1、运 动 木 棒 长 度 计 量 装 置学 生 姓 名 ： 指 导 教 师 起 止 日 期 ： 2010.04.05 2010.04.23 吉 林 化 工 学 院- II -目 录摘 要 I第 1 章 方 案 论 证 与 比 较 11.1 传 感 器 的 选 择 11.2 控 制 器 的 选 择 11.3 播 放 器 的 选 择 21.4 显 示 模 块 的 选 择 21.5 实 施 方 案 2第 2 章 整 体 系 统 与 理 论 分 析 32.1 整 体 设 计 框 图 32.2 系 统 硬 件 3第 3 章 软 件 设 计 63.163.1.2 特 63.1.3 MSP430 系 列 单
2、片 机 的 结 构 63.1.4 较 63.2 片 63.2.1 介 63.2.2 构 63.3 器 63.3.1 基 63.3.2 基 6第 4 章 操 作 说 明 74.1 系 统 操 作 说 明 7第 5 章 设 计 总 结 8参 考 文 献 9附 录 程 10- I -摘 要本计量装置是以 51系列单片机 80C51单片机为控制核心，加以脉冲调制的反射式红外发射-接收器、WTV020-SD-16P 语音模块、1602 液晶显示屏以及其他电路构成。通过拖动木棒滑动，采用脉冲调制的反射式红外发射-接收器检测木棒长度、累计长度和木棒个数；采用 1602显示模块显示采集的信息，并通过 WTV0
3、20-SD-16P语音模块播报。关键字：80C51;步进电机；脉冲调制的反射式红外发射-接收器；WTV020-SD-16P语音模块；1602 显示器- 1 -第 1 章 方 案 论 证 与 比 较本题目是设计制作一个运动的棒体长度计量装置。实现单个木棒长度、累计长度和木棒个数的计量、显示和语音播报，而且要求长度测量误差在 1cm之内。1-11.1 传 感 器 的 选 择方 案 一 ： 不 调 制 的 反 射 式 红 外 发 射 -接 收 器 。 直 接 用 直 流 电 压 对 管 子 进 行 供 电 ， 限 于 管 子 的平 均 功 率 要 求 ， 工 作 电 流 只 能 在 10mA 左 右
4、 ， 容 易 受 到 干 扰 。方 案 二 ： 脉 冲 调 制 的 反 射 式 红 外 发 射 -接 收 器 。 红 外 发 射 管 的 最 大 工 作 电 流 取 决 于 平 均 电 流 ，如 果 使 用 占 空 比 较 小 的 调 制 信 号 ， 在 平 均 电 流 不 变 的 情 况 下 ， 瞬 时 电 流 可 以 很 大 （ 50100mA） ，这 样 也 大 大 提 高 了 信 噪 比 。基 于 上 述 考 虑 ， 本 装 置 采 用 方 案 二 。1.2 控 制 器 的 选 择方 案 一 ： 采 用 80C51 单 片 机 。 内 部 资 源 比 较 少 ,程 序 下 载 需 要
5、编 程 器 硬 件 搭 建 比 较 复 杂 ,软 件实 现 比 较 麻 烦 。 另 外 需 要 用 仿 真 器 来 实 现 软 硬 件 调 试 。方 案 二 ： 采 用 ATmega16 单 片 机 。 此 单 片 机 具 有 一 整 套 的 编 程 与 系 统 开 发 工 具 ， 支 持 片 内调 试 与 编 程 。 该 单 片 机 为 单 调 指 令 ， 执 行 速 度 快 ， 而 且 IO 口 驱 动 能 力 强 ， 应 用 灵 活 ， 价 格 低 廉 。由 于 本 次 设 计 采 用 资 源 较 少 ,80C51 基 本 可 完 成 设 计 需 要 ,所 以 选 择 方 案 一 。木
6、棒 直 线 运 动 滑 槽传 感 器单 片 机键 盘 显 示语 音 播 报- 2 -1.3 播 放 器 的 选 择方 案 一 ： 采 用 WTV020-SD-16P 语 音 模 块 。 此 模 块 支 持 外 挂 最 大 1G 容 量 的 SD 卡 ； 支 持 微 处理 器 和 按 键 控 制 ； 支 持 播 放 4BitADPCM 格 式 文 件 ； 可 以 调 用 任 意 段 落 的 语 音 进 行 播 放 ； 加 载 语音 无 需 软 件 辅 助 。方 案 二 ： 采 用 单 片 机 控 制 扬 声 器 ,作 为 语 音 模 块 .。 此 方 法 需 要 事 先 在 单 片 机 内 存
7、入 大 量 代 码 ，而 且 操 作 很 困 难 ， 软 件 实 现 较 麻 烦 。基 于 上 述 考 虑 以 及 题 目 要 求 ， 故 选 择 方 案 一 。1.4 显 示 模 块 的 选 择方 案 一 ： 采 用 1602 液 晶 来 充 当 显 示 模 块 。 该 液 晶 显 示 器 以 其 微 功 耗 、 显 示 内 容 丰 富 、 体 积小 、 超 薄 轻 巧 等 诸 多 优 点 在 电 子 设 计 中 被 广 泛 应 用 。方 案 二 ： 采 用 8 段 数 码 管 显 示 。 虽 然 数 码 管 的 价 格 较 液 晶 低 廉 。 但 其 耗 电 量 大 ， 显 示 不 美 观
8、大 方 。 而 且 动 态 显 示 易 乱 码 。基 于 上 述 考 虑 ， 故 选 择 方 案 一 。1.5 实 施 方 案根 据 分 析 ， 采 用 如 下 方 案 。1） 木 棒 动 力 方 案 采 用 机 械 传 导 ， 避 免 自 由 落 体 所 带 了 的 误 差 。 传 感 器 选 择 脉 冲 调 制 的 反 射 式红 外 发 射 -接 收 器 ， 增 加 了 系 统 的 抗 干 扰 能 力 。 播 放 器 采 用 WTV020-SD-16P 语 音 模 块 ， 用 1602 充当 显 示 模 块 。2)微 控 制 器 采 用 ,80C51 单 片 机 。 操 作 方 便 灵 活
9、 。本 系 统 以 ,80C51 单 片 机 为 核 心 部 件 ， ,80C51 单 片 机 采 集 传 感 器 采 样 还 记 录 木 棒 的 长 度 和 个 数 。- 3 - 4 -第 2 章 整 体 系 统 与 理 论 分 析2.1 整 体 设 计 框 图 1) 本题目是设计制作一个运动的棒体长度计量装置。实现单个木棒长度、累计长度和木棒个数的计量、显示和语音播报，而且要求长度测量误差在 1cm之内。2) 计量装置的整体设计框图如图所示STC89C51红 外 传 感 器键 盘显 示 模 块语 音 播 报2-1通 过 自 行 编 制 的 控 制 程 序 将 红 外 传 感 器 采 集 到
10、 的 木 棒 的 长 度 、 累 计 长 度 和 木 棒 的 个 数 等 信 息 处理 ， 采 用 1602 显 示 模 块 显 示 信 息 ,并 通 过 WTV020-SD-16P 语 音 模 块 播 报 信 息 。2.2 系 统 硬 件 80C51单片机负责信号的采集、处理、控制和输出。80C51 单片机最小系统电路图 2-2所示。- 5 -2-2 80C51单片机最小系统电路图各部分电路设计：1) 信号采集电路本 系 统 采 用 脉 冲 调 制 的 反 射 式 红 外 发 射 -接 收 器 ， 系 统 主 要 实 现 红 外 对 管 检 测 ， 即 利 用 传 感 器对 木 棒 的 个
11、数 、 运 动 方 向 进 行 测 量 。 装 置 上 共 安 装 有 两 组 红 外 对 管 ， 分 别 安 装 于 滑 槽 两 侧 。2) 语 音 播 报 电 路本 系 统 采 用 WTV020-SD-16P 语 音 模 块 。 此 模 块 支 持 微 处 理 器 和 按 键 控 制 。 可 以 调 用 任 意 段落 的 语 音 进 行 播 放 。 当 接 收 到 单 片 机 发 出 的 指 令 时 ， 模 块 调 用 输 出 相 应 语 音 。- 6 -3) LED 显 示 模 块LED 用 来 显 示 木 棒 长 度 、 累 计 长 度 和 个 数 。 本 设 计 采 用 的 LCD 。 LED 编 程 的 过 程是 ： 首 先 对 LCD 进 行 初 始 化 ， 完 成 L C D 的 各 种 功 能 设 置 ， 然 后 送 要 显 示 字 符 的 地 址 坐 标 ， 最后 把 要 显 示 的 数 据 送 出 ， 就 可 以 在 LED 相 应 的 位 置 显 示 所 要 显 示 的- 7 -第 3 章 软 件 设 计3.1 3.1.2 特强3.1.3 MSP430 系 列 单 片 机 的 结 构结3.1.4 较我3.2 片3.2.1 介MS3.2.2 构 芯3.3 器3.3.1 基单图 3-4电 路3.3.2 基输
