1、-_山东英才学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目： 基于 51 单片机的儿童早教故事机的设计学生姓名 孙东帅 学 院 机械工程及其自动化学院 专 业 电气工程及其自动化 学 号 201101020156 指导教师 高嵩 年 月 日-_毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。 论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了
2、解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密。（请在以上相应方框内打“”）论文作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日-_目 录摘 要 .IAbstract.II1 绪 论 .11.1 我国儿童早教机发展现状及发展趋势 .11.2 国外现状 .21.3 儿童早教故事机的发展趋势 .21.4
3、课题研究的目的和意义 .22 方案比较 .22.1 主控单元的选择 .22.2 液晶显示模块的选择 .42.3 语音模块的选择 .43 系统硬件设计 .63.1 总体方案设计 .63.2 主控单元模块 .63.3 液晶显示屏 .73.4 80C52 单片机的的封装和引脚 .83.5 红外遥控器 .93.6 独立键盘 .93.7 电源 .93.8 语音模块 .104 软件设计 .114.1 音乐播放主控流程图 .114.2 音乐播放子程序流程图 .134.3 LCD1602 显示子程序流程图 .144.4 语音模块工作流程图 .145 实物操作 .165.1.开机未播放音乐下的状态 .165.2
4、 工作状态下的单片机状态 .165.3 按键功能测试 .175.4 红外遥控器功能测试 .18结论 .19参考文献 .20致 谢 .21附录 A .22-_附录 B.35-_基于 51 单片机的儿童早教故事机的设计 摘 要：当今社会，父母对孩子的早期教育相当重视，如何更完善、更系统的把知识教授给孩子，儿童早教故事机就是一个很好的选择。本课题介绍了一种以 STC89C52 单片机为控制核心的儿童早教故事机，通过 keil 软件编写的程序实现早教故事机的音乐播放功能，用户可以凭借独立按键或红外遥控器来选择播放歌曲顺序，功率放大器和喇叭可以控制音量大小，同时 LCD1602 显示屏可以显示歌曲名称数
5、码管显示歌曲序号。除此之外,单片机外接 WT588D 语音模块、 8002 功率放大器以及喇叭可以实现其人声讲故事的功能，增加其趣味性，使其整体更适合儿童倾听和玩耍。本论文详细描述了儿童早教故事机的国内外发展现状，对课题设计所需要的多种元件的方案比较，对所选用的元件绘制了硬件设计电路、软件流程图并编写了相关的程序。论文最后加入了设计成果的实物演示图。关键词：STC89C52 单片机；WT588D 语音模块；红外遥控器； LCD1602 显示屏；功率放大器-_Design of early childhood story machine based on 51 single chip Abstr
6、act: In todays society, the parents to the childs early education very seriously, how to be more perfect, more systematic the knowledge taught to children, early childhood story.This paper introduces a children story machine based on single-chip microcomputer STC89C52 machine is a good choice.Throug
7、h the keil software written procedures to achieve early childhood story machine music playback function, the user can by virtue of the independent button or IR remote controller connected to choose to play the song sequence, power amplifier and the loudspeaker can control the volume size and LCD1602
8、 display can display song name digital tube display song number.In addition, the SCM connected WT588D voice module and 8002 power amplifier and a speaker can achieve its voice to tell the story, increase the interest, make the whole more suitable for children to listen and play.This paper described
9、in detail the development status about early childhood story machine at home and abroad, various elements of the design issues need compared for the selected components drawn hardware circuit design, software flow chart and the preparation of the relevant procedures. Finally joined the design result
10、s of the demo map.Keywords：STC89C52 microcontroller; WT588D voice module; infrared remote control; LCD1602 display; power amplifier -_1 绪 论当今社会，我国人口基数大、儿童出生率高 ，但是家中的青壮劳动力因为忙于工作没时间去教育孩子，看孩子的主要是孩子的祖父母。祖辈的文化程度比较低，没办法很好的教育孩子，也不知道如何更好地教孩子，所以，对于这样的家庭来说，经济实惠而且功能比较多的儿童早教机是一个很好的对孩子进行早期教育的选择。而儿童早教机大体上有什么功能呢？首
11、先是可以讲故事和播放音乐，孩子发育早期是一个学习语言的重要时期，都是周围说什么他们会学什么，而且音乐的节拍更加的生动，可以让孩子发育初期就了解什么是韵律。儿童早教故事机的语音切换大多是通过按键和红外遥控器来控制的，这个早期就锻炼孩子对阿拉伯数字的认识了解。现在的早教故事机大多是触摸屏，从而代替纸张，更加环保，而且幼儿操作比较容易。综上所述，儿童早教故事机对于孩子早期教育是很好的选择。简单来说：儿童早教故事机实现了儿童娱乐及儿童教育等重要功能。功能简单易懂、操作简便、价格便宜，适合各种家庭使用。1.1 我国儿童早教机发展现状及发展趋势在当前社会，不管哪个国家地区都很重视儿童早期的教育，毕竟孩子是
12、祖国的花朵，未来的栋梁。由于现在贸易的全球化和科技发展的迅速等原因，这就让儿童早教故事机进入了一个快速发展的状态，在这一情况下，儿童早教故事机的发展在国际上有一定的相似性。但是大体来说儿童早教机经历了以下几代的改进：首先是最初的早教故事机产品：插学习卡的儿童早教故事机；但是这类早教机操作起来比较繁琐，孩子一般因为年龄原因是很难学会使用方法，还需要占用家长工作的时间。另外需要插上辅助学习卡才能用，所以学习卡都要保管好，但是因为学习卡比较小所以容易丢失。除此之外，学习卡里面内容是固定的，并不是说一张卡就能包含很多内容，一张卡用的时间久了，里面的内容就显得单调无聊了。所以这一类的早教故事机很快被淘汰
13、了，没有被用户持续使用。第二代产品：第二代的早教故事机是现在大多数店面还有销售的一类早教故事机。其功能详情如下：（1）语言训练：里面有智能模块可以和孩子进行简单的聊天，给孩子讲故事，培养孩子的语言表达能力。（2）早期的英语启蒙：早教故事机语音功能中增加了讲英语的功能，虽然只是比较简单的单词教育和日常对话，但是不能忽视儿童早期英语启蒙学习中的重要性，这在上学之后对英语的兴趣和喜爱具有决定性的作用。上学之后经过英语启蒙的孩子对英语学习的兴趣和所得到成绩相对于没有启蒙的孩子都要优秀。（3）可爱的外观设计：现在一些早教故事机外观都是卡通图案，而且体积小，在方便孩子携带玩耍的同时，增加孩子对美的认识、对
14、颜色的识别。（4）益智故事：开拓了幼儿的视野，挖掘孩子的潜能，是一种很好的教育方式。可以扩-_宽孩子思维的模式，在听故事同时能够培养孩子善恶观，了解事物的是非黑白，无论是成人还是少儿，都可以从故事中学习到为人处世的方法。（5）儿童歌曲：不止是简单的纯音乐播放，还有人声伴唱，语音更生动美妙，可以让孩子学习一些儿歌同时增加其对韵律和节奏的感觉。可以说，这已经是功能相当丰富的了，是市场上较为常见的产品了。1.2 国外现状国外主要开发到现在的第三代（也是我国现阶段主流进口产品）。（1）第三代产品在第二代早教机的基础上增加了彩色显示屏,让幼儿可以更直观的看动画视频和文字,从而增强宝宝对教学资料的理解能力
15、和接受度。（2）机身的内存也从原来的 1G 扩大到 4G 或 8G 及 16G 以上,从而可以下载更多的教育内容，使平时的儿童生活更加丰富多彩。（3）电池在原先的基础上进行升级,由原来的 AAA 干电池,升级为更环保,更安全的可循环充电锂电池( 或聚合物电池),增加了基于电池的保护电路,从而更安全可靠。（4）外形体积越来越小,方便幼儿的随身携带。1.3 儿童早教故事机的发展趋势将来的儿童早教故事机不仅仅局限于幼儿的娱乐和教育功能，更注重儿童的安全考虑。其中，儿童早教故事机更趋向于选择环保和绿色健康的材料，为了增加儿童对色彩的分辨率以及对美好事物的理解，设计的更加可爱、多姿多彩。增加其安全功能，
16、比如环境温度过高的情况下早教机进行声音报警并且联系家长手机发送报警短信提示。增加距离感应器，当儿童跟随父母出行并距离父母较远时单片机报警引起父母警觉，有效防止孩子走失。增加远程视频通话的功能，当孩子想念父母时可以通过简单按键实时与父母视频通话。并且如现在连接手机的智能腕表一样，给孩子带一个连接早教机的智能手环连接，实时检测孩子体温和心率等身体情况，让父母随时了解孩子的健康状况。1.4 课题研究的目的和意义 本课题的任务是一个基于 STC89C52 单片机的儿童早教故事机的设计，它是以STC89C52 单片机作为主控模块，通过编写好的程序下载到单片机中，本设计编写的歌曲共有 5 首歌曲，外接喇叭
17、播放歌曲，独立按键和红外遥控器选择歌曲进行播放，同时LCD1602 液晶显示屏显示歌曲名字，数码管显示歌曲序号。通过外接 WT588D 语音模块，8002 功率放大器和喇叭进行人声发音以实现其讲故事的功能。-_2 方案比较2.1 主控单元的选择单片机的类型选择具有至关重要的地位，内存的大小、工作速率的快慢、应用范围的大小和成本的高低等都是需要考虑的因素。由于本课题要求用 51 单片机，所以我们选择两种方案进行比较论证。方案一AT89C52 是一款低电压，高性能单片机，其特点主要功能是：可与 MCS51 指令系统完全兼容;有 8K 可反复擦拭的内存（超过 1000）; 32 个双向 I / O
18、串行端口; 256 * 8 位的内部存储器; 3 位可编程定时器/计数器中断;控制 0-24MHz 的时钟频率; 它的串行中断有两个，外部中断源有两个，中断源有 8 个;读写中断口线 2 个，具有软件可以设置睡眠和唤醒的功能，在低功耗的空闲模式和掉电模式下; 还有 PDIP，PQFP ，TQFP 和 PLCC 等几种封装，以适应不同产品的要求 1。AT89C52 是一个 8 位微处理器，PDIP 封装引脚 AT89C52 引脚图使用行业标准。标准的 C51 工作内核，引脚的排列方式和内部能运行的功能与一般的 8xC52 单片机相同。其主要功能包括：集成电路，数据存储和外部接口模块初始化内部寄存
19、器，发送和接收红外遥控信号 2。方案二采用 STC89C52RC 作为控制器。具有超强抗干扰，超低功耗，且能兼容 AT89S51，管脚定义一样，无需编程器，无需仿真器，只要用 TTL 线就能烧录，支持在线下载程序，下载程序比较方便，外设丰富，寿命长，价格便宜，编程简单，加密性强等特性。 3。STC89C52 单片机的构造：在总共 40 个引脚中专用于主电源引脚有 2 个，可以外接晶振的引脚有 2 个，控制或与其它电源复用的引脚有 4 个，其他的 32 条是控制输入输出I/O 引脚 4。综上所述 AT89C52 和 STC89C52 相比，基本功能相同，同样的晶振频率，后者的速度比前者快，同时后
20、者下载程序方面，直接串口就可以下载，前者需要使用专用的编程器，后者比较流行，前者已经停产十几年了。所以我们选用 STC89C52 单片机。2.2 液晶显示模块的选择LCD 是液晶显示器的缩写，液晶显示器本身是不发光的，而是液晶通过通电处理后改变光线通过的方向，达到显示字体的效果。方案一LCD12864 显示块是点阵液晶显示模块，就是由 128*64 个液晶显示点组成的一个128 列*64 行的阵列，所以也就叫成了 12864。每一位二进制数都是对应着一个相应的显示点，当输出程序为 0 时表示灭，为 1 时就表示亮，当对应的储存单元存入了这些写好-_的点阵信息后，就可以进行相对的显示。但是是显示
21、点在存储器中的信息和地址液晶屏上的位置之间的关系就成了应用的问题关键。LCD12864 显示屏是一种单中文字库的 4 位/8 位并行的显示屏、一线或多线串行接口的方式。显示屏显示的分辨率为 12864，内置8129 个 16*16 的汉字和 128 个 16*8 点 ASCII 字符集，利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机互交图形界面 5。方案二LCD1602 显示器，这就是简单应用的工业字符型液晶，LCD1602 显示屏是指即可显示两行，每行可以显示 16 个字符的液晶显示模块（显示数字或者字符），显示内容是 16乘以 2 的字符，这样能够让最多 16X02 即
22、32 个字符同时显示，分辨率为 57。每个显示点都对应着有一位二进制数，和 LCD12864 相同，当输出程序为 0 时表示灭，为 1 时就表示亮。LCD1602 液晶也被叫做 LCD1602 字符型的液晶显示屏，它经常被用来显示字母、数字和符号等。在每个字符之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了控制字符间距和行间距，让显示更清楚，但是正也因为这些设计让它不能很好的显示图形 6。综上所述，LCD12864 显示屏相对比功能是比较强大的，由于我们只是显示歌曲名字，所以在选择液晶屏幕方面，LCD1602 显示屏已经够用了，而且更加实惠。2.3 语音模块的选择语音模块可以连接单片机、功率放大
23、器和喇叭发出人声。通过连接下载模块可直接把需要的音频下载到语音模块中，然后连接单片机通过更改编程控制语音模块播放其中的语音音频。方案一ISD1802 语音模块，它的正常工作电压为 3 到 5V，按住录音按键不放可以自主进行录音，当松开时，就可播放已经录制好的音频，录入的时间越短其音质越好。播放方式为循环播放，除非断电，否则播放不停。可外接话筒，进行人声放音，其音质相比通常的话筒要好一些。方案二WT588D 语音模块：WT88D 语音模块具有功能多，音质好，应用范围广等特点，而且 WT588D 语音模块弥补了以往各种单片机功能少、应用范围小的缺点，除此之外，它的应用模式也比较多，如：MP3 控制
24、模式、按键控制模式、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线串口控制控制端口扩展输出模式，这让其几乎可用于任何领域。另外，WT588D 语音模块音质也颇为不错，支持 6MHz到 20MHz 音频模式的加载，这个芯片的特点就是能够将加载好的音频的音质几乎能够完整无损的播放出来。WT588D voiceChip 软件是 WT588D 系列语音单片机模块一个相对应配套的加载软件，它能够使语音模块中的语音加载或者删除变得简单，也能通过此软件反复擦除模块的内容是模块应用更加多样化。其次，WT588D 语音模块可控制的语音地址位能达到 220 个，达到播放音频更多的效果。另外 SPI-FLASH 存储器是 WT588D 语音模块这一系列里本来就内置好的，应用 WT588D 系列语音单片的用户， SPI-FLASH 存储
