基于SPCE061A单片机的教学楼用打铃器_教学楼电子打铃器设计

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基于SPCE061A单片机的教学楼用打铃器

作 者：贾金贞

摘要：本文是做一个SPCE061A单片机的教学楼用打铃器，可以实时显示当前时间。硬件电路由键盘、声音输出模块、指示灯、LED数码管4部分组成。可以用键盘设定多个预定打铃时间,优点是凌阳61单片机的语音功能可以为教学楼打铃器增加语音提示功能，而其他单片机则无此功能。

关键字：SPCE061A单片机;声音输出模块;LED数码管;语音提示。

[1]1 引言

随着科学技术日新月异的发展，单片机技术在各个领域得到了广泛的应用。现代化的教学设备也在不断进步，朝着更人性化方向发展。本文介绍一种用SPCE061A单片机作出的教学楼用打铃器，更加接近现代化的教学设备。

凌阳61单片机的语音功能是其他单片机所不具备的，其实现的教学打铃器不但可以用键盘设定多个预定打铃时间,而且具有语音提示功能，这是以往其他打铃器所不具备的。系统总体介绍

2.1 设计思路

本文是一个教学楼用打铃器，实际上就是一个具有报时功能及作息时间控制钟。它利用SPCE061A单片机的2Hz时基计时，进行时间计算，并用LED数码管把它显示出来；在进行时间计算，分每加1时，都与规定的作息时间比较，如果相等则进行相应的控制或动作。

硬件电路由键盘、声音输出模块、指示灯、LED数码管4部分组成[2]。

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系统的IOA8~IOA15外接8个按键用于系统设置，什么时候打铃都可以通过这些按键设定。SPCE061A的DAC为电流型输出，经SPY0030驱动扬声器SPEAKER放音，SPEAKER可选用4Ω或8Ω扬声器。IOA0～IOA7接8个LED，到规定的打铃时间用LED闪烁来表示，使用者可根据具体需要来控制电铃等。2.2 技术要求

SPCE061A单片机的教学楼用打铃器，主要是用于教学工作，无论硬件或软件，都要求其具有非常高的稳定性[3]。

对于软件来说，系统软件需要可以任意升级，以满足教学要求，按星期编程播放，手动/自动播放，自动分区广播，无人管置，音乐打铃，标准接口等。对于硬件来说，则要求其经久耐用。系统硬件部分设计

硬件电路由键盘、声音输出模块、指示灯、LED数码管4部分组成[4]。

系统的IOA8~IOA15外接8个按键用于系统设置，什么时候打铃都可以通过这些按键设定。SPCE061A的DAC为电流型输出，经SPY0030驱动扬声器SPEAKER放音，SPEAKER可选用4Ω或8Ω扬声器。IOA0～IOA7接8个LED，到规定的打铃时间用LED闪烁来表示，使用者可根据具体需要来控制电铃等。

系统框图如下：

SPCE061AIOA0电铃的电源常开继电器电铃 图 1 教学打铃器的结构框图

电铃一般用高质白铁制造，表面电镀，不生锈不腐烂，打铃方式跟据电力学原理，将电能转化为动能，带动冲击棒敲打铃身，所以不存在敲断现象。声间清脆、宏亮。电铃的控制非常简单，有电的时候

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就会响，没有电的时候绝对不响，所以我们只需一根IO口线去控制电铃继电器的通断就可以了。

凌阳SPCE061A单片机的特点[5]正好为所设计的教学楼打铃器提供了语音处理功能，A/D 转换功能，而且其开发调试非常方便的特点，也为以后的改进做了铺垫。

SPCE061A 是凌阳科技公司µ’nSPTM(Microcontroller And Signal Proceor)系列产品中的16位微控制器芯片, 内置32k闪存, 其较高的处理速度使芯片能够非常容易、快速地处理复杂的数字信号, 适用于数字语音识别等应用领域[6]。在2.6V～3.6V工作电压范围内, SPCE061A 的工作速度范围为0.32～49.152MHz, 具备8通道10位ADC 输入功能,内置的具有自动增益控制的麦克风输入功能,双通道10位DAC音频输出功能及A、B两个I/O口输入输出功能。

语音处理功能具有音频编解码及各种语音压缩算法实现的。各种算法相应的程序模块存放在语音算法库SCAM-LIB中, 使用时只需调用相应的模块就可方便地实现语音合成、语音播放、录音、识别等功能。

A/D 转换功能: SPCE061A内部集成了8 通道10 位的A/D 转换器, 采用逐次逼近原理实现模/数转换, 在检测连续变化的模拟量, 如温度、压力、流量、转速、声音、亮度时非常方便, 在语音类仪器仪表、家用电器中得到较好的应用。

开发调试方便: SPCE061A的开发是通过在线调试器PROBE 实现的。它既是一个编程器(即程序烧写器), 又是一个实时在线调试器, 因此在其应用项目开发调试中非常方便。3.1单片机主控板系统原理图及说明[7]

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+61板原理图VREFJ121CON2VRTVREF2C22104+C19100uAVSS1SLEEP1LED1KLEDVDD1D12LEDD22R12330C1AVSS1R11KAGCVMICVCMR3470KC2+4.7uAVSS1+R13MICVSSC5C4100u+C7104VSSC8104VSS+100uX1220uR43K1+2C11224C13224R510KR610KC9104+C622uAVSS1C12104MICPMICNR7MICOUTOPIR2C33300pC10VSS1043.3KOSCOSCOC1420pY132768C15VSS20pOSCIU1OSCOOSCI121314VDD15ICE_EN16ICE_SCK17ICE_SDA18VSS1920DAC121DAC222VREF223AVSS124AGC25OPI26MICOUT27MICN2829303132IOB5IOB6IOB7IOB8IOB9IOB10VDDHVCPVCPVDD_PRES_BIOB0IOB1IOB2IOB3IOB4PLLMICROPHONER83K5.1KC16AVSS1VDDHC20104C21+100uVSS502C17+C18104EZ-PROBESTORBEBUSYPD1PD0VSSJ1112345CON5R2633S5123CON3R28OE1_N3.3KPROBEJ412345CON5100uVSSDACVDDICE_ENICE_SCKICE_SDAVSSU4R2333PD0ICE_SDAVSSPD1R253.3KVSSOE1_NVDDC39104R243311***24681A11A21A31A42A12A22A32A41OE2OEVCC74HC244VDDH1Y11Y21Y31Y42Y12Y22Y32Y4GND***310ICE_SCKR27ICE_SDA33OSC32OOSC32IXTESTVDDXICEXICECLKXICESDAVSSPVINDAC1DAC2VREF2VSSAGCOPIMICOUTMICNPFUSENCNCNCNCNCVSSVCPVDDXRESBIOB0IOB1IOB2IOB3IOB4NCNCNCIOB5IOB6IOB7IOB8IOB9IOB10VDDHNCNCNCNCNCPVPPIOB11IOB12IOB13IOB14IOB15XSLEEPVSSXROMTIOA15IOA14IOA13IOA12IOA11IOA10IOA9MICPVCMVRTPADVDDVMICVSSNCNCIOA0IOA1IOA2IOA3IOA4IOA5IOA6IOA7VSSVSSVDDHVDDHIOA87473727******857565554DACJ2IOB11IOB12IOB13IOB14IOB15SLEEPVSSIOA15IOA14IOA13IOA12IOA11IOA10IOA9CON3C2352244AVSS1111098765432***797877767587U221SPY0030SPHJ321J12SPLSpeaker321PHONEJACK123+-DAC1C25R101041K2R91KC26AVSS2104VDDMICPVCMVRTVDD_AVMICAVSS1IOA0IOA1IOA2IOA3IOA4IOA5IOA6IOA7VSSVSSVDDHVDDHIOA******7484950515253BUSYIO_PORTVDDHIOB0IOB1IOB2IOB3IOB4IOB5IOB6IOB7VSSJ612345678910PBJ812345678910PAIOA2VDDHIOB8IOB9IOB10IOB11IOB12IOB13IOB14IOB15VSSJ712345678910PBJ912345678910PA2V5VDDH3J5123CON3C27C28C31104+AVSS100u1104VSS+C29100uC38D53.3V500P1POWERV5U32VIVO3V3R140R150R160R170VDD_AVDD_PVDDVDDH3RESETKEYVDDS2K1S3K22D3+J105V12+220uDIODEC33C341041SPY0029SOT-892IOA0IOA1D4DIODEC35+220uR190R210104R220VSSAVSS1AVSS2S1104C37VSSR184.7KRES_BVDDHIOA0IOA1IOA2IOA3IOA4IOA5IOA6IOA7VSS3VDDHIOA8IOA9IOA10IOA11IOA12IOA13IOA14IOA15VSSGND1C36-CON2VSS1S4K336图2 61板原理图

单片机主控板系统采用61板，它大小相当于一页扑克牌，是“凌阳大学计划”专为电子爱好者所设计的。61板资源包括：（01）CPU：SPCE061A,外部时钟为 32768Hz，内部倍频最高可至49MHz。（02）PROBE/EZ_PROBE接口。

（03）电池盒供电接口：开发板配有电池盒，也可外接5V稳压源。（04）32位IO口。（05）AD参考电压接口。（06）音频功放SPY0030。（07）麦克风：1路MIC音频输入。

（08）耳机接口：直接插耳机就可以听到音乐和语音。（09）喇叭接口：开发板配备喇叭。（10）音量调节旋钮：用于调整音量的大小。（11）端口电平可选：可以选择5V和3.3V。（12）两个外部中断输入口。（13）两个外部时钟源输入口。（14）串行通讯接口（SIO）。

（15）电源和睡眠指示灯：当系统进入睡眠状态，睡眠指示灯会被点亮。

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V5

3.2扩展板原理图及说明

为了提高数码管的亮度和系统稳定性，需要外加扩展。因为61板资源丰富，所以扩展板上硬件很少，只有8个按键，8个LED灯，6个LED数码管。它们与61板的核心SPCE061A单片机的接线如下：

IOB0IOB1IOB2IOB3IOB4IOB5IOB6IOB7IOB8R3113572468R-PACK4R321357R-PACK4R21470U11LED5621D11IOA0IOA1IOA2IOA3IOA4IOA5IOA6IOA724682222222D101111D5D7D9A+B+C+D+DD-E+F+COM3-G+DP+COM4-DD+U10LED5641A8COM1-1411COM2-10736NPN-8050-EBC2Q123Q41312Q223Q51V331S20IOA8IOA9IOA10IOA11IOA12IOA13IOA14IOA15S21S22S23S24S25S26S27IOB9IOB10IOB11IOB12IOB13IOB14IOB****42468R301357470*42Q323Q71123Q6246817A+COM5-B+C+D+E+COM6-F+G+DP+***1111109143652D4D6D82 图3 扩展板原理图

我们可以从图中看出，LED是SPCE061A的IO口直接驱动的，而数码管部分加了三极管是为了提高数码管的亮度和系统稳定性。

4系统软件设计

4.1主程序

主程序的主要功能是调用子程序，指示硬件完成用键盘设定多个预定打铃时间及语音提示功能。

楼打铃器由SPCE061A单片机控制，主程序里必须有键盘管理程序，让单片机识别并执行操作；由于断电或者单片机出现故障，不可避免的要重新校对时间，因此校时子程序就必不可少；语音提示功能是基于SPCE061A单片机的教学楼用打铃器最主要的功能部分，且其播放语音次序必须受控，播放语音子程序必须由主程序控制。

程序按照结构化程序设计，所有功能都可通过调用子程序完成，主程序较简单，流程如下图所示[8]。

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开始是否设置完毕NY设置打铃时间设置系统时间是否到打铃时间YN打铃YYN 是否遇复位命令图4 主程序流程图

4.2 键盘管理程序

系统有8个按键，代表的意义如下表所示： SPCE061A IOA0 IOA1 IOA2 IOA3 IOA4 IOA5 IOA6

LED数码管

D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10

SPCE061A IOA8 IOA9 IOA10 IOA11 IOA12 IOA13 IOA14

LED数码管

S20 S21 S22 S23 S24 S25 S26

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IOA7 D11 IOA13 S27

表1 键盘定义

假设只要打铃一次，打铃时间是中午12点30分，那么设置过程 如下：按S20键（复位键），系统语音提示“请输入打铃次数”，这时通过S21和S22键把次数改为1，然后按S27键（确认键），系统提示“请输入第一次打铃时间”，通过S23和S24键把小时改为12，然后按S27键（确认键），通过S25和S26键把分钟改为30，然后按S27键（确认键），（若打铃次数是N，那就需要做N次这样的操作，照着语音提示作就行了），当系统提示“请输入当前时间”时，按照前面的方法设置系统当前时间，系统最后提示“输入完毕”的时候，系统就自动工作了，到指定的时间会做打铃的动作。整个设置过程均有语音提示，而且6位数码管也会同步显示相应的值。4.3校时子程序

利用2Hz中断做时钟源进行计时，每两次中断秒加1[9]。流程图如下所示：

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N有2Hz中断？Y半秒单元+1半秒单元=2？Y半秒单元=0N秒+1N秒=60？Y秒=0分+1N分=60？Y分=0时+1N时=24？Y时=0返回 图5

校时子程序

4.4播放语音子程序

报时用SACM-S480自动方式播放，流程图如下：

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SACM_S480放音的初始化SACM_S480压缩播放获取语音数据并解码等待中断播放

图6 播放语音子程序结论

本文提出的教学楼用打铃器的设计经过软、硬件结合的实验验证,对该系统的设计有如下几点结论：教学楼用打铃器的设计采用了自顶向下的设计模式，即先进行总系统的设计，然后分模块各个击破，较传统的设计模式更快捷；对该系统还可进一步改进设计，可以与计算机结合，采用智能化控制[10]。

参 考 文 献

[1].罗亚非 《凌阳单片机应用基础》[M] 北京航天航空大学出版社 2005 [2].卢胜利 《基于凌阳SPCE061A设计实验平台的专业综合设计教程》[M] 机械工业出版社 2007 [3].洪应，宋国富《凌阳单片机实用技术教程》[M]中国铁道出版社 2007 [4].童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第三版）[M].高等教育出版社，2000 [5].张友德.单片微型机原理、应用于实验[M].3版.上海：复旦大学出版社，2000 [6].王洪庆.微型计算机控制技术[M].北京：机械工业出版社，2006 [7].张培仁，张志坚，高修峰.单片机微处理器原理及应用（凌阳SPCE061A）[M] 北京清华大学出版社，2005 [8].彭为，黄科，雷道仲.单片机典型系统设计实例精讲[M].电子工业出版社，2006 [9].汪敏.凌阳32位单片机实验与实践[M] 北京航空航天大学出版社 2007 [10].杜刚.32位单片机原理及应用[M]

中国电力出版社 2007

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SPCE061A Monolithic machine-BasedTeaching Building uses dozen

of Bell implement

JIAJINZHEN Abstract:This is to be a teaching building SPCE061A MCU devices with rang the bell, you can real-time display the current time.Hardware circuit from the keyboard, voice output module, indicator, LED digital tube four parts.Can use the keyboard to play bells set the number of scheduled time, the advantage of voice-enabled Sunplus 61 SCM rang the bell for school buildings to increase device features voice prompts, while the other microcontroller does not have this feature.Key words: SPCE061A Single-Chip-Micro-Controller;Sound Output Module;LED Digital Tube

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