单片机声音导引系统.docx

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1、声音导引系统摘要：本系统以C8051F020单片机为控制核心,利用FPGA处理声音信号，采用1298N芯片作为两只直流减速电机的驱动模块，利用无线收发模块PT2264/2272传递误差信号，通过所需运动轨迹的参数方程,建立运动控制模型,按照算法对两只直流减速电机进行控制，实现了可移动声源在给定的条件内的运动，不仅完成了发挥部分要求,并利用C8051F020增加了显示功能。关键词：C8051F020单片机，FPG,1298N芯片，PT2264/2272Abstract:ThesystemwhichusesC8051F020microcontro11erasthecoreofcontro1achi

2、vethegoa1ofguidingamovingsoundinagivencondition,throughtheestab1ishmentofcontro1mod1es,withusingFPGAtoprocesssoundsigna1s,using1298Nchipasdrivemodu1esoftwoDCgearmotor,andusingwire1esstransceivermodu1ePT22642272totransmissiterrorsigna1.Keyword:C8051F020microcontro11er,FPGA11298Nchip,PT226422721方案比较与总

3、体设计根据题目的设计要求，本设计主要实现设定轨迹和沿设定轨迹行进的功能，并能实时的显示可移动声源所在位置误差坐标。其系统方案框图如图1所示。(b)图1系统方案框图为实现各模块功能，提出了几种设计方案并进行论证。1.1 主控制器方案一：采用通用的51单片机AT89S52作为主控制器，完成数据处理，音频输出控制,键盘的扫描及液晶显示器的显示控制等。由于51单片机内部的RAM和ROM都比较小，考虑到实现本系统需要大量的数据处理及液晶显示需占用大量的ROM资源I/O资源等，用51单片机实现本系统就需外扩RAM和R0M,外接8279之类的芯片进行I/O扩展。实现起来比较麻烦。而且基于整个系统的速度要求，

4、51单片机也不能满足要求。方案二：采用C8051F020单片机作为主控制器。由于C8051F020内置有4K字的XRAM和64K字的内存F1ASH,1/0口资源丰富，可以直接完成对信号输入和显示输出的控制；存储空间大,能配合1CD液晶显示的数据存储。而且C8051F020单片机具有片内调试电路，通过JTAG接口可以进行非侵入式、全速的在线调试，使整个系统更加简单。并利用FPGA快速采集并计算误差信息。鉴于上面分析，本设计采用方案二1.2 电机模块方案一：采用专用步进电机驱动器及与其配套的步进电机。用这种方案的控制精度、效率和可靠性都很高，但输出力矩低，速度慢，且体积大，重量大，价格较高。方案二

5、：采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，且体积小，重量轻，成本低。鉴于上面分析，本设计使用方案二。1.3显示模块方案一：用1ED数码管显示设定的坐标，优点是接口简单，易于控制，缺点是只能用于比较简单的数字显示，需要用动态扫描，占用资源比较多整个显示界面显得不太友好。方案二：用1CD液晶显不器显不，采用16021CD液晶显不，有着良好的人机界面，抗干扰能力强，调用方便简单，显示容量大、占用单片机口线少、节省单片机时间、功耗低，而且可以节省了软件中断资源等优点。基于上述考虑，所以我们选择方案二。1.4声源模块方案一:选择专门的TX_SDMP30音乐播放模块，该模块每个文件夹可放置最多音频文件总

6、数可达65000,总共最多可播放几十万个音频文件。方案二：利用C8051F020单片机编程实现不同频率的音频，利用蜂鸣器发声，只能进行简单的放音C由于本系统只需发出单一频率的音频，基于上述考虑，所以我们选择方案二。1.5无线模块采用无线收发模块PT2264/2272,其中PT2264将载波振荡器、编码器、发射单元集成于一身，使发射电路变得非常简洁。接受芯片PT2272是非锁存型4位数据输出，有8位地址编码，有效地防止了各个无线模块之间的相互干扰。我们设计的可移动声源通过PT2272接受PT2264发送的误差控制信号，来控制可移动声源的运动状态。1. 6声源接受处理模块方案一：采用高灵敏的振动传

7、感器检测声波的微弱震动，形成电压信号。方案二：采用普通mic头接收声音外加放大电路检波电路，形成脉冲。高敏传感器价格昂贵，并且受干扰较大，普通mic头的干扰较高敏振动传感器小，同样可以实现功能。因此我们选择方案二1.7电源模块电源模块为电机驱动器、主控制器、无线模块等提供电源。对电源模块的基本要求是具有系统要求的电压输出和足够的容量，散热条件良好。本设计采用7812和7912构成12V输出给无线模块提供电源；采用7805构成+5V输出给主控制板供电。可移动声源利用8节5号干电池给直流减速电机提供电源，利用其中四节给驱动芯片1298N供电，利用其中二节电池给C8051F020单片机供电。1. 8

8、总体设计方案根据上述各模块功能的比较，我们选择C8051F020单片机为主控制器,FPGA采集处理数据，采用直流减速电机、16021CD液晶显示、PT2264/2272无线收发模块，采用自制的声源发生和接受处理模块。2硬件电路设计与实现根据上述总体设计方案，以下详细描述各模块的设计。1.1 最小系统设计主板由C8051F020单片机、22.1184MHZ晶振、复位键组成最小系统板。其最小系统板电路图如下图所示。黑s,密皤图2最小系统板电路图1.2 电机驱动模块设计采用1298N来驱动直流戒速电机，一片1298N可以驱动两路直流减速电机，其电路图如下图所示1一21-i：7图3电机驱动电路图2.

9、3声源接受处理模块设计我们用麦克风来接受声音，并通过SSM2019芯片来放大声音信号。其电路图如下图所示图4声源接受电路图2.4 1CD模块设计16021CD液晶显示电路电路图如下图所示0。$r:MG21=3sI;M言:;三dccbdbdbB第a?3s3SSS3WWWSssas9ZWWV2QaACs2siEWwrUaVW6vauv二WHKJVASiCSissss3-TaXskPkFFP图5液晶显示电路电路图2.5 电源模块设计本设计采用7812和7912构成12V输出给无线模块提供电源；采用7805构成+5V输出给主控制板供电。（b）5V电源图6电源电路图2.2理论分析我们以W点为坐标原点，W

10、O为X轴Wo为Y轴。可移动声源在坐标轴内任意一点位置S,设M=SA-SB,N=SA-SC0则可移动声源的误差坐标为（M,N）o在基本要求部分中，设可移动声源初始误差坐标为（MO,N0）o在以后的运动过程中，恒定保持SA-SB=N0,通过比较M是否为O来判断可移动声源是否到达Y轴。通过理论分析可知可移动声源的运动轨迹为双曲线中的一支曲线。当可移动声源接近Y轴时,速度减小,如图7（C）中所示轨迹调整姿态，最终可移动声源定位标志与Y轴保持在一条直线上。在发挥部分中，可移动声源沿Y轴向坐标原点运动，当可移动声源接近坐标原点时，速度减小，当N=C）时可移动声源停止运动。移动声源向OX运动误差移动声源向O

11、Y运动误差图7可移动声源的误差坐标图3软件设计3.1可移动声源装置工作流程如图8所示图9监控程序4调试与指导测试4.1硬件电路调试(1)显示电路调试1602上电后对比度不明显，我们加上一个IOk的电位器调节其对比度使其显示清晰身。(2)直流电机转接板的调试我们通过串口对其写入控制字然后观察其波形,经过反复调最中得到了直流电机的控制波形(3)声音接收系统的调试由于接收到的声音信号较小，我们首先用示波器观察声音信号的有无，得到信号后对其进行放大,检波，得到脉冲信号。(4)无线发射系统的调试利用发射系统发射一个任意信号，用接收系统观察无线系统是否正常，然后建立通信编码进行数据传递。4.2软件调试在调

12、试音频信号这一部分时，当声源距A点较C点进时测得的语音脉冲到达A点与B点的时间差与理论值相差很大。这是因为当时没有注意到程序在逻辑上总是认为是C点先收到脉冲的，当声源到A点的距离比到D点的距离小时，还是认为是C点先收到语音脉冲的。后来经分析得出，当语音脉冲到A点与C点的延时计数值大于某一数值的时候，就可以确定是A点先收到语音脉冲的。4. 3测试和结果4.1.1 测试工具米尺.秒表4.1.2 测试方法在室内地板上量取长宽为一米的一块场地并做好标记,将小车置于ox轴右侧任意位置,然后向小车发送开始指令4.1.3 数据记录测试结果如表1所示表1测试结果记录表基础部分平均速度基础部分定位误差基础部分超

13、过OX线的最大距离发挥部分平均速度发挥部分定位误差发挥部分超过OX线的最大距离第一次测试7.3cms1.8cm3.6Cm12.6cms0.8cm1.6cm第二次测试7.8cms2.5cm4.1cm12.4cms0.7cm1.3cm第三次测量7.1cms2.2cm3.9cm13.3cms0.9cm1.7cm5结束语对我们来说，最大的收获在于我们在理论的基础上锻炼了工程意识。作为工程技术人员，丰富的理论基础知识不可或缺，严谨和细致更是必须具备的素质，只有通过实践才能得到更大的提高。这次比赛不仅仅提高了我们的动手能力，编程能力，语言表达能力.还提高了我们的创新能力，团队合作能力.更重要的是毅力和不放

14、弃的精神.在此感谢教员的耐心指导，使我们不断的取得进步.参考文献1张迎新雷文姚静波编著C8052F系列SOC单片机原理及应用国防工业出版社2边春元李文涛江杰杜平编著C51单片机典型模块设计与应用机械工业出版社3谭浩强编著C语言程序设计（第二版）清华大学出版社4张义和王敏男许宏昌余春长编著例说C51单片机人民邮电工业出版社附录inc1ude#inc1ude#inc1udeunsignedchari=40j;voidmain()(unsignedcharCtr1,v,ang;WDTCN=Oxde;WDTCN=Oxad;OSCJnit();PORTJnitO;T2Jnit();EA=I;whi1e(1)c1r1=P4fe0x0f;通过误差信号对小车路线进行调整if(ctr1&OxO8)V=Ctr1&OxO3;if(ctr1&0x40)速度控制motor1_forward(ch1duty_command,Vv);motor2_forward(ch2duty_command,Vv);1e1secar_move_back(Vv);)e1seif(!(ctr1&OxO8)方向控制ang=ctr1&0x03;if(ctr1&0x40)(motor