声控灯课程设计.ppt

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课程设计题目：

声控灯控制器班级：

电二姓名：

段少龙袁驰,1.设计任务1.1设计目的

（1）利用51系列单片机作为中央处理器；

（2）具有声控功能；（3）完成系统电路设计；（4）完成仿真电路，通过单片机编程能实现改变灯亮时间的长短。

1.2设计指标1.通过声音控制器控制发光二极管亮30秒2.设计思路与总体框图.,2.1原理框图声控传感器利用声音的相对比较，返回是否有声单的相对信号给机器人主机。

使用调节器调节给定声控传感器的初始值，声控传感器不断地把外界声音的强度与给定强度比较，超过给定的强度时，向主机发送“有声音”信号，否则发送“没有声音”的信号。

通过声音采集器采集声音，将其转换为电信号传输给AT89C51单片机，经单片机处理以后将信号输出给LED灯，从而实现自动控制。

在设计制作中加入了可调电路，实现对采集声音范围的可调如图2-1所示。

图2-1原理框图,3.系统硬件电路的设计3.1AT89C51核心板功能简介3.1.1AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

外形及引脚排列如图2-2所示。

图2-2AT89C51主控电路图,3.1.2AT89C51管脚说明：

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

3.2驻极体话筒驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。

属于最常用的电容话筒。

由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。

驻极体话筒声电转换的关键元件是驻极体振动膜。

它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。

然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。

膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。

膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。

这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。

当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。

驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十pF。

因而它的输出阻抗值很高（Xc12tfc），约几十兆欧以上。

这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。

所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。

场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。

普通场效应管有源极（S）、栅极（G）和漏极（D）三个极。

这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。

接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。

场效应管的栅极接金属极板。

这样，驻极体话筒的输出线便有三根。

即源极S，一般用蓝色塑线，漏极D，一般用红色塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线。

其原理图如下：

图3.3驻极体话筒结构图,3.3声控电路模块声控电路部分电路图,驻极体话筒将接收到的声音信号转换成微弱的电压信号，然后，微弱的电压信号经过两级放大器的放大，然后将放大后的信号电压通过迟滞比较器转变成单片机识别的高低电平信号,经过双向稳压管变成翻转电平信号，然后传给单片机的外部中断P3.0口。

（用声音控制器模块代替）实物如图,3.4串口通信模块,串口通讯对单片机而言意义重大，不但可以实现将单片机的数据传输到计算机端，而且也能实现计算机对单片机的控制。

由于其所需电缆线少，接线简单，所以在较远距离传输中，得到了广泛的运用。

通信协议原理通信协议是通信设备在通信前的约定。

单片机、计算机有了协议这种约定，通信双方才能明白对方的意图，以进行下一步动作。

假定我们需要在PC机与单片机之间进行通信，在双方程式设计过程中，有如下约定：

0xA1：

单片机读取P0端口数据，并将读取数据返回PC机；0xA2：

单片机从PC机接收一段控制数据；0xA3：

单片机操作成功信息。

在系统工作过程中，单片机接收到PC机数据信息后，便查找协议，完成相应的操作。

当单片机接收到0xA1时，读取P0端口数据，并将读取数据返回PC机；当单片机接收到0xA2时，单片机等待从PC机接收一段控制数据；当PC机接收到0xA3时，就表明单片机操作已经成功。

硬件连接51单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和计算机之间可以方便地进行串口通讯。

进行串行通讯时要满足一定的条件，比如计算机的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我们采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。

我们采用了三线制连接串口，也就是说和计算机的9针串口只连接其中的3根线：

第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。

这是最简单的连接方法，但是对我们来说已经足够使用了，电路如下图所示，MAX232的第10脚和单片机的11脚连接，第9脚和单片机的10脚连接，第15脚和单片机的20脚连接。

串口通信电路采用经典的MAX232串口通信，由于电脑串口RS232电平是-10V+10V，而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0V+5V，MAX232就是用来进行电平转换的，进行对单片机与电脑的通信，系统中采用MAX232串口通信电路。

系统中采用串口通信电路可与电脑进行通信，可以对单片机内的程序进行修改，并对相关的指令和相关的数据进行调整。

并且可以针对性地将单片机与电脑进行通信，编写上位机软件程序，在上位机（电脑）上对系统状态进行实时监测，并可以让功能更强大的PC机进行庞大的指令处理。

在本系统中，加入串口通信电路模块，可以使电路的完整性大大增强，并对系统的升级有极大的优势，可以是系统在双机通信、与上位机通信等方面拥有相对优势，使得设计更加完善。

3.5电源电路模块电源模块主要是为整个系统提供可靠、稳定的电源。

主要实现以下功能：

（1）安全隔离：

即强电弱电隔离，他将外电路中的强电转化为5伏的弱电压。

（2）电路保护：

包括短路保护、过压保护、欠压保护、过流保护、其它保护。

（3）电压变换：

这里主要是将强电变成弱电。

（4）稳压：

将交流电别换成直流弱电，始终保持输出电压一定。

其原理图如下：

3.6复位电路模块复位电路的基本功能是：

系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后撤销复位信号。

为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。

下图所示的RC复位电路可以实现上述基本功能。

图3.6.5复位电路图,3.7时钟模块的设计51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2.这两个引脚跨接石英晶体振荡器（简称晶振）和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。

如下电路中的电容C1和C2典型值通常选择为20Pf左右。

晶振的震荡频率的范围一般是在1.2MHz到12MHz之间。

晶振的频率越高，则系统的时钟频率也越高，单片机的运行速度也就越快。

图3.6.6时钟模块,4系统设计仿真4.1原理图根据声控灯的一般结构框图，我们通过查阅资料书和上网查询，了解不同元件的功能和实用性，考虑性价比后，制作出的声控灯原理图，如图2所示。

4.2仿真图,单片机通过编写的程序将P3.0口输出的电平由P2.0口控制，由声控电路起作用，声控电路同样通过LM393电压比较器控制，当有声音被驻极体话筒接收到的时候，声控电路中的LM393正电压比负电压小，给单片机输入低电平，发光二极管接收到低电平灯亮，且保持程序设定的30秒不熄灭。

30秒后熄灭。

第五章系统程序和电路设计5.1程序设计#include#defineucharunsignedchar/数据类型sbity=P30;/位定义sbitk1=P20;/uchari;/*延时子程序*/voiddelay_ms（uchari）ucharj;while（i-）for（j=124;j0;j-）;,/*检测子程序*/voidjiance（void）k1=1;if（k1=0）/*主程序*/voidmain（void）y=0;while

（1）jiance（）;,程序执行部分：

声控电路起作用控制发光二极管，若有声音发出，则声音信号转变为电信号通过P2.0口传入单片机，单片机再通过P3.0口输出低电平，此时发光二极管亮，通过单片机内部延时功能让其点亮30秒自动熄灭，若无声音信号则P2.0口为高电平控制发光二极管处于熄灭状态。

程序结束。

5.2单片机控制程序通过Keil软件新建工程，选好芯片，编写程序，编译准确无误后生成.hex文件。

系统源程序见附录。

6总结这次课程设计在考试后接踵而至，满以为刚刚学完单片机和测控电路等知识，在脑海中有比较清晰地思路，哪知在设计电路和程序过程中出现了各种难度。

首先对课程设计的认识不足，简简单单的以为就是见书本上学到的东西在软件硬件上面实现就可以了，第一次看到课程设计的题目时候就觉得我的课程设计挺简单的啊，不就是用传感器将模拟信号转换为电信号然后再加传感器输出的微弱信号进行整流变成单片机能够识别的信号，然后编一个程序实现功能就可以了！

然我头脑简单的一位这就能实现我的课程设计，然而让我为难的就是我觉得简简单单的这些问题，平时一说好像都懂，可真正到了要分析各种因素的影响时候，却发现自己说不出什么来，尤其是在测控电路的设计中，各种参数的影响，以及元器件的选用上更是突显出自己在平时的学习中只是浮在水面上，仅仅了解到一点皮毛而已，真要说各种电路的功用和元器件在各个位置上起什么作用时候自己却是一脸茫然。

然后就是在用软件画电路图，方框图，还有软件程序设计时候，才发现自己不会的东西太多了，对软件的不熟悉就使得自己要比别人多花一倍的时间去实现课程设计的软件仿真功能，这也就大大阻碍了课程设计的进度和设计准确性！

当然在发现这么多问题的同时自己也有一些优点直直的坚持下去，首先自己能在烦躁的时候迅速静下心来坚持思考和设计，我想这种持之以恒的态度十指关重要的，做任何事都必须的坚持到最后才会有可能成功。

再就是在和同学请教和交流过程中自己的领悟力蛮快，虽然没学好，但是我自己可以迅速的去弥补，而且也能更加深切的掌握那些知识。

通过这次课程设计我更加体会到了实事求是是检验真理的唯一标准！

谢谢指导老师的尽心指导,谢谢观赏,WPSOffice,MakePresentationmuchmorefun,WPS官方微博kingsoftwps,