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1、青岛科技大学本科毕业设计（论文）1前言随着计算机新技术不断地涌现和 VLSI（超大规模集成电路）设计技术的迅猛发展，计算机无论在系统体系结构还是在性能上都发生了巨大的变化。计算机一方面向着高速、智能化的巨型机方向发展，另一方面向着嵌入式微型机的方向发展。其中，微型计算机以其性能和容量不断提高，而价格不断下降的趋势，使其在社会各个领域乃至家庭生活中发挥着越来越大的作用。然而单片机的出现可以说是对计算机技术的又一次飞跃。单片机出现至今才短短 20 年时间，纵观 20 年来单片机发展里程可以看出，单片机技术的发展以微处理器（MPU ）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现
2、出较微处理器更具个性的发展趋势。单片机以其寿命长、运行速度快、低电压、低功耗、低噪音、技术可靠等许多的优势已经逐渐成为了市场上的主力部队。同时随着微电子技术的高速发展，许多技术应运而生。其中，各种语音处理系统不断被开发出来，在各行业得到广泛应用，如语音报站器、自动解说装置、采访录音笔等等，为人类的生产、生活提供了极大的便利。随着电子技术的快速发展，语音处理技术越来越多地在工业，交通，通信等领域得到应用。语音处理的理论和技术也日趋完善和成熟。人们对语音技术的实际需求也越来越迫切，使得语音处理实用化产品不断出现。操作方便、定时准确、多功能化的语音提示定时器也随之被广泛关注。传统的定时器功能单一已不
3、能满足现代化生产生活的需要，本设计中的语音提示定时器是基于凌阳 SPCE061A 单片机而设计的，具有操作方便、定时准确、语音实时提示等优点。凌阳 SPCE061A 是一款 16 位单片机 ，它包含了DSP 功能，有很强的信息处理能力，具备运算速度高的优势 1。同时它提供了各种音频压缩编码的算法 API 函数库，使得编程变得简单明了。凌阳SPCE061A 的这些特性为处理语音信号提供了极大的方便，使得其在数字录音系统、语音提示、语音报警、语音信箱等领域中有着广泛地应用。设计目的及背景随着科学技术的飞速发展、科技的进步、生活水平的提高以及生活节奏的加快，人们对于时间的定时、报时等功能的要求越来越
4、高，人们把工作重心放语音提示定时器电路设计2在了一个特定的时间段内，希望得到一个特定、恒定的工作时间段，电子产品及其所采用的元器件于是不断更新换代以满足人们的需求。当今，语音提示定时器以其操作方便，定是准确，可多功能化等优点而被广泛应用。最先用于定时的装置是古时的沙漏和水漏，这种粗糙的定时装置已经可以满足当时日常生活的需求了。沙漏最在出现于 14 世纪的欧洲很普遍，那时的人们随身携带，作为钟表使用。但是到了现在，沙漏在作为工艺品的同时，却很难满足精确计时的要求了。人们为了达到准确控制时间的目的，便开始改进这种定时器，于是便诞生了钟表。有记载的最古老的机械钟出现于 13 世纪 90年代，那时的钟
5、面只有小时和刻的刻度。1876 年，英国外科医生索加发明了一种定时装置，这种装置每周上一次发条，作为用机械钟的动力，然后用机械钟来控制控制煤气阀门的开关。现在发条式机械钟仍然很普遍，包括怀表、闹铃。到了 1918 年，人们发明了电子时钟后，就不用上发条来作为动力了。起初，人们最先用电能代替机械能，发明出了石英指针式电子钟。1965 年，日本青年山崎淑夫发明了液晶显示数字式电子钟。而现在，高级的电子时钟的误差几乎从不超过一秒。而为了得到精准的时间，科学家们用“原子钟”作为世界时间的计量具。这个量具的基本单位是原子时秒，即铯原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射 9,192,631,770
6、周所持续的时间。然而这个“终极装置”过于精确，以至于只能适用于理论科学上，世界上绝大多数人对此仅仅是了解而已。而且这个标准在相当一段时间内不会应用到定时器上。无论是沙漏、水漏，还是机械钟、电子钟，这些装置都是定时器的前身。近代战争时期，科技迅速发展，军队需要定点、定时地对敌人进行打击，完成任务。于是人们将定时器用在了军事方面，制成了定时炸弹，定时雷管。这种武器可以得到出敌不被、意想不到的打击效果，而定时器的功能却因此深入人心。在我看来， “定时炸弹”却是用来解释定时器的最好方式：规定的时限一到，即被触发！定时器的出现确实是一项了不起的发明，使相当多需要人控制时间的工作变得简单了许多。到了现在，
7、为了满足人们日常生活中更多的需求，定时器开始走入了普通家庭。不少家用电器都安装了定时器来控制开关或工作时间，像洗衣机的定时搅拌、微波炉的定时烘烤、空调机和电冰箱的定时供冷以及电视机和 PC 机的定时关机等等，这些功能使人们的生活愈发简单、便捷了许多。青岛科技大学本科毕业设计（论文）31核心部件和开发平台1.1 凌阳 SPCE061A 单片机简介1.1.1 SPCE061A 模块结构随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势，显示出了很强的生命力。进入 21 世纪以来，开发推出单片机的公司很多，
8、各种高性能单片机芯片市场也异常活跃，新技术的不断采用，更加使单片机的种类、性能以及应用领域不断扩大和提高。随着单片机集成的发展，其应用领域的不断扩展台湾凌阳科技公司推出的一种新型 16 位单片机SPCE061A。该单片机的问世，使得 16 位单片机的科技含量及应用跃上一个新的台阶。SPCE061A 是一款 16 位结构的微控制器，其结构和组成概览如图 1-1、图1-2 所示。 SPCE061A 主要包括输入/输出端口、定时器 /计数器、数/模转换、模/数转换、串行设备输入输出、通用异步串行接口、低电压监测和复位等部分，并且内置在线仿真电路 ICE 接口，较高的处理速度使其能够快速的处理复杂的数
9、字信号。语音提示定时器电路设计4ICE_SCKMIC_INAUD1 AUD2IOA15IOA0 IOB15IOB032 引脚通用输入输出端口ICE_ENICE_SDAXI/RXOVCP16 位微处理器nSPTM+ICEFLASHRAM双 16 位定时器/记数器时基中断控制锁相环震荡器CPU 时钟实时时钟低电压检测/低电压复位7 通道 10 位 ADC单通道 ADC+AGC双通道 10DAC串行输入输出接口IOB0（SCK） IOB1（SDA）图 1-1 SPCE061A 的结构Fig.1-1 The Block of SPCE061A青岛科技大学本科毕业设计（论文）5图 1-2 SPCE061
10、 结构框图Fig.1-2 The Block Diagram of SPCE061AOSCO NCOSCI NCXTEST NCVDD NCXICE NCXICECLK PVPPXICESDA IOB11VSS IOB12PVIN IOB13DAC1 IOB14DAC2 IOB15VREF2 SLEEPVSS VSSAGC XROMTOPI IOA15MICOUT IOA14MICN IOA13PFUSE IOA12NC IOA11NC IOA10NC IOA9IOB10VDDHIOB9VDDHIOB8VSSIOB7VSSIOB6IOA7IOB5IOA6NCIOA5NCIOA4NCIOA3IO
11、B4IOA2IOB3IOA1IOB2IOA0IOB1NCIOB0NCRESBVSSVDDVMICVCPVDDVSSVRTNCVCMVDDHIOA8NCMICPSPCE061A121314151617181920212223242526272829303132747372717069686766656463626160595857565554757677787980818283841234567891011535251504948474645444342414039383736353433图 1-3 SPCE061A 引脚排列图Fig.1-3 The Pin Arrangement Diagra
12、m of SPCE061AXICECLKMICOUTXICESDA语音提示定时器电路设计61.1.2 芯片管脚排列及功能芯片管脚排列如图 1-3 所示，管脚功能如列表 1-1 所示。表 1-1 SPCE061A 管脚功能表Tab 1-1 The Pin Function Table of SPCE061AIOA0IOA15（4148，5360） I/OA 口，16 个IOB0IOB15（51，8176，6864） I/OB 口，16 个OSCI 13 振荡器输入，采用石英晶振时，接晶振OSCO 12 振荡器输出，采用石英晶振时，接晶振RES-B 6 复位信号输入端，低电平有效ICE-EN 16
13、 ICE 使能端，接在线调试器 PROBE 的使能脚 ICE-ENICE-CLK 17 ICE 时钟端，接在线调试器 PROBE 的使能脚 ICE-CLKICE-SDA 18 ICE 数据端，接在线调试器 PROBE 的使能脚 ICE-SDAPVIN 20 程序保密设定电源输入脚PFUSE 29 程序保密设定输入脚DAC1 21 音频输出通道 1DAC2 22 音频输出通道 2VREF2 23 2V 参考电压输出脚AGC 25 语音输入自动增益控制引脚OPI 26 Microphone 第二级运放输入脚MICOUT 27 Microphone 第二级运放输出脚MICN 28 Microphon
14、e 正向输入脚MICP 33 Microphone 负向输入脚VRT 35 A/D 转换参考电压输入脚VCM 34 ADC 参考电压输出脚青岛科技大学本科毕业设计（论文）7VMIC 37 Microphone 电源SLEEP 63 睡眠状态指示，当 CPU 进入睡眠状态时，输出高电平VCP 8 锁相环压控振荡器阻容输入端XROMT PVPP XTEST 61.69.14 出厂测试用管脚，使用时悬空即可VDDH 51.52.75 I/O 电平参考电压输入端，当输入参考电压为5V/3.3V 时， I/O 输入、输出高电平为 5V/3.3VVDD 7 琐相环 PLL 电源VSS 9 琐相环 PLL 地VSS 19.24 模拟信号地VSS 38.49.50.62 数字信号地VDD 15.36 数字信号电源1.1.3 SPCE061A 特点 凌阳单片机有以下特点 1： (1)体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展在 SPCE061A 把各功能部件模块化地集成在 1 个芯片里，内部采用总线结构，因而减少了各功能部件之间的连线，提高了其可靠性和抗干扰能力。另外，模块化的结构易于系列扩展，以适应不同用户的需求；(2)低功耗、低电压 SPCE061A 采用 CM
