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電子萬年歷方案開發(fā)
隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對生活質(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，而電子萬年歷則順應(yīng)了人們對時間方面的要求。但傳統(tǒng)的電子萬年歷除顯示時間之外，功能較為單一，逐漸失去了市場。針對這一現(xiàn)狀，本文介紹的電子萬年歷，采用了基于AT89C51單片機(jī)的控制技術(shù)，并結(jié)合了語音錄放模塊ISD1420和紅外遙控技術(shù)，使其具備了遙控調(diào)時，語音報(bào)時等功能，具有一定的新穎性和實(shí)用性，使用也更為方便，具備一定的市場前景。
一、語音電子萬年歷系統(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)時時鐘芯片DS1302、語音錄放芯片ISD1420以及數(shù)碼管顯示驅(qū)動電路等組成。該系統(tǒng)利用實(shí)時時鐘芯片DS1302產(chǎn)生年、月、日、時、分、秒、星期等時間信息，通過單片機(jī)對時間信息進(jìn)行處理后送數(shù)碼管顯示驅(qū)動電路；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，經(jīng)單片機(jī)識別后發(fā)出調(diào)時或語音報(bào)時命令；語音錄放芯片ISD1420在接收到放音命令后根據(jù)單片機(jī)發(fā)送過來的語音信息地址，對存放的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，發(fā)出與時間相對應(yīng)的語音信息，實(shí)現(xiàn)語音報(bào)時功能。
二、電子萬年歷系統(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，適合在開發(fā)階段的使用。
2.2串行時鐘芯片DS1302
DS1302是DALLAS公司推出的一個內(nèi)含實(shí)時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM的時鐘芯片，通過串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日、星期、月、年等時間信息，每個月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時鐘操作通過AM/PM標(biāo)志位決定采用24或12小時時間格式。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)傳送的時序，單片機(jī)可以對DS1302重新設(shè)置時間和讀取實(shí)時時間。DS1302工作時功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時，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語音錄放芯片ISD1420
ISD1420芯片采用CMOS技術(shù)，單片錄放時間為20秒，音質(zhì)好。在錄放操作結(jié)束后，芯片自動進(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（無需后備電源），EEPROM單片可反復(fù)錄音十萬次。
ISD1420的錄放操作通過/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，芯片自動寫入一個結(jié)束標(biāo)志（EOM），使以后的重放操作可以及時停止，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，芯片開始放音。放音持續(xù)到EOM標(biāo)志或內(nèi)存結(jié)束，之后芯片自動進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。在錄音或放音結(jié)束后芯片均自動進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。錄音指示（/RECLED）在錄音狀態(tài)時，此端為低，可驅(qū)動LED。此外，放音遇到EOM標(biāo)志時，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)送過來的控制信號。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電平信號兼容的所有工作，收到紅外線信號時為低電平，沒有則為高電平，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、電子萬年歷硬件設(shè)計(jì)
(1)顯示部分：為了減少對單片機(jī)端口的占用和滿足對數(shù)碼管的驅(qū)動電流的要求，本系統(tǒng)采用了串并轉(zhuǎn)換芯片74LS164作為驅(qū)動芯片，在單片機(jī)處于工作模式0時對單片機(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)動數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。由于萬年歷使用的數(shù)碼管多達(dá)十幾個，在此處用兩個74LS164擴(kuò)展，分別驅(qū)動上下兩組數(shù)碼管。數(shù)碼管顯示采用動態(tài)掃描技術(shù)，利用P0口對數(shù)碼管進(jìn)行逐個點(diǎn)亮。
(2)時鐘接口部分：串行時鐘芯片的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接收的信號進(jìn)行解調(diào)，解碼并向單片機(jī)發(fā)出中斷請求，以使單片機(jī)響應(yīng)遙控器發(fā)出的命令要求。
(4)語音錄放接口部分：單片機(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，單片機(jī)通過P2口送出ISD1420錄放語音的地址，并通過P1.6口將/REC口置為低電平，ISD1420從指定地址開始錄音，當(dāng)P1.6口清零時，停止錄音，ISD1420內(nèi)部自動加入段結(jié)束標(biāo)志EOM。而放音時，單片機(jī)從P2口輸出指定放音段的地址，并通過P1.5口將/PLAYL置為低電平，ISD1420即從指定的地址開始放音，當(dāng)遇到段結(jié)束標(biāo)志EOM時停止，單片機(jī)利用從RECLED中輸出的EOM標(biāo)志啟動發(fā)出下一段的放音地址，這樣連續(xù)放音就可以實(shí)現(xiàn)語音報(bào)時的功能。
四、電子萬年歷系統(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)紅外遙控信號的中斷處理程序、單片機(jī)控制IS1420的語音錄放程序以及單片機(jī)串行輸出送74LS164的顯示驅(qū)動程序等幾個程序模塊組成。串行時鐘芯片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74LS164實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)行程序在各種書籍上介紹較多，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)紅外遙控信號并進(jìn)行解碼的處理原理以及單片機(jī)控制ISD1420進(jìn)行語音錄放程序的編寫。
4.1外遙控信號編碼組成解單片機(jī)解碼設(shè)計(jì)
通常，紅外遙控器的信號調(diào)制在38KHZ的載波上。而信號采用的編碼形式有多種類型，較常見的有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)碼又稱為識別碼，主要是為了區(qū)分不同的控制系統(tǒng)，防止誤動作。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傳輸過程中產(chǎn)生的差錯提高抗干擾性能。利用單片機(jī)電路首先檢測出電視機(jī)遙控器中每個按鍵的8位數(shù)據(jù)碼，然后根據(jù)數(shù)據(jù)碼制定各個按鍵的作用。在這里保留遙控器中各個數(shù)字鍵的功能，并以頻道的加減鍵作為定時時間的加減設(shè)置功能，另外以開關(guān)鍵作為語音報(bào)時控制鍵。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的語音報(bào)時程序
在語音錄放芯片ISD1420中預(yù)先按段錄制需要實(shí)時報(bào)時的語音語素，經(jīng)過對所有語句的拆字分析，需要以下17字段和語素：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)、時間(10)。在錄制的時候相鄰兩語音段之間的地址間隔為8，即每個語音段的錄音時間控制在1秒之內(nèi),所用的17個字段和語素分布在17秒的錄音區(qū)間內(nèi),沒有超出ISD1420二十秒的最大錄制時間。下面舉例說明通過單片機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)語音報(bào)時功能。假設(shè)現(xiàn)在時間是16點(diǎn)47分，我們需要語音電路發(fā)出的報(bào)時聲為“嘟，北京時間十六點(diǎn)四十七分”。電路中的單片機(jī)對內(nèi)部的時，分單元數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，并根據(jù)語音芯片中語音段的段位序號和命令格式在內(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音順序播放出來，即完成了語句的合成和播放。
結(jié)束語
本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的電子萬年歷采用單片機(jī)作為主控芯片，外接語音錄放芯片ISD1420、一體化紅外接收頭以及時鐘芯片DS1302，使該萬年歷不僅具備了計(jì)時精確、功能易擴(kuò)展的特點(diǎn)，而且還具備了遙控調(diào)試，語音報(bào)時的功能，使得該產(chǎn)品具備了方便、趣味和生動的特點(diǎn)，適合家庭計(jì)時，報(bào)時等方面的應(yīng)用。通過軟件調(diào)試及硬件測試，本系統(tǒng)各部分均達(dá)到了預(yù)期的功能。另外在該語音電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上加以改動還可以應(yīng)用到工業(yè)測量控制、水利監(jiān)測、公安報(bào)警系統(tǒng)、智能電話系統(tǒng)、計(jì)價(jià)器、銀行報(bào)號系統(tǒng)、公路收費(fèi)系統(tǒng)等各系統(tǒng)當(dāng)中。
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