基于单片机具有录音功能的音乐闹钟文档格式.docx
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用户可以通过键盘设置闹铃的时间和校正时间。
关键词:
单片机;
ISD4002;
智能闹钟;
LED数码管;
AT89C51;
智能化
Abstract
Electronictechnologyandcomputertechnologyhasbeenexpanding,single-chiptechnologyhasbecomeinthefieldofelectronictechnologyofanewbrightspot,Sincetherehasbeensingle-chip,single-chiptechnologyhasgonethroughnearly20yearsaway,withtherapiddevelopmentofsingle-chiptechnologyandapplicationshasbeenexpanding,whenwelookback,itisverydifficulttofindtheareaofalmostnotracesofsingle-chipmicro-computer.MCU-basedcontrolsystemiscommonfromtimetotimebelongingtothescopeofsingle-chiptechnology.Especiallyintheintelligentcontrolofahighdegreeofdevelopment,thetimingcontrolisanindispensablecondition.Canbesaidtoexistaslongasthereisintelligent,itisnecessarytotakecontrolofthetiming.Missilenavigationequipment,aircraftcontrolonavarietyofinstruments,computernetworkcommunicationsanddatatransmission,industrialautomation,real-timeprocesscontrolanddataprocessing,limousineciviliansecuritysystems,automaticcontrolofwashingmachines,aswellasprogram-controlledtoys,electronicpets,etc.,whichcannotbeseparatedfromgeneral-purposesingle-chiptechnologyfromtimetotime.Nottomentionthefieldofrobotautomation,intelligentinstrumentation,medicalequipmenthasbeen.
Inthispaper,asmartalarmclockmusicdesign.Thisdesignisfromthecentralcontroller,theclocksystem,monitorandkeyboardparts.ControllersusingSCMAT89C51,theclocksystemusestheU.S.company'
sISD4002DALLASreal-timeclockchip,itwillhavethetimetosignaltransmittedtothemicrocontroller,SCMthrough74LS48decoding,LED8ofthedigitaldisplayofthecurrentTime,Wheninthecourseoftimesetbythearrivalofthealarmtime,willplaymusic,andatthistimeoftheLEDdigitaldisplayisnolongertimebutacodethatonlyusersofthiscodefromthekeyboardonthecorrectinputintotheMusiccanbeclosed,otherwise,wouldhavebeenbroadcastonmusic.Userscansetthealarmthroughthekeyboardofthetimeandcorrectiontime.
Keywords:
singlechip;
Smartalarmclock;
LEDdigitaldisplay;
intelligent
Abstract
第1章引言
1.1本课题的研究背景
目前,随着科技的进步,电子产品的智能化水平不断提高,应用也越来越广泛,例如电话查询服务、通信、工程控制、语言学习及各种家用电器、车载设备的功能增加,但设备的操控性越来越复杂;
人机交互设计在系统设计中的地位越来越重要。
受到系统成本、体积等多方面的限制,应用开发可以选择的人机交互设计方法并不多,增强人机交互性能的方法开始受到应用开发的重视[1]。
电子产品的人机界面在日常生活中应用也比较广泛,比如电子称,当我们一站上电子称时,就会自动读出身高和体重;
再如当我们走进超市时,经常能听到“欢迎光临”的声音;
还有闹钟的自动报时,玩具智能声控小车等等;
在作战时,当有敌军进入我区时,会发生警告声,如“有敌人进入”等;
这些声音的提示就是应用了语音集成电路及相应的控制器件,再如,时间、温度等通过液晶显示出现在人们面前,在超市啊,在公交车站啊,使人们认识到时间如生命,中国大文学家鲁迅曾今有云:
“浪费自己的时间就是慢性自杀;
浪费别人的时间就是谋财害命。
”
音乐闹钟的发展已趋于成熟,其功能也相当完善,应用也十分广泛,从一开始的年、月、日的显示到年、月、日和温度的显示再到年、月、日的显示,温度的显示和语音整点报时,最后到年、月、日的显示,温度的显示,语音整点报时,和阳历、阴历之间的转换及其显示等等。
1.2音乐闹钟国内外发展现状
目前,市场上出售的音乐闹钟以显示时间和年历为主。
深圳新安泰恒电子厂设计生产的电子万年历就是一种多功能音乐闹钟,它是把已有的挂历以及装饰画等和数字显示的万年历结合为一体。
由于采用了单片微机技术,软、硬件配合使用,实现了年历钟(公历、农历)、多点报闹、定时、世界时、家用定时控制器等诸多功能。
使它不仅具有挂历的装饰性,而且具有较高的实用性,并且具有极强的功能扩展潜力。
其特征是:
数字显示的万年电子历钟与挂历、及装饰画、镜子结合为一体。
国内一种产品电子万年历,采用了基于AT89C52单片机的控制技术,并结合了语音录放模块ISD1420和红外遥控技术,使其具备了遥控调时,语音报时等功能,具有一定的新颖性和实用性,使用也更为方便。
所以这成了厂家发展制作的方向[2]。
1.3本课题的主要研究内容及意义
本系统主要由单片机以及数码管、按键等组成,实现有时钟显示、定点闹铃和录音等功能。
闹钟可以录下用户的声音,例如用户明天要做的重要事情等,给用户准确的提醒。
用户可以通过按键修改时钟后查看闹铃时间。
由于本系统采用了数码管作为显示器,所以在夜间看时间更加方便。
另外,本系统可以设定多个定时时间,实现多点定时提醒,这是一般闹钟没有的功能。
本电子闹钟具有性能可靠,电路简单,加上采用了逐位修改的方法使得修改时间更加方便,而且它还能方便的扩展其他功能,如秒表、日历等。
我理想中的音乐闹钟,也是我想做的,即公历转农历、语音报时、语音录音,及语音播放,由于时间、能力及元器件供应等因素,只能一步一步做,尽量多得实现功能,本课题的特点与一般的音乐闹钟相比,具有重要节日提示功能。
意义:
从电子产品在做显示上看,虽然有很多人做,而且比较普遍,俗话说得好,随大众化走不会错,把时间、录音、报警合为一体,使功能更齐全更具人性化。
从个人出发:
此课题虽然常见,但要做精确难度不小,趁毕业设计,可以让我再动动手,同时能学到不少相关知识;
可以对单片机有进一步的了解,对液晶显示也有更深的理解。
从历史和生活出发:
在生活中,我们离不开时间,时间见证了历史,历史凝结了世界光辉的成就和人类文明,而且世界还在向前发展,我们需要时间来证明人类的伟大。
通过音乐闹钟的制作,可以把平时所学的理论知识运用到实践,可以把软件和硬件知识很好的配合起来,可以把所学的这方面知识统一起来,给自己的做个比较好的总结,单片机与人体界面一体化的运用有进一步的理解和体会。
第2章音乐闹钟系统组成及分析
2.1音乐闹钟系统原理
音乐闹钟原理是以单片机为核心,时钟芯片及语音芯片为辅助器件,从而组成一个简洁的系统,在软件程序设计方面,应用了模块式编程思想,利用程序将按键赋予不同的功能:
复位功能、翻页功能、调整功能、加减功能。
从整个系统看,就像一棵树,在树的主干上生长了很多了树干和树梢;
也像蜘蛛一样,中间一个主体,向四周伸展着许多蛛丝;
无论从哪方面出发,都可以扩展无限的功能,只要有足够的存储空间就行。
图2-1总电路框架图
2.2音乐闹钟系统设计转换算法
2.2.1实现公历与农历之间的相互转换
要实现公历与农历之间的相互转换,为了方便起见,这里引入5个变量:
标准阳历、标准阴历、准公历、准农历和假积日。
其中,标准阳历和标准阴历的特点是每月均为30天;
准公历和准农历为初步确定的公历和农历,有待验证和修正(在后面具体介绍);
假积日是某日对应月数乘以30加上该日对应的日数。
1从公历到农历转换
通过4个转换过程来实现公历到农历的转换(即公历→标准阳历→标准阴历→准农历→农历)。
在实现从公历到农历的转换过程中,不但要用到基本数据表里该年的数据,而且还可能要用到上年的数据。
因此,根据该年的公历年份,先查询基本数据表得到该年和上年数据,然后解释得到的数据所代表的有用(可能用到的)信息。
这里以1981年4月13日为例具体介绍从公历到农历的转换。
因为本例中1981年和1980年的数据分别是0X65126D05和0X75025601,该数据代表的有用信息为:
1981年无闰月,1、3、4、6、7、10月是小月,其余月是大月,岁首积日差是35日;
1980年无闰月,11、12月是大月[3]。
(1)从公历到标准阳历的转换。
根据该公历日期及该日前几个月大小(判断是否是闰年),转换公历成标准阳历,求出标准阳历的假积日。
通过公历日数加上大月个数求得某日数(若公历日期在2月后,平年则日数再减去2,闰年则日数再减去1),如果该日数小于1,那么,30加上该日数为标准阳历日数,公历月数减去1为标准阳历月数;
如果该日数大于30,那么,该日数减去30为标准阳历日数,公历月数加上1为标准阳历月数;
否则,该日数为标准阳历日数,公历月数为标准阳历月数。
根据假积日的定义求出标准阳历的假积日。
因为,1981年是平年,4月前有2个大月和2月,13+2-2=13,,1<
13<
30。
所以,公历1981年4月13日是标准阳历1981年4月13日,标准阳历的假积日是4×
30+13=133日。
(2)从标准阳历到标准阴历的转换。
标准阳历的假积日减去岁首积日差得到标准阴历的假积日。
如果该假积日大于30,直接转换成标准阴历(该假积日对30求商得到商值和余值,商值为标准阴历月数,余值为标准阴历日数):
如果该假积日不大于30,用30减去该假积日得到某日数,转换该日数成标准阴历月日(该日数对30求商得到商值和余值,12月减去该商值为标准阴历月数,30日减去该余值为标准阴历日数),标准阳历年数减去1为标准阴历年数。
因为,本例中标准阴历的假积日是133-35=98日,98>
30,98/30=3,98%30=8,1981年3月前无闰月,有1个小月,所以,公历1981年4月13日是标准阴历1981年3月8日。
(3)从标准阴历到准农历的转换。
判断该日对应标准阴历和公历年份关系。
如果两者在同一年,那么,根据标准阴历对应农历该月前有无闰月以及各月大小(若有闰月则先把月数减去1,再判断该月是否闰月,然后把日数加上小月个数),得到准农历;
如果两者不在同一年,那么,根据上年该月后(包括当月)有无闰月以及该月后各月大小(日数减去小月个数,若有闰月则该月前面加闰字),得到准农历。
因为本例中标准阴历和公历在同一年,1981年3月前无闰月,有一个小月,所以公历1981年4月13日是准农历1981年3月9日。
(4)从准农历到农历的转换。
判断该日准农历和标准阴历月数关系。
如果准农历比标准阴历多一个月,那么,根据标准阴历当月大小,修正得到农历(若月小则准农历日数再加上1为公历日数);
如果准农历比标准阴历少一个月,那么,根据准农历当月大小,修正得到农历(若月小则准农历日数再减去1为公历日数);
否则不用修正。
因为3月9日和3月8日在同一个月,所以公历1981年4月13日是农历1981年3月9日。
2从农历到公历转换
这里通过四个转换过程来实现农历到公历的转换(即农历→标准阴历→标准阳历→准公历→公历)。
在实现过程中需要使用基本数据表中的数据,因此,在介绍转换过程前,先根据举例中该年农历年代,查询基本数据表得到该年数据,然后解释数据代表的信息。
这里以农历2006年8月15日为例具体介绍从农历到公历的转换。
因为本例中,2006年数据是0X98622A7D,该数据代表信息:
2006年有闰7月而且闰月为小月,2、4、6、10月为小月,其余月为大月,岁首积日差为28日。
第3章音乐闹钟系统硬件设计
3.1总电路设计框架图
图3-1总电路框架图
如图3-1所示是整个音乐闹钟系统硬件电路的功能框图。
它包括中心控制器ISD4002及电源系统、蜂鸣器、LCD1602时间、重要节日显示、万年历调整模块(开关按键)、本地报警器等系统组成。
各个系统之间有机的组合在一起,完成了超级多功能电子音乐闹钟系统硬件电路。
3.2单片机及外围电路设计
这里我选择了AT89C51,之所以选择了它就是因为它的最小系统比较简单,只要加了晶振(11MHZ)、复位电路、5V电源就可以工作,最重要的是它有8K的ROM可以完成整个程序的设计,可以不用扩展外部ROM,又可以把IC电路简单化,正所谓两全齐美。
事实也是如此整个程序需要有接近5.5K的ROM。
AT89C51具有以下标准功能:
8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。
另外,AT89C51可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
以上的这些功能已经大大满足了这个系统的设计[4]。
晶振(12MHZ)与复位电路是传统的电路,5V电源是用了LM7805来稳5V的电压,不过输入电压要在7V以上才会输出5V的电压,所以我选择了现成的变压器电源,是15VDC输出,这样就足够了整个系统的电压供给。
这种方法实现起来很简单,效果也可以,但这里我们直接用5V电源供电,更简单。
晶振与复位电路如图3-2所示:
图3-2单片机及外围晶振、复位电路图
3.3ISD4002外围电路的设计
3.3.1ISD4002外围控制电路
图3-3ISD4002外围控制电路图
图3-3为ISD4002语音芯片的外围电路,外部元件包括:
麦克风、扬声器(喇叭)、少数电阻、电容,再加上电源,这样就构成了一个语音录放系统。
其他的功能块包括内部时钟、前置放大器、滤波器、自动增益控制器(AGC)、功率放大器、控制逻辑和模拟存储器全部都做在芯片上。
如图所示,麦克风经三极管连接到ISD4002的17脚,C6为耦合电容,C1.C2.CC1为电源滤波电容,13脚通过运放LM386连接到喇叭,变位器DW可以改变音量大小,C可以滤去高频部分。
14脚为自动静噪(AMCAP):
当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时,自动静噪功能使信号衰弱,这样有助于养活无信号(静音)时的噪声。
通常本端对地接1μF的电容,构成内部信号电平峰值检测电路的一部分。
检出的峰值电平与内部设定的阈值作比较,决定自动静噪功能的翻转点。
大信号时,自动静噪电路不衰减,静音时衰减6dB。
1μF的电容也影响自动静噪电路对信号幅度的响应速度。
本端接VCCA则禁止自动静噪。
该电路中此脚对地接1μF的电容。
3.3.2ISD4002介绍
图3-4ISD4002管脚图
ISD公司的串行SPI接口单片语音录放电路有ISD3300/4002/4003/4004四个系列(3300系列已停产),电路采用多电平模拟量直接存储技术,音质比14/25系列更出色,单片录放时间可达2~16分钟,多芯片级联录放,可延长录放时间,适用于手机录音、公交车报站、语音导览、部队及校园广播自动播放、消防及空防警报等场合。
图3-4为ISD4002的管脚图[5]。
工作电压3V,单片录放时间2至6分钟,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品中。
芯片采用CMOS技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。
芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI或Microwire)送入。
芯片采用多电平直接模拟量存储技术,每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和"
金属声"
。
采样频率可为4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100年(典型值),反复录音10万次。
1引脚描述
电源;
(VCCA,VCCD)为使噪声最小,芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线,并且分别引到外封装的不同管脚上,模拟和数字电源端最好分别走线,尽可能在靠近供电端处相连,而去耦电容应尽量造近器件。
地线:
(VSSA,VSSD)芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。
几个VSSA尽量在引脚焊盘上相连,并用低阻通路连至电源上,VSSD也用低阻通路连至电源上。
这些接地通路要足以使VSSA与VSSD之间的阻值小于3Ω。
芯片的背面是通过衬底电阻连接到VSS的,在做COB时托盘须接VSS或悬空。
同相模拟输入(ANAIN+)这是录音信号的同相输入端。
输入放大器可用单端或差分驱动。
单端驱动时,信号由耦合电容输入,最大幅度为峰峰值32mV,耦合电容和本端的3KΩ电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。
差分驱动时,信号最大幅度为峰峰值16mV。
串行输出(MISO):
ISD的串行输出端。
ISD未选中时,本端呈高阻态。
串行时钟(SCLK)ISD的时钟输入端,由主控制器产生,用于同步MOSI和MISO的数据传输。
数据在SCLK上升沿锁存到ISD,在下降沿移出ISD。
中断(/INT)本端为漏极开路输出。
ISD在任何操作(包括快进)中检测到EOM或OVF时,本端变低并保持。
中断状态在下一个SPI周期开始时清除。
中断状态也可用RINT指令读取。
OVF标志----指示ISD的录、放操作已到达存储器的未尾。
EOM标志----只在放音中检测到内部的EOM标志时,此状态位才置1。
行地址时钟(RAC)漏极开路输出。
每个RAC周期表示ISD存储器的操作进行了一行。
该信号175ms保持高电平,低电平为25ms。
快进模式下,RAC的218.75μs是高电平,31.25μs为低电平。
该端可用于存储管理技术。
外部时钟(XCLK):
本端内部有下拉元件。
芯片内部的采样时钟在出厂前已调校,误差在+1%内。
商业级芯片在整个温度和电压范围内,频率变化在+2.25%内。
工业级芯片在整个温度和电压范围内,频率变化在-6/+4%内,此时建议使用稳压电源。
若要求更高精度,可从本端输入外部时钟(如前表所列)。
由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定,故上述推荐的时钟频率不应改变。
输入时钟的占空比无关紧要,因内部首先进行了分频。
在不外接地时钟时,此端必须接地。
自动静噪(AMCAP):
本端接VCCA则禁止自动静噪[6]。
2SPI(串行外设接口)
ISD4003工作于SPI串行接口。
SPI协议是一个同步串行数据传输协议,协议假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿动作,因此对ISD4003而言,在时钟止升沿锁存MOSI引脚的数据,在下降沿将数据送至MISO引脚。
协议的具体内容为:
(1)所有串行数据传输开始于SS下降沿。
(2)SS在传输期间必须保持为低电平,在两条指令之间则保持为高电平。
(3)数据在时钟上升沿移入,在
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