基于单片机的早教机设计和实现电气工程专业.doc

基于单片机的早教机设计 摘 要 在国际化浪潮下的今天，教育在各国各业扮演着举足轻重的角色，在这种大的国际环境下，父母对于下一代的教育问题那是越来越重视，为了让孩子在各个方面优于别人家的孩子，父母把眼光看向了儿童的早期教育。再加之婴幼儿本身在早期的学习能力比较强，并且幼儿期还是智力发展的重要阶段。如何更有趣，更科学的把知识带给咿呀学语的婴幼儿，早教机就是一个很理智的选择。 本课题主要探讨以单片机STC89C52单片机作为主控模块，同时STC89C52单片机通过调用keil软件编写的程序最终来实现儿童早教机的播放音乐功能。本设计的早教机体积小。便于携带。添加了蓝牙控制模块依次提高父母和孩子的互动性。对于早教机的主体使用者孩子则可以通过独立按键进行控制早教机中播放的内容，显示屏采用的是LCD1602液晶显示屏。语音模块则采用高品质播放的MP3串口模块，为了使早教机在使用时声音可以足够大的播放出来，采用功率放大器和喇叭来时使早教机在播放使声音足够大而清晰。 关键词：STC89C52单片机；MP3串口模块；蓝牙遥控；LCD1602显示屏；功率放大器 ABSTRACT In today's society, parents pay more and more attention to the next generation of education, in order not to let their children lose in the starting line, the early childhood education is considerable attention, and the baby itself in the early learning ability is relatively strong, and early childhood is an important stage of intellectual development. How to make more interesting and scientific knowledge to the babbling infants, early machine is a very rational choice. The main subject of the research on STC89C52 Monolithic as the core carrier, through the keil software program to achieve early music broadcast function, the user can connect the building with independent or Bluetooth remote control to select the power amplifier and speakers to play songs, can control the volume size, and the LCD1602 display screen can display the song name, besides, an external Monolithic MP3 serial port module, and a speaker can achieve its storytelling voice function, increase the fun and play. Keywords：STC89C52Monolithic；LCD1602 display screen；MP3 serial port module；increase the fun and play；HC-05 目 录 TOC \o "1-3" \h \u 摘 要 I ABSTRACT II 1引言 1 1.1 背景 1 1.2意义 1 1.3早教机发展现状 1 2 常用软硬件介绍 2 2.1软件 2 2.1.1 Proteus仿真软件 2 2.1.2 Keil编程软件 3 2.2硬件 3 HYPERLINK \l _Toc17962 2.2.1 STC89C52单边机 3 2.2.2 LCD1602显示屏 3 HYPERLINK \l _Toc7656 2.2.3 HC-05蓝牙模块 3 HYPERLINK \l _Toc1436 3系统及硬件设计 4 3.1总体方案设计 4 3.2主控模块选择 4 3.3输入模块选择 6 3.3.1 独立按键 6 3.3.2蓝牙遥控 6 3.4输出模块 6 3.4.1 显示屏选择 6 3.4.2语音模块选择 7 3.5硬件电路设计 8 3.5.1歌曲序号及名称显示电路 8 3.5.2独立按键电路 8 3.5.3晶振电路 9 3.5.4指示灯电路 9 3.5.5扬声器电路 10 3.6系统硬件总电路图 10 图3.9 系统硬件总电路 10 4 软件设计 10 4.1 音乐播放主控流程图 11 4.2 音乐播放子程序流程图 12 4.3 LCD1602显示子程序流程图 13 4.4语音模块工作流程图 13 5 系统仿真与调试 14 5.1初始化状态 15 5.2运行仿真 15 5.3硬件调试 17 6总结 20 致谢 22 1引言 1.1 背景 “少年智则国兴智，少年强则国强”儿童是祖国未来的主人。但基于我国父母一辈大多要忙于赚钱，基本上没时间去关心孩子的教育问题，所以照顾孩子的主要是祖父母。祖辈的文化程度相对来说比较低，想要很好的去给孩子营造优质的教育氛围是很困难的，因此经济实惠而且功能比较多的儿童早教机是一个很好地对孩子进行早期教育的选择。孩子早期是一个学习语言的重要时期，周围说什么他们就学什么。通过儿童早教机通可以让孩子发育初期就了解什么是韵律，以便更好的去学习语言。市面上的儿童早教机大多都是通过按键和红外遥控器来控制的语音模块的替换，这样的设计是有一定的理由的，利用按键的形式让咿呀学语的孩子对阿拉伯数字有一定的认知。现如今经济发展都提倡绿色发展，而儿童早教机为了响应绿色发展的历史潮流，从以往的选择触屏设计从而代替以往的纸张。这样的设计也有利于让幼儿操作起来比较容易儿童增加了使用的安全性。在国际化的今天我们可以看到，儿童早教机对于孩子的成长是不可缺少的。 1.2意义 此毕业设计课题打破了传统的按键遥控，改为按键遥控或者蓝牙遥控，它不仅习惯了人民以往的习惯，也添加了新的蓝牙遥控功能以更加方便人民的使用，优化了用户体验。早教机的内容分为歌曲类和故事类，更加的开发了婴幼儿的脑力发育，良好的MP3音质播放更加的提高了音乐的品质。此外，用户可以随时更换早教机中教学的内容，完全避免了使用一段时间后因为早教机中的内容被听烦而被当作垃圾丢弃，所具有一定的市场适用性。 1.3早教机发展现状 少年强则国强，所以现今各个国家地区都很重视教育问题尤其是儿童的早期教育。由于贸易的全球化和科技迅速发展的原因，使得儿童早教机处在一个快速发展的状态，但是大致上来讲儿童早教机经历了以下几代的改进： 第一代存在一定的缺陷，具体表现为教学内容枯燥，操作繁琐，孩子需在家长的帮助下使用，而且需要辅助的材料(比如卡片等资料)放在机子上方能使用，这样孩子就不能随时随地，想学就学。 第二代早教机（点读机）经过不断改良在一定程度上弥补了第一代产品的不足，它更加生动有趣的去引导儿童早期智力发育。点读笔的诞生，大大增加了早教机的趣味性。它可以让用户在学习的同时感受到游戏的乐趣性，充分完成了从“你要读”变成“我要读”的转变，一经市场就受到一阵热捧。 第三代早教机更是功能繁多，不仅添加了投影的功能，还对设计材料有一定的要求。投影这一功能的添加可以让孩子在使用早教机时更好的进入氛围，大多都是一些星空，海洋，比较温和舒缓的投影。这样不仅开发了儿童的听声识别能力，也同时开发了孩子的想象创新的能力。 第四代在第三代的基础上增加了彩色显示屏,可以让宝宝更直观的看动画视频,从而增强宝宝对教学内容的接受度，机身的内存也从原来的1G扩大到4G 或8G及16G以上,从而大大提高了教学资源的丰富和度。在产品外观上也有一定的改良,使得产品体积大大缩小，方便随身携带。 将来的儿童早教机不仅仅注重幼儿的娱乐功能和教育功能，更注重儿童的安全考虑。其中儿童早教机更趋向于选择环保和绿色健康的材料,为了增加儿童对色彩的分辨率以及对美好事物的理解，设计的更加可爱，多姿多彩。随着时代的发展，我相信儿童早教机一定会发展的越来越好，比如我们可以在早教机中添加温度感应器，这样可以随时关注孩子的体温，有利于孩子的健康；我们还可以添加距离报警器，这样可以在孩子距离家长一定时间后进行报警，大大防范我国儿童屡次被拐卖事件；我们还可以添加天气预报功能，这样可以在孩子出门上学的时候避免了没有带雨伞而要家长专门跑一趟去送伞的情况，可以早早培养孩子的独立自主的良好品质等等诸如此类的功能。增加远程视频通话的功能，当孩子想念父母使可以通过简单按键实时与父母通话，并且如现在连接手机的智能腕表一样，给孩子一个连接早教机的智能手环连接，实时检测孩子体温和心率等身体状况。 2 常用软硬件介绍 2.1软件 2.1.1 Proteus仿真软件 电子产品设计过程中最重要的莫过于开始的电路板设计，不管是什么电子产品的设计与实现，其配件都需要合理的布置在电路板上才能实现其我们所想要的功能。因而我们想要自己所设计的电子产品性能稳定、外观精美、首先就要设计出合理的电路板布局。所以我们这时就需要在焊制电路板之前进行布局进而仿真验证自己的电路是否准确，功能能否实现。而Proteus就是当下这些软件中的典型代表的仿真工具，它是具有强大的编辑功能，有效的检测手段，可以通过仿真实时观察到所要设计的实际情况，以此来验证我们的设计是否准确无误，它还能配合系统内置的虚拟检测仪器来显示和输出，以其稳定、易用、高效等优点被广泛使用。其仿真过程：首先按照我们所设计的原理图在Proteus中放置我们所需的元器件，并且将放置好的元器件用导线连接起来，最终完成原理图的绘制。再用鼠标双击我们所放置的单片机，将Keil中所生成的.hex文件加载到我们所使用的单片机中，最终点击软件中的运行按钮，实现最终仿真结果。 2.1.2 Keil编程软件 想要单边机实现其我们所设计的功能，自然而然离不开程序汇编。keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势而被广泛使用。我们在使用Keil编程软件时，首先要建立一个工程，其次在工程文件夹下添加文件并编写我们所设计的程序，编辑完程序后，编译调制进而产生一个二进制文件（.hex）。本课题设计就是利用Keil编程软件调试生成的（.hex）文件实现早教机播放音乐和故事类功能。 2.2硬件 2.2.1 STC89C52单边机 产品所设计想要实现其功能，作为主控模块的单片机是一个产品的基础。我们大多采用STC型单片机 。STC89C52是STC公司生产的微型控制器，它具有低电压，高性能等等的优势。STC89C52单片机主要是基于8051内核，是新一代增强型单片机，指令代码完全兼容传统8051，速度快8~12倍，带ADC、4路PWM，双串口，有全球唯一ID号，加密性好，抗干扰强，因此被广泛使用。 2.2.2 LCD1602显示屏 LCD1602隶属于简单应用的工业字符液晶，是专门用来显示字母、数字、符号等等。它本身轻薄短小，功耗低，电压低、无辐射、可以同时显示两行字符，大大扩展了显示的内容等等优点被广泛使用，其工作最适合的电压为5V。 2.2.3 HC-05蓝牙模块 HC-05蓝牙模块的使用不仅增加其技术含量、方便性、趣味性等，还可以在孩子使用家教机市家