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电气电子毕业设计论文
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毕业设计150声波记录仪,电气电子毕业设计论文
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辽 宁 工 学 院 单片机与接口技术 课程设计（论文） 题目： 声波记录仪 课程设计（论文）任务及评语 院（系）：信息科学与工程学院 教研室：电气 学 号 030303103 学生姓名 张辉 专业班级 电气 034 课程设计（论文）题目 声波记录仪 nts课程设计（论文）任务 语音记录仪用来分析记录语音波形，以实现微机控制命令的语音输入。设计者完成语音记录仪的硬件和软件设计。任务包括： 1、声波信号通道的设计 2、声波信号采集方法确定 3、 10秒钟声波记录数据空间的计算 4、串行通讯 RS232口的硬件设计。 5、写出程序流程图及汇编程序。 指导教师评语及成绩 成绩： 指导教师签字： 年 月 日 nts 目 录 第 1 章 课程设计目的与要求 . 1 1.1 课程设计目的 . 1 1.2 课程设计的实验环境 . 1 1.3 课程设计的预备知识 . 1 1.4 课程设计要求 . 1 第 2 章 课程设计内容 . 2 第 3 章 课程设计的考核 . 2 3.1 课程设计的考核要求 . 2 3.2 课程性质与学分 . 2 第 4 章 设计 . 3 4 1总体思路 . 3 4 2 设计方框图 .3 4 3单元逻辑部件的实现 . 3 4 4 程序流程图 7. 4 5 程序设计 . 8 4 6 设计原理图 . 12 第 5 章课设总结 . 14 参考文献 . 13 nts 1 第 1章 课程设计目的与要求 1.1 课程设计目 的 “单片机与接口技术”课程设计是在教学及实验基础上，对课程所学理论知识的深化和提高。因此，要求学生能综合应用所学知识，设计与制造出具有较复杂功能的小型单片机系统，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。 能够较全面地巩固和应用“单片机”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。 培养独立思考、独立收集资料、独立设计规定功能的单片机系统的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。 1.2 课程设计的实验环境 利用 windows操作系统及应用软件进行绘图和编程。 1.3 课程设 计的预备知识 熟悉单片机与接口技术课程的相关知识及电子线路 CAD工具软件。 1.4 课程设计要求 按课程设计指导书提供的课题，根据第二章给出的基本要求及参数独立完成设计， 课程设计说明书应包括以下内容： 1、对设计课题进行简要阐述，并说明设计任务及具体要求。 2、论述系统设计方案，并画出总体电路结构图及功能分割图。 3、能够较熟练地应用电子线路 CAD工具完成单片机系统的硬件设计任务。 4、各功能模块设计说明、设计实现过程及源程序。 5、能够较熟练地应用一种编辑软件编写程序，掌握单片机系统软件设计的基本 方法 nts 2 6、课程设计报告应内容完整、字迹工整、图表整齐 规范 、数据详实。 7、课程设计总结 8、 字数 4000左右， 有系统电气原理图。 第 2 章 课程设计内容 设 计 技 术 参 数 1、系统 9V电池供电 2、发光二极管指示录音、 1只按键提示预备录音 3、 10秒钟声波记录数据空间的计算 4、串行通讯采用 RS232口，以实现数据传送。 5、音频范围 1Hz 2kHz 工 作 量 1、系统硬件框图设计说明 2、测量 通道控制 电路设计 3、 10秒钟声波记录数据空间的计算 4、按键及显示电路设计 5、内部定时中断服务子程序 设计 6、主程序设计 7、 cpu最小系统设计 工 作 计 划 第一天 第二天 第三天 第四天 第五天 第二周 语音测量 通道 电路设计 按键、显示电路及串行口设计 cpu最小系统设计 电源的设计 主程序、流程定时输出程序设计 画原理图、打印 第 3 章 课程设计的考核 3.1 课程设计的考核要求 课程设计采用五级 (优、良、中、及格、不及格 )评分制。 最后成绩依据课程设计论文及平时成绩决定，其中平时考核成绩占 20%。 nts 3 3.2 课程性质与学分 单片机与接口技术课程设计的课程性质：考查 学分： 2 第 4 章 设计 4 1 总体思路 本设计由话筒将声音信号转化为变化的电压信号，在经过带通滤波电路、信号放大电路传给 A/D转换器进一步传入单片机 8051并存储在单片机中，实现声波记录的功能。同时将串行口也设计好，随时可以向外传输声波信号。 4 2设计方框图 4 3单元逻辑部件的实现 1 CPU最小系统 1） 8051系列单片机 MCS-51单片机具有 64K字节的程序存储器空间。其中， 8051在片内各有 4K字节的程序存储器 ROM，并处于这一空间的最低地址区。 RAM，共 128字节，地址范围为 00H一 7FH，前 32个单元 (地址 00H 一 1FH)称为寄存器区。其中，每 8个寄存器形成 -个寄存器组。 当采样频率 fs2fh 时可保证声波信号的不失真 ,取 fs=3fh,每秒最多存储 2*1000*3=6K,所以扩展一片 6264即可保证一秒存储空间的要求 . 声音传感器 放大电路 A/D转换器 8051 CPU D/A转换器 驱动电路 功率放大 键盘 电源 nts 4 单片机最小系统如图所示 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 2- N ov - 20 0 3 S he e t o f F i l e : C : D o c um e nt s a n d S e t t i n g s j 桌面 l i b e i .D D B D r a w n B y:D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U27 4L S 3 73D0D1D2D3D4D5D6D7RDWRA L EA L EGNDA010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A 1 021A 1 123A 1 22C S 120C S 226WE27OE22D011D112D213D315D416D517D618D719U?6 26 4E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D104020V C CV S SU?80512 20 u F2 00 K1KV C CR E S E T2）电源设计 本设计采用 一种将开关电源与线性电源有机地结合在一起，输出电压采用分档切换方式的高性能直流稳压电源， 系统 9V电池供电， 该电源不仅具有开关电源体积小，损耗低的优点，还具有线性电源输出电压纹波小，输出 特性好的优点。并且引入单片机控制，使其在功能上具有一定智能化。 该电源主要分为整流、变压部分，调压、稳压部分以及控制部分。具体地说是用开关电路实现整流与初级变压，用可调三端稳压器实现调压与稳压，而用单片机控制整个电源的工作。电路原理图见图 A。交流输入经整流后，送入高频开关电路。高频变压器输出端共有 6路，其中 3路作为辅助电源，另 3路作为主功率输出的前级线圈。为提高输出电压精度并减少损耗，主功率输出采用电压分档调节的方法，由于输出电压为 0 30V，故考虑分 3档比较合适。其中 Vc为单片机 D/A变换器输出的电压值， Vc的变化将直接决定输出电压的变化。 Vin由开关电路的输出端提供， Vin 大小的调整是通过单片机控制继电器的开合来实现不同个数的开关电路输出端的电容的串联来实现的。因为 Vin 是随着输出给定Vc变化的 ,Vc小 Vin也小， Vc大 Vin也大，故当输出电压在 0 30V间变化时 ,三端可调稳压器的输入端与输出端的压差均不会很大 ,这样既保证了精确调压 ,又减少了线性电路部分的损耗。图中 A/D变换器所采集的是输出电压、电流的值，这些数据可用来实现过流保护与输出显示。因为，该电源中的开关电路需要有多路输出，故选用能方便实现多路输 出nts 5 的反激式开关电路，可调三端稳压器选用最大输出为 3A/33V的 LM350，而单片机选用 ATMEL公司的 AT89C51。 A/D变换器选用 ADC0809芯片， D/A变换器选用 DAC0832 芯片。 图 A 电源主电路原理图 该电源系统控制界面由 16个按键和 162字符点阵式液晶显示器组 成。液晶显示屏可显示输出电压、电流值，定时值等。这些控制功能都是由一个主程序加若干中断子程序来实现。 该电源实现的功能如下： (1)输入交流电压范围为 90 240V时均可正常工作； (2)输出电压 0.0 29.9V 可设定，调压精度为 0.1V。输出电流 0.0 1.5A； 本设计电路要求为 9伏 (3） 人机界面好，采用键盘设定，液晶显示，能显示输出电压、电流值和定时时间； (4） 可定时开机、关机，可定时变压，定时时间长度最长为 99h59min59s； (5） 具有过流保护功能，过流值可设定 ,并具有三端可调稳压器本身所 具有的过热保护功能。 2话筒 话筒采用 MIC典型话筒，话筒的作用是将声波信号通过磁片的振动转化为电信号，一便于准确顺利的传入 CPU 系统。 3带通滤波电路 通过带通滤波电路滤掉 1HZ 2KHZ以外的谐波，保证声波信号不失真，以保证声波质量。具体电路如下所示： nts 6 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 2- N ov - 20 0 3 S he e t o f F i l e : C : D o c um e nt s a n d S e t t i n g s j 桌面 l i b e i .D D B D r a w n B y:+_+_+_R4R1RRR2C1C2R34信号放大电路 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 2- N ov - 20 0 3 S he e t o f F i l e : C : D o c um e nt s a n d S e t t i n g s j 桌面 l i b e i .D D B D r a w n B y:+_NOT5 .3 K5 3K1K此电路可以使输入的电信号放大十倍，保证准确记录变化的信号，使 0809能识别信号。 nts 7 5 A/D转换器 1） A/D转换器采用 0809， 其各引脚意义： ALE：地址锁存信号。选择 8个模拟通道之一 。 OE：输出允许 信号，高电平有效。 EOC：转换结束信号。 IN0IN7： 8路模拟电压输入端。 D0D7： 8位数据输出端。 AD0、 AD1、 AD2： 3 位地址线，选择 8路模拟输入量之一 转换通道 2的模拟量为数字量的程序：（设不接中断） MOV AL， 02H ；送通道号 MOV DX， POTRADC OUT DX， AL ；发启动信号 CALL DELAY ；软件延时，等待转换结束 IN AL， PORTADC ；一个数据转换结束，读 入 CPU中 2） ADC0809的 0通道 IN0接连续采集 256个模拟信号转换器结果并存入内存中，采集结束后使 P1.0口发光二极管亮，作为采集结束信号。 设 0号通道地址为 1B20H，结果存入 4300H为首地址中，中间过程用 R5 保存结果。 R3， R4暂存结果地址，其中 R3存低 8位， R4 存高八位。 nts 8 4 4 程序流程图 设时间常数值 MODE=0 从 ADC中读取号值，写入外部 RAM 益处否？ 结束中断，等待回放 从 ADC中读取信号 CV-PV，计算出符号的差值 写入 BUFFR的高（低） 4位交替使用 返 回 BUFFR 满 把 BUFFR的值写入外部 RAM 返 回 益处否？ nts 9 4 5 程序设计 ORG OOOOH LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INT1 START： MOV R3 #00H MOV R4,#43H MOV R5,#00H SETB EA SETB EX0 SETB IT0 MOV DPTR,#1B20H MOVX DPTR,A CLR P1.0 LP:CJNE R4,#44,LP SETB P1.0 RET INT1:CLR EA MOV DPTR,#1B20H MOV A,DPTR MOV R5,A PUSH DPH PUSH DPL MOV DPL,R3 MOV DPH,R4 MOVX DPTR,A INC R4 LP1:POP DPL POP DPH SETB EA nts 10 MOVX DPTR,A RETI END 5单片机 I/O 口模拟串行通信的实现方法 目前普遍采用的 MCS51 单片机通常只有一个（或没有） UART异步串行通信接口，在应用系统中若需要多个串行接口（例如在多机通信系统中，主机既要和从机通信又要和终端通信）的情况下，通常的方法是扩展一片 8251 或 8250 通用同步 /异步接收发送芯片（ USART），需额外占用单片机 I/O 资源。本文介绍一种用单片机普通 I/O 口实现串行通信的方法，可在单片机的最小应用系统 中实现与两个以上串行接口设备的多机通信。 1）串行接口的基本通信方式串行接口的有异步和同步两种基本通信方式。异步通信采用用异步传送格式数据发送和接收均将起始位和停止位作为开始和结束的标志。在异步通信中，起始位占用一位（低电平），用来表示字符开始。其后为 7 或 8 位的数据编码，第 8 位通常做为奇偶校验位。最后为停止位（高电平）用来表示字符传送结束。上述字符格式通常作为一个串行帧，如无奇偶校验位，即为常见的 N.8.1帧格式。 串行通信中，每秒传送的数据位称为波特率。如数据传送的波特率为 1200 波特，采用 N.8.1 帧格式（ 10 位），则每秒传送字节为 120 个，而字节中每一位传送时间即为波特率的倒数：T=I/1200=0.833ms。同样，如数据传送的波特率为 9600 波特，则字节中每一位传送时间为 T=1/9600=0.104 ms。根据数据传送的波特率即字节中每一位的传送时间，我们便可用普通 I/O 口来模拟实现串行通信的时序。 2）硬件电路 8051 单片机通过普通 I/O 口与 PC 机 RS232 串口实现 通信的硬件接口电路由于 PC 系列微机串行口为 RS232C 标准接口，与输入、输出均采用TTL 电平的 8051 单片机在接口规范上不一致，因此 TTL电平到 RS232 接口电平的转换采用 MAXIM 公司的 MAX232 标准 RS232接口芯片，该芯片可以用单电压（ +5V）实现 RS232接口逻辑“ 1”（ -3V 15V）和逻辑“ 0”（ +3V 15V）的电平转换。 8051 的 P1.0 模拟发送端， P1.1 模拟接收端。 3）接口程序设计软件设计中， 8051 单片机的 P1.0 和 P1.1 口分别模拟串行通信的发送和接收，其接口程序主要由 INPUT 发送子程序和 OUTPUT接收子程序组成。通信速率 1200 bit /s， 帧格式为 N.8.1。发送时，先发送一个起始位（低电平），接着按低位在先的顺序发送 8 位数据，最后发送停止位。接收时，先判断 P1.1 接收端口是否有起始低电平出现，如有则按低位在先的顺序接收 8 位数，最后判断 P1.1 口是否有停止高电平出现，如有则完成一个数据接收，否则继续等待。其中软件编写要严格按照异步通信的时序进行，每 bit nts 11 位传送时间间隔按通信速率 1200 bit /s计算为 833 s。其模拟串行通信程序清单见下，系统要求单片机晶振为 6M。 程序清单如下： TXD EQU P1.0 RXD EQU P1.1 ；定义 89C51 P1.0 为发送端， P1.1 为接收端 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0100H MAIN: MOV A, #30H MOV R5， #N SETB RXD ； P1.0 TX： LCALL INPUT SETB TXD ； SETB P1.1 MOV R0,#40H RX: LCALL OUTPUT MOV R0,A INC R0 DJNZ R5, RX ； AJMP $ DEL833: MOV R7 ,#205 MS11: DJNZ R7， MS11 RET INPUT: CLR C MOV TXD,C LCALL DEL833 MOV R3,#8 REP: RRC A MOV TXD ,C LCALL DEL833 DJNZ R3,REP nts 12 SETB C MOV TXD,C LCALL DEL833 RET OUTPUT: JB RXD, $ LCALL DEL833 MOV R3,#8 OUT: MOV C ,RXD RRC A LCALL DEL833 DJNZ R3,OUT JNB RXD ,$ RET CTCO:PUSH ACC PUSH PSW PUSH DPH PUSH DPL SETB PSW.3 MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H DJNZ 7FH,CTC01 MOV 7FH,#14H LCALL SAMP LCALL PROC CTCO1:POP DPL POP DPH POP PSW POP ACC RETI IN0通道采样子程序 SAMP:MOV DOTR,#8100H nts 13 MOVX DPTR,A MOV R2,#80H K1:DJNZ R2,K1 MOVX A,DPTR MOV 50H,A RET 数据处理子程序 PROC:MOV R5,#00H MOV R6,#00H MOV A,50H JZ PROC2 MOV R2,50H PROC1:MOV A,R6 ADD A,#50H DA A MOV R6,A MOV A,R5 ADDC A,#00H DA A MOV R5,A DJNZ R2,PROC1 PROC2:MOV 60H,R5 MOV 61H,R6 RET nts 14 4 6设计原理图 I N - 026m s b 2 - 1212 - 220I N - 1272 - 3192 - 418I N - 2282 - 582 - 615I N - 312 - 714l s b 2- 817I N - 42E O C7I N - 53A D D - A25I N - 64A D D - B24A D D - C23I N - 75A L E22r e f ( - )16E N A B L E9S T A R T6r e f ( + )12C L O C K10U9A D C 08 0 9E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U18 05 1AD012P A 021AD113P A 122AD214P A 223AD315P A 324AD416P A 425AD517P A 526AD618P A 627AD719P A 728P B 029CE8P B 130RD9P B 231WR10P B 332I O / M7P B 433A L E11P B 534P B 635P B 736T M R O U T6P C 037P C 138T M R I N3P C 239P C 31P C 42R E S E T4P C 55U38 15 5D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U27 4L S 3 73A0A1A2A0A1A2D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7RDWRRDWRD0D1D2D3D4D5D6D7RDWRC L KC L KU8NORA L EA L EGNDU7NORabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdp00D S 2D P Y _7 - S E G _D PabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdp00D S 3D P Y _7 - S E G _D PabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdp00D S 4D P Y _7 - S E G _D P1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9R P 1R E S P A C K 3+ 5vQ1N P NQ2N P NQ3N P NGNDU6NORRDWRY1C R Y S T A LC1C A PC2C A PGNDA010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A 1 021A 1 123A 1 22CE20OE22P G M27V P P1D011D112D213D315D416D517D618D719U52 76 4p 2. 5GNDP S E NP S E NS5S W - P BS7S W - P BR2R E S 1R3R E S 1GNDS1S W - P B R1R E S 1GNDY00Y11Y22Y33Y44Y55Q06Q17Q28Q39Q410Q511Y612Q613B I C 8 7 18Y714Q715R4C o m po n e n t _ 1R61 0kX1
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