1282.基于SPCE061A的语音遥控小车设计——_硬件电路设计 论文.doc

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1、农业工程学院 毕 业 设 计 基于 SPCE061A 的语音遥控小车设计硬件电路设计 姓 名 院（系） 信息学院 专业班级 电子信息工程(通信工程方向)044 班 学 号 指导教师 职 称 助教（硕士） 论文答辩日期 2008 年 4 月 18 日 农业工程学院教务处制 学学 生生 承承 诺诺 书书 本人声明所呈交的论文是我个人在指导老师的指导下完成的，除了文中特别加以标 注的地方外，论文中不包含其他已经发表或写过的研究成果，不包含本人或其他用途使 用过的成果。相关文献的引用已在论文中作了明确的说明。 本学位论文成果是本人在农业工程学院读书期间取得的，论文和设计成果归农业工 程学院所有。申请学

2、位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。特此声明。 承诺人签名： 年 月 日 摘 要 近年来，智能化和自动化技术在玩具制造领域中越来越被关注。本文介绍了一种基 于 SPCE061A 单片机的语音遥控小车，重点讨论了其硬件子系统的设计与实现。文章首 先介绍了 SPCE061A 的主要性能及其引脚的功能；接着完成了电源电路、复位电路、键 盘电路、音频输入电路，音频输出电路和无线控制电路等硬件功能模块的设计，最后对 制作与调试过程做了较为详细的说明。测试表明，在环境背景噪音不太大，控制者的发 音清晰的前提下，语音控制小车能对特定的语音指令做出反应，做出预想中的有限的动 作。 关键词：单片机

3、语音识别 智能小车 无线遥控 目 录 1 绪论 1 1.1 单片机概述 1 1.1.1 单片机简介 1 1.2 凌阳 16 位 NSP 系列单片机 1 1.2.1 凌阳 16 位 NSP 系列单片机的结构 1 1.2.2 凌阳 16 位 NSP 系列单片机的特点 2 2 系统设计方案 2 2.1 SPCE061A 芯片 .2 2.1.1 SPCE061A 芯片介绍 .3 2.1.2 SPCE061A 芯片主要性能介绍 .3 2.1.3 SPCE061A 结构概览 .4 2.2 语音控制小车设计要求 8 2.2.1 功能要求 8 3 硬件电路设计 8 3.1 系统硬件设计 8 3.2 车体 8

4、3.2.1 小车的机械结构和工作原理 8 3.2.2 小车的遥控系统 9 3.3 外围电路设计 9 3.3.1 芯片基本外围电路 9 3.3.2 电源电路 9 3.3.3 音频输入电路 .10 3.3.4 音频输出电路 .11 3.3.5 复位电路 .13 3.3.6 晶振电路 .13 3.3.7 锁相环电路 .14 3.4 无线模块 .14 3.4.1 TX2C ATS302T/RX2C ATS302R 芯片性能 .15 3.4.2 发射电路 .16 3.4.3 接收电路 .16 4 硬件调试 .17 4.1 硬件的调试 .17 4.1.1 电源部分测试 .17 4.1.2 键盘部分测试 .

5、18 4.1.3 晶振部分测试 .18 4.1.4 单片机 I/O 部分测试 .18 4.1.5 音频输入部分测试 .18 4.1.6 音频输出部分测试 .18 4.1.7 D/A 部分测试 .19 4.1.8 A/D 部分测试 .19 4.1.9 PWM 输出部分测试 .19 5 综合测试及总结 .20 5.1 综合测试 .20 5.2 总结 .20 参考文献 22 英文摘要 23 附录 24 致谢 27 农业工程学院毕业设计成绩评定表 29 1 1 绪论 本文利用凌阳单片机设计一个具有语音识别功能的智能遥控小车。该设计将遥控车 由传统的手动遥控改成了语音识别遥控，使控制者可以通过语音控制小

6、车实现预设动作， 从而释放控制者的双手，而且小车和控制者之间还具有一定的交互功能。所以此次研究 具有较强的实用性和发展前景。 1.1 单片机概述 1.1.1 单片机简介 所谓单片机(Single Chip Microcomputer)，是指在一块芯片中集成有中央处理器 (CPU, Central Processing Unit)、存储器、基本 I/O 接口以及定时器、计数器等部件， 并具有独立指令系统的智能器件，即在一块芯片上实现一台微型计算机的基本功能。 它具有集成度高，在平方毫米级别的芯片上可制造上万个晶体管电路；结构紧凑， 可靠性高；功耗小，成本低等特点。 由于单片机具有超小型化、结构紧

7、凑、可靠性高、价格低廉等特点，使得其在国民 经济中得到了广泛的应用,如： 工业方面：电机控制、工业机器人、过程控制、数字控制。 仪器仪表：智能仪器、医疗器械、色谱仪、示波器。 民用方面：电子玩具、电视游戏机、录像机、激光盘驱动。 电讯方面：调制解调器、智能线路运行控制。 导航控制：导弹控制、鱼雷制导、智能武器、航天导航。 数据处理：图形终端、彩色黑白复印机、硬盘驱动器、磁带机、打印机。 汽车方面：点火控制、ABS 防滑、尾气排放控制。 单片机发展趋势：增加存储器容量，片内 EPROM 开始 EEPROM 化，存储器编程保密 化，片内 IO 多功能化及低功耗 CMOS（Complementary

8、 Metal Oxide Semiconductor） 化等。 1.2 凌阳 16 位 nSP 系列单片机 1.2.1 凌阳 16 位 nSP 系列单片机的结构 随着单片机 MCU(Micro Controller Unit)的发展，其应用领域也逐渐由传统的控制 扩展到控制处理、数据处理以及数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)等领 域。具有自主知识产权的台湾凌阳 16 位单片机是为适应单片机的功能集成化发展而设 2 计的。它的 CPU 内核采用台湾凌阳公司推出的 16 位微处理器芯片 nSP，围绕 nSP 所 形成的 16 位 nSP 系列单片机，采用的是

9、模块式集成结构，以 nSP 内核为中心，集 成不同规模的 ROM，RAM 和功能丰富的各种外设部件。 1.2.2 凌阳 16 位 nSP 系列单片机的特点 (1)体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展 nSP 家族把各功能部件模块化地集成在一个芯片里，内部采用总线结构，因而减 少了各功能部件之间的连线，提高了其可靠性和抗干扰能力。另外，模块化的结构易于 系统扩展，以适应不同用户的需求。 (2)具有较强的中断处理能力 nSP 家族提供 10 个中断向量及 10 余个中断源，适合实时应用。nSP 片内带有 高寻址能力的 ROM、静态 RAM 和多功能的 I/O 口。另外，nSP 的指令系统提供具有较

10、 高运算速度的 16 位的乘法运算指令和内积运算指令，为其应用增添了 DSP 功能，使得 nSP 家族运用在复杂的数字信号处理方面，既便利又比专用 DSP 芯片价格低廉。 (3)高性能价格比 nSP 家族片内带有高寻址能力的 ROM、静态 RAM 和多功能的 I/O 口。另外， nSP 家族的指令系统提供具有较高运算速度的 16 位16 位的乘法运算指令和内积运 算指令，为其应用增添了 DSP 功能，使得 nSP 家族在处理复杂的数字信号得心应手。 (4)指令系统功能强效率高 nSP 的指令系统的指令格式紧凑，执行迅速，并且其指令结构提供了对高级语言 的支持，这可以大大缩短产品的开发时间。 (

11、5)低功耗、低电压 nSP 家族采用 CMOS 制造工艺，同时增加了软件激发的弱偏振方式、空闲方式和 掉电方式，极大地降低了其功耗。另外，nSP 家族的工作电压范围大，能在低电压供 电时正常工作，且能用电池供电。这对于其在野外作业等领域中的应用具有特殊的意义。 2 系统设计方案 本设计通过无线方式对小车进行远程遥控。小车的运动控制系统采用语音控制和中 断定时控制相结合，通过语音触发小车动作，并随时可以通过语音指令改变小车的运动 3 状态。在每一次动作触发的同时启动定时器，如果小车由于某些原因不能正常的接收语 音指令，则只要定时时间一到，中断服务程序就会发出指令让小车停下来。 2.1 SPCE0

12、61A 芯片 2.1.1 SPCE061A 芯片介绍 SPCE061A 单片机是台湾凌阳科技推出的 16 位结构的微控制器(引脚图见附图 1)。 SPCE061A 单片机内嵌的 32K 闪存（FLASH ROM）使得 nSP 能够以较高的处理速度非常 容易且快速地处理复杂的数字信号。以 nSP 为核心的 SPCE061A 微控制器非常适用于 数字语音识别领域的应用。 SPCE061A 单片机工作在 2.6V-3.6V 电压时其工作频率范围为 0.32MHz-49.152MHz， 较高的工作频率使其应用领域非常宽阔。 2.1.2 SPCE061A 芯片主要性能介绍 SPCE061A 的主要性能如

13、下： 16 位 nSP 微处理器； 工作电压：VDD 为 2.6-3.6V(CPU), VDDH 为 VDD-5.5V(I/O)； CPU 时钟：0.32MHz-49.152MHz ； 内置 2K 字 SRAM； 内置 32K 闪存 ROM； 可编程音频处理； 晶体振荡器； 系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电小于 2A3.6V； 2 个 16 位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)； 2 个 10 位 DAC(数-模转换)输出通道； 32 位通用可编程输入/输出端口； 14 个中断源可来自定时器 A / B，时基，2 个外部时钟源输入，键唤醒； 具备触键唤醒的功能； 使用凌阳

14、音频编码 SACM_S240 方式(2.4K 位/秒)，能容纳 210 秒的语音数据； 锁相环 PLL 振荡器提供系统时钟信号； 32768Hz 实时时钟； 7 通道 10 位电压模-数转换器(ADC, Analog to Digital Converter)和单通道声 4 音模-数转换器； 声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC, Automatic Gain Control)功能； 具备串行设备接口； 低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能； 内置在线仿真板(ICE，In- Circuit Emulator)接口。 2.1.3 SPCE061A 结构概览

15、 SPCE061A 芯片内部集成了 ICE (在线实时仿真/除错器)、FLASH (闪存)、SRAM (静 态内存)、通用 I/O 端口、定时器/计数器、中断控制、CPU 时钟锁相环(PLL)、ADC (模 拟数字转换器)、DAC (数字模拟转换器)输出、UART (通用异步串行输入输出接口)、 SIO (串行输入输出接口)、低电压监测/低电压复位等模块。 结构图如图 1 所示： 双16位定时器 /计数器 7通道10位ADC 单通道ADC+AGC CPU时钟 实时时钟 FLASH RAM 时基 中断控制 IOA15 - 0 IOB15 - 0 锁相环 振荡器 IOB0 (SCK)IOB1(SD

16、A) 低电压监测/ 低电压复位 双通道 10位DAC 串行输入输出接口 AUD1 AUD2 MIC_IN 32 管脚通用输入输出端口 16 位位微微 控控制制器器 unSP + ICE XI/R XO ICE_SCK ICE_SDA ICE_EN CPV IOB7（RXD）IOB10（TXD） 串行异步通讯接口 Watchdog 图 1 SPCE061A 结构 5 (1)CPU SPCE061A 配备了凌阳科技开发的最新的 16 位微处理器 nSP。它内含有 8 个寄存 器：4 个通用寄存器 R1-R4，1 个程序计数器 PC，1 个堆栈指针 SP，1 个基址指针 BP 和 1 个段寄存器 S

17、R。通用寄存器 R3 和 R4 结合形成一个 32 位寄存器 MR，MR 可被用 作乘法运算和内积运算的目标寄存器。此外，SPCE061A 有 3 个 FIQ 中断和 14 个 IRQ 中断，并且带有一个由指令 BREAK 控制的软中断。nSP 不仅可以进行加、减等基本算 术运算和逻辑运算，还可以完成用于数字信号处理的乘法运算和内积运算。 (2)存储器 SPCE061A 拥有 2K 的 SRAM，其地址范围从$000000 到$0007FF。32K 的内嵌式闪存 用于存放程序和数据。全部 32K 闪存均可在 ICE 工作方式下被编程写入或被擦除。 (3)输入输出端口 输入输出端口是系统与其它设

18、备进行数据交换的接口。SPCE061A 具有两个可编程 输入输出端口：A 口和 B 口。A 口既是具有可编程唤醒功能的普通 I/O 口，又可与 ADC 的多路 LINE_IN 输入共用(IOA6-0与 LINE_IN1-7共用，此时 IOA 必须被设置为悬浮 管脚)。 (4)I/O 端口结构 SPCE061A 提供了位控制结构的 I/O 端口，每一位都可以被单独定义用于输入或输 出数据。通常，对某一位的设定包括以下 3 个基本项：数据向量 Data、属性向量 Attribution 和方向控制向量 Direction，它们分别代表 3 个控制端口。3 个端口内每 个对应的位组合在一起，形成一个

19、控制字，用来定义相应 I/O 口位的输入输出状态和方 式。 (5)定时器/计数器 SPCE061A 提供了两个 16 位的定时器/计数器：TimerA 和 TimerB。TimerA 为通用 计数器；TimerB 为多功能计数器。TimerA 的时钟源由时钟源 A 和时钟源 B 进行“与” 操作而形成；TimerB 的时钟源仅为时钟源 A。定时器发生溢出后会产生一个溢出信号 (TAOUT/TBOUT)。一方面，它会作为定时器中断信号传输给 CPU 中断系统；另一方面， 它又会作为 4 位计数器计数的时钟源信号，输出一个具有 4 位可调的脉宽调制占空比 输出信号 APWMO 或 BPWMO(分别

20、从 IOB8 和 IOB9 输出)，用来控制马达或其它一些设备 的速度。 (6)中断 6 SPCE061A 具有两种中断方式：快速中断请求 FIQ(Fast Interrupt Request)中断和 中断请求 IRQ(Interrupt Request)中断。中断控制器可处理 3 种 FIQ 中断和 11 种 IRQ 中断，以及一个由指令 BREAK 控制的软中断。相比之下，FIQ 中断的优先级较高而 IRQ 中断的优先级较低。也就是说，FIQ 中断可以中断 IRQ 中断服务子程序的执行，而 CPU 执行相应的 FIQ 中断服务子程序的过程不能被任何中断源的中断请求中断。 (7)系统时钟 系

21、统时钟的信号源为 PLL 振荡器（其电路接法如图 2 所示） 。系统时钟频率(Fosc) 和 CPU 时钟频率(CPUCLK)可通过对 P_SystemClock(写)($7013H)单元编程来控制。默认 的 Fosc、CPUCLK 分别 24.576MHz 和 Fosc/8。用户可以通过对 P_SystemClock 单元编 程完成对系统时钟和 CPU 时钟频率的定义。此外，32768Hz RTC 振荡器有两种工作方式： 强振模式和自动弱振模式。处于强振模式时，RTC 振荡器始终运行在高耗能的状态下。 处于自动弱振模式时，系统在上电复位后的前 7.5s 内处于强振模式，然后自动切换到 弱振模

22、式以降低功耗。CPU 被唤醒后默认的时钟频率为 Fosc/8，用户可以根据需要调整 该值。这样可以避免在系统被唤醒后造成 ROM 读取错误。 图 2 SPCE061A 与振荡器的连接 (8)锁相环 PLL (Phase Lock Loop)振荡器 PLL 的作用是为系统提供一个实时时钟的基频(32768Hz)，然后将基频进行倍频至 49.152MHz 、40.96MHz、32.768MHz、24.576MHz 、20.480MHz。系统默认的 PLL 自激振 荡频率为 24.576MHz。 PLL 的结构如图 3 所示： 7 图 3 PLL 的结构 (9)模-数转换器 ADC SPCE061A

23、 有 8 个 10 位模-数转换器（管脚说明见表 1）其中 7 个通道用于将模拟 量信号 (例如电压信号) 转换为数字量信号, 可以直接通过引线(IOA06)输入。另外 有一个通道只作为语音输入通道，通过内置有自动增益控制放大器的麦克风通道 (MIC_IN)输入。实际上可以把模数转换器(ADC，Analog to Digital Converter)看作是 一个实现模/数信号转换的编码器。在 ADC 内，由数模转换器 DAC0 和逐次逼近寄存器 SAR 组成逐次逼近式模-数转换器。向 P_ADC_ Ctrl(写)($7015H)单元第 0 位(ADE)写入 “1”用以激活 ADC。系统默认的设

24、置为屏蔽 ADC(ADE=0)。 表 1 ADC 的功能管脚 ADC 管脚 I/O 功能描述 Vref2O 2V 输出参考电压 MICPI MIC-IN 正相输入 MICNI MIC-IN 负相输入 AGCI/O 自动增益控制端 MICOUTO 麦克风的第一运放输出 VIN7-1I 模拟信号源输入7-1 OPII 麦克风的第二运放输入 VCMO ADC 参考电压 VRTPADI 外部 A/D 最高参考电压 VMICI 麦克风电源 8 (10)DAC 方式音频输出 SPCE061A 提供的音频输出方式为双 DAC 方式。如图 4，在此方式下，DAC1、DAC2 转换输出的模拟量电流信号分别通过

25、AUD1 和 AUD2 管脚输出，输入的数字量分别写入 P_DAC1(写) ($7017)和 P_DAC2(写) ($7016)单元。 图 4 音频输出结构 2.2 语音控制小车设计要求 2.2.1 功能要求 (1)可以通过简单的 I/O 操作实现小车的前进、后退、左转、右转功能； (2)配合 SPCE061A 的语音特色，利用系统的语音播放和语音识别资源，实现语音 控制的功能； (3)可以在行走过程中声控改变小车运动状态； (4)在超出语音控制范围时能够自动停车。 3 硬件电路设计 3.1 系统硬件设计 系统的硬件方面，由于大部分的功能实现都是在 SPCE061A 板上完成的，只有电机 控制

26、部分电路另外设计在一块独立的电路板上。下面详细介绍 SPCE061A 电路板的结构 和小车运行原理以及控制电路板的结构和功能实现。 3.2 车体 9 语音控制小车为四轮结构。其中前面两个车轮由前轮电机控制，在连杆和支点作用 下控制前轮左右摆动，来调节小车的前进方向。在自然状态下，前轮在弹簧作用下保持 中间位置。后面两个车轮由后轮电机驱动，为整个小车提供动力。所以又称前面的轮子 为方向轮，后面的两个轮子为驱动轮。 3.2.1 小车的机械结构和工作原理 小车的机械部分分为转向机械和驱动机械。转向机械主要由转向电机、转向架和两 个前轮组成。驱动机械采用单电机驱动方案包括一个电机和两个后轮。转向机械工

27、作原 理为：转向时由控制者向小车发出转向信号，转向电机根据转向信号正向或反向旋转一 定角度，电机通过齿轮、齿条系统带动转向架摆动一定角度，最终带动与转向架固定在 一起的前轮偏摆一定角度。小车在转向时由于内、外侧的车轮的转变半径不同，所以内 外侧车轮的转速也不相同。前轮为从动轮，会根据转变角度的大小自动调节内、外侧车 轮的转速；而后轮为主动轮，其转速电机独立驱动，不会根据转变半径自动调节转速。 因此小车转变时，控制系统在控制转向电机的同时还需要根据转向角度的大小向两个驱 动电机发出控制信号，调节两个驱动电机的转速使之产生特定的转速比，从而使转弯顺 利进行。在这里，转弯的角度、转速经与小车的尺寸及

28、转变半径有关。 3.2.2 小车的遥控系统 遥控系统包括两大部分，一部分是 SPCE061A 板上的发射部分，用于将控制者的语 音命令通过 SPCE061A 板的处理后无线电波发送出去；另一部分位于小车上，用于接收 遥控器发出的信号，并将解调出的控制信号传递给小车驱动板。并由驱动板来控制转向 机构和驱动机构，使小车实现预期的动作，最终实现远程遥控。 3.3 外围电路设计 3.3.1 芯片基本外围电路 在 OSC32O、OSC32I 端接上晶体振荡器及谐振电容以及在 VCP 端接上相对应的电容 电阻后即可工作。为了消除公共阻抗耦合以及消除由旁路引起的高频噪声，在其它不用 的电源端和地端接上 0.

29、1F 的去藕电容以提高电路抗干扰能力。 3.3.2 电源电路 SPCE061A 内核电压要求为 3.3V，而 I/O 端口的电压可以选择 3.3V 也可以选择 5V。 10 电路的供电系统方案： (1)DC5V 电池供电：可以用过 3 节电池即 4.5V 的直流电源为电路板进行供电。 4.5V 直流电压直接通过 SPY0029 稳压到 3.3V，为整个试验板提供了 4.5V 和 3.3V 两 种电平的电压。 (2)DC5V 稳压源供电:可以直接外接 5V 的直流稳压源为实验板进行供电。5V 电压 再通过 SPY0029 稳压到 3.3V。 (3)DC3V 供电:可以提供直流 3.3V 电压为实

30、验板进行供电，此时整个实验板只有 3.3V 电压，I/O 端口电压应该通过跳线选择 3.3V。电源部分采用的零电阻，目的在于 实现单点接地的抗干扰的技术。另外，在 SPY0029 的前端和输出端分别并入一个二极管， 目的在于防止电源接反，对 SPY0029 和 SPCE061A 造成损坏。 本设计第一种电源方案即采用 3 节 5 号电池进行供电，由 J10 接入。其中前后两组 电容的作用是去耦滤波，使其供给芯片的电源更加干净平滑。为了获得标准的 3.3V 电 压，在电路板上加入 SPY0029A 三端稳压器。两个二极管，是为了防止误将电源接反造 成不必要损失而设置的，因为反向电压超过一定的值，

31、二极管将会被损坏，达不到保护 的目的。后面的零电阻及其电源、地分成不同的几路是为了减少电磁干扰设置的。 电路图接法如图 5： 图 5 系统供电电路 3.3.3 音频输入电路 在 SPCE061A 芯片中具有声音模数转换通道，内置了麦克风放大电路和自动增益 控制（AGC）功能。 AGC 是自动增益补偿功能（Automatic Gain Control） ，AGC 可以自 动调麦克风的收音量，使听者收到一定的音量水平，不会因发言者与麦克风的距离改变 11 时，声音有忽大忽小的缺点。如图 6 所示，SPCE061A 中集成了麦克风前端运算放大电路， 而运算放大电路的基本结构由输入级、中间级、输出级三

32、大部分组成。输入级由差分放 大电路组成，它是运算放大器的关键部分，差分放大电路有两个输入端，这样的组成能 为信号的输入提供多种方式，并能有效的抑制共模干扰信号，放大有效信号的作用。 图 6 音频输入组成框图 本系统接入 MIC 电路如图 7 所示， MICP 和 MICN 将随着 MIC 产生的波形变化，并在两个 端口处形成两路反相的波形，再经过芯片内部两级运放放大，把放大的语音信号交给 ADC 转换为数字量，这个时候我们就可以通过单片机编程对这些数据进行处理，比如说 语音数据压缩、语音识别样本处理。C11 以及 C13 用作退藕电容，以减少话筒本身对 电源的噪声干扰，其中 MIC 的为录制语

33、音以及辨识命令服务。 图 7 音频输入电路 3.3.4 音频输出电路 (1)凌阳音频压缩算法 凌阳音频压缩算法根据不同的压缩比分为以下几种：SACM-A2000：压缩比为 12 8:，8:1.25，8:1.5SACM-S480： 压缩比为 80:3，80:4.5SACM-S240： 压缩比为 80:1.5 按音质排序：A2000S480S240 用凌阳 Compress Tool 事先把所需要的语音信号录制好， 本系统共包括十多个语音资源，整个语音信号经凌阳 SACM_S480 压缩算法压缩只占有 13.2K 存储空间，SPCE061A 单片机具有 32k 闪存，使用内部 flash 即可满足

34、要求。凌阳 SPCE061A 单片机自带双通道 DAC 音频输出， DAC1、DAC2 转换输出的模拟量电流信号分 别通过 AUD1 和 AUD2 管脚输出， DAC 输出为电流型输出，所以 DAC 输出经过 SPY0030 音 频放大，以驱动喇叭放音，这为单片机的音频设计提供了极大方便。在它们后面接一个 简单的音频放大电路和喇叭即可实现语音播报功能，音频的具体功能主要通过程序来实 现。 (2)音频输出电路原理 音频部分的原理图如图 8 所示，输出的声音经 SPY0030 音频放大后通过喇叭输出， 在图 8 中可以看到两个跳线，其作用在于可以测量 DAC 的输出波形；另外拔掉跳线，可 以断开

35、DAC 到喇叭放大的通路，使得 DAC 通道处于开路状态。这样便于用 DAC 做其他用 途，用户可以用过这个跳线来加入自己的外围电路。 图 8 音频输出原理图 13 图 9 SPY0030 电路的典型接法 SPY0030 是凌阳公司开发的专门用于语音信号放大的芯片，相当于 LM386，但是比 LM386 音质好，它可以工作在 2.4V-6.0V 范围内，最大输出功率可达 700mW（LM386 必 须工作在 4V 以上，而且功率只有 100mW） 。 它的增益如下： Gain=2*5000/ (5000+R1) 图 9 是 SPY0030 电路的典型接法，其各管脚功能见表 2。 表 2 SPY

36、0030 管脚 管脚符号类型描述管脚符号类型描述 1SPNO 音频输出负端 5ACINI 音频输入正端 2SPPO 音频输出正端 6VRFFO 参考电压 3VSSI 地端 7CEI 芯片使能端 4INNI 音频输入负端 8VDDI 电源 3.3.5 复位电路 复位是对电路内部的硬件初始化。本设计的复位电路如图 10 所示，由阻容电路完 成上电复位功能，通电就自动复位，另外，还可以通过按键进行外部复位。 14 图 10 复位电路 3.3.6 晶振电路 石英晶体的主要特征是它具有压电效应，既在晶体的两个电极上加交流电压时，晶 体就会产生机械振动，而这种机械振动反过来又会产生交流电压时，晶体就会产生

37、交流 电场，在电极上出现交流电压。如果外加交流电压的频率与晶片本身的固有振动频率相 等，则机械振动的振幅和它产生的交流电压的幅值都会显著增大，这种现象称为压电谐 振，称该晶体为石英晶体振荡器，或简称晶振。石英晶体的符号表示见图 11 中的 Y1 部 分，目前市场晶体都是标准的频率，如：32768Hz、6MHz、3MHz 等等，本系统采用的是 32768 Hz，其中的谐振电容分别是 C14（20P） 、C15（20P） ，在这里 OSC 部分的作用就是 作为 CPU 时钟的振源。 图 11 晶振电路 3.3.7 锁相环电路 锁相环是指一种电路或者模块,它用于在通信的接收机中,其作用是对接收到的信

38、号 15 进行处理,并从其中提取某个时钟的相位信息。或者说,对于接收到的信号,仿制一个时 钟信号,使得这两个信号从某种角度来看是同步的。由于锁定情形下（即完成捕捉后）, 该仿制的时钟信号相对于接收到的信号中的时钟信号具有一定的相差,所以被形象地称 其为锁相器。可见,它是一个负反馈环路结构,所以一般称为锁相环。本设计中，锁相环 的电路接法如图 12 所示。 图 12 锁相环电路 3.4 无线模块 无线模块主要由无线电发射器和超再生检波式接收器两部分组成。芯片方案采用了 珠海炬力集团生产的专用于遥控车模的 CMOS 大规模集成电路 TX2C ATS302T/RX2C ATS302R。该集成电路具有

39、种控制功能，即前进、后退、加速、左转和右转等。由于 采用了编码发射及解码接收电路，所以具有较高的抗干扰性能。其管脚图见图图 13 及 图 14，引脚说明见表 3 见表 4。 3.4.1 TX2C ATS302T/RX2C ATS302R 芯片性能 工作电压范围 2.2 5V； 外接元件少； 标准振荡频率 128KHz ； TX2 具有静态电流低自动切断电源等功能 ； RX2 内置 3.6V 稳压二极管,外接串联电阻降压可提高工作电压范围。 16 图 13 TX2C ATS302T 图 14 RX2C ATS302R 表 3 TX2C ATS302T 引脚说明 引脚名称描述引脚名称描述 1RIG

40、HT 右转 8SO 不带载波的编码信号输出 2TEST 测试端 9VDD 电源正端 3GND 电源负端 10PC 电源控制输出端 4BACKWARD 后退 11OSCO 振荡器输出端 5FORWARD 前进 12OSCI 振荡器输入端 6TURBO 加速 13FOSC 该端用于测试方式 7SC 带载波的编码信号输出 14LEFT 左转 表 4 RX2C ATS302R 引脚说明 引脚名称描述引脚名称描述 1VO2 二级反相输出端 9LDB 引脚接地左转功能无效 2GND 电源负端 10BACKWARD 后退输出端 3SI 编码信号输入端 11FORWARD 前进输出端 4OSCI 振荡器输入端

41、 12TURBO 加速输出端 5OSCO 振荡器输出端 13VDD 电源正端 6RIGHT 右转输出端 14VI1 一级反相输入端 7LEFT 左转输出端 15VO1 一级反相输出端 8RDB 引脚接地右转功能无效 16VI2 二级反相输入端 17 3.4.2 发射电路 无线发射电路由一个能产生等幅振荡的高频载频振荡器和一个产生低频调制信号的 低频振荡器组成。发射电路见附图 2，当某控制脚接地后，此脚所对应的功能被选通， 并由锁存电路锁存，锁存信号控制编码电路进行编码，产生对应控制功能的编码信号。 由及等产生的载波信号受到从 8 脚输出的编码信号的调制后，再经放大发 射。7 脚为带载波编码信号

42、输出端，8 脚为不带载波编码信号的输出端。中的 为振荡电阻，为电源兼发射指示灯。C5，C4 用作负载电容，在电路中起到了 是稳定振荡、加快起振速度的作用。 3.4.3 接收电路 接收电路见附图 3，由发射端发出的高频信号经接收天线接收，Q1、L2、C2、C3 等 构成的超再生接收电路，L2、C3 为并联谐振回路，其作用是选频，C2 为超再生正反馈 电容，调整 L2 可改变接收频率。R1、R2、C5 决定超再生的熄灭电压。接收信号经 R4、C6 送入译码电路 RX-2 的 14 脚进行放大，放大后的信号由 1 脚输出经 R7 送入译码 信号输出端进行译码。当译码电路将收到的信号译码后，若是前进信

43、号，则 11 脚输出 高电平，Q12 导通Q10、Q8 分别导通，4.5V 电压等经 Q10MAMBQ8地，电机 正转，车子前进，其他功能依此类推。RX-2 中的 6、7、10、11 脚分别为右转、左转、 后退、前进等功能的输出端。R18、D1、C16、C7 组成简单的稳压电路，为 RX-2 提供稳 定的工作电压，D2 为隔离二极管。 4 硬件调试 4.1 硬件的调试 4.1.1 电源部分测试 采用万用表分别测试以下 12 个点的电压，为防止烧坏芯片，此时所有芯片均应拔 出。 第一步: 目的：测试电路板电源和地是否有短路。 条件：断开电源并拔掉电池盒，将 J5 的 2、3 脚用跳线帽短接。 步

44、骤：用万用表测量 J10 的两脚的电阻是否为零。 现象 1：电阻为零。 18 结论：焊接过程中可能造成短路了。 解决办法：经排查发现短路原因为焊接过程中电源部分有残余焊料未清除干净。 现象 2：电阻大于 300 欧姆。 结论：正常。 第二步: 目的：测试电路板电源部分器件是否工作正常。 条件：将三节 5 号电池装入电池盒中，接到 J10 处，将电池盒开关拨到 ON 处。 步骤：将电池盒开关拨到 ON 处。 现象 1：发光二极管 D1 点亮。 结论：正常，进入第三步。 第三步: 目的：测试电路板上各器件电源供电是否正常。 条件：用跳线帽把 S5 的 1、2 脚短接。 步骤：测试 U1 的第 7

45、脚电压-3.3V 左右。 测试 U4 的第 20 脚电压-3.3V 左右。 测试 J4 的第 1 脚电压-3.3V 左右。 测试 U2 的第 7、8 脚电压-4.5V 左右。 测试 J6、J7、J8、J9 的电源正端电压-4.5V 左右。 现象 1：电压正常。 结论：正常，进行键盘部分测试。 4.1.2 键盘部分测试 键盘部分测试: 目的：测试键盘输入是否正确。 条件：U1、U2、U4 芯片座中不安放元件；给电路板通电，万用表选择电压档，利用 万用表分别检测接 IOA0、IOA1、IOA2。 步骤：把万用表笔的正端放在 IOA0 上时，按下 K1 键，读取万用表上的电压值并记 录，之后用同样的

46、方法分别检测 K2、K3 电压值。 现象 1： 电压为高电平。 结论：正常，进入晶振部分测试。 19 4.1.3 晶振部分测试 目的：测试晶振工作是否正常。 条件：U1、U2、U4 芯片座中安放好元件；给电路板通电。 步骤：利用万用表分别检测接 OSCO、OSCI 并记录；并用数字式示波器查看波形。 现象 1：可以看到 32768HZ 的正弦波形。 结论：正常，进行单片机 I/O 部分测试。 4.1.4 单片机 I/O 部分测试 目的：查看是否有漏焊或虚焊。 条件：U1、U2、U4 芯片座中安放好元件,不接喇叭，电路板通电。 步骤：利用万用表的分别检测各 I/O 并记录。 现象 1：电压正确(

47、IOA 口全为低,IOB 口全为高)。 结论：正常，进入音频输入部分的测试。 4.1.5 音频输入部分测试 目的：查看音频输入部分是否正常。 条件：接上喇叭，分别将 IOA 口的低 8 位和 IOB 口的低 8 位相连，IOA 口的高 8 位 和 IOB 口的高 8 位相连，然后按下 RESET 复位键 S1。 步骤：把 J2 的左边两脚短接，听到“I/O 测试成功”后，按键 3，采用示波器查看 波形。 现象 1：有不规则波形出现。 结论：正常，进入音频输出部分测试。 4.1.6 音频输出部分测试 目的：查看音频输出部分是否正常。 条件：接音频输入部分的条件，继续测试。 步骤：采用示波器查看波

48、形。 现象 1：有不规则波形出现。 结论：正常。 4.1.7 D/A 部分测试 目的：测试 D/A。 20 条件：分别将 IOA 口的低 8 位和 IOB 口的低 8 位相连，IOA 口的高 8 位和 IOB 口的 高 8 位相连，然后按下 RESET 复位键 S4。 步骤：把 J2 的左边两脚短接，听到“I/O 测试成功”后，按键 3，采用示波器查看 J2 的 DAC1 上波形，对着 MIC 大声说话。 现象 1：有振幅随声音变化而变化的波形。 结论：正常，进入 A/D 部分测试。 4.1.8 A/D 部分测试 目的：测试 A/D。 条件：用排线分别将 IOA 口的低 8 位和 IOB 口的

49、低 8 位相连，IOA 口的高 8 位和 IOB 口的高 8 位相连，然后按下 RESET 复位键 S4。 步骤：听到“I/O 测试成功”后，按键 2。 现象 1：听到“A/D 测试不成功” 。 结论：经排查发现在焊接排线过程中出现虚焊。 解决办法：将虚焊部分重新焊接。 现象 2：听到“A/D 测试成功” 。 结论：正常，进入 PWM（Pulse Width Modulation）输出部分测试。 4.1.9 PWM 输出部分测试 目的：测试 PWM。 条件：用下载器将程序 2 下载到 61 板上。 步骤： （1）按键 KEY1 后利用示波器观测 IOB8 的占空比（1/16）波形。 （2）按键 KEY2 后利用示波器观测 IOB8 的占空比（5/16）波形。 （3）按键 KEY3 后利用示波器观测 IOB8 的占空比（14/16）波形。 现象 1：按不同的键，无占空比不同的波形出现。 结论：芯片 PWM 部分有问题。 解决办法：更换芯片。 现象 2：按不同的键，有占空比不同