电子钟毕业设计论文

摘 要

钟是现代人类日常生活必不可少的工具，语音时钟更是现在电子时钟多功能化发展的一个方向。语音电子钟具有突出的播报时间的功能，它被广泛用在生活中的各种场合。本设计就是从日常生活中常见的事物入手，通过对语音电子钟的设计，让我认识到单片机已经深入到我们生活的每个领域。

本文从语音电子钟的设计原理、设计方案入手，详细介绍了系统硬件设计、软件设计及调试。在语音电子钟的设计中，要处理好以下几个关键：D/A（数/模）转换，语音识别，人机接口，程序设计。D/A（数/模）和语音识别技术关系到时间的正确播报，人机接口是播报时间和调整时间的关键。利用凌阳SPCE061A单片机在语音识别和处理方面的优点，结合实践，设计出有特色的语音电子钟。

关键字： SPCE061A单片机 SPLC501液晶显示器 语音报时

目 录

第一章 绪 论 1

1.1 选题的目的和意义 1 1.2 单片机的介绍 1

1.2.1 单片机的发展 1 1.2.2 单片机的组成及特点 3 1.2.3 单片机的应用 4 1.2.4单片机的现状和未来 5 1.3 本设计的工作 6

第二章 语音电子钟的原理和方案 2.1 设计原理 7

2.1.1时钟功能 7 2.1.1语音输出功能 7 2.2 设计方案 8

第三章 语音电子钟的硬件设计 9

3.1 系统总体硬件结构 9

3.1.1系统结构 9 3.1.2按键的功能描述 10 3.2 SPCE061A芯片 11

3.2.1 SPCE061A性能简介 12 3.2.2 SPCE061A芯片的引脚 12

7

3.2.3 SPCE061A特性参数 14 3.2.4 SPCE061A内核结构 15 3.2.5 SPCE061A中断系统 20

3.2.6 SPCE061A最小系统及开发方法 24 3.3 程序下载区 25 3.4 音频模块 26 3.5 语音输出模块 27 3.6 数/模转换模块 28 3.7 电源模块 28

3.8 SPLC501液晶显示模组 29

3.8.1 SPLC501的组成 29

3.8.2 SPLC501驱动控制器芯片 31 3.8.3 SPLC501的显示RAM 区映射 31 3.8.4 SPLC501行和列地址 32 3.8.5 SPLC501操作时序 32

第四章 语音电子钟的软件设计 33

4.1 IDE集成开发环境 33

4.1.1 IDE界面的三个窗口 34 4.1.2 IDE工程的操作 35 4.1.3 IDE在线仿真流程 38 4.1.4 IDE软件仿真流程 38 4.2 程序设计 39

4.2.1 软件结构 41 4.2.2主程序 41 4.2.3 中断服务程序 43

第五章 测试和调试 46

5.1 硬件测试 46

5.2 SPCE061A板的测试 48 5.3 程序调试 49 总 结 54 参考文献 55

第一章 绪 论

1.1 选题的目的和意义

带有语音功能的电子产品和电子设备近年来广泛地出现在我们的

生活中。语音时钟是现在电子时钟多功能化发展的一个方向，将语音引入到时钟中实现时间的语音播报。

本设计是一个基于凌阳61A单片机的语音报时系统，利用凌阳61A板这样一种本身就带有语音识别和播放功能的单片机来进行时间的播报。并且用SPLC501液晶显示器显示当前的时间、日期、星期、农历、闹铃开关。

单片机是实现各种控制策略和算法的载体。因其功耗低，超小型，低成本，功能完整，非常适用于便携式仪表和就地式显示控制仪表，在国内越来越受到用户的重视和广泛的应用。随着单片机集成化程度的不断提高，现代单片机已经具备了数字信号处理功能，使语音信号处理用单片机实现成为可能。SPCE061A是以μ'nSP TM16位微控制器及信号处理器芯片为内核的16位单片机，采用模块式集成结构，片内集成了2KB RAM、32KB Flash、ADC、DAC、并行I/O等。

1.2 单片机的介绍

单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/O)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。

1.2.1单片机的发展

如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段。

1.第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS–48为代表。MCS–48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola 、Zilog等，都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。

2.第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。Intel公司在MCS–48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS–51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。

1）完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。

2）CPU外围功能单元的集中管理模式。 3）体现工控特性的位地址空间及位操作方式。

4）指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。

3.第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS–96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS–51系列的广泛应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D（模/数）转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路的功能，强化了智能控制的特征。

4.第四阶段（1990—现在）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。

目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展。将进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机的主要发展趋势。

1.CMOS化。近年，由于CHMOS技术的进步，大地促进了单片机的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。单片机芯片多数是采用CMOS（金属栅氧化物）半导体工艺生产。CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。采用双极型半导体工艺的TTL电路速度快，但功耗和芯片面积较大。随着技术和工艺水平的提高，又出现了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS工艺。目前生产的CHMOS电路已达到LSTTL的速度，传输延迟时间小于2ns。因而，在单片机领域CMOS正在逐渐取代TTL电路。

2.低功耗化。单片机的功耗已从Ma级，甚至1uA以下；使用电压在3V-6V之间，完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。 3.低电压化。几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等省电运行方式。允许使用的电压范围越来越宽，一般在3V-6V范围内工作。低电压供电的单片机电源下限已可达1-2V。目前0.8V供电的单片机已经问世。

4.低噪声与高可靠性。为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。

5.大容量化。以往单片机内的ROM为1KB-4KB，RAM为64B-128B。但在需要复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须进行外接扩充。为了适应这种领域的要求，需运用新的工艺，使片内存储器大容量化。目前，单片机内ROM最大可达64KB，RAM最大为2KB。

6.高性能化。主要是指进一步改进CPU的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简指令集（RISC）结构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度。现指令速度最高者已达100MIPS（Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒），并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出10倍以上。由于这类单片机有极高的指令速度，就可以用软件模拟其I/O功能，由此引入了虚拟外设的新概念。

7.小容量、低价格化。以4位、8位机为中心的小容量、低价格化也是发展动向之一。这类单片机的用途是把以往用数字逻辑集成电路组成的控制电路单片化，可广泛用于家电产品。

8.外围电路内装化。这也是单片机发展的主要方向。随着集成度的不断提高，有可能把众多的各种处围功能器件集成在片内。除了一般必须具有的CPU、ROM、RAM、定时器/计数器等以外，片内集成的部件还有模/数转换器、DMA控制器、声音发生器、监视定时器、液晶显示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等。

1.2.2 单片机的组成及特点

单片机是微型机的一个主要分支，在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。

1.单片机的组成

它通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体，其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址，CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口；数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O接口之间，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU的应答信号线等。

2.单片机的特点

由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著的特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。单片机主要有如下特点：

1）有优异的性能价格比。

2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。

3）控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。

单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。 4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品。

5）外部总线增加了IC（Inter-Integrated Circuit）及SPI（Serial Peripheral Interface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。

6）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。

1.2.3 单片机的应用

单片机作为计算机发展的一个重要领域。根据目前发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面：

1.单片机在智能仪表中的应用

单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。

2.单片机在机电一体化中的应用

机电一体化是机械工业发展的方向。机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。

3.单片机在实时控制中的应用

单片机广泛地用于各种实时控制系统中。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。

4.单片机在分布式多机系统中的应用

在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。

5.单片机在人类生活中的应用

自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。

单片机的应用从根本上改变了传统的控制系统的设计思想和设计方法。以前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。

1.2.4单片机的现状和未来

单片机自70年代问世以来得到蓬勃发展，目前单片机功能正日渐完善。单片机集成越来越多资源，内部存储资源日益丰富，用户不需

要扩充资源就可以完成项目开发，不仅是开发简单，产品小巧美观，同时系统也更加稳定。单片机抗干扰能力加强，使它更加适合工业控制领域，具有更加广阔的市场前景。单片机提供在线编程能力，加速了产品的开发进程，为企业产品上市赢得宝贵时间。在线编程目前有ISP和IAP两种。具备ISP的单片机内部集成FLASH存储器，用户可以通过下载线以特定的硬件时序在线编程，但用户程序自身不可以对内部存储器做修改。

随着单片机的发展，人们对事物的要求越来越高，单片机的应用软件技术也发生了巨大的变化，从最初的汇编语言，开始演变到C语言开发，不但增加了语言的可读性，结构性，而且对于跨平台的移植也提供了方便，另外一些复杂的系统开始在单片机上采用操作系统。 目前低端定位的单片机仍然走俏，但高端的单片机(微处理器)却是风起云涌，SOC技术的发展。自1997年以来，电子技术应用又增加了一个新的层次——片上系统(SOC)层次。SOC技术的出现，标志着现代电子技术应用进入了SOC阶段。从各个发展阶段看，自HW+SW阶段开始，电子技术应用就与单片机紧密地联系在一起。在FW阶段，作为固件系统的重要核心技术，单片机又以嵌入式技术为基础，再次成为现代电子应用技术的核心技术之一，并为SOC应用技术提供了基础。 SOC为各种应用提供了一个新的实现技术。这种新的电子系统实现技术促使工业界在近3年中发生了巨大的变化，为信息技术的应用提供坚实的基础，因此，完全可以称之为SOC革命。同时，SOC也为单片机技术提供了更广阔的应用领域，使单片机应用技术发生了革命性的变化。

随着单片机MCU功能集成化的发展,其应用领域也逐渐由传统的控制扩展到控制处理、数据处理以及数字信号处理(DigitalSignalProcessing,DSP)等领域。

1.3 本设计的工作

本设计是以凌阳单片机为基础，系统的设计基于单片机的语音电子钟。本设计利用凌阳16位单片机处理速度快、具备语音功能、方便的集成开发环境等优点，结合SPLC501强大的显示功能，设计出多功能、高精度的语音电子钟。本设计的安排如下：

第一章简明扼要的阐述本设计的目的和要求。介绍单片机的发展、特点以及目前在国内外的应用和前景。同时对本设计的结构进行了安排。

第二章根据设计要求结合单片机原理提出设计原理和方案。 第三章按照设计方案详细规划语音电子钟的硬件设计，利用Protell99绘制各个模块的电路原理图。

第四章在硬件设计的基础上，通过深入研究语音电子钟的功能。画出各个部分的程序流程图，然后根据流程图编写源程序。

第五章进行硬件的测试和软件的调试。通过集成开发环境IDE对编写的源程序进行调试。

第六章对全文进行总结，并写出设计的体会和本设计的不足。简单的叙述对本设计的前景和展望。

第二章 语音电子钟的原理和方案

2.1 设计原理

根据设计要求，语音电子钟要具备的功能： 1.可以语音播报日期和时间。

2.可以在SPLC501液晶模组上面显示时间、日期、农历、星期、闹钟。

3.整点报时功能。 4.具备闹钟功能。 5.闹钟的铃声可以选择。 6.具备秒表功能。

2.1.1 时钟功能

时钟功能是利用SPCE061A芯片的时钟频率和定时/计数器设计。SPCE061A芯片为语音电子钟提供一个频率稳定准确的32768Hz方波信号，此外还有一校正电容可以对温度进行补偿，以提高频率准确度和稳定度，可保证语音电子钟的走时准确及稳定。整个系统工作时，秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，将

标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数。每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计, 每累计24小时，发出一个“星期脉冲”信号，该信号将被送到“星期计数器”，“星期计数器” 采用7进制计时器，可实现对一周7天的累计。每累计24小时发出一个“天脉冲”信号。该信号将作为“年计数器”的时钟脉冲信号。由中断程序控制“年计数器”采用365或366进制计数，实现对年的累计。显示电路将“时”、“分”、“秒”、“星期”、“年”计数器的输出状态送到SPLC501液晶显示器显示出来。

2.1.2语音输出功能

语音输出功能利用SPY0030A芯片和外接喇叭进行音频输出。SPY0030A是凌阳公司开发的专门用于语音信号放大的芯片。J3是语音输出接口，一个2pin的插针外接喇叭，由DAC 输出引脚21 或22经语音集成放大器SPYOO30A放大，然后输出。SPY0030A相当于LM386，但是比386 音质好，它可以工作在2.4-6.0V 范围内，最大输出功率可达700mW。

2.2 设计方案

通过对设计要求和设计原理的仔细分析，本次设计采用模块结构实

现。语音电子钟主要由系统初始化模块、输入按键信息模块、语音输入与A/D（模/数）转换模块、压缩编码模块和D/A（数/模）转换模块、SPLC501液晶模组组成。实现单独播报年、月、日和时、分，实现定时功能，并且能够对它们分别进行调整。设计复位键对设定值进行清零操作。

组成电路板各模块应具有如下功能:

1.系统初始化模块: 输入一些变量与子小模块,进行赋初值等处理，输出变量和模块的初始状态。

2.输入按键信息模块:输入键值,等待系统中断并进行相应的中断处理，输出为调用相应的键处理程序。

3.语音输入与A/D（模/数）转换模块:输入语音信号,进行A/D（模/数）转换，输出语音的数字信号。

4.压缩编码模块:输入语音的数字信号,经过语音压缩函数的处理，输出语音的压缩编码。

5.D/A（数/模）转换模块:输入语音的数字信号,进行D/A（数/模）转换输出语音的模拟信号。

6.SPLC501液晶显示器：显示当前的时间、日期、农历、星期、闹钟。

第三章 语音电子钟的硬件设计

3.1 系统总体硬件结构 3.1.1 系统结构

语音电子钟的系统结构如图3.1，61板作为整个系统的控制中心，

负责控制键盘扫描；年、月、日、星期以及时间的计算； SPLC501A 液晶显示的驱动；并根据按键值播报当前的日期或者时间。SPLC501A 液晶显示模组主要用来显示当前的时间，日期，以及显示功能选择菜单和时间日期调整菜单。

图3.1 语音电子钟的系统结构图 硬件功能模块连接：

用61板控制语音电子钟系统，使用IOA 口的高八位、IOB 的4、5、6 共11 个I/O 口连接SPLC501A液晶模组，另外使用了61板的语音输出模块；以及61 板上的三个按键。 硬件连接如图3.2 所示：

图3.2 语音电子钟的电路连接图

语音电子钟的连接示意图见图3.2，IOA 的高八位接到液晶模组的八个数据端，同时也连接了液晶模组的电源，即直接用一根10pin 的排线连接61 板“+”、IOA8-15、“-”与SPLC501A 液晶显示模组的“+”、DB0-7、“-”，主要用来向液晶模组传送命令和数据；IOB6 接EP，IOB5 接R/W，IOB4接AO，用来控制液晶的显示和工作方式。

3.1.2按键的功能描述

语音电子钟的各个按键功能如图3.3所示,按KEY1键：进入功能选择界面。按KEY2 键：播报当前的时间。按KEY3键：播报当前的日期。KEY2、KEY3 键同时按下：控制闹钟的开与关。

在时间显示界面上按KEY1键会进入功能选择菜单，功能菜单界面上有4个选项。分别是时间日期调整、闹钟设置、秒表功能、返回。功能选择菜单界面里KEY1为确定键，KEY2为下翻键，KEY3为上翻键。可以随意选择所要实现的操作。

时间日期调整界面里KEY1为确定键，KEY2为加一键，KEY3为减一键，SPLC501液晶显示器上闪烁的部分表示当前正在调整的选项，当设置完成后，按KEY1会自动退出设置界面。

闹钟设置界面里KEY1为确定键，KEY2为下翻键，KEY3为上翻键。闹钟设置界面里有闹钟时间设置和闹钟铃声选择两个选项。闹钟时间设置界面KEY1为确定键，KEY2为加一键，KEY3为减一键，SPLC501液晶显示器上闪烁的部分表示当前正在调整的选项，当设置完成后，按KEY1会自动退出设置界面。.闹钟铃声设置界面里KEY1为确定键，KEY2为选择键，KEY3为播放当前选择的铃声键。当闹钟响时，按下三个键中的任何一个都可以关闭闹钟。

秒表功能界面里KEY1为退出键，KEY2为开始/暂停键，KEY3为清零键，只

有当秒表停止运行时KEY3 才有效。

返回功能里KEY1为确认键，按下后，系统会回到显示界面。

图3.3 语音电子钟的按键功能结构图

硬件设计按照SPCE061A、程序下载区、音频输出、语音输入、数模转换、电源分模块设计。利用Protel 99来绘制各个部分的电路原理图。

3.2 SPCE061A芯片

SPCE061A 芯片内部集成了ICE (在线实时仿真/除错器)、FLASH (闪存)、SRAM (静态内存)、通用I/O 端口、定时器/计数器、中断控制、CPU 时钟锁相环(PLL)、ADC (模拟数字转换器)、DAC (数字模拟转换器)输出、UART (同步串行输入输出接口)、SIO (串行输入输出接口)、低电压监测/低电压复位模块。μ’nSP的核心由总线、ALU算术逻辑运算单元、寄存器组、中断系统及堆栈等部分组成。

3.2.1 SPCE061A性能简介

1.16位μ’nSP 微处理器 。

2.工作电压（CPU）VDD为3.0-3.6V，（I/O）VDDH为3.0-5.5V。 3.CPU时钟：0.32-49.152MHz。 4.内置2K字SRAM 。 5.内置32K字FLASH 。 6.可编程音频处理。 7.晶体振荡器。

8.系统处于备用状态下（时钟处于停止状态），耗电仅为2uA/3.6V 。 9.2个16位可编程定时器/计数器（可自动预置初始计数值）。 10.2个10位DAC（数/模转换）输出通道。 11.32位通用可编程输入/输出通道。

12.14个中断源可来自定时器A/B、时基、2个外部时钟源输入和键

唤醒。

13.具备触键唤醒的功能。

14.用凌阳音频编码SACM_S480可以播放压缩的语音资源。 15.锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号。 16、32768Hz实时时钟。

17.7通道10位电压模/数转换器（ADC）和单通道声音模/数转换器。 18.声音模/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。 19.具备串行设备接口。

20.具备低电压复位功能和低电压检测功能。 21.内置在线仿真电路接口。 22.具有WatchDog功能。

3.2.2SPCE061A芯片的引脚

SPCE061A实物如图3.4所示。

图3.4 SPCE061A实物排列图 SPCE061A的结构如图3.5所示：

图3.5 SPCE061A的PLCC84封装引脚

SPCE061A的PLCC84封装管脚说明如表3.1所示。 引脚 说明

IOA0-IOA15(41-48、53、54-60) I/O口A，共16个

IOB0-IOB15(5-1、81-76、68-64) I/O口B，共16个 OSCI（13脚） 32768Hz 晶振输入管脚 OSCO（12脚） 32768Hz 晶振输出管脚 RES_B(6脚) 复位输入

XICE（16脚） ICE使能端，接PROBE的使能脚ICE_EN XICECLK（17脚） ICE时钟端，接PROBE的时钟脚ICE_SCK XICESDA（18脚） ICE数据端，接PROBE的数据脚ICE_SDA PVIN（20脚） 程序保密设定脚 PFUSE（29脚） 程序保密设定脚 DAC1（21脚） 音频输出通道1 DAC2（22脚） 音频输出通道2 VREF2（23脚） 2V参考电压输出脚 AGC（25脚） 语音输入自动增益控制引脚 OPI（26脚） Microphone的第二运放输入脚 MICOUT（27脚） Microphone的第一运放输出脚 MICN（28脚） Microphone的负向输入脚 MICP（33脚） Microphone的正向输入脚 VRT（35脚） A/D转换外部参考电压输入脚 VCM（34脚） ADC参考电压输出脚 VMIC（37脚） Microphone的电源 XSLEEP（63脚） 睡眠状态指示脚

VCP（8脚） 锁相环压控振荡器的阻容输入

XROMT、PVPP、XTEXST（61、69、14） 出厂测试引脚，悬空即可 VDDH（51、52、75脚） I/O电平参考。 VDD（7脚） PLL锁相环电源 VSS（9脚） 锁相环地 VSS（19、24脚） 模拟地 VSS（38、49、50、62脚） 数字地 VDD（15、36脚） 数字电源

注：在PLCC84封装中，有15个空余脚，使用时这15个空余脚悬浮。 可将PFUSE接5V, PVIN接GND并维持1s以上即可将内部保险丝熔化，此后就无法读取和向闪存加载数据。 表3.1 SPCE061A的PLCC84封装管脚说明 三、SPCE061A特性参数

SPCE061A系统的特性参数如表3.2所示： 特性参数 SPCE061A 工作电压 2.6V-3.6V 最大工作速率 49.152MHz CPU 16 位 SRAM 容量 2K字 ROM容量(字) 32K闪存 并行I/O端口A IOA15-0 并行I/O端口B IOB15-0 音频输出 DAC×2

中断源 TimerA/B 时基信号发生器 外部中断 触键唤醒

唤醒源 IOA7-0其它中断

定时器/计数器 双16位加计数定时器/计数器 双通道PWM输出

UART 7通道10位电压模数转换器(ADC) 单通道声音模数转换器 (ADC)

串行SRAM接口 具备 晶振 具备 低电压复位 具备 低电压监测 具备 内置ICE接口 具备 上电复位 具备

麦克风放大器和自动增益控 单通道 节电功能 具备 中断控制功能 具备 触键唤醒功能 具备 表3.2 系统特性参数 四、SPCE061A内核结构

SPCE061A的内核由总线、算术逻辑运算单元、寄存器组、中断系统及

堆栈等部分组成。算术逻辑运算单元ALU：SPCE061A的ALU在运算能力上很有特色，它不仅能做16位基本的算术逻辑运算，也能做带移位操作的16位算术逻辑运算，同时还能做用于数字信号处理的16位×16位的乘法运算和内积运算。 1.算术逻辑运算器

SPCE061A的ALU前面串接有一个移位器SHIFTER，也就是说，操作数在经过ALU

的算数逻辑操作前可先进行移位处理，然后再经ALU完成算逻运算操作。移位包括：算术右移、逻辑左移、逻辑右移、循环左移以及循环右移。所以，SPCE061A的指令系统里专有一组复合式的‘移位算术逻辑操作’指令；此一条指令完成移位和算术逻辑操作两项功能。 SPCE061A的CPU寄存器组里有8个16位寄存器，可分为通用型寄存器和专用型寄存器两大类别。通用型寄存器包括：R1-R4，作为算术逻辑运算的源及目标寄存器。专用型寄存器包括SP、BP、SR、PC，是与CPU特定用途相关的寄存器。 2.SPCE061A片内存储器结构

SPCE061A单片机的存储器有2K字的SRAM（包括堆栈区）和32K字闪存（FLASH）。

SPCE061A有2K字的SRAM(包括堆栈区)，其地址范围从0x0000到0x07FF。前64个字，即0x0000-0x003F地址范围内可采用6位地址直接地址寻址方法，寻访速度为2个CPU时钟周期；其余0x0040-0x07FF地址范围内存储器的寻访速度则为3个CPU时钟周期。

堆栈是在内存RAM区专门开辟出来的按照“先进后出”原则进行数据存取的一种工作方式，主要用于子程序调用及返回和中断处理断点的保护及返回。堆栈的最大容量范围限制在2K字RAM内，即其地址范围从0X07FF到0X0000的存储器范围中。值得注意的是堆栈的生长方向，SPCE061A系统复位后，SP初始化为0x07FF,每执行PUSH指令一次，SP指针减一。

SPCE061A是一个用闪存替代掩膜ROM的MTP(多次编程)芯片，具有32K字闪存容量。用户可用闪存来存储用户程序。为了安全起见，不对用户开放整体擦除功能。用户必须通过向P_Flash_Ctrl (写) ($7555H)单元写入0xAAAA来激活闪存的存取功能，从而访问闪存。然后，向P_Flash_Ctrl (写) ($7555H)单元写入0x5511，来擦除页的内容。写入0x5533，对闪存编程。这些指令不能被任何其他的操作包括中断、ICE的单步跟踪动作打断。这是因为闪存控制器必须保证闪存处于编程状态。如果一些其它的进程插入到当前的执行队列里，闪存的状态将发生改变，擦除页和编程的操作不能再继续进行。此外，为保证程序的正确编写，用户必须在编程之前擦除页的内容。页大小为0x100。第一页地址范围：0x8000-0x80FF，最后一页的地址范围：0xFF00-0xFFFF。0xFC00-0xFFFF范围内的地址由系统保留，用户最好不要用本范围内的地址。32K字的内嵌式闪存被划分为128个页，它们在CPU正常运行状态下均可通过程序擦除或写入。全部32K字闪存均可在ICE工作方式下被编程写入或被擦除。在芯片上电以后，芯片就处于读存储单元状态，读存储单元的操作与SRAM相同。

3.SPCE061A输入/输出接口

输入/输出接口是单片机与外设交换信息的通道。输入端口负责从外界接收检测信号、键盘信号等各种开关量信号。输出端口负责向外界输送由内部电路产生的处理结果、显示信息、控制命令、驱动信号等。μ’nSP内有并行和串行两种方式的I/O口。并行口线路成本较高，但是传输速率也很高；与并行口相比，串行口的传输速率较低但可以节省大量的线路成本。SPCE061A有两个16位通用的并行I/O口：A口和B口。这两个口的每一位都可通过编程单独定义成输入或输出口。A口的IOA0-IOA7用作输入口时具有唤醒功能，即具有输入电平变化引起CPU中断功能。在那些用电池供电、追求低能耗的应用场合，可以应用CPU的睡眠模式（通过软件设置）以降低功耗，需要时以按键来唤醒CPU，使其进入工作状态。

I/O 端口结构如图3.6所示，SPCE061A提供了位控制结构的I/O端口，每一位都可以被单独定义用于输入或输出数据。通常，对某一位的设定包括以下3个基本项：数据向量Data、属性向量Attribution和方向控制向量Direction。I/O端口组合控制设置如表3.3所列。3个端口内每个对应的位组合在一起，形成一个控制字，用来定义相应I/O口位的输入输出状态和方式。与其它的单片机相比，除了每个I/O端口可以单独定义其状态外，每个对应状态下的I/O端口性质电路都是内置的，在实际的电路中不需要再次外接。

图3.6 I/O 端口结构

方向 属性 数据 功能 是否带有唤醒功能 功能描述

0 0 0 下拉* 是** 带下拉电阻的输入管脚 0 0 1 上拉 是** 带上拉电阻的输入管脚 0 1 0 悬浮 是** 悬浮式输入管脚 0 1 1 悬浮 否 悬浮式输入管脚***

1 0 0 高电平输出 否 带数据反相器的高电平输出 1 0 1 低电平输出 否 带数据反相器的低电平输出 1 1 0 低电平输出 否 带数据缓存器的低电平输出 1 1 1 高电平输出 否 带数据缓存器的高电平输出 注

：

*：口位默认为带下拉电阻的输入管脚； **：只有当IOA [7-0]内位的控制字为000，001和010时， 相应位才具有唤醒的功能； ***：此种悬浮输入作为ADC IOA[6-0] 的输入。

表3.3 I/O端口的组合控制设置 P_IOA_Data(读/写)(7000H)

A口的数据单元，用于向A口写入或从A口读出数据。当A口处于输入状态时，读出是读A口管脚电平状态；写入是将数据写入A口的数

据寄存器。当A口处于输出状态时，写入输出数据到A口的数据寄存器。

P_IOA_Buffer (读/写) (7001H)

A口的数据向量单元，用于向数据向量寄存器写入或从该寄存器读出数据。当A口处于输入状态时，写入是将A口的数据向量写入A口的数据寄存器；读出则是从A口数据寄存器内读其数值。当A口处于输出状态时，写入输出数据到A口的数据寄存器。 P_IOB_Data(读/写)(7005H)

B口的数据单元，用于向B口写入或从B口读出数据。当B口处于输入状态时，读出是读B口管脚电平状态； 写入是将数据写入B口的数据寄存器。当B口处于输出状态时，写入输出数据到B口的数据寄存器。

P_IOB_Buffer(读/写)(7006H)

B口的数据向量单元，用于向数据寄存器写入或从该寄存器内读出数据。当B口处于输入状态时，写入是将数据写入B口的数据寄存器；读出则是从B口数据寄存器里读其数值。当B口处于输出状态时，写入数据到B口的数据寄存器。 4.SPCE061A时钟电路

SPCE061A 的系统时钟由时钟发生器（32768Hz晶振）、锁相环（PLL）和时间基准信号（RTC）组成。SPCE061A时钟电路的接线图如图3.7所示：

1.32768Hz的实时时钟经过PLL倍频电路产生系统时钟频率(Fosc)，

Fosc再经过分频得到CPU时钟频率(CPUCLK)可通过对P_SystemClock(写)(7013H)单元编程来控制。默认的Fosc、CPUCLK分别为24.576MHz和Fosc/8。用户可以通过对P_SystemClock单元编程完成对系统时钟和CPU时钟频率的定义。

图3.7 SPCE061A时钟电路的接线图

32768Hz RTC振荡器有两种工作方式：强振模式和自动弱振模式。处于强振模式时，RTC振荡器始终运行在高耗能的状态下。处于自动弱振模式时，系统在上电复位后的前7.5s内处于强振模式，然后自动切换到弱振模式以降低功耗。CPU被唤醒后默认的时钟频率为Fosc/8，用户可以根据需要调整该值。CPU被唤醒后经过32个时钟周期的缓冲时间后再进行其它的操作，这样可以避免在系统被唤醒后造成ROM读取错误。

2.锁相环PLL (Phase Lock Loop)振荡器，PLL电路的作用是将系统提供的实时时钟的基频(32768Hz)进行倍频，调整至49.152MHz、40.96MHz、32.768MHz、24.576MHz或20.480MHz。系统默认的PLL自激振荡频率为24.576MHz。

3.时间基准信号，简称时基信号，来自于32768Hz实时时钟，通过频率选择组合而成。时基信号发生器的选频逻辑TMB1为TimerA的时钟源B提供各种频率选择信号并为中断系统提供中断源(IRQ6)信号。此外，时基信号发生器还可以通过分频产生2Hz、4Hz、1024Hz、2048Hz以及4096Hz的时基信号，为中断系统提供各种实时中断源(IRQ4、IRQ5)

信号。

5.SPCE061A定时器/计数器

SPCE061A提供了两个16位的定时/计数器：TimerA和TimerB。TimerA为通用计数器；TimerB为多功能计数器。TimerA的时钟源由时钟源A和时钟源B进行“与”操作而形成；TimerB的时钟源仅为时钟源A。 定时器发生溢出后会产生一个溢出信号(TAOUT/TBOUT)。一方面，它会作为定时器中断信号传输给CPU中断系统；另一方面，它又会作为4位计数器计数的时钟源信号，输出一个具有4位可调的脉宽调制占空比输出信号APWMO或BPWMO(分别从IOB8 和IOB9输出)，可用来控制马达或其它一些设备的速度。此外，定时器溢出信号还可以用于触发ADC输入的自动转换过程和DAC输出的数据锁存。

向定时器的P_TimerA_Data(读/写)(700AH)单元或P_TimerB_Data(读/写)(700C H)单元写入一个计数值N后，选择一个合适的时钟源，定时器/计数器将在所选的时钟频率下开始以递增方式计数N，N+1，N+2，?0xFFFE，0xFFFF。当计数达到0xFFFF后，定时器/计数器溢出，产生中断请求信号，被CPU响应后送入中断控制器进行处理。同时，N值将被重新载入定时器/计数器并重新开始计数。

通过写入P_TimerA_Ctrl(700BH)单元的第6-9位，可选择设置APWMO输出波形的脉宽占空比；同理，写入P_TimerB_Ctrl(700DH)单元的第6-9位，便可选择设置BPWMO输出波形的脉宽占空比。

时钟源A是高频时钟源，来自带锁相环的晶体振荡器输出Fosc；时钟源B的频率来自32768Hz实时时钟系统，也就是说，时钟源B可以作

为精确的计时器。例如，2Hz定时器可以作为实时时钟的时钟源。 五、SPCE061A中断系统

SPCE061A系列单片机中断系统是单片机中中断功能较强的一种，它可以提供14个中断源，具有两个中断优先级，可实现两级中断嵌套功能。用户可以用关中断指令（或复位）屏蔽所有的中断请求，也可以用开中断指令使CPU接受中断申请。每一个中断源可以用软件独立控制为开或关中断状态；但中断级别不可用软件设置。 SPCE061A的中断类型

SPCE061A的结构给出了三种类型的中断：软件中断、异常中断和事件中断。 1.软件中断

软件中断是由软件指令break产生的中断。软件中断的向量地址为FFF5H 2.异常中断

异常中断表示为非常重要的事件，一旦发生，CPU必须立即进行处理。目前SPCE061A定义的异常中断只有‘复位’一种。通常，SPCE061A系统复位可以由以下三种情况引起：上电、看门狗计数器溢出以及系统电源低于电压低限。不论什么情况引起复位，都会使复位引脚的电位变低，进而使程序指针PC指向由一个复位向量（FFF7H）所指的系统复位程序入口地址。 3.事件中断

事件中断一般产生于片内设部件或由外设中断输入引脚引入的某个事

件。这种中断的开通/禁止，由相应独立使能和相应的IRQ或FIQ总使能控制。SPCE061A的事件中断可采用两种方式：快速中断请求即FIQ中断和中断请求即IRQ中断。这两种中断都有相应的总使能。 SPCE061A共有9个中断向量即FIQ、IRQ0-IRQ6及UART IRQ。这9个中断向量共可安置14个中断源供使用，其中有4个中断源可安置在FIQ或IRQ0-IRQ2中，另有10个中断源则可安置在IRQ3-IRQ6中。还有一个专门用于通用异步串行口UART的中断源，须安置在UARTIRQ向量中。

SPCE061A单片机的中断系统有14个中断源分为两个定时器溢出中断、两个外部中断、一个串行口中断、一个触键唤醒中断、7个时基信号中断、PWM音频输出中断。

SPCE061A单片机中，快速中断的优先级高于普通中断的优先级，在IRQ中断中IRQ1的中断优先级高于IRQ2，IRQ2的中断优先级高于IRQ3，按照IRQ的序号，序号越高则中断优先级越低，UART的中断优先级最低。在IRQ中断中，只是中断查询有先后，不能进行中断嵌套。同中断向量内的中断源中断优先级相同。 中断响应过程

从中断请求发生到被响应,从中断响应到转向执行中断服务程序,完成中断所要求的操作任务,是一个复杂的过程。整个过程都是在CPU的控制下有序进行的, SPCE061A单片机中断响应过程。 1.中断查询

SPCE061A把所有的中断请求都汇集到P_INT_Ctrl和P_UART_Command2

（该寄存器用于检测串行传输中断标志位）寄存器中。其中外中断是使用采样的方法将中断请求锁定在P_INT_Ctrl寄存器的相应标志位中，而音频输出中断、触键唤醒、定时中断、时基中断、串行异步中断的中断请求由于都发生在芯片的内部，可以直接去置位P_INT_Ctrl和P_UART_Command2中各自的中断请求标志，不存在采样的问题，所谓查询就是由CPU测试P_INT_Ctrl和P_UART_Command2中各标志位的状态，已确定有没有中断请求发生以及是哪一个中断请求，中断请求汇集使中断查询变得简单，因为只需对两寄存器查询即可。 SPCE061A中断查询发生在每一个指令周期结束后，按中断优先级顺序对中断请求进行查询，即先查询高级中断后，再查询低级中断，即先查询FIQ再查询IRQ，同级中断按IRQ0→IRQ1→IRQ2→IRQ3→IRQ4→IRQ5→IRQ6→UART的顺序查询。如果查询到有标志位为“1”，则表明有中断请求发生。因为中断请求是随机的发生的，CPU无法预先得知，因此在程序执行过程中，中断查询要在每个指令结束后不停的进行。 2.中断响应

中断响应就是CPU对中断源提出的中断请求的接受，是在中断查询后进行的，当查询到有效的中断请求时，紧接着就进行中断响应。中断响应的主要内容可以理解为是硬件自动生成一条调用指令，其格式为CALL addR16，这里的addR16就是存储器中断区中相应中断入口地址。在SPCE061A单片机中，这些入口地址已经由系统设定。

中断响应是有条件的，并不是查询到所有中断请求都能被立即响应，当存在下列情况时，中断响应被封锁：CPU正处在为一个同级或高级

的中断服务中。因为当一个中断被响应时，要求把对应的优先级触发器置位，封锁低级和同级中断。

中断响应的时间应首先从中断信号出现到CPU响应的时间与CPU响应中断信号到进入中断服务程序的时间之和。首先中断信号出现，CPU查询到后，再执行下一条指令结束后去响应中断，这个时间可以根据指令周期长短来确定;一般指令周期最长为182个时钟周期，原因是累乘加指令需要的时间最长为182个时钟周期；其次CPU响应中断后，到CPU执行中断服务程序又需要8个时钟，原因是需要堆栈PC指针和SR寄存器及将中断向量赋值给PC及跳转到中断服务程序，这些操作共需要8个时钟周期。

因此,SPCE061A从中断信号出现到进入中断服务最长需要190个时钟周期。当然，如果出现有同级或高级中断正在响应或服务中须等待的时候，那么响应时间是无法计算的。

中断响应后，P_INT_Ctrl和P_UART_Command2中的中断请求标志应及时清除。否则就意味着中断请求仍然存在，弄不好就会造成中断的重复查询和响应，因此就存在一个中断请求的撤销问题。在SPCE061A中断中，中断撤销只是标志位的置“0”问题。SPCE061A中断除UART中断外，所有的中断均需软件清除标志位，即将P_INT_Ctrl中相应的中断位清零。即可将中断请求撤销。而UART中断，则是硬件自动清零，不需要软件操作。如当接收到数据后，P_UART_Command2中的接收标志位自动置“1”，进入UART中断，在UART中断中读出数据，P_UART_Command2相应的中断标志位自动清零。

SPCE061A单片机的中断服务流程图3.8所示

图3.8 中断服务流程图

所谓中断的入口即中断的入口地址，每个中断源都有自己的入口地址， 中断入口地址表如表3.4： 中断向量 中断优先级别 FFF7H（复位向量） RESET FFF6H FIQ FFF8H IRQ0 FFF9H IRQ1 FFFAH IRQ2 FFFBH IRQ3 FFFCH IRQ4 FFFDH IRQ5 FFFEH IRQ6 FFFFH UART IRQ 表3.4 中断入口地址表

当CPU响应中断后，就是通过中断入口地址进入中断服务程序。 六、SPCE061A最小系统及开发方法 1.SPCE061A最小系统

最小系统接线如图3.9所示，在OSC0、OSC1端接上晶振及谐振电容，在锁相环压控振荡器的阻容输入VCP端接上相应的电容电阻后即可工

作。其它不用的电源端和地端接上0.1μF的去藕电容提高抗干扰能力。

图3.9 最小系统电路图 2.SPCE061A开发方法

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。用它可以替代在单片机应用项目的开发过程中常用的软件工具——硬件在线实时仿真器和程序烧写器。它利用了SPCE061A片内置的在线仿真电路ICE（In- Circuit Emulator）接口和凌阳公司的在线串行编程技术。PROBE工作于凌阳IDE集成开发环境软件包下，其5芯的仿真头直接连接到目标电路板上SPCE061A相应管脚，直接在目标电路板上的CPU---SPCE061A调试、运行用户编制的程序。PROBE的另一头是标准25针PC接口，直接连接到计算机打印口与上位机通讯，在计算机IDE集成开发环境软件包下，完成在线调试功能。如图3.10所示：

图3.10 SPCE061A的开发调试下载过程图

第三节 程序下载区

ICE基本运行方式是通过控制clock及通过ICE伪指令方式,来控制CPU的运行及缓存器资料和内存资料的存取,因此必须通过控制缓存

器值的设定来控制目前CPU的动作。61板上的74HC244主要是在我们用下载线进行程序下载时起作用，主要起缓存的作用和完成对SDA是用来作为数据回送还是数据下载进行选择。程序下载电路图如图3.11所示。

图3.11 程序下载电路图

74HC244芯片可以控制SDA信号的高低电平，这样可以使用ResWriter工具发出符合烧写芯片的时序信号。74HC244芯片的引脚图如图3.12所示

图3.12 74HC244芯片引脚图

第四节 音频模块

此模块主要通过MICROPHONE把我们所要求语音信息进行的输入。再由SPCE061A对采集的语音信号进行处理提取的说话人特征参数与存储在外扩FLASH内的特征参数模板进行匹配。音频输入电路图如3.13所示。

图3.13 音频输入电路图

第五节 语音输出模块

可以直接听喇叭输出的声音。SPY0030A是凌阳公司开发的专门用于语音信号放大的芯片。和LM386相比，SPY0030A还具有工作电压低、输出功率高及低失真的优势。 语音输出电路图如图3.14所示。

图3.14 语音输出电路图

第六节 数/模转换模块

D/A（数/模）的作用就是把数字量转换为模拟量的部分，音频输出就是这个过程，A/D（模/数）的作用就是把模拟量转换为数字量的部分，音频输入就是这个过程把人讲话的声音波形通过SPCE061A芯片中的A/D（模/数）采集后，处理后又通过D/A（数/模）转换还原后，通过功率放大电路播出声音。SPCE061A提供了两路的D/A（数/模）转换通道，分别是DAC1、DAC2。SPCE061A有7个10 位ADC通道，其中一个通道(MIC_In)用于语音输入，模拟信号经过自动增益控制器和放大器放大后进行A/D（模/数）转换。其余6个通道(Line_In)和IOA[0-6] 引脚共享，可以将输入的模拟信号(如电压信号) 转换为数字信号。SPCE061A 的A/D转换范围是整个输入范围，即0V-AVdd。无效的A/D（模/数）模拟信号(超过VDD+0.3V或是低于VSS–0.3V)将影响转换电路的工作范围，从而降低AD的性能。由于Line_In通道和IOA[0-6]

共享引脚，建议用户选择其它的IO引（非IOA[0-6]），以避免由于无效的IO信号造成电压不稳。

第七节 电源模块

61板采用3节5号电池进行供电，由J10接入，其中的前后两组电容用来去耦滤波，使其供给芯片更加平滑。为了获得标准3.3V电压，在板子上加入SPY0029A三端稳压器。两个二极管，是为防止误将电源接反造成不必要损失而设置的，在操作过程中千万不要将电源接反，因为反向电压超过一定的值，二极管将会被损坏，达不到保护的目的。后面的零电阻及其电源分不同的几路是为了减少电磁干扰设置的。

图3.15 电源电路图

第八节 SPLC501液晶显示模组

SPLC501液晶显示模组为128X64点阵，面板采用STN（Super Twisted Nematic）超扭曲向列技术制成并且由128Segment和64Common 组成。 一、SPLC501的组成

SPLC501 液晶显示模组主要有液晶显示器（带驱动、控制器的液晶面板）、复位按键、电源指示灯和模组接口及跳线。SPLC501液晶显示器的接口引脚说明：

接口引脚名 说明 CS1 片选，低有效 RES 复位脚 AO 数据命令选择脚

R/W 对于6800系列MPU的读/写信号（R/W） 对于8080系列MPU的写信号（W/R） EP 对于6800系列MPU的时钟信号使能脚（EP） 对于8080系列MPU的读信号（RD） DB0 8位数据总线 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7

VR 端口输出电压

C86 C86=H 选择6800MPU系列 C86=L 选择8080MPU系列 PS 串、并行时序选择 表3.5 接口引脚说明

SPLC501液晶显示器的电路原理图如图3.16所示。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lna3.html