两轮自平衡电动车的多媒体系统设计及制作(附件)
摘 要摘 要本文设计了一款基于MSP430单片机的多媒体播放系统，应用于自平衡电动车上，在人们驾驶平衡车的同时，可以欣赏美好的音乐。通过对现有多种方案的比较、分析，这款多媒体播放器选择TF卡作为存储音乐的介质， MP3-TF-16P语音模块将TF卡中的MP3、WAV、WMA格式的音乐提取出来，并由音频解码程序实现解码，最后通过小喇叭实现播放。在播放音乐的同时，能够在LCD液晶显示屏上动态地显示歌曲名称。本设计通过Altium Designer软件绘制播放系统的原理图和PCB图，通过IAR软件编程实现基于歌曲的播放和控制，本设计可以通过三种方式控制：上位机PC发送指令控制、按键控制、TFT触摸屏界面控制。通过软硬件的测试，本款音乐播放器能使TF卡中的音乐流畅播放，实现了播放器与存储器的分离，不受存储容量的限制。这款音乐播放器在两轮自平衡电动车上也调试成功，圆满完成了设计任务。关键词：自平衡电动车；MSP430单片机；音乐播放器；音频解码；TF卡目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 4
1.3 本课题主要研究内容 5
第二章 总体方案设计 6
2.1 总体设计分析 6
2.2 功能模块设计选择 6
2.2.1 单片机的选择 6
2.2.2 音频解码芯片的选择 7
2.2.3 存储器的选择 7
2.2.4 液晶显示屏的选择 8
2.3 总体设计方案 8
2.4 本章小结 8
第三章 系统硬件电路设计分析 9
3.1 硬件系统总体设计方案 9
3.2 单片机最小系统电路设计 9
3.2.1 MSP430F149单片机简介 10
3.2.2 时钟电路设计 12
3.2.3 复位电路设计 12
3.2.4 电源电路设计 13
3.2.5 JTAG下载电路设计 13
3.3 音乐电路设计 14
3.3.1 音频解码电路设计 14
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9
3.2 单片机最小系统电路设计 9
3.2.1 MSP430F149单片机简介 10
3.2.2 时钟电路设计 12
3.2.3 复位电路设计 12
3.2.4 电源电路设计 13
3.2.5 JTAG下载电路设计 13
3.3 音乐电路设计 14
3.3.1 音频解码电路设计 14
3.3.2 功放电路设计 15
3.3.3 模块引脚说明 16
3.4 数据存储电路设计 17
3.5 按键电路设计 18
3.6 显示电路设计 19
3.6.1 LCD电路设计 19
3.6.2 TFT触摸屏电路设计 21
3.7 串口电平转换电路设计 23
3.7.1 MAX3232芯片简介 23
3.7.2 RS232串行口电路设计 24
3.8 本章小结 25
第四章 系统软件程序设计分析 26
4.1 软件开发平台 26
4.2 系统主程序设计 27
4.3 音乐模块程序设计 28
4.4串口指令操作流程 29
4.5 TFT触摸屏控制程序设计 29
4.6 LCD显示程序设计 30
4.7本章小结 31
第五章 实物制作及调试 32
5.1 实物制作 32
5. 2 实物调试及结果 33
5.2.1 按键控制方式 33
5.2.2 PC机发送指令控制方式 35
5.2.3 TFT触摸屏界面控制方式 36
5.3 结果分析 36
5.4 本章小结 37
结论 38
致谢 39
参考文献 40
附录 41
第一章 绪论
1.1 研究的背景及意义
自平衡电动车又称为体感车、思维车，目前主要有两轮和单轮两种类型。自平衡电动车的运行是建立在“动态稳定”的基本原理上，通过驾驶者身体的倾斜，平衡车内部的陀螺仪和加速度传感器会感应车姿的改变，并且通过伺服控制系统来实现车体的平衡和车速的改变[1]。自平衡电动车自2001年由美国Segway公司推出以来，它的定位一直是在汽车和步行之间，是短距离的理想代步工具，在最近十年，自平衡电动车这个领域引起了国内外众多机器人技术试验的关注，技术得到了长足的发展。目前而言，自平衡电动车的市场主要是企业级消费市场，因为其携带方便、节能环保、灵活易操作等优点，已经在警卫巡逻、景区游玩等场景中使用。近几年，自平衡电动车的大众消费市场也慢慢起色，有更多的个人购买平衡车作为代步工具。因为其独特的平衡原理，驾驶者在驾驶的过程中，能够充分享受到平衡车带来的乐趣。
图11：平衡车外形图
娱乐性是自平衡电动车的一个重要特点，本课题研究在平衡车上增加多媒体播放系统，在驾驶的过程中，能够听到优美的音乐，将进一步提高驾驶平衡车的乐趣，这也正是此选题的意义所在。多媒体播放系统尤其以MP3播放器为代表，国内外的发展已经到达一个相对比较高的水平，无论是播放器的外形体积、音质效果都已不错，但是同样也有一些问题，存储容量有限是其中之一，现有的MP3播放器设计方案大多将播放器和存储器集成在一起，这样就限制了存放歌曲的容量，播放器所能播放的歌曲数目有限。如果想要能够播放更多的音乐，这样就需要购买容量更大的播放器，造成了很大的浪费；另外，由于播放器和存储器做成一体，对于应用在汽车上播放音乐，非常不方便，播放器的应用受到了限制。所以说，音乐播放器有两个发展方向和趋势：
（1）不断向小巧、大容量、高音质的方向发展，携带方便，存储歌曲数目更多，音质效果更好；
（2）将播放器和存储器分离是必然趋势，这样不仅可以很容易地增加存储容量，而且也使多媒体系统能够更好地应用于汽车、自平衡电动车等其他领域。
如何将播放器和存储器分离达到增加存储容量的目的，将是本课题研究内容的一个方面，并最终将多媒体播放系统应用于自平衡电动车上。
1.2 国内外研究现状
伴随着信息社会的快速发展，多媒体技术已经渗入普通人生活的方方面面，其中多媒体播放系统便是一个典型代表，从大型的音乐剧场，到可以随身携带的MP3播放器，无处没有多媒体播放系统，我们每个都在享受多媒体播放系统带给我们的听觉享受。特别值得一提的是，MP3播放器的便携性，使我们在任何地方、任何时刻都可以听到美妙的音乐。
多媒体播放系统要实现播放需要解决音频解码的问题，通常有两种方式：软件解码、硬件解码[2]。软件解码主要依靠的是微处理器ARM或数字信号处理DSP的处理能力，通过浮点或定点解码程序实现音频文件的解码过程[3]，这种方式对ARM或DSP的处理能力要求比较高，如果ARM或DSP同时还能够实现播放音乐
第一章 绪论 1
1.1 研究的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 4
1.3 本课题主要研究内容 5
第二章 总体方案设计 6
2.1 总体设计分析 6
2.2 功能模块设计选择 6
2.2.1 单片机的选择 6
2.2.2 音频解码芯片的选择 7
2.2.3 存储器的选择 7
2.2.4 液晶显示屏的选择 8
2.3 总体设计方案 8
2.4 本章小结 8
第三章 系统硬件电路设计分析 9
3.1 硬件系统总体设计方案 9
3.2 单片机最小系统电路设计 9
3.2.1 MSP430F149单片机简介 10
3.2.2 时钟电路设计 12
3.2.3 复位电路设计 12
3.2.4 电源电路设计 13
3.2.5 JTAG下载电路设计 13
3.3 音乐电路设计 14
3.3.1 音频解码电路设计 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
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3.2 单片机最小系统电路设计 9
3.2.1 MSP430F149单片机简介 10
3.2.2 时钟电路设计 12
3.2.3 复位电路设计 12
3.2.4 电源电路设计 13
3.2.5 JTAG下载电路设计 13
3.3 音乐电路设计 14
3.3.1 音频解码电路设计 14
3.3.2 功放电路设计 15
3.3.3 模块引脚说明 16
3.4 数据存储电路设计 17
3.5 按键电路设计 18
3.6 显示电路设计 19
3.6.1 LCD电路设计 19
3.6.2 TFT触摸屏电路设计 21
3.7 串口电平转换电路设计 23
3.7.1 MAX3232芯片简介 23
3.7.2 RS232串行口电路设计 24
3.8 本章小结 25
第四章 系统软件程序设计分析 26
4.1 软件开发平台 26
4.2 系统主程序设计 27
4.3 音乐模块程序设计 28
4.4串口指令操作流程 29
4.5 TFT触摸屏控制程序设计 29
4.6 LCD显示程序设计 30
4.7本章小结 31
第五章 实物制作及调试 32
5.1 实物制作 32
5. 2 实物调试及结果 33
5.2.1 按键控制方式 33
5.2.2 PC机发送指令控制方式 35
5.2.3 TFT触摸屏界面控制方式 36
5.3 结果分析 36
5.4 本章小结 37
结论 38
致谢 39
参考文献 40
附录 41
第一章 绪论
1.1 研究的背景及意义
自平衡电动车又称为体感车、思维车，目前主要有两轮和单轮两种类型。自平衡电动车的运行是建立在“动态稳定”的基本原理上，通过驾驶者身体的倾斜，平衡车内部的陀螺仪和加速度传感器会感应车姿的改变，并且通过伺服控制系统来实现车体的平衡和车速的改变[1]。自平衡电动车自2001年由美国Segway公司推出以来，它的定位一直是在汽车和步行之间，是短距离的理想代步工具，在最近十年，自平衡电动车这个领域引起了国内外众多机器人技术试验的关注，技术得到了长足的发展。目前而言，自平衡电动车的市场主要是企业级消费市场，因为其携带方便、节能环保、灵活易操作等优点，已经在警卫巡逻、景区游玩等场景中使用。近几年，自平衡电动车的大众消费市场也慢慢起色，有更多的个人购买平衡车作为代步工具。因为其独特的平衡原理，驾驶者在驾驶的过程中，能够充分享受到平衡车带来的乐趣。
图11：平衡车外形图
娱乐性是自平衡电动车的一个重要特点，本课题研究在平衡车上增加多媒体播放系统，在驾驶的过程中，能够听到优美的音乐，将进一步提高驾驶平衡车的乐趣，这也正是此选题的意义所在。多媒体播放系统尤其以MP3播放器为代表，国内外的发展已经到达一个相对比较高的水平，无论是播放器的外形体积、音质效果都已不错，但是同样也有一些问题，存储容量有限是其中之一，现有的MP3播放器设计方案大多将播放器和存储器集成在一起，这样就限制了存放歌曲的容量，播放器所能播放的歌曲数目有限。如果想要能够播放更多的音乐，这样就需要购买容量更大的播放器，造成了很大的浪费；另外，由于播放器和存储器做成一体，对于应用在汽车上播放音乐，非常不方便，播放器的应用受到了限制。所以说，音乐播放器有两个发展方向和趋势：
（1）不断向小巧、大容量、高音质的方向发展，携带方便，存储歌曲数目更多，音质效果更好；
（2）将播放器和存储器分离是必然趋势，这样不仅可以很容易地增加存储容量，而且也使多媒体系统能够更好地应用于汽车、自平衡电动车等其他领域。
如何将播放器和存储器分离达到增加存储容量的目的，将是本课题研究内容的一个方面，并最终将多媒体播放系统应用于自平衡电动车上。
1.2 国内外研究现状
伴随着信息社会的快速发展，多媒体技术已经渗入普通人生活的方方面面，其中多媒体播放系统便是一个典型代表，从大型的音乐剧场，到可以随身携带的MP3播放器，无处没有多媒体播放系统，我们每个都在享受多媒体播放系统带给我们的听觉享受。特别值得一提的是，MP3播放器的便携性，使我们在任何地方、任何时刻都可以听到美妙的音乐。
多媒体播放系统要实现播放需要解决音频解码的问题，通常有两种方式：软件解码、硬件解码[2]。软件解码主要依靠的是微处理器ARM或数字信号处理DSP的处理能力，通过浮点或定点解码程序实现音频文件的解码过程[3]，这种方式对ARM或DSP的处理能力要求比较高，如果ARM或DSP同时还能够实现播放音乐
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