yùn)用知識(shí)的能力還不強(qiáng)，考慮問題不夠到位等等。所以在以后的學(xué)習(xí)當(dāng)中，我還需要更加努力地充實(shí)自己，不斷提高本身的理論素養(yǎng)和實(shí)踐動(dòng)手能力。5.2展望整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本完成了它的功能，但由于它還存在很多不足之處，所以，這里列舉了一些改進(jìn)的方法，使系統(tǒng)的功能更加趨于完善，并能使系統(tǒng)更有實(shí)用價(jià)值。1、可以將以太網(wǎng)通信加上，使得系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程的警示和控制功能。2、可以將各種傳感器模塊加上，使得系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更加廣泛。3、本設(shè)計(jì)還可以加上攝像機(jī)，通過以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，將圖像信息傳到中心機(jī)房，可以使系統(tǒng)的預(yù)警功能更加強(qiáng)大。4、可以將警示或報(bào)警信息通過個(gè)分機(jī)之間的通信傳到中心機(jī)房，還可以將信息存儲(chǔ)到SD卡或分機(jī)中，以便以后提取證據(jù)或者分析數(shù)據(jù)。參考文獻(xiàn)[1]李顯軍.道口報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J],北京:鐵路技術(shù)創(chuàng)新,2004,3:5-6.[2]李玲桂.國外平交道口的安全措施[J],北京:鐵道知識(shí),2005,2:22-23.[3]王夢(mèng)琛.站內(nèi)道口微機(jī)自動(dòng)通知系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J],北京:鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)1997,3:30-32.[4]A.Mirabadi,N.Mort,F.Schmid,ApplicationofSensorFusiontoRailwaySystem,Proceedingsofthe1996IEEE/SICE/RSJInternationalConferenceofMultisensorFusionandIntegrationforIntelligentSystem,1996:1-6.[5]邊春元等編著.單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)實(shí)用子程序[M].人民郵電出版社.2005:10-198.[6]張毅坤等編著.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社.1997:1-80.[7]高吉祥主編.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽培訓(xùn)系列教程[M].電子工業(yè)社.2007:1-60.[8]康華光，陳大欽，張林.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社.2006.1:1-80.[9]張鐵壁，張學(xué)軍.無人值守火車道口報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J],河北：信息化技術(shù)與控制.2009:1-3.[10]邊春元等編著.單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)實(shí)用子程序[M].人民郵電出版社.2005:1-58.[11]孟慧霞，呂書勇.基于ARM的SD卡文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]，河南：通信技術(shù).2009:1-5.[12]C8051F34xDataManual[M].SiliconLaboratorie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PCA0MD&=~0x40;//看門狗失效Init_Device();//C8051F340處理器初始化znFAT_Device_Init();//存儲(chǔ)設(shè)備初始化pArg=&Init_Arg_SDCARD; //指針指向SD卡文件系統(tǒng)參數(shù)集合，znFAT將從這個(gè)集合中獲取參數(shù)Dev_No=SDCARD;//設(shè)備號(hào)為SDCARD，znFAT依照此設(shè)備號(hào)選擇存儲(chǔ)設(shè)備驅(qū)動(dòng) Delayms(20);znFAT_Init(); //文件系統(tǒng)初始化Delayms(20); QIEHUAN=0; YJKD_flag=0; VS_Reset();//VS1003復(fù)位初始化do{ if(！IO_IN1) { JDQ1=1; strcpy((void*)mp3_name,"\\Y0000000.mp3"); strcpy((void*)char_name,"\\C0000000.txt"); MP3_Play(); Char_Display(); } elseif(！IO_IN2) { JDQ2=1; strcpy((void*)mp3_name,"\\Y0000001.mp3"); strcpy((void*)char_name,"\\C0000001.txt"); MP3_Play(); Char_Display(); } }while(1);}znFAT.c程序代碼如下。#include"znfat.h"#include"sd.h"http://存儲(chǔ)設(shè)備的扇區(qū)讀寫驅(qū)動(dòng)，這里是SD卡//#include"ch375.h" //存儲(chǔ)設(shè)備的扇區(qū)讀寫驅(qū)動(dòng)，這里是U盤//#include"cf.h"#include"string.h"externunsignedcharSTOP_FLAG;/***************************************************************************************************************///全局變量定義structdirentrytemp_rec;INT8temp_dir_name[13];UINT32temp_dir_cluster;UINT32temp_last_cluster;UINT8znFAT_Buffer[512];//扇區(qū)數(shù)據(jù)讀寫緩沖區(qū),由外部提供/******************************************************************-功能描述：znFAT的存儲(chǔ)設(shè)備初始化函數(shù)-隸屬模塊：znFAT文件系統(tǒng)模塊-函數(shù)屬性：外部（用于對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行初始化）-參數(shù)說明：無-返回說明：無-注：在調(diào)znFAT其它函數(shù)之前，必須先對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行成功的初始化。******************************************************************/voidznFAT_Device_Init(){SD_Reset();SD_Init();}/**************************************************************************-功能描述：獲取剩余容量-隸屬模塊：znFAT文件系統(tǒng)模塊-函數(shù)屬性：外部，使用戶使用-參數(shù)說明：無-返回說明：剩余容量，單位字節(jié)-注：從FSInfo中讀取空閑簇?cái)?shù)，而從計(jì)算得到剩余的容量，單位字節(jié)***********************************************************************/#ifdefznFAT_GET_REMAIN_CAPUINT32znFAT_Get_Remain_Cap(void){znFAT_ReadSector(1+pArg->BPB_Sector_No,znFAT_Buffer);if(((structFSInfo*)znFAT_Buffer)->Free_Cluster[0]==0xff&&((structFSInfo*)znFAT_Buffer)->Free_Cluster[1]==0xff&&((structFSInfo*)znFAT_Buffer)->Free_Cluster[2]==0xff&&((structFSInfo*)znFAT_Buffer)->Free_Cluster[3]==0xff)returnpArg->Total_Size;elsereturnLE2BE(((structFSInfo*)znFAT_Buffer)->Free_Cluster,4)*pArg->SectorsPerClust*pArg->BytesPerSector;}#endif-功能描述：從文件某一位置讀取一定長度的數(shù)據(jù)，由pfun所指向的函數(shù)來處理-隸屬模塊：znFAT文件系統(tǒng)模塊-函數(shù)屬性：外部，使用戶使用-參數(shù)說明：pfi:FileInfoStruct類型的結(jié)構(gòu)體指針，用于裝載文件參數(shù)信息，文件讀取的過程中，此結(jié)構(gòu)體中的相關(guān)參數(shù)會(huì)更新，比如文件的當(dāng)前偏移量、文件的當(dāng)前扇區(qū)，文件的當(dāng)前簇等等offset:要定位的偏移量，要小于文件的大小len:要讀取的數(shù)據(jù)的長度，如果len+offset大于文件的大小，則實(shí)際讀取的數(shù)據(jù)量是從offset開始到文件結(jié)束pfun:對(duì)讀取的數(shù)據(jù)的處理函數(shù)，pfun指向處理函數(shù)，這樣可以靈活的配置數(shù)據(jù)如何去處理，比如是放在緩沖區(qū)中，還是把數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送出去，只需要pfun去指向相應(yīng)的處理函數(shù)可以了-返回說明：讀取到的實(shí)際的數(shù)據(jù)長度，如果讀取失敗，比如指定的偏移量大于了文件大小，則返回0-注：在讀取一個(gè)文件的數(shù)據(jù)前，必須先將該文件用znFAT_Open_File打開**************************************************************************/#ifdefZNFAT_READ_FILEXUINT32znFAT_Read_FileX(structFileInfoStruct*pfi,UINT32offset,UINT32len,void(*pfun)(UINT8)){ UINT32i,j,k,temp; UINT32counter=0; if(offset<pfi->FileSize) { if(offset+len>pfi->FileSize)len=pfi->FileSize-offset; znFAT_Seek_File(pfi,offset); znFAT_ReadSector(pfi->FileCurSector,znFAT_Buffer); for(i=pfi->FileCurPos;i<pArg->BytesPerSector;i++) { if(counter>=len) { returnlen; } (*pfun)(znFAT_Buffer[i]); counter++; pfi->FileCurPos++; pfi->FileCurOffset++; } if(pfi->FileCurSector-(SOC(pfi->FileCurCluster))!=(pArg->SectorsPerClust-1)) { for(j=pfi->FileCurSector+1;j<(SOC(pfi->FileCurCluster))+pArg->SectorsPerClust;j++) { znFAT_ReadSector(j,znFAT_Buffer); pfi->FileCurSector=j; for(i=0;i<pArg->BytesPerSector;i++) { if(counter>=len) { returnlen; } (*pfun)(znFAT_Buffer[i]); counter++; pfi->FileCurPos++; pfi->FileCurOffset++; } } } temp=(len-counter)/(pArg->BytesPerSector*pArg->SectorsPerClust); for(k=0;k<temp;k++) { pfi->FileCurCluster=znFAT_GetNextCluster(pfi->FileCurCluster); for(j=(SOC(pfi->FileCurCluster));j<(SOC(pfi->FileCurCluster))+pArg->SectorsPerClust;j++) { znFAT_ReadSector(j,znFAT_Buffer); pfi->FileCurSector=j; for(i=0;i<pArg->BytesPerSector;i++) { if(counter>=len) { returnlen; } (*pfun)(znFAT_Buffer[i]); counter++; pfi->FileCurOffset++; pfi->FileCurPos++; pfi->FileCurPos%=pArg->BytesPerSector; } } } pfi->FileCurCluster=znFAT_GetNextCluster(pfi->FileCurCluster); temp=(SOC(pfi->FileCurCluster))+((len-counter)/pArg->BytesPerSector); pfi->FileCurSector=(SOC(pfi->FileCurCluster)); for(j=(SOC(pfi->FileCurCluster));j<temp;j++) { znFAT_ReadSector(j,znFAT_Buffer); pfi->FileCurSector=j; for(i=0;i<pArg->BytesPerSector;i++) { if(counter>=len) { returnlen; } (*pfun)(znFAT_Buffer[i]); counter++; pfi->FileCurPos++; pfi->FileCurPos%=pArg->BytesPerSector; pfi->FileCurOffset++; } } pfi->FileCurSector=j; znFAT_ReadSector(pfi->FileCurSector,znFAT_Buffer); temp=len-counter; for(i=0;i<temp;i++) { if(counter>=len) { returnlen; } (*pfun)(znFAT_Buffer[i]); counter++; pfi->FileCurPos++; pfi->FileCurPos%=pArg->BytesPerSector; pfi->FileCurOffset++; } } else { len=0; } returnlen;}#endif-功能描述：文件重命名-隸屬模塊：znFAT文件系統(tǒng)模塊-函數(shù)屬性：外部，使用戶使用-參數(shù)說明：filename:將要重命名的源文件的路徑如\a.txtnewfilename:目標(biāo)文件名如b.txt(注目標(biāo)文件名是單純的文件名，不含路徑)-返回說明：1:源文件打開打敗0:成功-注：無**************************************************************************/#ifdefZNFAT_RENAME_FILEUINT8znFAT_Rename_File(CONSTINT8*filename,CONSTINT8*newfilename){structFileInfoStructfi;UINT8i=0,j=0;if(znFAT_Open_File(&fi,filename,0,1))return1;//文件打開失敗znFAT_ReadSector(fi.Rec_Sec,znFAT_Buffer);for(i=0;i<11;i++)(znFAT_Buffer+fi.nRec)[i]=0x20;i=0;while(newfilename[i]!='.'){(znFAT_Buffer+fi.nRec)[i]=L2U(newfilename[i]);i++;}i++;while(newfilename[i]){(znFAT_Buffer+fi.nRec+8)[j]=L2U(newfilename[i]);i++;j++;}znFAT_WriteSector(fi.Rec_Sec,znFAT_Buffer);return0;}#endif/**************************************************************************-功能描述：文件關(guān)閉-隸屬模塊：znFAT文件系統(tǒng)模塊-函數(shù)屬性：外部，使用戶使用-參數(shù)說明：pfi:指向當(dāng)前打開的文件的文件信息結(jié)構(gòu)-返回說明：0:成功-注：無**************************************************************************/#ifdefZNFAT_FILE_CLOSEUINT8znFAT_File_Close(structFileInfoStruct*pfi){UINT16i=0; for(i=0;i<sizeof(structFileInfoStruct);i++){((UINT8*)p