基于STM的聲源定位裝置(完整資料)

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目錄基于STM的聲源定位裝置(完整資料）(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）TOC\o”1—3”\ｈ\z\ｕ1前言ＰAGＥREＦ_Tｏc７6841HYPERLINＫ\l_Toc13２５12總體方案設(shè)計(jì)PAGEＲEF＿Toc1３25１3ＨYＰEＲLINK\l_Toc３9５22.1方案比較PＡGERＥF_Tｏｃ3952３HYＰERLＩNＫ\l_Toc151962.1。1聲源信號(hào)產(chǎn)生方案ＰAＧERＥF_Ｔoc15１963HＹPERLINK\l_Tｏc31150２．1。2聲源的選擇PAGＥRＥF_Toc３１１5032。1.3坐標(biāo)解算方案ＰＡＧEＲEF_Toc15269４2．2方案選擇PAGEREF＿Toc300624HＹＰＥRＬIＮK\l＿Toc96５33單元模塊設(shè)計(jì)PＡGEREF_Toc9653６HYPERLINK\l_Ｔｏc9７083.１各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)PＡGＥREF_Toc970863。１。1555構(gòu)成的多諧振蕩器電路ＰＡGEREＦ＿Tｏc１3３96６３。1。2電源電路設(shè)計(jì)ＰＡＧＥREF＿Ｔoc２1８５４7HYＰＥRLＩＮK\l_Ｔoｃ248７83.１．3自動(dòng)增益控制電路設(shè)計(jì)PAGEREF＿Toc2４8787３.1。４有源二低通濾波電路ＰAGEＲEF_Toc138００83。1.5有源二階高通濾波電路ＰAＧEREＦ＿Toc1649０9ＨYPＥRLINK\l_Toc２95083．1。6SＴM32Ｆ１03最小系統(tǒng)電路PAＧEREＦ_Toｃ29５0810３.1.7液晶顯示電路PAGERＥF_Ｔoc2413511ＨYPERLINK\l_Toｃ252063.1。８電平轉(zhuǎn)換電路ＰAGEREF_Ｔoｃ25２０６123.２電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇PＡＧEＲEＦ＿Ｔoｃ2213413３。2。1電源電路參數(shù)的計(jì)算ＰAＧEREF_Toc１８49５13HＹPＥRLIＮＫ\l_Ｔoｃ23３５２3。2。2５5５定時(shí)器外圍元件參數(shù)的計(jì)算ＰＡGＥREF_Tｏc23３５2143。2.3音源坐標(biāo)位置的計(jì)算PAＧEREＦ＿Ｔoc１３372153.2.３元器件的選擇PAGＥREF＿Ｔoｃ２114２1７HYPＥRLＩNＫ\l_Toc７62３3.３特殊器件的介紹PＡGEREF_Ｔoc762３１9ＨYＰERLINＫ\l_Tｏc87443。3。1STＭ３2F１０3單片機(jī)介紹PAGEＲEＦ_Toｃ８74419HYPERLIＮK\l_Tｏc64２23.3.2IＬＩ9320液晶簡(jiǎn)介ＰAGEREF_Tｏｃ642221HYPEＲLIＮK\l＿Toｃ1799２3。３。３ＶCＡ８10簡(jiǎn)介ＰＡGEＲEＦ_Toc1７992２４4軟件設(shè)計(jì)PAGEREF_Ｔｏc2８2１12６4.1軟件設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境介紹PAGＥRＥF＿Tｏc3062526HYPＥRLINK\l_Ｔoc26８094.1。１編程軟件開發(fā)環(huán)境介紹ＰAGEＲEF＿Toｃ2680926HＹPＥRＬINK\l＿Toc313574。1。2繪圖軟件開發(fā)環(huán)境介紹PＡＧＥRＥF_Toｃ31３57２7ＨＹＰERＬIＮK\l＿Toｃ119０2４.２軟件設(shè)計(jì)流程圖ＰAGEREF_Toc1190228HYＰERLINK\l＿Toc197774．２。1主程序流程圖PＡGＥRＥF_Ｔoc１9７7728HＹPＥRLIＮK\l_Toc7３1８4.2.1液晶初始化流程圖ＰAGＥRＥF＿Tｏc73１８2９HYPERLＩNK\l_Ｔoc2２511４。2.2ＡDC初始化流程圖ＰAGEREF＿Toｃ2２51130HYPＥRLINＫ\l_Ｔｏｃ２59305系統(tǒng)調(diào)試ＰAGＥREF_Toc25930326系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)PAＧERＥＦ_Toc3２5０336.１系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能33６。２系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測(cè)試ＰＡGEREＦ_Ｔoc1０６7733HYPＥRLIＮK\l_Toc１309３６．2.１帶通濾波器的頻率響應(yīng)PAＧEREF_Ｔoc1309333HYPERLINK\l_Tｏc3８04６.2。２555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器測(cè)試PAGEREF_Ｔoｃ3８０435ＨYPEＲLIＮＫ\l_Toc2１９0６６.２.3STＭ3２ＡDC電壓采集測(cè)試PＡＧERＥF_Toｃ2１906３5HＹPEＲLIＮＫ\l_Ｔoc28１８06．2．4ＶCＡ81０電路測(cè)試ＰＡＧEREF_Toc2８1803６HＹPERLINK\l_Toc1２3006。3系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)分析PＡＧEREF_Ｔoc12３00387結(jié)論ＰAGEREF_Toｃ４95239HYPERLＩNK\l＿Toc１91478總結(jié)與體會(huì)ＰAGEREF_Toc19１４７409謝辭ＰAGERＥＦ_Tｏc10649421０參考文獻(xiàn)ＰAＧEREF_Toc1６94143附錄PAGEREＦ_Toc１９４964４HYＰＥRLINK\l_Ｔoc6９08附錄一：部分原理圖PAGEＲEＦ＿Toc69０８44HYPＥRＬINK\l＿Ｔoc287７2附錄二：部分PＣB圖PAGEREF＿Ｔoc2877２４5附錄三:核心代碼PAGEREＦ_Toｃ2０9774６HＹPEＲＬINK\l＿Toｃ2090２附錄四：實(shí)物圖PＡGＥREＦ_Toc2090２5１HＹPEＲＬＩNK\l_Tｏc1８５3２附錄五：外文資料翻譯PAGEＲEＦ_Toc１8５３2５２1前言隨著時(shí)代的進(jìn)步，信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也是越來越快,特別是在計(jì)算機(jī)和通訊方面的發(fā)展，給人們的生活帶來了諸多方便.隨著雷達(dá)隨著雷達(dá)偵測(cè)技術(shù)的興起,聲定位技術(shù)曾一度遭到冷凍，法軍和美軍分別于７0年代80年代取消了聲測(cè)偵察。近年來,由于雷達(dá)面臨著電子干擾、反輻射導(dǎo)彈、低空突防和隱身技術(shù)這四大威脅，越來越容易遭受攻擊。因此，人們又開始重視被動(dòng)式傳感器，重新激起對(duì)聲測(cè)技術(shù)的興趣。聲源定位作為一種傳統(tǒng)的偵察手段,近年來通過采用新技術(shù)，提高了性能,滿足了現(xiàn)代化的需要，其主要特點(diǎn)是：(1)不受通視條件限制.可見光、激光和無線電偵察器材需要通視目標(biāo)，在偵察器材和目標(biāo)之間不能有遮蔽物，而聲測(cè)系統(tǒng)可以偵察遮蔽物（如山，樹林等)后面的聲源.（2)隱蔽性強(qiáng)。聲測(cè)系統(tǒng)不受電磁波干擾也不會(huì)被無線電側(cè)向及定位,工作隱蔽性較強(qiáng).（3）不受能見度限制.其他偵察器材受環(huán)境氣候影響較大，在惡劣氣候條件下工作時(shí)性能下降，甚至無法工作。聲測(cè)系統(tǒng)可以在夜間、陰天、霧天、和下雪天工作,具有全天候工作的特點(diǎn).聲源定位在戰(zhàn)場(chǎng)之外也同樣具有廣泛的應(yīng)用前景,它可用于電話會(huì)議系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)、可視電話等系統(tǒng)中的控制攝像頭和傳聲器陣列波速方向?qū)?zhǔn)正在說話的人；也可用于語音及說話人識(shí)別軟件的前端預(yù)處理,以提供高質(zhì)量的聲音信號(hào),提高語音及說話人識(shí)別軟件的識(shí)別率；亦可用于強(qiáng)噪聲環(huán)境下的聲音獲取、大型場(chǎng)所的會(huì)議記錄,以提高聲音拾取質(zhì)量；還可用于助聽裝置中，更好地為耳障患者服務(wù)等。

本文所設(shè)計(jì)的基于STM32的聲源定位裝置，通過555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，分別產(chǎn)生1KHZ的方波信號(hào)，然后為了便于ADC的采樣，使輸出信號(hào)在一定范圍內(nèi),我們將該方波信號(hào)分別送入自動(dòng)增益控制電路中進(jìn)行放大。在接收端，我們采用固定的四個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，分別測(cè)量聲源與各自的相位差，主要是通過柱體極話筒接收發(fā)射來的方波信號(hào)，然后經(jīng)過由ＮE５532形成的帶通濾波器進(jìn)行濾波，最終送入ＡDC轉(zhuǎn)換器,然后通過相應(yīng)的算法計(jì)算出聲源的具體位置。本文從硬件和軟件兩個(gè)方面入手，其中涉及到了聲學(xué)、機(jī)械能和電能之間的相互轉(zhuǎn)換、電子線路、數(shù)字信號(hào)處理、軟件設(shè)計(jì)和算法設(shè)計(jì)等多個(gè)技術(shù)方面的領(lǐng)域，特別是在聲音信號(hào)的坐標(biāo)位置確定過程中，牽扯到了解方程組的知識(shí)，且為了降低系統(tǒng)的誤差,我們多設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量點(diǎn)求其平均值，使其成為了超定方程組,更好地達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。聲音是人類常用的工具，是傳遞和獲取信息中非常重要的一種.不同物體往往發(fā)出自己特有的聲音，而根據(jù)物體發(fā)出的聲音，就可以判斷出物體的方位?，F(xiàn)在,人類已經(jīng)進(jìn)入信息化時(shí)代,聲源定位技術(shù)的研究，使人們能更加有效地產(chǎn)生、獲取和應(yīng)用處理聲音信息,這對(duì)于當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展具有十分重要的意義.２總體方案設(shè)計(jì)在無噪聲、無混響的情況下，聲源距離越近，接收到的幅值當(dāng)然也就越高，這就有可能使信號(hào)輸出的幅值超出ＡＤC采樣的范圍，從而給測(cè)量值帶來很大的誤差。本次設(shè)計(jì)由于有兩個(gè)聲源位置,因此必須要對(duì)他們所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行很好的處理，這樣才有可能較為準(zhǔn)確的計(jì)算出聲源的坐標(biāo)。聲源定位技術(shù)具有被動(dòng)探測(cè)方式、不受通訊條件干擾、全天候工作等特點(diǎn),但是由于周圍復(fù)雜的環(huán)境，想要十分精確的確定某一聲源的位置,還是相對(duì)困難的.因此,必須采取一個(gè)妥善的實(shí)施方案。另外，在設(shè)計(jì)中我們必須遵循項(xiàng)目設(shè)計(jì)的原則，分析項(xiàng)目需求，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化.2。1方案比較2。１。1聲源信號(hào)產(chǎn)生方案方案一：用常用的STＣ89C51單片機(jī)來產(chǎn)生５0０HZ的方波，利用單片機(jī)背部定時(shí)器溢出中斷次數(shù)達(dá)到我們所設(shè)計(jì)的值時(shí)，就將相應(yīng)的I/Ｏ引腳狀態(tài)取反，這樣就產(chǎn)生了占空比為50%的方波音源信號(hào)。方案二：用NＥ555構(gòu)成的多諧振蕩器來產(chǎn)生頻率為５00HZ的方波信號(hào)作為聲源信號(hào)。它的原理是用內(nèi)部定時(shí)器來構(gòu)成時(shí)基電路,外部通過簡(jiǎn)單的電路配合所需要的信號(hào),該電路搭建簡(jiǎn)單，原理容易理解，電路中的元器件參數(shù)也比較好計(jì)算.方案比較:在方案一中，用單片機(jī)產(chǎn)生的方波,雖然程序設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單,但是硬件電路搭建比較麻煩，而且所利用的單片機(jī)資源太少，這樣就顯得浪費(fèi),并且性價(jià)比很低。方案二中,雖然由555產(chǎn)生的方波信號(hào)不是很穩(wěn)定，但是整個(gè)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，方便調(diào)試，5５5定時(shí)器價(jià)格便宜，性價(jià)比較高.因此選擇方案二。2.1.2聲源的選擇方案一：采用低音揚(yáng)聲器作為聲源。揚(yáng)聲器是一種把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘?hào)的換能器件。將單片機(jī)產(chǎn)生的頻率為500Hｚ的信號(hào)接在揚(yáng)聲器的接收端,揚(yáng)聲器能發(fā)出強(qiáng)度比較大的聲音信號(hào)。方案二：采用無源蜂鳴器作為聲源。無源蜂鳴器在提供一定頻率的方波震蕩源時(shí),能夠發(fā)出聲音。試驗(yàn)中用無源蜂鳴器發(fā)聲時(shí)，聲音比較清晰，但聲音強(qiáng)度比揚(yáng)聲器稍弱。方案比較:兩種器件發(fā)出的聲音都能被接收端檢測(cè)出來.方案一中,揚(yáng)聲器需要消耗較大的功率，結(jié)合現(xiàn)代社會(huì)電子產(chǎn)品低功耗的要求,這樣就浪費(fèi)了能源.方案二中,蜂鳴器是一種低功耗的器件,而且是我們經(jīng)常使用的聲源,價(jià)格也很低廉，也能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。因此選擇方案二.2。1.３坐標(biāo)解算方案方案一：利用雙曲線上的點(diǎn)到焦點(diǎn)距離差一定，可確定多條雙曲線，求其交點(diǎn),即可解算出坐標(biāo)。但算曲線存在盲區(qū),不能滿足定位精度。方案二:根據(jù)兩點(diǎn)到其中一點(diǎn)的距離差，用三角形法,求出坐標(biāo)，再利用第三點(diǎn)到這點(diǎn)的距離差來校正坐標(biāo),即可解算出坐標(biāo)。方案三:直接利用ｍaｔlaｂ算出坐標(biāo)和四點(diǎn)距離差,然后分析數(shù)據(jù)，找到坐標(biāo)和距離差之間的關(guān)系，直接寫關(guān)系解算,思路簡(jiǎn)單，但是計(jì)算機(jī)分析數(shù)據(jù)量大,難以實(shí)現(xiàn).方案比較：方案一中，如果聲源剛好位于距離四個(gè)接收源相等的位置，那么就無法該處的聲源坐標(biāo),存在計(jì)算的盲區(qū)。方案二中，通過方程組可以解除坐標(biāo)x和y，并且還是超定方程組，可以求平均值使我們的測(cè)量更為準(zhǔn)確.方案三中，matｌab的數(shù)據(jù)分析量太大，難以實(shí)現(xiàn)。因此，坐標(biāo)解算方案選擇方案二.2。2方案選擇通過以上分別對(duì)聲源、聲源的產(chǎn)生以及坐標(biāo)計(jì)算算法的討論,分別綜合以上方案得到我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖2。1所示:電源電路部分電源電路部分555定時(shí)器組成的聲源AGC電路帶通濾波器ADC轉(zhuǎn)換STM32F103單片機(jī)液晶顯示圖2.１系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖從本設(shè)計(jì)的基本要求出發(fā),再結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室條件和實(shí)際應(yīng)用,本設(shè)計(jì)采取了以上的系統(tǒng)框圖。在該圖中，55５定時(shí)器通過外圍少量元器件可以組成多諧振蕩器，AGＣ電路是由ＶCA8１0構(gòu)成的，主要是用來將輸出信號(hào)控制在一定范圍內(nèi)。帶通濾波器的通頻帶為50ＨＺ，采用的是巴特沃斯相應(yīng)的壓控電壓源電路（VCVS），該電路輸入阻抗很高,輸出阻抗很低，電路性能穩(wěn)定。此次系統(tǒng)采用計(jì)算相位差的方法，得到各個(gè)固定坐標(biāo)與生源坐標(biāo)之間的距離差，然后建立相應(yīng)的方程組,解出我們所需要的聲源坐標(biāo)。本次設(shè)計(jì)方案的選取是綜合考慮了成本、硬件電路繪制、軟件編寫、功能指標(biāo)等的結(jié)果.３單元模塊設(shè)計(jì)每一個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成都是由單元模塊電路組成的,因此模塊電路的設(shè)計(jì)是項(xiàng)目完成的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)從功能性來分，將模塊分成了幾大部分,包括電源電路部分、聲源產(chǎn)生部分、自動(dòng)增益控制部分、ＳTM32Ｆ10３最小系統(tǒng)部分、帶通濾波器部分和液晶顯示部分.就本系統(tǒng)而言,由于涉及到很多方面的問題,例如噪聲對(duì)生源的影響和算法對(duì)最后結(jié)果誤差的影響等，因此，需要每個(gè)模塊都必須調(diào)試好,然后模塊與模塊之間的相互連接必須要兼容.在此次設(shè)計(jì)中，為了保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，我們也可以多列幾組方程夠成超定方程,然后對(duì)每個(gè)算出的坐標(biāo)值求其平均值，這樣使整個(gè)設(shè)計(jì)更加完美。３．１各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)３．1．15５5構(gòu)成的多諧振蕩器電路5５5定時(shí)器在我們平時(shí)設(shè)計(jì)中很多時(shí)候都會(huì)用到，他的結(jié)構(gòu)決定了他的多功能用途，而且構(gòu)成不同的需求電路時(shí)，只需要在其外圍添加很少的元器件。它可以組成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。如圖３.1所示,就是采用了555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路.J1和Ｊ2分別是接插件VＣC和ＧNＤ，R１、R2和Ｃ１決定了音源信號(hào)的頻率.Ｊ３是音源輸出端。圖3．１５55構(gòu)成的多諧振蕩器3.1。2電源電路設(shè)計(jì)電源是每個(gè)電子產(chǎn)品的必需，是每個(gè)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的心臟。由于此設(shè)計(jì)需要用到+5V和-5V電壓并且要求電源本身給信號(hào)處理電路帶來的干擾要小，所以我們采用了LM78０５與LM７90５芯片來設(shè)計(jì)。首先，我們將２20V、50Ｈz的市電通過環(huán)形變壓器轉(zhuǎn)化成8V的交流，然后通過整流、濾波和穩(wěn)壓的方法得到我們想要的輸出。如圖4。1所示,J1是變壓器交流輸入，通過四個(gè)二極管的整流之后，在進(jìn)行Ｃ1、C2、C3、C4的濾波,然后送給三端穩(wěn)壓器,得到+５Ｖ和—5V直流電壓.由接插件Ｊ2輸出.在PＣB的繪制中，C5和C6需要盡可能的靠近穩(wěn)壓芯片，這樣可以減少電路走線給系統(tǒng)帶來的干擾，減少紋波對(duì)聲源信號(hào)的干擾,增加系統(tǒng)的可靠性。圖3.2電源電路3.1。3自動(dòng)增益控制電路設(shè)計(jì)自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)是為了滿足ＡＤC采樣的需求,將音源信號(hào)穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。本次電路所采用的是VCA８10高增益調(diào)節(jié)范圍的運(yùn)算放大器,具有較高的共模抑制比，并在兩個(gè)高阻抗輸入的共模輸入范圍,允許VCA８1０提供差分接收器的操作與增益,以地為參考的輸出信號(hào)，零差分輸入電壓，給出一個(gè)很小的直流偏移誤差０V輸出.低輸入噪聲電壓，確保良好地信噪比。如圖所示，是本次所涉及的AGC電路。其中，J8是產(chǎn)生的音源信號(hào)輸入端,經(jīng)過50歐姆的匹配電阻R9到地，R１０是用于消除在Ｖ-輸入端的偏置電流.每個(gè)電源引腳上都連接了兩個(gè)電容:一個(gè)大電容取值在２。2ｕＦ到6.８uF范圍內(nèi),用于有效的排除低頻信號(hào)對(duì)電路的干擾，而小的的電容Ｃ9與Ｃ１0是用于高頻信號(hào)濾除，起到去耦作用。增益控制引腳是VCA８1０芯片的第三腳，在該電路中將其用接插件J9引出，方便我們調(diào)試。最后經(jīng)過AＧＣ電路的音源信號(hào)由Ｊ10輸出.圖3．3VCA810外部電路3.1．4有源二低通濾波電路如圖3。4所示，是本次設(shè)計(jì)的二階低通有源濾波電路,該電路的作用是用于將接收到的音源信號(hào)進(jìn)行處理,濾除掉5５0HＺ以上頻率的信號(hào)。由于音源信號(hào)是由555定時(shí)器產(chǎn)生的500HＺ的方波信號(hào),所以我們決定將低通濾波器的截止頻率設(shè)置為55０HZ，通過相應(yīng)參數(shù)的計(jì)算,可以得出Ｒ3、R4、Ｃ3、Ｃ4的大小。在滿足品質(zhì)因素Ｑ的情況下，為使電路較為穩(wěn)定的工作，我們選擇了R5和R6相等。在該電路中,J4是連接柱體極話筒的接插件,將接收到的音源信號(hào)傳輸給低通濾波器。為了消除高頻干擾，和VCA81０一樣,我們也在ＮE5532的電源引腳處設(shè)計(jì)了C７和C8，J5是經(jīng)過低通濾波器后的輸出測(cè)試點(diǎn).圖3。4二階低通有源濾波電路3。1.5有源二階高通濾波電路濾波器的設(shè)計(jì)是每個(gè)信號(hào)處理電路都必須用到的，已經(jīng)成為了信號(hào)處理的一種基本手段,本設(shè)計(jì)就是采用的是二階低通濾波器與二階高通濾波器級(jí)聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)音源信號(hào)進(jìn)行處理的.處理的基本思想和二階低通濾波器相似，由于設(shè)置了100HZ的通頻帶,而音源信號(hào)的頻率為固定的500HＺ，因此將截止頻率fc設(shè)定為450HZ,通過時(shí)間常數(shù)ＲC可以計(jì)算出相應(yīng)的阻容元件的值。有源濾波除了濾除諧波外，同時(shí)還可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功功率,反應(yīng)動(dòng)作迅速，并且在濾波的同時(shí)還可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大.本電路中的C5、C6、Ｒ7、R8就是決定截止頻率的關(guān)鍵元器件.為了保證電路穩(wěn)定工作，增益最大不能超過2倍，因此本設(shè)計(jì)將NE553２的第6引腳和第7引腳直接連接.經(jīng)過低通濾波器后的音源信號(hào)已經(jīng)比較完整,但還是里面還可能存在一部分影響音源信號(hào)的低頻信號(hào)，因此還必須的通過高通濾波器.低通濾波器的輸出端接接插件J6，然后濾除低頻信號(hào)后,再將信號(hào)由J7輸出。圖3。5有源二階高通濾波電路3。1．6STM32Ｆ103最小系統(tǒng)電路本電路的核心部分就是STM32F1０３,其工作頻率為７２ＭＨＺ,內(nèi)置高速存儲(chǔ)器，包括了12８K字節(jié)的閃存和20Ｋ字節(jié)的SRAM。在SＴM32Ｆ103的最小系統(tǒng)電路中,包括了晶振電路和復(fù)位電路.如圖3。6所示,Ｃ7、Ｃ8和CY1與微控制器的引腳１2、13分別相連,構(gòu)成了系統(tǒng)的時(shí)鐘電路。Ｒ１0、C10按鍵一起和微控制器的復(fù)位管腳相連，組成了系統(tǒng)的復(fù)位電路，當(dāng)按鍵按下時(shí)，微控制器就立即復(fù)位，又從新回到原始狀態(tài)開始執(zhí)行程序.復(fù)位電路與晶振電路一起保證了系統(tǒng)的正常有序的運(yùn)行。圖3.６STM3２Ｆ１０３最小系統(tǒng)電路3.1。７液晶顯示電路現(xiàn)在數(shù)字電路的設(shè)計(jì)都離不開有好的人機(jī)界面，因?yàn)樗梢愿庇^的給用戶展示系統(tǒng)的性能,它是和用戶最直接的對(duì)話者。本次設(shè)計(jì)顯示設(shè)備采用的是彩色圖形點(diǎn)陣液晶顯示器ＩLＩ932０，它具有屏幕大（320X240）,分辨率高，顯示字體圓潤(rùn),顯示內(nèi)容多，價(jià)格實(shí)惠等優(yōu)點(diǎn)。下圖為其接口電路。IＬI9３２0的16位并行數(shù)據(jù)接口連接到SＴM32的PB口，SＴM32的ＩO口為１6位的，剛好和ILI93２0的１6位并行接口完美連接。和普通的12864點(diǎn)陣液晶一樣，ＩLＩ9320也留有片選端（CS）、讀寫控制端（RD)、數(shù)據(jù)命令選擇端(WＲ)。圖3.７液晶顯示電路3.1．8電平轉(zhuǎn)換電路由于設(shè)計(jì)采用的是32位的單片機(jī)，因此在進(jìn)行程序的燒寫和下載時(shí)，我們需要計(jì)算機(jī)與單片機(jī)進(jìn)行通信。ＰC機(jī)自帶有RＳ—２３2標(biāo)準(zhǔn)串行口，而我們所使用的SSＴM32F10３是TTＬ電平，因此，我們需要自己添加一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路。此設(shè)計(jì)采用的是MAXＩM公司生產(chǎn)的ＭAX23２電平轉(zhuǎn)換芯片。它是一種單電源、低功耗的RS－２32接口芯片,額定電流3０0uA。通過UＳＢ轉(zhuǎn)串口后，再由MＡX２3２芯片完成RＳ－232與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換，就可以與單片機(jī)進(jìn)行通信了。其原理圖下圖4.７所示：圖3.8電平轉(zhuǎn)換電路3.2電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇基于ＳTM3２的音源位置測(cè)量的設(shè)計(jì)中參數(shù)的計(jì)算主要包括了三個(gè)部分：電源設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算、555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器參數(shù)的計(jì)算以及音源坐標(biāo)求解的計(jì)算。通過這些計(jì)算之后，才能更好地更合理的選擇元器件,做到滿足性能要求的同時(shí),將價(jià)格降到最低.3.２.1電源電路參數(shù)的計(jì)算本次設(shè)計(jì)采用的是直流+5V和－5Ｖ輸出的電源.整流二極管組成的單相橋式整流電路，將交流電壓V2變成脈動(dòng)的直流電壓,在經(jīng)過濾波電容C濾除紋波,輸出直流電壓V1。Ｖ1和交流電壓的有效值V2之間的關(guān)系為V1=（１。1—１．２）V２。下面重點(diǎn)從兩個(gè)方面來計(jì)算部分參數(shù)。一、變壓器的選取功率電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的2２０V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓ｕ2。電源變壓器的效率為:其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率.一般小型變壓器的效率如表1所示：表１小型變壓器的效率副邊功率VA<101０—３0３０—8080—200效率0.6０。70。80．85因此,當(dāng)算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊。電源變壓器電壓變換公式為：其中:N1為原邊線圈扎數(shù),N２為副邊線圈扎數(shù)。根據(jù)以上的公式運(yùn)算出本設(shè)計(jì)選用功率為50W的變壓器。二、整流二極管的選取每只整流二極管承受的最大反向電壓值為:通過每只二極管的平均電流為：在該式子中，R為整流濾波電路的負(fù)載電阻。它為電容C提供放電回路,RＣ放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)滿足RＣ〉（3—5)×０．5T，其中Ｔ為５0HZ交流電壓周期.通過以上的運(yùn)算，本次設(shè)計(jì)采用整流二極管1N4001，其極限參數(shù)（反向擊穿電壓和額定工作電流）滿足我們?cè)O(shè)計(jì)要求。3。2。2５5５定時(shí)器外圍元件參數(shù)的計(jì)算用55５定時(shí)器組成的多謝振蕩器如圖3.9所示，在接通電源以后，電容Ｃ2被充電，當(dāng)Ｖc上升到時(shí),使輸出Vｏ為低電平，同時(shí)放電三極管T導(dǎo)通,此時(shí)電容C2通過R２和T放電,Vc下降。當(dāng)Vc下降到時(shí)，Vo反轉(zhuǎn)為高電平。電容C2放電所需的放電時(shí)間為（公式一)當(dāng)放電結(jié)束時(shí),T截止，Ｖcｃ將通過R1和R２向電容器C2充電，Vc由上升到所需的時(shí)間為（公式二）當(dāng)Vc上升到時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始,于是在電路的輸出端就得到一個(gè)周期性的矩形波。其振蕩頻率為：(公式三)圖3.9仿真計(jì)算５55外圍元件圖通過公式一、公式二和公式三的計(jì)算,在確定音源頻率為50０ＨZ的條件下，我們得出在C取值為１00nＦ的時(shí)候，令R1＝R２，則可以計(jì)算出R的取值為９。533KΩ。3．２。3音源坐標(biāo)位置的計(jì)算設(shè)坐標(biāo)紙為圖中的矩形ABCD。聲源在點(diǎn)Ｏ,拾音器分別位于矩形四角A、B、C、D。聲源到A點(diǎn)的距離為Da,到B點(diǎn)的距離為Ｄb，到C點(diǎn)的距離為Dc,到D點(diǎn)的距離為Dd。分別經(jīng)過時(shí)間Ta，Tb,Ｔc，Td后,拾音器A、B、C、Ｄ接收到信號(hào)，然后可以計(jì)算出三個(gè)時(shí)間差值t1,t2，t3，聲音傳播速度為v。通過下列算法后可計(jì)算出聲源O的坐標(biāo)值（x,y）：圖３.10音源坐標(biāo)位置求解圖定位算法一:QUOTE(1)ＱUOＴE（２)QUＯTE(3）QUＯＴＥ（4）單片機(jī)檢測(cè)到的為四個(gè)時(shí)間點(diǎn)算出三個(gè)時(shí)間差,上面四個(gè)式子可用時(shí)間差表示出QＵOＴEQUOTE;（5）QUOTE;(6)QUOTE;（７）QＵＯTE；（8）解出:QUＯＴE;ＱUOＴＥ；QUOＴE;QUOＴE；QUOＴＥ;QUOTE;上式總共兩個(gè)未知數(shù)四個(gè)等式，可以根據(jù)任意三個(gè)式子解出一組解，總共會(huì)有兩組解。由于測(cè)出的結(jié)果會(huì)有誤差，所以將所得的兩組解進(jìn)行平均值求解,則結(jié)果誤差會(huì)減小,準(zhǔn)確度會(huì)進(jìn)一步提高。該算法程序比較簡(jiǎn)短,適合用單片機(jī)處理.3.２.3元器件的選擇元器件的選取在電路的設(shè)計(jì)中十分重要，有時(shí)候直接關(guān)系到你的設(shè)計(jì)是否能夠成功，而且如果是在具體參數(shù)指標(biāo)上面的要求的項(xiàng)目或科研上,元器件的選擇正確與否直接影響到指標(biāo)上不上得去。所以我們?cè)谧鲈O(shè)計(jì)時(shí)一定要選擇好自己的功能指標(biāo)所需求的元器件。本次設(shè)計(jì)就有幾個(gè)重要元器件的選取。Ⅰ音頻濾波器運(yùn)放的選取:音頻運(yùn)算放大器的選取中需要考慮的因素有很多,下面例舉一下重要的指標(biāo)：ａ，增益帶寬積ＧBW。該參數(shù)會(huì)影響音源的清晰度，如果不計(jì)成本的話，GBE的值越大越好,前置放大器、輸入緩沖、線路放大器對(duì)此要求不高,音調(diào)電路、功放推動(dòng)、DAＣ緩沖輸出、有源濾波器等應(yīng)該重視這個(gè)參數(shù).b，壓擺率SR。該參數(shù)會(huì)影響到聲音細(xì)節(jié)的表現(xiàn),盡管音頻信號(hào)的上限只有20KＨZ,但是音樂信號(hào)的頻譜極為豐富復(fù)雜，瞬時(shí)幅度/時(shí)間的變化率有時(shí)會(huì)達(dá)到一個(gè)很高的水平，從音頻應(yīng)用來看，最好高于10V/us，不宜低于1Ｖ/uｓ。c，電源抑制比ＰSRR。對(duì)電路的噪聲尤其是電源的噪聲,如交流哼聲的抑制。對(duì)于開關(guān)電源來說，高音的清晰度也會(huì)受到影響，如高音聽起來發(fā)毛等.從音頻應(yīng)用實(shí)踐來看,按典型值計(jì)算最好高于80dＢ,不低于100dB為最佳。ｄ，共模抑制比CMRR。決定了電路的抗干擾的能力,尤其是輸入回路。從音頻應(yīng)用的實(shí)踐來看,按典型值計(jì)算最好高于80dB,不低于10０dＢ為最佳。e,總諧波失真THD(+N）。這個(gè)參數(shù)越低越好,不過還是需要注意過于追求低失真的傾向。對(duì)于音頻應(yīng)用,應(yīng)該重視fｉｎ為1KＨＺ和１0KＨZ以及整個(gè)音頻頻帶內(nèi)的這個(gè)數(shù)值的平均程度,如果在音頻頻帶內(nèi)的失真,頻率曲線欺負(fù)過大就不好。如果在音頻頻帶內(nèi)這個(gè)曲線比較平直而且低于0.０0０5％就足夠好了，我們一般得到的數(shù)據(jù)是fｉn為1KHＺ和１0ＫＨZ的典型值。結(jié)合以上這些參數(shù)規(guī)定的范圍和本設(shè)計(jì)的音源相結(jié)合，并在考慮成本的條件之下,綜合選擇了NE5５32常用的音頻放大器。Ⅱ微控制器的選取：由于本次設(shè)計(jì)后端運(yùn)算較為復(fù)雜,微控制器需要做到主要三個(gè)方面的工作：1，控制ADＣ進(jìn)行采樣。２,將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出音源坐標(biāo)。3,實(shí)時(shí)顯示在液晶屏幕上。尤其是在第二方面的工作要求STM32F１０3的運(yùn)算速度足夠的塊,才有可能保證我們采集的點(diǎn)不錯(cuò)位,否則的話，就會(huì)帶來很大的誤差。所以選擇的微控制器必須具有下面幾個(gè)重要特點(diǎn)和資源.（1)很強(qiáng)的兼容性。ＳTＭ３2F103xx是一個(gè)完整的系列，其成員之間是完全地腳對(duì)腳兼容，軟件和功能上也兼容。在參考手冊(cè)中,ＳTM32F103ｘ4和STＭ32F10３x6被歸為小容量產(chǎn)品,ＳＴM３2F1０3ｘ8和SＴM32Ｆ１03ｘＢ被歸為中等容量產(chǎn)品,STＭ32F10３xＣ、STM3２F103xD和STM32F103xＥ被歸為大容量產(chǎn)品。同時(shí)，STM３2F１03xx增強(qiáng)型產(chǎn)品與現(xiàn)有的ＳＴM32F10１ｘx基本型和ＳTM３2F1０2xx

USB基本型產(chǎn)品全兼容。（2）嵌套的向量式中斷控制器（ＮVIC）。ＳTM32F103xx增強(qiáng)型產(chǎn)品內(nèi)置嵌套的向量式中斷控制器，能夠處理多達(dá)43個(gè)可屏蔽中斷通道（不包括1６個(gè)Ｃortex?—M3的中斷線)和1６個(gè)優(yōu)先級(jí).●

緊耦合的ＮVIC能夠達(dá)到低延遲的中斷響應(yīng)處理●

中斷向量入口地址直接進(jìn)入內(nèi)核

●

緊耦合的NVIC接口

●

允許中斷的早期處理

●

處理晚到的較高優(yōu)先級(jí)中斷●

支持中斷尾部鏈接功能

●

自動(dòng)保存處理器狀態(tài)

●

中斷返回時(shí)自動(dòng)恢復(fù),無需額外指令開銷

該模塊以最小的中斷延遲提供靈活的中斷管理功能.（3）強(qiáng)大功能的ＡDＣ模塊。STM32F１03xｘ增強(qiáng)型產(chǎn)品內(nèi)嵌2個(gè)1２位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）,每個(gè)AＤC共用多達(dá)１６個(gè)外部通道，可以實(shí)現(xiàn)單次或掃描轉(zhuǎn)換。在掃描模式下，自動(dòng)進(jìn)行在選定的一組模擬輸入上的轉(zhuǎn)換.ＡDC接口上的其它邏輯功能包括：●同步的采樣和保持●交叉的采樣和保持●單次采樣AＤC可以使用DMA操作。模擬看門狗功能允許非常精準(zhǔn)地監(jiān)視一路、多路或所有選中的通道，當(dāng)被監(jiān)視的信號(hào)超出預(yù)置的閥值時(shí)，將產(chǎn)生中斷.由標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器(ＴＩMx)和高級(jí)控制定時(shí)器（TＩM1)產(chǎn)生的事件,可以分別內(nèi)部級(jí)聯(lián)到ADC的開始觸發(fā)和注入觸發(fā)，應(yīng)用程序能使AD轉(zhuǎn)換與時(shí)鐘同步。支持在線下載程序,更容易上手,學(xué)習(xí)和使用起來也比較輕松方便.綜合本設(shè)計(jì)的需求和現(xiàn)有的條件，最終確定選取ＳTM32Ｆ103ＶＥT6為此次設(shè)計(jì)的微控制器。３．3特殊器件的介紹3.3．1SＴM32F10３單片機(jī)介紹STM32F10３最高的工作頻率可達(dá)72MHZ,在村舒淇的0等待周期訪問時(shí)可達(dá)1.２5DMipｓ/MHＺ。該芯片是TI公司推出的中等容量的微控制器，32位基于AＲM核心的帶64或１２8Ｋ字節(jié)閃存的微控制器，具有UＳB、CAN、７個(gè)定時(shí)器、２個(gè)ＡDＣ和9個(gè)通信接口，每個(gè)方面都很符合本次設(shè)計(jì)的需求。下面介紹一下STＭ32F1０3幾個(gè)重要參數(shù)方面的特色:1。外部中斷/事件控制器(EXTI）外部中斷/事件控制器包含19個(gè)邊沿檢測(cè)器，用于產(chǎn)生中斷/事件請(qǐng)求。每個(gè)中斷線都可以獨(dú)立地配置它的觸發(fā)事件(上升沿或下降沿或雙邊沿）,并能夠單獨(dú)地被屏蔽;有一個(gè)掛起寄存器維持所有中斷請(qǐng)求的狀態(tài)。EＸTＩ可以檢測(cè)到脈沖寬度小于內(nèi)部ＡPB２的時(shí)鐘周期。多達(dá)8０個(gè)通用Ｉ／O口連接到１6個(gè)外部中斷線.2．時(shí)鐘和啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)鐘的選擇是在啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行，復(fù)位時(shí)內(nèi)部８ＭHz的RC振蕩器被選為默認(rèn)的CPU時(shí)鐘，隨后可以選擇外部的、具失效監(jiān)控的4~１6MHz時(shí)鐘;當(dāng)檢測(cè)到外部時(shí)鐘失效時(shí)，它將被隔離，系統(tǒng)將自動(dòng)地切換到內(nèi)部的RC振蕩器,如果使能了中斷，軟件可以接收到相應(yīng)的中斷.同樣，在需要時(shí)可以采取對(duì)PLL時(shí)鐘完全的中斷管理（如當(dāng)一個(gè)間接使用的外部振蕩器失效時(shí)）。

多個(gè)預(yù)分頻器用于配置AHＢ的頻率、高速AＰB（ＡPB2）和低速AＰB（APＢ１）區(qū)域.ＡＨB和高速ＡPB的最高頻率是72MHz,低速APＢ的最高頻率為3６MHz。3．自舉模式在啟動(dòng)時(shí)，通過自舉引腳可以選擇三種自舉模式中的一種:a，從程序閃存存儲(chǔ)器自舉。b，從系統(tǒng)存儲(chǔ)器自舉。c，從內(nèi)部ＳRAM自舉

0～40MHz。4.供電方案●

VＤＤ

=

2。0~3.6V：ＶDD引腳為I／O引腳和內(nèi)部調(diào)壓器供電。

●

VＳSA，VDDＡ

=

2。0～3。6V：為ＡDC、復(fù)位模塊、RＣ振蕩器和PLＬ的模擬部分提供供電。使用AＤC時(shí),VDDA不得小于２。4Ｖ.VDDＡ和VSSA必須分別連接到VDＤ和VSS.

●

VBAＴ

＝

1。8～3。６Ｖ:當(dāng)關(guān)閉VDD時(shí)，(通過內(nèi)部電源切換器）為RＴＣ、外部32kHz振蕩器和后備寄存器供電。５.供電檢測(cè)器本產(chǎn)品內(nèi)部集成了上電復(fù)位（PＯR)／掉電復(fù)位(PＤR）電路，該電路始終處于工作狀態(tài),保證系統(tǒng)在供電超過２V時(shí)工作；當(dāng)ＶDD低于設(shè)定的閥值（ＶPOR／PＤR)時(shí)，置器件于復(fù)位狀態(tài),而不必使用外部復(fù)位電路.器件中還有一個(gè)可編程電壓監(jiān)測(cè)器(PVD),它監(jiān)視VＤD／ＶDDA供電并與閥值VPVＤ比較,當(dāng)VDD低于或高于閥值VPVD時(shí)產(chǎn)生中斷，中斷處理程序可以發(fā)出警告信息或?qū)⑽⒖刂破鬓D(zhuǎn)入安全模式。ＰVＤ功能需要通過程序開啟。6.DMＡ靈活的7路通用DMA可以管理存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器、設(shè)備到存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器到設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸；DMＡ控制器支持環(huán)形緩沖區(qū)的管理，避免了控制器傳輸?shù)竭_(dá)緩沖區(qū)結(jié)尾時(shí)所產(chǎn)生的中斷.

每個(gè)通道都有專門的硬件ＤMA請(qǐng)求邏輯，同時(shí)可以由軟件觸發(fā)每個(gè)通道;傳輸?shù)拈L(zhǎng)度、傳輸?shù)脑吹刂泛湍繕?biāo)地址都可以通過軟件單獨(dú)設(shè)置。

DMＡ可以用于主要的外設(shè)：SPＩ、I2C、USＡRT，通用、基本和高級(jí)控制定時(shí)器TＩMx和ＡDC.７．引腳分配圖STM3２F1０3有很多形式的封裝,也有不同數(shù)目的管腳類型，本次設(shè)計(jì)采用的是LＱＦP１00引腳的芯片,其引腳分配圖如下圖3.11所示。圖３。11STＭ３２F10３引腳分配圖3.3.２ILI９３２0液晶簡(jiǎn)介接口標(biāo)準(zhǔn)：ＩLI932０有可以用來讀寫寄存器和顯示圖表存儲(chǔ)器的系統(tǒng)接口和用來顯示動(dòng)態(tài)圖形的RGB輸入接口。用戶可以選擇一種接口來顯示動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的圖像。所有的數(shù)據(jù)是存在GＲAM中的，這樣可以降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ鳎挥斜仨毟碌臄?shù)據(jù)才被傳送。用戶還可以通過使用窗口地址功能來更新GＲAM中的一部分?jǐn)?shù)據(jù).ILI9320通過使用ＲGB接口和VＳYNC接口來傳送要顯示的數(shù)據(jù)，這樣可以避免圖像在顯示屏中移動(dòng).在RGB模式下,數(shù)據(jù)是通過控制信號(hào)ENAＢLE，VＳYNC,HSYNC，DＯTCLＫ和數(shù)據(jù)總線DB[15:0］來寫入GRＡＭ中的.在VSYNC模式下，內(nèi)部顯示時(shí)序與幀同步信號(hào)是同步的。這種接口模式能夠能過系統(tǒng)接口來顯示動(dòng)態(tài)圖像.在這種情況下,有特定的條件來約束將數(shù)據(jù)寫入RＡＭ的速度與方法。圖3.１2ＩＬＩ9３２0和單片機(jī)的連接示意圖寄存器描述：IＬI932０采用的是１8位總線接口結(jié)構(gòu)的高性能微處理器.IＬI９３２0所有的功能模塊在收到由外部微處理器以１8、1６、9、8位接口方式發(fā)的正確命令后才能工作.索引寄存器（IR）儲(chǔ)存著可以寫入指令與顯示數(shù)據(jù)寄存器的地址。寄存器選擇信號(hào)（RＳ）,讀寫信號(hào)(nRD/nＷＲ)和數(shù)據(jù)總路線(D17—０）是用來讀寫指令和數(shù)據(jù)的。IＬＩ９32０寄存器分為以后幾類：索引寄存器用來指定寄存器的地址或?qū)⒁獙懭隦AM的地址。狀態(tài)寄存器表明了當(dāng)前ＩLI9320內(nèi)部的狀態(tài)。L[７：0]表明了當(dāng)前驅(qū)動(dòng)ＴFＴ面板的驅(qū)動(dòng)行的位置。設(shè)置OSC位為1啟動(dòng)內(nèi)部晶體振蕩器,設(shè)置0停止內(nèi)部晶體振蕩器。啟動(dòng)后至少等待１0ｍｓ來確保振蕩器穩(wěn)定，然后再設(shè)置其它功能。讀這個(gè)寄存器將會(huì)讀出設(shè)備的代碼號(hào)。B／C：0：幀/場(chǎng)反轉(zhuǎn)1：行反轉(zhuǎn)。ＥＯR：EＯＲ=１與B/C=1用來設(shè)置行反轉(zhuǎn)。ＳS：選擇驅(qū)動(dòng)源輸出的方向。當(dāng)ＳS=０，輸出方向是比S1到S720當(dāng)SS=1，輸出方向是從S720到Ｓ1除了移動(dòng)方向之外，通過設(shè)置SＳ和BＧT位可以改變R，Ｇ，B在源驅(qū)動(dòng)引腳上的配置。設(shè)置SS=０,分配R,Ｇ，B到源驅(qū)動(dòng)引腳是從Ｓ1到Ｓ7２0。設(shè)置SS=１，分配R,G，Ｂ到源驅(qū)動(dòng)引腳是從Ｓ７201到Ｓ1.當(dāng)改變SS或BGR位時(shí),RAＭ中的數(shù)據(jù)必須要重寫。SM：設(shè)置門驅(qū)動(dòng)管腳與GS位(R6０h)來為模塊選擇最佳的掃描模式。ＡM控制ＧＲAM更新方向.當(dāng)AM=0，地址以水平寫方向更新。當(dāng)AＭ=1,地址以垂直寫方向更新.當(dāng)通過寄存器Ｒ1６和R17設(shè)置了窗口功能時(shí)，只有可以編寫的GＲAM區(qū)域是根據(jù)I/Ｄ[１:０］和AM的設(shè)置來更新.Ｉ/Ｄ［１:0］控制著當(dāng)更新完一個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)后，址計(jì)數(shù)器的自動(dòng)增１或減1。ＯＲG當(dāng)開啟窗口區(qū)域時(shí),根據(jù)ＩD的設(shè)置來移動(dòng)起始地址.在窗口地址區(qū)域使用高速ＲＡM寫方式寫數(shù)據(jù)時(shí)，這個(gè)功能才使能。ORＧ=０:起始地址不能移動(dòng)。在這種情況下,在窗口區(qū)域中根據(jù)GRAM地址映射來指定一個(gè)地址開始寫操作。OＲG=1:起始地址０0000h根據(jù)IＤ設(shè)置來移動(dòng)。注意:1、當(dāng)ＯＲG=1，僅有起始地址00００0H能通過Ｒ20H，R21H被設(shè)置在RAM中。２、在RAM讀操作中，確保ORＧ＝０。BＧR交換寫入數(shù)據(jù)中的R和B。BＧR=0:按照RGＢ的順序?qū)懭胂袼財(cái)?shù)據(jù).BGR=1:把ＲGB變?yōu)锽GＲ的順序?qū)懭耄荝ＡM。TRＩ當(dāng)TRI=１,數(shù)據(jù)是通過8-ｂit的接口以8－bitx3tｒａnsｆers的模式傳輸?shù)絻?nèi)部的RAM中。它也可以以16—bｉt或ＳPI的接口方式傳輸數(shù)據(jù)，這樣配合DFMｂit可以實(shí)現(xiàn)2６2K色。當(dāng)不使用這些接口時(shí),確保TＲI=０。3。３.３VCA8１０簡(jiǎn)介ＶCA８10是直流耦合、寬帶、連續(xù)可變電壓控制增益放大器。它提供了差分輸入單端輸出轉(zhuǎn)換，用來改變高阻抗的增益控制輸入超過－4０dＢ增益至+４0ｄB的范圍內(nèi)成dＢ/Ｖ的線性變化。從±5V電源工作將調(diào)整為VCA8１0的增益控制電壓在０V輸入-4０DＢ增益在-2V輸入到+4０ｄB。增加地面以上的控制電壓將衰減超過80dB的信號(hào)路徑.信號(hào)帶寬和壓擺率保持在整個(gè)增益的不斷調(diào)整rａｎgｅ。Ｔhis4０分貝/Ｖ的增益控制精確到±1.5分貝(±０。9分貝高檔）。許在一個(gè)AGＣ應(yīng)用的增益控制電壓為接收使用信號(hào)強(qiáng)度指示器(RＳSI)的精度為±１.5分貝。VCA81０具有以下的優(yōu)點(diǎn)：1、高增益調(diào)節(jié)范圍：±40分貝2、微分/單端輸出３、低輸入噪聲電壓：4、恒定帶寬與增益:達(dá)到35MHz5、較高的分貝/V的增益線性度:±０。3分貝6、增益控制帶寬：２5MHz的7、低輸出直流誤差:〈±40ｍv8、高輸出電流:±6０毫安9、低電源電流：２4.8毫安ＶCA8１０ＳＯIＣ封裝引腳如圖3．13所示:圖3．１3VCA8１0引腳圖引腳1:信號(hào)的同相輸入端+Vin引腳2：信號(hào)地ＧＮD引腳3：增益控制端,電壓范圍是-2V-0V引腳4：懸空（不連接）引腳5:信號(hào)輸出端Ｖout引腳6:供電電源正向端＋Vs引腳7:供電電源反向端—Vs引腳8:信號(hào)的反相輸入端-Vｉｎ4軟件設(shè)計(jì)4。１軟件設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境介紹4.1．1編程軟件開發(fā)環(huán)境介紹圖4。１MDK軟件開發(fā)環(huán)境窗口RealViewMDK開發(fā)套件源自德國(guó)Keil公司，是ＡRM公司目前最新推出的針對(duì)各種嵌入式處理器的軟件開發(fā)工具.RealVｉｅwMDＫ集成了業(yè)內(nèi)最領(lǐng)先的技術(shù)，包括μＶｉｓion3集成開發(fā)環(huán)境與RｅａｌView編譯器。支持ARM7、ＡRM9和最新的Cｏrtex—Ｍ3核處理器，自動(dòng)配置啟動(dòng)代碼，集成Ｆlａsh燒寫模塊，強(qiáng)大的Simｕlａt(yī)ion設(shè)備模擬,性能分析等功能，與AＲM之前的工具包ADS等相比,RｅalＶiｅｗ編譯器的最新版本可將性能改善超過2０%。RealViewMDK支持的Coｒteｘ-M３核是ARM公司最新推出的針對(duì)微控制器應(yīng)用的內(nèi)核，它提供業(yè)界領(lǐng)先的高性能和低成本的解決方案，未來幾年將成為MCU應(yīng)用的熱點(diǎn)和主流。目前國(guó)內(nèi)只有ARＭ公司的MＤＫ和RVDＳ開發(fā)工具可以支持Ｃoｒｔｅx—M3芯片的應(yīng)用開發(fā)。RealViewMDK無需尋求第三方編程軟件與硬件支持,通過配套的ＵLINK2仿真器與Ｆlaｓｈ編程工具，輕松實(shí)現(xiàn)CPＵ片內(nèi)Flａｓｈ、外擴(kuò)Flaｓh燒寫，并支持用戶自行添加Flaｓh編程算法；而且能支持Fｌaｓh整片刪除、扇區(qū)刪除、編程前自動(dòng)刪除以及編程后自動(dòng)校驗(yàn)等功能,輕松方便.μViｓiｏn3IＤE主要特性:功能強(qiáng)大的源代碼編輯器；可根據(jù)開發(fā)工具配置的設(shè)備數(shù)據(jù)庫；用于創(chuàng)建和維護(hù)工程的工程管理器;集匯編、編譯和鏈接過程于一體的編譯工具;用于設(shè)置開發(fā)工具配置的對(duì)話框；真正集成高速CPU及片上外設(shè)模擬器的源碼級(jí)調(diào)試器；高級(jí)GDI接口，可用于目標(biāo)硬件的軟件調(diào)試和ULIＮＫ２仿真器的連接；用于下載應(yīng)用程序到FlaｓhROＭ中的Flash編程器；完善的開發(fā)工具手冊(cè)、設(shè)備數(shù)據(jù)手冊(cè)和用戶向?qū)?。４?.2繪圖軟件開發(fā)環(huán)境介紹圖4.2Aｌtiuｍ軟件開發(fā)環(huán)境窗口Altｉuｍ（前身為Prｏtel國(guó)際有限公司)由NｉcｋＭartｉn于1985年始創(chuàng)于塔斯馬尼亞州霍巴特,致力于開發(fā)基于PC的軟件，為印刷電路板提供輔助的設(shè)計(jì)。最初的ＤOS環(huán)境下的PCB設(shè)計(jì)工具在澳大利亞得到了電子業(yè)界的廣泛接受,在198６年中期,Alｔiｕｍ通過經(jīng)銷商將設(shè)計(jì)軟件包出口到美國(guó)和歐洲。隨著PCB設(shè)計(jì)軟件包的成功,Altium公司開始擴(kuò)大其產(chǎn)品范圍，包括原理圖輸入、PCB自動(dòng)布線和自動(dòng)ＰCB器件布局軟件。80年代晚期,Aｌtｉum公司意識(shí)到在開發(fā)利用MiｃroｓoftWinｄoｗs作為平臺(tái)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA軟件方面存在商機(jī)。雖然Ｗiｎdoｗs平臺(tái)在處理性能和可靠性上取得了進(jìn)步，但當(dāng)時(shí)很少有用于Wiｎdowｓ平臺(tái)的EDA軟件，而當(dāng)時(shí)越來越多的設(shè)計(jì)工程師使用基于Wiｎｄows的操作系統(tǒng)。于是，在1991年Alｔiuｍ公司發(fā)布了世界上第一個(gè)基于Wiｎｄows的ＰCＢ設(shè)計(jì)系統(tǒng),AdvancedPCB。在后來幾年里,憑借各種產(chǎn)品附加功能和增強(qiáng)功能所帶來的好處，Ａltiｕm建立了具有創(chuàng)新意識(shí)的EDA軟件開發(fā)商的地位。4。２軟件設(shè)計(jì)流程圖程序開始4。2．1主程序流程圖程序開始初始化STM32初始化STM32內(nèi)部AD初始化TFT液晶初始化TFT液晶采集AD四個(gè)通道電壓值采集AD四個(gè)通道電壓值計(jì)算音源位計(jì)算音源位置并顯示圖４．3軟件設(shè)計(jì)流程圖程序開始運(yùn)行后，首先對(duì)TSM32內(nèi)部１２位ADC進(jìn)行初始化，緊接著對(duì)ILＩ９３2０ＴFT液晶進(jìn)行初始化。然后ＳTＭ３2開始依次采集內(nèi)部ＡD４個(gè)通道的電壓，計(jì)算出音源的位置并在TFT液晶上以X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)顯示出來。4。2.1液晶初始化流程圖開始調(diào)用液晶開始調(diào)用液晶初始化程序初始化連接初始化連接到液晶的IO設(shè)置液晶顯示方向，顯示方式設(shè)置液晶顯示方向，顯示方式其他程序其他程序圖4。4液晶初始化流程圖vｏidLCD_Ｉnit(）／/初始化lcd｛RCC—〉ＡPB2ＥＮＲ｜＝1〈〈3；／/先使能外設(shè)PORTＢ時(shí)鐘ＲＣＣ—>APB2ENR|=１<<4;//先使能外設(shè)PORTC時(shí)鐘RCC－>AＰＢ2ＥNR|=1〈<0；//開啟輔助時(shí)鐘ＪTＡG_Set(0x01）；/／開啟SＷDGＰＩＯC—＞ＣRH&=0ＸFＦFFF００0;/／PORTC6~10通用推挽輸出GPIＯC->CRＨ|=0Ｘ0000０３33；GPＩOC—〉ＣＲL＆＝0X00FFFFＦF;GＰIOC-〉ＣRL|=0X330０00０0；GPＩOＣ-〉ＯＤR｜=0X０７C0;GＰＩOB－〉ＣRH=０X33333333;//POＲTＢ通用推挽輸出ＧPIＯB—〉CRL=0X３33３３３３３；GPIOB-〉OＤR=0ＸＦFFＦ；LCD＿ＷriｔｅReg(０ｘ０037，0x1407);LCD＿WriteReｇ(0x0012,０ｘ01b８);LＣD_WritｅRｅｇ(０ｘ0029,０x0048）；LCＤ_WrｉteReg(0x00０1，0x０１0０）;//顯示方向LCD＿ＷriｔeReg(0x0002，0x0700);ＬCD_WrｉtｅＲeg(0x0００3，0x1230)；LCＤ_ＷrｉteReg(０ｘ00６１,0x000１);LCD_ＷriteReｇ(0x00０7，0x0１73);｝4。2。2ADC初始化流程圖開始調(diào)用液晶開始調(diào)用液晶初始化程序初始化連接初始化連接到AD的IO設(shè)置AD時(shí)鐘，工作模式等參數(shù)設(shè)置AD時(shí)鐘，工作模式等參數(shù)開啟AD開啟AD轉(zhuǎn)換圖4。5液晶初始化流程圖voidＡdc_Ｉｎit（void)｛ＲCC—〉A(chǔ)PB2EＮR｜=1〈<２;／/使能PＯＲTＡ口時(shí)鐘GPIOA—>CRL＆=0XFFFＦ00００;／/PA0１２3anoloｇ輸入ＲCC->ＡPB２EＮＲ|=１<＜9;／/ADC1時(shí)鐘使能RCC->APB2RSTR|=1〈〈9;//ADC１復(fù)位RCC—〉A(chǔ)PB2RSＴR＆＝~(1<<9）;//復(fù)位結(jié)束ＲCC->ＣFGR＆=~(3＜<１4）；//分頻因子清零ＲＣC—>CＦGR｜=2〈<14;ADＣ1—>CＲ1＆＝0XF0FFＦF；//工作模式清零ADＣ1—>CR1｜＝0<＜１6；//獨(dú)立工作模式AＤＣ1－＞CR1＆＝~（１〈〈8);//非掃描模式AＤC1－〉CR2&＝~(1<〈1)；／/單次轉(zhuǎn)換模式ADC1－>CR2＆=~（７＜〈17);ADC1-＞CR２|＝7〈〈1７；//軟件控制轉(zhuǎn)換AＤC１—>CR2｜=1＜〈20；//使用用外部觸發(fā)(ＳＷSTＡRＴ)!！!必須使用一個(gè)事件來觸發(fā)ADC1－〉CR２&=~（1＜〈11）；//右對(duì)齊ADC1—＞SQR1&=～（0XF〈<2０)；ＡＤＣ1－＞ＳQＲ1＆=０＜<20；／/1個(gè)轉(zhuǎn)換在規(guī)則序列中也就是只轉(zhuǎn)換規(guī)則序列1ＡDC1—>ＳMPR2＆=0XFＦFＦF0００;//通道0,1,2，3采樣時(shí)間清空ADC１－>ＳMPＲ2｜＝7〈<9；/／通道32３9.５周期，提高采樣時(shí)間可以提高精確度ADＣ1->SＭＰR2|＝７<<6;//通道2239.５周期,提高采樣時(shí)間可以提高精確度ＡDＣ1-〉SMPR2|=7〈〈3；//通道12３9。5周期，提高采樣時(shí)間可以提高精確度ADC1-＞ＳMPR2｜=7〈〈0;／/通道0２39.５周期，提高采樣時(shí)間可以提高精確度ADC１-〉CR2｜=1<<0；／／開啟AD轉(zhuǎn)換器ADC1－〉ＣＲ2｜＝1＜<3；/／使能復(fù)位校準(zhǔn)ｗhｉｌe（ADＣ1-〉ＣＲ2＆1<<3）;//等待校準(zhǔn)結(jié)束AＤＣ1-〉CＲ2｜=１〈<2；／/開啟AD校準(zhǔn)whilｅ（ＡDＣ1-＞CR2&1＜〈2)；//等待校準(zhǔn)結(jié)束5系統(tǒng)調(diào)試本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的調(diào)試包括了硬件調(diào)試與軟件調(diào)試。其中硬件調(diào)試包括了５55構(gòu)成的多諧振蕩器的調(diào)試、帶通濾波器電路調(diào)試和AGＣ電路的調(diào)試。555用作產(chǎn)生聲源，其頻率的的大小由外部元器件的電阻和電容決定，幅值由供電電源VCC決定.帶通濾波器電路采用的是壓控電壓源型，分別由二階低通濾波器和二階高通濾波器組合而成，在保證3ｄB內(nèi)頻帶寬度為１0０HZ，帶通濾波器中心頻率為50０ＨZ的情況下，確定低通濾波器和高通濾波器的截止頻率Wc分別為４5０ＨZ與55０HZ,并且為了使電路穩(wěn)定的工作，在要求相應(yīng)的品質(zhì)因素Q的情況下,還需要考慮增益Av必須要小于或者等于2，因此音頻運(yùn)算放大器NＥ5532所組成的反饋放大電路的放大倍數(shù)最多等于2,在設(shè)計(jì)中需要正確計(jì)算外圍電阻R和電容Ｃ的參數(shù),最好是參照電子線路設(shè)計(jì)中的參數(shù)值來確定,這樣取得的效果會(huì)更好。在ＡGＣ電路中,VCＡ8１0的電壓控制端VC需要預(yù)留出來,方便我們測(cè)試，由于VCA81０的增益范圍是在-40dB—+40dB，所以能滿足ADC采樣的需求電壓值，很容易就達(dá)到了采樣需求。在軟件方面的調(diào)試，首先是編寫液晶驅(qū)動(dòng)程序，只有液晶成功驅(qū)動(dòng)能夠進(jìn)行正常顯示才能進(jìn)行后續(xù)軟件調(diào)試工作。在網(wǎng)上收集一些關(guān)于ILI9320驅(qū)動(dòng)芯片的2．８寸TFT液晶顯示程序及資料，很據(jù)時(shí)序圖和資料在原有程序的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改。很快液晶就能正常顯示。液晶正常顯示后就是對(duì)STM32的內(nèi)部12位ADC進(jìn)行驅(qū)動(dòng),以便采集4個(gè)方位上接收到的音源信號(hào)。參考SＴＭ3２的例程里面的ADC程序進(jìn)行修改，將例程里面的單通道采集修改成4通道采集，并將采集結(jié)果顯示在液晶上。這樣通過液晶顯示結(jié)果修改ＡDC程序效率較高,能夠快速發(fā)現(xiàn)程序的不完善地方。然后模擬采集到的音源電壓給ADC４個(gè)通道輸出4個(gè)電壓值,通過對(duì)比液晶上的顯示結(jié)果對(duì)ＡDＣ進(jìn)行校準(zhǔn)。做到這里軟件底層驅(qū)動(dòng)基本上編寫完成。接下來的主要任務(wù)就是編寫算法將ADＣ4個(gè)通道采集到的電壓轉(zhuǎn)換成音源坐標(biāo).6系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)6.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能本設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)二維平面內(nèi)音源位置的確定,可用于現(xiàn)實(shí)生活中的定位系統(tǒng)，并將坐標(biāo)值顯示出來，給人們一種確定的位置信息，方便他們之間的通訊和查詢等.該技術(shù)不但可以應(yīng)用于日常生活中,而且還可以應(yīng)用于軍事上,是一種重要的軍事偵察手段，他是聲學(xué)與電子相結(jié)合的一種技術(shù).通過本次設(shè)計(jì),對(duì)每個(gè)模塊的進(jìn)行一次測(cè)試與調(diào)試，然后將模塊連接在一起，最終基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求,完成了設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了音源定位。該設(shè)計(jì)在在前端設(shè)計(jì)時(shí),也做了很多工作與相應(yīng)的仿真，而且在選擇AＧＣ電路時(shí)候，對(duì)VＣA８10的選取也做了仔細(xì)分析，這給以后的工作帶來了很大的方便。6．２系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測(cè)試6。2。1帶通濾波器的頻率響應(yīng)本設(shè)計(jì)通過Proｔeｕs軟件對(duì)電路中重要參數(shù)進(jìn)行了仿真測(cè)試,圖6。1和圖６。2分別展示的是二階低通濾波器與二階高通濾波器的頻率響應(yīng)圖。通過該仿真圖可以看出,本次設(shè)計(jì)所選帶通濾波器的組成元器件的參數(shù)選擇是合理的，—3dB的通頻帶為450Hｚ—5５０Hｚ，而且波形較為陡峭,對(duì)干擾信號(hào)的衰減較強(qiáng)，對(duì)我們的聲源信號(hào)進(jìn)行了很好的保護(hù)。圖６。15５0HZ二階低通濾波器頻率響應(yīng)圖6．２45０HZ二階高通濾波器頻率響應(yīng)6.２.255５定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器測(cè)試由5５5定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器中,有兩個(gè)關(guān)鍵的門檻電壓值分別為和，此電路中的VCＣ電壓值即為電源電壓。下圖是555構(gòu)成的方波發(fā)生器。圖６.３雙T陷波器的仿真效果圖分析:圖中黃色的線條表示的是產(chǎn)生的方波信號(hào)，我們可以看出一個(gè)周期的時(shí)間為2mｓ,因此得到了我們所要的５００HZ的方波信號(hào)，而且波形形狀較好，滿足設(shè)計(jì)要求.由于５55定時(shí)器背部的比較器靈敏度較高,而且采用差分電路形勢(shì)，因此該電路受電源電壓和溫度的干擾都比較小.6．2．3STＭ32ＡDC電壓采集測(cè)試下表6.１列出了STM32ADC采集到的電壓與實(shí)際電壓值之間的對(duì)比,通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，ＳＴM3２ADC采集到的電壓精度較高,電壓跳動(dòng)小；在１。0V到3。0V的測(cè)量范圍內(nèi)誤差最小，根據(jù)此調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)ＡGC電路時(shí)盡量將電壓波動(dòng)范圍設(shè)置在1。0V到3。0V的范圍內(nèi)。能夠滿足本設(shè)計(jì)的需要。表6．1SＴM3２AＤＣ電壓采集測(cè)試表測(cè)試通道測(cè)試次數(shù)實(shí)際值(Ｖ）測(cè)量值（V)測(cè)量誤差110．１０0.1220．0％20。500.551０.０%31.０00.９55。0%42.０0２．084。0％53.003．１2４.0％２10。100.11１０。０%２0.50０。5９18.0%31.001．111１.0％42.001。990。5％5３。００3.113。7%3１0.100。１１10.0%20。５０0．4５10.0%31．000．9６4．0％４２。０02。14７.０％53。０03.196。3%410。100．０910.0%20．500.476。0%31.001。0５5。０％４2。０02．09４.5%５3.0０3.１2４4。0％6.2．４ＶCA81０電路測(cè)試可變?cè)鲆婺K選用TＩ公司的高增益可調(diào)寬帶壓控放大器ＶＣA８１０，其特性包括高增益可調(diào)范圍-4０～+40dB，增益控制準(zhǔn)確度±１.5dB(高精度型號(hào)為±0．9dB）,差分輸入單端輸出,不變的增益帶寬35MＨz，ｄB／V增益線性度±0。3dB，增益控制帶寬25MHｚ，低輸出DC誤差小于40mＶ，高輸出電流±6０mA，低工作電流２4.8mA。VCA8１０的工作原理是通過對(duì)其引腳3施加直流電壓來控制增益的大小。控制電壓與增益的函數(shù)關(guān)系式為：當(dāng)Vc從0Ｖ變化到—２Ｖ時(shí)，增益從-40ｄＢ線性地變化到＋４0dB。另外，當(dāng)Vc電壓超過0V時(shí)，增益為－80dＢ。當(dāng)工作在手動(dòng)模式時(shí)，通過電位器分壓來提供Ｖc信號(hào),當(dāng)工作在預(yù)設(shè)模式時(shí),通過鍵盤輸入增益值，然后經(jīng)過單片機(jī)Ｄ/A輸出提供Ｖｃ信號(hào)。調(diào)試測(cè)試板如圖６．4所示:圖6.4VCA8１0測(cè)試電路板通過本次測(cè)試,從理論上講，VCA８１0的增益控制電壓在0V時(shí)應(yīng)為—40dB，在—２V時(shí)應(yīng)為+４0dB，但是在實(shí)際測(cè)試中，很難到這樣的指標(biāo),本次AGＣ模塊中在接近＋30dB的時(shí)候就開始出現(xiàn)波形的失真，而且放大倍數(shù)在１2倍左右就很難再向上面提升,經(jīng)過分析有可能是因?yàn)閂CＡ81０有輸入電阻，存在阻抗匹配，且自身容易產(chǎn)生自激所致。但是對(duì)于本次設(shè)計(jì)在+３0dB的范圍內(nèi)已經(jīng)足夠了,如果需要達(dá)到更高要求的增益控制,我們可以選擇用兩個(gè)VCA８10級(jí)聯(lián)的方式來實(shí)現(xiàn).在設(shè)計(jì)中，我們需要－２V-０V的控制電壓，那么我們可以簡(jiǎn)單的搭建一個(gè)由OP０7構(gòu)成的反相器來完成.６．３系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)分析此次設(shè)計(jì)基本完成了設(shè)計(jì)之初所預(yù)想的功能,完成了基于STＭ3２的音源坐標(biāo)定位裝置的工作，比較成功的設(shè)計(jì)了帶通濾波器(ＢPF)、方波發(fā)生器和AGC電路，并將實(shí)測(cè)的音源坐標(biāo)值完整的顯示出來。關(guān)于指標(biāo)方面，測(cè)試結(jié)果與實(shí)際音源位置存在一定的誤差,因?yàn)槁曀贂?huì)隨外界環(huán)境的不同而不同,如溫度介質(zhì)，而且聲音在傳播過程中會(huì)受到其他噪聲的影響,因此就系統(tǒng)本身而言，存在誤差是在考慮范圍內(nèi)的。并且在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)算中我們所用的聲速為３40ｍ/s，這樣計(jì)算出來的結(jié)果與實(shí)際值之間不可避免的產(chǎn)生了誤差，但這種誤差是允許存在的，且對(duì)結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生很大的影響，基本上滿足設(shè)計(jì)的要求。７結(jié)論本文通過精心構(gòu)思，方案論證，最終設(shè)計(jì)出了預(yù)期目標(biāo)的聲源定位裝置。從得到題目以后，開始劃分每一個(gè)需要的模塊,然后選取每個(gè)模塊中的核心芯片，圍繞到核心芯片設(shè)計(jì)電路，達(dá)到模塊的功能指標(biāo)，最后將每個(gè)模塊連接起來，系統(tǒng)調(diào)試.該設(shè)計(jì)是以SＴM３2F１03為核心，該芯片用作處理器和運(yùn)算器，是一款３2為位的嵌入式芯片，其內(nèi)部資源十分豐富，也正好滿足本次設(shè)計(jì)的要求。通過此次設(shè)計(jì),從整個(gè)系統(tǒng)來看,雖然滿足了設(shè)計(jì)的基本要求,但是還存在一定的誤差,此類誤差的引起產(chǎn)生的原因有很多很多,我們必須在盡可能保留原有聲源信號(hào)的基礎(chǔ)上,對(duì)其余雜音、噪音等進(jìn)行相應(yīng)的去除,并且還需要考慮設(shè)計(jì)成本。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程是：聲源由555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生，設(shè)計(jì)的中心頻率可以通過外圍阻容元件設(shè)定，然后將產(chǎn)生的聲源送入AGC自動(dòng)增益控制中,穩(wěn)定輸出信號(hào)在一定范圍內(nèi),然后AGC電路輸出信號(hào)送入到柱體極話筒，通過了一個(gè)由NE553２構(gòu)成的帶通濾波電路,對(duì)接收到的音源信號(hào)進(jìn)行濾波，最后將整理后的信號(hào)送入到AＤC中，經(jīng)過ＳTM32F103控制采樣后，再對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和相應(yīng)的運(yùn)算,最后解出音源坐標(biāo)。此外,本次設(shè)計(jì)雖然取得了成功,但也還不是最優(yōu)的的方案。對(duì)坐標(biāo)的運(yùn)算結(jié)果還存在一定的誤差。另外，本次設(shè)計(jì)的算法中還沒有考慮聲音在遇到障礙物時(shí)的折射現(xiàn)象,如果是測(cè)試音源在反射、折射的條件下，估計(jì)誤差還會(huì)加大。所以在以后的設(shè)計(jì)中,還需要進(jìn)一步完善硬件電路和軟件算法，爭(zhēng)取得到更加精確地結(jié)果。8總結(jié)與體會(huì)本次設(shè)計(jì)從整個(gè)過程來講還是比較成功的。首先，通過對(duì)構(gòu)成基于ＳＴＭ32的音源定位系統(tǒng)的功能模塊劃分,然后對(duì)其中重要的三個(gè)模塊進(jìn)行了方案論述與比較，決定了采用以555為發(fā)生源并配以ＡGＣ電路與帶通濾波電路的前端硬件設(shè)計(jì)。由于該設(shè)計(jì)計(jì)算量比較大，需要求解超定方程組，所以后端的元算起采用了TＩ公司的ARＭ嵌入式芯片SＴM32F１0３。整個(gè)設(shè)計(jì)通過Proteus的仿真設(shè)計(jì),再到AｌtｉｕmＤesiｇnerWintｅr9的原理圖設(shè)計(jì),最后通過PCB板的繪制，加工焊接后,做成我們需要的硬件電路，在硬件電路基本調(diào)試完成之后，再由IＡＲ軟件提供相應(yīng)的編程與調(diào)試環(huán)境,最終完成系統(tǒng)設(shè)計(jì).基于ＳTＭ32的音源測(cè)量裝置具有實(shí)用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便擴(kuò)展、外圍元件少及成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，可以實(shí)時(shí)測(cè)試出某一未知聲源的具體為止,廣泛應(yīng)用于雷達(dá)監(jiān)測(cè)方面.經(jīng)過一段時(shí)間的努力,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲。但是在設(shè)計(jì)中仍然存在某些方面的不足，諸如校正問題、測(cè)量精度的進(jìn)一步提高和功能的擴(kuò)展問題等，這些都會(huì)在以后的研究中得到解決.通過本課題的設(shè)計(jì)，從原理圖到PCＢ,從實(shí)際硬件電路的搭建、調(diào)試到軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、編寫等，所有的這些工作形成了一個(gè)完整的系統(tǒng)。通過本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，自己學(xué)到了很多東西。首先,對(duì)模擬電路有了更深入的了解，對(duì)運(yùn)放的參數(shù)有了更為深入的認(rèn)識(shí),特別是在選擇有源濾波器和自動(dòng)增益放大電路時(shí)，對(duì)其中的增益帶寬積、壓擺率和增益范圍等參數(shù)的理解。其次，在電路的調(diào)試中,讓我感覺到了元器件的選型和仔細(xì)閱讀其PＤF的重要性,一個(gè)設(shè)計(jì)的指標(biāo)的好壞與器件的選型密不可分,因?yàn)樵骷奶匦跃蜎Q定了某一些指標(biāo)的極限參數(shù)。這也是要求我們認(rèn)真閱讀每一個(gè)PDF,特別是國(guó)外的一些資料。另外，還要學(xué)會(huì)怎么去閱讀一類元器件的資料，也就是哪些參數(shù)是最重要的,是我們?cè)O(shè)計(jì)所要求的。比如,在ADＣ轉(zhuǎn)換器的選型時(shí)，我們除了看它的工作電壓外，還必須要看其基準(zhǔn)電壓、ADC位數(shù)、通道數(shù)以及轉(zhuǎn)換速度等參數(shù)，在一些特別大的系統(tǒng)中,還需要考慮其操作時(shí)序是否簡(jiǎn)單,可編程性強(qiáng)不強(qiáng)等。再次,自己在精神品質(zhì)方面也得到了一定的鍛煉，磨練了自己刻苦專研的意志.但是,在設(shè)計(jì)之中也發(fā)現(xiàn)了自己的一些問題，比如對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)比較慢，對(duì)信息的獲取和接收效率較低,而且在以后的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該更多的考慮工程與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化和環(huán)境等方面的關(guān)系。讓工程項(xiàng)目具有更好的綜合價(jià)值。最后，通過本次的設(shè)計(jì)，使自己意識(shí)到了工程應(yīng)用中考慮到的諸多方面的因素，感覺到了一個(gè)項(xiàng)目和工程的運(yùn)行不是那么簡(jiǎn)單的事情，需要考慮到項(xiàng)目需求、市場(chǎng)需求、人員分配、工程進(jìn)度以及市場(chǎng)價(jià)值等多方面的因素.自己也對(duì)嵌入式單片機(jī)有了更深入的理解，體會(huì)到了他們豐富資源的優(yōu)勢(shì)和強(qiáng)大。無論是硬件制作還是軟件編程方面，由于嵌入式技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)、電子產(chǎn)品范圍內(nèi)已經(jīng)逐漸體現(xiàn)出了其優(yōu)越性，它與外圍簡(jiǎn)單電路配合,再添加上優(yōu)化程序就可以構(gòu)建我們想要的產(chǎn)品，因而也使得本設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn).9謝辭經(jīng)過近一學(xué)期的忙碌學(xué)習(xí)和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲。作為一個(gè)學(xué)生，在設(shè)計(jì)之中，難免會(huì)遇到一些棘手的問題，而且經(jīng)驗(yàn)匱乏。幸虧有曹林老師細(xì)心的指導(dǎo),才使設(shè)計(jì)得以順利完成。在這里，首先我要感謝我的指導(dǎo)老師,他在百忙之中抽出時(shí)間來和我們進(jìn)行交流，對(duì)問題進(jìn)行多方面的論證,使我學(xué)會(huì)了從多角度的去看待一個(gè)事件，也使我意識(shí)到了書本之外的一些東西。曹老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和一絲不茍的工作作風(fēng)是我在以后學(xué)習(xí)和生活中的榜樣。曹老師不僅在軟件方面的技術(shù)能力很強(qiáng),而且在硬件電路的分析上也是很厲害,他的某一些解題思路和軟件算法非常有新意。另外,他在平時(shí)人際交流的方式和為人處事的態(tài)度也非常值得我認(rèn)真學(xué)習(xí)。本次設(shè)計(jì)是我在大學(xué)學(xué)習(xí)中用時(shí)最長(zhǎng)、內(nèi)容涉及最廣泛、工作量最大的一次設(shè)計(jì)。通過本次設(shè)計(jì)，我理解了再玩曾以了項(xiàng)目的時(shí)候，首先要進(jìn)行需求分析，設(shè)定好相對(duì)應(yīng)的功能和技術(shù)指標(biāo)，然后根據(jù)市場(chǎng)分析認(rèn)清產(chǎn)品的性價(jià)比,從而才能用工程的方法很好的解決問題。此外，此次設(shè)計(jì)還得到了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)們的悉心指導(dǎo).為此，我必須還得感謝創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)們對(duì)我的無私的幫助。在論文即將完成之際，無限的喜悅和感激溢于言表。最后,再一次感謝曹林老師無微不至的關(guān)愛和指導(dǎo)，感謝電氣信息學(xué)院的老師們對(duì)我們的培養(yǎng)。在以后的實(shí)踐中,我將繼續(xù)努力學(xué)習(xí)電路設(shè)計(jì)方面的理論知識(shí),并理論聯(lián)系實(shí)際,爭(zhēng)取進(jìn)一步提升電路設(shè)計(jì)方面的能力。10參考文獻(xiàn)[1］康華光。電子技術(shù)基礎(chǔ).模擬部分。第五版。北京：高等教育出版社，２00５[2］謝自美。電子線路設(shè)計(jì)．實(shí)驗(yàn)。測(cè)試第三版．武漢：華中科技大學(xué)出版社，２006［3］陳志旺．STM32嵌入式微控制器快速上手[Ｍ］．北京：電子工業(yè)出版社,20１2［4］劉軍．例說STM32[M］．北京:北京航空航天大學(xué)出版社,201１［５]彭剛、秦志強(qiáng)?；贏ＲＭＣｏrtex－Ｍ3的SＴM32系列嵌入式微控制器應(yīng)用實(shí)踐[M］。北京：電子工業(yè)出版社，2011［６］謝沅清。信號(hào)處理電路［Ｍ］.北京：電子工業(yè)出版社,1９84[7］朱達(dá)斌.模擬集成電路的特性及應(yīng)用[M］.北京：航空工業(yè)出版社,１99４［８]張曄，王玉民主編．單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M］.西安:高等教育出版社,２00６[9］劉茜.單片機(jī)通信技術(shù)與工程實(shí)踐[M]．北京:人民郵電出版社,2005[10]張毅剛主編。單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：高等教育出版社，2003［12］譚浩強(qiáng)。C程序設(shè)計(jì).第三版．北京：清華大學(xué)出版社，199１[1３］李東生.Ｐrotｅlｌ９9SＥ電路設(shè)計(jì)技術(shù)入門與應(yīng)用．電子工業(yè)出版社，20０４[14]陳曉平.Prｏｔeｌｌ99ＳE電子電路CAＤ應(yīng)用教程．東南大學(xué)出版社,20０5[1５]黎文模。Proｔｅllｄxp電路設(shè)計(jì)與實(shí)例精解［M]。北京:人民郵電出版社，20０6[１６]孫肖子。電子設(shè)計(jì)指南［M］。北京:高等教育出版社,２00６［17]門宏．怎樣看電子電路圖［Ｍ］。北京：人民郵電出版社,2007[18]ＡxｅlBｕchnｅr，RaouｌBｅll．Sounｄｓｏuｒcｅloｃaｔionmｏdｕlａt(yī)estｈeiｒrelｅvant—ｓouｎdeffect．Meｍory&Cogｎｉtｉon，２０0８,36（３)，617-６28［１9］Ｄ.H．Yｏｕn，N．Ａｈｍed,G.C。Carter,OnusinｇｔheLＭSalｇoｒithmfortｉmedelａyestimatｉoｎ，IEEEＴransactionsｏnAcoｕstiｃs,SpeecｈａndSｉgｎａlＰrｏｃeｓsｉng，１992，Vol.3０(５）：798~801附錄附錄一：部分原理圖附錄二：部分PＣB圖附錄三:核心代碼/＊ＡＤC采樣部分*/#ｉｎclude<stm32f10x_liｂ.h>#iｎclｕdｅ"ａdc．ｈ"vｏidAｄc_Ｉnit（void）｛//先初始化IＯ口ＲCC—>AＰB2ENＲ｜=1<〈2;／/使能PORＴA口時(shí)鐘ＧPＩＯA—〉CＲL&=0XFFＦF00０0；//PA0123ａｎolog輸入RCC—＞APB2ＥNR|=１<＜9;／/ＡDＣ1時(shí)鐘使能／／通道１０/11設(shè)置ＲCC－〉A(chǔ)PB2RＳTＲ｜＝１〈〈9；/／ADC1復(fù)位RＣC－〉A(chǔ)PB2RＳＴR＆=～（1〈<９);//復(fù)位結(jié)束RCＣ->ＣFGR＆=~（3〈<14）；//分頻因子清零RCC-＞CFGR|=2<<14；/／SＹSＣLK/DIV２＝12MＡDＣ時(shí)鐘設(shè)置為12M,AＤC最大時(shí)鐘不能超過14M！否則將導(dǎo)致ＡDC準(zhǔn)確度下降！ADC1->ＣR１&＝０XF0FＦFF；//工作模式清零AＤC１—〉CR1|=0〈＜16；//獨(dú)立工作模式AＤC１—〉CＲ1&=～(1〈〈8)；//非掃描模式AＤC1－＞CR2＆=~(1<<１);／／單次轉(zhuǎn)換模式ADＣ1－＞CR2＆＝～(7〈<17);ADＣ1—＞ＣＲ2|=7〈<1７;//軟件控制轉(zhuǎn)換ＡDC1-〉CR2|=1<＜2０；/／使用用外部觸發(fā)（SWSＴARＴ)！!!必須使用一個(gè)事件來觸發(fā)AＤC１－〉CR2＆＝～(1〈<1１);//右對(duì)齊ＡDC1-＞ＳＱＲ1＆=～（0XF〈〈２0）；ADC1—>SQR１＆=0〈＜20;//1個(gè)轉(zhuǎn)換在規(guī)則序列中也就是只轉(zhuǎn)換規(guī)則序列1/／設(shè)置通道0～３的采樣時(shí)間AＤC1—〉SMPR２＆=０XFFFFＦ000;//通道0，1,２，3采樣時(shí)間清空ADＣ1－>ＳMPＲ2｜=７〈<9;//通道３2３9.5周期，提高采樣時(shí)間可以提高精確度ADＣ1—>SMPR２|=7<＜6;//通道2２39.５周期,提高采樣時(shí)間可以提高精確度ADC1—>ＳＭＰＲ2|＝7〈〈3；／/通道123９.5周期,提高采樣時(shí)間可以提高精確度ADC1－〉ＳＭＰR2|=7<＜０；/／通道０２３9.5周期,提高采樣時(shí)間可以提高精確度ＡDC1—〉CＲ2｜=1<<０；/／開啟ＡD轉(zhuǎn)換器ADC1-〉ＣＲ2｜＝1<<3；／/使能復(fù)位校準(zhǔn)wｈiｌe(ADＣ1－>CR2＆１〈<3);/／等待校準(zhǔn)結(jié)束/／該位由軟件設(shè)置并由硬件清除.在校準(zhǔn)寄存器被初始化后該位將被清除.ADC1-＞ＣR2|=１〈<2;//開啟AD校準(zhǔn)whiｌｅ（ADC1-＞CR２＆1<〈2)；／／等待校準(zhǔn)結(jié)束/／該位由軟件設(shè)置以開始校準(zhǔn)，并在校準(zhǔn)結(jié)束時(shí)由硬件清除｝ｕ16Ｇet＿Adc(ｕ８cｈ)//設(shè)置轉(zhuǎn)換序列｛ADC1-〉SQR３＆＝0XＦFFFＦFE0;//規(guī)則序列1通道cｈＡDC1－〉SQＲ3｜=ｃｈ；ADC１—〉CR２｜=1<<２２;/／啟動(dòng)規(guī)則轉(zhuǎn)換通道whilｅ（!(AＤC１->ＳR&1＜<1))；//等待轉(zhuǎn)換結(jié)束returｎA(yù)ＤC1-〉DR;//返回aｄｃ值}/*主函數(shù)部分＊/＃iｎcｌｕde"sys.h"＃iｎclude"dｅlay。h＂＃incluｄe"ADC。h"iｎtmaｉn()｛Ｓtｍ３2_Ｃlｏｃk_Iｎit(9）；//系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置dｅlay_iniｔ（72）；//延時(shí)初始化ＲCＣ—>APB2ＥNR｜＝1<<2；Aｄc_Ｉnit（);LCD＿Init()；whilｅ(1）｛dｉｓｐlay_Ｘ（Get_Adc（0x0０））；delａy_ms（2５０）；disｐlａy_Y(Gｅt＿Adｃ（０ｘ01）)；delay＿ms(2５0)；｝｝/*測(cè)試部分＊／#inｃlude〈sｔm３２f1０x＿ｌib。h〉＃ｉnｃlude”ｎum.ｈ”＃ｉncludｅ"sｙs。h＂#includｅ”dｅlａｙ.h＂＃defineLＣD_CSＰCｏｕｔ（9）／/數(shù)據(jù)/命令PC8#ｄefineLCD_RSPCｏｕt（8）//數(shù)據(jù)／命令PC８＃defｉneLCD＿ＷR(shí)PＣout（７）/／寫數(shù)據(jù)PC7＃definｅLCD_RＤPCout（6）//讀數(shù)據(jù)PC６ｕ8ｎum［19］［240］={{…｝｝／／相應(yīng)漢字的AＳCII碼ｖｏidLCＤ＿dａt(yī)ａ(ｕ16data）/／寫數(shù)據(jù)｛LＣD_RS=1；