基于單片機(jī)的語音電子鐘設(shè)計(jì)

摘要鐘是現(xiàn)代人類日常生活必不可少的工具，語音時鐘更是現(xiàn)在電子時鐘多功能化發(fā)展的一個方向。語音電子鐘具有突出的播報(bào)時間的功能，它被廣泛用在生活中的各種場合。本設(shè)計(jì)就是從日常生活中常見的事物入手，通過對語音電子鐘的設(shè)計(jì)，讓我認(rèn)識到單片機(jī)已經(jīng)深入到我們生活的每個領(lǐng)域。本文從語音電子鐘的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方案入手，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試。在語音電子鐘的設(shè)計(jì)中，要處理好以下幾個關(guān)鍵：D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換，語音識別，人機(jī)接口，程序設(shè)計(jì)。D/A（數(shù)/模）和語音識別技術(shù)關(guān)系到時間的正確播報(bào)，人機(jī)接口是播報(bào)時間和調(diào)整時間的關(guān)鍵。利用凌陽SPCE061A單片機(jī)在語音識別和處理方面的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合實(shí)踐，設(shè)計(jì)出有特色的語音電子鐘。關(guān)鍵字：SPCE061A單片機(jī)SPLC501液晶顯示器語音報(bào)時iAbstractClockisanessentialtoolfordailylife.Inmordensocietydevelopdirectionofclockwithelectronicishavingthefuctionforbroadcasting.Itisgoodtobroadcasttime.Thisdesigndatesfromcommonlife,fromtheexperienceofthisdesignIrealizethetruththatSCMhasingthedepthtoeachareaofourlives.Thepaperillustratefortheelectronicvoiceclock’sdesignprinciples,detailsofthesystemhardware,softwaredesignanddebugging.Inthisvoicedesignofelectronicclock,wemustproperlyhandlethefollowingkey.FirstlyD/Aconversion,secondlyspeechrecognition,thenhuman-machineinterfaces,lastlyprogramdesign.D/Aconversionandvoicerecognitiontechnologyrelatedtothecorrectbroadcastoftime,human-computerinterfaceisthekeytobroadcastandadjustthetime.Therefore,theSunplus61Amicrocontrollerhashighadvantageinspeechrecognitionandprocessing.Combineingthepractice,designauniquevoiceelectronicclock.Keywords:SPCE061ASCMSPLC501liquidcrystaldisplayTimeofbroadcastii目錄第一章緒論1第一節(jié)選題的目的和意義1第二節(jié)單片機(jī)的介紹1一、單片機(jī)的發(fā)展1二、單片機(jī)的組成及特點(diǎn)3三、單片機(jī)的應(yīng)用4四、單片機(jī)的現(xiàn)狀和未來5第三節(jié)本設(shè)計(jì)的工作6第二章語音電子鐘的原理和方案7第一節(jié)設(shè)計(jì)原理7一、時鐘功能7二、語音輸出功能7第二節(jié)設(shè)計(jì)方案8第三章語音電子鐘的硬件設(shè)計(jì)9第一節(jié)系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)9一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)9二、按鍵的功能描述10第二節(jié)SPCE061A芯片11一、SPCE061A性能簡介12二、SPCE061A芯片的引腳12三、SPCE061A特性參數(shù)14四、SPCE061A內(nèi)核結(jié)構(gòu)15五、SPCE061A中斷系統(tǒng)20六、SPCE061A最小系統(tǒng)及開發(fā)方法24第三節(jié)程序下載區(qū)25第四節(jié)音頻模塊26第五節(jié)語音輸出模塊27第六節(jié)數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊28第七節(jié)電源模塊28第八節(jié)SPLC501液晶顯示模組29一、SPLC501的組成29二、SPLC501驅(qū)動控制器芯片31三、SPLC501的顯示RAM區(qū)映射31四、SPLC501行和列地址32五、SPLC501操作時序32第四章語音電子鐘的軟件設(shè)計(jì)33第一節(jié)IDE集成開發(fā)環(huán)境33一、IDE界面的三個窗口34iii二、IDE工程的操作35三、IDE在線仿真流程38四、IDE軟件仿真流程38第二節(jié)程序設(shè)計(jì)39一、軟件結(jié)構(gòu)41二、主程序41三、中斷服務(wù)程序43第五章測試和調(diào)試46第一節(jié)硬件測試46第二節(jié)SPCE061A板的測試48第三節(jié)程序調(diào)試49總結(jié)54參考文獻(xiàn)55外文資料56中文譯文63致謝68附錄程序代碼69iv太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第一章緒論第一節(jié)選題的目的和意義帶有語音功能的電子產(chǎn)品和電子設(shè)備近年來廣泛地出現(xiàn)在我們的生活中。語音時鐘是現(xiàn)在電子時鐘多功能化發(fā)展的一個方向，將語音引入到時鐘中實(shí)現(xiàn)時間的語音播報(bào)。本設(shè)計(jì)是一個基于凌陽61A單片機(jī)的語音報(bào)時系統(tǒng)，利用凌陽61A板這樣一種本身就帶有語音識別和播放功能的單片機(jī)來進(jìn)行時間的播報(bào)。并且用SPLC501液晶顯示器顯示當(dāng)前的時間、日期、星期、農(nóng)歷、鬧鈴開關(guān)。單片機(jī)是實(shí)現(xiàn)各種控制策略和算法的載體。因其功耗低，超小型，低成本，功能完整，非常適用于便攜式儀表和就地式顯示控制儀表，在國內(nèi)越來越受到用戶的重視和廣泛的應(yīng)用。隨著單片機(jī)集成化程度的不斷提高，現(xiàn)代單片機(jī)已經(jīng)具備了數(shù)字信號處理功能，使語音信號處理用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)成為可能。SPCE061A是以μ'nSPTM16位微控制器及信號處理器芯片為內(nèi)核的16位單片機(jī)，采用模塊式集成結(jié)構(gòu)，片內(nèi)集成了2KBRAM、32KBFlash、ADC、DAC、并行I/O等。第二節(jié)單片機(jī)的介紹單片機(jī)，亦稱單片微電腦或單片微型計(jì)算機(jī)。它是把中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、輸入/輸出端口(I/O)等主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。一、單片機(jī)的發(fā)展如果將8位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)，那么單片機(jī)的發(fā)展歷史大致可分為以下幾個階段。1.第一階段（1976-1978）：單片機(jī)的控索階段。以Intel公司的MCS–48為代表。MCS–48的推出是在工控領(lǐng)域的控索，參與這一控索的公司還有Motorola、Zilog等，都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單機(jī)片”一詞即由此而來。2.第二階段（1978-1982）單片機(jī)的完善階段。Intel公司在MCS–48基礎(chǔ)上推出1太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書了完善的、典型的單片機(jī)系列MCS–51。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。1）完善的外部總線。MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有多機(jī)通信功能的串行通信接口。2）CPU外圍功能單元的集中管理模式。3）體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。4）指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。3.第三階段（1982-1990）：8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。Intel公司推出的MCS–96系列單片機(jī)，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。隨著MCS–51系列的廣泛應(yīng)用，許多電氣廠商競相使用80C51為內(nèi)核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機(jī)中，增強(qiáng)了外圍電路的功能，強(qiáng)化了智能控制的特征。4.第四階段（1990—現(xiàn)在）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，以及小型廉價的專用型單片機(jī)。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展。將進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢。1.CMOS化。近年，由于CHMOS技術(shù)的進(jìn)步，大地促進(jìn)了單片機(jī)的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機(jī)可以工作在功耗精細(xì)管理狀態(tài)。單片機(jī)芯片多數(shù)是采用CMOS（金屬柵氧化物）半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。CMOS電路的特點(diǎn)是低功耗、高密度、低速度、低價格。采用雙極型半導(dǎo)體工藝的TTL電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術(shù)和工藝水平的提高，又出現(xiàn)了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS工藝。目前生產(chǎn)的CHMOS電路已達(dá)到LSTTL的速度，傳輸延遲時間小于2ns。因而，在單片機(jī)領(lǐng)域CMOS正在逐漸取代TTL電路。2.低功耗化。單片機(jī)的功耗已從Ma級，甚至1uA以下；使用電壓在3V-6V之間，完全適應(yīng)電池工作。低功耗化的效應(yīng)不僅是功耗低，而且?guī)砹水a(chǎn)品的高可靠性、高抗干擾能力以及產(chǎn)品的便攜化。2太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書3.低電壓化。幾乎所有的單片機(jī)都有WAIT、STOP等省電運(yùn)行方式。允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在3V-6V范圍內(nèi)工作。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已可達(dá)1-2V。目前0.8V供電的單片機(jī)已經(jīng)問世。4.低噪聲與高可靠性。為提高單片機(jī)的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，各單片廠家在單片機(jī)內(nèi)部電路中都采用了新的技術(shù)措施。5.大容量化。以往單片機(jī)內(nèi)的ROM為1KB-4KB，RAM為64B-128B。但在需要復(fù)雜控制的場合，該存儲容量是不夠的，必須進(jìn)行外接擴(kuò)充。為了適應(yīng)這種領(lǐng)域的要求，需運(yùn)用新的工藝，使片內(nèi)存儲器大容量化。目前，單片機(jī)內(nèi)ROM最大可達(dá)64KB，RAM最大為2KB。6.高性能化。主要是指進(jìn)一步改進(jìn)CPU的性能，加快指令運(yùn)算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。采用精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，可以大幅度提高運(yùn)行速度?，F(xiàn)指令速度最高者已達(dá)100MIPS（MillionInstructionPerSeconds，即兆指令每秒），并加強(qiáng)了位處理功能、中斷和定時控制功能。這類單片機(jī)的運(yùn)算速度比標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)高出10倍以上。由于這類單片機(jī)有極高的指令速度，就可以用軟件模擬其I/O功能，由此引入了虛擬外設(shè)的新概念。7.小容量、低價格化。以4位、8位機(jī)為中心的小容量、低價格化也是發(fā)展動向之一。這類單片機(jī)的用途是把以往用數(shù)字邏輯集成電路組成的控制電路單片化，可廣泛用于家電產(chǎn)品。8.外圍電路內(nèi)裝化。這也是單片機(jī)發(fā)展的主要方向。隨著集成度的不斷提高，有可能把眾多的各種處圍功能器件集成在片內(nèi)。除了一般必須具有的CPU、ROM、RAM、定時器/計(jì)數(shù)器等以外，片內(nèi)集成的部件還有模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、DMA控制器、聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時器、液晶顯示驅(qū)動器、彩色電視機(jī)和錄像機(jī)用的鎖相電路等。二、單片機(jī)的組成及特點(diǎn)單片機(jī)是微型機(jī)的一個主要分支，在結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)是把CPU、存儲器、定時器和多種輸入/輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。就其組成和功能而言，一塊單片機(jī)芯片就是一臺計(jì)算機(jī)。1.單片機(jī)的組成它通過內(nèi)部總線把計(jì)算機(jī)的各主要部件接為一體，其內(nèi)部總線包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。其中，地址總線的作用是在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時提供地址，CPU通過3太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書它們將地址輸出到存儲器或I/O接口；數(shù)據(jù)總線的作用是在CPU與存儲器或I/O接口之間，或存儲器與外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)；控制總線包括CPU發(fā)出的控制信號線和外部送入CPU的應(yīng)答信號線等。2.單片機(jī)的特點(diǎn)由于單片機(jī)的這種結(jié)構(gòu)形式及它所采取的半導(dǎo)體工藝，使其具有很多顯著的特點(diǎn)，因而在各個領(lǐng)域都得到了迅猛的發(fā)展。單片機(jī)主要有如下特點(diǎn)：1）有優(yōu)異的性能價格比。2）集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強(qiáng)磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。3）控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。4）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。5）外部總線增加了IC（Inter-IntegratedCircuit）及SPI（SerialPeripheralInterface）等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)。6）單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。三、單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個重要領(lǐng)域。根據(jù)目前發(fā)展情況，從不同角度單片機(jī)大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。由于單片機(jī)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，它已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類生活的得力助手。它的應(yīng)用遍及各個領(lǐng)域，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1.單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用單片機(jī)廣泛地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測量的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。2.單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品。單片機(jī)作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可大大提高機(jī)器的自動化、智能4太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書化程度。3.單片機(jī)在實(shí)時控制中的應(yīng)用單片機(jī)廣泛地用于各種實(shí)時控制系統(tǒng)中。單片機(jī)的實(shí)時數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。4.單片機(jī)在分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。多機(jī)系統(tǒng)一般由若干臺功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)在這種系統(tǒng)中往往作為一個終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)上，對現(xiàn)場信息進(jìn)行實(shí)時的測量和控制。單片機(jī)的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。5.單片機(jī)在人類生活中的應(yīng)用自從單片機(jī)誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機(jī)、電冰箱、電子玩具、收錄機(jī)等家用電器配上單片機(jī)后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛。單片機(jī)將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。單片機(jī)的應(yīng)用從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。以前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。四、單片機(jī)的現(xiàn)狀和未來單片機(jī)自70年代問世以來得到蓬勃發(fā)展，目前單片機(jī)功能正日漸完善。單片機(jī)集成越來越多資源，內(nèi)部存儲資源日益豐富，用戶不需要擴(kuò)充資源就可以完成項(xiàng)目開發(fā)，不僅是開發(fā)簡單，產(chǎn)品小巧美觀，同時系統(tǒng)也更加穩(wěn)定。單片機(jī)抗干擾能力加強(qiáng)，使它更加適合工業(yè)控制領(lǐng)域，具有更加廣闊的市場前景。單片機(jī)提供在線編程能力，加速了產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程，為企業(yè)產(chǎn)品上市贏得寶貴時間。在線編程目前有ISP和IAP兩種。具備ISP的單片機(jī)內(nèi)部集成FLASH存儲器，用戶可以通過下載線以特定的硬件時序在線編程，但用戶程序自身不可以對內(nèi)部存儲器做修改。隨著單片機(jī)的發(fā)展，人們對事物的要求越來越高，單片機(jī)的應(yīng)用軟件技術(shù)也發(fā)生了巨大的變化，從最初的匯編語言，開始演變到C語言開發(fā)，不但增加了語言的可讀性，結(jié)構(gòu)性，而且對于跨平臺的移植也提供了方便，另外一些復(fù)雜的系統(tǒng)開始在單片機(jī)上采用操作系統(tǒng)。目前低端定位的單片機(jī)仍然走俏，但高端的單片機(jī)(微處理器)卻是風(fēng)起云涌，SOC5太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書技術(shù)的發(fā)展。自1997年以來，電子技術(shù)應(yīng)用又增加了一個新的層次——片上系統(tǒng)(SOC)層次。SOC技術(shù)的出現(xiàn)，標(biāo)志著現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用進(jìn)入了SOC階段。從各個發(fā)展階段看，自HW+SW階段開始，電子技術(shù)應(yīng)用就與單片機(jī)緊密地聯(lián)系在一起。在FW階段，作為固件系統(tǒng)的重要核心技術(shù)，單片機(jī)又以嵌入式技術(shù)為基礎(chǔ)，再次成為現(xiàn)代電子應(yīng)用技術(shù)的核心技術(shù)之一，并為SOC應(yīng)用技術(shù)提供了基礎(chǔ)。SOC為各種應(yīng)用提供了一個新的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。這種新的電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)促使工業(yè)界在近3年中發(fā)生了巨大的變化，為信息技術(shù)的應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因此，完全可以稱之為SOC革命。同時，SOC也為單片機(jī)技術(shù)提供了更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，使單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)生了革命性的變化。隨著單片機(jī)MCU功能集成化的發(fā)展,其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸由傳統(tǒng)的控制擴(kuò)展到控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號處理(DigitalSignalProcessing,DSP)等領(lǐng)域。第三節(jié)本設(shè)計(jì)的工作本設(shè)計(jì)是以凌陽單片機(jī)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的語音電子鐘。本設(shè)計(jì)利用凌陽16位單片機(jī)處理速度快、具備語音功能、方便的集成開發(fā)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合SPLC501強(qiáng)大的顯示功能，設(shè)計(jì)出多功能、高精度的語音電子鐘。本設(shè)計(jì)的安排如下：第一章簡明扼要的闡述本設(shè)計(jì)的目的和要求。介紹單片機(jī)的發(fā)展、特點(diǎn)以及目前在國內(nèi)外的應(yīng)用和前景。同時對本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了安排。第二章根據(jù)設(shè)計(jì)要求結(jié)合單片機(jī)原理提出設(shè)計(jì)原理和方案。第三章按照設(shè)計(jì)方案詳細(xì)規(guī)劃語音電子鐘的硬件設(shè)計(jì)，利用Protell99繪制各個模塊的電路原理圖。第四章在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過深入研究語音電子鐘的功能。畫出各個部分的程序流程圖，然后根據(jù)流程圖編寫源程序。第五章進(jìn)行硬件的測試和軟件的調(diào)試。通過集成開發(fā)環(huán)境IDE對編寫的源程序進(jìn)行調(diào)試。第六章對全文進(jìn)行總結(jié)，并寫出設(shè)計(jì)的體會和本設(shè)計(jì)的不足。簡單的敘述對本設(shè)計(jì)的前景和展望。6太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第二章語音電子鐘的原理和方案第一節(jié)設(shè)計(jì)原理根據(jù)設(shè)計(jì)要求，語音電子鐘要具備的功能：1.可以語音播報(bào)日期和時間。2.可以在SPLC501液晶模組上面顯示時間、日期、農(nóng)歷、星期、鬧鐘。3.整點(diǎn)報(bào)時功能。4.具備鬧鐘功能。5.鬧鐘的鈴聲可以選擇。6.具備秒表功能。一、時鐘功能時鐘功能是利用SPCE061A芯片的時鐘頻率和定時/計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)。SPCE061A芯片為語音電子鐘提供一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Hz方波信號，此外還有一校正電容可以對溫度進(jìn)行補(bǔ)償，以提高頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，可保證語音電子鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定。整個系統(tǒng)工作時，秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計(jì)時系統(tǒng)的精度，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)。每累計(jì)60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計(jì)數(shù)器”的時鐘脈沖。“分計(jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計(jì)數(shù)器”?！皶r計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)時器，可實(shí)現(xiàn)對一天24小時的累計(jì),每累計(jì)24小時，發(fā)出一個“星期脈沖”信號，該信號將被送到“星期計(jì)數(shù)器”，“星期計(jì)數(shù)器”采用7進(jìn)制計(jì)時器，可實(shí)現(xiàn)對一周7天的累計(jì)。每累計(jì)24小時發(fā)出一個“天脈沖”信號。該信號將作為“年計(jì)數(shù)器”的時鐘脈沖信號。由中斷程序控制“年計(jì)數(shù)器”采用365或366進(jìn)制計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對年的累計(jì)。顯示電路將“時”、“分”、“秒”、“星期”、“年”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)送到SPLC501液晶顯示器顯示出來。二、語音輸出功能語音輸出功能利用SPY0030A芯片和外接喇叭進(jìn)行音頻輸出。SPY0030A是凌陽公司開發(fā)的專門用于語音信號放大的芯片。J3是語音輸出接口，一個2pin的插針外接喇叭，由DAC輸出引腳21或22經(jīng)語音集成放大器SPYOO30A放大，然后輸出。SPY0030A相當(dāng)于LM386，但是比386音質(zhì)好，它可以工作在2.4-6.0V范圍內(nèi)，最大7太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書輸出功率可達(dá)700mW。第二節(jié)設(shè)計(jì)方案通過對設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)原理的仔細(xì)分析，本次設(shè)計(jì)采用模塊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。語音電子鐘主要由系統(tǒng)初始化模塊、輸入按鍵信息模塊、語音輸入與A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換模塊、壓縮編碼模塊和D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換模塊、SPLC501液晶模組組成。實(shí)現(xiàn)單獨(dú)播報(bào)年、月、日和時、分，實(shí)現(xiàn)定時功能，并且能夠?qū)λ鼈兎謩e進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計(jì)復(fù)位鍵對設(shè)定值進(jìn)行清零操作。組成電路板各模塊應(yīng)具有如下功能:1.系統(tǒng)初始化模塊:輸入一些變量與子小模塊,進(jìn)行賦初值等處理，輸出變量和模塊的初始狀態(tài)。2.輸入按鍵信息模塊:輸入鍵值,等待系統(tǒng)中斷并進(jìn)行相應(yīng)的中斷處理，輸出為調(diào)用相應(yīng)的鍵處理程序。3.語音輸入與A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換模塊:輸入語音信號,進(jìn)行A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換，輸出語音的數(shù)字信號。4.壓縮編碼模塊:輸入語音的數(shù)字信號,經(jīng)過語音壓縮函數(shù)的處理，輸出語音的壓縮編碼。5.D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換模塊:輸入語音的數(shù)字信號,進(jìn)行D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換輸出語音的模擬信號。6.SPLC501液晶顯示器：顯示當(dāng)前的時間、日期、農(nóng)歷、星期、鬧鐘。8太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第三章語音電子鐘的硬件設(shè)計(jì)第一節(jié)系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)語音電子鐘的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.1，61板作為整個系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)控制鍵盤掃描；年、月、日、星期以及時間的計(jì)算；SPLC501A液晶顯示的驅(qū)動；并根據(jù)按鍵值播報(bào)當(dāng)前的日期或者時間。SPLC501A液晶顯示模組主要用來顯示當(dāng)前的時間，日期，以及顯示功能選擇菜單和時間日期調(diào)整菜單。圖3.1語音電子鐘的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖硬件功能模塊連接：用61板控制語音電子鐘系統(tǒng)，使用IOA口的高八位、IOB的4、5、6共11個I/O口連接SPLC501A液晶模組，另外使用了61板的語音輸出模塊；以及61板上的三個按鍵。硬件連接如圖3.2所示：9太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖3.2語音電子鐘的電路連接圖語音電子鐘的連接示意圖見圖3.2，IOA的高八位接到液晶模組的八個數(shù)據(jù)端，同時也連接了液晶模組的電源，即直接用一根10pin的排線連接61板“+”、IOA8-15、“-”與SPLC501A液晶顯示模組的“+”、DB0-7、“-”，主要用來向液晶模組傳送命令和數(shù)據(jù)；IOB6接EP，IOB5接R/W，IOB4接AO，用來控制液晶的顯示和工作方式。二、按鍵的功能描述語音電子鐘的各個按鍵功能如圖3.3所示,按KEY1鍵：進(jìn)入功能選擇界面。按KEY2鍵：播報(bào)當(dāng)前的時間。按KEY3鍵：播報(bào)當(dāng)前的日期。KEY2、KEY3鍵同時按下：控制鬧鐘的開與關(guān)。在時間顯示界面上按KEY1鍵會進(jìn)入功能選擇菜單，功能菜單界面上有4個選項(xiàng)。分別是時間日期調(diào)整、鬧鐘設(shè)置、秒表功能、返回。功能選擇菜單界面里KEY1為確定鍵，KEY2為下翻鍵，KEY3為上翻鍵?？梢噪S意選擇所要實(shí)現(xiàn)的操作。時間日期調(diào)整界面里KEY1為確定鍵，KEY2為加一鍵，KEY3為減一鍵，SPLC501液晶顯示器上閃爍的部分表示當(dāng)前正在調(diào)整的選項(xiàng)，當(dāng)設(shè)置完成后，按KEY1會自動退出10太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書設(shè)置界面。鬧鐘設(shè)置界面里KEY1為確定鍵，KEY2為下翻鍵，KEY3為上翻鍵。鬧鐘設(shè)置界面里有鬧鐘時間設(shè)置和鬧鐘鈴聲選擇兩個選項(xiàng)。鬧鐘時間設(shè)置界面KEY1為確定鍵，KEY2為加一鍵，KEY3為減一鍵，SPLC501液晶顯示器上閃爍的部分表示當(dāng)前正在調(diào)整的選項(xiàng)，當(dāng)設(shè)置完成后，按KEY1會自動退出設(shè)置界面。.鬧鐘鈴聲設(shè)置界面里KEY1為確定鍵，KEY2為選擇鍵，KEY3為播放當(dāng)前選擇的鈴聲鍵。當(dāng)鬧鐘響時，按下三個鍵中的任何一個都可以關(guān)閉鬧鐘。秒表功能界面里KEY1為退出鍵，KEY2為開始/暫停鍵，KEY3為清零鍵，只有當(dāng)秒表停止運(yùn)行時KEY3才有效。返回功能里KEY1為確認(rèn)鍵，按下后，系統(tǒng)會回到顯示界面。圖3.3語音電子鐘的按鍵功能結(jié)構(gòu)圖硬件設(shè)計(jì)按照SPCE061A、程序下載區(qū)、音頻輸出、語音輸入、數(shù)模轉(zhuǎn)換、電源分模塊設(shè)計(jì)。利用Protel99來繪制各個部分的電路原理圖。第二節(jié)SPCE061A芯片SPCE061A芯片內(nèi)部集成了ICE(在線實(shí)時仿真/除錯器)、FLASH(閃存)、SRAM(靜態(tài)內(nèi)存)、通用I/O端口、定時器/計(jì)數(shù)器、中斷控制、CPU時鐘鎖相環(huán)(PLL)、ADC(模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)、DAC(數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器)輸出、UART(同步串行輸入輸出接口)、SIO(串11太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書行輸入輸出接口)、低電壓監(jiān)測/低電壓復(fù)位模塊。μ’nSP的核心由總線、ALU算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、寄存器組、中斷系統(tǒng)及堆棧等部分組成。一、SPCE061A性能簡介1.16位μ’nSP微處理器。2.工作電壓（CPU）VDD為3.0-3.6V，（I/O）VDDH為3.0-5.5V。3.CPU時鐘：0.32-49.152MHz。4.內(nèi)置2K字SRAM。5.內(nèi)置32K字FLASH。6.可編程音頻處理。7.晶體振蕩器。8.系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下（時鐘處于停止?fàn)顟B(tài)），耗電僅為2uA/3.6V。9.2個16位可編程定時器/計(jì)數(shù)器（可自動預(yù)置初始計(jì)數(shù)值）。10.2個10位DAC（數(shù)/模轉(zhuǎn)換）輸出通道。11.32位通用可編程輸入/輸出通道。12.14個中斷源可來自定時器A/B、時基、2個外部時鐘源輸入和鍵喚醒。13.具備觸鍵喚醒的功能。14.用凌陽音頻編碼SACM_S480可以播放壓縮的語音資源。15.鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號。16、32768Hz實(shí)時時鐘。17.7通道10位電壓模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和單通道聲音模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。18.聲音模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器，并具有自動增益控制（AGC）功能。19.具備串行設(shè)備接口。20.具備低電壓復(fù)位功能和低電壓檢測功能。21.內(nèi)置在線仿真電路接口。22.具有WatchDog功能。二、SPCE061A芯片的引腳SPCE061A實(shí)物如圖3.4所示。12太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖3.4SPCE061A實(shí)物排列圖SPCE061A的結(jié)構(gòu)如圖3.5所示：圖3.5SPCE061A的PLCC84封裝引腳SPCE061A的PLCC84封裝管腳說明如表3.1所示。13太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書三、SPCE061A特性參數(shù)SPCE061A系統(tǒng)的特性參數(shù)如表3.2所示：14太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書四、SPCE061A內(nèi)核結(jié)構(gòu)SPCE061A的內(nèi)核由總線、算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、寄存器組、中斷系統(tǒng)及堆棧等部分組成。算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU：SPCE061A的ALU在運(yùn)算能力上很有特色，它不僅能做16位基本的算術(shù)邏輯運(yùn)算，也能做帶移位操作的16位算術(shù)邏輯運(yùn)算，同時還能做用于數(shù)字信號處理的16位×16位的乘法運(yùn)算和內(nèi)積運(yùn)算。1.算術(shù)邏輯運(yùn)算器15太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書SPCE061A的ALU前面串接有一個移位器SHIFTER，也就是說，操作數(shù)在經(jīng)過ALU的算數(shù)邏輯操作前可先進(jìn)行移位處理，然后再經(jīng)ALU完成算邏運(yùn)算操作。移位包括：算術(shù)右移、邏輯左移、邏輯右移、循環(huán)左移以及循環(huán)右移。所以，SPCE061A的指令系統(tǒng)里專有一組復(fù)合式的‘移位算術(shù)邏輯操作’指令；此一條指令完成移位和算術(shù)邏輯操作兩項(xiàng)功能。SPCE061A的CPU寄存器組里有8個16位寄存器，可分為通用型寄存器和專用型寄存器兩大類別。通用型寄存器包括：R1-R4，作為算術(shù)邏輯運(yùn)算的源及目標(biāo)寄存器。專用型寄存器包括SP、BP、SR、PC，是與CPU特定用途相關(guān)的寄存器。2.SPCE061A片內(nèi)存儲器結(jié)構(gòu)SPCE061A單片機(jī)的存儲器有2K字的SRAM（包括堆棧區(qū)）和32K字閃存（FLASH）。SPCE061A有2K字的SRAM(包括堆棧區(qū))，其地址范圍從0x0000到0x07FF。前64個字，即0x0000-0x003F地址范圍內(nèi)可采用6位地址直接地址尋址方法，尋訪速度為2個CPU時鐘周期；其余0x0040-0x07FF地址范圍內(nèi)存儲器的尋訪速度則為3個CPU時鐘周期。堆棧是在內(nèi)存RAM區(qū)專門開辟出來的按照“先進(jìn)后出”原則進(jìn)行數(shù)據(jù)存取的一種工作方式，主要用于子程序調(diào)用及返回和中斷處理斷點(diǎn)的保護(hù)及返回。堆棧的最大容量范圍限制在2K字RAM內(nèi)，即其地址范圍從0X07FF到0X0000的存儲器范圍中。值得注意的是堆棧的生長方向，SPCE061A系統(tǒng)復(fù)位后，SP初始化為0x07FF,每執(zhí)行PUSH指令一次，SP指針減一。SPCE061A是一個用閃存替代掩膜ROM的MTP(多次編程)芯片，具有32K字閃存容量。用戶可用閃存來存儲用戶程序。為了安全起見，不對用戶開放整體擦除功能。用戶必須通過向P_Flash_Ctrl(寫)($7555H)單元寫入0xAAAA來激活閃存的存取功能，從而訪問閃存。然后，向P_Flash_Ctrl(寫)($7555H)單元寫入0x5511，來擦除頁的內(nèi)容。寫入0x5533，對閃存編程。這些指令不能被任何其他的操作包括中斷、ICE的單步跟蹤動作打斷。這是因?yàn)殚W存控制器必須保證閃存處于編程狀態(tài)。如果一些其它的進(jìn)程插入到當(dāng)前的執(zhí)行隊(duì)列里，閃存的狀態(tài)將發(fā)生改變，擦除頁和編程的操作不能再繼續(xù)進(jìn)行。此外，為保證程序的正確編寫，用戶必須在編程之前擦除頁的內(nèi)容。頁大小為0x100。第一頁地址范圍：0x8000-0x80FF，最后一頁的地址范圍：0xFF00-0xFFFF。0xFC00-0xFFFF范圍內(nèi)的地址由系統(tǒng)保留，用戶最好不要用本范圍內(nèi)的地址。32K字的內(nèi)嵌式閃存被劃分為128個頁，它們在CPU正常運(yùn)行狀態(tài)下均可16太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書通過程序擦除或?qū)懭?。全?2K字閃存均可在ICE工作方式下被編程寫入或被擦除。在芯片上電以后，芯片就處于讀存儲單元狀態(tài)，讀存儲單元的操作與SRAM相同。3.SPCE061A輸入/輸出接口輸入/輸出接口是單片機(jī)與外設(shè)交換信息的通道。輸入端口負(fù)責(zé)從外界接收檢測信號、鍵盤信號等各種開關(guān)量信號。輸出端口負(fù)責(zé)向外界輸送由內(nèi)部電路產(chǎn)生的處理結(jié)果、顯示信息、控制命令、驅(qū)動信號等。μ’nSP內(nèi)有并行和串行兩種方式的I/O口。并行口線路成本較高，但是傳輸速率也很高；與并行口相比，串行口的傳輸速率較低但可以節(jié)省大量的線路成本。SPCE061A有兩個16位通用的并行I/O口：A口和B口。這兩個口的每一位都可通過編程單獨(dú)定義成輸入或輸出口。A口的IOA0-IOA7用作輸入口時具有喚醒功能，即具有輸入電平變化引起CPU中斷功能。在那些用電池供電、追求低能耗的應(yīng)用場合，可以應(yīng)用CPU的睡眠模式（通過軟件設(shè)置）以降低功耗，需要時以按鍵來喚醒CPU，使其進(jìn)入工作狀態(tài)。I/O端口結(jié)構(gòu)如圖3.6所示，SPCE061A提供了位控制結(jié)構(gòu)的I/O端口，每一位都可以被單獨(dú)定義用于輸入或輸出數(shù)據(jù)。通常，對某一位的設(shè)定包括以下3個基本項(xiàng)：數(shù)據(jù)向量Data、屬性向量Attribution和方向控制向量Direction。I/O端口組合控制設(shè)置如表3.3所列。3個端口內(nèi)每個對應(yīng)的位組合在一起，形成一個控制字，用來定義相應(yīng)I/O口位的輸入輸出狀態(tài)和方式。與其它的單片機(jī)相比，除了每個I/O端口可以單獨(dú)定義其狀態(tài)外，每個對應(yīng)狀態(tài)下的I/O端口性質(zhì)電路都是內(nèi)置的，在實(shí)際的電路中不需要再次外接。圖3.6I/O端口結(jié)構(gòu)17太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書P_IOA_Data(讀/寫)(7000H)A口的數(shù)據(jù)單元，用于向A口寫入或從A口讀出數(shù)據(jù)。當(dāng)A口處于輸入狀態(tài)時，讀出是讀A口管腳電平狀態(tài)；寫入是將數(shù)據(jù)寫入A口的數(shù)據(jù)寄存器。當(dāng)A口處于輸出狀態(tài)時，寫入輸出數(shù)據(jù)到A口的數(shù)據(jù)寄存器。P_IOA_Buffer(讀/寫)(7001H)A口的數(shù)據(jù)向量單元，用于向數(shù)據(jù)向量寄存器寫入或從該寄存器讀出數(shù)據(jù)。當(dāng)A口處于輸入狀態(tài)時，寫入是將A口的數(shù)據(jù)向量寫入A口的數(shù)據(jù)寄存器；讀出則是從A口數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)讀其數(shù)值。當(dāng)A口處于輸出狀態(tài)時，寫入輸出數(shù)據(jù)到A口的數(shù)據(jù)寄存器。P_IOB_Data(讀/寫)(7005H)B口的數(shù)據(jù)單元，用于向B口寫入或從B口讀出數(shù)據(jù)。當(dāng)B口處于輸入狀態(tài)時，讀出是讀B口管腳電平狀態(tài)；寫入是將數(shù)據(jù)寫入B口的數(shù)據(jù)寄存器。當(dāng)B口處于輸18太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書出狀態(tài)時，寫入輸出數(shù)據(jù)到B口的數(shù)據(jù)寄存器。P_IOB_Buffer(讀/寫)(7006H)B口的數(shù)據(jù)向量單元，用于向數(shù)據(jù)寄存器寫入或從該寄存器內(nèi)讀出數(shù)據(jù)。當(dāng)B口處于輸入狀態(tài)時，寫入是將數(shù)據(jù)寫入B口的數(shù)據(jù)寄存器；讀出則是從B口數(shù)據(jù)寄存器里讀其數(shù)值。當(dāng)B口處于輸出狀態(tài)時，寫入數(shù)據(jù)到B口的數(shù)據(jù)寄存器。4.SPCE061A時鐘電路SPCE061A的系統(tǒng)時鐘由時鐘發(fā)生器（32768Hz晶振）、鎖相環(huán)（PLL）和時間基準(zhǔn)信號（RTC）組成。SPCE061A時鐘電路的接線圖如圖3.7所示：1.32768Hz的實(shí)時時鐘經(jīng)過PLL倍頻電路產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘頻率(Fosc)，F(xiàn)osc再經(jīng)過分頻得到CPU時鐘頻率(CPUCLK)可通過對P_SystemClock(寫)(7013H)單元編程來控制。默認(rèn)的Fosc、CPUCLK分別為24.576MHz和Fosc/8。用戶可以通過對P_SystemClock單元編程完成對系統(tǒng)時鐘和CPU時鐘頻率的定義。圖3.7SPCE061A時鐘電路的接線圖32768HzRTC振蕩器有兩種工作方式：強(qiáng)振模式和自動弱振模式。處于強(qiáng)振模式時，RTC振蕩器始終運(yùn)行在高耗能的狀態(tài)下。處于自動弱振模式時，系統(tǒng)在上電復(fù)位后的前7.5s內(nèi)處于強(qiáng)振模式，然后自動切換到弱振模式以降低功耗。CPU被喚醒后默認(rèn)的時鐘頻率為Fosc/8，用戶可以根據(jù)需要調(diào)整該值。CPU被喚醒后經(jīng)過32個時鐘周期的緩沖時間后再進(jìn)行其它的操作，這樣可以避免在系統(tǒng)被喚醒后造成ROM讀取錯誤。2.鎖相環(huán)PLL(PhaseLockLoop)振蕩器，PLL電路的作用是將系統(tǒng)提供的實(shí)時時鐘的基頻(32768Hz)進(jìn)行倍頻，調(diào)整至49.152MHz、40.96MHz、32.768MHz、24.576MHz19太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書或20.480MHz。系統(tǒng)默認(rèn)的PLL自激振蕩頻率為24.576MHz。3.時間基準(zhǔn)信號，簡稱時基信號，來自于32768Hz實(shí)時時鐘，通過頻率選擇組合而成。時基信號發(fā)生器的選頻邏輯TMB1為TimerA的時鐘源B提供各種頻率選擇信號并為中斷系統(tǒng)提供中斷源(IRQ6)信號。此外，時基信號發(fā)生器還可以通過分頻產(chǎn)生2Hz、4Hz、1024Hz、2048Hz以及4096Hz的時基信號，為中斷系統(tǒng)提供各種實(shí)時中斷源(IRQ4、IRQ5)信號。5.SPCE061A定時器/計(jì)數(shù)器SPCE061A提供了兩個16位的定時/計(jì)數(shù)器：TimerA和TimerB。TimerA為通用計(jì)數(shù)器；TimerB為多功能計(jì)數(shù)器。TimerA的時鐘源由時鐘源A和時鐘源B進(jìn)行“與”操作而形成；TimerB的時鐘源僅為時鐘源A。定時器發(fā)生溢出后會產(chǎn)生一個溢出信號(TAOUT/TBOUT)。一方面，它會作為定時器中斷信號傳輸給CPU中斷系統(tǒng)；另一方面，它又會作為4位計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的時鐘源信號，輸出一個具有4位可調(diào)的脈寬調(diào)制占空比輸出信號APWMO或BPWMO(分別從IOB8和IOB9輸出)，可用來控制馬達(dá)或其它一些設(shè)備的速度。此外，定時器溢出信號還可以用于觸發(fā)ADC輸入的自動轉(zhuǎn)換過程和DAC輸出的數(shù)據(jù)鎖存。向定時器的P_TimerA_Data(讀/寫)(700AH)單元或P_TimerB_Data(讀/寫)(700CH)單元寫入一個計(jì)數(shù)值N后，選擇一個合適的時鐘源，定時器/計(jì)數(shù)器將在所選的時鐘頻率下開始以遞增方式計(jì)數(shù)N，N+1，N+2，?0xFFFE，0xFFFF。當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到0xFFFF后，定時器/計(jì)數(shù)器溢出，產(chǎn)生中斷請求信號，被CPU響應(yīng)后送入中斷控制器進(jìn)行處理。同時，N值將被重新載入定時器/計(jì)數(shù)器并重新開始計(jì)數(shù)。通過寫入P_TimerA_Ctrl(700BH)單元的第6-9位，可選擇設(shè)置APWMO輸出波形的脈寬占空比；同理，寫入P_TimerB_Ctrl(700DH)單元的第6-9位，便可選擇設(shè)置BPWMO輸出波形的脈寬占空比。時鐘源A是高頻時鐘源，來自帶鎖相環(huán)的晶體振蕩器輸出Fosc；時鐘源B的頻率來自32768Hz實(shí)時時鐘系統(tǒng)，也就是說，時鐘源B可以作為精確的計(jì)時器。例如，2Hz定時器可以作為實(shí)時時鐘的時鐘源。五、SPCE061A中斷系統(tǒng)SPCE061A系列單片機(jī)中斷系統(tǒng)是單片機(jī)中中斷功能較強(qiáng)的一種，它可以提供14個中斷源，具有兩個中斷優(yōu)先級，可實(shí)現(xiàn)兩級中斷嵌套功能。用戶可以用關(guān)中斷指令（或復(fù)位）屏蔽所有的中斷請求，也可以用開中斷指令使CPU接受中斷申請。每一個20太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書中斷源可以用軟件獨(dú)立控制為開或關(guān)中斷狀態(tài)；但中斷級別不可用軟件設(shè)置。SPCE061A的中斷類型SPCE061A的結(jié)構(gòu)給出了三種類型的中斷：軟件中斷、異常中斷和事件中斷。1.軟件中斷軟件中斷是由軟件指令break產(chǎn)生的中斷。軟件中斷的向量地址為FFF5H2.異常中斷異常中斷表示為非常重要的事件，一旦發(fā)生，CPU必須立即進(jìn)行處理。目前SPCE061A定義的異常中斷只有‘復(fù)位’一種。通常，SPCE061A系統(tǒng)復(fù)位可以由以下三種情況引起：上電、看門狗計(jì)數(shù)器溢出以及系統(tǒng)電源低于電壓低限。不論什么情況引起復(fù)位，都會使復(fù)位引腳的電位變低，進(jìn)而使程序指針PC指向由一個復(fù)位向量（FFF7H）所指的系統(tǒng)復(fù)位程序入口地址。3.事件中斷事件中斷一般產(chǎn)生于片內(nèi)設(shè)部件或由外設(shè)中斷輸入引腳引入的某個事件。這種中斷的開通/禁止，由相應(yīng)獨(dú)立使能和相應(yīng)的IRQ或FIQ總使能控制。SPCE061A的事件中斷可采用兩種方式：快速中斷請求即FIQ中斷和中斷請求即IRQ中斷。這兩種中斷都有相應(yīng)的總使能。SPCE061A共有9個中斷向量即FIQ、IRQ0-IRQ6及UARTIRQ。這9個中斷向量共可安置14個中斷源供使用，其中有4個中斷源可安置在FIQ或IRQ0-IRQ2中，另有10個中斷源則可安置在IRQ3-IRQ6中。還有一個專門用于通用異步串行口UART的中斷源，須安置在UARTIRQ向量中。SPCE061A單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有14個中斷源分為兩個定時器溢出中斷、兩個外部中斷、一個串行口中斷、一個觸鍵喚醒中斷、7個時基信號中斷、PWM音頻輸出中斷。SPCE061A單片機(jī)中，快速中斷的優(yōu)先級高于普通中斷的優(yōu)先級，在IRQ中斷中IRQ1的中斷優(yōu)先級高于IRQ2，IRQ2的中斷優(yōu)先級高于IRQ3，按照IRQ的序號，序號越高則中斷優(yōu)先級越低，UART的中斷優(yōu)先級最低。在IRQ中斷中，只是中斷查詢有先后，不能進(jìn)行中斷嵌套。同中斷向量內(nèi)的中斷源中斷優(yōu)先級相同。中斷響應(yīng)過程從中斷請求發(fā)生到被響應(yīng),從中斷響應(yīng)到轉(zhuǎn)向執(zhí)行中斷服務(wù)程序,完成中斷所要求的操作任務(wù),是一個復(fù)雜的過程。整個過程都是在CPU的控制下有序進(jìn)行的,SPCE061A單片機(jī)中斷響應(yīng)過程。21太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1.中斷查詢SPCE061A把所有的中斷請求都匯集到P_INT_Ctrl和P_UART_Command2（該寄存器用于檢測串行傳輸中斷標(biāo)志位）寄存器中。其中外中斷是使用采樣的方法將中斷請求鎖定在P_INT_Ctrl寄存器的相應(yīng)標(biāo)志位中，而音頻輸出中斷、觸鍵喚醒、定時中斷、時基中斷、串行異步中斷的中斷請求由于都發(fā)生在芯片的內(nèi)部，可以直接去置位P_INT_Ctrl和P_UART_Command2中各自的中斷請求標(biāo)志，不存在采樣的問題，所謂查詢就是由CPU測試P_INT_Ctrl和P_UART_Command2中各標(biāo)志位的狀態(tài)，已確定有沒有中斷請求發(fā)生以及是哪一個中斷請求，中斷請求匯集使中斷查詢變得簡單，因?yàn)橹恍鑼杉拇嫫鞑樵兗纯?。SPCE061A中斷查詢發(fā)生在每一個指令周期結(jié)束后，按中斷優(yōu)先級順序?qū)χ袛嗾埱筮M(jìn)行查詢，即先查詢高級中斷后，再查詢低級中斷，即先查詢FIQ再查詢IRQ，同級中斷按IRQ0→IRQ1→IRQ2→IRQ3→IRQ4→IRQ5→IRQ6→UART的順序查詢。如果查詢到有標(biāo)志位為“1”，則表明有中斷請求發(fā)生。因?yàn)橹袛嗾埱笫请S機(jī)的發(fā)生的，CPU無法預(yù)先得知，因此在程序執(zhí)行過程中，中斷查詢要在每個指令結(jié)束后不停的進(jìn)行。2.中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)就是CPU對中斷源提出的中斷請求的接受，是在中斷查詢后進(jìn)行的，當(dāng)查詢到有效的中斷請求時，緊接著就進(jìn)行中斷響應(yīng)。中斷響應(yīng)的主要內(nèi)容可以理解為是硬件自動生成一條調(diào)用指令，其格式為CALLaddR16，這里的addR16就是存儲器中斷區(qū)中相應(yīng)中斷入口地址。在SPCE061A單片機(jī)中，這些入口地址已經(jīng)由系統(tǒng)設(shè)定。中斷響應(yīng)是有條件的，并不是查詢到所有中斷請求都能被立即響應(yīng)，當(dāng)存在下列情況時，中斷響應(yīng)被封鎖：CPU正處在為一個同級或高級的中斷服務(wù)中。因?yàn)楫?dāng)一個中斷被響應(yīng)時，要求把對應(yīng)的優(yōu)先級觸發(fā)器置位，封鎖低級和同級中斷。中斷響應(yīng)的時間應(yīng)首先從中斷信號出現(xiàn)到CPU響應(yīng)的時間與CPU響應(yīng)中斷信號到進(jìn)入中斷服務(wù)程序的時間之和。首先中斷信號出現(xiàn)，CPU查詢到后，再執(zhí)行下一條指令結(jié)束后去響應(yīng)中斷，這個時間可以根據(jù)指令周期長短來確定;一般指令周期最長為182個時鐘周期，原因是累乘加指令需要的時間最長為182個時鐘周期；其次CPU響應(yīng)中斷后，到CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序又需要8個時鐘，原因是需要堆棧PC指針和SR寄存器及將中斷向量賦值給PC及跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序，這些操作共需要8個時鐘周期。因此,SPCE061A從中斷信號出現(xiàn)到進(jìn)入中斷服務(wù)最長需要190個時鐘周期。當(dāng)然，22太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書如果出現(xiàn)有同級或高級中斷正在響應(yīng)或服務(wù)中須等待的時候，那么響應(yīng)時間是無法計(jì)算的。中斷響應(yīng)后，P_INT_Ctrl和P_UART_Command2中的中斷請求標(biāo)志應(yīng)及時清除。否則就意味著中斷請求仍然存在，弄不好就會造成中斷的重復(fù)查詢和響應(yīng)，因此就存在一個中斷請求的撤銷問題。在SPCE061A中斷中，中斷撤銷只是標(biāo)志位的置“0”問題。SPCE061A中斷除UART中斷外，所有的中斷均需軟件清除標(biāo)志位，即將P_INT_Ctrl中相應(yīng)的中斷位清零。即可將中斷請求撤銷。而UART中斷，則是硬件自動清零，不需要軟件操作。如當(dāng)接收到數(shù)據(jù)后，P_UART_Command2中的接收標(biāo)志位自動置“1”，進(jìn)入U(xiǎn)ART中斷，在UART中斷中讀出數(shù)據(jù)，P_UART_Command2相應(yīng)的中斷標(biāo)志位自動清零。SPCE061A單片機(jī)的中斷服務(wù)流程圖3.8所示圖3.8中斷服務(wù)流程圖所謂中斷的入口即中斷的入口地址，每個中斷源都有自己的入口地址，中斷入口地址表如表3.4：23太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書當(dāng)CPU響應(yīng)中斷后，就是通過中斷入口地址進(jìn)入中斷服務(wù)程序。六、SPCE061A最小系統(tǒng)及開發(fā)方法1.SPCE061A最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)接線如圖3.9所示，在OSC0、OSC1端接上晶振及諧振電容，在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入VCP端接上相應(yīng)的電容電阻后即可工作。其它不用的電源端和地端接上0.1μF的去藕電容提高抗干擾能力。圖3.9最小系統(tǒng)電路圖24太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書2.SPCE061A開發(fā)方法SPCE061A的開發(fā)是通過在線調(diào)試器PROBE實(shí)現(xiàn)的。它既是一個編程器（即程序燒寫器），又是一個實(shí)時在線調(diào)試器。用它可以替代在單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目的開發(fā)過程中常用的軟件工具——硬件在線實(shí)時仿真器和程序燒寫器。它利用了SPCE061A片內(nèi)置的在線仿真電路ICE（In-CircuitEmulator）接口和凌陽公司的在線串行編程技術(shù)。PROBE工作于凌陽IDE集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，其5芯的仿真頭直接連接到目標(biāo)電路板上SPCE061A相應(yīng)管腳，直接在目標(biāo)電路板上的CPUSPCE061A調(diào)試、運(yùn)行用戶編制的程序。PROBE的另一頭是標(biāo)準(zhǔn)25針PC接口，直接連接到計(jì)算機(jī)打印口與上位機(jī)通訊，在計(jì)算機(jī)IDE集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，完成在線調(diào)試功能。如圖3.10所示：圖3.10SPCE061A的開發(fā)調(diào)試下載過程圖第三節(jié)程序下載區(qū)ICE基本運(yùn)行方式是通過控制clock及通過ICE偽指令方式,來控制CPU的運(yùn)行及緩存器資料和內(nèi)存資料的存取,因此必須通過控制緩存器值的設(shè)定來控制目前CPU的動作。61板上的74HC244主要是在我們用下載線進(jìn)行程序下載時起作用，主要起緩存的作用和完成對SDA是用來作為數(shù)據(jù)回送還是數(shù)據(jù)下載進(jìn)行選擇。程序下載電路圖如圖3.11所示。25太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖3.11程序下載電路圖74HC244芯片可以控制SDA信號的高低電平，這樣可以使用ResWriter工具發(fā)出符合燒寫芯片的時序信號。74HC244芯片的引腳圖如圖3.12所示圖3.1274HC244芯片引腳圖第四節(jié)音頻模塊此模塊主要通過MICROPHONE把我們所要求語音信息進(jìn)行的輸入。再由SPCE061A26太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書對采集的語音信號進(jìn)行處理提取的說話人特征參數(shù)與存儲在外擴(kuò)FLASH內(nèi)的特征參數(shù)模板進(jìn)行匹配。音頻輸入電路圖如3.13所示。圖3.13音頻輸入電路圖第五節(jié)語音輸出模塊可以直接聽喇叭輸出的聲音。SPY0030A是凌陽公司開發(fā)的專門用于語音信號放大的芯片。和LM386相比，SPY0030A還具有工作電壓低、輸出功率高及低失真的優(yōu)勢。語音輸出電路圖如圖3.14所示。圖3.14語音輸出電路圖27太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第六節(jié)數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊D/A（數(shù)/模）的作用就是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的部分，音頻輸出就是這個過程，A/D（模/數(shù)）的作用就是把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的部分，音頻輸入就是這個過程把人講話的聲音波形通過SPCE061A芯片中的A/D（模/數(shù)）采集后，處理后又通過D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換還原后，通過功率放大電路播出聲音。SPCE061A提供了兩路的D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換通道，分別是DAC1、DAC2。SPCE061A有7個10位ADC通道，其中一個通道(MIC_In)用于語音輸入，模擬信號經(jīng)過自動增益控制器和放大器放大后進(jìn)行A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換。其余6個通道(Line_In)和IOA[0-6]引腳共享，可以將輸入的模擬信號(如電壓信號)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。SPCE061A的A/D轉(zhuǎn)換范圍是整個輸入范圍，即0V-AVdd。無效的A/D（模/數(shù)）模擬信號(超過VDD+0.3V或是低于VSS–0.3V)將影響轉(zhuǎn)換電路的工作范圍，從而降低AD的性能。由于Line_In通道和IOA[0-6]共享引腳，建議用戶選擇其它的IO引（非IOA[0-6]），以避免由于無效的IO信號造成電壓不穩(wěn)。第七節(jié)電源模塊61板采用3節(jié)5號電池進(jìn)行供電，由J10接入，其中的前后兩組電容用來去耦濾波，使其供給芯片更加平滑。為了獲得標(biāo)準(zhǔn)3.3V電壓，在板子上加入SPY0029A三端穩(wěn)壓器。兩個二極管，是為防止誤將電源接反造成不必要損失而設(shè)置的，在操作過程中千萬不要將電源接反，因?yàn)榉聪螂妷撼^一定的值，二極管將會被損壞，達(dá)不到保護(hù)的目的。后面的零電阻及其電源分不同的幾路是為了減少電磁干擾設(shè)置的。圖3.15電源電路圖28太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第八節(jié)SPLC501液晶顯示模組SPLC501液晶顯示模組為128X64點(diǎn)陣，面板采用STN（SuperTwistedNematic）超扭曲向列技術(shù)制成并且由128Segment和64Common組成。一、SPLC501的組成SPLC501液晶顯示模組主要有液晶顯示器（帶驅(qū)動、控制器的液晶面板）、復(fù)位按鍵、電源指示燈和模組接口及跳線。SPLC501液晶顯示器的接口引腳說明：SPLC501液晶顯示器的電路原理圖如圖3.16所示。29太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖3.16SPLC501液晶顯示器的電路原理圖30太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書二、SPLC501驅(qū)動控制器芯片SPLC501液晶顯示模組采用的驅(qū)動控制芯片為凌陽科技的SPLC501A芯片，SPLC501為液晶顯示控制驅(qū)動器，集行、列驅(qū)動器和控制器于一體，廣泛應(yīng)用于小規(guī)模液晶顯示模塊。SPLC501單芯片液晶驅(qū)動，可以直接與其他微控制器接口總線相連。微控制器可以將顯示數(shù)據(jù)通過8位數(shù)據(jù)總線或者串行接口寫到SPLC501的顯存中。SPLC501的特點(diǎn)：1.內(nèi)置8580位顯示RAM。RAM中的一位數(shù)據(jù)控制液晶屏上的一個象素點(diǎn)的亮、暗狀態(tài)?！?”亮“0”暗。2.具有65行驅(qū)動輸出和132列驅(qū)動輸出。3.可以直接與80系列和68系列微處理器相連。4.內(nèi)置晶振電路，也可以外接晶振。5.工作溫度范圍為－40攝氏度和＋85攝氏度之間。SPLC501液晶顯示模組采用GPG12063YS3LCD模塊，此模塊內(nèi)嵌SPLC501芯片，采用先進(jìn)的COG技術(shù)，將芯片嵌在LCD玻璃上，結(jié)構(gòu)框圖如圖3.17所示。：圖3.17SPLC501的結(jié)構(gòu)框圖三、SPLC501的顯示RAM區(qū)映射SPLC501液晶顯示模組的顯示器上的顯示點(diǎn)與驅(qū)動控制芯片中的顯示緩存RAM31太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書是一一對應(yīng)的；SPLC501A芯片中共有65（8Pagex8bit+1）X132個位的顯示RAM區(qū)。而顯示器的顯示點(diǎn)陣大小為64X128點(diǎn)，所以實(shí)際上在SPLC501液晶顯示模組中有用的顯示RAM區(qū)為64X128個位；按byte為單位劃分，共分為8個Page，每個Page為8行，而每一行為128個位（即128列）。SPLC501液晶顯示模組中，驅(qū)動控制芯片的顯示RAM區(qū)每個byte的數(shù)據(jù)對應(yīng)屏上的點(diǎn)的排列方式為：縱向排列，低位在上高位在下；SPLC501液晶顯示模組的顯示屏上的每一個點(diǎn)都對應(yīng)有SPLC501A片內(nèi)的顯示緩存RAM中的一個位，顯示屏上64X128個點(diǎn)分別對應(yīng)著顯示RAM的8個Page，每一個Page有128個byte的空間對應(yīng)。因此可知顯示RAM區(qū)中的一個Pa