Diseño y desarrollo de calendario electrónico

Con el desarrollo continuo de la economía, los requisitos de las personas para la calidad de vida mejoran constantemente. En términos de tecnología electrónica, los fabricantes también han introducido

Con el desarrollo continuo de la economía, los requisitos de las personas para la calidad de vida mejoran constantemente. En términos de tecnología electrónica, los fabricantes también han introducido continuamente varios productos electrónicos para satisfacer las necesidades de las personas, y el calendario perpetuo electrónico se ajusta a los requisitos de tiempo de las personas. Sin embargo, además de mostrar la hora, el calendario perpetuo electrónico tradicional tiene funciones relativamente simples y ha perdido gradualmente el mercado. Ante esta situación, el calendario perpetuo electrónico presentado en este artículo utiliza la tecnología de control basada en el microordenador monochip AT89C51, y combina el módulo de grabación y reproducción de voz ISD1420 y la tecnología de control remoto por infrarrojos, de modo que tiene las funciones de ajuste de tiempo por control remoto, cronometraje por voz, etc. Tiene cierta novedad. Es más cómodo de usar y tiene una cierta perspectiva de mercado.


1. El esquema de diseño general del sistema de calendario electrónico por voz

El diagrama de bloques de diseño general del sistema se muestra en la Figura 1. La estructura de hardware de este sistema se compone principalmente del chip de control principal AT89C51 microcomputadora de un solo chip, el circuito de recepción de infrarrojos compuesto por el cabezal de recepción de infrarrojos integrado, el chip de reloj en tiempo real DS1302, el chip de grabación y reproducción de voz ISD1420 y el circuito de control de pantalla de tubo digital. El sistema utiliza el chip de reloj en tiempo real DS1302 para generar información de tiempo como año, mes, día, hora, minuto, segundo, semana, etc.La información de tiempo es procesada por la microcomputadora de un solo chip y enviada al circuito de control de pantalla de tubo digital; el circuito de recepción de infrarrojos se usa para recibir y demodular infrarrojos La señal de control enviada por el control remoto es reconocida por el microordenador de un solo chip para emitir un ajuste de tiempo o un comando de cronometraje de voz; el chip de grabación y reproducción de voz ISD1420, después de recibir el comando de reproducción, combina los datos de voz almacenados de acuerdo con la dirección de información de voz enviada por el microordenador de un solo chip y los envía con el tiempo La información de voz correspondiente realiza la función de indicación de la hora por voz.

图1 电子万年历总体设计框图

2. Selección de componentes clave en el sistema de calendario electrónico

2.1 MCU AT89C51


AT89C51 es un microordenador de chip único de la serie 51 producido por ATMEL. Sus recursos internos y definiciones de puerto son compatibles con el microordenador de chip único MCS-51. Además, el flashROM integrado del chip permite la programación y escritura repetidas más de 1000 veces, lo que es adecuado para su uso en la etapa de desarrollo.


2.2 Chip de reloj en serie DS1302


DS1302 es un chip de reloj con reloj / calendario en tiempo real y RAM estática de 31 bytes introducido por DALLAS, que se comunica con el microcontrolador a través de una interfaz serial. El circuito de reloj / calendario en tiempo real proporciona información de tiempo, como segundos, minutos, horas, días, semanas, meses, años, etc. El número de días en un mes y el número de días en un año bisiesto se pueden ajustar automáticamente, y la operación del reloj está determinada por la bandera AM / PM para usar 24 o 12 horas Formato de tiempo. La comunicación en serie sincrónica se puede adoptar entre el DS1302 y el microordenador de un solo chip.Solo se requieren 3 cables de línea de reinicio RST, línea de datos de E / S y línea de reloj en serie SCLK para completar la comunicación de datos. El método de transmisión de datos DS1302 tiene métodos de transmisión de un solo byte y multibyte. De acuerdo con el tiempo de la palabra de comando de control y la transmisión de datos, el microordenador de un solo chip puede restablecer el tiempo y leer el tiempo en tiempo real del DS1302. El consumo de energía de DS1302 es muy bajo cuando está en funcionamiento, y la potencia es inferior a 1 mW cuando se mantienen los datos y la información del reloj. DS1302 se usa ampliamente en campos de productos como teléfonos, faxes, instrumentos portátiles e instrumentos que funcionan con baterías.


2.3 Chip de grabación y reproducción de voz ISD1420


El chip ISD1420 adopta la tecnología CMOS, el tiempo de grabación y reproducción de un solo chip es de 20 segundos y la calidad del sonido es buena. Una vez finalizada la operación de grabación y reproducción, el chip entra automáticamente en un modo de bajo consumo y ahorro de energía, y el consumo de energía es de solo 0,5 uA. La frecuencia de muestreo del chip es de 5,3, 6,4 a 8,0 KHz, la información en el chip se puede almacenar durante 100 años (no se requiere una fuente de alimentación de respaldo) y el chip único EEPROM puede grabar repetidamente 100.000 veces.


La operación de grabación y reproducción de ISD1420 está controlada por / REC, / PLAYE, / PLAYL y / RELED. / REC es el terminal de control de grabación, el nivel bajo es efectivo. Mientras / REC baje, el chip comienza a grabar. Cuando / REC se vuelve alto o la memoria está llena, el ciclo de grabación finaliza y el chip escribe automáticamente una marca de finalización (EOM), de modo que las operaciones de reproducción subsiguientes se pueden detener a tiempo para realizar la función de grabación segmentada. / PLAYE es el final de reproducción activado por flanco. Cuando se produce un flanco descendente, el chip comienza a reproducirse. Reproduzca el sonido hasta la marca EOM o el final de la memoria, después de lo cual el chip entra automáticamente en el estado de ahorro de energía. Una vez finalizada la grabación o reproducción, el chip entra automáticamente en el estado de ahorro de energía. Cuando el indicador de grabación (/ RECLED) está en el estado de grabación, este extremo es bajo y el LED puede activarse. Además, cuando la reproducción encuentra la marca EOM, este terminal emite un pulso de bajo nivel.


2.4 Receptor de infrarrojos integrado


La parte receptora del sistema de control remoto por infrarrojos adopta el receptor de infrarrojos integrado LT0038 para recibir la señal de control enviada por el control remoto del televisor. El LT0038 es un receptor de infrarrojos integrado de plástico, es un circuito integrado que integra la recepción, amplificación y modelado de infrarrojos, que puede completar todo el trabajo desde la recepción de infrarrojos hasta la salida compatible con señales de nivel TTL sin componentes externos. Cuando la señal de infrarrojos es baja, es de alto nivel y es adecuada para varios sistemas de control remoto por infrarrojos y transmisión de datos por infrarrojos. Hay muchos chips dedicados para transmisores de control remoto, que se pueden dividir en dos categorías: modulación de ancho de pulso y modulación de fase de pulso según el formato de codificación. En este sistema, el mando a distancia del televisor se utiliza directamente como parte transmisora, y los códigos de sus botones se utilizan directamente.

电子万年历方案开发

3. Diseño de hardware de calendario electrónico

(1) Parte de la pantalla: para reducir la ocupación del puerto del microordenador de un solo chip y cumplir con los requisitos de la corriente de conducción del tubo digital, el sistema utiliza el chip de conversión de serie a paralelo 74LS164 como chip de conducción, y sale al puerto serie del microordenador de un solo chip cuando el microordenador de un solo chip está en modo de funcionamiento 0 Los datos se convierten en serie-paralelo y se utilizan como código de segmento del tubo digital para hacer que el tubo digital muestre datos. Dado que el calendario perpetuo utiliza más de una docena de tubos digitales, aquí se utilizan dos expansiones 74LS164 para controlar los dos conjuntos superior e inferior de tubos digitales, respectivamente. La pantalla del tubo nixie adopta la tecnología de escaneo dinámico y el puerto P0 se utiliza para iluminar los tubos nixie uno por uno.


(2) Parte de la interfaz del reloj: Los puertos SCLK, RST y I / O del chip de reloj en serie están conectados respectivamente a P1.0, P1.1 y P1.2 del microcontrolador. De acuerdo con el diagrama de secuencia de la transmisión de datos DS1302, utilice la simulación de software para completar la transmisión de datos en serie. El VCC2 de DS1302 está conectado a una batería de litio de 3,6 V como fuente de alimentación de respaldo después de que falla la fuente de alimentación principal.


(3) Parte de la interfaz de recepción del control remoto por infrarrojos: el terminal de salida del cabezal receptor de infrarrojos integrado está conectado al puerto de interrupción externa 0 del microcontrolador. Cuando el control remoto envía un comando de control, el cabezal receptor de infrarrojos integrado demodula la señal recibida, la decodifica y la envía al microcontrolador Envíe una solicitud de interrupción para que el microcontrolador responda a la solicitud de comando enviada por el control remoto.


(4) Interfaz de grabación y reproducción de voz: El puerto P2 del microcontrolador está conectado a A0-A7 del ISD1420 como una línea de selección de dirección. Los ISD1420 / PLAYL, / REC, / RELED están conectados respectivamente a los puertos P1.5, P1.6 y P1.7 del microcontrolador. Al grabar, la microcomputadora de un solo chip envía la dirección de grabación y reproducción de voz ISD1420 a través del puerto P2, y configura el puerto / REC en un nivel bajo a través del puerto P1.6. El ISD1420 comienza a grabar desde la dirección especificada. Cuando se borra el puerto P1.6, la grabación se detiene, ISD1420 La marca de final de segmento EOM se agrega automáticamente de forma interna. Al reproducir sonido, la microcomputadora de un solo chip emite la dirección de la sección de sonido designada desde el puerto P2, y establece / PLAYL en un nivel bajo a través del puerto P1.5, y el ISD1420 comienza a reproducir desde la dirección designada. Cuando encuentra la marca de final de sección EOM Deténgase, el microordenador de un solo chip utiliza la salida de la marca EOM del RECLED para comenzar a enviar la dirección de reproducción del siguiente segmento, de modo que la reproducción continua pueda realizar la función de cronometraje por voz.


4. Diseño de software del sistema de calendario electrónico

El diseño del software del sistema se realiza mediante programación en lenguaje C de un solo chip. Incluye principalmente varios módulos de programa que incluyen DS1302 y programa de interfaz MCU, respuesta MCU al programa de procesamiento de interrupción de señal de control remoto por infrarrojos, programa de grabación y reproducción de voz IS1420 de control MCU y salida serial MCU al controlador de pantalla 74LS164 y otros módulos de programa. El chip de reloj en serie DS1302 y el programa de interfaz del microordenador de un solo chip y el puerto en serie del microordenador de un solo chip están en modo de funcionamiento. El programa de conversión de serie a paralelo a través del 74LS164 se ha introducido en varios libros, y este artículo no repetirá la introducción. Este artículo presenta principalmente el principio de procesamiento del microordenador de un solo chip en respuesta a las señales de control remoto por infrarrojos y la decodificación, y la preparación del programa de grabación y reproducción de voz por el microordenador de un solo chip que controla ISD1420.


4.1 Solución de composición de codificación de señal de control remoto externo Diseño de decodificación MCU


Por lo general, la señal del control remoto por infrarrojos se modula en una portadora de 38 KHZ. Hay muchos tipos de formas de codificación utilizadas en la señal. Los más comunes son el código PWM (código de modulación de ancho de pulso) y el código PPM (código de modulación de posición de pulso). El control remoto utilizado en este sistema tiene la forma de código PPM. La señal de pulso del código de control remoto generalmente se compone de código piloto, código del sistema, código inverso del sistema, código de función y código inverso de función.


El código piloto se compone de un nivel alto con un ancho de 9ms y un nivel bajo con un ancho de 4.5ms. El código del sistema también se denomina código de identificación, que se utiliza principalmente para distinguir diferentes sistemas de control y evitar errores de funcionamiento. El código de función también se denomina código de instrucción, que representa la función de control correspondiente. La adición del código inverso del sistema y el código inverso de la función es para corregir los errores generados durante el proceso de transmisión y mejorar el rendimiento antiinterferente. El circuito de un solo chip detecta primero el código de datos de 8 bits de cada botón en el control remoto del televisor y luego determina la función de cada botón de acuerdo con el código de datos. La función de cada tecla numérica en el control remoto está reservada aquí, y la tecla más y menos del canal se usa como la función de ajuste más y menos del tiempo de cronometraje, y la tecla de encendido y apagado se usa como tecla de control de indicación de la hora por voz. De esta manera, la tecla de función presionada por el operador se identifica en el programa de procesamiento de interrupciones externo de la computadora de un chip, y luego se ejecuta el programa de procesamiento correspondiente.


4.2 El microordenador de un solo chip controla el programa de cronometraje de voz de ISD1420


En el chip de grabación y reproducción de voz ISD1420, los morfemas de voz que requieren informes en tiempo real se registran de antemano por segmento. Después del análisis dividido de todas las oraciones, se requieren los siguientes 17 campos y morfemas: bip (00), cero (01), uno (02), dos (03) ), tres (04), cuatro (05), cinco (06), seis (07), siete (08), ocho (09), nueve (0A), diez (0B), minuto (0C), segundo (0D) ), punto (0E), Beijing (0F), hora (10). Al grabar, el intervalo de direcciones entre dos segmentos de voz adyacentes es 8, es decir, el tiempo de grabación de cada segmento de voz se controla en 1 segundo, y los 17 campos y morfemas utilizados se distribuyen en el intervalo de grabación de 17 segundos, sin exceder ISD1420 tiene un tiempo máximo de grabación de veinte segundos. El siguiente ejemplo ilustra la realización de la función de cronometraje por voz a través del programa del microcontrolador. Suponiendo que la hora actual es 16:47, necesitamos que el timbre del circuito de voz sea "bip, 16:47 hora de Beijing". El microordenador de un solo chip en el circuito divide la hora interna y los datos de la subunidad, y genera el siguiente código internamente de acuerdo con el número de segmento y el formato de comando del segmento de voz en el chip de voz: 00 0F 10 0B 07 0E 05 0B 08 0C. Los datos anteriores se expresan en notación hexadecimal, "00" significa "bip", "0F" significa "Beijing", "10" significa "hora", "0B" "07" "0E" "05" "0B" "08" y "0C" indican respectivamente "diez", "seis", "punto", "cuatro", "diez", "siete" y "minuto". De esta manera, siempre que los segmentos de voz mencionados anteriormente se reproduzcan en secuencia, se completará la síntesis y reproducción de las frases.


Observaciones finales


El calendario perpetuo electrónico implementado en este diseño utiliza un microordenador de un solo chip como chip de control principal, un chip externo de grabación y reproducción de voz ISD1420, un receptor de infrarrojos integrado y un chip de reloj DS1302, de modo que el calendario perpetuo no solo tiene las características de sincronización precisa y fácil expansión de funciones, sino que también tiene depuración de control remoto , La función de cronometraje por voz hace que el producto sea conveniente, interesante y vívido, adecuado para aplicaciones de cronometraje y cronometraje en el hogar. Mediante la depuración de software y las pruebas de hardware, todas las partes del sistema han alcanzado las funciones esperadas. Además, los cambios basados en el diseño del circuito de voz también se pueden aplicar al control de medición industrial, monitoreo de conservación de agua, sistemas de alarma de seguridad pública, sistemas de teléfonos inteligentes, taxímetros, sistemas de informes bancarios, sistemas de peaje de carreteras y otros sistemas.