基于8位单片机实现引线燃烧及礼花爆炸的声音和发光效果的系统设计12000字【论文】

基于8位单片机实现引线燃烧及礼花爆炸的声音和发光效果的系统设计摘要小型电子声光礼花器系统主要实现礼花的声光模拟工作的智能化处理。该系统通过处理检测信号实现礼花声光模拟的自主性。系统通过主控模块、外围模块实现整个礼花声光模拟工作。外围检测模块检测到相关的环境数据，然后通过主控CPU模块进行数据处理，实现环境数据的采集与转换。外围模块的主要工作是实现环境必要数据的采集(礼花声音、礼花显示等)。本设计采用宏晶科技有限公司的8位单片机STC8A8K64S4A12作为控制器，搭配USB供电模块、TFT显示模块、LED灯光模拟模块、DY-SV17F作为音乐模拟模块实现引线燃烧及礼花爆炸的声音和发光效果的模拟。本文先对基于STC单片机的小型电子声光礼花器的研究意义、研究现状进行介绍，然后介绍系统开发的相关技术，最后完成高精度、高性能、高智能的小型电子声光礼花器的实现。该小型电子声光礼花器能够精确的实现礼花声音的模拟，能够很好的满足人们对于礼花声光的需求。进一步能够减少对于环境的污染，提高人们的生活质量。关键词：礼花；电子；单片机；智能模拟；目录1引言 61.1课题研究背景和意义 61.1.1课题背景 61.1.2课题目的和意义 61.2国内外研究现状 71.3研究方式介绍 71.4论文结构 82系统总设计 102.1系统设计要求 102.2系统设计思路 102.3硬件总体设计框架图 102.4主控模块的选择 112.5显示模块的选择 122.6音乐模块的选择 122.7供电模块的选择 133硬件电路设计 143.1主控模块 143.2TFT显示模块 153.3音乐播放模块 163.4供电模块 173.5LED礼花模拟模块 174软件流程设计 184.1软件编程要求 184.2硬件编程软件介绍 194.3编程语言选择 194.4系统初始化工作流程 204.5显示模块工作流程 214.6音乐播放工作流程 235系统的调试与分析 255.1系统硬件测试 255.2系统的软件测试 265.3系统的调试分析 276结论 29参考文献 31附录 33

1引言1.1课题研究背景和意义1.1.1课题背景随着电子科学技术的块速发展，电子产品已经完全的进入了我们的生活。现在全国甚至全世界都在倡导环境保护，我国也相应的出台了一系列的环境保护措施，例如在过年或者过节部分城市城区禁止燃放烟花爆竹，这样虽然起到了环境保护的效果，但这样使过年过节失去了许多节日的氛围。小型电子礼花正是可以弥补这一缺陷。2008年在北京奥运会开闭幕式上,各种新奇华丽的的烟花向全世界人民展现了我们的热情和文化。虽然烟花很美，但生命却十分的短暂,经过数秒钟的绚丽绽放后,随之产生的废气废物对环境却造成了大量的污染,并且储存烟花爆竹也有很多的安全问题。人们在发展制造烟花的技术同时,也在构想着能有什么更先进的产品来替代传统的火药型烟花,希望能在喜庆佳节时享受烟花带来的快乐又能消除其负面影响。1.1.2课题目的和意义烟花本是我国的四大发明之一的火药创造出来的漂亮精灵，其具有华丽的姿态为庆祝节日添加了许多颜色。然而，尽管传统的烟花很漂亮，但是数秒的燃放后，所产生的废物及废气却是对自然环境造成了严重的污染，同时，烟花爆竹在储存和燃放过程中存在着许多安全隐患。于是市场上各种电子烟花应运而生，电子礼花节能、高效、美观、能耗小、寿命长，而且传统烟花做不到的效果，电子烟花都能够很好的模拟出来。可以预见,随着科技的发展和人们环保意识逐渐增强,电子礼花将会被大家推崇，因为其具有环保的理念,而且可反复使用的特点。随着人们工作、学习、休闲和娱乐环境的不断改善,城市的照明和美化工程也在不断改善。作为一项重要的景观美化和亮化工程，电子礼花树一直受到人们的高度重视。然而，现有的电子礼花树采用的是低压小型灯泡作为光源,在实际使用中存在着功耗大、使用寿命短、易损坏以及缺乏色彩等严重缺点。LED是一种性能优良的发光器件,具有寿命长、亮度高、节能、发光颜色多样、响应速度快，驱动电压低等优点。用LED代替低压小型灯泡作为模拟礼花树的光源装置,不仅可以克服其原有的缺点,而且具有节能、寿命长、亮度高、发光颜色多、响应速度快等优点,且还节省大量的能源同时还可以使电子礼花的工作效果更加丰富多彩、更具有吸引力。电子烟花因具有使用寿命长、可反复使用、节能环保、安全可靠的储存和使用等特点，具有广阔的发展前景。随着数据获取以及数据处理技术的发展迅速，万物互联技术的发展速度急剧提高。另一方面，人们对于环境中的各种各样的数据联系更加紧密。人们对于环境数据的采集以及检测变得更加依赖。日常生活中人们了解到的天气预报就是通过检测设备进行时刻检测，智能空调温度调节也是对于环境温度的数据进行时刻检测，这样的万物互联例子数不胜数。在当下数据时代，人们对于自然界中的数据反馈交互变得越来越重要。人们更加注重对数据进行逻辑化处理，系统越来越智能化的对数据进行反馈。自主化的数据处理、反馈是人们更加期盼的。数据的及时处理、反馈能够进一步减少人们的工作量，减少不必要的消耗。但是，数据能够无时无刻的检测而人类却不行，所以只有通过智能设备才能进行高效率、高精度的数据的检测工作。当出现一种能够职能的数据检测设备，通过智能设备进行人们的日常工作的辅助。将会减少人为的失误，降低工作中不必要的损失。这样的时代就显出微处理器系统的重要性，微处理器系统对于数据的敏感性也是智能行业蓬勃发展的主要影响因素。在现有技术发达系统上进行思想的碰撞，那将会更加提高整个行业的发展速率。1.2国内外研究现状我国的LED照明产业起步于20世纪70年代初期，经过四十多年的发展取得长足的进步，但是与欧美和日本等发达国家相比还是有较大的差距。随着LED照明技术的不断发展和突破，其发光效率逐渐提高，性价比也在不断提高，在电光源照明领域的应用市场正在不断扩大，已经从建筑物的轮廓照明、景观照明，发展到室内照明。就整个照明市场来而言，LED作为新一代的绿色光源，将其独特的可调色和可调光特性与电子技术、物联网技术、传感技术和通信技术等相结合，使照明摆脱单一的开关控制模式，并逐步向智能化、网络化、节能化等的方向发展，真正做到按需照明、实现最大限度的节能，这也是照明行业发展的必然趋势。虽然国际上不乏有知名的智能照明厂商，但是基于声光互动的产品还是比较匮乏。有些产品虽然具有声光互动的效果，但是它的颜色单一固定。爱克在2014年展示了一款会“唱歌”的灯，它通过蓝牙技术播放音乐，但是光的颜色不会随着声音音域的移动而发生颜色变化。索尼于2015年也发布了一款类似于爱克礼花灯，但光色仍然不会随着音频信号的改变而改变。2016年世界CES大会上展示了飞利浦Hue的一款可变色、可调亮度的氛围智能灯，另外还有几家以智能终端为操作平台基于WiFi控制的初创期企业。1.3研究方式介绍本次系统属于嵌入式方向，一方面，我们要学习硬件连接、数据传输的相关原理。另一方面，也要学习软件逻辑处理、控制编程等知识。相关理论知识、技术知识的研究方式如下三种：前沿期刊研读法：通过相关文献网站进行前沿技术论文的研读，掌握当前相关系统的研究现状以及研究技术。进一步掌握当前热门开发技术。为后期的系统开发夯实稳定的理论储备。开发文档阅读法：通过浏览器进行相关模块开发文档的下载阅读，通过开发文档我们能够准确的了解模块的性能、运行参数、传输协议、注意事项以及管脚传输标准。快速的掌握数据的打包传输格式，为后期的软件编程逻辑控制提供可靠的硬件支持。编程语言学习法：在熟悉硬件相关知识后，进行逻辑控制语言的学习。掌握和熟悉传输信号的控制，然后进行软件逻辑的相关编码，实现硬件自主化工作的实现。软件编程逻辑也是整个系统实现智能控制的关键所在，通过软件编程实现整个硬件数据的获取与控制。1.4论文结构本次设计的小型电子声光礼花器要实现整个礼花工作的声光模拟，系统通过外围检测设备获取环境数据(LED礼花模模拟模块、礼花声音模拟模块、TFT礼花图案显示模块等)，搭配数据传输通信模块以及微处理器CPU模块控制整个检测工作的自主逻辑。本文通过不同章节分阶段论述整个系统落地实现，通过不同章节进行设计过程中不同的侧重点(理论知识、实践过程、工作流程等)的论述。各个章节的主要工作说明如下:引言:通过阐述研究背景以及意义说明系统的实际用途。通过大量期刊论文资料的阅读了解当前相关科研的最新进展。通过研究方式的介绍说明整个系统开发架构。通过不同方面表明系统的可行以及前沿性。系统总体设计:在该章节进行系统设计目标、系统完成功能的简要说明。通过硬件连接说明图进行辅助说明，使得能够更加清晰的了解实现脉络。然后在进行相关主要控制模块的选型，通过系统的应用场景进行各个模块的性能的对比选型。确定系统开发的相关外围控制模块，最后进行系统性能标准的阐述说明。系统模块的硬件设计与实现:介绍各个数据采集模块以及微处理器CPU单元的工作原理，从每个模块的数据传输模式、数据获取方式等不同方面进行模块说明。通过各个模块的工作原理说明进一步掌握模块的工作方式。系统逻辑的软件设计与实现:在了解到硬件数据的获取储存格式后，然后通过软件设计实现整个系统自主化工作的实现。首先通过软件编程规范的说明，然后进行各个模块数据传输的逻辑说明，实现数据逻辑处理端工作。系统整体的调试:在系统的功能实现后，为了确保系统的泛化性以及稳定性。通过软硬件不同方式的系统调试，进行软硬件调试过说明。

2系统总设计2.1系统设计要求设计小型电子声光礼花器，首先该设计需要模拟礼花燃放的声音时要有0.1-1s的停顿时间，并且在模仿的时候要将红绿蓝三枚发光二极管呈三角形摆放，另外需要在前方装置上能显示礼花图案的彩色LED显示屏。2.2系统设计思路本文设计的小型电子声光礼花器，主要工作是进行礼花声光模拟工作的自主化。通过单片机搭配外围检测模块进行相关环境数据智能化监测。系统通过外围检测模块进行环境模拟数据的采集、数据模数转化工作。然后，系统微处理器单片机通过CPU进行数据化读取储存，并且通过逻辑判断进行异常数据检测。系统当检测到数据异常后，会搭配数据传输模块进行用户的及时提醒，减少不必要的安全隐患、财产损失。系统的方案目标可分为以下几方面:系统能够时实进行相关环境数据的采集工作，成功处理数据为可传输的模式。系统能够搭建时实的数据传输通道，能够实现外围检测数据获取端、微处理器单片机数据逻辑处理端的分离。系统能够实现友好的提示过程，并且能够搭配数据展现端进行操作的智能提示、反馈以及数据的展示。系统能够成功的进行应急措施的实现，能够对有可能造成损失的情况进行处理。2.3硬件总体设计框架图本文设计的小型电子声光礼花器，主要工作是进行礼花声光模拟工作的自主化。通过单片机搭配外围检测模块进行相关环境数据智能化监测。外围检测模块通过相关传感器进行环境数据采集，输出相关环境数据到外围检测模块，然后通过管脚传输到单片机处理单元，单片机处理单元对数据进行打包封装处理，为系统的其他应急处理奠定数据基础，当数据发生异常后，进行相关的逻辑处理。进一步实现整个小型电子声光礼花器的智能化工作模式。在整个小型电子声光礼花器的工作流程中，硬件连接框架连接图如下图1所示。图1.硬件连接框架连接图2.4主控模块的选择在本文中设计的小型电子声光礼花器的设计中，有两种微处理器单片机可供选择:方案一:STM32单片机，该处理器单元是当前嵌入式最热门单片机，该单片机能够快速的实现相关的运算以及数据存储读取工作，该单片机也能快速的实现外部设备的连接，较低的能耗以及较高的性能也是其流行的主要原因。该单片机提供多个DMA通道，内部中断以及输出输入通道。当程序代码在系统中处理的时候，系统通过强大的抗干扰能力以及高速处理能力为程序代码的运行提供可靠依据。STM32的时钟特点也能够为我们的系统提供更可靠的服务，系统能够及时快速进行相关的逻辑处理，这也是使得系统应用到不同数据监测系统的主要原因。由于本系统对于环境监测数据及时性的要求，STM32单片机能够轻松胜任我们的工作要求。该单片机在当微控制系统中的市场占比比较大，相关的开发环境、开发文档、开发技术也比较完善。非常适合相关检测系统的开发。方案二:STC单片机，STC单片机是基于多种内核的8位处理器，该单片机内部提供稳定高效的工作频率，内置可反复擦拭的Flash以及多字节的RAM，该单片机能够兼容多种指令集和多个引脚。STC单片机对于小批量数据能够及时快速的进行读取，能够轻松驾驭相关环境检测系统的开发。STC单片机内置的复位单元能节省外部资源空间。该微处理器单元能够在不借助编码器下通过串口进行程序的上传，也非常适合相关数据检测系统的开发。综合对比两种方案的选择，两种单片机都能实现本次系统开发的目标，但是对于实际应用情况的考虑。本次开发实现的小型电子声光礼花器要进行多种数据测采集工作。因此，对于系统的反应时间、系统性能、系统的开发成本的综合考虑。我们最终选择STC单片机作为本次小型电子声光礼花器的微控制器。2.5显示模块的选择在本文中设计的小型电子声光礼花器的设计中，有两种系统交互模块可供选择:方案一:LED数码管显示模块，该数码管显示模块主要运用于数据显示量比较低的系统中，显示屏刷新的频率较低，相关的功耗比较高。在模块控制方面，系统的数据控制比较麻烦，对于开发人员来说不友好，相关的数据控制只能够通过不同的数码管排列组合进行控制，数据的可扩展性比较差，需要对各个数码管进行管脚连接，也比较浪费I/O管脚。方案二:TFT显示模块，该显示模块通过控制驱动电路和扩展驱动电路进行数据传输。数据传输格式也变得比较通俗易懂。最重要的一点是该显示模块的数据显示编程比较方便，成熟的API能够进一步减少开发人员的代码的兼容性、易控制性。该显示模块能够复杂字符的显示，提高了数据交互的多样性。用户不用对于各个I/O进行编程控制，只需要调用相关封装好的API进行目标数据显示设计。综合对比两种方案的选择，两种显示模块都能实现本次系统开发的目标，但是对于实际应用情况的考虑。降低软件控制的难度，为了能够提高整个系统开发的效率，并且考虑到交互端口的显示方便。TFT显示模块更加适合本文设计的小型电子声光礼花器的开发。2.6音乐模块的选择方案一:常见的4Ω、3W喇叭，该喇叭构成简单，但是STC8系列单片机通电后其I/O口会有2.5v的电压，电流在0.34uA左右无法直接驱动喇叭工作，需要在喇叭前设计一个放大电路将其功率放大然后驱动该喇叭才能进行工作，这样会增加PCB板的面积，同时，这也无法满足模拟礼花爆炸及引线燃烧时的音效模拟。方案二:DY-SV17F音乐模块，该音乐模块拥有多种驱动控制模式，并且支持I/O触发播放功能，8个I/O口单独触发8首曲目或8个I/O口组合触发255首曲目。板载5WD类功放，可以直接驱动4Ω，3~5W的喇叭，支持MP3及WAV解码格式，该模块板载32Mbit(4Mbyte)flash存储，并且可以通过USB数据线连接电脑更新所需要的音频文件。综合对比两种方案的选择，方案一虽然可以进行音乐的简单模拟，但是还要构建其相关的一些电路，并且，基于本次设计选用单片机的型号和规格综合考虑后DY-SV17F音乐模块更适合本文设计的电子声光礼花器的开发。2.7供电模块的选择方案一:利用下载串口供电，该种供电方式连接简单，下载接口需要连接TXD与RDX接口，需要供电时，则只需要连接VCC与GND，可以将下载接口断开。方案二:利用USB-AF接口进行供电，该供电方式输出功率稳定并且USB供电接口常见、普遍的。综合对比两种供电方式，因为本设计要求要用外部稳压电源供电，为了保证该设计运行的稳定以及功能的实现，所以选用USB供电更适本设计的开发。3硬件电路设计3.1主控模块STC8A8K单片机通过微处理器和外围电路组成，外围电路包括晶振电路、复位电路、控制引脚以及数据存储单元。该单片机内置稳定的工作频率以确保相关运行工作的稳定，有较高的抗干扰能力，稳定的晶振频率为处理单元的稳定工作提供可靠基础。该单片机的内部也加载多个电容晶体，进一步增加晶振频率，确保系统的工作效率，确保稳定的脉冲宽度。该单片机中的复位电路为系统初始化环境初始化工作提供可靠保证。当程序出现异常、响应异常以及I/O异常的时候，能够实现系统重新上电操作，通过震周期进行相关的复位实现。该单片机的控制引脚能够快速便捷的搭配外围检测模块，完成数据的检测工作。单片机再访问存储时，通过控制端口相关的控制信号进行数据的读取存储工作。STC单片机能够在多个电路的协同下，稳定的进行系统的逻辑控制。STC8A8K单片机较传统的STC单片机有显著有点。该芯片不需要外部晶振、不需要外部复位，具有超高速8051内核（1T），与传统8051相比快了约12倍以上，并且指令代码与传统的8051完全兼容，支持在系统编程方式（ISP）更新用户应用程序，无需专用编程器，并且支持单芯片仿真，无需专用仿真器，其还有丰富的内存单元，有128字节内部直接访问RAM（DATA），128字节内部间接访问RAM（IDATA）8192字节内部扩展RAM（内部XDATA），外部最大可扩展64K字节RAM（外部XDATA）该工作电压2.0V～5.5V，内建LDO。其工作温度范围是-40℃～85℃。其主控模块的电路原理图如下图2所示。

图2.主控模块电路原理图3.2TFT显示模块随着彩色液晶模块在工控，医疗，电力，航天、交通、军事等领域的广泛运用，普通的彩色液晶模块已经不能完全满足到各行各业的需求。经过长期的技术挑战，谷鑫科技研发出一款宽温LCD模块，能够在零下40°至零上85°，现在已广泛应用于各大研究所。TFT液晶显示模块主要特点有串行接口，TTL/RS232、能够随机附带功能强大的上位机调试软件、画面高速切换，无延时、自带多种中英文字库，支持变量显示、真彩色显示，颜色可达16.7M色、超宽温工作温度、支持触摸屏/键盘，无须转换芯片以及支持多种通讯波特率。TFT彩色显示电路模块如下图3所示。图3.TFT彩色显示电路模块原理图3.3音乐播放模块本该语音播放模块是集成人类语音识别、语音控制的智能控制模块，该模块依靠先进的识别优化算法进行特定语音数据的识别操作，不需要借助任何外围设备，该模块就能实现语音数据的识别工作，该模块的控制单元通过对读写内存的寄存器进行操作。通过对寄存器的读取设置，可以轻松地进行可识别语音数据的部署，获取识别后的数据。该模块内置AD转换模块，可以轻松的获取输入信号。该模块支持MP3的硬件解码功能、支持多种采样频率、支持多种控制模式以及智能调节音量等功能。输入数据被传输的处理单元进行逻辑处理，然后从模块的多个I/O管脚输出控制信号。通关连接123引脚进行音乐播放模式的设置。本系统选用I/O组合模式，该模式是释放电平后立即停止播放。该模块的电路图如下图4所示。图4.音乐播放模块电路原理图3.4供电模块本次设计中采用usb供电，由于本次设计的单片机的供电范围为2.0V-5.5V并且TFT显示器需要3.3V供电，所以需要搭配一个SPX1117M3-L-3-3/TR稳压器将5.5V电源转换成3.3V，在稳压器的输入输出端，分别有一枚10微法和100微法的电容，作用是为这枚稳压器输入输出滤波，在单片机的电源入口处还有一枚10纳法的电容，作用也是滤波。该模块的电路原理图如下图5所示。图5.供电模块电路原理图3.5LED礼花模拟模块本次系统设计中用发光二极管LED来替代实际场景中的烟花在控制的爆炸效果。由于发光二极管的颜色、尺寸、形状、发光强度及透明情况等不同，所以使用发光二极管时应根据实际需要进行恰当选择。由于发光二极管具有最大正向电流IFm、最大反向电压VRm的限制，使用时，应保证不超过此值。在连接电路时，首先应正确区分LED的正负极，避免正负极接反导致无法使用甚至烧坏元件。LED的两只引脚中，长的一根为正极，短的一根为负极，连接电路时，正极接一个电阻，电阻另一端接单片机的数字I/O口，负极接地。LED礼花模拟模块电路图如下图6所示。图6.LED礼花模拟模块电路原理图4软件设计4.1软件编程要求本文设计的小型电子声光礼花器在进行相关外围设备以及主控制单片机的选择后，需要进行系统工作逻辑编程工作进行学习，在外围设备实现相关数据获取工作后，要实现数据的目标化处理，对相关的数据进行分组、打包、封装等工作。方便进行后续不同数据的逻辑判断。这样做的优点系统能够无时无刻进行不同数据的监控，能够方便快捷的根据不同字段进行数据调用。为了后期功能、应急事务的扩展考虑。相关的不同数据的处理逻辑应该封装到不同的子函数中，这样在编程环境，方便快捷的调用子函数进行数据的获取，我们在编程过程中集中在系统的逻辑处理过程。在整个系统的逻辑控制方面，能够起到事半功倍的作用，为了提高整个系统逻辑的复用性、延展性。不同数据获取的封装非常的必要，良好的软件逻辑编程有以下优点:不同的环境数据能够单独获取、调用以及封装，当后期相关逻辑出现问题，能够及时的进行问题排查矫正工作。在每个单独逻辑编程时，进行相关交互提示语的设置，方面了解系统的具体运行状态，对于异常的等待过程，也能够及时进行问题排查矫正工作。各个数据单独逻辑处理封装，能够使得系统能够清晰的进行逻辑处理控制，为后期功能、应急事务的扩展提供可靠基础。4.2硬件编程软件介绍本文设计的小型电子声光礼花器中的软件逻辑用过KEIL实现，该软件设计的最初目的就是用于嵌入式硬件控制逻辑实现，该软件能够兼容不同的主控单片机，能够对硬件编程的相关环境进行快速搭建，能够适配各种配置文件，软件的界面比较简洁明了，当硬件初始化环境配置完成后，使用者能够进一步集中相逻辑工作的实现。在使用者完成相关的逻辑控制编程后，通过软件提示能够快速的进行代码编译工作，短时间内编译成主控单片机能够识别的机器码。然后，进行逻辑程序的写入工作。程序的烧录过程能够人性化、自主化实现，使用者只需要根据相关提示进行操作即可。该软件也集成调试功能。该软件通过设置目标单片机型号、寄存器头文件等就能实现驱动的设置，在软件中能够方便的观测系统逻辑代码运行的整个过程，可以查看中断器、定时器、I/O口的相关状态，对于一款比较符合开发者的IDE，需要以节省开发周期、增加开发便捷度为主旨，该KEIL编程软件刚好能够节省开发者的相关不必要的操作，相关的生成文件代码比较紧凑方便理解。该软件友好的界面使得开发者更加容易快速的上手，可以通过官方网站获取相关的安装包资源，然后运行相关的可执行文件完成本地安装。值得注意的是在安装目录中不出现中文文件名。4.3编程语言选择本文中设计的小型电子声光礼花器主要是进行硬件相关逻辑控制工作，对于类似的任务的实现，我们选用C语言内核进行编程，C语言编程的上手比较快，相关的逻辑处理过程正好符合硬件的逻辑处理。C语言的优点在于编程逻辑简单、对于变量数据的定义比较方便，C语言编程能够把所有不同的逻辑进行封装，实现数据流程的模块化，刚好符合我们的编程设计要求。C语言的编程量比较小，相关的逻辑处理能力比较强，对于目标逻辑能够通过简单的代码进行实现。而且C语言的编译速度比较快，能够进行快速的编码实现。C语言是硬件控制变成中最主流的原则。硬件控制编程的另一种语言是汇编语言，但是汇编语言的缺点是相关控制逻辑比较枯燥，对于本次设计的相关系统，开发者不能够快速的掌握其编码规则，这样就会增加开发周期和编码难度。在后期的相关任务扩展过程中，维护人员不方便代码的升级，系统的适用性、兼容性就被大大降低，C语言编程语言不仅能够方便开发者的阅读，也有通俗易懂的代码提示功能。C语言其强大的移植性，也使得其兼容不同的平台系统，方便任务扩展、系统升级等功能。能够使得整个系统的开发周期大大提高。4.4系统初始化工作流程本文所设计的小型电子声光礼花器通过主控单片机、外围检测设备进行环境数据的采集以及转化功能，该系统能够对检测到的数据进行及时监控。整个系统的逻辑处理过程中，首先要进行各个检测设备、传输引脚的初始化。能够在系统工作之前对相关的硬件进行检测，方便相关问题的进一步定位，能够及时的进行外围检测设备的监测，避免逻辑阶段数据获取问题。通过编程手段对硬件模块的配置进行封装，方便后期数据获取。当各个外围模块初始化成功后，进行数据的逻辑处理工作。根据逻辑处理能够使得系统进行数据自主化处理、监控、判断等工作，系统面临应急情况的处理方式都得进行逻辑编程控制。系统后期的所有数据获取、逻辑判断工作都是基于系统初始化成功条件下。硬件管脚、环境配置初始化重中之重。具体的系统软件流程图如下图7所示。图7.系统软件流程图4.5显示模块工作流程TFT显示模块主要通过多个信号选择引脚以及数据传输引脚进行数据的显示工作。TFT显示模块通过多个信号线组合进行不同工作模式的实现。相关数据的显示主要通过初始化、指令操作、数据操作三个步骤进行实现。通过信号引脚设置数据读写控制信号、数据写入信号、命令/数据标志信号。系统首先把准备好数据源，然后通过DS(RS)引脚设置命令/数据模式(高电平数据、低电平命令模式)。当读取数据时，设置RD引脚上拉，把数据写入到8个数据传输引脚。当写入数据时，设置WR引脚上拉，使得数据写入到TFT内嵌的驱动中。具体的显示流程图如下图8所示。图8.显示流程图

4.6音乐播放工作流程该播放模块主要工作是进行歌曲和歌曲的解码工作播放工作，该模块使用USB供电或者5V电池供电它有着高性能低价格的特定点，稳定性强，可靠性好。它支持U盘，TF卡读写，非常适合在本次毕业设计中配合单片机使用。当插上U盘时，解码模块读取数据，将信息传输给单片机，通电后，单片机提醒解码模块开始工作，解码模块开始读取外部存储中的音乐，并将读取的信息发送给单片机，再由单片机传输给外放设备，进行外放音乐。该模块有超强音质，板载2W单声道功放（5V供电最高可达3W）直接链接喇叭，3.5mm镀金耳机插座可接耳机或者外部音响。带有MicroUSB供电接口，通过手机数据线使用移动电源或者USB充电器供电，也可采用3.7V锂电池，USB5V供电。支持U盘（测试过32G），TF卡（测试过16G）播放模式；上电默认TF卡模式，若TF卡不存在自动跳到U盘模式，而且两种设备都有安装，可以手动设置播放模式。具体的原理图如下图9所示。图9.音乐播放工作原理图DY-SV17F模块支持中英文路径指定播放和插播功能，路径使用需要按以下格式1、指定文件夹路径/XXX*/*MP32、指定根目录文件名播放/YYY*MP33、指定文件夹下文件名播放/XXX*/YYY*MP3，IO0-IO7独立控制8首曲目，I/O触发（低电平有效）指定的曲目，一直循环播放指定曲目，电平释放（IO0-IO7恢复高电平）即停止播放。播放中途释放电平，即刻停止播放。播放过程busy有效。具体的控制格式如下图10所示。图10.音乐模块控制模式5系统的调试与分析5.1系统硬件测试本文设计的小型电子声光礼花器系统在逻辑功能实现前，要进行相关硬件性能测试。对于每个外围检测设备的回数据获取进行测试，检测是否能够在各种环境中进行数据的获取工作。由于本次系统要在外界环境下进行工作，对于硬件的连接管脚也要进行测试，检测管脚是否会出现松动的情况，导致数据传输过程中出现数据漏传、错传。硬件环境数据获取失败后，会严重影响后期数据逻辑处理阶段的进度。只有保证硬件的运行，才能确保系统的稳定性。当数据获取方面出现问题是的时候，要进行及时的排查、检测，要确保硬件环境的稳定工作。本次系统相关的外围检测设备都是选择的相对兼容性、耐用性比较好的模块，我们要确硬件在相关规定环境中运行。硬件环境的稳定工作为后期工作提供可靠保证。硬件测试如下图11。图11.系统硬件测试5.2系统的软件测试本文设计的小型电子声光礼花器硬件运行环境测试后，要进行软件逻辑的测试工作，要对代码的健壮性、独立性进行测试，要严格按照之前的逻辑设计要求进行测试。系统的要实现对各种错综复杂情况进行考虑，要对每种情况进行考虑。并且对相关数据获取的子函数进行测试，测试相关的功能及检测格式是否出错，是否符合要求，方便进行后续不同数据的逻辑判断。这样做的优点系统能够无时无刻进行不同数据的监控，能够方便快捷的根据不同字段进行数据调用。为了后期功能、应急事务的扩展考虑。当对各个子函数的功能测试完成后，要进行主函数逻辑测试，还要进行各种运行状况进行测试。测试各种应急情况是否考虑完全，是否能够实现整个系统的设计任务。也有利于检测系统是否出现故障。系统软件测试是整个系统开发的重要环节之一。如下图12所示。图12.系统软件测试图5.3系统的调试分析在本文设计的小型电子声光礼花器硬件、软件测试完成后，保证了硬件环境的运行稳定、软件的封装独立后，要进行系统的软硬件的联合调试分析。这就需要一些这就需要对每个数据采集行联合调试，检测在系统运过程中各个数据获取的衔接是否存在异常，在整个外围模块联合调试过程中，可能会因为模块响应、数据传输方式等问题，相关的数据显示、获取、打包可能会出现异常、乱码提示等错误。这个时候，就要进行兼容行的测试调整。当模块的初始化和调用出现空档期的时候，会出现数据异常、空值等情况，如果不考虑相关的情况，在接下来逻辑处理阶段就会出现意想不到的相应结果。对于多种获取模块、交互模块等的联合工作下，避免不了出现各种异常情况，只有在一次一次的迭代测试过程中，处理各种相关的情况，才能够及时的进行异常处理。本次设计需要保证音乐及灯光及LED显示屏的工作同步，首先从互联网上选取下载合适的音频及图片，对图片和音频文件进行编号后再利用音频剪切软件进行音频的剪切及拼接，随后要根据所选取的音乐的时长调整代码中相应过程中延时函数的数值，以此来实现模拟礼花从引线点燃而后到升空最后到爆炸的整个过程效果。在调试过程中礼花引线燃烧的时长为1s、模拟礼花升空的过程由两张图片代表显示，分别显示1s和1.7s，最后礼花爆炸的图片显示2s，经过一次次的调试，当软件和硬件工作完全同步且0延迟时，实现了一个攻守兼备的小型电子声光礼花器，实现所需要达成的任务目标。调试分析图如下图13所示。图13.系统调试分析图

结论在整个系统的开发过程中，通过各个阶段的任务驱动，最终实现了整个系统的功能任务自主化。由于自身知识储备不完善，在整个系统开发过程中，各个设计阶段都存在不同程度的问题。在课题题目确定之后，先通过相关研究资料阅读，以及对相关开发技术进行理解学习。其次，了解了相关技术的研究现状，并结合开发需求进行了最佳模块的选择。接着进行相关数据获取模块开发文档学习，学习不同模块的数据传输格式、数据获取参数等重要功能。然后通过各个单独模块的逻辑编程实现不同模块的数据获取流程。我们在通过逻辑控制后，要进行数据的合理封装，为后期的数据整体系统逻辑处理提供良好的数据基础。每个模块的数据格式、数据封装都有相应的规范，只有把数据处理成合适的格式，才能够使得相应模块按照我们的逻辑进行工作。嵌入式开发过程中，当获取的数据比较多的时候，我们要有数据分块处理意识。在单独获取数据后，对不同的数据进行不同的逻辑处理。因为，每个模块获取的数据格式不同，相关的封装方式也不同。只有进行不同数据的单独获取，在后期的逻辑功能实现中，才能进行不同数据的配合逻辑处理工作。并且，系统在上电代码运行开始的时候，需要对所有模块进行初始化工作，只有确保了数据获取环节，才能在后期逻辑判断运行中实现事半功倍的效果。在整个系统的开发过程中，体会到脚踏实地的重要性，只有扎实认真的进行实现各个阶段，系统才能稳定的开发出来。最后，我们的系统才是存在相关的功能缺陷，系统只能完成简单的目标任务，对于复杂的任务逻辑还是存在问题。在后期的进一步学习中，进一步提高系统的兼容性、复杂性。

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