【正文】 器 (CPU)、隨機存取存儲器 (RAM)、只讀存儲器 (ROM)、輸入 /輸出端口 (I/O)等主要計算機功能部件都集 成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。 隨著單片機集成化程度的不斷提高，現(xiàn)代單片機已經(jīng)具備了數(shù)字信號處理功能，使語音信號處理用單片機實現(xiàn)成為可能。 本設(shè)計是一個基于凌陽 61A 單片機的語音報時系統(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來進(jìn)行時間的播報。 D/A（數(shù) /模）和語音識別技術(shù)關(guān)系到時間的正確播報，人機接口 是播報時間和調(diào)整時間的關(guān)鍵。語音電子鐘具有突出的播報時間的功能，它被廣泛用在生活中的各種場合。 本設(shè)計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，讓我認(rèn)識到單片機已經(jīng)深入到我們生活的每個領(lǐng)域。利用凌陽 SPCE061A 單片機在語音識別和處理方面的優(yōu)點，結(jié)合實踐，設(shè)計出有特色的語音電子鐘。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)。 SPCE061A 是以μ 39。 一、 單片機的發(fā)展 如果將 8 位單片 機的推出作為起點，那么單片機的發(fā)展歷史大致可分為以下幾個階段 。這就是 SCM 的誕生年代，“單機片”一詞即由此而來。 1） 完善的外部總線。 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。 （ 1990— 現(xiàn)在 ）：微控制器的全面發(fā)展階段。 近年，由于 CHMOS 技術(shù)的進(jìn) 步， 大地促進(jìn)了單片機的 CMOS 化。單片機的功耗已 從 Ma 級，甚至 1uA 以下；使用電壓在 3V6V之間，完全適應(yīng)電池工作。 。 主要是指進(jìn)一步改進(jìn) CPU的性能，加快指令運算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。 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)。 它通過內(nèi)部總線把計算機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。 3）控制功能強。 三 、單片機的應(yīng)用 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 5 第二章 語音電子鐘的原理和方案 第一節(jié) 設(shè)計原理 根據(jù)設(shè)計要求， 語音電子鐘要具備 的 功能： 。 。 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，它直接決定計時系統(tǒng) 的精度，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入 “ 秒計數(shù)器 ” ， “ 秒計數(shù)器 ” 采用 60進(jìn)制計數(shù) 。 每累計 24 小時發(fā)出一個“天脈沖 ” 信號。 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。 第二節(jié) 設(shè)計方案 通過對設(shè)計要求和設(shè)計原理的仔 細(xì)分析，本次設(shè)計采用模塊結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。 組成電路板各模塊應(yīng)具有如下功能 : : 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) 。 （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。 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 8 硬件連接如圖 所示： 圖 語音電子鐘的電路連接圖 語音電子鐘 的連接示意圖見圖 ， 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“ +”、 IOA81“ ”與 SPLC501A 液晶顯示模組的“ +”、 DB0“ ”，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。 KEY KEY3 鍵同時按下：控制鬧鐘的開與關(guān)。 可以隨意選擇所要實現(xiàn)的操作。 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，當(dāng)設(shè)置完成后，按 KEY1 會自動退出設(shè)置界面。 返回功能里 KEY1 為確認(rèn)鍵，按下后，系統(tǒng)會回到顯示界面。 181。 時鐘： 。 。 位通用可編程輸入 /輸出通道 。 PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號 。 。 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 11 二、 SPCE061A 芯片的引腳 SPCE061A實物如圖 。 可將 PFUSE 接 5V, PVIN 接 GND 并維持 1s 以上即可將內(nèi)部保險絲熔化，此后就無法讀取和向閃存加載數(shù)據(jù)。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。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。 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的保護(hù)及返回。 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 15 用戶可用閃存來存儲用戶程序。寫入 0x5533，對閃存編程。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。 32K 字的內(nèi)嵌式閃存被劃分為 128 個頁，它們在 CPU 正常運行狀態(tài)下均可通過程序擦除或?qū)懭?。輸入端口?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。 SPCE061A 有兩個 16位通用的并行 I/O口： A 口和 B口。 I/O 端口結(jié)構(gòu)如圖 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定義用于輸入或輸出數(shù)據(jù)。與其它的單片機相比，除了每個 I/O 端口可以單獨定義其狀態(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，在實際的電路中不需要再次外接。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，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。默認(rèn)的 Fosc、 CPUCLK 分別 為 和 Fosc/8。處于自動弱振模式時，系統(tǒng)在上電復(fù)位后的前 內(nèi)處于強振模式，然后自動切換到弱振模式以降低功耗。系統(tǒng)默認(rèn)的 PLL自激振蕩頻率為 。 定時器 /計數(shù)器 SPCE061A 提供了兩個 16位的定時 /計數(shù)器 ： TimerA 和 TimerB。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位計數(shù)器計數(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 )， 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 19 可用來控制馬達(dá)或其它一些設(shè)備的速度。同時， N值將被重新載入定時器 /計數(shù)器并重新開始計數(shù)。 五 、 SPCE061A 中斷系統(tǒng) SPCE061A 系列單片機中斷系統(tǒng)是單片機中中斷功能較強的一種，它可以提供 14個中斷源，具有兩個中斷優(yōu)先級，可實現(xiàn)兩級中斷嵌套功能。 軟件中斷是由軟件指令 break 產(chǎn)生的中斷。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 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 20 序入口地址。這兩種中斷都有相應(yīng)的總使能。 SPCE061A單片機的中斷系統(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。 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。 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 21 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。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 CALL addR16，這里的 addR16 就是存儲器中斷區(qū)中相應(yīng)中斷入口地址。 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。當(dāng)然，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)時間是無法計算的。 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。 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 22 SPCE061A單片機的中斷服務(wù)流程圖 圖 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 ： 中斷向量 中斷優(yōu)先級別 FFF7H（復(fù)位向量） RESET FFF6H FIQ FFF8H IRQ0 FFF9H IRQ1 FFFAH IRQ2 FFFBH IRQ3 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 23 FFFCH IRQ4 FFFDH IRQ5 FFFEH IRQ6 FFFFH UART IRQ 表 中斷入口地址表 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。它既是一個編程器（即程序燒寫器），又是一個實時 在線調(diào)試器。 PROBE 的另一頭是標(biāo)準(zhǔn) 25針 PC 接口，直接連接到計算機打印口與上位機通訊，在計算機 IDE 集成開 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 25 發(fā)環(huán)境軟件包下，完成在線調(diào)試功能。 25針 并口 至PC 外圍接口電路 VDD XICE SPCE061A ICECLK ICESDA VSS 5V電源（當(dāng)I/O 口外接5V器件時） 32768H 晶振 VDD XICE ICECLK ICESDA VSS 用戶目標(biāo)板 在線調(diào)試器 PROBE 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 26 圖 程序下載電路圖 74HC244 芯片可以控