1、. . . . 畢業設計基于Arduino的急救車音效設計21 / 25摘 要急救車，專指接載病員由傷病現場往醫院，或用作載接病情嚴重者作轉院服務的陸上緊急交通工具。急救車的常規配備包括擔架、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？目前單片機滲透到我們生活的各個領域，人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。本文設計以ATMEGA328P-PU單片機為核心，以Arduino為平臺。把設置好的源代碼傳到Arduino控制板上，然后把蜂鳴器連接在控制板上，以此發出“嘀嘟嘀嘟”的音效。目

2、 錄1前言12 單片機Arduino的核心器件12.1單片機的定義12.2單片機與個人計算機的異同12.3單片機的作用12.4單片機視圖23 Arduino的基本組成23.1 Arduino的定義23.2 Arduino的誕生23.3 Arduino語言33.3.1 關鍵字34本次設計所需的硬件與軟件64.1 Arduino UNO64.1.1 Arduino uno基本概要74.1.2 通信接口74.1.3 下載程序84.1.4 注意要點84.2蜂鳴器84.3開發環境85系統設計與調試95.1準備好硬件開發平臺95.2實現原理95.3程序代碼95.4下載程序105.4.1 打開文件夾105.

3、4.2 編寫源代碼115.4.3編譯程序125.4.4 下載程序146 總結19致20參考文獻211 前 言Arduino是一個開源的電子原型平臺，它基于易于使用的硬件和軟件而設計。適合于藝術家，設計師和業余愛好者創建交互性的對象和環境。Arduino通過接收來自各種傳感器的輸入來感知環境的變化，通過控制燈光，馬達和其它驅動器來表現行為。主板微控制器的編程使用Arduino編程語言（基于Wiring）和Arduino開發環境（基于Processing）。Arduino項目可以獨立運行，也可以與計算機上運行的軟件通信（如Flash、Processing、MaxMSP）。主板可以通過手工制作，或者

4、購買商業成品，而軟件是可以免費下載。硬件參考設計（CAD文件）是開源許可的，可以根據需求自由調整。2 單片機Arduino的核心器件2.1 單片機的定義單片機，全稱單片微型計算機（英語：Single-ChipMicrocomputer），又稱微控制器（Microcontroller），是把中央處理器、存儲器、定時/計數器（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算機。2.2 單片機與個人計算機的異同一臺能夠工作的計算機要有這樣幾個部份構成：中央處理單元CPU（進行運算、控制）、隨機存儲器RAM（數據存儲）、只讀存儲器ROM（程序存儲）、輸入/輸出設備I

5、/O（串行口、并行輸出口等）。在個人計算機（PC）上這些部份被分成若干塊芯片，安裝在一個被稱之為主板的印刷線路板上。而在單片機中，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，而且有一些單片機中除了上述部份外，還集成了其它部份如模擬量/數字量轉換（A/D）和數字量/模擬量轉換（D/A）等。電腦應用于高端，單片機應用于中低端，二者有著各自的生存空間，至少短期不會出現一種取代另一種的情況。2.3 單片機的作用實際工作中并不是任何需要計算機的場合都要求計算機有很高的性能，一個控制電冰箱溫度的計算機難道要用酷睿處理器嗎？應用的關鍵是看是否夠用，是否有很好的性能價格比。如果一臺冰箱

6、都需要用酷睿處理起來進行溫度控制，那價格就是天價了。單片機通常用于工業生產的控制、生活中與程序和控制有關（如：電子琴、冰箱、智能空調等）的場合。2.4 單片機視圖下圖就是一個Atmega328P-PU單片機，基于AVR指令集的8位處理器，頻率20MHz，存儲器空間32KB。圖2-1Atmega328P-PU單片機3 Arduino的基本組成3.1 Arduino的定義Arduino，是一個開源的單板機控制器，采用了基于開放源代碼的軟硬件平臺，構建于開放源代碼 simple I/O介面版，并且具有使用類似Java，C語言的Processing/Wiring開發環境。3.2 Arduino的誕生2

7、005年冬天，Massimo Banzi和David Cuartielles討論學生們抱怨找不到便宜好用的微控制器問題，討論使兩人決定設計自己的電路板，由Banzi的學生 David Mellis為電路板設計編程語言。兩天以后，David Mellis就寫出了程式碼。又過了三天，電路板就完工了。這塊電路板被命名為Arduino。隨后Banzi，Cuartielles，和Mellis把設計圖放到了網上。保持設計的開放源碼理念，因為法可以監管開源軟件，卻很難用在硬件上，他們決定采用共享創意許可。在共享創意許可下，任何人都被允許生產電路板的復制品，還能重新設計，甚至銷售原設計的復制品。你不需要付版稅

8、，甚至不用取得Arduino團隊的許可。唯一被保留的只有Arduino這個名字。它被注冊成了商標。3.3 Arduino語言Arduino語言是建立在C/C+基礎上的，其實也就是基礎的C語言。3.3.1 關鍵字if · if.else · for · switch case · while · do. while · break · continue · return · goto 3.3.2 語法符號· ; · · / · /* */ 3.3.3 運算符·

9、; = · + · - · * · / · % · = · < · > · <= · >= · && · | · ! · + · - · += · -= · *= · /= 3.3.4 數據類型·boolean 布爾類型 ·char 字符類型 ·byte 字節類型 ·int 整數類型 ·unsigned int 無符號

10、整型 ·long 長整型 ·unsigned long 無符號長整型 ·float 實數類型 ·double·string·array·void3.3.5 常 量·HIGH | LOW 表示數字IO 口的電平，HIGH 表示高電平（1），LOW 表示低電平（0）。 ·INPUT | OUTPUT 表示數字IO口的方向，INPUT 表示輸入（高阻態），OUTPUT 表示輸出（AVR能提供 5V電壓 40mA 電流）。 ·true | falsetrue 表示真（1），false表示假（0）。 以上

11、為基礎C語言的關鍵字和符號，大家可以了解，具體使用可以結合實驗的程序。3.3.6 結 構· void setup() 初始化發量，管腳模式，調用庫函數等 ·void loop() 連續執行函數的語句 3.3.7 功 能數字 I/O·pinMode(pin, mode) 數字IO口輸入輸出模式定義函數，pin表示為013，mode表示為INPUT或OUTPUT。·digitalWrite(pin, value) 數字IO口辒出電平定義函數，pin表示為013，value表示為HIGH或LOW。比如定義HIGH可以驅動LED。·intdigital

12、Read(pin) 數字IO口讀輸入電平函數，pin表示為013，value表示為HIGH或LOW。比如可以讀數字傳感器。模擬I/Oint analogRead(pin) 模擬IO口讀函數，pin表示為05（ArduinoDiecimila 為 05（Arduino nano為07）。比如，可以讀模擬傳感器（10位AD，05V表示為01023）。 ·analogWrite(pin, value)-PWM 數字IO口PWM輸出函數，Arduino數字IO口標注了PWM的IO口可使用該函數。pin表示3,5,6,9,10,11，value 表示為0255。比如，可用于電機PWM調速或音樂

13、播放。 時間函數 ·delay(ms) 延時函數（單位ms）。 ·delayMicroseconds(us) 延時函數（單位 us）。數學函數 ·min(x,y) 求最小值 ·max(x,y) 求最大值 ·abs(x) 計算絕對值 ·constrain(x,a,b) 約束函數，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，value必須在fromLow與toLow之間和fromHigh與toHigh之間。 ·pow(base

14、,exponent) 開方函數，base的exponent次方。 ·sq(x) 平方 ·sqrt(x) 開根號4 本次設計所需的硬件與軟件 表4-1 實驗器件實驗器件個數Arduino uno1蜂鳴器（無源）1導線24.1 Arduino UNOArduino UNO是Arduino USB接口系列的最新版本，作為Arduino平臺的參考標準模板。UNO的處理器核心是ATmega328，同時具有14路數字輸入/輸出口（其中6路可作為PWM輸出），6路模擬輸入，一個16MHz晶體振蕩器，一個USB口，一個電源插座，一個ICSP header和一個復位按鈕。UNO已經發布到第三

15、版，與前兩版相比有以下新的特點： 在AREF處增加了兩個管腳SDA和SCL，支持I2C接口；增加IOREF和一個預留管腳，將來擴展板將能兼容5V和3.3V核心板。 這樣改進了復位電路設計 ，USB接口芯片由ATmega16U2替代了ATmega8U2 。如圖4-1為改進后的Arduino UNO。圖4-1Arduino UNO4.1.1 Arduino uno基本概要l 處理器 ATmega328l 工作電壓 5Vl 輸入電壓（推薦） 7-12Vl 輸入電壓（圍） 6-20Vl 數字IO腳 14 (其中6路作為PWM輸出） l 模擬輸入腳 6l IO腳直流電流 40 mAl 3.3V腳直流電流

16、 50 mAl Flash Memory 32 KB （ATmega328，其中0.5 KB用于bootloader） l SRAM 2 KB （ATmega328） l EEPROM 1 KB （ATmega328） l 工作時鐘 16 MHz 4.1.2 通信接口串口：ATmega328置的UART可以通過數字口0（RX）和1（TX）與外部實現串口通信；ATmega16U2可以訪問數字口實現USB上的虛擬串口。 TWI（兼容I2C）接口。SPI 接口。4.1.3 下載程序Arduino UNO上的ATmega328已經預置了bootloader程序，因此可以通過Arduino軟件直接下載程

17、序到UNO中。 也可以直接通過UNO上ICSP header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Arduino UNO上USB口附近有一個自恢復的保險絲，對電路起到保護作用。當電流超過500mA時會斷開USB連接。 Arduino UNO提供了自動復位設計，可以通過PC主機復位。這樣通過Arduino軟件下在程序到UNO中，軟件可以自動復位，不需要手動復位按鈕。在印制板上絲印“RESET EN”處可以使能和禁止該功能。4.2 蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結極的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機

18、、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、機、定時器等電子產品中作發聲器件。按其驅動方式的不同，可分為：有源蜂鳴器（含驅動線路）和無源蜂鳴器（外部驅動）。本設計使用無源蜂鳴器。4.3開發環境本次設計使用的軟件為Arduino開發環境Arduino-0022，如圖4-2所示。圖4-2 開發環境5 系統設計與調試5.1 準備好硬件開發平臺把Arduino控制板與其他器件連接好，再把Arduino與微機USB口連接好。5.2實現原理蜂鳴器發出聲音的時間間隔不同，頻率就不同，所以發出的聲音就不同。根據這一原理我們通過改變蜂鳴器發出聲音的時間間隔，來發出不同種聲音，來模擬各種聲音。 本程序首先讓

19、蜂鳴器間隔1ms發出一種頻率的聲音，循環80次；接著讓蜂鳴器間隔2ms發出另一種頻率的聲音，循環100次。5.3 程序代碼int buzzer = 7;/設置控制蜂鳴器的數字IO腳 void setup() pinMode(buzzer,OUTPUT);/設置數字IO腳模式，OUTPUT為輸出 void loop() unsigned chari,j;/定義發量 while(1) for(i=0;i<80;i+)/輸出一個頻率的聲音 digitalWrite(buzzer,HIGH);/發聲音 delay(1);/延時1msdigitalWrite(buzzer,LOW);/不發聲音 d

20、elay(1);/延時 1ms for(i=0;i<100;i+)/輸出另一個頻率的聲音 digitalWrite(buzzer,HIGH);/發聲音 delay(2);/延時2msdigitalWrite(buzzer,LOW);/不發聲音 delay(2);/延時2ms 5.4 下載程序5.4.1 打開文件夾打開arduino0022文件夾里面有一個標有arduino.exe 圖標，雙擊打開會出現如圖5-1的界面。圖5-1 工作界面5.4.2 編寫源代碼Filenew然后編寫蜂鳴器實驗源代碼，如圖5-2所示。圖5-2 源代碼5.4.3 編譯程序點擊編譯按鈕，這時編譯按鈕會發成黃色，下

21、面出現英文 compiling.，這表示軟件正在對你所寫癿程序進行編譯，如圖5-3所示。圖5-3 編譯程序等待一會，會看到編譯按鈕恢復原來的狀態，下面出現Done compiling，最下面一段文字說明編寫的程序共有896字節數。這表明，程序編譯成功，并且沒有語法上的錯誤。如圖5-4所示。圖5-4 編譯成功5.4.4 下載程序下載程序前先將板子型號和com口選好。點擊Tools->Board選擇開發板型號，如圖5-5所示。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。圖5-6 選擇串口點擊采后下載按鈕發成橙色，軟件下方出現Uploading to I/O Board，同時板子上標有TX和RX的燈會亮，如圖5-7所示。圖5-7 下載程序程序下載完畢后，下載按鈕恢復原來的顏色，下面出現Done Uploading，如圖5-8所示。圖5-8 下載成功顯示Done Uploading，表示程序下載成