電子提醒器的設(shè)計(jì)

王永忠

(北京服裝學(xué)院信息工程學(xué)院，北京 100029)

電子提醒器相當(dāng)于一個具有語音提示功能的“電子秘書”。對于一個辦公室工作人員，只要預(yù)先把要提醒的數(shù)條語音信息分別錄制到電子提醒器中，設(shè)置好每條相應(yīng)的播放時間，到時電子提醒器會自動播放3遍預(yù)先錄制好的語音信息，以提醒此時該做什么事情。

1 電子提醒器的功能描述

1.1 顯示功能

電子提醒器的顯示功能，主要用于顯示年、月、日、星期、時鐘以及各種設(shè)置信息等，由可以顯示2行7.5個漢字的LCD液晶顯示器來實(shí)現(xiàn)。電子提醒器主畫面如圖1上部所示，第一行顯示年月日及星期。第二行顯示分兩部分:第一部分顯示時分秒，字號較大;第二部分顯示事件數(shù)，字號較小。所有顯示采用圖形方式實(shí)現(xiàn)。

1.2 時鐘及時鐘設(shè)置功能

由于電子提醒器是按照時間的不同來提醒用戶的，所以電子提醒器必須具有時鐘及時鐘設(shè)置功能，這和普通鐘表的功能是一樣的。當(dāng)進(jìn)行時鐘設(shè)置時就要用到鍵盤，如圖1下部所示，在每相鄰兩次按鍵的時間間隔不超過5 s時就能選擇不同的功能和設(shè)置，如果超過5 s顯示器則自動切回主畫面。每按一下功能鍵，顯示屏上就對應(yīng)顯示出相應(yīng)的功能畫面，如果要選擇對此功能進(jìn)行設(shè)置，則按下確認(rèn)鍵就可以進(jìn)一步設(shè)置。功能鍵的按鍵次數(shù)與其功能對應(yīng)如表1所示。

圖1 電子提醒器主畫面圖

表1 功能鍵的按鍵次數(shù)與功能對應(yīng)表

由表1可知，連續(xù)按2次功能鍵就進(jìn)入時鐘設(shè)置畫面，按一下確認(rèn)鍵，進(jìn)入時鐘選項(xiàng)畫面，此時，時鐘數(shù)字開始閃爍顯示，按上調(diào)鍵或下調(diào)鍵可以改變時鐘數(shù)，再按一下確認(rèn)鍵，時鐘數(shù)設(shè)置完畢，分鐘數(shù)開始閃爍顯示，再對分鐘數(shù)進(jìn)行設(shè)置，依次還可以設(shè)置秒—年—月—日。

1.3 錄音設(shè)置功能

按功能鍵一次即進(jìn)入錄音設(shè)置畫面如圖2所示，再按一下確認(rèn)鍵進(jìn)入錄音功能選項(xiàng)畫面如圖3所示，這時按上調(diào)鍵或下調(diào)鍵可以選擇禁止錄音，允許錄音和清除錄音的狀態(tài)，再按確認(rèn)鍵即設(shè)置完畢。初始狀態(tài)為禁止錄音狀態(tài)，這時按錄音鍵不起作用，可以避免錄音誤操作;當(dāng)選擇錄音狀態(tài)時，按住錄音鍵不放則開始錄音，放開錄音鍵則錄音停止，每錄制一段語音信息，則主畫面的事件數(shù)自動加一;當(dāng)選擇清除狀態(tài)時，所有用戶錄音內(nèi)容全部被清除掉。

1.4 鬧鐘設(shè)置功能

由表1可知，連續(xù)按功能鍵3次即進(jìn)入鬧鐘設(shè)置畫面，再按確認(rèn)鍵進(jìn)入鬧鐘設(shè)置選項(xiàng)畫面如圖4所示，默認(rèn)狀態(tài)為關(guān)。由上調(diào)鍵或下調(diào)鍵可以改變其狀態(tài)，按確認(rèn)鍵可確定其狀態(tài)。當(dāng)確定為“開”狀態(tài)時，鬧鐘時間時鐘數(shù)開始閃爍，按上調(diào)鍵或下調(diào)鍵可對其進(jìn)行調(diào)整，按確認(rèn)鍵后時鐘數(shù)確定，分鐘數(shù)開始閃爍，同樣可對分鐘數(shù)進(jìn)行調(diào)整確定。鬧鐘設(shè)置完畢后，返回到主畫面，這時主畫面的左上角多了一個鬧鈴形狀如圖5所示，表明已經(jīng)設(shè)定了鬧鐘功能，取消鬧鐘功能，取消鬧鐘設(shè)置后，鬧鈴形狀的圖示消失。

圖4 鬧鐘設(shè)置選項(xiàng)畫面圖

圖5 主畫面鬧鐘提示圖

1.5 鬧鐘鈴聲設(shè)置功能

連續(xù)按功能鍵4次即可進(jìn)入鬧鐘鈴聲設(shè)置畫面，再按確認(rèn)鍵后進(jìn)入鬧鐘鈴聲選擇畫面如圖6所示。鬧鐘鈴聲分為標(biāo)準(zhǔn)和自定義兩種，標(biāo)準(zhǔn)鈴聲即為電子提醒器已經(jīng)錄制好的不可清除的鬧鈴聲，而自定義鈴聲主要取決于用戶自己錄音的情況，如果用戶沒有錄制任何語音內(nèi)容，則鬧鐘鈴聲只有標(biāo)準(zhǔn)鈴聲;如果用戶錄制了幾段語音內(nèi)容，則按上調(diào)鍵或下調(diào)鍵可以循環(huán)選擇:標(biāo)準(zhǔn)—事件1—事件2—事件3—事件4—事件5—標(biāo)準(zhǔn)，事件的順序是按照錄音段的順序分的，用戶選定鈴聲后按確認(rèn)鍵確認(rèn)。當(dāng)定時時間到后，“鈴聲”會連續(xù)響1 min，這期間按任何一個鍵都可以消除“鈴聲”。

圖6 鬧鐘鈴聲選項(xiàng)畫面圖

1.6 事件設(shè)置功能

連續(xù)按功能鍵5次即可進(jìn)入事件設(shè)置畫面，同樣再按確認(rèn)鍵進(jìn)入事件選擇畫面，按上調(diào)或下調(diào)鍵可以循環(huán)選擇第幾個事件，按確認(rèn)鍵后進(jìn)入該事件的時間設(shè)置畫面，分別設(shè)置完月—日—時—分，按確認(rèn)鍵后返回到事件選擇畫面，重新選擇其他事件，重復(fù)上述過程。每個事件的時間設(shè)置完畢后，電子提醒器會按照事件設(shè)定的時間順序，每到一個事件提醒時間，則會播放3遍提前錄好的語音提示聲，同時主畫面的事件數(shù)自動減1，直到所有事件都提醒完畢，主畫面的事件數(shù)減為00。而在播放語音提示聲的過程中，同樣按任何一個鍵都可以停止播放。

2 電子提醒器的硬件設(shè)計(jì)

電子提醒器硬件由主控單元、LCD顯示單元、鍵盤接口單元、語音錄放單元和時鐘控制單元組成，框圖如圖7所示。主控單元核心芯片為AT89C51單片機(jī);鍵盤接口單元包括功能鍵、確認(rèn)鍵、上調(diào)鍵、下調(diào)鍵和錄音鍵;LCD顯示單元中的顯示器選用LCM12232ZK中文液晶顯示模塊，該模塊可顯示兩行，每行可顯示7.5個漢字，且能夠?qū)崿F(xiàn)漢字、ASCII碼、點(diǎn)陣圖形同屏的顯示。該模塊的供電范圍為2.75.5 V，可滿足低功耗省電要求［1］。

圖7 電子提醒器硬件組成框圖

語音錄放單元中的核心芯片采用ISD4004語音芯片，其供電電壓3 V，最大錄放時間為16 min，音質(zhì)較好。ISD4004芯片內(nèi)含靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列，每個采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中，因此能夠較好地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲，避免了因量化和壓縮造成的量化噪聲和"金屬聲"，片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中，可在斷電情況下保存100年，反復(fù)錄音10萬次［2］。ISD4004內(nèi)部具有特殊的信息尋址機(jī)制，可對每行首地址進(jìn)行尋址，但每行中的列不可尋址，因此每一行為最小信息單位，ISD4004內(nèi)部共分為2 400行，這樣，ISD4004內(nèi)部最多可錄或放的語音信息為2 400段。每個信息段由起始地址指針、記錄的語音信息和信息結(jié)束標(biāo)志位(EOM)3部分組成，一個信息段可占用一行或多行存儲空間。行尋址是通過行地址時鐘(RAC)來實(shí)現(xiàn)的，對于ISD4004－16MP其錄放時間為960 s，因此它的分辨率為960 s/2 400=400 ms，即一個行地址時鐘周期為400 ms，這樣只要對行地址時鐘輸出端RAC的低電平進(jìn)行計(jì)數(shù)就可以得到每一信息段占用了多少行和每一信息段的起始地址和結(jié)束地址。從第1行到第400行，作為本電子提醒器標(biāo)準(zhǔn)鬧鈴聲的存儲段，一次性錄制好，不允許再改變和清除。從401行到2 400行為用戶錄制區(qū)，用戶可以隨意錄制、改變和清除語音信息。

時鐘控制單元中的核心芯片采用帶報警功能的串行實(shí)時時鐘芯片DS1305，該時鐘/日歷芯片可以提供秒、分、時、日、月、年、星期信息。對于少于31天的月份，到每月的最后一天會自動進(jìn)行調(diào)節(jié)，包括閏年修正。該時鐘有AM/PM指示器，可以工作在24小時模式或12小時模式。

另外DS1305還提供雙電源輸入和一個電池輸入引腳。利用雙電源輸入和一個可編程交流充電電路，可以對作為后備電源的可充電電池進(jìn)行充電。通過VBATT引腳，該器件也可用一個非充電電池作為備用。

DS1305還提供了兩個可編程日歷報警。報警通過編程可設(shè)定在秒、分、時和星期發(fā)出中斷。兩個可編程日歷報警可以通過編程設(shè)定為發(fā)出兩個不同的中斷輸出，也可以只觸發(fā)一個公共的中斷輸出。本電子提醒器中時鐘芯片DS1305的中斷控制位設(shè)定為0，即兩路報警都使用一個公共的中斷輸出

3 電子提醒器的軟件設(shè)計(jì)

電子提醒器的軟件設(shè)計(jì)分為主程序和中斷服務(wù)子程序兩部分。主程序的主要作用是判斷各功能設(shè)置的狀態(tài)以便執(zhí)行相應(yīng)的功能設(shè)置，實(shí)時讀取DS1305中的日歷時鐘數(shù)據(jù)，送LCD各畫面顯示及事件月日比較。由于DS1305的報警功能只有每秒、每分、每時、每周報警一次的功能，沒有每日、每月報警功能。所以，在主程序的事件月日比較子程序里，由編程來實(shí)現(xiàn)該功能?；驹硎歉鶕?jù)事件設(shè)定的時間順序來排定事件的順序，依次把各事件的月日數(shù)據(jù)讀出來，與從DS1305中讀出的實(shí)時的月日數(shù)據(jù)相比較，如二者不相等則繼續(xù)比較，如相等則把該事件的時分秒數(shù)據(jù)寫入DS1305的相應(yīng)的報警存儲單元中，時分秒則由DS1305自動比較，都相等后，報警輸出端變?yōu)榈碗娖?，向CPU申請報警中斷。主程序框圖如圖8所示。中斷服務(wù)子程序也包括兩部分:鍵盤中斷服務(wù)程序和鬧鐘事件報警提示中斷服務(wù)程序。5個按鍵通過與門接到89C51的外部中斷0口/INT0，而DS1305的報警中斷輸出端與89C51的外部中斷1口相連。設(shè)置鍵盤中斷為高優(yōu)先級，報警中斷為低優(yōu)先級，即保證按任何鍵都能夠中斷鬧鈴聲或語音提示聲［4］。鍵盤中斷服務(wù)程序框圖如圖9所示。

鍵盤中斷服務(wù)程序主要實(shí)現(xiàn)各按鍵的功能，由于是多功能鍵盤，每一個按鍵在不同的場合有不同的作用，所以程序結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為簡化鍵盤中斷服務(wù)程序框圖結(jié)構(gòu)，每個按鍵的程序由相應(yīng)的程序塊來代替，在確認(rèn)鍵程序塊中，在完成相應(yīng)的確認(rèn)功能的同時應(yīng)把功能鍵程序塊中的按鍵次數(shù)計(jì)數(shù)單元清零，以便再次按功能鍵時能夠正常操作。其他按鍵程序塊按照各自任務(wù)的不同各不相同。

鬧鐘事件報警提示中斷服務(wù)程序主要功能是實(shí)現(xiàn)在預(yù)定時間播放相應(yīng)的鈴聲或語音提示聲，在錄音鍵程序塊里，當(dāng)錄音結(jié)束后同時讀出該語音信息段的首地址，存放在相應(yīng)的單元中，當(dāng)預(yù)定的鬧鐘或事件時間到時，則從指定地址循環(huán)播放相應(yīng)的提示音。

圖8 主程序框圖

4 結(jié)束語

電子提醒器是基于單片機(jī)控制的一個應(yīng)用。通過合理的軟硬件設(shè)計(jì)，電子提醒器可以較好地實(shí)現(xiàn)事件定時語音提醒功能。如果再增加上溫濕度傳感器SHT1x，就可以實(shí)時播報室內(nèi)溫度和濕度以及實(shí)現(xiàn)溫濕度上下限報警，使電子提醒器的功能進(jìn)一步擴(kuò)展，以滿足用戶的更多需求。

圖9 鍵盤中斷服務(wù)子程序框圖

［1］北京青云創(chuàng)新科技發(fā)展有限公司.帶中文字庫圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊LCMxxZK使用說明書［M］.北京:北京青云創(chuàng)新科技發(fā)展有限公司，2004.

［2］Winbond Electronics Corporation.ISD4004 series single －chip voice record/playback devices 8 － ，10 －，12 －，and 16－ minute durations operation instruction［M］.Taiwan:Winbond Electronics Corporation，2004.

［3］Dallas Semiconductor Ltd.DS1305 serial alarm real time clock(RTC)operation instruction［M］.USA:Dallas Semiconductor Ltd.，1999.

［4］張毅剛.MCS－51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997.