带语音及蓝牙的八路抢答器

河南大学物理与电子学院单片机课程设计论文河南大学物理与电子学院2012级单片机课程设计论文带语音及蓝牙的八路抢答器河南大学物理与电子学院电子开放实验室15目 录0前言11课程设计的目的和要求12总体设计22.1总体功能介绍22.2抢答器工作原理23系统组成及功能23.1系统组成23.2各模块功能64软件设计模块74.1主程序系统结构图94.2程序流程图105系统原理105.1系统仿真图105.2实物图116主要程序源代码126.1语音程序126.2蓝牙中断程序126.3主程序137总结148扩展部分设计心得159元器件清单16致谢17参考文献17八路抢答器0 前言单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。由于单片机具有体积小、功能全、性价比高、性能成熟稳定等诸多优点，目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域导弹的导航装置。在本学期的单片机在课程设计中，我们两个人一组共同讨论并设计出了一种基于单片机控制的八路抢答器。而且设计出了实际的成品，经过调试后能实现预期的功能，同时我们两个人在能实现其基本功能的基础上进行了一定程度的功能扩展，语音和蓝牙。1课程设计的目的和要求 单片机原理及应用课程设计是学生综合运用所学知识，全面掌握单片微型计算机及其接口的工作原理、编程和使用方法的重要实践环节。通过独立或协作提出并论证设计方案，进行软、硬件调试，最后获得正确的运行结果，可以加深和巩固对理论教学和实验教学内容的掌握，进一步建立计算机应用系统整体概念，初步掌握单片机软、硬件开发方法。 根据单片机原理及应用课程的要求，主要进行两个方面的设计，即单片机最小系统和存储器扩展设计、接口技术应用设计。其中，单片机最小系统主要要求学生熟悉单片机的内部结构和引脚功能、引脚的使用、复位电路、时钟电路、4个并行接口和一个串行接口的实际应用，从而可构成最小应用系统，并编程进行简单使用。 在原有的基础上扩展学生思路，可以适当进行拓展来提高学生的创新能力。2 总体设计2.1 功能介绍2.1.1 如果想调节抢答时间或答题时间,按抢答时间调节键或答题时间调节键进入调节状态,此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值,如想加一秒按一下抢答时间调节键或答题时间调节键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为20s60s, 60s时再加1s会跳到60s。2.1.2 主持人按抢答开始键，会有提示音，同时语音芯片会发出开始抢答的声音，如有选手抢答，会有提示音，同时会播报几号选手已抢答，并会显示其号数，主持人按限时开始键后，有语音说限时开始，立刻进入回答倒计时（预设30s抢答时间），不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音。2.1.3 如果主持人未按抢答开始键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上不断闪烁FF和犯规号数。2.1.4 以上操作也都可通过蓝牙与手机匹配，在手机上进行操作。2.2 抢答器的工作原理 抢答器的工作原理是利用单片机的定时器T0中断完成,其余状态循环调用子程序,用4个共阴极LED数码管来显示，用P0口作为数码管的八个段选，用P2口中的P2.0、P2.1、P2.2、 P2.3作为4个数码管其中4个位选，P1口接8个按键，提供选手抢答，P3.2-P3.5四个接四个按键，提供开始、抢答时间调整、答题时间调整、限时开始之用。3 系统组成及功能3.1 系统组成本系统主要有AT89C51单片机、WT588D-16P语音芯片、蓝牙模块HC-06、四位一体七段数码管等元件组成。3.1.1 AT89C51单片机 AT89S51具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT电路，片内时钟振荡器。图3-1 AT89C51引脚图此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位2。引脚图如图3-1所示。3.1.2 WT588D-16P语音芯片 模块封装(带SPI-Flash及外围电路)有DIP16、DIP28, 芯片封装有 DIP18、SSOP20 和 LQFP32 形式; 根据外挂或者内SPI-Flash 的不同,播放时长也不同,支 持 2M32Mbit 的 SPI-Flash 存储器; 内嵌 DSP 高速音频处理器,处理速度快; 内置 13Bit/DA 转换器,以及 12Bit/PWM 输出,音质好; PWM 输出可直接推动 0.5W/8扬声器,推挽电流充沛; 支持 DAC/PWM 两种输出方式; 支持加载 WAV 音频格式; 支持加载 6K22KHz 采样率音频; 支持对已加载语音播放试听; 可通过专业上位机操作软件,随意组合语音,可插入静音, 插入的静音不占用内存的容量,一个已加载语音可重复调用到 多个地址; 220 段可控制地址位,单个地址位最多可加载128 段语音, 地址位内的语音组合播放; 最多可加载 500 段用于编辑的语音; USB 下载方式,支持在线下载/脱机下载;即便是在WT588D 语音芯片通电的情况下,也一样可以正常下载数据SPI-Flash; 芯片复位时间 5ms； 支持MP3控制模式、按键控制模式、38按键组合控制模式、 并口控制模式、一线串口控制模式、三线串口控制模式以及三线 串口控制控制端口扩展输出模式; 三线串口控制模式切换到三线串口控制控制端口扩展输出模 式只需发送数据就可以进行切换。切换后仍可把切换前的最后一 工作状态带进切换后的模式工作； 任意设定显示语音播放状态信号的 BUSY 输出方式;抗干 图3-2 WT588D引脚图扰性强,可应用在工业领域; 220 段可控制地址位,单个地址位最多可加载 128 段语音,地 址位内的语音组合播放; 语音播放停止马上进入休眠模式,芯片转为完全停止状态; 15 种按键控制模式,任意一个按键可设定任意一种控制模式; 配套 WT588D VoiceChip 上位机软件,接口简单,使用方便。 能极大限度的发挥出 WT588D 语音单片机的各项功能; 简单的单片机编写方式,摆脱以往复杂繁琐的汇编思维; 单个芯片支持外挂多个存储器; 插入的静音时间范围 10ms25min; 工作电压 DC2.8V5.5V; 静态休眠电流小于 10uA; 支持 8 和弦 MIDI 播放(此功能有待开放)。引脚图如图3-2所示。3.1.3 蓝牙HC-061、核心模块使用HC-06从模块，引出接口包括VCC,GND,TXD,RXD,预留LED状态输出脚，单片机可通过该脚状态判断蓝牙是否已经连接，KEY引脚对从机无效2、led指示蓝牙连接状态，闪烁表示没有蓝牙连接，常亮表示蓝牙已连接并打开了端口3、底板3.3V LDO，输入电压37V，未配对时电流约30mA，配对后约10mA，输入电压禁止超过7V！4、接口电平3.3V，可以直接连接各种单片机（51，AVR，PIC，ARM，MSP430等），5V单片机也可直接连接，无需MAX232也不能经过MAX232！5、空旷地有效距离10米，超过10米也是可能的，但不对此距离的连接质量做保证6、配对以后当全双工串口使用，无需了解任何蓝牙协议，但仅支持8位数据位、1位停止位、无奇偶校验的通信格式，这也是最常用的通信格式，不支持其他格式。7、在未建立蓝牙连接时支持通过AT指令设置波特率、名称、配对密码，设置的参数掉电保存。蓝牙连接以后自动切换到透传模式8、体积小巧（3.57cm*1.52cm），工厂贴片生产，保证贴片质量。并套透明热缩管，防尘美观，且有一定的防静电能力。9、该链接为从机，从机能与各种带蓝牙功能的电脑、蓝牙主机、大部分带蓝牙的手机、PDA、PSP等智能终端配对，从机之间不能配对。引脚图如图3-3所示图3-3 HC-06实物引脚图3.1.4 四位一体七段数码管本设计用到四位一体的七段数码管1个，其原理与单个的数码管显示原理是一样的。四位一体的数码管共12个引脚。A-dp八个引 图34 数码管内部结构及引脚图脚对应八根数据线，控制显示的字形。DIG1-DIG2四个引脚为公共端，控制当前显示字形的位别，为扫描法显示提供了方便，有效减少了数码管占用的单片机引脚数。下面便是一个共阴的四位数码管的内部结构图。引脚排列依然是从左下角的第一只管脚开始，以逆时针方向依次为1-12脚，数码管内部结构及引脚参见图34 4。3.2 各模块功能3.2.1 单片机 本设计的主要功能是由单片机操作完成的，通过单片机来实现主持人和八位人员的抢答操作，通过定时器来控制各项操作的时间，以及对WT588D语音芯片进行寻址来调用语音，实现带有语音的八路抢答器。3.2.2 WT588D-16P芯片内部存有语音，不同的语音片段放在相应的地址空间中，设置三线串口模式后与单片机连接，在单片机的指令下调用相应地址中的声音。3.2.3 HC-06蓝牙模块通过串口与单片机相连，用手机可与蓝牙模块相匹配，然后设置串口中断，在手机上实现八路抢答器的各项操作。3.2.4 四位一体七段数码管通过数码管来显示开始抢答时间、限时时间、以及抢答和限时时间的调节情况。4 软件设计模块4.1 主程序系统结构图系统初始化模块按键模块非法抢答模块正确抢答模块调整抢答时间调整回答时间模块数码显示模块4.2 程序流程图 在本设计中包括了以下主要的程序：主程序，查询程序，非法抢答程序，抢答时间调整程序，回答时间调整程序，倒计时程序，正常抢答处理程序，犯规处理程序，显示及发声程序。主流程图如4.2所示：图4-2 程序设计流程图显示FFF开始键加一键减一键回答时间 调整抢答时间去抖动非法抢答处理显示犯规正常抢答 显示抢答号并倒计时Y YY 初始化5 系统原理 5.1 系统仿真图4-1 系统仿真图5.2 实物图6 主要程序源代码#include6.1 语音程序Send_threelines(uchar addr) uchar i; RST=0; delays(455); /* 复位拉低5ms*/ RST=1; delays(1818); /* 复位拉高20ms*/ CS=0; delays(455); /* 片选拉低5ms */ for(i=0;i=1; delays(14); /* 延时150us */ SCL=1; delays(14); /* 150us */ CS=1; 6.2 蓝牙中断程序void UART_SER (void) interrupt 4 /串行中断服务程序 if(RI) /判断是接收中断产生 RI=0; Temp=SBUF; /读入缓冲区的值 if(Temp=0x1a) K0=0; 6.3 主函数void main(void)while(1) Key_Scan();/开始键扫描if(flag=0)&(s_flag=1)/当开始键没按下及没有人违规时才可进行时间调整Time_Scan();if(flag=1)&(s_flag=0)K_Timea();if(flag=0)&(s_flag=1)/违规Scan();if(num!=0)/开始键没有按下时,有人按下了抢答器,则置违规标fall_flag=1;rled=0;if(flag=1)&(s_flag=1) Scan();display();/显示到数码管上 7 总结本设计以AT89S51单片机为核心，根据烧录其中的程序控制整个系统的工作流程。整体性好，人性化强、可靠性高，实现了数字显示控制的智能化，是各个需要显示数字或广告宣传的有力工具。通过该设计.我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。当然，我的设计还存在着一些缺陷，有待于在将来设计中进一步提高，在此恳请老师批评指正。这次设计也让我懂得细节决定成败，在以后的设计中我会严格吸取教训，做的更好！8扩展部分设计心得八路抢答器基础程序是自己在网上寻找，本制作组主要扩展了语音功能，和蓝牙功能，扩展部分主要使用WT588D-16P芯片和HC-06芯片。由于本人编程能力有限，相关程序编写方面，破费周折，也因此获得了更多的宝贵经验和教训，现总结如下：1 在拓展语音方面，在定义关于语音函数后，芯片要选用三线串口模式，其他模式不行，并且每个语音地址里面的语音内容时常由程序中定义的时长而定，例如时长五秒，芯片地址内容语音超过五秒，超过五秒的语音将不能读出。所以经过修改每一个地址的语音都设置在程序设置的时间范围内。2 在蓝牙拓展方面，最主要也最麻烦的是对串口中断的设置，原基础程序由于定时器1和定时器0都已经用过，所以在定串口中断时没有多余的定时器来设置波特率，经过多次测试和尝试把原基础程序的定时中断统统用定时器0来实现，这样就可以用定时器1来设置波特率了。3 诸如变量类型设定和数据类型转换之类的细节问题，虽然微小，但对整个程序功能的顺利实现也至关重要。9元器件清单 20*15cm万用板一块，电源插口一个，总开关一个，点出开关十三个，晶振12MHZ一个，9012pnp晶体管五个，蜂鸣器一个，四位共阴极数码管一个，4.7k*7排阻一个，470电阻九个，10f电容一个，30pf电容两个，电阻10k一个，1k五个，led灯九个，150一个，皮导线和导线若干条