超聲波測距離加語音報(bào)距畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：超聲波測距儀設(shè)計(jì)作者：專業(yè)班級/學(xué)號：08級機(jī)電（1）班 0806050142合作者1： 專業(yè)班級/學(xué)號：0806050110合作者2： 專業(yè)班級/學(xué)號：0806050122指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：2011-4-15畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教 師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 盡我所知，除文中特別加 以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研 究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說

2、明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電 子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供 目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制 手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠?或全部內(nèi)容。作者簽名： 日 期：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外， 本論文 不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 對本文的研 究做出

3、重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完 全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版， 允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期：年月日導(dǎo)師簽名:日期： 年 月日注意事項(xiàng)1. 設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)圭寸面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、

4、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對論文支持必要時(shí)）2. 論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、 程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬字。3附件包括：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4. 文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò) 別字，不準(zhǔn)請他人代寫2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）

5、畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5. 裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評價(jià)：一、撰寫（設(shè)計(jì)）過程1學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神優(yōu) 良 中 及格 不及格2、學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實(shí)程度優(yōu)良中及格不及格3、學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力優(yōu)良中及格不及格4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性 優(yōu) 良 中 及格 不及格5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況優(yōu)良中及格不及格二

6、、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu)良中及格不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu)良中及格不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？優(yōu)良中及格不及格3、論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平優(yōu)良中及格不及格建議成績：優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內(nèi)畫“ V”）指導(dǎo)教師：（簽名）單位：（蓋章）年 月日評閱教師評閱書評閱教師評價(jià)：一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？優(yōu)良中及格不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任

7、務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu)良中及格不及格二、論文（設(shè)計(jì)）水平1論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？優(yōu)良中及格不及格3、論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平優(yōu)良中及格不及格建議成績：優(yōu)良中及格不及格（在所選等級前的內(nèi)畫“/)評閱教師：（簽名）單位：（蓋章）年 月日教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見教研室（或答辯小組）評價(jià)：一、答辯過程1畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見解的敘述情況優(yōu) 良 中 及格 不及格2、對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況優(yōu)良中及格不及格3、學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài)優(yōu)良中及格不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1論文

8、（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？優(yōu)良中及格不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu)良中及格不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？優(yōu)良中及格不及格3、論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平優(yōu)良中及格不及格評定成績：優(yōu) 良 中 及格 不及格 教研室主任（或答辯小組組長）：（簽名）年 月 日教學(xué)系意見：系主任：（簽名）年 月 日2畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2. 1設(shè)計(jì)任務(wù)（1）畫出超聲波測距儀的電路原理圖（2）畫出語音芯片ISD1720應(yīng)用電路圖（3）編寫顯示、語音等模塊的單片機(jī)

9、程序（4）制作硬件電路板，并進(jìn)行調(diào)試2.2設(shè)計(jì)要求要完成設(shè)計(jì)任務(wù)，必需掌握以下各方面知識：（1）C51系列單片機(jī)的應(yīng)用原理（2）掌握超聲波傳感器的使用（3）查語音芯片ISD1720的資料及了解其的應(yīng)用（4）掌握諾基亞5510LCD屏幕（液晶）的使用（5）了解一些芯片，如NE555P（脈沖產(chǎn)生）、LM393（雙比較器）、CD4069（六相反相器）等（6）完成超聲波測距的電路和程序（7）完成測到的距離數(shù)據(jù)顯示（8）完成距離數(shù)據(jù)可以用語音報(bào)出3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1方案論證3.1.1主控制器方案論證確定方案三：用AT89S52,3.1.2超聲波發(fā)射電路方案論證確定方案3 :如圖3-3，由NE555時(shí)基電

10、路及外圍元件構(gòu)成 40kHZ多諧振蕩器電路，調(diào)節(jié)電阻器Rt1和Rt2阻值，可以改變振蕩頻率。由NE555第 3腳輸出端驅(qū)動(dòng)超聲波換 能器Lf的一端并接非門CD4069的一端,CD4069第2端接超聲波換能器Lf的另一端使之 發(fā)射出超聲波信號。由于 NE555工作時(shí)，使能端4要接9V電壓，而單片機(jī)輸出5V,因 而用LM393比較器進(jìn)行比較，使NE555的工作由單片機(jī)控制。電路簡單易制。電路工作 電壓9V,工作電流4050mA發(fā)射超聲波信號大于8m33RtlR"10kDI141131231L41096SCD4069+9V141068OUTIK十9VRt26-RS10k20kOUTTH：心

11、 lOOUpP21 3SP1uVTJR1010K11<R1?0.0111圖3-3 40KHz超聲波發(fā)動(dòng)和電路三3.1.3超聲波接收及信號處理電路方案論證確定方案2:采用集成電路CX20106A構(gòu)成超聲波接收電路，如圖3-5。集成電路CX20106A 是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。CX20106A內(nèi)部電路由前置放大器、自動(dòng)偏置電平控制電路（ABLC、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波 器及波形整形電路組成。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。此電路外圍元件較少，靈敏度 可靠性較高，故選

12、擇此方案。CX2 01 06 ADTn C C N 0 C OcV123k|567|8圖3-5 CX20106A引腳圖3.1.4顯示電路方案論證確定3.1.5語音模塊方案論證確定方案1:使用ISD1400系列的語音芯片，該芯片是并行通信，問世時(shí)間較早，在一 些功能上不夠完善。由于并口通信，它的使用較簡單，不過引線較多，占資源會較多。 不采用因方案。方案2：使用ISD1700系列的語音芯片，該芯片是SPI串口通信，是ISD1400系列 的升級版，功能較完善。音質(zhì)好，語音長短可由用戶定義。它引線少。使用時(shí)比ISD1400 系列的復(fù)雜，作為畢業(yè)設(shè)計(jì)，使用此方案，是較好的段練。所以語音模塊上選用此方案

13、， 電路圖見圖3-7。3.1.6系統(tǒng)電源電路系統(tǒng)電源以 14V為主電源，通過三端穩(wěn)壓電路LM7809及LM7805得到系統(tǒng)需要 的9V和 5V電源。超聲波發(fā)射電路采用'9V供電，其余電路采用'5V供電。電路 如圖3-8。J2U7US電源電路圖3-83.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì)及說明A本畢業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)如下（圖 3-9）:圖3-9 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖B設(shè)計(jì)說明：根據(jù)生活的一些自然現(xiàn)象，可知超聲波以一定速度（v=340m/s左右）在空氣中傳播,如果超聲波在前方遇到障礙物時(shí)則被反射返回。然后通過計(jì)時(shí)發(fā)送到接收的時(shí)間，再經(jīng) 過計(jì)算就可以得出距離。該設(shè)計(jì)主要核芯是單片機(jī)，所先單片機(jī)的一個(gè)

14、端口來控制超聲波發(fā)射電路產(chǎn)生一個(gè)40KHz的脈沖信號，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路，發(fā)射器發(fā)出超聲波并開始計(jì)時(shí)，等到有波返回來時(shí)， 接收器將接收到信號，信號經(jīng)過放大，送給主芯片，以此同時(shí)并關(guān)斷定時(shí)器。經(jīng)過其往 返時(shí)間為t，距離s=vt/2即可算出被測物體的距離。然后把距離送到LCD顯示，也可以 把距離用語音報(bào)出來。如果需要，當(dāng)你按下S1按鍵（可以參考附錄電路圖）時(shí)，可以把 此時(shí)的距離讀出來。4軟、硬件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主控單片機(jī)I/O 口分配表（表4-1 ）:端口功能端口功能P1.0ISD1720 的 MOS錨P2.3LCD的 SCE端P1.1ISD1720 的 MOSI端P2.4LCD的 RES端P1.

15、2ISD1720 的 SCLK端P2.5LCD的D/C端P1.3ISD1720 的 SS 端P2.6LCD的 SDIN端P2.1:超聲波發(fā)送信號控制端P2.7LCD的 SCLK端P3.3夕卜部中斷入口P1.4語音報(bào)距離按鈕表4-1單片機(jī)I/O 口分配表4.1.1系統(tǒng)硬件原理圖及工作原理說明本項(xiàng)目的主要核芯是單片機(jī)，所先單片機(jī)的一個(gè)端口 （輸出5V電壓）來控制LM393 芯片（工作電壓為9V）的1端口輸出的電平（0V或9V）。根據(jù)LM393的 1端電平的不同， 來控制NE555P的工作。NE555P的第3腳輸出端驅(qū)動(dòng)超聲波換能器 Lf的一端并接非門 CD4069的一端,CD4069第2端接超聲波

16、換能器Lf的另一端使之發(fā)射出超聲波信號，從 而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制超聲波的發(fā)送。CX20106A紅外接收芯片的輸出端的與單片機(jī)連接，狀態(tài)直接反應(yīng)到單片機(jī)。單片機(jī)通過P2.1引腳來控制超聲波的發(fā)送。當(dāng)一次超聲波發(fā)送完后，就開啟內(nèi)部定時(shí)器，開啟外部中斷，且單片機(jī)不停的檢測INT1引腳，當(dāng)INT1引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí) 就認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。單片機(jī)開啟外部中斷使定時(shí)器關(guān)閉，定時(shí)器所計(jì)的數(shù)據(jù)就是超 聲波所經(jīng)歷的時(shí)間，通過運(yùn)算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離，這時(shí)通過BCD碼轉(zhuǎn)換把十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，并通過查表把距離顯示在Nokia5510LCD液晶器上。如果需要報(bào)距，按下特定的鍵，可以把此

17、時(shí)的距離用語音報(bào)出來。實(shí)現(xiàn)方法是根據(jù) ISD1720與單片機(jī)進(jìn)行SPI串口通信。ISD1720具有定點(diǎn)播放的功能，通過查表把相應(yīng) 的語音讀出來。電路中用到的CX20106A是 一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙 控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz較為接 近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路（如圖2-3）。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波（無信號時(shí)輸出高電平），具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng) 更改電容C7的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。4.1.2單元電路設(shè)計(jì)原理與元件參數(shù)選擇(1) 超聲波模塊A發(fā)送電路：如

18、圖3所示，發(fā)送電路主要核心是 NE555P它的最高工作電壓是15V,本實(shí)驗(yàn)工作 電壓為9V。當(dāng)?shù)?端為高電平時(shí)(9V),第3端就輸出相應(yīng)脈沖，它的脈沖寬度TL" 0.7(Rt1+R7) C4,由于電容C4放電時(shí)間決定；T*0.7(Rt1+R7)C4,由電容C4充電決定。 所以脈沖寬度TTH+TL因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中的超聲波頻率為40KHZ且TL=TH假設(shè)取C4=1000pF, 那么可以相應(yīng)求出Rt1+R7=Rt2+R4 18k,則取 R7=R8=10k, Rt仁Rt2=20k。C5固定取0.01Uf。根據(jù)上段所述，控制脈沖輸出的電平是9V,而單片機(jī)的電平在4.5-5.2V。這顯然不 滿足要求。

19、因此，引入比較器 LM393 LM393是雙比較器(如圖4-1 )，但在本實(shí)驗(yàn)只用 其中一個(gè)比較器。LM393的第2端與第3端比較,其中第2端接約1V左右電壓，第3 端接單片機(jī)控制端P2.7。當(dāng)P2.1為高電平時(shí)，第1端則輸出9V電平。反之，輸出低電 平。從而主單片機(jī)進(jìn)行控制超聲波的發(fā)送。SOP 8 / DIP 8 PKGOutINI (-)Gnd1826354VccOut2IN2 (-)IN2 (十)圖4-1LM393內(nèi)部結(jié)構(gòu)B接收電路:接收電路中用到的CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片， 常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38 kHz與測距的超聲波頻率4

20、0 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路（如圖4-2）。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波（無信號時(shí)輸出高電平），具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更 改電容C7的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。Lj6L20106A5I 艸 E -T S 9 30|0.056pFsv(tc3 CJ CJ £rJ c-11P3”317Rac1"62? OK-i.-£(C5£I3.3:lF(C4lul圖4-2超聲波接收電路CX20106A勺引腳注釋：l腳：超聲波信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為40kQ。2腳：該腳與GN龍間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們

21、是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分， 改變 它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R或減小C,將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但C的改變會影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，推薦選用參數(shù)為R18=4.7Q, C4=3.3卩F。3腳：該腳與GND間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若 容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易 造成誤動(dòng)作，推薦參數(shù)為C5=3.3卩F。4腳：接地端。5腳：該腳與電源端VCCS入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率f0,阻值 越 大，中心頻率越低。例如，取 R17=200kQ時(shí)，f

22、n42kHz,若取R17=220kQ，則 中心頻率f038kHz。所以取220 k Q6腳：該腳與GN之間接入一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 C6=330pF如果該電容取得太大， 會使探測距離變短。7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路的輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電 阻到電源端，該電阻推薦阻值為 22kQ，沒有接收信號時(shí)該端輸出為高電平，有 信號時(shí)則會下降。8腳：電源正極，4.5V5V。（2）顯示模塊顯示采用Nokia5510lcd顯示，其是串口與單片機(jī)通信。它的外部引線有 8條。具體 如下：1腳：電源正極端，電壓范圍2.7V-6.2V。2腳：電源負(fù)端3腳：SCE芯片使能，允許輸入數(shù)據(jù)。低電平

23、有效。4腳：RES復(fù)位端，應(yīng)用于初始化，低電平有效。5腳：D/C模式選擇，選擇命令/地址或數(shù)據(jù)。6腳：DIN串行數(shù)據(jù)線，輸入數(shù)據(jù)線。7腳：SCLK串行時(shí)鐘線。8腳：背燈電源端，電壓正時(shí)亮，負(fù)時(shí)滅。與外部連接如下圖（圖4-3 ）：它是一個(gè)48X84點(diǎn)陣LCD內(nèi)部有個(gè)DDRAI顯示數(shù)據(jù)存儲器。通過寫相應(yīng)命令和數(shù)據(jù), 可顯示出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。內(nèi)部工作原理圖（圖 4-4）如下：DD1VSS1RESOSC圖4-4內(nèi)部工作原理圖（3）語音模塊ISD1720 些主要引腳功能表（表 4-2）:端口功能4MOS（腳，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘下降沿輸出SPI接口的串行輸出5MOSI腳，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿輸出SPI接口的串行輸入6SC

24、LK腳，SPI接口的時(shí)鐘，由主控芯片產(chǎn)生時(shí)鐘7SS腳，片選端，低有效10MIC+腳，話筒差分信號正向輸入端11MIC-腳，話筒差分信號負(fù)向輸入端13SP-腳，喇叭輸出負(fù)端15SP+腳，喇叭輸出正端19VOL腳，音量調(diào)節(jié)端22FT腳，直通選擇端。SPI時(shí)無效23PLA 丫腳，播放當(dāng)前曲24REC腳，錄音控制端25ERASE卻，擦除控制端11FW腳，指針指向下一曲表4-2 ISD1720主要引腳功能表語音芯片ISD1720的工作方式有兩種：按鍵操作模式和 SPI模式。在按鍵操作模式上，是通過按鍵進(jìn)行控制它工作。該工作方式上，通過按鍵操作。 獨(dú)立按鍵工作模式錄放電路非常簡單，而且功能強(qiáng)大。不僅有錄、

25、放功能，還有快進(jìn)， 擦除，音量控制，直通放音和復(fù)位等功能。在本設(shè)計(jì)上，由于要指定播放特定的語音，在按鍵模式上難于實(shí)現(xiàn)。而且要微機(jī)控 制它的工作，所以它工作方式為 SPI模式。在芯片內(nèi)，所先用戶要根據(jù)各需要的語音存儲到內(nèi)部儲存地址里面，有兩種方式： 一種是用外圍電路通過第九端 ANALN把語音信息傳送到內(nèi)部地址。一種是用獨(dú)立按鍵 直接錄音。在第一種情況下，能準(zhǔn)確的把相應(yīng)的語音存放在用戶需要的地址內(nèi)，不過要 有各個(gè)源語音，格式為WAN音頻；第二種情況下，它的儲存地址是10H后面，順序排列。 但由于設(shè)備的限制，采用獨(dú)立按鍵錄音。工作時(shí)采用SPI工作。圖7為語音模塊的電路圖，ISD1720其中的第20

26、端內(nèi)部有個(gè)電阻ROS（為振蕩電阻, 決定內(nèi)部的工作頻率，振蕩電阻用一個(gè)電阻 R2接到地。根據(jù)R2的不同，可以得到它不同的工作頻率，從而得到不同的錄音時(shí)間。R2的大小與錄音時(shí)間長短關(guān)系如下表 4-3 :R2 (KQ )5380100120160錄音時(shí)間（S）2030374560表4-3 R2與錄音時(shí)間關(guān)系由于應(yīng)用在音質(zhì)一般的場合，因此取R2=80kQ，圖中其它元件阻值為固定參數(shù)。在 此不多介紹。4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.2.1軟件系統(tǒng)總流程圖及設(shè)計(jì)思路說明單片機(jī)地址單元分配表（表4-4）:地址分配用途初始值20H.0LCD底色選擇00H30H超聲波發(fā)送個(gè)數(shù)設(shè)定00H50H距離個(gè)位緩沖區(qū)00H51H距

27、離十位緩沖區(qū)00H52H距離百位緩沖區(qū)00H60H即將播放起始語音低地址無61H即將播放起始語音咼地址無62H即將播放結(jié)束語音低地址00H63H即將播放結(jié)束語音咼地址00H64HISD1720狀態(tài)寄存器 SR0低8位無65HISD1720狀態(tài)寄存器 SR0高8位無66HISD1720狀態(tài)寄存器SR1無71HLCD即將顯示數(shù)據(jù)的起始橫坐標(biāo)00H72HLCD即將顯示數(shù)據(jù)的起始縱坐標(biāo)00H表4-4單片機(jī)地址單元分配表軟件系統(tǒng)總流程圖（圖4-5）:設(shè)計(jì)思路說明：主程序框圖如圖所示，主程序首先對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器 TO工作模式為 16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位 EA并給顯示端口 P0和

28、P2清0。然后調(diào)用 超聲波發(fā)射子程序送出超聲波脈沖，為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā)，需延遲一段時(shí)間，保持電平12.5us左右，也就是超聲波頻率大約為 40KHZ連續(xù)發(fā)送15個(gè)波形（這也是超聲波測距離會有一個(gè)最小可測距離的原因）后，才打開 外中斷1接收返回的超聲波信號。由于采用12MHZ的晶振，機(jī)器周期為1us，當(dāng)主程序 檢測到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時(shí)間）按下式計(jì)算即可測得被測物體與測距儀之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取20C時(shí)的聲速為340m/s則有：d= （C*T0） /2=170*T0/10000cm （其中 T0 為計(jì)數(shù)器 T0 的計(jì)數(shù)值）測

29、出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制 BCD碼方式送到LCD顯示管顯示，看是否要語音報(bào)距。一個(gè) 流程之后又反回繼續(xù)發(fā)送超聲波,4.2.2軟件各功能模塊的流程圖設(shè)計(jì)及思路說明（1）距離運(yùn)算模塊軟件功能模塊流程圖設(shè)計(jì)（圖 4-6）:圖4-6 距離運(yùn)算流程圖設(shè)計(jì)思路說明：在系統(tǒng)中，根據(jù)超聲波的發(fā)送與返回。得到的只有時(shí)間大小，在運(yùn)算模塊中的任務(wù)就是把時(shí)間的大小轉(zhuǎn)換距離的大小。剛開始從定時(shí)器取時(shí)間大小 T，該值可能是8位或是16位。我們已知的是超聲波的 傳播距離V=340m/s。那么距離S=VT返回的時(shí)間T單位是us,則有：S = （ C*T0） /2=170*T0/10000cm （其中 T0 為計(jì)數(shù)器 T0 的計(jì)

30、數(shù)值）但是，在89S51單片機(jī)中，咼運(yùn)算范圍是8位，在此中，運(yùn)算最大可能有24位的數(shù)值。 因此，需進(jìn)行雙字節(jié)運(yùn)算。首先，進(jìn)行雙字節(jié)的乘法，T*170（170是超聲波發(fā)送加返回的速度）得出結(jié)果是距離，單位是 0.01mm其次。進(jìn)行雙字節(jié)除法，要顯示的單位是cm。雙字節(jié)的乘法得出來的是 0.01mm單位，需除以1000之后單位才是cm。再次，進(jìn)行雙字節(jié)BCD碼轉(zhuǎn)換。時(shí)間經(jīng)過雙字節(jié)的乘法，進(jìn)行雙字節(jié)除法之后得出 來的距離表示方法是16進(jìn)制，需轉(zhuǎn)成十進(jìn)制，讓人更直觀。（1）顯示模塊軟件功能模塊流程圖設(shè)計(jì)（圖4-7）:丨嚴(yán)r開始給定坐標(biāo)值給定新的百位值顯示百位值給定新的十位值顯示十位值給定新的個(gè)位值顯示

31、個(gè)位值RET圖4-7顯示模塊流程圖設(shè)設(shè)計(jì)思路說明：因?yàn)轱@示是用LCD液晶，無需進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新。所以當(dāng)距離緩沖區(qū)的內(nèi)容改變時(shí)，LCD 屏幕上的數(shù)據(jù)更新一下。其它的顯示數(shù)據(jù)，無需改變，它是48X84的點(diǎn)陣。如果需要在特定的位置上顯示特定的數(shù)據(jù)時(shí)，只需準(zhǔn)確給定它的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的值，然后調(diào)用要 顯示的內(nèi)容，內(nèi)容就加載到 DDRAM中,接著就進(jìn)行顯示。以下是距離更新的子程序：DPLY_JL:MOVCOL,#32;給定縱坐標(biāo)MOVR0W,#2;給定橫坐標(biāo)MOVA,50H;距離百位CALLLCD_NUM;調(diào)用寫入數(shù)據(jù)子程序MOVA,51H;距離十位CALLLCD_NUMMOVA,52H;距離個(gè)位CALLLC

32、D_NUMRETLCD串 口總協(xié)議圖（圖4-8）：SCED/C和二rLrLrLm"LrLrLrLrLrLrLm"LTLrLm"mnMGL631串疔總線協(xié)議圖4-8LCD串口總協(xié)議圖（3）語音模塊 軟件功能模塊流程圖設(shè)計(jì)（圖 4-9）：圖4-9語音模塊流程圖設(shè)計(jì)思路說明：ISD1720的SPI協(xié)議格式如下圖（圖 4-10）:MOSlMISO圖4-10 ISD1720的SPI協(xié)議格式圖ISD1720內(nèi)部語音地址分配表（表 4-5）:起始地址結(jié)束地址存放內(nèi)容（相應(yīng)語音）11H13H014H16H117H18H219H1AH31BH1CH41DH1EH51FH20H622

33、H23H725H26H827H28H929H2EH厘米2FH30H百31H32H十表4-5語音地址分配表ISD1720的通信是SPI方式，所先寫個(gè)SPI通信功能程序（見子程序 SENDDATA 每次要寫命令或讀取狀態(tài)直接調(diào)用，使用時(shí)方便。* 函數(shù)原型：SENDDATA;* 功能:SPI串口數(shù)據(jù)發(fā)送，發(fā)送數(shù)據(jù)，一次一個(gè)字節(jié)，* 待發(fā)送數(shù)據(jù)存在R2,讀取接收ISD1720芯片移出的一個(gè)字節(jié),接收* 存在R2*/SENDDATA:MOVSETBCLRNOPNOPLOOP1: CLRCLRCALLMOVRRCMOVMOVJNBMOVR4,#8SCLKSSSCLKCDELAY_30 nsA,R2AA,R

34、2MOSI,CMOS O,L OOP2A,R2ORL A,#10000000B MOVR2,ADELAY_3 0ns R4,L OOP1 MOSILOOP2:SETB SCLKCALLDJNZCLRRET每次計(jì)算出來的距離值存在對應(yīng)緩沖區(qū)內(nèi)， 如果需要時(shí)需用語音讀出來。在語音芯片，它能定點(diǎn)播放（從特定的地址開始播放到特定的結(jié)束地址），所以需知道它各個(gè)語 音的存放地址和結(jié)束地址。在軟件設(shè)計(jì)上，把各語音段的地址制作成一個(gè)表，每個(gè)語音 有兩個(gè)地址，一個(gè)起始地址，一個(gè)結(jié)束地址。所以，把表作成雙字節(jié)表（見程序表TAB 比如語音“ 0”它的起始地址為11H,結(jié)束地址為13H;語音“ T它的起始地址為14H

35、, 結(jié)束地址為17HoTAB:DB11H,13H,14H,16H,17H,18H,19H,1AH,1BH,1CH,1DH,1EH,1FH,20H,22H,23H,25H,26H,27H,28H,29H,2EH,2FH,30H,31H,32H在設(shè)計(jì)上，能測到的距離是三位的數(shù)字，它把距離數(shù)據(jù)存在緩沖區(qū)內(nèi)，包括各位有出現(xiàn)零。語音每次播報(bào)的內(nèi)容來自距離緩沖區(qū)。如果遇到有效數(shù)只有一位或兩位時(shí)， 此時(shí)前面有兩個(gè)或一個(gè)零。在語音播報(bào)時(shí)，需讓百位或十位的零自動(dòng)去掉，讀出有效的距離。還有，如果是三位有效值或兩位有效值，但中間或個(gè)位為零，在我們習(xí)慣中， 中間為零時(shí)，通常不加“十”的語音。另外，如果是三位有效值或兩

36、位有效值，個(gè)位 為零時(shí)，在習(xí)慣中，就不讀出零的語音。，在本軟件設(shè)計(jì)上也實(shí)現(xiàn)這兩點(diǎn)。（4）中斷服務(wù)子程序軟件功能模塊流程圖設(shè)計(jì)（圖 4-11）：圖4-11中斷服務(wù)子程序流程圖 設(shè)計(jì)思路說明：當(dāng)進(jìn)入中斷時(shí)，必須馬上關(guān)閉定時(shí)器。避免定時(shí)器繼續(xù)計(jì)時(shí)，讓時(shí)間誤差更大，導(dǎo) 致結(jié)果誤差加大。接著取定時(shí)器定時(shí)的時(shí)間，該時(shí)間通過運(yùn)算得到距離結(jié)果。為了有余 波的干擾再次進(jìn)入中斷，在外部中斷服務(wù)子程序中關(guān)斷外部中斷子程序。5安裝與調(diào)試5.1安裝調(diào)試過程本系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)部分分硬件與軟件部分，軟件是根據(jù)硬件的方案而編寫。在硬件，先確定各個(gè)模塊所采用的方案然后作出各個(gè)方案的電路原理圖。調(diào)試各各模塊 功能是否實(shí)現(xiàn)。如果實(shí)現(xiàn)了，

37、做出各個(gè)模塊結(jié)合在一起的主控電路原理圖和各模塊的功 能電路圖（本設(shè)計(jì)語音模塊與總電路不同于一個(gè)電路板上）。畫完之后，做出PCB圖時(shí)， 安裝兩個(gè)超聲波探頭時(shí)應(yīng)保持兩個(gè)探頭中心軸線平行相距4-8CM其它元件無特殊要求。檢查PCB圖與電路原理圖是否一致。檢查無誤之后做出電路板焊上各個(gè)元件。 焊完之后， 對照圖看是否有焊錯(cuò)，確認(rèn)無誤后通額定的電壓（輸入端輸入12V左右）。然后用萬用表測7809和7805,看它們的輸出端是否分別為 9V、5V。如果是，電源電路正常。保輸 入電壓一段時(shí)間，檢查各個(gè)元件是否正常（比如是否發(fā)熱）。各個(gè)模塊安裝完成之后，在輸入端接上 12左右的電壓。用示波器觀察單片機(jī) 18、

38、19端是否有12MHZfe形。如果有，單片機(jī)正常工作。在LM393勺第3端接入5V的電平， 用示波器觀察第1端是否有幅度9V波形。如果有，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 RT1 RT2使1端 輸出頻率為40KHZ且高低電平時(shí)間相等。頻率調(diào)完成之后，用平滑堅(jiān)硬的東西擋在兩 個(gè)超聲波探頭前，距離大約10cm左右。此時(shí)，用萬用表測CX20106AS 7端的電平，看 是否為低。如果是，接著第3端接入低電平，看1端是否沒波形輸出。如果是，此時(shí)， 用萬用表測CX20106A第 7端的電平，看是否為高。如果以上皆是，則超聲波發(fā)送與接 收電路都可以。在顯示上，檢查一下單片機(jī)P23-2.7接到NOKAI5510LC上的線是否正

39、確。如果正確，主控電路板電路正常。當(dāng)主控電路板正確后，檢查語音模塊。先通過獨(dú)立按鍵模式下是否有實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功 能。如果有，用獨(dú)立按鍵的方法錄下各個(gè)需要的語音，數(shù)字語音“0、1、2、3、4、5、6、7、8、9”和“百、十、厘米”語音。錄下之后，用按鍵試播放語音，看語音是否齊 全與音質(zhì)如何。如果可以，該電路正常。硬件安裝調(diào)試完成。硬件安裝調(diào)試完成之后。需進(jìn)行軟件編寫調(diào)試。用KEIL軟件進(jìn)行開發(fā)，根據(jù)各個(gè)功能模塊的軟件設(shè)計(jì)思路寫出相應(yīng)的軟件程序，生成HEX文件，用progisp軟件工具燒寫到單片機(jī)。首先，先一個(gè)一個(gè)模塊的燒寫到單片機(jī)，過過不斷修改，讓每個(gè)模塊的功 能實(shí)現(xiàn)。之后，把每個(gè)模塊結(jié)合在一起，也

40、通過修改，讓整個(gè)整個(gè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。需 說明的是，在語音模塊上由于是獨(dú)立按鍵下錄音。 所以，各語音段的存放地址不能確定。從ISD1720的資料上可看出，獨(dú)立模式下，用戶真正的語音存放區(qū)是從存放地址10H開始，現(xiàn)在可以通過ISD1720有定點(diǎn)播放功能從存放地址10H開始找出各語音的開始地址 和結(jié)束地址。5.2故障分析在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了一些問題，在此對一些問題進(jìn)行分析： 在顯示上不穩(wěn)定：主要原因是接收電路靈敏度太高，受到雜波的影響。如果靈敏度太 高，那么外界對其干擾很大，可能輕微的振動(dòng)、較高的聲音就能干擾到。這樣進(jìn)入中 斷并非是由于接收到回波，結(jié)果所取定時(shí)時(shí)間是個(gè)誤值。運(yùn)算之后的距離值也是錯(cuò)誤 的。由

41、于受到干擾的時(shí)間是不定時(shí)的，是隨機(jī)的，所以得出來的距離也是隨機(jī)的。所 以顯示不穩(wěn)定?？梢酝ㄟ^改變 CX20106A各管腳的元件的參數(shù)降低靈敏度。 距離值不改變：該原因可能是接收電路靈敏度較高或者是信號較強(qiáng)。如果靈敏度較高或者是信號較強(qiáng)，每當(dāng)發(fā)送完超聲波后，有些余波的干擾，讓其進(jìn)入中斷。因?yàn)槊看?發(fā)送的時(shí)間和兩個(gè)探頭的距離一樣，所以一值顯顯固定值，其值的大小為兩個(gè)探頭距 離加發(fā)送超聲波時(shí)間所傳播的距離。此問題可以通過改變兩個(gè)探頭的距離（大約在 4-8cm）和降低接收電路的靈敏度解決。 沒有測到距離值：可能由于接收電路靈敏度太低或發(fā)送電路沒信號發(fā)送。如果是接收電路問題，可以提高接收電路靈敏度。如果

42、是沒有信號發(fā)送，可能是NE555R LM393壞掉，或者是哪邊虛焊?？梢酝ㄟ^電路檢查解決。 所能測到的距離太短：這問題主要是接收電路敏感度低和回波信號弱。適當(dāng)提高收靈 敏度；對于回波信號弱，可以增多超聲波發(fā)送的個(gè)數(shù)，如果距離要更長，可以增大發(fā) 送電壓。 不能語音報(bào)距：由于語音模塊與主控電路分開，用引線連接。單片機(jī)與語音模塊是以 SPI串口通信，線路接觸要良好。由于線路接觸不是很好，結(jié)果不能語音報(bào)距。通過 線路檢查和改善，可以完成。6結(jié)論7使用儀器設(shè)備清單7.1儀器設(shè)備計(jì)算機(jī)一臺、示波器、電烙鐵、0-12以上的穩(wěn)壓電源、51下載器7.2使用軟件keil、progisp、protel 997.3元

43、件清單表（表7-1）元件名稱參數(shù)數(shù)量元件名稱參數(shù)數(shù)量AT89S51無1電解電容22uf,3.3uf,1uf，0.1uF各1CX20106A無滌綸電容0.056pf1CD4069無1瓷片電容330p1超聲波探頭發(fā)送與接收1對瓷片電容22p2電阻1K5按鍵無12電阻200,220k各1NOKIA5510LCD無1電阻4. 7k3晶振12MHZ1電阻10k5電阻80k1ASISD1720無1電解電容470uF3LM393無1滌綸電容0.056pf,220J1NE555P無1瓷片電容1046LED1瓷片電容1031表7-1元件清單表8收獲、體會和建議8.1收獲與體會8.2建議本次設(shè)計(jì)上，功能基本實(shí)現(xiàn)。

44、但是一些功能上不夠完善，比如，超聲波的傳播速度是隨著溫度的變化而改變，在此設(shè)計(jì)中它默認(rèn)一個(gè)固定速度值。在設(shè)計(jì)中可以添加一個(gè)溫度傳感器，進(jìn)行溫度補(bǔ)償，使得結(jié)果更加準(zhǔn)確；一些功能實(shí)現(xiàn)方法可以改變，如40kHz的脈沖產(chǎn)生，可以用40kHz的晶振振出40kHz的脈沖。這樣會使實(shí)際中降低成本。等9參考文獻(xiàn)1張迎新.單片機(jī)初級教程單片機(jī)基礎(chǔ).北京航空航天大學(xué)出版社2009.62張永楓.單片機(jī)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)教程清華大學(xué)出版社2008.1210附錄10.1主電路原理圖與PCB圖tSVP3Jg+iVSELKg-aSs5S-ftt#J5J0LCD5CE FJTHQHI：-CIMM91皿？5KTHJ47t>

45、7;FCQN05ZDW1?< :f.ifPHF'JPM?s|_LJ:7l *JV 艸 TT FTm_r=!flP理p33丁刊J5J0LCDLM3P：F】L :E'JS *3T PISF=l| 1*EAATPAirITTIL TO n WB.RD HTAL5 El. IX I'UfR+ji圖10-1主電路原理圖s-ftt#圖 10-210.2語音電路原理圖和PCB圖b 2k220uNE555 10kN5S1O6 Ou3sTNSU*主電路PCB圖-CESZFB wk 1OK剛申由學(xué)TLoourLEDRE亞T:HTfl：Atm NU SWQL邛II-4 7Uf* &qu

46、ot;JK4.7UFcoir 2|R54.-7KLEDiti nTT17IZESiETMISOMOSISCLjc志 BD1700巧皿JkHalnMIC*M1C-V*pp2 5P- VecpnrfyRDY FWp- EAESE REC FLAY FTAiZHZAUD/AVX VsiplMTpp MOTI SCLKb !' 卜 |r |i'圖10-3語音電路原理圖圖10-4語音電路PCB圖10.3硬件電路板外觀圖片圖10-5未上電硬件電路板外觀圖圖10-5未上電硬件電路板外觀圖源程序：REVERSE BIT 20H.0ST_L EQU 60HST_H EQU 61HED_L EQU 62HED_H EQU 63HSR0_L EQU 64HSR0_H EQU 65HSR1 EQU 66HSEND_BIT EQU 6