一種基于MSP430單片機的日程管理系統

　　0 引言

　　日程管理系統是指在指定的時(shí)間自動(dòng)實(shí)現提示、放音、錄音等功能，例如清晨吹起床號和自動(dòng)定時(shí)上下課響鈴等。該系統廣泛應用在學(xué)校、部隊、工廠(chǎng)等部門(mén)。早期的司號儀系統存在諸多的缺點(diǎn)。如抗干擾能力差、播放音質(zhì)不好、錄音時(shí)間不長(cháng)，給日常教學(xué)、工作到來(lái)極大不便。隨著(zhù)生活水平和需求的不斷提高，人們對產(chǎn)品的智能化要求越來(lái)越高．老式的司號儀智能化不夠高必將被淘汰，采用單片機控制的日程管理系統以其系統穩定、智能控制、操作簡(jiǎn)便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應用。

　　1 系統結構及功能

　　系統的組成和程序流程如圖l所示，整個(gè)系統共有七個(gè)部分組成，分別是：主控部件、電源部件、時(shí)鐘部件、錄放音部件、輸入部件、顯示部件、和擴展部件。主控部件選用的是MSP430F149超低功耗16位單片機，MSP430單片機采用FLASH存儲體，此單片機采用了FLASH在線(xiàn)編程JTAG技術(shù)，可以利用片內的FLASH方便的實(shí)現軟件升級，以達到系統升級的目的。設定的狀態(tài)直接通過(guò)在系統編程存入FLASH存儲體，掉電可保護，功耗低，其抗干擾能力極強，各種響應的設定值均存儲在FLASH存儲體中，強電磁干擾環(huán)境也不會(huì )影響到存儲的狀態(tài)。單片機通過(guò)I／O口接受按鍵輸入，通過(guò)調用時(shí)鐘實(shí)現定時(shí)響應，管理錄音段及號音，并控制錄放音、液晶顯示和擴展口。

　　電源部件為各部件工作提供工作電源，全系統需要4種電源電壓分別是：+3V、+5V、+12V、一12V。

　　時(shí)鐘部件提供全系統時(shí)間基準，單片機定時(shí)和中斷。為了實(shí)現系統的定時(shí)錄音和放音，必須有一個(gè)穩定的時(shí)鐘。SD2003A是一種具有內置晶振、支持I2C總線(xiàn)接口的高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。該系列芯片可保證時(shí)鐘精度為±4 ppm(在25±l℃下)，即年誤差小于2分鐘。SD2003A的電源由電池提供，當單片機掉電后，SD2003A照樣工作。當單片機恢復工作時(shí)，調用SD2003A內部時(shí)鐘。

　　錄放音部件實(shí)現語(yǔ)音等信息的存儲和播放。錄放音部件選用的是ISD公司ISD4000系列語(yǔ)音處理芯片，它的工作電壓3V，單片錄放時(shí)間最?？蛇_16分鐘，音質(zhì)好，適用于移動(dòng)電話(huà)及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用CMOS技術(shù)，內含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陣列。芯片設計是基于所有操作必須由微控制器控制．操作命令可通過(guò)串行通信接口(SPI或Microwire)送入。采樣頻率可為4．0，5．3，6．4，8．O kHz，頻率越低，錄放時(shí)間越長(cháng)，而音質(zhì)則有所下降，片內信息存于閃爍存貯器中，可在斷電情況下保存100年(典型值)，反復錄音10萬(wàn)次。

　　輸入部件主要用于實(shí)現定時(shí)時(shí)間的修改、錄音放音的轉換、時(shí)鐘芯片的時(shí)間調整、繼電器的響應控制等。輸入采用4×4掃描鍵盤(pán)，由MSP430單片機通過(guò)軟件控制實(shí)現輸入。顯示部件采用M12864-11A5液晶顯示器，主要用于顯示操作進(jìn)程，使使用者能夠清楚的看到每步操作的作用，增強了人機對話(huà)功能。

　　考慮到管理系統應用的廣泛性，系統增加擴展部件，利用繼電器組實(shí)現一些對大功率器件的控制功能。繼電器的一端是弱電，一端是強電，因此我們采用了光電隔離控制的方法，從而有效地控制大功率輸出部件對系統的干擾。

　　2 系統的技術(shù)實(shí)現

　　主控模塊對繼電器和按鍵的控制是用I／O口直接控制的。同時(shí)預留了大量外部接口，這主要用于將來(lái)升級。主控部分采用了大量的分支跳轉表，對鍵盤(pán)輸入的值根據不同的環(huán)境，選擇相對應的程序進(jìn)行響應。因此整個(gè)系統僅僅使用了5個(gè)按鍵就可以實(shí)現所有的功能，其它鍵作為快捷控制鍵和特殊功能鍵。

　　該主控部分的單片機通過(guò)I2C通信協(xié)議對SD2003時(shí)鐘芯片進(jìn)行控制，調用SD2003的時(shí)鐘，從而實(shí)現定時(shí)響應；而液晶顯示模塊是用并行通訊方式進(jìn)行控制的，AO高時(shí)為指令，低時(shí)為數據。

　　它與ISD4004語(yǔ)音片采用SPI同步通信協(xié)議，對4004語(yǔ)音芯片控制，以下是SPI協(xié)議的控制時(shí)序，SPI協(xié)議由三根線(xiàn)構成，MISO信號輸入，MOSI信號輸出，UCLK時(shí)鐘線(xiàn)組成，其通訊方式如圖2所示。

　　SPI協(xié)議是一個(gè)同步串行數據傳輸協(xié)議，協(xié)議假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿動(dòng)作，因此對ISD4004而言，在時(shí)鐘上升沿鎖存MOSI引腳的數據，在下降沿將數據送至MISO引腳。從時(shí)序圖可以看出，SPI協(xié)議的實(shí)現比較容易，MSP430Fll49單片機利用其內部定時(shí)器，采用3個(gè)I／O口，用軟件可實(shí)現SPI協(xié)議。

　　由于放音及錄音有很多種，因此，我們必須找到一種良好的算法來(lái)進(jìn)行這項工作，因此，我們采用了通過(guò)基于信息地址表(以下簡(jiǎn)稱(chēng)MAT)的管理方式對錄音片進(jìn)行操作，真正實(shí)現了可對任意段進(jìn)行刪除、重錄、添加任意時(shí)間長(cháng)度的錄音的功能。

　　ISD4004有能力讀回每次錄音結束時(shí)的內部信息指針，據此建立一個(gè)簡(jiǎn)單的MAT表，將每條信息的位置存入另外的不揮發(fā)性數字存儲器中。這樣，可按需要重放任一條指定信息。MAT表是信息管理體系的一個(gè)重要組成部分，它跟蹤每一條信息的開(kāi)始地址以及每一個(gè)信息碎塊的開(kāi)始和結束地址。

　　在本應用中，錄音部分MAT表的建立是這樣的：通常，尋址ISD4004需要12位地址，加上片選4片4004，則需要14位地址，假設將最低5位地址恒為O，只需9位地址就可以尋址300個(gè)存貯塊中的任意一塊，每塊長(cháng)度為6．4秒。此例中，MAT表占用600字節的存貯空間，每個(gè)字對應著(zhù)ISD4004的一個(gè)存儲塊。隨著(zhù)錄音和刪除反復進(jìn)行，具體對應關(guān)系也許會(huì )改變。下面說(shuō)明工作原理。

　　MAT表中的一個(gè)表項的數值或者表示該項與ISD的存儲塊尚無(wú)關(guān)聯(lián)，或者表示ISD某個(gè)存儲塊的狀態(tài)。第15位(最高位)有特殊作用：置l表示對應的存儲塊是某條信息的起始塊。其余各位就是存儲塊的地址。級聯(lián)時(shí)，MAT中BITl2、BITl3是用來(lái)指示哪一片器件。這樣，表項有四種可能值：

　　(1)表項值為全O：表示該項與1SD的存儲塊尚無(wú)關(guān)聯(lián)。

　　(2)表項值的Bit15為l：表示對應的存儲塊是某段信息的起始塊。

　　(3)表項值的Bitl5為O，其余各位是有效地址：表示對應的存儲塊是某條信息的其中一塊，但不是起始塊。

　　(4)第2種情況的特例：我們約定，1SD的第一個(gè)存儲塊總是某條信息的起始塊，因此對應表項值為(1000 0000…)。

　　錄入若干段信息后，隨著(zhù)ISD4004空間的使用，MAT表自頂向下逐漸建立起相應表項。每使用了一個(gè)存儲塊就建立一字節的MAT表項。MAT表的特點(diǎn)是：①對應于同一條信息的所有表項在MAT中總是連續放置的。②對于由若干個(gè)MAT表項組成的一條信息，它的各個(gè)存儲塊的地址值總是從小到大，但不一定緊緊相連。

　　重放時(shí)，微控制器從MAT表頭開(kāi)始，向下搜索Bit 15為1的表項。要重放第幾條信息，就去尋找第幾個(gè)這樣的表項．以重放#3信息為例，微控制器停留在第三個(gè)Bit 15為l的表項，該項指向#3信息的第一個(gè)存儲塊。從該表項中，微控制器得到ISD中03信息第一個(gè)存儲塊的塊號是10，#03信息的重放由SPI送入第1O塊的地址(即塊號乘以8)后開(kāi)始。

　　去掉MAT表的相關(guān)表項就可刪除該信息。例如刪除#3信息，對照表l，#3信息占用了MAT表的第6、7、8字，為了刪除#3信息，須將其對應的最后一個(gè)表項之后的所有表項往后移動(dòng)3字，然后把MAT表已分配的最后三個(gè)表項值置為全O。

　　3 結論

　　基于MSP430單片機的日程管理系統具有以下特點(diǎn)。

　　(1)錄音：在指定時(shí)間開(kāi)啟錄音，錄音時(shí)間不小于30分鐘。錄音源為收音機(默認)、麥克風(fēng)(選擇音源時(shí)，采用手控)；

　　(2)吹號：在指定時(shí)間吹號，號音種類(lèi)有15種，每個(gè)號音的時(shí)間是一定的，累計號音時(shí)間在10分鐘左右；

　　(3)放音：在指定時(shí)間，按指定時(shí)長(cháng)放音，音源為錄音、錄音機、收音機?？蛇x擇播放的次數，在播放期間，如有其他指令，則停止播放執行新指令；

　　(4)電鈴：在指定時(shí)間開(kāi)啟電鈴，持續時(shí)間(固定為5秒)可設定；

　　(5)關(guān)燈(開(kāi)燈)：在指定時(shí)間關(guān)燈(開(kāi)燈)。

　　該系統功能強大，人機接口人性化，外觀(guān)美觀(guān)。已在部分院校推廣使用。