Arduino單片機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)基于Arduino的急救車音效設(shè)計(jì)屆電信工程系專業(yè)移動(dòng)通信技術(shù)（）班級學(xué)號姓名指導(dǎo)教師2012年12月14日完成日期石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書姓名學(xué)號專業(yè)班級畢業(yè)設(shè)計(jì)題目基于Arduino的急救車音效設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師姓名職稱高級工程師工程師工作單位惠遠(yuǎn)公司畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容、基本要求、重點(diǎn)研究問題、主要設(shè)計(jì)方法（或步驟）：一、設(shè)計(jì)內(nèi)容：基于Arduino的急救車音效二、基本要求：把Arduino實(shí)驗(yàn)板與蜂鳴器連接起來，通過向Arduino實(shí)驗(yàn)板中導(dǎo)入源代碼，來使蜂鳴器發(fā)出急救車的音效。二、重點(diǎn)研究內(nèi)容：利用Arduino與蜂鳴器實(shí)現(xiàn)急救車音效四、主要設(shè)計(jì)方法：1、

2、Arduino的硬件、軟件（開發(fā)環(huán)境）2、設(shè)備連接，調(diào)試主要參考文獻(xiàn)、資料：李學(xué)海，經(jīng)典80C51單片機(jī)輕松入門與上手，清華大學(xué)出版社，2009班茲，愛上Arduino，人民郵電出版社，2011程晨，Arduino開發(fā)實(shí)戰(zhàn)指南，機(jī)械工業(yè)出版社，2012網(wǎng)絡(luò)資料搜集計(jì)劃進(jìn)度：1、2012年10月08日2012年10月12日選論題2、2012年10月13日2012年10月25日資料搜集,進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)3、2012年10月26日2012年11月02日購買電路板元器件，焊接電路板4、2012年11月03日2012年11月20日撰寫論文初稿5、2012年11月21日2012年12月14日修改，定稿打印6、

3、2012年12月24日2012年12月26日答辯指導(dǎo)教師簽字：年月日石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)評定書姓名學(xué)號專業(yè)班級畢業(yè)設(shè)計(jì)題目基于Arduino的急救車音效設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評語：指導(dǎo)教師建議成績（60%）指導(dǎo)教師簽字：年月日答辯小組建議成績（40%）組長簽字：年月日答辯委員會(huì)最后審定成績主任簽字：年月日備注摘要急救車，專指接載病員由傷病現(xiàn)場往醫(yī)院，或用作載接病情嚴(yán)重者作轉(zhuǎn)院服務(wù)的陸上緊急交通工具。急救車的常規(guī)配備包括擔(dān)架、輪椅、呼吸輔助器、氧氣筒、藥物、警號燈等。而對于警號燈伴隨著“嘀嘟嘀嘟”的聲音最為我們熟悉，那么這種“嘀嘟嘀嘟”的聲音是怎樣制作出來的呢？目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域

4、，人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。本文設(shè)計(jì)以ATMEGA328P-PU單片機(jī)為核心，以Arduino為平臺(tái)。把設(shè)置好的源代碼傳到Arduino控制板上，然后把蜂鳴器連接在控制板上，以此發(fā)出“嘀嘟嘀嘟”的音效。IIII6總結(jié)19I目錄TOC o 1-5 h z1前言1 HYPERLINK l bookmark14 2單片機(jī)Arduino的核心器件1 HYPERLINK l bookmark16 2.1單片機(jī)的定義1 HYPERLINK l bookmark18 單片機(jī)與個(gè)人計(jì)算機(jī)的異同1 HYPERLINK l bookmark20 2.3單片機(jī)的作用1 HYPERLI

5、NK l bookmark22 2.4單片機(jī)視圖23Arduino的基本組成2 HYPERLINK l bookmark24 Arduino的定義2 HYPERLINK l bookmark26 Arduino的誕生2 HYPERLINK l bookmark28 Arduino語言33.3.1關(guān)鍵字3 HYPERLINK l bookmark36 4本次設(shè)計(jì)所需的硬件與軟件6 HYPERLINK l bookmark38 ArduinoUNO6Arduinouno基本概要74.1.2通信接口7 HYPERLINK l bookmark40 4.1.3下載程序8 HYPERLINK l boo

6、kmark46 4.1.4注意要點(diǎn)8蜂鳴器8 HYPERLINK l bookmark48 開發(fā)環(huán)境8 HYPERLINK l bookmark52 5系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試9 HYPERLINK l bookmark54 5.1準(zhǔn)備好硬件開發(fā)平臺(tái)9 HYPERLINK l bookmark56 5.2實(shí)現(xiàn)原理9 HYPERLINK l bookmark58 程序代碼9下載程序105.4.1打開文件夾105.4.2編寫源代碼115.4.3編譯程序1214致謝20參考文獻(xiàn)21 1前言Arduino是一個(gè)開源的電子原型平臺(tái)，它基于易于使用的硬件和軟件而設(shè)計(jì)。適合于藝術(shù)家，設(shè)計(jì)師和業(yè)余愛好者創(chuàng)建交互性的對象

7、和環(huán)境。Arduino通過接收來自各種傳感器的輸入來感知環(huán)境的變化，通過控制燈光，馬達(dá)和其它驅(qū)動(dòng)器來表現(xiàn)行為。主板微控制器的編程使用Arduino編程語言（基于Wiring）和Arduino開發(fā)環(huán)境（基于Processing）。Arduino項(xiàng)目可以獨(dú)立運(yùn)行，也可以與計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的軟件通信（如Flash、Processing、MaxMSP）。主板可以通過手工制作，或者購買商業(yè)成品，而軟件是可以免費(fèi)下載。硬件參考設(shè)計(jì)（CAD文件）是開源許可的，可以根據(jù)需求自由調(diào)整。2單片機(jī)Arduino的核心器件單片機(jī)的定義單片機(jī)，全稱單片微型計(jì)算機(jī)（英語：Single-ChipMicrocomputer），又

8、稱微控制器（Microcontroller）,是把中央處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器（Timer/Counter）各種輸入輸出接口等都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)與個(gè)人計(jì)算機(jī)的異同一臺(tái)能夠工作的計(jì)算機(jī)要有這樣幾個(gè)部份構(gòu)成：中央處理單元CPU（進(jìn)行運(yùn)算、控制）、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）、只讀存儲(chǔ)器ROM（程序存儲(chǔ)）、輸入/輸出設(shè)備I/O（串行口、并行輸出口等）。在個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）上這些部份被分成若干塊芯片，安裝在一個(gè)被稱之為主板的印刷線路板上。而在單片機(jī)中，這些部份全部被做到一塊集成電路芯片中了，所以就稱為單片（單芯片）機(jī)，而且有一些單片機(jī)中除了上述部份外，還集成了其它部份如

9、模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換（A/D）和數(shù)字量/模擬量轉(zhuǎn)換（D/A）等。電腦應(yīng)用于高端，單片機(jī)應(yīng)用于中低端，二者有著各自的生存空間，至少短期內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)一種取代另一種的情況。單片機(jī)的作用實(shí)際工作中并不是任何需要計(jì)算機(jī)的場合都要求計(jì)算機(jī)有很高的性能，一個(gè)控制電冰箱溫度的計(jì)算機(jī)難道要用酷睿處理器嗎？應(yīng)用的關(guān)鍵是看是否夠用，是否有很好的性能價(jià)格比。如果一臺(tái)冰箱都需要用酷睿處理起來進(jìn)行溫度控制，那價(jià)格就是天價(jià)了。單片機(jī)通常用于工業(yè)生產(chǎn)的控制、生活中與程序和控制有關(guān)（如：電子琴、冰箱、智能空調(diào)等）的場合。2.4單片機(jī)視圖下圖就是一個(gè)Atmega328P-PU單片機(jī)，基于AVR指令集的8位處理器，頻率20MHz，存儲(chǔ)

10、器空間32KB。圖2-1Atmega328P-PU單片機(jī)3Arduino的基本組成Arduino的定義Arduino,是一個(gè)開源的單板機(jī)控制器，采用了基于開放源代碼的軟硬件平臺(tái)，構(gòu)建于開放源代碼simpleI/O介面版，并且具有使用類似Java,C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。Arduino的誕生2005年冬天，MassimoBanzi和DavidCuartielles討論學(xué)生們抱怨找不到便宜好用的微控制器問題，討論使兩人決定設(shè)計(jì)自己的電路板，由Banzi的學(xué)生DavidMellis為電路板設(shè)計(jì)編程語言。兩天以后，DavidMellis就寫出了程式碼。又過了三天，電路板就完

11、工了。這塊電路板被命名為Arduino。隨后Banzi，Cuartielles，和Mellis把設(shè)計(jì)圖放到了網(wǎng)上。保持設(shè)計(jì)的開放源碼理念，因?yàn)榘鏅?quán)法可以監(jiān)管開源軟件，卻很難用在硬件上，他們決定采用共享創(chuàng)意許可。在共享創(chuàng)意許可下，任何人都被允許生產(chǎn)電路板的復(fù)制品，還能重新設(shè)計(jì)，甚至銷售原設(shè)計(jì)的復(fù)制品。你不需要付版稅，甚至不用取得Arduino團(tuán)隊(duì)的許可。唯一被保留的只有Arduino這個(gè)名字。它被注冊成了商標(biāo)。Arduino語言Arduino語言是建立在C/C+基礎(chǔ)上的，其實(shí)也就是基礎(chǔ)的C語言。3.3.1關(guān)鍵字fif.elseforswitchcasewhiledo.whilebreakcont

12、inuereturngoto3.3.2語法符號7/*/3.3.3運(yùn)算符+*/%=&|!+=*二/=3.3.4數(shù)據(jù)類型boolean布爾類型char字符類型byte字節(jié)類型int整數(shù)類型unsignedint無符號整型long長整型unsignedlong無符號長整型float實(shí)數(shù)類型doublestringarrayvoid3.3.5常量HIGH|LOW表示數(shù)字IO口的電平，HIGH表示高電平（1）,LOW表示低電平（0）。INPUT|OUTPUT表示數(shù)字IO口的方向,INPUT表示輸入（高阻態(tài)）,OUTPUT表示輸出（AVR能提供5V電壓40mA電流）。true|falsetrue表示真（1

13、），false表示假（0）。以上為基礎(chǔ)C語言的關(guān)鍵字和符號，大家可以了解，具體使用可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)的程序。3.3.6結(jié)構(gòu)voidsetup()初始化發(fā)量，管腳模式，調(diào)用庫函數(shù)等voidloop()連續(xù)執(zhí)行函數(shù)內(nèi)的語句3.3.7功能數(shù)字I/OpinMode(pin,mode)數(shù)字IO口輸入輸出模式定義函數(shù)，pin表示為013,mode表示為INPUT或OUTPUT。digitalWrite(pin,value)數(shù)字IO口辒出電平定義函數(shù)，pin表示為013,value表示為HIGH或LOW。比如定義HIGH可以驅(qū)動(dòng)LED。intdigitalRead(pin)數(shù)字IO口讀輸入電平函數(shù),pin表示為0

14、13,value表示為HIGH或LOW。比如可以讀數(shù)字傳感器。模擬I/OintanalogRead(pin)模擬IO口讀函數(shù)，pin表示為05(ArduinoDiecimila為05(Arduinonano為07)。比如，可以讀模擬傳感器(10位AD,05V表示為01023)。analogWrite(pin,value)-PWM數(shù)字IO口PWM輸出函數(shù)，Arduino數(shù)字IO口標(biāo)注了PWM的IO口可使用該函數(shù)。pin表示3,5,6,9,10,11,value表示為0255。比如，可用于電機(jī)PWM調(diào)速或音樂播放。時(shí)間函數(shù)delay(ms)延時(shí)函數(shù)(單位ms)。delayMicroseconds(

15、us)延時(shí)函數(shù)(單位us)。數(shù)學(xué)函數(shù)min(x,y)求最小值max(x,y)求最大值abs(x)計(jì)算絕對值constrain(x,a,b)約束函數(shù)，下限a,上限b,x必須在ab之間才能返回。map(value,fromLow,fromHigh,toLow,toHigh)約束函數(shù)，value必須在fromLow與toLow之間和fromHigh與toHigh之間。pow(base,exponent)開方函數(shù)，base的exponent次方。 # sq(x)平方sqrt(x)開根號4本次設(shè)計(jì)所需的硬件與軟件表4-1實(shí)驗(yàn)器件實(shí)驗(yàn)器件個(gè)數(shù)Arduinouno1蜂鳴器(無源)1導(dǎo)線24.1Arduino

16、UNOArduinoUNO是ArduinoUSB接口系列的最新版本，作為Arduino平臺(tái)的參考標(biāo)準(zhǔn)模板。UNO的處理器核心是ATmega328，同時(shí)具有14路數(shù)字輸入/輸出口(其中6路可作為PWM輸出)，6路模擬輸入，一個(gè)16MHz晶體振蕩器，一個(gè)USB口，一個(gè)電源插座，一個(gè)ICSPheader和一個(gè)復(fù)位按鈕。UNO已經(jīng)發(fā)布到第三版，與前兩版相比有以下新的特點(diǎn)：在AREF處增加了兩個(gè)管腳SDA和SCL，支持I2C接口；增加IOREF和一個(gè)預(yù)留管腳，將來擴(kuò)展板將能兼容5V和3.3V核心板。這樣改進(jìn)了復(fù)位電路設(shè)計(jì)，USB接口芯片由ATmega16U2替代了ATmega8U2。如圖4-1為改進(jìn)后的

17、ArduinoUNO。ARDUIND5iw-IE=bM-LPlQmemAPiOQO?7111*+DICXTALS弋-4ataJjj二*麗HWJkuE4圖4-1ArduinoUNOCS-030SArduinouno基本概要處理器ATmega328工作電壓5V輸入電壓(推薦)7-12V輸入電壓(范圍)6-20V數(shù)字10腳14(其中6路作為PWM輸出)模擬輸入腳6IO腳直流電流40mA3.3V腳直流電流50mAFlashMemory32KB(ATmega328，其中0.5KB用于bootloader)SRAM2KB(ATmega328)EEPROM1KB(ATmega328)工作時(shí)鐘16MHz4.1

18、.2通信接口串口：ATmega328內(nèi)置的UART可以通過數(shù)字口0(RX)和1(TX)與夕卜 部實(shí)現(xiàn)串口通信；ATmegal6U2可以訪問數(shù)字口實(shí)現(xiàn)USB上的虛擬串口。TWI（兼容I2C）接口。SPI接口。4.1.3下載程序ArduinoUNO上的ATmega328已經(jīng)預(yù)置了bootloader程序，因此可以通過Arduino軟件直接下載程序到UNO中。也可以直接通過UNO上ICSPheader直接下載程序到ATmega328。ATmega16U2的Firmware（固件）也可以通過DFU工具升級。4.1.4注意要點(diǎn)ArduinoUNO上USB口附近有一個(gè)自恢復(fù)的保險(xiǎn)絲，對電路起到保護(hù)作用。當(dāng)

19、電流超過500mA時(shí)會(huì)斷開USB連接。ArduinoUNO提供了自動(dòng)復(fù)位設(shè)計(jì)，可以通過PC主機(jī)復(fù)位。這樣通過Arduino軟件下在程序到UNO中，軟件可以自動(dòng)復(fù)位，不需要手動(dòng)復(fù)位按鈕。在印制板上絲印“RESETEN”處可以使能和禁止該功能。蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結(jié)極的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。按其驅(qū)動(dòng)方式的不同，可分為：有源蜂鳴器（內(nèi)含驅(qū)動(dòng)線路）和無源蜂鳴器（外部驅(qū)動(dòng)）。本設(shè)計(jì)使用無源蜂鳴器。開發(fā)環(huán)境本次設(shè)計(jì)使用的軟件為Arduino開發(fā)環(huán)境Arduino-0022,如圖4-2所示。圖

20、4-2開發(fā)環(huán)境5系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試5.1準(zhǔn)備好硬件開發(fā)平臺(tái)把Arduino控制板與其他器件連接好，再把Arduino與微機(jī)USB口連接好。5.2實(shí)現(xiàn)原理蜂鳴器發(fā)出聲音的時(shí)間間隔不同，頻率就不同，所以發(fā)出的聲音就不同。根據(jù)這一原理我們通過改變蜂鳴器發(fā)出聲音的時(shí)間間隔，來發(fā)出不同種聲音，來模擬各種聲音。本程序首先讓蜂鳴器間隔1ms發(fā)出一種頻率的聲音，循環(huán)80次；接著讓蜂鳴器間隔2ms發(fā)出另一種頻率的聲音，循環(huán)100次。5.3程序代碼intbuzzer=7;/設(shè)置控制蜂鳴器的數(shù)字10腳voidsetup()pinMode(buzzer,OUTPUT);/設(shè)置數(shù)字IO腳模式，OUTPUT為輸出voidlo

21、op()unsignedchari,j；/定義發(fā)量while(1)for(i=0;i80;計(jì)+)/輸出一個(gè)頻率的聲音digitalWrite(buzzer,HIGH);/發(fā)聲音delay(1);/延時(shí)1msdigitalWrite(buzzer,LOW);/不發(fā)聲音delay(1);/延時(shí)1msfor(i=0;i100;計(jì)+)/輸出另一個(gè)頻率的聲音digitalWrite(buzzer,HIGH);/發(fā)聲音delay(2);/延時(shí)2msdigitalWrite(buzzer,LOW);/不發(fā)聲音delay(2);/延時(shí)2ms下載程序打開文件夾打開arduino0022文件夾里面有一個(gè)標(biāo)有ard

22、uino.exe圖標(biāo)，雙擊打開會(huì)出現(xiàn)如圖5-1的界面。5ketchi_octl9a|Arduino0022 # 圖5-1工作界面5.4.2編寫源代碼File-new然后編寫蜂鳴器實(shí)驗(yàn)源代碼，如圖5-2所示。圖5-2源代碼5.4.3編譯程序，這點(diǎn)擊編譯按鈕，這時(shí)編譯按鈕會(huì)發(fā)成黃色，下面出現(xiàn)英文compiling表示軟件正在對你所寫癿程序進(jìn)行編譯，如圖5-3所示。skeich_oct06b|Arduino0022回3skeich_oct06b|Arduino0022回3題5ketckb_oc+Ubb|AnduinoUCJ22 FileEditSketchToolsHelpO3sketch_oct0

23、6bintbuzzer-?：/設(shè)羞控制搓鳴器的數(shù)字【0腳-Ddsetup）piniAode(buzzer,OUTPUT)：/7i殳置數(shù)字0腳模式OUTPUT対輸出vDdIDDjj()funsEgnedchari,J：/7定義變重hIe(I)For(L-0：lBO：l-J/輸出一個(gè)瀕率的聲音HIGH);7炭百音deLay(U:/涎時(shí)應(yīng)dtgttiLUrtie(buzzer,LX)fl)：/不發(fā)聲音llEL訕I(yè));/7延吋JIMFn=n，iinn，EH/7輸屮另一個(gè)騎戀的擊咅圖5-3編譯程序等待一會(huì)，會(huì)看到編譯按鈕恢復(fù)原來的狀態(tài)，下面出現(xiàn)Donecompiling，最下面一段文字說明編寫的程序共有

24、896字節(jié)數(shù)。這表明，程序編譯成功，并且沒有語法上的錯(cuò)誤。如圖5-4所示。FileEditSketchToolsHelpintbuzzer-?;/設(shè)置控制蜂鳴器的數(shù)字腳ldsetupfpEnWoddbLizer,OUTFUT）：設(shè)置數(shù)字0腳模式，OUTPUT為輸出11-DdIDDp()funsenedchar,J:/定義變重whLe(I)I匠1For(=0：Board選擇開發(fā)板型號，如圖5-5所示。 畬iEketh_cctO6b|ArduinoDO22AleEditSkstch口I芻Helpsketch_Dct06bFDir(L-U：B0AutoFormatArrhiveSkecchCtrl+

25、TFkEncoding&ReloadGeriaIMonitorCtrl+Shift-FM1=1LzJdEtalwridsLa?(I):JdEgLtaLflriJBoardSerieiIPortBumBcatlnadeirFor(=0：門MU葉)打輸出另一亍圾率的聲盲I貞貞儘田“IbiLzzt.HGH):炭聲咅deLei?(E):八正時(shí)血dEgEtaLrEtc|bu.zcr(Wfl);不戲聲音delay(Z)!/73&i2ii5Arduino-UnoArduinoDuemilanovtNanow/ATmega328ArduinoDiecimila,DuemilanovB!orNancw/ATme

26、gal68ArduinoMega2560ArduinoMegalATmpgal.2801ArduinoMiniArduinoFioArduinoBT唧A.Tmega328ArduinoBTw/ATmegalSBLilyPadArduinow/ATmegaB2&UlyPadArduino也ATmegal胡ArduiiwProorPreMini(5V,16MHzw/ATmega323ArduinoProorProMini(5VjlbMHz)w/ATmeqalbSArduinoProorProMini(3.3V,3Mlrlz)w/ATmega32SArduiiwProorProMini(3,3V.8

27、MHz)w/ATmc-gal68ArduinoNGorciderw/ATmegalfeSArduinoNGoralderw/ATmegaS圖5-5選擇板型查看串口，然后選擇正確的串口，如圖5-6所示。葩5keich_oct06b|Anduino0022|=LHJ冨葩5keich_oct06b|Anduino0022|=LHJ冨 #sketch_oct06bFor(=0：so：d.gtalflr1血I)；八d.gtalflr1delay(I)：/SerialPort/COM7BurnBootloaderBoardFor(-0：l00：-)輸出另一個(gè)頻率的聲音d-tettalflrLte(bQzz.er,H【GH):發(fā)聲音d-elay;/延時(shí)Hd.gtalflrte(buzzer,LOfl):不發(fā)聲音ielay:延時(shí)亦弓FileEditSketch|ToolsHelpAutoFormatCtrl-fTAr匚hiveSketchFixEncodin