淺談智能家居背景音樂控制器的設(shè)計與實現(xiàn)
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論文導(dǎo)讀：但背景音樂控制器的選擇給人們帶來一些問題，市面上的控制器要么價格便宜，但功能單一，要么功能完備，價格不菲。為此本文提出一種功能完備適合居家使用的智能家居背景音樂控制器的設(shè)計與實現(xiàn)方案。音頻外理電路由音頻處理器及其外圍電路構(gòu)，處理器選用的是仕欄電子公司的SC7313數(shù)控音頻處理器，該芯片采用高性能的COMS工藝技術(shù)，具有低失真、低噪聲和低直流電平漂移特，能實現(xiàn)音量、音調(diào)、平衡度和響度控制功能，最多可輸入3路音頻信號，4聲道輸出，其控制方式采用IIC總線接口方式。
關(guān)鍵詞：AT89S52單片機(jī)，SC7313，智能家居，背景音樂控制器，IIC接口技術(shù)
1 引言
隨著生活水平的不斷提高，人們對居住環(huán)境的要求也越來越高，更加注重家庭氛圍的營造，背景音樂系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于千家萬戶。但背景音樂控制器的選擇給人們帶來一些問題，市面上的控制器要么價格便宜，但功能單一，要么功能完備，價格不菲。為此本文提出一種功能完備適合居家使用的智能家居背景音樂控制器的設(shè)計與實現(xiàn)方案。
智能家居背景音樂控制器采用全數(shù)字化設(shè)計理念，操作方便，支持機(jī)身按鍵、紅外遙控、計算機(jī)通訊等多種操作控制方式；內(nèi)部集成FM調(diào)頻收音機(jī)功能；支
持定時開關(guān)機(jī)和背景音樂定制功能。論文檢測。與傳統(tǒng)的家庭背景音樂組合相比，極大的方便了用戶的使用，更加符合現(xiàn)代人們對家居設(shè)備的使用要求。論文檢測。
2 系統(tǒng)硬件分析與設(shè)計
智能家居背影音樂控制器的基本功是：可輸入三路獨(dú)立的音頻信號，對音頻信號進(jìn)行音量、音調(diào)、平衡度和響度的控制，所有的控制均通過可與微機(jī)連接的串行IIC總線來操作；系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，用戶可通過PC機(jī)、遙控或系統(tǒng)自帶的鍵盤實現(xiàn)操作；FM收音機(jī)功能；系統(tǒng)參數(shù)存儲等功能；實時時鐘功能，可實現(xiàn)系統(tǒng)的定時開關(guān)機(jī)和輸入信號定制功能。為了達(dá)到系統(tǒng)總體功能要求，采用了模塊化的設(shè)計思想，將系統(tǒng)分為主控電路、鍵盤接口電路、紅外接收電路、音頻處理電路、實時時鐘電路、數(shù)據(jù)存儲電路、FM收音機(jī)電路、液晶顯示電路、繼電路控制電路等幾個部分。
2．1主控電路
主控電路：該部分是智能數(shù)字功放的核心，該部分主要處理各種信息，接收用戶操作指令并控制各個電路進(jìn)行工作。其中主要的處理事件有接受PC機(jī)、遙控或鍵盤的操作信號，進(jìn)行相關(guān)外理，與232串行通訊接口電路相連，接受PC發(fā)送過來的操作指令，與紅外接收電路相連，接受紅處遙控發(fā)送的操作指令，與鍵盤電路相連，讀取鍵盤的操作信息；主控電路與音頻控控制及功放電路進(jìn)行通訊，選擇外部分輸入的音頻信號，并對其進(jìn)行音量、音調(diào)、平衡度和響度的控制；與萬年歷時鐘電路通信，可獲得時實時鐘數(shù)據(jù)；與數(shù)據(jù)存儲電路相連，將系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行存儲；主控電路與FM收音機(jī)電路相連，可控收音機(jī)電路進(jìn)行工作，并將接收到的電臺信號作為一路輸入信號送給音頻處理電路；與液晶顯示電路相連，主要顯示當(dāng)前用戶操作信息和系統(tǒng)信息；與繼電路控制電路相連主要實現(xiàn)系統(tǒng)的定進(jìn)開關(guān)機(jī)功能。
在實現(xiàn)過程中，本文選用AT89S52作為控制MCU，該處理器是低功耗，高性能的8位微處理器，且該處理器有8K的FALSH EPROM。該處理器與相關(guān)電路的連接系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1 智能數(shù)字功放系統(tǒng)框圖
在該系統(tǒng)中，MCU的P3.2為紅外信號接收線，P1口、P30、P31為鍵盤控制線，P33、P34繼電路控制電路控制線，P0口、P25、P26、P27為液晶顯示數(shù)據(jù)、控制線，系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲電路、實時時鐘電路、FM收音機(jī)電路、音頻控制電路均采用IIC總線接口，共用P22、P23引腳。
2．2 紅外接收電路
遙控信號使用一體化紅外接收頭進(jìn)行接收，當(dāng)接收到遙控信號，接收頭解碼輸出一連竄標(biāo)準(zhǔn)的5V和0V的高地電平。一幀紅外數(shù)據(jù)包括引導(dǎo)碼、用戶碼、數(shù)據(jù)碼和反數(shù)據(jù)碼，編碼總占32位。數(shù)據(jù)反碼是數(shù)據(jù)碼反相后的編碼，編碼時可用于數(shù)據(jù)的糾錯。一幀完整的數(shù)據(jù)如圖2所示。用戶碼或數(shù)據(jù)碼的每一位都采用脈沖位置調(diào)制方式編碼（即0和1的高電平脈寬不變，為0.56ms。位0的低電平脈寬為0.565ms,而位1的低電平脈寬為1.69ms），實現(xiàn)“1”和“0”的區(qū)分。紅外解碼數(shù)據(jù)直接送至單片機(jī)P32（外部中斷0引腳），根據(jù)脈沖位置調(diào)制編碼的特點，可以使用單片機(jī)外部中斷的邊沿觸發(fā)方式，每一位編碼的下降沿觸發(fā)中斷，并啟用單片機(jī)定時功能，計時比較下降沿低電平的脈沖脈寬度即可識別編碼數(shù)據(jù)的1和0，實現(xiàn)遙控信號的解碼。
圖2紅外信號數(shù)據(jù)編碼格式
2．3音頻處理電路
音頻處理電路包括音頻外理電路和功率放大電路二部分。音頻外理電路由音頻處理器及其外圍電路構(gòu)，處理器選用的是仕欄電子公司的SC7313數(shù)控音頻處理器，該芯片采用高性能的COMS工藝技術(shù)，具有低失真、低噪聲和低直流電平漂移特，能實現(xiàn)音量、音調(diào)、平衡度和響度控制功能，最多可輸入3路音頻信號，4聲道輸出，其控制方式采用IIC總線接口方式。音頻外理電路如圖3所示，通過J304接口，串行時鐘端（SCL）與單片機(jī)的P20相連，串行數(shù)據(jù)端（SDA）與P21相連。
圖3 音頻處理電路
2．4數(shù)據(jù)存儲電路
智能家居背景音樂控制器在每次開機(jī)后需要從存儲電路中讀取系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，保證系統(tǒng)處在正常的工作狀態(tài)；在使用過程中，及時的存儲用戶的相關(guān)操作，以便下次開機(jī)系統(tǒng)工作在相同模式。同時為了實現(xiàn)系統(tǒng)掉電后數(shù)據(jù)仍被保存，為此，文中選擇用了IIC控制總線芯片（AT24C02）作為數(shù)據(jù)存儲電路。由于和音頻外理器采用同一總線結(jié)構(gòu)，為了節(jié)約IO口線，簡化電路連接，存儲電路與音頻外理電路共用IO控制口，串行時鐘端（SCL）與單片機(jī)的P20相連，串行數(shù)據(jù)端（SDA）與P21相連，寫保護(hù)端（WP）直接接地。在工作過程中，系統(tǒng)參數(shù)的讀寫和存儲實際上是對AT24C02進(jìn)行讀寫(開機(jī)后讀出數(shù)據(jù)，設(shè)置后寫入數(shù)據(jù))。AT24C02的讀寫操作分為當(dāng)前地址單元讀、隨機(jī)讀、順序讀，寫操作分為字節(jié)寫和頁寫，其中隨機(jī)讀的時序如圖4所示，按字節(jié)寫的時序如圖5所示。
圖4 隨機(jī)讀的時序圖
圖5 按字節(jié)寫時序圖
2．5 FM收音機(jī)電路
當(dāng)智能家居背景音樂控制器沒有外接音頻信號源時，F(xiàn)M收音機(jī)電路可接收調(diào)頻收音機(jī)信號作為輸入信號，本文選用了RDA5807P作為收音解碼芯片，可接76MHz_108MHz頻段的調(diào)頻收音機(jī)信號。RDA5807可提供IIC總線和SPI總線的兩種不同的接口控制模式，為了電路連接和編程控制簡單，文中選用了和AT24C02存儲器、SC7313音頻處理器控制總線相同IIC總線接口模式，共用控制總線。串行時鐘端（SCL）與單片機(jī)的P20相連，串行數(shù)據(jù)端（SDA）與P21相連，左右聲道輸出端（L-OUT、R-OUT）與SC7313的音頻輸入通道3（L3、R3）相連。
5807P Mode有5種狀態(tài)：復(fù)位初始化（Reset&Initial）、設(shè)置頻點（Tune）、搜臺（Seek）、工作（Working）、休眠（Sleep）。在芯片上電和復(fù)位后，軟件通過編寫ENABLE（02H，bit 0）寄存器，將其置為1，即可使RDA5807P進(jìn)入上電狀態(tài)。軟件通過編程相應(yīng)寄存器，即可使RDA5807P進(jìn)入Tune或Seek狀態(tài)，這些操作之后，RDA5807P進(jìn)入正常工作狀態(tài)（Working）。軟件通過將ENABLE置為0，可使RDA5807P進(jìn)入睡眠狀態(tài)，此時所有寄存器值保持不變（與未睡眠之前相同）。在睡眠狀態(tài)時，軟件可通過編寫ENABLE為1，即可將RDA5807P回到正常工作狀態(tài),如圖6所示。
圖6 RDA5807P的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖
2．6 自動開關(guān)機(jī)控制電路
智能家居背景音樂控制器可實現(xiàn)定時開關(guān)機(jī)功能，并且根據(jù)用戶的設(shè)定還可以定時播放某一通道的音樂、定時收聽電臺節(jié)目。自動開關(guān)機(jī)功能是主控電路MCU不斷讀取系統(tǒng)當(dāng)前時間，與用戶設(shè)定的開機(jī)關(guān)時間進(jìn)行比較，當(dāng)兩個時間值相同時，控制繼電器的通斷來控制除主控電路以外的電路的供電，實現(xiàn)在自動開關(guān)機(jī)功能。自動開關(guān)機(jī)控制電路如圖7所示，在設(shè)計該電路時，考慮系統(tǒng)與其它音源設(shè)備協(xié)同工作，所以提供了兩路開關(guān)控制電路，除了控制本機(jī)的相關(guān)電路工作外，還可以擴(kuò)展控制音源設(shè)備的電源通斷，實現(xiàn)其定時開關(guān)機(jī)。當(dāng)MCU讀到當(dāng)前系統(tǒng)時間與用戶設(shè)定的開機(jī)時間相同時，MCU的P34輸出低電平，三極管Q201飽和導(dǎo)通，繼電器吸合，各工作電路得電開始工作。定時關(guān)機(jī)控制與之類似。
圖7繼電器控制電路
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
有了2.1節(jié)設(shè)計的硬件以后，要使系統(tǒng)正常的工作還需要相關(guān)的軟件支持。論文檢測。在此由于篇幅的原因只給出系統(tǒng)流程圖，如圖8所示：
圖8系統(tǒng)流程圖
4、結(jié)束語
本文首先以模塊化的桔構(gòu)詳細(xì)設(shè)計硬件的各個模塊，并對關(guān)鍵信號進(jìn)行了具體分板析，然后針對硬件系統(tǒng)給出相應(yīng)的軟件流程圖。通過對該系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)為人們在家居背影音樂控制的設(shè)計與應(yīng)用提供了一定的幫助。
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