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電子萬(wàn)年歷方案開(kāi)發(fā)
隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也在不斷地提高。在電子技術(shù)方面廠家也不斷的推出了各種電子產(chǎn)品以滿足人們的需要，而電子萬(wàn)年歷則順應(yīng)了人們對(duì)時(shí)間方面的要求。但傳統(tǒng)的電子萬(wàn)年歷除顯示時(shí)間之外，功能較為單一，逐漸失去了市場(chǎng)。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本文介紹的電子萬(wàn)年歷，采用了基于AT89C51單片機(jī)的控制技術(shù)，并結(jié)合了語(yǔ)音錄放模塊ISD1420和紅外遙控技術(shù)，使其具備了遙控調(diào)時(shí)，語(yǔ)音報(bào)時(shí)等功能，具有一定的新穎性和實(shí)用性，使用也更為方便，具備一定的市場(chǎng)前景。
一、語(yǔ)音電子萬(wàn)年歷系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由主控芯片AT89C51單片機(jī)、一體化紅外接收頭組成的紅外線接收電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302、語(yǔ)音錄放芯片ISD1420以及數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路等組成。該系統(tǒng)利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302產(chǎn)生年、月、日、時(shí)、分、秒、星期等時(shí)間信息，通過(guò)單片機(jī)對(duì)時(shí)間信息進(jìn)行處理后送數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路；紅外接收電路用以接收和解調(diào)紅外遙控器發(fā)送的控制信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)識(shí)別后發(fā)出調(diào)時(shí)或語(yǔ)音報(bào)時(shí)命令；語(yǔ)音錄放芯片ISD1420在接收到放音命令后根據(jù)單片機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的語(yǔ)音信息地址，對(duì)存放的語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，發(fā)出與時(shí)間相對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音信息，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)時(shí)功能。
二、電子萬(wàn)年歷系統(tǒng)中關(guān)鍵器件的選用
2.1 AT89C51單片機(jī)
AT89C51為ATMEL公司生產(chǎn)的51系列單片機(jī)，其內(nèi)部資源及端口定義與MCS-51單片機(jī)兼容，另外該片內(nèi)置的flashROM允許進(jìn)行重復(fù)1000次以上的編程燒寫(xiě)，適合在開(kāi)發(fā)階段的使用。
2.2串行時(shí)鐘芯片DS1302
DS1302是DALLAS公司推出的一個(gè)內(nèi)含實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM的時(shí)鐘芯片，通過(guò)串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、星期、月、年等時(shí)間信息，每個(gè)月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整，時(shí)鐘操作通過(guò)AM/PM標(biāo)志位決定采用24或12小時(shí)時(shí)間格式。DS1302與單片機(jī)之間能采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需復(fù)位線RST、I/O數(shù)據(jù)線、SCLK串行時(shí)鐘線3根線即可完成數(shù)據(jù)的通訊。DS1302數(shù)據(jù)傳送方式有單字節(jié)和多字節(jié)傳送方式，根據(jù)控制命令字和數(shù)據(jù)傳送的時(shí)序，單片機(jī)可以對(duì)DS1302重新設(shè)置時(shí)間和讀取實(shí)時(shí)時(shí)間。DS1302工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)，功率小于1mW。DS1302廣泛應(yīng)用于電話、傳真、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。
2.3語(yǔ)音錄放芯片ISD1420
ISD1420芯片采用CMOS技術(shù)，單片錄放時(shí)間為20秒，音質(zhì)好。在錄放操作結(jié)束后，芯片自動(dòng)進(jìn)入低功耗節(jié)電模式、功耗僅0.5uA。芯片采樣頻率從5.3，6.4到8.0KHz，片內(nèi)信息可保存100年（無(wú)需后備電源），EEPROM單片可反復(fù)錄音十萬(wàn)次。
ISD1420的錄放操作通過(guò)/REC,/PLAYE,/PLAYL,/RELED進(jìn)行控制。/REC為錄音控制端，低電平有效。只要/REC變低，芯片即開(kāi)始錄音。當(dāng)/REC變高或內(nèi)存錄滿后，錄音周期結(jié)束，芯片自動(dòng)寫(xiě)入一個(gè)結(jié)束標(biāo)志（EOM），使以后的重放操作可以及時(shí)停止，實(shí)現(xiàn)分段錄音的功能。/PLAYE為邊沿觸發(fā)放音端，出現(xiàn)下降沿時(shí)，芯片開(kāi)始放音。放音持續(xù)到EOM標(biāo)志或內(nèi)存結(jié)束，之后芯片自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。在錄音或放音結(jié)束后芯片均自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。錄音指示（/RECLED）在錄音狀態(tài)時(shí)，此端為低，可驅(qū)動(dòng)LED。此外，放音遇到EOM標(biāo)志時(shí)，此端輸出低電平脈沖。
2.4一體化紅外線接收頭
紅外線遙控系統(tǒng)的接收部分采用一體化紅外線接收頭LT0038，用以接收以電視機(jī)遙控器發(fā)送過(guò)來(lái)的控制信號(hào)。LT0038是塑封一體化紅外線接收器，它是一種集紅外線接收、放大、整形于一體的集成電路，不需要任何外接元件就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號(hào)兼容的所有工作，收到紅外線信號(hào)時(shí)為低電平，沒(méi)有則為高電平，適用于各種紅外遙控系統(tǒng)和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。遙控發(fā)射器專用芯片很多，根據(jù)編碼格式可以分成脈沖寬度調(diào)制和脈沖相位調(diào)制兩大類。在本系統(tǒng)中直接利用了電視機(jī)的遙控器作為發(fā)射部分，并直接利用了其各按鍵的代碼。
三、電子萬(wàn)年歷硬件設(shè)計(jì)
(1)顯示部分：為了減少對(duì)單片機(jī)端口的占用和滿足對(duì)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電流的要求，本系統(tǒng)采用了串并轉(zhuǎn)換芯片74LS164作為驅(qū)動(dòng)芯片，在單片機(jī)處于工作模式0時(shí)對(duì)單片機(jī)串行口輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，作為數(shù)碼管的段碼用以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。由于萬(wàn)年歷使用的數(shù)碼管多達(dá)十幾個(gè)，在此處用兩個(gè)74LS164擴(kuò)展，分別驅(qū)動(dòng)上下兩組數(shù)碼管。數(shù)碼管顯示采用動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)，利用P0口對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行逐個(gè)點(diǎn)亮。
(2)時(shí)鐘接口部分：串行時(shí)鐘芯片的SCLK,RST,I/O口分別與單片機(jī)的P1.0,P1.1,P1.2相連。根據(jù)DS1302數(shù)據(jù)傳送的時(shí)序圖利用軟件模擬完成串行數(shù)據(jù)傳送。DS1302的VCC2接3.6V的鋰電池作為主電源掉電后的備用電源。
(3)紅外遙控接收接口部分：一體化紅外接收頭的輸出端接單片機(jī)的外部中斷0口，當(dāng)遙控器發(fā)出控制命令后，一體化紅外接收頭對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，解碼并向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求，以使單片機(jī)響應(yīng)遙控器發(fā)出的命令要求。
(4)語(yǔ)音錄放接口部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)的P2口接ISD1420的A0-A7,作為地址選擇線。ISD1420的/PLAYL,/REC,/RELED分別接單片機(jī)的P1.5,P1.6,P1.7口。錄音時(shí)，單片機(jī)通過(guò)P2口送出ISD1420錄放語(yǔ)音的地址，并通過(guò)P1.6口將/REC口置為低電平，ISD1420從指定地址開(kāi)始錄音，當(dāng)P1.6口清零時(shí)，停止錄音，ISD1420內(nèi)部自動(dòng)加入段結(jié)束標(biāo)志EOM。而放音時(shí)，單片機(jī)從P2口輸出指定放音段的地址，并通過(guò)P1.5口將/PLAYL置為低電平，ISD1420即從指定的地址開(kāi)始放音，當(dāng)遇到段結(jié)束標(biāo)志EOM時(shí)停止，單片機(jī)利用從RECLED中輸出的EOM標(biāo)志啟動(dòng)發(fā)出下一段的放音地址，這樣連續(xù)放音就可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)時(shí)的功能。
四、電子萬(wàn)年歷系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用單片機(jī)C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。主要包括DS1302與單片機(jī)接口程序、單片機(jī)響應(yīng)紅外遙控信號(hào)的中斷處理程序、單片機(jī)控制IS1420的語(yǔ)音錄放程序以及單片機(jī)串行輸出送74LS164的顯示驅(qū)動(dòng)程序等幾個(gè)程序模塊組成。串行時(shí)鐘芯片DS1302與單片機(jī)的接口程序以及單片機(jī)串行口處于工作模式0通過(guò)74LS164實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)行程序在各種書(shū)籍上介紹較多，本文不再給與重復(fù)介紹。本文主要介紹有關(guān)單片機(jī)響應(yīng)紅外遙控信號(hào)并進(jìn)行解碼的處理原理以及單片機(jī)控制ISD1420進(jìn)行語(yǔ)音錄放程序的編寫(xiě)。
4.1外遙控信號(hào)編碼組成解單片機(jī)解碼設(shè)計(jì)
通常，紅外遙控器的信號(hào)調(diào)制在38KHZ的載波上。而信號(hào)采用的編碼形式有多種類型，較常見(jiàn)的有PWM碼（脈沖寬度調(diào)制碼）和PPM碼（脈沖位置調(diào)制碼），本系統(tǒng)采用的遙控器為PPM碼形式，現(xiàn)給與介紹。遙控編碼脈沖信號(hào)通常由引導(dǎo)碼、系統(tǒng)碼、系統(tǒng)反碼、功能碼和功能反碼組成。
由寬度為9ms的高電平和寬度為4.5ms的低電平組成引導(dǎo)碼。系統(tǒng)碼又稱為識(shí)別碼，主要是為了區(qū)分不同的控制系統(tǒng)，防止誤動(dòng)作。功能碼也稱為指令碼，其代表相應(yīng)的控制功能。系統(tǒng)反碼和功能反碼的加入則是為了校對(duì)傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的差錯(cuò)提高抗干擾性能。利用單片機(jī)電路首先檢測(cè)出電視機(jī)遙控器中每個(gè)按鍵的8位數(shù)據(jù)碼，然后根據(jù)數(shù)據(jù)碼制定各個(gè)按鍵的作用。在這里保留遙控器中各個(gè)數(shù)字鍵的功能，并以頻道的加減鍵作為定時(shí)時(shí)間的加減設(shè)置功能，另外以開(kāi)關(guān)鍵作為語(yǔ)音報(bào)時(shí)控制鍵。這樣在單片機(jī)的外部中斷處理程序中判別出操作者所按的功能鍵，然后轉(zhuǎn)向執(zhí)行相應(yīng)的處理程序。
4.2單片機(jī)控制ISD1420的語(yǔ)音報(bào)時(shí)程序
在語(yǔ)音錄放芯片ISD1420中預(yù)先按段錄制需要實(shí)時(shí)報(bào)時(shí)的語(yǔ)音語(yǔ)素，經(jīng)過(guò)對(duì)所有語(yǔ)句的拆字分析，需要以下17字段和語(yǔ)素：嘟(00)、零(01)、一(02)、二(03)、三(04)、四(05)、五(06)、六(07)、七(08)、八(09)、九(0A)、十(0B)、分(0C)、秒(0D)、點(diǎn)(0E)、北京(0F)、時(shí)間(10)。在錄制的時(shí)候相鄰兩語(yǔ)音段之間的地址間隔為8，即每個(gè)語(yǔ)音段的錄音時(shí)間控制在1秒之內(nèi),所用的17個(gè)字段和語(yǔ)素分布在17秒的錄音區(qū)間內(nèi),沒(méi)有超出ISD1420二十秒的最大錄制時(shí)間。下面舉例說(shuō)明通過(guò)單片機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音報(bào)時(shí)功能。假設(shè)現(xiàn)在時(shí)間是16點(diǎn)47分，我們需要語(yǔ)音電路發(fā)出的報(bào)時(shí)聲為“嘟，北京時(shí)間十六點(diǎn)四十七分”。電路中的單片機(jī)對(duì)內(nèi)部的時(shí)，分單元數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，并根據(jù)語(yǔ)音芯片中語(yǔ)音段的段位序號(hào)和命令格式在內(nèi)部產(chǎn)生如下的代碼：00 0F 10 0B 07 0E 05 0B 08 0C。以上數(shù)據(jù)均為16進(jìn)制表示，“00”表示提示音“嘟”，“0F”表示“北京”，“10”是表示“時(shí)間”，“0B”“07”“0E”“05”“0B”“08”“0C”分別表示“十”“六”“點(diǎn)”“四”“十”“七”“分”。這樣只要將上述各段語(yǔ)音順序播放出來(lái)，即完成了語(yǔ)句的合成和播放。
結(jié)束語(yǔ)
本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的電子萬(wàn)年歷采用單片機(jī)作為主控芯片，外接語(yǔ)音錄放芯片ISD1420、一體化紅外接收頭以及時(shí)鐘芯片DS1302，使該萬(wàn)年歷不僅具備了計(jì)時(shí)精確、功能易擴(kuò)展的特點(diǎn)，而且還具備了遙控調(diào)試，語(yǔ)音報(bào)時(shí)的功能，使得該產(chǎn)品具備了方便、趣味和生動(dòng)的特點(diǎn)，適合家庭計(jì)時(shí)，報(bào)時(shí)等方面的應(yīng)用。通過(guò)軟件調(diào)試及硬件測(cè)試，本系統(tǒng)各部分均達(dá)到了預(yù)期的功能。另外在該語(yǔ)音電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上加以改動(dòng)還可以應(yīng)用到工業(yè)測(cè)量控制、水利監(jiān)測(cè)、公安報(bào)警系統(tǒng)、智能電話系統(tǒng)、計(jì)價(jià)器、銀行報(bào)號(hào)系統(tǒng)、公路收費(fèi)系統(tǒng)等各系統(tǒng)當(dāng)中。
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