基于avr單片機的音頻傳輸系統設計-資料下載頁

【導讀】了任務書中規定的內容，不弄虛作假，不抄襲別人的工作內容。貢獻的個人和集體均已在文中注明。本人承擔相應的法律責任。4．本人完全了解學校關于保存、使用畢業設計（論文）的規定，校保留畢業設計（論文）的復印件和電子版本，允許被查閱和借閱；以公布其中的全部或部分內容。本文基于ATmega128單片機，完成了無線激光音頻傳輸系統的設計。得其應用受到了局限。

　　

【正文】 切實可行的。最好是有實物的元件，繪制 PCB 庫文件的過程中使用游標卡尺進行引腳間距的測量。 經過原理圖庫文件的制作、原理圖的繪制、 PCB庫文件的繪制和 PCB的布線。最終繪制出了 完整電路原理圖 （ 見附錄 1）和 單片機最小系統部分的 PCB 電路 (見圖 313)。 圖 313 單片機最小系統 PCB 電路圖 長春理工大學本科畢業設計 22 第 4 章 控制程序的設計 本系統需要完成的控制任務是： 音源的切換選擇、激光的開啟和關閉以及音頻波形顯示。主要思路是：系統啟動后，單片機進行初始化操作，同時 12864液晶顯示相關 提示信息，用戶按鍵切換選擇音源的輸入，在確認激光管沒有對準人眼 之后按鍵確認發送，同時 AVR 的 ADC模塊開始實時將接收到的信號轉換為數字信號，并將該數字信號傳送至 12864 液晶模塊，編程控制 其顯示出相應的波形。設按鍵 K1 控制音源的切換選擇，按鍵 K2 控制激光管的開啟和關閉，程序流程圖如 圖 41 所示。 開 始按 鍵 K 1 切 換 音 源K 2 是 否 有 按 鍵 操 作A / D 采 集是顯 示 波 形K 2 是 否 有 按 鍵 操 作返 回是否否K 2 第 一 次 按 鍵 為 打 開 激光 管 ， 開 始 音 頻 傳 輸K 2 再 次 按 鍵 則 為 關 閉激 光 管 ， 停 止 音 頻 傳輸 圖 41 主 程序流程圖 本文所設計的 控制程序可大致分為這幾個部分 ：按鍵檢測，按鍵控制音頻信號通道的切換和音頻傳輸的開始和停止； 數據采集（ A/D 轉換） ，單片機對接收到的模擬音頻信號進行模擬信號到數字信號的轉換，以便控制液晶屏對波形的顯示； 波形的顯示，單片機根據模數轉換的結果換算出顯示坐標并顯示 。本章將對這幾個部分做相應的程序設計。 否 長春理工大學本科畢業設計 23 按鍵檢測 按鍵檢測是單片機控制的一個最基本部分，其原理很簡單，但在實際 應 用中有許多需要注意的地方，比如按鍵的消抖 。另外在要求單片機運算速度很快的應用中，矩陣鍵盤的掃描往往會占用很大的資源，因此在需要高速響應的應用中，往往定義成獨立按鍵，只需檢測高低電平并消抖即可，可以節省大量的時間。 按鍵消抖是按鍵檢測的關鍵部分，消抖程序的好壞決定了按鍵的靈敏度 。目前，傳統的消抖程序都是通過延時，延時消抖其實是很好的消抖方法，但需要精確的調整延時時間才能不至于浪費掉單片機寶貴的機器周期。本文將設計另一種鍵盤消抖，通過檢測按鍵操作過程中的抖動來進行消抖，這樣的做法有一個好處，可以精確調試出不同材質的鍵盤的大致的抖動次數，檢測鍵盤的抖動只需要檢測高低電平出現的次數，比延時消抖單純的 for 循環延時更省電，通過不斷的運算來消耗時間 實在 是一個可笑的做法。 假設 一個獨立按鍵的接法如圖 42（ a） 所示，按鍵操作過程中 的 I/O 口檢測到的電平如圖 42(b)所示。在單片機中，單片機的高低電平的確定并沒有嚴格的界定，即只要高于某一個值單片機便看成是高電平，低于某一值則視為低電平，根據圖 42(b)，在按鍵按下的時候，單片機檢測到 I/O 口的高低電平連續出現無數次，在松手時，按鍵彈起，此時單片機的 I/O 口的高低電平也出現無數次。我們需要做的工作便是確定出高低電平出現多少次才能準確的判斷出按鍵確實被按下和釋放。 附錄 2 為根據此思想編寫的矩陣鍵盤掃描程序。 檢 測 兩 點 間 高 低電 平 出 現 的 次 數 （ a） 按鍵接法 (b)按鍵操作的電平狀態 圖 42 按鍵消抖原理 數據采集 本文設計的音頻傳輸系統需要顯示出接收到的音頻波形，因此需要將模擬的音頻信息采集到單片機，即 模擬信號到數字信號的轉換 ，將模擬的音頻信號轉化為數字信號，以便單片機能夠進行處理，并送入液晶顯示模塊 以供顯示 。數據采集的任務靠 ATmega128 片內的模 /數轉換器（ ADC）即可完成。 KPB0RVCC長春理工大學本科畢業設計 24 ADC 與一個 8 通道的模擬多路復用器連接，能對來自端口 A 的 8 路單端輸入電壓進行采樣。 ADC 由 AVCC 引腳單獨提供電源。 AVCC 與 VCC 之間的偏壓不能超過177。 。 ADC 包括一個采樣保持電路，以確保在轉換過程中輸入到 ADC的電壓保持恒定。 ADC 參考電壓源有一下幾種：內部的 、 AVCC和外部的參考電源（由 AREF 引腳接入）。 本文設計的音頻傳輸系統，參考電壓由 AREF 提供， 數據結果右對齊，選擇單端通道 ADC0， 128 分頻。 初始化函數如下： voidAD_Init(void) { DDRFamp。=0xFE。 PORTFamp。=0xFE。 ADCSRA=0x00。 ACSR=(1ACD)。 ADCSRA=(1ADEN)|(1ADSC)|(1ADPS2)(1ADPS1)|(1ADPS0)。//128 分頻 } 以下是讀取轉換結果的子函數。需要注意的是：先讀取 ADCL,再度 ADCH，ADCH 被讀出后， ADC 即可再次訪問 ADCH 和 ADCL。 unsignedintADC_data(void) { unsignedintAD_data,ADCH_data,ADCL_data。 AD_Init()。 //初始化函數 delay_ms(10)。 //延時，本子程序中未寫出 ADCL_data=ADCL。 ADCH_data=ADCH。 AD_data=(ADCH_data8)|ADCL_data。 returnAD_data。 } 激光管處于關閉狀態時（即沒有進行音頻傳輸時），應該將 ADC 關閉，以減少功耗和噪聲。以下是關閉 ADC 的子程序。 voidADC_off(void) { ADCSRA=0x00。 } 波形顯示 波形顯示程序的設計是面向硬件的程序設計，軟件與硬件電路一一對應。12864 液晶總體上分兩種解法：串行接法和并行接法。為了提高液晶顯示的刷新速度，波形顯示時設計為并行接法，而最小系統的 PCB 電路中的液晶則為串行接法，顯示波形的時候需要由擴展排針外接 12864 液晶。 根據 12864 液晶的引腳說明（附錄 2 所示），可得 并行接法如圖 43 所示。 長春理工大學本科畢業設計 25 圖 43 液晶屏的驅動電路 波形顯示是本控制程序的難點，波形的顯示不同于漢子和字符的顯示，波形的顯示需要精確地去操作像素點，且不存在所謂的字庫。顯示的內容和地址都需 要 經過運算才能確定。為了確定顯示的位置，我們引入了坐標的概念，如圖 44所示，橫向位置用 X 坐標表示，縱向位置用 Y 坐標表示 ， X 以字節為單位， Y以位為單位 。 水 平 位 址 （ X ）垂直位址（Y） 圖 44 液晶 的 顯示 坐 標 （ X 以字節為單位， Y 以位為單位） 我們只需要根據 ADC 采集到的數據，換算出 Y 的值， 而 X 的值則自加 1即可， 再將 該 點顯示出來即可，連續性執行該操作并保持之前顯示內容的 即可繪1234567891011121314151617181920J2CON20VCCPC0PC2PC1R310KVCCC1VCCR2RPot SMPB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PC3PC4GNDVCC長春理工大學本科畢業設計 26 制出 連續的 語音信號的波 形，整個屏幕顯示完之后清除屏幕內容再從屏幕的最左端 開始。 波形 顯示的總流程可由圖 45 表示。 開 始初 始 化讀 取 A / D 轉 換 的 結 果與 上 一 個 結 果 做 比 較 計 算 坐 標 值不 相 等相 等是 否 滿 屏水 平 描 點否清 屏 ， 初 始化 橫 坐 標是是 否 滿 屏描 點清 屏 ， 初 始化 橫 坐 標是否橫 坐 標 加 一 圖 45 波形 顯示總流程圖 波形顯示的實質是坐標值的計算，根據 A/D采集的結果進行縱坐標的換算，而橫坐標則在顯示完一個點之后自加一即可。波形顯示編程過程中，需要保證橫坐標兩點之間所經歷的時間盡可能的相等，這樣才能保證顯示的波形不失真。 長春理工大學本科畢業設計 27 第 5 章 結論 綜上所述，采用激光的直接調制方法，將音頻信號調制到激光光束中，調制后的激光光束向空間發射出去并由光電信息轉換器件接收到，再對電信號進行隔直和功率放大便得到了可直接驅動揚聲器的音頻信號 ，由此便完成了音頻信號的無線傳輸。音頻信號的傳輸受單片機的控制并能實時顯示音頻的傳輸曲線。 本設計采用的僅僅是最簡單最基本的激光強度的調制進行音頻 傳輸，就理論上而言，采用相同的調制方法，使用 LED做光源也可以完成音頻信號的傳輸 ，只是傳輸性能和傳輸距離會有很大差別 。本設計并沒有發揮出激光的優越性，若是采用激光的 電光調制、聲光調制、磁光調制等外 調制技術， 利用光波這一特殊的電磁波為載波， 激光 通信 的傳輸速率可以達到數 Gbps 的帶寬 。 空間無線激光通信的關鍵技術之一是激光的對準，在遠距離通信中，準確而快速的進行激光的對準操作是極其重要的。本文并未對激光對準進行相應的設計。接下來的 研究重點將 是改進激光的調制方法和 設計可靠的 激光對準 系統。 激光的四大特性（高亮度、高方向性、高單色性和高相干性）決定了它在空間通信方面具有很大的優勢，尤其是在軍事領域的應用，如激光測距、激光制導等 。未來，無線通信是一個發展趨勢，可以想象，在不遠的將來，在我們的辦公桌上將不再有電線的連接，所有東西的都是無線通信的，無線鍵盤、無線鼠標、無線音響、無線充電和無線網絡等等。目前，應用很成熟而 最廣泛的便是傳統的微波通信，但是微波通信并非健康綠色的通信方式，自然而然的，人們想到了以自然光為載波的無線光通信，目前已經實現了通過白熾燈進行網絡連接。但是有一個很 大的弊端，由于光的直 線傳播特性，發送和接收端之間不能有遮光物體 ，這是一個看起來無法解決的問題 。而在空間遠距離通信方面，光通信的各種優勢均可以得到很好的應用 。 長春理工大學本科畢業設計 28 參考文獻 [1] 朱林泉，朱晉川，朱蘇磊，薛忠晉 . 現代激光工程應用技術 [M]. 北京：國防工業出版社，2020 [2] 楊永才，何國興，馬軍山 . 光電信息技術 [M]. 上海：東華大學出版社， 2020 [3] 徐榮甫，劉敬海 . 激光器件與技術教程 [M]. 北京：北京工業學院出版社， 1986 [4] 南利平 . 通信原理簡明教程 [M]. 北京：清華大學出版社， 2020 [5] 康華光 . 電子技術基礎 [M]. 北京：高等教育出版社， 1999 [6] 藍信鉅 . 激光技術 [M]. 北京：科學出版社， 2020 [7] 李睿，趙洪利，曾德賢 . 空間激光通信及其關鍵技術 [J]. 應用光學， 2020， 27（ 2）： 152154. 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