基于avr单片机的自动语音欢迎系统-本科毕业论文(编辑修改稿)

基于avr单片机的自动语音欢迎系统-本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

3(TMS)与 PC2(TCK)的上拉电阻被激活。 端口 D 为 8 位双向 I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。 其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。 作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。 在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 D 处于高阻状态。 端口 D 也可以用做其他不同的特殊功能。 AVCC 是端口 A 与 A/D 转换器的电源。 不使用 ADC 时，该引脚应直接与Vcc 连接。 使用 ADC 时应通过一个低通滤波器与 Vcc连接。 XTAL1 是反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。 XTAL2 是反向振荡放大器的输出端。 AREF 是 A/D 的模拟基准输入引脚。 AVR 单片机的复位和中断处理 ATmega16 具有 20 个中断源和一个复位中断，单片机的中断源分为外部中断源和内部中断源，有三个外部中断源有 INT0,INT1,INT2,当连接在单片机引脚的上的外部电平发生变化时，将产生相应的中断。 内部中断源由单片机内部的功能单元如定时器，串行通讯产生的中断。 按是否可屏蔽可分为，非屏蔽中断，和可屏蔽中断，非屏蔽中断有系统复位（ reset）中断， 可屏蔽中断：屏蔽指的的是中断可由软件编程控制是否允许中断，或禁止中断，大部分都是可屏蔽中断。 需要注意的是，如果将 ATmegal6 设 置为允许外部中断，则即使把 INT0、 INT1和 INT2 引脚没置为输出方式， 外部中断仍然会被触发。 外部中断可 选择采用上升沿触发、下降沿触发和 低电平触发 (INT2 中断只能采用沿触 发方式，在下文中将着重介绍 INT0 和 INT1 中断 )，具体选用什么方式由 MCU 控制寄存器MCUCR 以及 MCU 控制和状态寄存器 MCUCSR 的设置决定。 中断寄存器 在 ATmega16 中，除了 寄存器 SREG 中 的全局中断允许标志位 I 外，与外部中断有关的寄存器有 4 个，共有 11 个标志位。 其作用分别是： 3 个外部中断中断标志位， 3 个中断允许控制位 , 用于定义外部中断的触发类型。 长春理工大学本科毕业设计 8 表 31 中断向量表 向量号 程序地址（ 2） 中断源 中断定义 1 $000(1) RESET 外部引脚电平引发的复位上电复位，掉电检测复位看门狗复位以及 JTAG AVR 复位 2 $002 INT0 外部中断请求 0 3 $004 INT1 外部中断请求 1 4 $006 TIMER2 COMP 定时器 / 计数器 2 比较匹配 5 $008 TIMER2 OVF 定时器 / 计数器 2 溢出 6 $00A TIMER1 CAPT 定时器 / 计数器 1 事件捕捉 7 $00C TIMER1 COMPA 定时器 / 计数器 1 比较匹配 A 8 $00E TIMER1 COMPB 定时器 / 计数器 1 比较匹配 B 9 $010 TIMER1 OVF 定时器 / 计数器 1 溢出 10 $012 TIMER0 OVF 定时器 / 计数器 0 溢出 11 $014 SPI, STC SPI 串行传输结束 12 $016 USART, RXC USART ， Rx 结束 13 $018 USART, UDRE USART 数据寄存器空 14 $01A USART, TXC USART ， Tx 结束 15 $01C ADC ADC 转换结束 16 $01E EE_RDY EEPROM 就绪 17 $020 ANA_COMP 模拟比较器 18 $022 TWI 两线串行接口 19 $024 INT2 外部中断请求 2 20 $026 TIMER0 COMP 定时器 / 计数器 0 比较匹配 21 $028 SPM_RDY 保存程序存储器内容就绪 （ 1）中断控制寄存器 ——MCUCR 封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。 （ 2）控制和状态寄存器 ——MCUCSR 长春理工大学本科毕业设计 9 （ 3）通用中断控制寄存器 ——GICR （ 4）通用中断标志寄存器 ——GIFR 当 INTx 引脚上的有效事件满足中断触发条件后， INTFx 位会变成 “ 1”。 如果此时 SREG 寄存器中 I = 1，以及 GICR 寄存器中的 INTn 被置为 “ 1” ， MCU将响应中断请求同时硬件自动将 INTFn 标志位清零。 用户可以使 用指令将 INTFn 清除，清除的方式是写逻辑 “ 1” 到 INTFn，将标志清零。 当 INT0（ INT1）设置为低电平触发方式时，标志位 INTF0（ INTF1） 始终为 “ 0” ，这并不意味着不产生中断请求，而是低电平触发方式是不带中断标志类型的中断触发。 在低电平触发方式时，中断请求将一直保持到引脚上的低电平消失为止。 I/O 口配置引脚 每个端都具有三个寄存器位 : DDxn、 PORTxn 和 PINxn ，如 P63―I/O 端口寄存器的说明” 所示。 DDxn 位于 DDRx 寄存器， PORTxn 位于 PORTx 寄存器 ， PINxn 位于 PINx 寄存器。 DDxn 用来选择引脚的方向。 DDxn 为 1“ 时 ， Pxn 配置为输出，否则配置为输入。 引脚配置为输入时，若 PORTxn 为 1“，上拉电阻将使能。 如果需要关闭这个上拉电阻，可以将 PORTxn 清零，或者将这个引脚配置为输出。 复位时各引脚为高阻态，即使此时并没有时钟在运行。 当引脚配置为输出时，若 PORTxn 为 1“，引脚输出高电平 (1“ ) ，否则输出低电平 (“ 0―)。 在 ( 高阻态 ) 三态 ({DDxn, PORTxn} = 0b00) 输出高电平 ({DDxn, PORTxn} = 0b11) 两种状态之间进行切换时，上拉电阻使能 ({DDxn, PORTxn} = 0b01) 或输出低电平 ({DDxn,PORTxn} = 0b10) 这两种模式必然会有一个发生。 通常，上拉电阻使能是完全可以接受的，因为高阻环境不在意是强高电平输出还是上拉输出。 如果使用情况不是这样子，可以通过置位 SFIOR 寄存器的 PUD 来禁止所有端口的上拉电阻。 端口引脚配置 长春理工大学本科毕业设计 10 表 2 端口引脚配置 DDxn PORTxn PUD I/O 上拉电阻 说明 0 0 X Input NO 高阻太（ HiZ） 0 1 0 Input YES 被外部拉低时将输出电流 0 1 1 Input NO 高阻太（ HiZ） 1 0 X Output NO 输出低电平（吸收电流） 1 1 X Output NO 输出高电平（输出电流） 热释电传感器介绍 菲涅尔透镜 菲涅尔透镜多是由 聚烯烃 材料注压而成的薄片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心 圆。 菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好。 菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在 PIR（被动红外线探测器）上产生变化热释红外信号。 实物图 32 所示 其工作原理十分简单：假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面（如：透镜表面），拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度。 另外一种理解就是，透镜连续表面部分 ―坍陷 ‖到一个平面上。 从剖面看，其表面由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线。 每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点。 每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜，把光线调整成平行光或聚光。 这种透镜还能够消除部分球形像差。 图 321 菲涅尔透镜实物图 热释电传感器的原理 热释电传感器是一种新敏感组件，它是由高热点系数材料，配以滤光镜片和阻抗匹陪有用场效应管组成，它能以非接触方式检测出来自人体发出的红外辐长春理工大学本科毕业设计 11 射，将其转 化成电信号输出，并可有效控制人体辐射以外的干扰辐射，如阳光，灯光及其反射光。 热释电传感器是一个以热电晶体为电介质的平板电容器。 因热电晶体具有自发极化性质，自发极化能够随着温度变化，所以人辐射可以引起电容器电容的变化，从而可利用这一特性来探测变化的辐射。 热电探测器件大致分为温差电阻型，热敏电阻型，气动型和热释电型四类。 热电晶体是压电晶体的一种，具有非中心对称的晶体结构。 自然状态下，在某个方向上正负电荷中心不对称，在某个方向上存在着一定的变化电荷，称为自发极化。 晶体温度变化时，可以引起晶体的正负电荷中心发生 位移，因此表面上的极化电荷随之变化。 热释电红外线传感器利用的是热释电效应，是一种温度敏感传感器。 它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有 Δ T 的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷 Δ Q，即在两电极之间产生一微弱电压 Δ V。 热释电传感器是一种高阻抗 (10 ～ l0 Q)的器件，容易引入噪声，所以与它相连的前置放大器的第一级必须采用高输人阻抗 (R 10 n)、低噪声的场效应晶体管，并把它封装在热释电探测器管壳内。 这样可以有效地降低噪声、防止外界干扰及机械振动的影响。 人体都有恒定的体温，一般在 37176。 C 左右，会发出 10mm 左右特定波长的红外线，热释电红外线传感器就是靠探测人体发射的红外线而进行工作的。 红外线通过菲涅耳滤光片增强后聚集到热释电元件，并且只允许 814um波长的红外线通过，其视角可以达到 120 度，这样去除了环境因素带来的影响，这种元件在接收到人体红外辐射变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后经检测处理。 热释电传感器 的内部结构 32 3 常见热释电红外传感器内部结构图 引脚说明 目前常用的热释电红外传感器型号主要有 P22 LHl95 LHI95 RE200B、KDS20 PIS20 LHI87 PD632 等 图 324 所示常见的热释电传感器实物图。 长春理工大学本科毕业设计 12 热释电红外传感器通常采用 3 引脚金属封装，各引脚功能分别为 :电源供电端 (内部开关管 D 极， DRAIN)、信号输出端 (开关管 S 极， SOURCE)、接地端(GROUND)。 主要的工作参数 ① 工作电压 :常用的热释电红外传感器工作电压范围为 3～ 15V。 ② 工作波长 :通常为 ～ 14 μ m。 ③ 源极电压 :通常为 ～ ，R=47kΩ。 ④ 输出信号电压 :通常大于。 ⑤ 检测距离 :常用热释电红外传感器检测距离约为 6～ 10m； ⑥ 水平角度 :约为 120176。 ； ⑦ 工作温度范围 :－ 10℃ ～＋40℃。 图 324 常见的热释电红外传感器外形 热释电传感器 输出 特性 热释电红外传感器输出电信号的幅度和频率主要决定于：目标人体的温度、探测区域背景、人体离传感器的距离、人体移动的速度、光学透镜系统的焦距和设计样式。 人体温度和探测区域背景的温差越大，离传感器越近，输出电信号的幅值将越大。 双敏感元热 释电传感器配合菲涅尔光学透镜使用时，输 出信号波形电压峰峰值约为 1mV，频率可由下列公式计算： LSfVf bb  2 （ 31） 其中： f 是输出信号频率（ Hz）， b V 是人体移动速度（ m/s）， fb 是光学系统焦距（ mm）， s 是传感器敏感元的面积（ mm2）， L 是人体离传感器距离（ m）。 对于双敏感元传感器，标 准尺寸为 2（ mm） *1（ mm），人体移动速度范围为 （ m/s）～ 5（ m/s），常用探测器上使用的菲涅尔透镜焦距为 25（ mm），我们可计算出传感器输出信号的频率范围为 ～ 8Hz[24]。 热释电红外传感器其优点是本身不发出各种类型的辐射，该器件的功耗小、长春理工大学本科毕业设计 13 隐蔽性好、价格低。 其缺点是容易受各种热源、光源及射频辐射的干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收；当环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度下降，有时还会短时失灵 [8]。 注释 :热释电与 0T0001 信号集成芯片的连接热释电 的 联合工作。 热释电的 1脚连接到芯片的 8 交及电源端，热释电的信号出去端 2 脚送至 14 脚， 3 脚接地之后就由 0T0001进行一系列相应处理。 OT0001信号处理集成芯片 介绍 OT0001 是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。 它和 BISS0001 芯片完全兼容，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。 它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报 警系统。 OT0001 芯片 特点 CMOS 工艺 数模混合 具有。