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1、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
2、 元器件清单 .16致谢.17参考文献.17八路抢答器八路抢答器0 前言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
3、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
4、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 总体设计总体设计2.1 功能介绍功能介绍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
5、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。2.22.2 抢答器的工作原理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LE
6、D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 系统组成及功能系统组成及功能3.1 系统组成系统组成本系统主要有本系统主要有 AT89C51AT89C51 单片机、单片机、WT588D-16PWT588D-16P 语音芯片、蓝牙模块语音芯片、蓝牙模块HC-06HC-06、四位一体七段数码管等元件组成。、四位一体七段数码管等元件组成。3.1.1 AT89C51AT89C51 单片机单片机AT
7、89S51 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。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.
8、2 WT588D-16PWT588D-16P 语音芯片语音芯片 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
9、音频; 支持对已加载图 3-1 AT89C51 引脚图语音播放试听; 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
10、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 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
11、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。图 3-2 WT588D 引脚图3.1.3 蓝牙蓝牙 HC-06HC-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
12、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
13、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3.1.4 四位一体七段数码管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-D
14、IG2 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。图 3-3 HC-06 实物引脚图3.2 各模块功能各模块功能3.2.1 单片机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-16PWT588D-16P芯片内部
15、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-06HC-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4.14.1 主程序系统结构图主程序系统结构图4.24.2 程序流程图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，
16、犯规处理程序，显示及发声程序。主流程图如 4.2 所示：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 块数码显示模块显示显示 FFF开始键开始键加一键加一键减一键减一键回答回答 时间时间 调整抢调整抢 答时间答时间去去抖动抖动非法抢非法抢 答处理答处理显示显示 犯规犯规正常正常 抢答抢答 显显示抢答示抢答 号并倒计时号并倒计时Y YY 初始化图 4-2 程序设计流程图5 系统原理系统原理5.1 系统仿真图系统仿真图4-1 系统仿真图5.2 实物图实物图6 主要程序源代码主要程序源代码#include 6.1 语音程序 Send_threelines(uchar addr) uchar i; RST=0; delays(455); /* 复位拉低 5ms*/ RS
