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1、 本 科 毕 业 设 计 题题 目目 基于 51 单片机的语音投篮玩具设计 英文题目英文题目 Design of backetball shooting toys based on 51 MCU 独 创 声 明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争 议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 二一年九月二十日 毕业设计（论文）使用授权声明 本人
2、完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文） 的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意 学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它 复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下， 建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内 容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定） 作者签名: 二一年九月二十日 摘 要 本论文的目的在于设计一种基于 51 单片机和 ISD1760 语音模块的投篮玩具， 具有清零键，根据进球方式判断得分 2 分或 3 分，其中空心投中篮为 3 分，砸 板投中篮为 2 分，数码管显示进球
3、得分，并可语音报分。 论文详细论述了投篮玩具的设计方案和软硬件实现过程，其中硬件电路设 计包括单片机最小系统、ISD1760 语音模块、红外对管传感器电路和振动传感 器电路设计，软件设计基于 Keil 软件平台，采用 C 语言编程。论文经过方案论 证、查找文献、电路焊接和软件调试等设计过程，实现了设定的任务要求，硬 件实物测试验证了所设计的投篮玩具工作稳定，具备进球计分、语音报分、分 数显示和清零等功能。 关键词：51 单片机； 语音模块； 投篮玩具 ABSTRACT The purpose of this paper is to design a kind of backetball sho
4、oting toys based on 51 MCU and ISD1760 voice module, it has a reset button, able to judge goal scoring 2 or 3 points, the hollow made basket to 3 points, hit a made basket to 2 points, scored digital tube display, and voice points. Paper detailed discusses the design scheme of shooting toys and hard
5、ware and software implementation process, which includes the single chip microcomputer minimum system hardware circuit design, ISD1760 voice module, the infrared sensor circuit and the pipe vibration sensor circuit design, software design based on the Keil software platform, using C language program
6、ming. Paper designs, through the literature, circuit welding and software debugging, such as the design process, to achieve the set task requirement, the design is verified by physical hardware test shooting toys work stability, has the goal scoring, speech at points, scores show and reset, and othe
7、r functions. Key words: 51 MCU; Voice module; Shooting toys 目 录 1 绪论1 1.1 设计目的及意义.1 1.2 设计要求.1 1.3 设计内容.1 2.1 设计方案分析.2 2.2 电路设计与调试.2 2.2.1电路整体设计.2 2.2.2单片机电路设计.2 2.2.3语音模块电路设计.3 2.2.4传感器电路设计.4 2.2.5四位数码管电路设计.6 2.2.6电源电路设计.6 2.2.7电路焊接与调试.7 3.1 软件程序功能需求分析.8 3.2 软件设计流程.8 3.2.1开发平台介绍.8 3.2.2主程序流程图.8 3.2
8、.3初始化配置.9 3.2.3语音模块程序设计.9 4 联合调试10 4.1 调试前准备.10 4.2 联合调试.10 4.3 功能验证.10 结 论11 致 谢12 参考文献13 附 录14 本科毕业设计（论文） 1 1 绪论 1.1 设计目的及意义 随着单片机应用的广泛普及，以 51 单片机为平台并结合语音模块和传感器模块的应用 越来越广泛。本论文的目的在于设计一种基于 51 单片机和 ISD1760 语音模块的电子投篮 玩具，实现该玩具功能的智能化和操作的人性化。 1.2 设计要求 设计的投篮玩具是一种可以自动计分和语音播报的投篮玩具，课题任务的具体要求如 下： 1、具有清零键； 2、进
9、球得分加 2 分或 3 分（砸板投中篮为 2 分，空心投中篮为 3 分） ； 3、进球分数数码管显示； 4、具备语音播报功能； 5、制作实物并调试。 1.3 设计内容 本论文主要研究的内容包括投篮玩具的方案设计、软硬件的实现和联合调试。 首先，通过学习 51 单片机的相关知识，掌握 51 单片机的电路设计和 C 语言编程能力； 学习 ISD1760 语音模块电路，掌握语音播报功能的设计方案；学习红外对管传感器和振动 传感器的工作原理。其次，根据设计任务要求，制定电路整体方案和设计硬件电路原理图。 其中硬件电路设计包括单片机最小系统、ISD1760 语音模块、红外对管传感器电路和振动 传感器电路
10、设计。接着，根据设计的原理图，进行电路的手工焊接和调试，编写软件代码， 软件设计基于 Keil 软件平台，采用 C 语言编程。最后，通过软硬件联合调试，修改完善代 码，验证设计功能。 整个论文设计过程包括方案论证、查找文献、电路焊接和软件调试等设计过程，要求 实现设定的任务要求，硬件实物测试需验证所设计的投篮玩具工作稳定性和进球计分、语 音报分、分数显示和清零等功能性。 本科毕业设计（论文） 2 2 硬件电路设计 2.1 设计方案分析 从设计的实现平台分析，本设计采用传统的 51 单片机平台，利用其丰富的 I/O 资源和 定时器功能，可以方便实现与语音模块和传感器模块之间的对接。 从设计的功能
11、实现分析，由于需要通过判断是否进球和得分的方式以判定所得分数， 因此设计了以红外对管传感器和振动传感器组成的传感器电路，通过对两个信号的捕捉， 来判断是否投中篮，并感知其得分方式为砸板得分还是空心得分，图 2-1 为进球判断原理 示意图。当球进入篮筐时，位于篮筐水平方向红外对管传感器检测到障碍（篮球） ，便输出 低电平信号给单片机以判断进球得分，否则不得分。振动传感器与篮板直接接触，以感应 投篮时是否砸到篮板（振动感应） ，并输出信号给单片机。 由于需具备语音播报功能，采用了 ISD1760 语音模块，它可与单片机直接通信，并可 录制多段语音，并通过地址进行选择播放。 图 2-1 进球判断原理
12、示意图 2.2 电路设计与调试 2.2.1 电路整体设计 根据实现的设计平台和实现功能的要求，完成了投篮玩具电路的整体设计如图 2-2 所示。 整体电路由单片机及其外围电路、ISD1760 语音模块、四位数码管电路、键盘输入电路和 传感器模块等部分电路组成。 图 2-2 投篮玩具电路的整体设计图 2.2.2 单片机电路设计 51 单片机电路是整个电路的核心部分。本设计中选用宏晶科技(STC)公司的 红外对管传感器 振动传感器 接单片机 IO 口 红外对管传感器 振动传感器 51 单片机 STC89C516RD+ ISD1760 语音模块 四位数码管 清零按键 I/O I/O SPI I/O 中
13、断 本科毕业设计（论文） 3 STC89C516RD+型号的 8051 单片机，具有低成本，低功耗特点，内部具有 63KB 的 flash 程序存储空间，1280B 的 RAM 数据存储空间。本设计选用的封装为 DIP40，单片机外部接 11.0592Mhz 晶振。图 2-3 为单片机及外围电路原理图。单片机分配给外部电路的管脚情况 如表 2-1 所示。 Y1 11.0592Mhz C16 30p C17 30p C6 10uF/16V mcu_rest x1 x2 10K R5 VCC VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PR1 1 1 2 2 K9 VCC P00 P01 P02
14、P07 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P32 P33 P34 P35 P36 P37P23 P20 P21 P22 排排 ISD_MISO ISD_MOSI ISD_SCLK ISD_SS P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST/VPD 9 P3.0/RxD 10 P3.1/TxD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 P2.
15、0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE/PROG 30 EA/Vpp 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40 IC1 89C51RD+ P24 P25 P26 P27 1 1 2 2 K7 图 2-3 单片机及外围电路原理图 表 2-1 单片机管脚分配表 名称分配管脚备注 ISD_MISOP0.3 ISD_MOSIP0.4 ISD_SCLKP0.5 ISD_SSP0.6 单片机与 I
16、SD1760 的 SPI 接口 按键输入P3.2外部清零键 计数器 0 输入P3.4接红外对管传感器 IO 输入P3.6接振动传感器 四位数码管位选P1.0P1.3 四位数码管段码P2.0P2.7 四位数码管与单片机接口 复位输入RST外部复位 2.2.3 语音模块电路设计 语音模块电路采用 ISD1700 芯片，它是华邦 ISD 公司 2007 年新推出的单片优质语音 录放电路，该语音芯片提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示 （vAlert） ，双运作模式（独立 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int u
17、char code tab=0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x19;/不带小数点的数码 管段码 uchar count =0;/得分 uint fenshu =0;/显示的分数 uchar flag = 0;/砸篮板标志位 sbit key1=P36;/振动传感器输入接口 sbit gw=P10; /个位选通定义 sbit sw=P11; /十位选通定义 sbit bw=P12; /百位选通定义 sbit qw=P13; /千位选通定义 /*ISD1760 语音模块 SPI 通信接口*/ sbit ISD_SS=P06; sbit I
18、SD_MISO=P03; sbit ISD_MOSI=P04; sbit ISD_SCLK=P05; /* 函数申明 -*/ void delay(uint z); void Initial_com(void); extern void spi_pu (void); extern void comm_sate(void); extern void spi_stop (void); extern void spi_fwd (void); extern void spi_play(void); extern void isd1700_7byte_comm(uchar comm_par, uint
19、star_addr, uint end_addr); /*延时函数*/ void delay1(uint z) uint i,j; for(i=z;i0;i-) for(j=110;j0;j-); /*延时函数*/ void Delays(unsigned int tc) while( tc != 0 ) unsigned int i; for(i=0; i100; i+); 15 tc-; void LED() /数码管显示函数 gw=1; P2=tabfenshu%10; Delays(8); gw=0; sw=1; P2=tabfenshu/10%10; Delays(8); sw=0;
20、 bw=1; P2=tabfenshu/100%10; Delays(8); bw=0; qw=1; P2=tabfenshu/1000; Delays(8); qw=0; /* /*初始化函数* /* void Initial_com(void) EX0=1;/开外部中断 0 TMOD=0X15; /定时器 0 工作在 16 位计数模式，定时器 1 工作在 16 位定 时模式 TH1=(65536-40000)/256; TL1=(65536-40000)%256; ET1=1; /使能定时器 1 中断 TR1=1;/T1 开始计时 TL0 = 0x0; TH0 = 0x0; TR0=1;/
21、T0 开始计时 RCAP2H =0X90;/定时器 2 RCAP2L =0X00; TH2= RCAP2H; TL2= RCAP2L; TR2=1; /使能定时器 2 ET2=1; /定时器 2 中断 spi_pu(); EA=1; /开总中断 /定义外部中断 0 程序清零 16 void extern0() interrupt 0 fenshu = 0; /定时器 1 中断 void timer1() interrupt 3 static unsigned char s; TH1=(65536-40000)/256; TL1=(65536-40000)%256; if(key1=0) del
22、ay1(10); /消抖动 if(key1=0) /确认触发 flag = 1; /定时器 2 中断 void timer2() interrupt 5 static unsigned char t; TF2 = 0; LED(); /*主函数* /* void main() Initial_com(); while(1) count= TL0; delay1(100); if(count!=TL0)/球进 if(flag = 1) fenshu=fenshu+2;/得分加 2 分 /播放语音“球进了，得 2 分” ISD_SS=0; isd1700_7byte_comm(ISD1700_SE
23、T_PLAY|ISD_LED, 0x0068, 0x0078);/ ISD_SS=1; flag = 0; else fenshu=fenshu+3;/得分加 3 分 /播放语音“不进，没有得分” ISD_SS=0; isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, 0x0010, 0x0029);/ ISD_SS=1; 17 flag = 0; else /没有进球 if(flag = 1) /播放语音“球进了，得三分” ISD_SS=0; isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, 0x0040, 0x0
24、058);/ ISD_SS=1; flag = 0; 18 原理图： VCCD 1 LED 2 RESET 3 MISO 4 MOSI 5 SCLK 6 SS 7 Vssa 8 Analn 9 Mic+ 10 Mic- 11 Vssp2 12 SP- 13 Vccp 14 SP+ 15 Vssp1 16 AUD/AUX 17 AGC 18 VOL 19 Rdsc 20 Vcca 21 FT 22 PLAY 23 REC 24 ERASE 25 FWD 26 INT/RDY 27 Vssd 28 U2 ISD1700 C7 0.1uF Al_in Al_out C11 4.7uF/25V R3
25、1K D1 LED ISD_MISO ISD_MOSI ISD_SCLK ISD_SS C4 0.1uF VCC C12 0.1uF C10 4.7uF/16VC13 4.7uF/16V C14 0.1uF Y1 11.0592Mhz C16 30p C17 30p C6 10uF/16V m cu_rest x1 x2 10K R5 VCC VCC MIC+ MIC- R2 4.7K R4 4.7K R6 4.7K VCC 1 2 MIC1 Header 2 C8 C9 0.1uF C5 4.7uF/25V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PR1 SP+ SP- Al_out 1 1 2
26、 2 K9 VCC P00 P01 P02 P07 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P32 P33 P34 P35 P36 P37 1 2 3 4 P1 Header 4 VCC 1 1 2 2 K1 1 1 2 2 K2 1 1 2 2 K3 1 1 2 2 K4 1 1 2 2 K5 1 1 2 2 K6 RDY RDY FWD ERASE REC PLAY VOL FT VOL PLAY ERASE REC FWD FT 1 1 2 2 K8 P23 P20 P21 P22 排 ISD_MISO ISD_MOSI ISD_SCLK ISD_SS P1.0
27、1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST/VPD 9 P3.0/RxD 10 P3.1/TxD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE/PROG 30 EA/Vpp 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0
28、.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40 IC1 89C51RD+ P24 P25 P26 P27 Q1 S8050 C15 0.1uF390 R8 VCCAUX1 Speaker R7 60K ROSC 1 1 2 2 K7 a bf c g d e DPY 11 7 4 2 1 10 5 a b c d e f g 3 dp dp a bf c g d e dp a bf c g d e dp a bf c g d e dp C1 6 C2 8 C3 9 C4 12 LED_DPY1 DPY 4-LED P20 P21 P22 P23 P24
29、 P25 P26 P27 1 2 3 45 6 7 8 RP1 4x470 1 2 3 45 6 7 8 RP3 4x470 1 2 3 45 6 7 8 RP2 4x1k Q2 2N3904 VCC 4led_cs1 4led_cs2 4led_cs3 4led_cs1 P10 P1_4_2 P11 P12 P13 Q4 2N3904 VCC 4led_cs2 P1_5_2 Q3 2N3904 VCC 4led_cs3 P1_6_2 Q5 2N3904 VCC 4led_cs4 P1_7_2 P1_4_2 P1_5_2 P1_6_2 P1_7_2 INPUT 1 GND2 OUTPUT 3
30、U17805 +C1 10uF/25V +C2 470uF/25V GND VCC 1 3 2 POWER1 DC-10B 2 3 1 S1 SW-SPDT PWR1 R1 1K +C3 470uF/25V 3 2 1 84 U3A OPA2227 5 6 7 U3B OPA2227 R10 100 JX-1 R11 100 R12 10KJX-2 VCCVCCVCCVCC R9 100 D2 LED C18 0.1uF P34 R14 100 R15 10K VCCVCCVCC R13 100 D3 LED C20 0.1uF 1 2 SW-1 C19 0.1uF P36 1 2 3 P? Header 3 RXD TXD RXD TXD P37 P34