【正文】 (DigitalSignalProcessing,DSP)等領(lǐng)域。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。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。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。第五章進(jìn)行硬件的測試和軟件的調(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。第二章 語音電子鐘的原理和方案 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：。 時(shí)鐘功能時(shí)鐘功能是利用SPCE061A芯片的時(shí)鐘頻率和定時(shí)/計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)，秒信號產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號，它直接決定計(jì)時(shí)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)?！胺钟?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(gè)“時(shí)脈沖”信號，該信號將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”。每累計(jì)24小時(shí)發(fā)出一個(gè)“天脈沖”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)。語音輸出功能利用SPY0030A芯片和外接喇叭進(jìn)行音頻輸出。J3是語音輸出接口，一個(gè)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。 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)。實(shí)現(xiàn)單獨(dú)播報(bào)年、月、日和時(shí)、分，實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，并且能夠?qū)λ鼈兎謩e進(jìn)行調(diào)整。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)。 （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。 （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。 第三章 語音電子鐘的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，61板作為整個(gè)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(shí)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(shí)間。 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6 共11 個(gè)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(gè)按鍵。,按KEY1鍵：進(jìn)入功能選擇界面。按KEY3鍵：播報(bào)當(dāng)前的日期。 在時(shí)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(gè)選項(xiàng)。功能選擇菜單界面里KEY1為確定鍵，KEY2為下翻鍵，KEY3為上翻鍵。時(shí)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會自動退出設(shè)置界面。鬧鐘設(shè)置界面里有鬧鐘時(shí)間設(shè)置和鬧鐘鈴聲選擇兩個(gè)選項(xiàng)。.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。 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(shí)KEY3 才有效。 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)。 SPCE061A芯片SPCE061A 芯片內(nèi)部集成了ICE (在線實(shí)時(shí)仿真/除錯(cuò)器)、FLASH (閃存)、SRAM (靜態(tài)內(nèi)存)、通用I/O 端口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制、CPU 時(shí)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 (串行輸入輸出接口)、低電壓監(jiān)測/低電壓復(fù)位模塊。 SPCE061A性能簡介’nSP 微處理器 。 ：。 。 。（可自動預(yù)置初始計(jì)數(shù)值）。 。 。 。（ADC）和單通道聲音模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。 。 。引腳 說明IOA0IOA15(41455460) I/O口A，共16個(gè)IOB0IOB15(58176864) I/O口B，共16個(gè)OSCI（13腳） 32768Hz 晶振輸入管腳OSCO（12腳） 32768Hz 晶振輸出管腳RES_B(6腳) 復(fù)位輸入XICE（16腳） ICE使能端，接PROBE的使能腳ICE_ENXICECLK（17腳） ICE時(shí)鐘端，接PROBE的時(shí)鐘腳ICE_SCKXICESDA（18腳） ICE數(shù)據(jù)端，接PROBE的數(shù)據(jù)腳ICE_SDAPVIN（20腳） 程序保密設(shè)定腳PFUSE（29腳） 程序保密設(shè)定腳DAC1（21腳） 音頻輸出通道1DAC2（22腳） 音頻輸出通道2VREF2（23腳） 2V參考電壓輸出腳AGC（25腳） 語音輸入自動增益控制引腳OPI（26腳） Microphone的第二運(yùn)放輸入腳MICOUT（27腳） Microphone的第一運(yùn)放輸出腳MICN（28腳） Microphone的負(fù)向輸入腳MICP（33腳） Microphone的正向輸入腳VRT（35腳） A/D轉(zhuǎn)換外部參考電壓輸入腳VCM（34腳） ADC參考電壓輸出腳VMIC（37腳） Microphone的電源XSLEEP（63腳） 睡眠狀態(tài)指示腳VCP（8腳） 鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入XROMT、PVPP、XTEXST（6614） 出廠測試引腳，懸空即可VDDH（5575腳） I/O電平參考?？蓪FUSE接5V, PVIN接GND并維持1s以上即可將內(nèi)部保險(xiǎn)絲熔化，此后就無法讀取和向閃存加載數(shù)據(jù)。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(shí)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。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。 SPCE061A的CPU寄存器組里有8個(gè)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。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。SPCE061A有2K字的SRAM(包括堆棧區(qū))，其地址范圍從0x0000到0x07FF。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。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。用戶可用閃存來存儲用戶程序。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。寫入0x5533，對閃存編程。這是因?yàn)殚W存控制器必須保證閃存處于編程狀態(tài)。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。第一頁地址范圍：0x80000x80FF，最后一頁的地址范圍：0xFF000xFFFF。32K字的內(nèi)嵌式閃存被劃分為128個(gè)頁，它們在CPU正常運(yùn)行狀態(tài)下均可通過程序擦除或?qū)懭?。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。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。μ’nSP內(nèi)有并行和串行兩種方式的I/O口。SPCE061A有兩個(gè)16位通用的并行I/O口：A口和B口。A口的IOA0IOA7用作輸入口時(shí)具有喚醒功能，即具有輸入電平變化引起CPU中斷功能。I/O ，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)。I/。與其它的單片機(jī)相比，除了每個(gè)I/O端口可以單獨(dú)定義其狀態(tài)外，每個(gè)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。 I/O端口的組合控制設(shè)置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口處于輸出狀態(tài)時(shí)，寫入輸出數(shù)據(jù)到A口的數(shù)據(jù)寄存器。當(dāng)A口處于輸入狀態(tài)時(shí)，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。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口處于輸出狀態(tài)時(shí)，寫入輸出數(shù)據(jù)到B口的數(shù)據(jù)寄存器。當(dāng)B口處于輸入狀態(tài)時(shí)，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。SPCE061A 的系統(tǒng)時(shí)鐘由時(shí)鐘發(fā)生器（32768Hz晶振）、鎖相環(huán)（PLL）和時(shí)間基準(zhǔn)信號（RTC）組成。默認(rèn)的Fosc、。 SPCE061A時(shí)鐘電路的接線圖32768Hz RTC振蕩器有兩種工作方式：強(qiáng)振模式和自動弱振模式。處于自動弱振模式時(shí)，然后自動切換到弱振模式以降低功耗。CPU被喚醒后經(jīng)過32個(gè)時(shí)鐘周期的緩沖時(shí)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(cuò)誤。，簡稱時(shí)基信號，來自于32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘，通過頻率選擇組合而成。此外，時(shí)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(shí)基信號，為中斷系統(tǒng)提供各種實(shí)時(shí)中斷源(IRQIRQ5)信號。TimerA為通用計(jì)數(shù)器；TimerB為多功能計(jì)數(shù)器。定時(shí)器發(fā)生溢出后會產(chǎn)生一個(gè)溢出信號(TAOUT/TBOUT)。此外，定時(shí)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。當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到0xFFFF后，定時(shí)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。通過寫入P_TimerA_Ctrl(700BH)單元的第69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69位，便可選擇設(shè)置BPWMO輸出波形的脈寬占空比。例如，2Hz定時(shí)器可以作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)鐘源。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。 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。軟件中斷的向量地址為FFF5H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。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。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(gè)事件。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。SPCE061A共有9個(gè)中斷向量即FIQ、IRQ0IRQ6及UART IRQ。還有一個(gè)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)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。同中斷向量內(nèi)的中斷源中斷優(yōu)先級相同。整個(gè)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。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(shí)中斷、時(shí)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(gè)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?。如果查詢到有?biāo)志位為“1”，則表明有中斷請求發(fā)生。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(shí)，緊接著就進(jìn)行中斷響應(yīng)。在SPCE061A單片機(jī)中，這些入口地址已經(jīng)由系統(tǒng)設(shè)定。因?yàn)楫?dāng)一個(gè)中斷被響應(yīng)時(shí)，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。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(gè)時(shí)間可以根據(jù)指令周期長短來確定。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(gè)時(shí)鐘周期。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(shí)清除。在SPCE061A中斷中，中斷撤銷只是標(biāo)志位的置“0”問題。即可將中斷請求撤銷。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。六、SPCE061A最小系統(tǒng)及開發(fā)方法，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。它既是一個(gè)編程器（即程序燒寫器），又是一個(gè)實(shí)時(shí)在線調(diào)試器。它利用了SPCE061A片內(nèi)置的在線仿真電路ICE（In Circuit Emulator）接口和凌陽公司的在線串行編程技術(shù)。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。61板上的74HC244主要是在我們用下載線進(jìn)行程序下載時(shí)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。 74HC244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。 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。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。 語音輸出電路圖第六節(jié) 數(shù)/模轉(zhuǎn)換模