单片机开发及应用技术--SPCE061A单片机教材书

第8章µ’nSP™单片机应用及开发技术317第8章µ’nSP™单片机应用及开发技术本章将介绍µ’nSP™系列单片机的应用领域，具体讲述SPCE061A单片机在通讯、语音领域里的应用，并详细给出了有关系统的电路原理图、程序流程图以及程序代码，供读者参考。8.1µ’nSP™的应用领域µ’nSP™家族产品具有电源电压范围和工作速率范围较宽、集成度高、性能价格比高以及功耗低等特点，故其有非常广泛的应用领域。µ’nSP™家族系列产品，涵盖了非常广泛的应用。包括：发音与语音识别的微控制器（SPCE系列）、通信来电辩识应用的微控制器（SPT660x系列）、以及通用型微控制器等等，主要体现在以下几个方面：用于数字信号处理用于开发研制便携式移动终端用于开发嵌入式计算机应用系统8.1.1用于数字信号处理1．数字滤波器(DigitalFilter)数字滤波器是一种计算处理或算法。借助于此，可以将输入的一种数字信号或序列变换为另一种序列输出。数字滤波器已被广泛地应用于数字语音、数字图像处理以及模式识别和频谱分析。数字信号处理器（DSP，DigitalSignalProcessor）的作用是通过一系列数字来表示信号及其信息，并借助数字计算方法变换和处理这些信号。为了构成DSP，必须有一种部件能够快速地完成两个数值的乘法运算并将乘积累加于寄存器。“快速”意味着乘和累加（MAC，Multiply&ACcumulate）较高的运算速度。若以16位数值进行乘和累加，其结果应为32位。显然，µ’nSP™的硬件结构与其指令系统的结合足以构成DSP应用的硬件MAC单元，因而很适用于一些DSP方面的应用。2．数字信号的压缩编码与解码通常，用于存储语音、图像等多种媒体信息的数字信号量非常巨大。这无论对于存储还是对于传输都是很不利的。为了节省存储空间或增强传输效率，自然使人想到：第8章µ’nSP™单片机应用及开发技术318将那些暂不运行的数字信号文件用某种算法进行压缩编码，待要运行时再释放还原，即解码。3．数字语音(音乐)信号处理数字语音(音乐)信号处理是建立在DSP硬件基础上。通常DSP按运算的复杂程度分为定点和浮点两类，其根本区别在于数值的格式。定点DSP采用整数运算，对于大容量、低功耗的应用场合较合适；浮点DSP用于实数运算，昀适宜于高性能且复杂场合的运算。µ’nSP™可用于定点DSP运算，且其成本较低，在语音处理这样的应用场合昀能发挥出其特长。譬如像数字语音（音乐）信号处理中的频移处理算法就可用µ’nSP™实现。8.1.2用于开发研制便携移动式终端随着无线电通信及芯片技术的迅速发展以及电子商务的需求，使得便携移动式终端越来越朝着强实用性、个性化且时尚化的方向发展。个人数字助理（PDA，PersonalDigitalAssistant）就是符合这种时尚潮流的便携移动式终端。若以µ’nSP™家族产品为主，据CPU工作速率、存储容量和负荷能力，添加必要的外围电路并配合相应的一些外设，便可方便地设计出实用性强、可靠性高的PDA产品。图8.1是基于µ’nSP™的PDA基本硬件构成框图，该框图是PDA比较全方位的一个设计方案。针对不同的要求，可对其外围电路作适当删减修改，而设计出不同功能和不同价位的各款PDA产品。液晶显示器无线通信模块GPS接收模块耳机话筒SIM卡接口模块串行闪存模块u'nSP功能键电阻式触摸屏图8.1基于µ’nSP™家族产品的PDA硬件构成图8.1中的PDA可以设计规划如下一些功能：内置微型实时操作系统（RTOS,Real-TimeOperatingSystem）语音识别输入或触摸屏输入无线移动式语音通信无线寻呼机、对讲机双机或多机通信第8章µ’nSP™单片机应用及开发技术319下载升级软件移动定位导航及位置信息服务家电遥控器个人资料数据库（名片册、医疗档案及家庭理财等）皮包工具（字典、计算器、游戏机、学习机、万年历及钟表等）8.1.3用于开发嵌入式计算机应用系统嵌入式计算机系统（ECS，EmbeddedComputerSystem）是指专门用于某一应用系统或设备并隐藏于其中的起关键支配作用的计算机应用系统。ECS与通用计算机系统相比有以下一些特征：专用性、可封装性、外来性、实时性及可靠性。所谓外来性一般是指ECS自成一个子系统，与目标系统的其它子系统保持一定的独立性。在不同的应用领域中对ECS有各自特殊的要求。例如：(1)小型应用系统，一般不需大量的数据处理，只需较强的实时控制功能，且要求体积小、功耗低等。这类系统如计算机智能化仪表、家电产品的自动控制等。(2)简单的工业控制系统，要求有相当强的实时数据处理能力和控制能力。如步进电机的驱动控制、数据采集、智能测量、汽车工业等。(3)比较复杂的系统中若采用分布式多机系统，在某些节点要配置智能I/O处理机对现场信息进行实时测量和控制。由于现场情况复杂，环境恶劣，故要求高可靠性和抗干扰能力等。如航空航天、尖端武器以及机器人系统等。对于上述应用领域，第一类通常用8位机，如凌阳公司的SPL系列微处理器即可满足要求。而对于第二类则用具有定点DSP运算功能的µ’nSP™系列的16位微处理器实现较为合适。至于第三类则可根据需要选用若干个8位机或若干个8位机与µ’nSP™系列的16位机组合形成分布式多机系统。µ’nSP™的特点决定其能很好地胜任于从简单到复杂的嵌入计算机系统。具体地可在如下一些应用领域里进行开发：工业控制工厂自动化系统（锅炉、化工、电力等）智能化仪器仪表汽车控制（防撞系统、减震系统、静噪系统、燃油喷射系统、通信与音响等）机器人控制消费、娱乐数字机顶盒游戏机、智能玩具、学习机家用电器通信数字留言机数字语音信箱数字免提电话军事第8章µ’nSP™单片机应用及开发技术320雷达与声纳信号处理导航、制导保密通信全球定位、搜索跟踪8.2SPCE061A单片机的应用举例单片机的应用非常广泛，为了帮助读者尽快将SPCE061A用的得心应手，下面举几个SPCE061A单片机在不同领域中的应用实例,通过这些例子，读者可以对µ’nSP™系列产品的应用窥见一斑。8.2.1单片机报时及作息时间控制原理说明本例所设计的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，进行年历计算，并用SPCE061A的语音功能将它报出来；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。本例中假定某高校的作息时间如下所示：08：00-------08：50第一节课09：00-------09：50第二节课09：52-------10：05课间操10：10-------11：00第三节课01：10-------12：00第四节课12：00-------13：30午间休息13：30-------14：20第五节课14：30-------15：20第六节课15：21-------15：50播放歌曲硬件电路硬件电路由键盘、声音输出模块和指示灯三部分组成，如图8.2所示。系统扩展三个按键用于报时及校正时间。SPCE061A的DAC为电流型输出，经负载电阻R11、三极管8050驱动扬声器SPEAKER放音，SPEAKER可选用4Ω或8Ω扬声器。IOA15接一个LED，到规定的作息时间用LED闪烁来表示，使用者可根据具体需要来控制电铃、播放提示语等。凌阳芯片的工作电压为3.3v，在图8.2中，我们给出了获得工作电压两种方法。（1）通过两个二极管连续降压使5v的电压降至3.6v，接近3.3v供芯片使用，这种方法比较简单，但电压值不是很精确。（2）通过LM7833可获得准确的3.3V电压。第8章µ’nSP™单片机应用及开发技术321VSSVSSVCPOSCIOSCOVSSAVSSPVSSVSSAOSC32O12OSC32I13XTEST14VDD15XICE16XICECLK17XICESDA18VSS19PVIN20DAC121DAC222VREF223VSS24AGC25OPI26MICOUT27MICN28PFUSE29MICP33VCM34VRTPAD35VDD36VMIC37VSS38IOA041IOA142IOA243IOA344IOA445IOA546IOA647IOA748VSS49VSS50VDDH51VDDH52IOA853NC39NC40NC30NC31NC32IOA954IOA1055IOA1156IOA1257IOA1358IOA1459IOA1560XROMT61VSS62XSLEEP63IOB1564IOB1465IOB1366IOB1267IOB1168PVPP69VDDH75IOB1076IOB977NC70NC71NC72NC73NC74IOB878IOB779IOB680IOB581IOB41IOB32IOB23NC82NC83NC84IOB14IOB05XRESB6VDD7VCP8VSS9NC10NC11SPCE061AC25104C34104C331041J12CON1C26104R103.3KC32104C383300pY132768C3620pC3720pC28104C29104C24104+C1110u16V+C12100u16VVDDICE_EN1ICE_SCKICE_SDAVSS12345PROBETimeUPDownVDDD11K8050R11R7C22SPEAKERVDD1042.4K1KIOA8VDDHVSSIOA7IOA6IOA5IOA3IOA1IOA2IOA4IOA0VCMVMICMICPVRTVSSVSSVDDHVDD_AOSCOOSCIICE_ENICE_SCKICE_SDAPVINDAC1DAC2VREF2VSSAAGCOPIMICOUTMICNPFUSEVSSAXTESTVDDIOB11IOB12IOB13IOB14IOB15SLEEPVSSIOA15IOA14IOA13IOA12IOA11IOA10IOB10IOB9IOB8IOB7IOB6IOB5IOB4IOB3IOB2IOB1IOB0RES_BVCPVDDHVDD_PVSSP+5vVDDͼ1ͼ212349vOUTINGNDLM7833104104470uF470uFVDDIOA9图8.2硬件连接图程序说明整个程序分为主程序、键盘扫描子程序、万年历计算子程序、校时子程序、播放语音子程序几部分。第8章µ’nSP™单片机应用及开发技术322a)主程序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，流程见图8.3。SPCE061A具有低功耗的睡眠模式，在睡眠模式下功耗电流可降到2μA，这对于用电池供电的系统非常重要，睡眠模式可以通过按键中断唤醒。初始化键唤醒键扫描2Hz中断唤醒调整万年历按键处理进入睡眠有键按下无键按下图8.3主程序流程图b)键盘扫描程序由于机械触点的弹性作用，在键被按下或弹起时会出现电压抖动，从昀初按下到接触稳定要经过数毫秒的弹跳时间，如图8.4所示。为保证键识别的准确，必须进行去抖动处理，去抖动有硬件和软件两种方法。硬件方法就是加去抖动电路，从根本上避免抖动；软件方法有很多种，本例中主要是利用主程序的循环扫描，主程序循环一次，扫描一次按键，当连续N次扫描到的键值都一样时，则说明是稳定的按键值。键按下稳定前沿抖动后沿抖动图8.4键按下的过程第8章µ’nSP™单片机应用及开发技术323c)万年历计算子程序利用2Hz中断做时钟源进行计时，每两次中断秒加1，并进行年历计算，年历范围从2001年到3099年。在进行年历计算时，有平闰年计算问题。闰年的条件是：能被400整除，或者能被4整除，但不能被100整除。万年历计算子程序流程图见图8.5。有2Hz中断？半秒单元+1半秒单元=2？半秒单元=0秒+1分+1秒=60？分=60？时+1时=24？根据平润年查出本月有多少天日本月天数？日+1日=1月+1月=13？月=1年+1年=3099？年=2001Y分=0YY时=0NYY返回NNNNYNN秒=0YNY图8.5万年历计算子程序d)校时子程序