单片机的辅助仪器设计
摘 要本文以AT89C51单片机作为控制器芯片，结合HC-SR04超声波传感器、SC8035语音芯片等核心器件，设计了一款健身倒走辅助仪控制系统。当倒走过程中将要碰到后方障碍物时，仪器将立即对佩戴者进行语音提示，防止发生擦碰等事故，实现了对身后障碍物的实时快速检测。软件方面本系统使用了C语言进行程序代码编写，经过大量的仿真测试与调试使系统中软硬件具有良好的兼容性，并且系统实现了课题预期所有功能指标。这款健身倒走辅助仪控制系统性能优良、功耗更低而且价格低廉，具有一定的市场竞争力。
目录
一、 引言 1
（一） 智能健身倒走仪的发展背景 1
（二） 智能健身倒走仪的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 常用单片机的比较与选择 3
（二） AT89C51型控制器介绍 4
（三） LCD1602显示器概述 5
（四） HCSR04超声波传感器介绍 5
（五） SC8035语音芯片电路设计 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 健身倒走辅助仪系统的系统原理框图设计 8
（二） 单片机最小系统设计 8
1. 复位电路的设计 9
2. 时钟电路的设计 9
（三） 显示器电路设计 9
（四） 超声波测距电路设计 10
（五） SC8035语音芯片电路设计 11
四、 软件系统设计 12
（一） 健身倒走辅助仪系统的软件工作流程设计 12
（二） 显示器工作流程设计 13
（三） 超声波工作流程图设计 14
（四） 语音芯片驱动流程设计 14
五、 实物制作与安装 15
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
引言
智能健身倒走仪的发展背景
随着科学技术的不断
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
发展以及人们对生活品质的不断追求，健身倒走仪在人们的生活中随处可见，这种电子器件通常能够辅助倒走运动者身后的障碍物进行检测和距离测量，并通过一定的方式进行提示，以防止倒走运动者的身体碰到障碍物发生危险。本文课题就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和超声波传感器的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能健身倒走仪控制系统。所谓“健身倒走仪控制系统”，实际上是指单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合超声波传感器、显示器、时间处理模块、音频模块以及其他而实现的一种微处理控制系统。通过相应的语言进行软件程序的编写，从而实现健身倒走仪系统的自动控制特性。健身倒走仪控制系统的出现是在电子技术以及传感器技术的飞速发展以及趋向成熟后的一个必然产物。在超声波传感器出现之前，电子式距离测量几乎无法实现，人们的很多对于快速距离测量的想法只能够停留在理论阶段。由于超声波传感器这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的健身倒走仪系统是一个多门专业综合化的课题。它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验。不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的健身倒走仪控制系统，可以看出要设计出一款性能卓越的健身倒走仪控制系统并不是一件简单的事情。本文以笔者大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现了一款性价比非常高的智能型健身倒走仪控制系统。
智能健身倒走仪的国内外发展现状
目前国内外的很多企业或者高校实验课题小组都投入了大量的精力来对高性能的健身倒走仪系统进行研究，由于基本的计步功能已经实现了普及化，现在几乎任何一台手机上都能够实现计步的功能，然而要实现对运动者参与倒走运动时进行辅助和保护等功能的手机集成，无论是国外还是国内都还有一段很长的路要走。前不久国外研发出了一个体积能够小到一个绿豆里大小的计步处理模块，这款高度集成的功能模块不仅内部嵌入了高精度测距控制器模块，电源管理、传感器也被集成了进去，采用高速的SPI接口进行数据读写，因此能够满足高速的倒走运动要求，尤其是在快速跑动过程中更加适用；而国内的研究小组主要将研究重心放在了大幅度降低其功耗上，这样将其嵌入到智能手机中，将能够很大程度的节约手机电量开销。
目前国内外最为先进的健身倒走仪是通过32位嵌入式微处理器作为核心控制器，不但能够将身后的影像实时传送给健身者，还能够对健身者的健身运动提出合理建议。
本文主要研究内容
本课题在经过对当前市面上相关产品的大量调研后，结合自身的专业知识掌握程度，最终确立了如下的设计研究内容：
1）使用AT89C51单片机作为主控芯片，结合其他模块构建一个51单片机最小系统，实现一款能够实现障碍物探测以及距离准确测量、液晶显示以及真人语音播报等功能的健身倒走辅助仪控制系统；
2）系统采用直流正5V电压进行供电，具有较低的功率消耗；
3）配置HCSR04超声波传感器电路，通过超声波的发射和接收来进行对障碍物的距离准确测量；
4）配置SC8035语音芯片，实现对佩戴者的真人语音提示，防止倒走过程中的擦碰事故发生；
5）配置LCD1602液晶屏电路，实现对障碍物距离的显示。
方案选择及元器件介绍
常用单片机的比较与选择
本文结合了自身当前的知识掌握情况以及对于单片机的学习经历，最终制订了两个单片机的待选方案。
第一个方案是选用ATMEL公司的AT89C51单片机，C51单片机的数据处理宽度为八位，如果采用该单片机作为本次毕业设计的主控单片机，那么将能够带来极高的性价比，目前AT89C51单片机的平均价格为2RMB左右，作为系统的主控核心，成本能够控制在如此之低的水平，那么能够大大地提高控制系统的性价比。另外大学三年中对于AT89C51单片机的学习过程中，对其内部21个寄存器的配置以及使用已经有了很充分的经验和操作经历，因此如果使用AT89C51单片机，那么将能够给本次的毕业设计的成功带来足够的保障性。在电路构建方面以及PCB布局方面，由于AT89C51单片机体积较大，40个管脚全部采用直插形式，没有任何贴片引脚，因此对于PCB的布局以及焊接工作，能够大大降低设计难度，并且也能够在一定程度上增强系统的稳定性。
目录
一、 引言 1
（一） 智能健身倒走仪的发展背景 1
（二） 智能健身倒走仪的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 常用单片机的比较与选择 3
（二） AT89C51型控制器介绍 4
（三） LCD1602显示器概述 5
（四） HCSR04超声波传感器介绍 5
（五） SC8035语音芯片电路设计 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 健身倒走辅助仪系统的系统原理框图设计 8
（二） 单片机最小系统设计 8
1. 复位电路的设计 9
2. 时钟电路的设计 9
（三） 显示器电路设计 9
（四） 超声波测距电路设计 10
（五） SC8035语音芯片电路设计 11
四、 软件系统设计 12
（一） 健身倒走辅助仪系统的软件工作流程设计 12
（二） 显示器工作流程设计 13
（三） 超声波工作流程图设计 14
（四） 语音芯片驱动流程设计 14
五、 实物制作与安装 15
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
引言
智能健身倒走仪的发展背景
随着科学技术的不断
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
发展以及人们对生活品质的不断追求，健身倒走仪在人们的生活中随处可见，这种电子器件通常能够辅助倒走运动者身后的障碍物进行检测和距离测量，并通过一定的方式进行提示，以防止倒走运动者的身体碰到障碍物发生危险。本文课题就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和超声波传感器的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能健身倒走仪控制系统。所谓“健身倒走仪控制系统”，实际上是指单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合超声波传感器、显示器、时间处理模块、音频模块以及其他而实现的一种微处理控制系统。通过相应的语言进行软件程序的编写，从而实现健身倒走仪系统的自动控制特性。健身倒走仪控制系统的出现是在电子技术以及传感器技术的飞速发展以及趋向成熟后的一个必然产物。在超声波传感器出现之前，电子式距离测量几乎无法实现，人们的很多对于快速距离测量的想法只能够停留在理论阶段。由于超声波传感器这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的健身倒走仪系统是一个多门专业综合化的课题。它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验。不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的健身倒走仪控制系统，可以看出要设计出一款性能卓越的健身倒走仪控制系统并不是一件简单的事情。本文以笔者大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现了一款性价比非常高的智能型健身倒走仪控制系统。
智能健身倒走仪的国内外发展现状
目前国内外的很多企业或者高校实验课题小组都投入了大量的精力来对高性能的健身倒走仪系统进行研究，由于基本的计步功能已经实现了普及化，现在几乎任何一台手机上都能够实现计步的功能，然而要实现对运动者参与倒走运动时进行辅助和保护等功能的手机集成，无论是国外还是国内都还有一段很长的路要走。前不久国外研发出了一个体积能够小到一个绿豆里大小的计步处理模块，这款高度集成的功能模块不仅内部嵌入了高精度测距控制器模块，电源管理、传感器也被集成了进去，采用高速的SPI接口进行数据读写，因此能够满足高速的倒走运动要求，尤其是在快速跑动过程中更加适用；而国内的研究小组主要将研究重心放在了大幅度降低其功耗上，这样将其嵌入到智能手机中，将能够很大程度的节约手机电量开销。
目前国内外最为先进的健身倒走仪是通过32位嵌入式微处理器作为核心控制器，不但能够将身后的影像实时传送给健身者，还能够对健身者的健身运动提出合理建议。
本文主要研究内容
本课题在经过对当前市面上相关产品的大量调研后，结合自身的专业知识掌握程度，最终确立了如下的设计研究内容：
1）使用AT89C51单片机作为主控芯片，结合其他模块构建一个51单片机最小系统，实现一款能够实现障碍物探测以及距离准确测量、液晶显示以及真人语音播报等功能的健身倒走辅助仪控制系统；
2）系统采用直流正5V电压进行供电，具有较低的功率消耗；
3）配置HCSR04超声波传感器电路，通过超声波的发射和接收来进行对障碍物的距离准确测量；
4）配置SC8035语音芯片，实现对佩戴者的真人语音提示，防止倒走过程中的擦碰事故发生；
5）配置LCD1602液晶屏电路，实现对障碍物距离的显示。
方案选择及元器件介绍
常用单片机的比较与选择
本文结合了自身当前的知识掌握情况以及对于单片机的学习经历，最终制订了两个单片机的待选方案。
第一个方案是选用ATMEL公司的AT89C51单片机，C51单片机的数据处理宽度为八位，如果采用该单片机作为本次毕业设计的主控单片机，那么将能够带来极高的性价比，目前AT89C51单片机的平均价格为2RMB左右，作为系统的主控核心，成本能够控制在如此之低的水平，那么能够大大地提高控制系统的性价比。另外大学三年中对于AT89C51单片机的学习过程中，对其内部21个寄存器的配置以及使用已经有了很充分的经验和操作经历，因此如果使用AT89C51单片机，那么将能够给本次的毕业设计的成功带来足够的保障性。在电路构建方面以及PCB布局方面，由于AT89C51单片机体积较大，40个管脚全部采用直插形式，没有任何贴片引脚，因此对于PCB的布局以及焊接工作，能够大大降低设计难度，并且也能够在一定程度上增强系统的稳定性。
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