无线听力测试系统设计毕业论文

摘要I摘要近年来，因环境噪声污染、意外事故导致耳聋的人数逐渐增多。这一人数众多、特殊困难的残疾人群体，已引起全社会，特别是卫生部门的高度重视。本文设计的无线听力测试系统由信号发生器和音量控制后无线传输通过串口将数据上传至上位机。我主要针对整个听力测试仪系统进行了研究设计。具体如下：先设计一个信号发生器，再设计音量放大器，将信号发生器产生的信号送给数字电位器，同时将信号发生器输出另一路送进到单片机里，用单片机读取出信号的频率，进而显示在液晶显示器上，与此同时，把信号的频率向上位机进行传送，将采集到的数据送入电脑，以试验数据为依据，同步测算不同人能听到的频率范围，根据数据，为被测试者提供相应的听力保护建议，从而更好有效保护听力。关键词单片机；液晶显示；信号发生器；数字电位器；无线传输IIAbstractInrecentyears,duetotheenvironmentalnoisepollution,anaccidentthatthenumberofdeafnessincreasegradually.Thisnumber,specialdifficultiesofthedisabledgroup,hascausedtheattentionofwholesociety,especiallythehealthdepartment.Inthispaperthedesignbyhearingtestersignalgeneratorandthevolumecontrolandwirelesstransmission,uploaddatatotheuppercomputerthroughtheserialport.Thisthesismainlyforthewholelisteningtestinstrumentsystemdesign.Thespecificmetnodisasfollows:designasignalgeneratorfirst,afterthisdesignavolumeontheamplifier.TransferthesiginaltoMCUstepbystep,collecteddataintothecomputerintheend.Providingthemwiththecorrespondinghearinghearingprotectionadvicetobetterprotecteffectivelistening.KeywordsMCU；liquidcrystaldisplay；signalgenerator；digital；potentiometer目录III目录摘要.IAbstract.II第1章绪论.11.1无线听力测试仪技术的课题背景研究目的及意义.11.2听力测试仪国内外研究状况.11.3全文主要内容.2第2章系统总体方案设计.42.1总体方案描述.42.2信号发生器与显示器方案的确定.52.2.1方案论证与选择.52.2.2可选方案优化设计.52.2.3D/A转换器接线方式选择.52.3本章小结.6第3章硬件原理.73.1单片机芯片.73.2数模转换电路.93.2.1数模转换电路的设计与介绍.93.2.2DAC0832的引脚功能说明.93.3运放滤波电路的设计与介绍.103.3.1LM358的引脚功能介绍.103.3.2运放滤波电路.113.4时钟与复位电路.123.5按键控制电路.133.6数字电位器.143.6.1数字电位器的原理和结构.143.6.2数字电位器的音量控制电路.183.7无线传输模块.193.8液晶显示器LCD160LCD1602的结构.213.8.2LCD1602的指令系统.23燕山大学本科生毕业设计（论文）IV3.8.3LCD1602液晶显示操作.233.9本章小结.25第4章软件程序设计以及仿真结果.274.1系统调试.274.2软件流程图.284.2.1系统总流程图.284.2.2中断程序流程图与延时子程序流程.294.2.3按键系统图.294.2.4LCD系统框图.314.2.5数字电位器控制程序.324.2.6信号发生器仿真电路图.324.2.7部分仿真结果.334.3仿真过程中遇到的问题及解决办法.344.4本章小结.35结论.36参考文献.37致谢.39附录1.40附录2.49附录3.56附录4.62第1章系统总体方案设计1第1章绪论1.1无线听力测试仪技术的课题背景研究目的及意义听力计是通过音频振荡发生不同频率的纯音，其强度（声级）可以调节。用于测试听觉范围内不同频率的听敏度，判断有无听觉障碍，估计听觉损失的程度，对耳聋的类型和病变部位作出初步判断。由受试者自己判断是否听到耳机发出的声音，以每个频率能听到的最小声音强度为听阈。纯音听阈测定是受检耳对不同频率的纯音恰能听到的最轻声音，是判断听敏度的标准行为测听法，按gb7583-87国家规定某人的听阈是在规定条件下，以一规定的声信号，在多次重复试验中，有一半以上的次数能正确引起听觉的最小声压级。同时纯音测听法是现代较为普及的一种听力测试方法，是一种既能定性又能定量的听力测验法，可判断分析听力损失的程度和性质。听力计是测定个体对各种频率感受性大小的仪器，通过与正常听觉相比，就可确定被试的听力损失情况1。心理学上的听力计通常都是指纯音听力计。使用时，仪器主件自动提供由弱到强的各种频率刺激，自动变换频率，测听时被试戴上封闭隔音的耳机，当听到声音时，即按键，仪器可根据被试反应直接绘出可听度曲线。在医学上经常使用听力计来检查听力和测量听力的损失，听力损失的程度是用低于正常阈限的分贝数来衡量的。听力测定能评定一个人的听觉。因此，它在听力保护工作中是必不可少的仪器。听力计是测定人耳听敏度的仪器,是国家计量法中规定的强制检定的工作计量器具。目前,听力计已普遍用于临床、学校、军队、环保以及科研等领域,是近代听力学研究的重要工具。纯音听力计是利用电声学原理,通过电子振荡、放大、衰减等线路产生不同频率和强度的纯音信号,以及用于测试中掩蔽效应的各种噪声信号,并经过耳机传输给受检者以确定人耳的听觉功能。1.2听力测试仪国内外研究状况听力计的品种有三种：手控听力计(manualaudiometer)，自动记录听力燕山大学本科生毕业设计（论文）2计(automaticaudiometer)，和电脑控制测听听力计(micro-processingaudiometer)。而一个完整的、功能齐全的听力计，至少有三十多种测试功能，包括气导纯音测听、骨导纯音测听、言语测试，掩蔽声、多频道控制、病人反馈，特殊测试等。手控听力计：常用的有国产AD104听力计，进口丹麦产品SM950等。AD-104是一款经济实惠，高精度的筛查型的听力计。可用于高端助听器验配时的听力评测，和上门服务。也可用于对学校、工矿企业、部队、驾校、康复中心和聋儿培训等单位人员的听力情况进行快速筛查，携带极为方便。AD-104可以执行所有标准听力计检测、语言听力检测、依赖于结构的各种特殊检测2。AD-104的设计以一个先进的24象素数字信号处理为基础，它可以产生非常高质量的信号，而且拥有很大的折射度。操作过程是很简单而直观的。可以清楚的显示设备目前的状态。按键和选择器都是低噪音的类型。声音水平，频率和其它信息都清楚的显示在显示器上。语言输入信号可以由内置或外置的话筒提供。有一项功能是，语言听力检测时，掩盖信号可以与语言信号同时提供到被检测的耳，即“噪音语言检测”。有三个输出选项：标准耳机（AC）、骨导（BC）、和特殊输出（SF），可以被连接至自由区域扩音器或插入耳机。AD-104可以同时对多种类型的耳机进行校准。AD-104既可以作为移动设备，也可以作为台式设备（固定安装）使用。AD-104操作简便，采用全键盘设置和操作。丹麦麦迪克听力计SM950产品简述：SM950作为丹麦麦迪克国际听力计(Inmedico)最适用于那些需要全特征气导/骨导需求听力计的用户。丹麦麦迪克听力计SM950产品特点：纯音、脉冲音、自动阈值检测、窄带掩蔽、气导、骨导检测、纯音/掩蔽联动、手动检测或多种自动检测、无噪音按键、11种频率、125-8000Hz、听力图编辑功能、听力检测结果自动打印输出、测试中可直接观察听力图、RS-232接口连接计算机、串口或平口连接打印机、存储28个听力检测结果、18种功能程序设置3。第1章系统总体方案设计31.3全文主要内容本文的章节安排如下：第二章主要是关于基于单片机的方波波形发生器的设计方案、主要是介绍了几种两种实现方波信号发生器的设计方案以及放案的选择，方波信号发生器的技术的介绍以及这种实现方法的基本原理和系统原理框图。第三章是有关硬件电路的介绍。主要介绍了硬件电路所涉及到的模块、元器件等，主要包括单片机核心电路、数模转换电路、运放滤波电路、中断复位电路、按键电路、数字电位器电路、无线传输电路、液晶驱动电路。第四章主要介绍了软件设计的各个模块流程图以及调试结果。主要包括主程序流程图、外部中断流程图、延时流程图、按键流程图、液晶显示流程图。燕山大学本科生毕业设计（论文）4第2章系统总体方案设计波形的产生是通过STC12C5A60S2单片机执行方形发生程序，向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。2.1总体方案描述纯音听力计是听功能测试的声学电子仪器,可为听力损失的定性、定量和定位诊断提供参数依据,是近代耳病诊治和听力学研究的重要设备。系统采用微处理器控制信号发生电路、音量控制系统、通讯接口和电源等功能模块的协同工作,通过串行通讯实现上的数据传输。上位PC机完成人机交互的功能,医生通过应用程序设置测试参数、观察检测状态并记录被测者信息,并可随时调出已存储的听力数据,便于及时诊断和提供治疗方案。由于白噪声的实现方法复杂多样,且要求质量高、可控性强,因此产生稳定高质的噪声信号是系统开发的重点和难点。设计中通过采用高效的D/A转换电路等手段输出符合国标要求的声音信号,在实际应用中取得了良好的效果。方波信号发生器产生方波信号一路送进功率放大器，一路送进单片机最小系统，送入功放的一路信号经过数字电位器后再进行功率放大，送入单片机的一路信号通过单片机的频率计数，数值通过1206液晶把频率的大小显示显示出来，与些同时把频率的数值通过无线传输送至上位机。由于人耳可以听见的频率为20Hz到20kHz。所以设计一个频率可调的方波信号发生器：频率特性20Hz到20kHz范围内可调。人耳可听到的分贝数为5dB到100dB首先设计按键控制频率可调的信号发生器，通过简单的信号发生电路产生在听力范围内的可调方波信号，然后把方波信号通过功率放大器把声音放出来，通过测试者的反馈，确定被测试者的听力能力范围，频率特性20Hz到20kHz，信号发生器使用DAC0832芯片产生0到20kHz的方波信号。按键控制听力大小声音为0分贝到100分贝。最后，单片机在整个系统中的主要作用为将从信号发生器取到的方波信号进行计数，并通过1602液晶显示第2章系统总体方案设计5屏显示出频率来，然后再通过无线传输把数据传到电脑上位机中，存储进数据库，可以对被测试者的听力能力进行进一步的分析，并提出相应的听力保护建议，以更好的保护听力。单片机即可完成课题任务要求，经过调试达到要求后，即可实现目标。2.2信号发生器与显示器方案的确定方案一、信号发生器部分采用555定时器的多谐振荡电路也能产生方波信号；功放部分可以采用LM358功放IC；液晶采用1602液晶进行显示。方案二、信号发生器部分采用数模转换DAC0832产生方波信号；功放部分采用分立原件搭建电路；液晶采用1602液晶进行显示2.2.1方案论证与选择方案一中用555定时器产生方波的电路便是可取的路经之一，但是其对于本设计的要求达不到，虽然不用依靠单片机，但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点而放弃。方案二中使用DAC0832可以产生20Hz到20KHz的方波，所以信号发生器部分选用DAC0832作为方波发生器。方案二与方案一中显示部分都选用了1602液晶，因为1602液晶价钱便宜，而且能满足基本需求这款液晶可以显示字母与数字。由以上分析可知，方案二是最佳方案，因此，在本设计中选用方案二进行设计。2.2.2可选方案优化设计对于方案二，显示部分可以用更高级的液晶，比如说可以使用手机液晶显示器，这种液晶分辨率一般比较高，而且可以在编程进对液晶显示进行菜单设置，真正实现智能系统的智能化。功放部分可以加上音量调节部分，以防止在对人耳进行测试的时候声音过大，频率过高对测试者与被测试者听力产生不利影响。2.2.3D/A转换器接线方式选择1、采用单缓冲接线方式2、采用双缓冲接线方式；此接线方式可使DAC转换输出前一个数据的同时将下一个数据传送到8位输入寄存器，优点是可燕山大学本科生毕业设计（论文）6以提高D/A转换的速度；其缺点是接线和编程稍复杂一点。3、采用直通接线方式；此接线方式接线简单、编程简单。本次设计采用的是直通连接方式。图2-1原理框图2.3本章小结人耳可以听见的频率为20Hz到20kHz。围绕这个特性设计一个频率20Hz到20kHz的信号发射器，本章主要是介绍了几种两种实现方波信号发生器的设计方案，综合考虑后最后确定了所选的方案二，以及本章介绍了D/A转换器的接线方式选择，最终选择了比较简单的直通方式，并确定了系统的原理框图。数模转换DAC0832单片机STC12C5A60S2按键数字电位器Mcp41010LCD显示扬声器无线传输发上位机功率放大无线传输收第3章硬件原理7第3章硬件原理3.1单片机芯片STC12C5A60S2单片机芯片集成了以下几个基本组成部分4。1.增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051;2.工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5.5V-3.3V(5V单片机)STC12LE5A60S2系列工作电压：3.6V-2.2V(3V单片机);3.工作频率范围：0-35MHz，相当于普通8051的0420MHz;4.用户应用程序空间5.片上集成1280字节RAM;6.通用I/O口(36/40/44个)，复位后为：准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)，可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55Ma;7.ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序，数秒即可完成一片;8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM);9.看门狗10.内部集成MAX810专用复位电路；11.外部掉电检测电路:在P4.6口有一个低压门槛比较器，5V单片机为1.32V，误差为+/-5%,3.3V单片机为1.30V，误差为+/-3%;12.时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内)1用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟，常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz15.5MHz，3.3V单片机为：8MHz12MHz，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准;13.共4个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器;燕山大学本科生毕业设计（论文）814.2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟;15.外部中断I/O口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块，PowerDown模式可由外部中断唤醒;16.PWM(2路)/PCA17.A/D转换,10位精度ADC，共8路;18.通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实现多串口;19.STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3);20.工作温度范围：-40-+85(工业级)/0-75(商业级)21.封装：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接74HC164/165/595(均可级联)来扩展I/O口,还可用A/D做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU,三线通信，还多了串口。图3-1STC12C5A60S2引脚示意图第3章硬件原理93.2数模转换电路3.2.1数模转换电路的设计与介绍DAC（数模转换器）的功能是把数字量转换为与其成比例的模拟电压或电流信号。数字量可以为任何一种编码形式，如无符号二进制、2补数、BCD等。DAC的分辨率取决于位数，通常不超过16位。例如，一个输出10V的16位DAC的最低有效位每位能分辨153uV=10V/(216-1)，为总量的0.00152%4。随着集成电路工艺的发展，DAC也以集成化。单片机DAC集成电路通常集成了控制开关、解码网络；有的也包括运算放大器，这时转换速度将受运算放大器的影响。现在大量使用的混合式DAC把标准电压、运算放大器、开关和解码网络等组装在一起，封装在密封的双列直插式组件内部。它的价格和性能都介于分列式和单片机集成电路之间。本次设计使用的是DAC0832。3.2.2DAC0832的引脚功能说明DAC0832典型特点：8位并行、电流型、中速（电流建立时间为1us）、价格低廉。DAC0832的引脚图如下图所示：D0D1：为8位数据输入端口；CS：为片选信号，低电平有效；WR1：数据锁存器的写选通输入端口（写信号1），低电平有效；AGND：模拟信号地；Uref：基准电压输入端口；Rf：反馈电阻输出端（可接运算放大器的输出端）；DGND：数字信号地；IO1：模拟电流输出端1；IO2：模拟电流输出端2；燕山大学本科生毕业设计（论文）10图3-2XFER：数据传输控制信号的输入端，低电平信号；WR2：DAC寄存器选通信号的输入端，低电平有效；ILE：数据锁存允许控制信号的输入端，高电平有效；Ucc：芯片电源电压输入端（+5V+15V）。DAC0831主要有三种工作方式，分别为直通工作方式、单缓冲工作方式、双缓冲工作方式：直通工作方式：两个寄存器均工作于直通工作状态；单缓冲工作方式：一个寄存器工作于直通工作状态，而另一个寄存器处于受控锁存器状态；双缓冲工作方式：两个寄存器都工作于受控锁存器状态。3.3运放滤波电路的设计与介绍3.3.1LM358的引脚功能介绍LM358是双运算放大器，它采用8脚双列直插塑料封装，其内部有两组独立的运算放大器，具有高直流电压增益、功耗低、宽单位增益频带、宽电流电压范围等特点，且价格低廉，不仅适用于双电源模式（1.5V-15V），也可用于单电源工作状态(3V30V)5。图3-3给出了其引脚图：第3章硬件原理11图3-3LM358引脚图INPUT1（-）：运算放大器1的反相输入端；INPUT1（+）：运算放大器1的同相输入端；OUTPUT1：运算放大器1的输出端；INPUT2（-）：运算放大器2的反相输入端；INPUT2（+）：运算放大器2的同相输入端；OUTPUT2：运算放大器2的输出端；VEE/GND：接地端；VCC：电源接口。3.3.2运放滤波电路运放滤波电路如图所示：运放功能由LM358完成，将DAC0832输出的电流信号转换为电压信号。滤波电路是一种能使有用信号通过同时抑制无用信号的电子装置。工程上常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等6。一般的滤波电路常用电阻、电容、电感组成。由R、C组成的滤波器具有体积小、重量轻、简单等特点。因此。本次设计用R11和C11连接组成一阶低通数字滤波器，不仅起到滤波作用，而且有平滑的作用。燕山大学本科生毕业设计（论文）12图3-4滤波电路图此低通滤波器的截止频率为f=1/(2*R11*C11)。本次设计中选择阻值为80欧姆的R11、电容值为0.1uF的C11，这样截止频率大约为20KHz，使波形输出可以满足题目要求。3.4时钟与复位电路时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。外部方式的时钟电路，XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。（1）复位操作计算机在启动运行时都需要复位，复位是使中央处理器CPU和内部其他部件处于一个确定的初始状态，从这个状态开始工作。只要RST保持高电平STC12C5A60S2单片机将循环复位。复位期间，ALE、PSEN输出高电平。RST从高电平变为低电平后，PC指针变为0000H，使单片机从程序存储器地址为0000H的单元开始执行程序7。复位后，内部各寄存器的初始内容见图3-5所示。当单片机执行程序出错或进入死循环后，也可按复位按钮重新启动。第3章硬件原理13（2）复位信号及其产生RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，STC12C5A60S2单片机有一个复位引脚RST，高电平有效。在时钟电路工作以后，当外部电路使得RST端出现两个机器周期(24个时钟周期)以上的高电平，系统内部复位。复位有两种方式：上电复位和按钮复位图3-5单片机最小系统3.5按键控制电路按键控制电路有单片机（STC12C52A60S2）和2个分别控制音增益大小的按钮构成，按键控制接单片机P2.0P2.3。再按键被按下之前，单片机各个引脚处于高电平，当有按键按下时，相对应的引脚变为低电平，当检测到有引脚变为低电平时，执行相应的操作，按键控制电路见图3-5所示燕山大学本科生毕业设计（论文）14图3-6按键控制电路图按键检测中，采用定时中断的方法。即当计数值到一定大时，开始读取P3口，并将计数器清零，根据读到的键盘值，执行相应的操作。另外有一种情况，按键抖动问题：当操作者手动按键时，由于按键会产生数次抖动，而在较短的时间内，检测程序会检测到多次按下操作，而执行多次相应程序，这与实际情况并不相符。3.6数字电位器机械式电位器通常用来调整系统参考电压、增益误差和偏置电压误差。数字电位器可以用来完成相同的任务，而且还能提供额外的数字调整控制功能。3.6.1数字电位器的原理和结构1.MCP41XXX系列数字电位器的特点MCP41XXX系列器件是具有256个抽头的数字电位器(XDCP)。该系列电阻有10K、50K和100K几种，内部包含电阻阵列、滑动开关、控制单元和16位存储器8。滑动端的位置由SPI总线控制。第3章硬件原理15每次上电或重新复位“数据字节”的数据被初始化为80H(即电位器的滑动端处在中心位置)。MCP41XXX系列器件采用CMOS工艺，功耗极低，被广泛地应用于仪器仪表和精密电压或电流控制系统中。2.MCP41XXX系列数字电位器的引脚描述MCP41XXX系列数字电位器的引脚见图3-7所示。图3-7MCP41XXX系列数字电位器的引脚MCP41XXX引脚表述：1)PA0：数字电位器的一个固定端；2)PB0：数字电位器的一个固定端；3)PW0：数字电位器的抽头滑动端；4)cs：数字电位器SPI接口的片选引脚；5）SCK：串行数据输入的同步时钟。在数据准备好的情况下，SCK的下降沿同步输入数据；6)SI：串行数据输入信号。在SCK的配合下，SI向器件输入数据；7)Vss：电源地引脚；8)Vdd：电源正引脚。3MCP41XXX系列数字电位器的结构MCP41XXX系列数字电位器由一个包含255个电阻单元的电阻阵列和一个滑动端开关网络组成9。滑动端的位置由cs、SI和SCK3线输入信号控制，见图3-8。燕山大学本科生毕业设计（论文）16(a)内部结构(b)等效电路图3-8MCP41XX的内部结构、等效电路4MCP41XXX系列数字电位器的操作MCP4lXXX系列数字电位器的操作是通过一个命令字节完成的。该命令字节格式见图3-9所示。一个字节命令实际上只对C1、C0位(功能选择)和Pl、P0位(电位器选择)进行设置即可。对于MCP41XXX系列器件来说，只有一个电位器P0，而MCP42XXX系列器件才有P1与PO两个电位器10。MCP4lXXX系列数字电位器的工作时序见图3-10所示。数字电位器亦称数控可编程电阻器，是一种代替传统机械电位器（模拟电位器）的新型CMOS数字、模拟混合信号处理的集成电路。数字电位器由数字输入控制，产生一个模拟量的输出。MCP41XXX系列器件是具有256个抽头的数字电位器(XDCP)。该系列电阻有10K、50K和100K几种，内部包含电阻阵列、滑动开关、控制。第3章硬件原理17图3-9一个命令字节的格式图3-10MCP41XXX的工作时序5MCP41XXX系列数字电位器编程MCP41XXX系列器件是SPI总线接口，它的内部无非易失性存储器，只有16位的数据锁存器。其中的8位数据正好控制256个电阻滑动点。也就是说，数字量0255对应O255个电阻位置。为了编程清楚电位器的“位置点”，该器件在上电时已将内部初始化成80H(即128)，这个值正好燕山大学本科生毕业设计（论文）18是电阻位置的“中间点”(总电阻值的一半)。所以在编程时，可以设一个字符型变量，每次开机时可以将该变量确定为80H，每操作一次MCP41XXX器件，该变量相应增加同样的值，即可解决任意电阻位置的问题。3.6.2数字电位器的音量控制电路图3-11是音频信号的放大倍数的调节电路。通过对STC12C5A60S2单片机I/O口编程可实现喇叭音量的控制。图3-11数字电位器的音量控制电路数字电位器的相比于普通电位器有很多的优势，比如说可以定量的调节，传统的电位器的优势就是可以连续的调节音量，数字电位器可以解决所有上述机械电位器存在的问题，可以提供更高的可靠性和精密性，电压毛刺更小。目前，只有在数字电位器不适用的环境中，比如说高温环境或大功率应用场合，才会使用机械电位器。传统电位器的音量控制电路见图3-12所示。第3章硬件原理19图3-12传统电位器的音量控制电路3.7无线传输模块无线传输模块实物如图3-13所示，引脚说明如图所示。该模块的主要实现芯片为nRF24L01,提供了同时6个接收机的功能，片内的链路层使软件设计更为简便，2Mbps的传输速率使得高质量VoIP成为可能；2Mps，1Mps、250kbps三种可选传输速率，+/-60ppm晶体，仅在天线匹配处需要外接电感，5V容忍度的点平输入，无需外部点平转换器，改进的ShockBurst和串口可便于与各种低成本MCU链接，无需带SPI接口的MCU，20引脚4*4mmQFN无铅封装；非常少的外围原件11；在2Mbps速率下接收时的峰值电流12.5mA；在2Mbps速率下在0dBm输出时的峰值电流11mA。图3-13无线传输模块实物图燕山大学本科生毕业设计（论文）20图3-14无线传输模块引脚说明nRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz2.5GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。极低的电流消耗：当工作在发射模式下发射功率为0dBm时电流消耗为11.3mA，接收模式时为12.3mA，掉电模式和待机模式下电流消耗更低。nRF2401A与nRF24L01和nRF24L01+之间可完成相互通讯，前提是它们之间必须工作在相同的工作模式下。比如工作频率、传输速率、地址、数据包长度和CRC校验方式。nRF24LE1、nRF24LU1也可以同nRF24L01之间完成通讯。通讯建立条件同nRF2401A。第3章硬件原理21图3-15nrf24l01引脚示意图3.8液晶显示器LCD1602在日常生活中，液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已经作为很多电子产品的通用器件，在计算机、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到。在单片机的人机交流界面中，一般的输入方式有：发光管LED数码管、液晶显示器。其中，字符型液晶显示器是用于显示数字图形符号及少量自定义符号的显示器。3.8.1LCD1602的结构LCD1602可分为2个行共显示32个字符，每行显示16个字符；其可与8位或4位微处理器连接12；内藏式字符发生器ROM，可提供160种工业标准字符，包括全部大小写字母、阿拉伯数字及日文片甲名，以及32个特殊字符或符号的显示；内藏RAM可根据用户的需要，由用户自定义字符或符号；+5V单电源供电；低功耗（10mW）。LCD1602采用标准的16引脚接口，其各个管脚的定义如下：第1脚：VSS为电源地。第2脚：VDD接5V正电源。燕山大学本科生毕业设计（论文）22第3脚：V0为液晶显示器对比度的调整，接正电源时对比度最弱，接地显示器，是用于显示数字、图形符号及少量自定义符号的显示器。LCD1602可分为2行共显示32个字符，每行显示16个字符。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平时，R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平，R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E为使能端，当E端由高电平跳变为低电平时，液晶模块执行命令。第7-14脚：D0-D7为8位双向数据线。第15-16脚：背光。LCD1602内部结构由DDRAM、CGRAM、IR、DR、BF、AC等大规模集成电路组成13，其各部分功能如下：（1）DDRAM为数据显示用的RAM用于存放要显示的数据，只要将标准的ASCII写入DDRAM中内部控制线路就会自动将数据传送到显示器上，并显示出该ASCII码所对应的字符。CGRAM为字符产生RAM，可供使用者存储特殊造型的造型码，CGRAM最多可存储8个造型。（2）IR为指令寄存器，负责存储MCU要写给LCD的指令码。当RS及R/W信号为0并且E引脚又1变为0时，D0-D7引脚上的数据便会存入到IR寄存器中。（3）DR为数据寄存器，他们负责存储单片机要写到CGRAM或DDRAM的数据。因此可将DR视为一个数据缓冲区，当RS及R/W引脚信号为1且E引脚信号由1变为0时，读取数据。当RS引脚信号为1，R/W引脚信号为0且E引脚由1变为0时存入数据。（4）BF为忙碌信号。当BF为1时，不接受单片机送来的的数据和指令；当BF为0时，接受外部数据和指令。所以在写数据或指令到LCD之前，必须查看BF是否为0。第3章硬件原理23（5）AC为地址计数器，负责计数写入/读出CGRAM/DDRAM的数据地址，AC按照MCLI对LCD的设置而自动修改它本身的内容。3.8.2LCD1602的指令系统LCD1602液晶的指令系统，其各指令的定义如下：（1）清显示指令：指令码01H，光标复位到地址00H；（2）光标返回指令：光标返回到地址00H；（3）输入模式设置指令：用于光标和现实模式的设置。I/D:光标移动方向，高电平右移，低电平左移。S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。（4）显示开关控制指令：D：控制整体的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。C：控制光标的开与关，高电平表示有效，低电平表示无效。B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。（5）光标或字符移位指令：高电平时移动显示文字，低电平时移动光标。（6）功能设置指令个：DL：高电平时为4为总线，低电平为8位总线。N：低电平时为单行显示，高电平时为双行显示。F：低电平时显示57的点阵字符，高电平显示510的点阵字符。（7）字符发生存储器地址设置指令。（8）数据存储器地址设置指令。（9）读忙标志或光标地址指令。BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接受命令或者数据，如果低电平表示不忙。（10）写数据指令：写数据到CGRAM或DDRAM。（11）读数据指令：从CGRAM或DDRAM中读取数据。3.8.3LCD1602液晶显示操作要显示字符时要先输入显示字符的地址，也就是要告诉模块在哪里显示字符，LCD1602的内部显示地址如图3-16第二行第一个字符的地址是40H，由于要写入显示地址要求最高位D7为高电平。所以实际写入的数据应该是：燕山大学本科生毕业设计（论文）2401000000B（40H）+10000000B（80H）=11000000B（C0H)在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示时光标是自动左移的，无需人工干扰。每次输入指令都要判断液晶模块是否处于忙状态14。图3-16LCD1602液晶显示模块在日常生活中很常见，通过这次毕业设计掌握并能熟练的应用到实际当中。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行）1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字