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1、单片机引用doc第8章nSP单片机应用及开发技术 317 第8章 nSP单片机应用及开发技术 本章将介绍 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。 8.1 nSP的应用领域 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。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：

2、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 (Digital Filter) 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，Digital Signal Processor）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，Mu

3、ltiply & 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， 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

4、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，最适宜于高性能且复杂场合的运算。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最能发挥出其特长。 譬如像数字语音 （音乐） 信号处理中的频移处理算法就可用 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，Personal Digital Assista

5、nt）就是符合这种时尚潮流的便携移动式终端。 若以 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 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unSP 功能键电阻式触摸屏 图8.1 基于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

6、： z 内置微型实时操作系统（RTOS, Real-Time Operating System） z 语音识别输入或触摸屏输入 z 无线移动式语音通信 z 无线寻呼机、对讲机 z 双机或多机通信 第8章nSP单片机应用及开发技术 319 z 下载升级软件 z 移动定位导航及位置信息服务 z 家电遥控器 z 个人资料数据库（名片册、医疗档案及家庭理财等） z 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，Embedded Computer System）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

7、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

8、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 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 nSP系列的 16位机组合形成分布式多机系统。 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： z 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

9、、静噪系统、燃油喷射系统、通信与音响等） 机器人控制 z 消费、娱乐 数字机顶盒 游戏机、智能玩具、学习机 家用电器 z 通信 数字留言机 数字语音信箱 数字免提电话 z 军事 第8章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 8.2 SPCE061A 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 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

10、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

11、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 4或 8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

12、压。 第8章nSP单片机应用及开发技术 321 VSSVSSVCP OSCI OSCOVSSAVSSPVSSVSSAOSC32O 12OSC32I13XTEST 14VDD 15XICE 16XICECLK 17XICESDA 18VSS19PVIN 20DAC121DAC222VREF223VSS24AGC 25OPI26MICOUT 27MICN 28PFUSE 29MICP 33VCM 34VRTPAD 35VDD 36VMIC 37VSS38IOA041IOA142IOA243IOA344IOA445IOA546IOA647IOA748VSS49VSS50VDDH 51VDDH 52I

13、OA853NC 39NC 40NC 30NC 31NC 32IOA954IOA1055IOA1156IOA1257IOA1358IOA1459IOA1560XROMT 61VSS62XSLEEP 63IOB1564IOB1465IOB1366IOB1267IOB1168PVPP69VDDH 75IOB1076IOB977NC 70NC 71NC 72NC 73NC 74IOB878IOB779IOB680IOB581IOB41IOB32IOB23NC 82NC 83NC 84IOB14IOB05XRESB 6VDD 7VCP8VSS9NC 10NC 11SPCE061AC25104C34104

14、C331041J12 CON1C26104R103.3KC32104C383300pY132768C3620pC3720pC28104C29104C24104+ C1110u 16V+ C12100u 16VVDDICE_EN1ICE_SCKICE_SDAVSS12345PROBETimeUPDownVDD D11K8050R11R7C22SPEAKERVDD104 2.4K1KIOA8VDDHVSSIOA7IOA6IOA5IOA3IOA1IOA2IOA4IOA0VCMVMICMICPVRTVSSVSSVDDHVDD_AOSCOOSCIICE_ENICE_SCKICE_SDAPVINDAC1D

15、AC2VREF2VSSAAGCOPIMICOUTMICNPFUSEVSSAXTESTVDDIOB11IOB12IOB13IOB14IOB15SLEEPVSSIOA15IOA14IOA13IOA12IOA11IOA10IOB10IOB9IOB8IOB7IOB6IOB5IOB4IOB3IOB2IOB1IOB0RES_BVCPVDDHVDD_PVSSP+5v VDD 1 212349vOUT INGNDLM7833104104470uF470uFVDDIOA9 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nSP单片机

16、应用及开发技术 322 a) 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 2A，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，从最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

17、，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nSP单片机应用及开发技术 323 c) 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

18、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3099年=2001月+1月12月=1日+1日31日=1时+1时23时=0分+1分59分=0返回YNYNYNYNYN当前状态？年 月 日 时 分 图8.6 校时子程序 e) 播放语音子程序 报时用 SACM-A2000 播放，关于 SPCE061A 放音的子程序，前面章节已有详细介绍，这里不再介绍。 8.2.2 热敏电阻温度计 常见的玻璃管温度计，是靠管内水银升降来判断温度值的高低。当光线较暗时，就看不清水银位置，给观察带来不便。这里介绍一种采用热敏电阻测温并用语音报告温度值的热敏电阻温度计，它具有使用方便的优点

19、。 电阻测温原理： 热敏电阻是一种新型半导体感温元件，具有灵敏度高、体积小、寿命长的优点。热敏电阻可分为正温度系数和负温度系数两种类型。 负温度系数热敏电阻具有负的电阻温度特性，当温度升高时，电阻值减小；当温度降低时，电阻值增大，其阻值温度特性曲线如图 8.7所示。热敏电阻的阻值温度特性曲线是一条指数曲线，非线性较大，在实际使用中要进行线性化处理，但比较复杂，一般只使用线性度较好的一段（如图 8.7所示 ab 段）。如果测出热敏电阻的阻值，就可以算出对应的温度值。 第8章nSP单片机应用及开发技术 325 T0有效范围 0温度阻值ab 图8.7 热敏电阻温度特性曲线 硬件电路： 用热敏电阻测温

20、的硬件连接见图 8.8。将热敏电阻 RT 与固定电阻 R 串联，接 3.3V电源，当温度改变时，RT 阻值改变，其两端的电压随之改变，测量两端的电压，通过以下公式求得温度值： T=T0-KVT 其中： T-被测温度 T0与热敏电阻特性有关的温度参数 K-与热敏电阻特性有关的系数 VT热敏电阻两端的电压 此例中选用负温度系数热敏电阻 MFD-502-34，其线性化较好的一段是在-2080。 第8章nSP单片机应用及开发技术 326 VSSVSSVCP OSCI OSCOVSSAVSSPVSS VSSAOSC32O 12OSC32I13XTEST 14VDD 15XICE 16XICECLK 17

21、XICESDA 18VSS19PVIN 20DAC121DAC222VREF223VSS24AGC 25OPI26MICOUT 27MICN 28PFUSE 29MICP33VCM 34VRTPAD 35VDD 36VMIC 37VSS38IOA041IOA142IOA243IOA344IOA445IOA546IOA647IOA748VSS49VSS50VDDH 51VDDH 52IOA853NC 39NC 40NC 30NC 31NC 32IOA954IOA1055IOA1156IOA1257IOA1358IOA1459IOA1560XROMT 61VSS62XSLEEP63IOB1564I

22、OB1465IOB1366IOB1267IOB1168PVPP69VDDH 75IOB1076IOB977NC 70NC 71NC 72NC 73NC 74IOB878IOB779IOB680IOB581IOB41IOB32IOB23NC 82NC 83NC 84IOB14IOB05XRESB6VDD 7VCP8VSS9NC 10NC 11SPCE061AC25104C34104C331041J12 CON1C26104R103.3KC32104C383300pY132768C3620pC3720pC28104C29104C24104+ C1110u 16V+ C12100u 16V12345

23、PROBEVDD8050R11R7C22SPEAKERVDD1042.4K1K5K RTVDDKEYIOA8VDDHVSSIOA7IOA6IOA5IOA3IOA1IOA2IOA4IOA0VCMVMICMICPVRTVSSVSSVDDHVDD_AIOB11IOB12IOB13IOB14IOB15SLEEPVSSIOA15IOA14IOA13IOA12IOA11IOA10IOB10IOB9IOB8IOB7IOB6IOB5IOB4IOB3IOB2IOB1IOB0RES_BVCPVDDHVDD_PVSSPOSCOOSCIICE_ENICE_SCKICE_SDAPVINDAC1DAC2VREF2VSSA

24、AGCOPIMICOUTMICNPFUSEVSSAXTESTVDD VDDICE_EN1ICE_SCKICE_SDAVSSIOA912349vOUT INGNDLM7833104104470uF470uFVDD 图8.8 硬件连接图 固定电阻 R 阻值的选取： MFD-502-34 型热敏电阻线性化较好的一段是在-2080，为了在最高温度和最低温度时使被测信号基本接近满量程值，采取线性区域内中间某一点温度的阻值作为固定电阻的值。它们分压后，AD 的输入电压是 AD 的输入电压范围一半。在 25时热敏电阻的阻值为 5K，所以选取固定电阻 R 的值为 5K。 在-20时热敏电阻的阻值为 37.39

25、9K，热敏电阻两端电压 VRT=2.9V，接近 A/D输入电压的上限 3.3V；在 80时热敏电阻的阻值为 0.796K，热敏电阻两端电压VRT=0.45V，接近 A/D 输入电压的下限 0V。 第8章nSP单片机应用及开发技术 327 在温度线性化较好的区域内 SPCE061A 的 A/D 值都没有达到极限值。按照图 8.8接法时，T0=76，K=0.1022，根据以上公式和参数，测出热敏电阻两端的电压就可以求出被测温度。 温度计算： 系统扩展了一个按键，接于 IOA15，当按键按下时，就进行 A/D 转换初始化，并进行 4 次 A/D 转换，SPCE061A 的 A/D 转换结果在高 10位，每次将其移入低 10位再计算 4 次平均值作为 AD 有效结果返回；为了提高准确度，变量 TempAD、Temper 都采用浮点数，计算完成用语音将温度值报出来。由于在放音时播放函数会改变一些参数，为了稳定起见，在每次 A/D转换前都做一次初