基于凌阳16位单片机spce061a的4x4键盘语音播放设计课程设计毕设论文.docx
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基于凌阳16位单片机spce061a的4x4键盘语音播放设计课程设计毕设论文
摘要
随着计算机系统的广泛应用以及网络的飞速发展,各种控制设备间的通信功能日趋成熟，单片机通信在工业控制、数据采集以及仪器仪表自动化等许多领域都起着十分重要的作用。
本次课程设计是基于凌阳16位单片机SPCE061A的4X4键盘语音播放设计，当按不同键值会自动播放不同的语音，并且在第一个数码管上显示键值。
在硬件设计中，主要包括SPCE061A核心及周边电路、系统电源电路、音频电路、UART通讯电路、4×4键盘和6位8段数码管电路等；在软件设计中，系统使用C语言进行编写，主要包括主程序、键盘扫描程序、中断程序、LED驱动程序、自检程序等。
关键字：
16位单片机SPCE061A，4X4键盘，6位8段数码管电路，音频电路
目录
1绪论1
1.1课题背景1
1.2设计目的1
1.3设计内容1
2总体方案设计3
2.1总体需求分析3
2.1.1实验原理3
2.1.2硬件选择4
2.2系统组成结构及原理4
2.2.1系统组成结构4
2.2.2SPCE061A单片机5
2.2.3系统电源电路7
2.2.4音频电路8
2.2.54×4键盘和6位8段数码管9
2.2.6UART通讯电路9
3系统硬件设计11
3.14X4键盘扫描原理图11
3.2SPCE061A获取4×4键盘键值原理11
3.3硬件连接12
4系统软件设计13
4.1集成开发环境IDE概述13
4.2程序主流程图14
4.3实验箱自检准备14
4.3.1自检步骤14
4.3.2实验步骤16
5调试结果与分析17
5.1调试结果17
5.2实验结果分析18
6总结报告19
致谢20
参考文献21
附录22
1绪论
1.1课题背景
用单片机驱动LED数码管有很多方法，按显示方式可分静态显示和动态（扫描）显示；按译码方式可分硬件译码和软件译码。
静态显示数据稳定，占用很少的CPU时间。
动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的CPU时间多。
利用凌阳单片机SPCE061A可以方便的实现键盘控制的语音自动播放功能。
1.2设计目的
在单片机的产品设计中，人机界面是非常重要的部分，而且随着系统的日益复杂，以及人们对产品的人机交互能力的要求不断提升，常握单片机系统中的人机界面基础设计能力成为了学习单片机的基础课程，而4X4键盘的操作和LED数码管的动态显示是人机界面设计的基础内容，以及掌握语音播放过程和方法，加深对人机界面的认识，同时提高人机界面系统设计的能力。
1.3设计内容
给4×4键盘的每个键定义一个功能，按不同的键时会听到实验箱播放不同的语音，并能看到数码管显示键值。
具体的键和语音的对应关系如表1。
表1键和语音的对应关系
按键
语音资源
语音资源内容
数码管显示内容
S1（数字键“7”）
S7.48k
凌阳科技走入您的生活
7
S2（数字键“8”）
S8.48k
凌阳科技为专业集成电路设计公司
8
S3（数字键“9”）
S9.48k
凌阳将带您走入科技殿堂
9
S5（数字键“4”）
S4.48k
凌阳以创新、专业保持产品的领导地位
4
S6（数字键“5”）
S5.48k
凌阳以完整产品线满足客户需求
5
S7（数字键“6”）
S6.48k
凌阳科技以人为本，诚信第一
6
S9（数字键“1”）
S1.48k
凌阳专业于研发制造以及较高速与高速加价型集成电路产品
1
S10（数字键“2”）
S2.48k
凌阳用全客户委托设计模式，提供客户满意的产品与服务
2
S11（数字键“3”）
S3.48k
凌阳专向于多媒体语音信号处理核心技术，迎接多媒体时代的来临
3
S13（删除键“DEL”）
无
无
无显示
其他键
S0.48k
凌阳科技企业宗旨为科技落实生活
0
2总体方案设计
2.1总体需求分析
随着计算机技术的广泛应用以及网络的飞速发展,出现各种各样的智能仪器，其应用已涉及各行各业，这些智能仪器大多数都是基于嵌入式单片机技术。
凌阳十六位单片机（SPCE061A）实验箱是集单片机应用技术、在线调试、在线仿真等功能于一体的强大开发系统，SPCE061A及其系列产品将带领MCU的应用迈入片上系统（SOC）时代，使在体验凌阳音频的欢快愉悦中轻松步入单片机及其嵌入式系统的流行领域。
因此，本次课程设计利用其提供的各子电路模块和驱动程序，可以方便地实现目前较为流行的键盘语音自动播放功能。
2.1.1实验原理
如图2.1，注意把IOA8~IOA15连接4×4键盘的C4~L1，切不可接反了。
按键以后，SPCE061A单片机进行行扫描，确定哪个键按下；确定之后，利用一种算法计算键值，比如当S5按下时，在IOA口高八位得到的值应该为01001000B，这时候利用一种算法可以让键值为“4”；或者直接当这里的行扫描值为0100、读到列码1000时，让返回的键值为“4”。
SPCE061A单片机取得键值后，利用自动播放的方式播放相应索引号的语音资源。
图2.1系统连接框图
2.1.2硬件选择
本次课程设计主要以带有μ’nSP™IDE仿真环境的PC机和凌阳单片机SPCE061A试验箱基础，实验箱硬件模块包括：
SPCE061A核心及周边电路模块（包含32个I/O口）、半导体数码管、4×4键盘、电源电路等。
2.2系统组成结构及原理
2.2.1系统组成结构
1）实验箱功能区域划分图
图2.2实验箱功能区域划分图
2）硬件配置
以下是为凌阳科技大学计划实验箱的主要硬件配置：
（1）主控芯片SPCE061A，凌阳16位单片机，详细请参见第三章。
（2）4×4矩阵键盘和6位8段数码管，采用动态扫描方式驱动4×4矩阵键盘。
（3）1×8高低电平发生按键和8个发光二极管。
（4）I/O可选5V∕3.3V输出电路以及可选外部电压输入电路。
（5）两路0-3V可调A/D输入电压，为A/D数据采集等提供便利。
（6）双色8×8LED点阵，可以完成图形、字模显示。
（7）RS232接口可实现直接与PC机进行通讯。
（8）利用串行设备输入输出接口（SIO接口）扩展外部存储芯片SPR4096A，为实验箱系统增加4MBitsFlash或32KBitsSRAM的存储空间。
（9）USB1.1接口，提供完整的单片机固体程序、上位机驱动程序源代码及其完整的软件包和应用范例，可直接进行USB通讯。
（10）带背光的128×64点阵液晶模组，内藏凌阳的一款LCD驱动芯片SPLC501，采用最新的COG（ChiponGlass）技术使驱动和液晶合二为一。
（11）两路音频输出电路，采用凌阳音频功放芯片SPY0030A，可以充分体验SPCE061A带来的听觉效果。
（12）MIC输入电路，配合SPCE061A内部的AGC和OPI电路，可获得理想的语音效果。
（13）SPCE061A内置ICE电路，配合凌阳的在线调试器PROBE和软件开发环境IDE可方便的实现在线编程、仿真、下载、调试等功能。
2.2.2SPCE061A单片机
1）功能特点
本系统以凌阳自主开发的十六位单片机SPCE061A作为主控芯片，它是凌阳十六位单片机系列中的一款，具有以下功能特性：
（1）16位unsp系列微处理器；
（2）工作电压：
VDD为3.0~3.6V（cpu），VDDH为3.0~5.5V（I/O）；
（3）CPU时钟：
0.32MHz~49.152MHz；
（4）内置2K字SRAM；
（5）内置32K字FLASH；
（6）内置可编程音频处理电路；
（7）时钟电路采用晶体振荡器电路;
（8）2个16位可编程定时器∕计数器（可自动预置初始计数值）；
（9）2个10位DAC（数∕模转换）输出通道；
（10）系统处于备用状态下（时钟处于停止状态）耗电小于2mA@3.6V；
（11）32位通用可编程输入∕输出端口；
（12）14个中断源：
定时器A∕B，2个外部时钟源输入，时基，键唤醒；
（13）具备触键唤醒的功能（IOA0~IOA7）；
（14）使用凌阳音频编码S240方式（2.4Kbps），能容纳210秒的语音数据；
（15）锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；
（16）7通道10位电压模∕数转换器（ADC），和单通道音频模∕数转换器；
（17）音频模∕数转换器输入通道内置麦克风放大器，并具有自动增益控制（AGC）功能；
（18）具备标准串行接口（UART接口）和同步串行设备输入输出口（SIO接口）；
（19）具有低电压复位（LVCE（In-CircuitEmulator）接口；
（20）具有保密能力；
（21）具有WatchDog功能。
R）功能和低电压监测（LVD）功能；
2）SPCE061A核心及周边电路原理图
SPCE061A共提供两个16位通用的并行I/O口：
IOA0-IOA15，IOB0-IOB15。
这两个口的每一位都可以通过编程单独定义为输入或输出口。
其中A口的IOA0～IOA具有触键唤醒功能，可以应用于低功耗的场合。
SPCE061A核心及周边电路实物图如图2.3所示。
图2.3SPCE061A核心及周边电路原理图
SPCE061A的并行I/O口可以通过编程设置为上拉输入、下拉输入、悬浮输入或同相输出、反相输出的状态，详细的应用请配合提供的例程中BaseExa实验1～6。
2.2.3系统电源电路
实验箱的系统供电电路采用多种供电方式，用户可以有多种选择：
1）220V交流电压供电
用户可以选择220V交流电压供电，系统已将其经过变压、整流、稳压处理成5V直流电压，再经过一个三端稳压器提供3.3V直流电压，给系统提供电源。
此时须将J37的V3和VDDH短接起来。
实验箱的供电电源采用220V的交流电源，系统电源电路实物图见图2.4。
图2.4系统电源电路实物图
2）DC5V供电
用户还可以直接提供直流5V电压为实验箱进行供电。
只需将5VDC直接从“外接5V输入”端即J1输入，为系统供电即可。
3）其它端口介绍
在图2.2所示的系统电源电路实物图中可以看到220V电源开关，低电压检测电压输入J3（可以将电压从此引入为系统供电，电压范围：
0－3.6V，同时将J37的LVD与VDDH相连），5V电压输入J1，电源指示灯,和I/O输出电压选择（将J30与J37的VDDH相连，选择I/O输出电压为5V，将J37的V3和VDDH相连，选择I/O输出电压为3.3V）。
2.2.4音频电路
音频电路由音频输入电路以及音频输出电路组成。
1）音频输入电路
如图2.5所示为音频输入部分外围实物图。
从MIC输入的音频信号经过SPCE061A内置的AGC电路将语音信号的放大值控制在一定范围内，便可进行A/D转换。
其中J9为2VA/D参考电压输入端口，当用跳线将J9的1、2脚短接，为选择2V的A/D参考电压；如果选择使用外部参考电压，则将电压从J9左边的引脚（1脚）输入即可，外部参考电压范围为0－3.3V。
详细的应用请配合提供的例程中BaseExa实验19。
图2.5音频输入部分外围实物图
2）音频输出电路
音频输出电路采用凌阳功放芯片SPY0030A，音频输出大于700mw，喇叭直流阻抗8欧，左右两个通道音量分立调
节并备有两个外部音频信号放大输入端。
在图2.4中可以看到两组排针J8和J13，可以用
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