基于加速度传感器和单片机的毕业设计方案.doc
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1、目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 课题目与意义21.3 课题研究现状31.4 本文重要内容及构造安排5第2章 硬件设计62.1 硬件器件选取62.1.1 SPCE061A单片机62.1.2 MMA7260QT三轴加速度传感器102.2 系统电路连接112.3单片机控制单元硬件设计132.3.1 输入/输出控制单元设计132.3.2 模仿数字转换设计162.3.3 DAC方式音频输出设计232.4 传感器控制单元设计242.5 本章小结26第3章 软件设计273.1 软件系统开发设计273.2 音频设计293.2.1 音频解决方案293.2.2 语音自动播放函
2、数设计303.2.3 语音文献压缩设计333.3 I/O接口及A/D转换设计343.3.1 I/O接口设计343.3.2 A/D转换设计343.4 主程序设计363.5 本章小结40结论41参照文献43道谢45附录一:46附录二:63摘要当代快节奏生活和工作中,人们往往承受着巨大压力。本设计拟采用SPCE061A开发板控制加速度传感器实现一种“出气宝宝”系统,在人们发泄情绪打击“出气宝宝”时候,依照打击力度发出相应“哭声”。这样,人们以娱乐方式合理表达了袭击性实现了心理调节。整个系统重要由SPCE061A开发板与加速度传感器两大模块来实现。外部“击打”会使传感器输出模仿电压信号。61板通过I/
3、O接口读入信号,通过A/D转换和程序解决,提取出能表征外部运动限度量,并以此控制音频函数中音量指数,变化扬声器“哭声”大小。系统设计内容大体可分为硬件设计与软件设计两某些。硬件设计重要涉及外围电路设计与连接,对I/O接口、A/D转换、音频输出数据单元控制。软件设计重要涉及自动声音播放函数、声音文献压缩与连接、I/O接口与A/D转换设立、主程序函数编写等。通过整个系统连接调试,摇动传感器,扬声器发出“哭声”,且音量大小与运动激烈限度正有关,系统基本功能实现。核心词:SPCE061A;加速度传感器;I/O接口;A/D转换;音频AbstractWith the fast pace of modern
4、 life and work,people are often under huge pressure.This design uses SPCE061A development board to control acceleration sensor to realize a venting baby system. When the emotional outburst people strike venting baby,the system could give out corresponding cries according to the degree of blow. So,pe
5、ople express their aggressiveness in reasonable way to realize psychological adjustment.The system mainly consists of SPCE061A development board module and acceleration sensor module. External strike will make sensor output analog signal. 61 board reads signals through the I/O interface,and extracts
6、 a value which can characterize the amount of movement level outside after A/D conversion and process. Then the value could control the volume index of audio function to change the sound size of the cries.The design of the System can roughly content of hardware design and software design. The hardwa
7、re design includes outer circuit design and connection.We shoud also understand the performance of I/O port,A/D conversion and audio output. Software design includes automatic sound function,sound files compressed and connection,I/O interface and A/D conversion,main program function,etc.Through the
8、entire system commissioning,shaking sensors,speaker gives out cries, and the volumeare positively related to the intensity of movement. Then we realize the basic function of the system.Keywords: SPCE061A;acceleration sensor;I/O interface;A/D conversion;audio第1章 绪论1.1 课题背景随着时代进步,人们自我认知水平不断提高,心理问题逐渐引起
9、了人们广泛关注。近年前,不健康成长环境、先天生理缺陷等状况就始终是心理问题重要成因。而近年来,由于生活、工作、学习节奏加快,人们往往承受着巨大压力。心理问题也就被摆到一种更为普遍层次,任何人都或多或少承受着心理方面承担。心理问题往往引起某些不正常反映。人们会难以集中注意力、容易分神、记忆力减退、选取性思维失调、期待性焦急、郁郁寡欢、冷漠偏执、自卑多疑、消沉空虚、无端烦恼、遇事暴躁特别令人担忧是,具备心理问题人还会容易狂热和冲动,对外界产生敌对情绪,且经常带有袭击性。近年来社会上由于心理问题导致悲剧,引起了人们普遍注重。合理调节心理、控制情绪,对实现人全面发展、对改进人际交往关系、对国内构建和谐
10、社会均有着积极作用。生活中矛盾和事件所引起心理反映,重要是情绪反映,因此心理调节和控制最基本点,可以说是调节和控制情绪。其中,情绪舒缓与疏导显得尤为重要。当人们承受着巨大精神压力时,可以用合理方式把这种压力表达释放出来。情绪释放有各种方式,例如说找人谈话、培养乐观生活态度等。而通过玩具等辅助手段来释放情绪办法也越来越引起人们关注。这种方式不但简朴以便、易于操作,还具备诸多趣味性。在当今市场中,情绪调节类玩具各种各样。但是,其中大多数设计原理都比较简朴。例如说,有是基于某些常用物理学现象,有则纯粹以外观设计取胜。通观整个情绪调节类玩具市场,其中依托芯片控制智能玩具开发尚属少数。因而,设计情绪调节
11、类玩具,也便在智能化方向上浮现了创新空间,昭示了很辽阔市场前景。智能化情绪调节类玩具长处是很突出。通过微控制器控制智能玩具可以进行内部数据解决,控制产生不同效果。若再辅以各类外部传感器模块特殊功能,智能玩具还可以与顾客进行各种方式互动1。这样一来,智能玩具在改进顾客情绪方面,无疑会带来明显作用。1.2 课题目与意义本设计拟采用SPCE061A开发板控制加速度传感器实现一种“出气宝宝”系统,在人们发泄情绪打击出气宝宝时候,依照打击力度发出相应“哭声”。通过这样方式,人们以娱乐方式合理表达了袭击性,发泄了内心种种压抑情绪,进而实现了心理调节。为了达到使顾客发泄情绪目,本系统需要检测、读取外部打击力
12、,并依照该打击力大小发出相应音量“哭声”。外力信息采集与转化需要通过设计加速度传感器模块来实现。咱们把SPCE061A开发板作为本次设计核心某些。SPCE061A开发板输入输出接口、模数转换以及音频发声等功能都作为系统设计中重点。通过SPCE061A开发板对传感器输出电压数据进行读取、转化、分析,便可以控制播放压缩好“哭声”。本设计最后目是一方面使顾客合理表达了袭击性,释放了情绪;另一方面通过“哭声”回应,得到慰藉或娱乐效果。所谓“哭声”,普通理解为事先准备好哭声音频,可以是婴儿哭声、男声、女声。而广义“哭声”又可以理解为一段音乐或者幽默语句。这样设计,无疑更增长了产品趣味性与娱乐效果,从而更
13、好实现了调节情绪目。基于SPCE061A“出气宝宝”系统设计,可以看作是一款智能玩具开发。该系统具备调节心理、缓和情绪作用,适应了当代心理问题比较突出社会现实。这样开发设计无疑拥有开阔市场和广大受用人群,会对调节人们心理健康、改进人们工作学习氛围、增进生活氛围和睦、乃至增进社会和谐均有着重要意义。1.3 课题研究现状基于SPCE061A智能玩具设计,特别是调节情绪类玩具设计,当前在国内外市场上都比较罕见。鉴于本设计思路比较新颖,同类产品应用设计较少,咱们对课题研究状况简介将重要环绕设计核心某些,即凌阳SPCE061A单片机与加速度传感器发展应用来展开。随着单片机功能集成化发展,其应用领域也逐渐
14、由老式控制扩展为控制解决、数据解决以及数字信号解决(DSP,Digital Signal Processing)等领域。凌阳16位单片机就是为适应这种发展而设计。它CPU内核采用最新推出Microcontroller and Signal Processor16位微解决器(如下简称nSP)通用核构造。nSP指令系统提供具备较高运算速度16位16位乘法运算指令和内积运算指令,为其应用增添了DSP功能,使得nSP系列运用在复杂数字信号解决方面很便利,内嵌32K字闪存(FLASH),可以非常容易地、迅速地解决复杂数字信号。其汇编指令近似C语言,具备较高C语言编程效率。并且它尚有I/0口功能丰富、集成
15、度高、体积小、可靠性好、功耗低且性能价格比高等特点。因而,以nSP为核心SPCE061A微控制器是合用于录音、放音、数字语音辨认应用领域产品一种最经济选取。当前已经投入国内外市场产品,涉及语音播报温度计、智能交通灯、嵌入式汽车运营图片信息采集系统、数码语音录音及播放系统、空调智能控制系统等。可以说基于SPCE061A“出气宝宝”设计与上述产品技术手段、基本原理相类似。然而就应用角度来说,“出气宝宝”思路新颖,具备一定创新性和时代特色,昭示了辽阔市场前景2。加速度传感器是一种可以测量加速力电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上力。加速力可以是个常量,例如g,也可以是变量。概括起来,加
16、速度传感器可应用在控制,手柄振动和摇晃,仪器仪表,汽车制动启动检测,地震检测,报警系统,玩具,构造物、环境监视,工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝振动测试与分析;鼠标,高层建筑构造动态特性和安全保卫振动侦察上。多数加速度传感器是依照压电效应原理来工作。所谓压电效应就是:对于不存在对称中心异极晶体加在晶体上外力,除了使晶体发生形变以外,还将变化晶体极化状态,在晶体内部建立电场,这种由于机械力作用使介质发生极化现象称为正压电效应。固然,尚有诸多其他办法来制作加速度传感器,例如压阻技术,电容效应,热气泡效应,光效应,但是其最基本原理都是由于加速度产生某个介质产生变形,通过测量其变形量并用有关电路转
17、化成电压输出3。 本系统设计所采用MMA7260QT三轴加速度传感器就是运用了压电效应原理。由于加速度导致晶体变形会产生电压,只要计算出产生电压和所施加加速度之间关系,就可以将加速度转化成电压输出。又由惯性定理可知:A(加速度)=F(惯性力)/M(质量)。这样,在质量M为已知常量前提下,加速度与外力成正比例关系。输出电压相应着加速度线性变化,也同样相应着外力线性变化。机械力也就转化成可以控制单片机电信号,达到了系统设计规定4。1.4 本文重要内容及构造安排本文着重于对基于SPCE061A“出气宝宝”系统设计阐明,详细简介了设计思路、办法与详细流程。本文重要内容也是以实际设计为骨架,辅以对必要知
18、识简介,构成了一种重点突出、条理鲜明、内容丰实整体。通观全篇,整个系统设计可大体分为硬件设计与软件设计两某些。硬件设计涉及外部电路设计与连接、单片机I/O口设计、AD转换设计、音频设计、传感器电路等。软件设计涉及I/O输入初始化、AD转换初始化、传感器输入数据解决、声音播放函数编写、音频压缩与调用等。本文构造重要安排为三章,详细内容分布如下:第一章:绪论,阐述课题开发背景,提出该课题研究根据和意义;简介了SPCE061A与单片机发呈现状;内容概述对整篇论文起提纲挈领。第二章:硬件设计,重要涉及硬件元器件选用、系统整体外围电路连接、单片机中各控制单元实现以及传感器电路等。第三章:软件设计,重要分
19、为软件系统开发、音频设计、I/O口与A/D转换定义、主程序设计四方面内容。第2章 硬件设计2.1 硬件器件选取本次设计整个系统重要由SPCE061A开发板和加速度传感器模块两某些构成。因而,硬件器件咱们选取了61板和MMA7260QT三轴加速度传感器。61板是SPCE061A EMU BOARD简称,是以凌阳16位单片机SPCE061A为核心精简开发仿真实验板,除了具备单片机最小系统电路外,还涉及有电源电路、音频电路(含MIC输入某些和DAC音频输出某些)、复位电路等,采用电池供电。MMA7260QT三轴小量程加速传感器是检测物件运动和方向传感器,它依照物件运动和方向变化输出信号电压值。对于本
20、设计来说,可以较为精准地出反映“出气宝宝”受击打力后运动状况。下面,咱们将对所选这两某些硬件构造分别予以简介。2.1.1 SPCE061A单片机SPCE061A是一款16位构造微控制器,重要涉及输入/输出端口、定期器/计数器、数/模转换、模/数转换、串行设备输入输出、通用异步串行接口、低电压监测和复位等某些,并且内置在线仿真电路ICE接口,较高解决速度使其可以迅速解决复杂数字信号5。图2-1 61板框图咱们在设计中选取硬件是以凌阳16位单片机SPCE061A为核心精简开发仿真实验板,简称61板,其硬件框图如图2-1所示。它是“凌阳科技大学筹划”专为大学生、电子兴趣者等进行电子实习、课程设计、毕
21、业设计、电子制作及电子竞赛所设计,也可作为单片机项目初期研发使用。关于61板硬件框图阐明如表2-1所示。表2-1 61板框图简要阐明POWER5v&3.3v供电电路PLL锁相环外部电路*PowerPower-电源批示灯*SleepSleep-睡眠批示灯K4复位按键RESET复位电路S5EZ_PEOBE和PROBE切换3pin单排针PROBE在线调试器串行5pinEZ_PROBE下载线5pin接口J32pin喇叭插针MIC麦克风输入电路DAC一路音频输出电路VRTA/D转换外部参照电压输入接口OSC32768晶振电路K1-K3扩展按键:接IOA0-IOA2R/C其他外围电阻电容SPCE061A6
22、1板核心:16位微解决器PORTA/B32个I/O口61板核心是凌阳16位单片机SPCE061A,封装形式为PLCC84,具备丰富功能引脚。图2-2中显示了61板上各个接口分布。其中输入/输出(I/O)接口、音频输入/输出接口等在实验设计中经惯用到。下面咱们将就本次设计中重点应用到接口作简要阐明。输入/输出(I/O)接口。61板将SPCE061A32个I/O口所有引出:IOA0IOA15,IOB0IOB15。在引脚分布图(可参照61板阐明书,这里不重点阐明)中,相应SPCE061A引脚为:A口,4148、53、5460;B口,51、8176、6864。并且该I/O口是可编程,即可以设立为输入或
23、输出:设立为输入时,分为悬浮输入或非悬浮输入,非悬浮输入又可以设立为上拉输入或是下拉输入;在5V状况下,上拉电阻为150K,下拉电阻为110K;设立为输出时,可以选取同相输出或者反相输出。图2-2 SPCE061A接口音频输入/输出接口。正如咱们在前面简介61板具备强大语音解决功能,如图2-2所示,X1是语音MIC输入端,自带自动增益(AGC)控制,J3是语音输出接口,一种2pin插针外接喇叭,由DAC输出引脚21或2经语音集成放大器SPY0030A放大,然后输出,SPY0030A是凌阳一款芯片,功能相称于LM386, 但是比LM386音质好,它可以工作在2.46.0V范畴内,最大输出功率可达
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