一種基于MSP43O單片機的日程管理系統(tǒng)

0 引言
    日程管理系統(tǒng)是指在指定的時間自動實現(xiàn)提示、放音、錄音等功能，例如清晨吹起床號和自動定時上下課響鈴等。該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在學校、部隊、工廠等部門。早期的司號儀系統(tǒng)存在諸多的缺點。如抗干擾能力差、播放音質(zhì)不好、錄音時間不長。給日常教學、工作到來極大不便。隨著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(tǒng)以其系統(tǒng)穩(wěn)定、智能控制、操作簡便、價格便宜等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能
    系統(tǒng)的組成和程序流程如圖l所示，整個系統(tǒng)共有七個部分組成，分別是：主控部件、電源部件、時鐘部件、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在線編程JTAG技術(shù)，可以利用片內(nèi)的FLASH方便的實現(xiàn)軟件升級，以達到系統(tǒng)升級的目的。設(shè)定的狀態(tài)直接通過在系統(tǒng)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(yīng)的設(shè)定值均存儲在FLASH存儲體中，強電磁干擾環(huán)境也不會影響到存儲的狀態(tài)。單片機通過I／O口接受按鍵輸入，通過調(diào)用時鐘實現(xiàn)定時響應(yīng)，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(tǒng)需要4種電源電壓分別是：+3V、+5V、+12V、一12V。
    時鐘部件提供全系統(tǒng)時間基準，單片機定時和中斷。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的定時錄音和放音，必須有一個穩(wěn)定的時鐘。SD2003A是一種具有內(nèi)置晶振、支持I2C總線接口的高精度實時時鐘芯片。該系列芯片可保證時鐘精度為±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(fù)工作時，調(diào)用SD2003A內(nèi)部時鐘。
    錄放音部件實現(xiàn)語音等信息的存儲和播放。錄放音部件選用的是ISD公司ISD4000系列語音處理芯片，它的工作電壓3V，單片錄放時間最?？蛇_16分鐘，音質(zhì)好，適用于移動電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陣列。芯片設(shè)計是基于所有操作必須由微控制器控制．操作命令可通過串行通信接口(SPI或Microwire)送入。采樣頻率可為4．0，5．3，6．4，8．O kHz，頻率越低，錄放時間越長，而音質(zhì)則有所下降，片內(nèi)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(fù)錄音10萬次。
    輸入部件主要用于實現(xiàn)定時時間的修改、錄音放音的轉(zhuǎn)換、時鐘芯片的時間調(diào)整、繼電器的響應(yīng)控制等。輸入采用4×4掃描鍵盤，由MSP430單片機通過軟件控制實現(xiàn)輸入。顯示部件采用M12864-11A5液晶顯示器，主要用于顯示操作進程，使使用者能夠清楚的看到每步操作的作用，增強了人機對話功能。
    考慮到管理系統(tǒng)應(yīng)用的廣泛性，系統(tǒng)增加擴展部件，利用繼電器組實現(xiàn)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(tǒng)的干擾。

2 系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)
    主控模塊對繼電器和按鍵的控制是用I／O口直接控制的。同時預(yù)留了大量外部接口，這主要用于將來升級。主控部分采用了大量的分支跳轉(zhuǎn)表，對鍵盤輸入的值根據(jù)不同的環(huán)境，選擇相對應(yīng)的程序進行響應(yīng)。因此整個系統(tǒng)僅僅使用了5個按鍵就可以實現(xiàn)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I2C通信協(xié)議對SD2003時鐘芯片進行控制，調(diào)用SD2003的時鐘，從而實現(xiàn)定時響應(yīng)；而液晶顯示模塊是用并行通訊方式進行控制的，AO高時為指令，低時為數(shù)據(jù)。
    它與ISD4004語音片采用SPI同步通信協(xié)議，對4004語音芯片控制，以下是SPI協(xié)議的控制時序，SPI協(xié)議由三根線構(gòu)成，MISO信號輸入，MOSI信號輸出，UCLK時鐘線組成，其通訊方式如圖2所示。

 SPI協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，協(xié)議假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿動作，因此對ISD4004而言，在時鐘上升沿鎖存MOSI引腳的數(shù)據(jù)，在下降沿將數(shù)據(jù)送至MISO引腳。從時序圖可以看出，SPI協(xié)議的實現(xiàn)比較容易，MSP430Fll49單片機利用其內(nèi)部定時器，采用3個I／O口，用軟件可實現(xiàn)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進行這項工作，因此，我們采用了通過基于信息地址表(以下簡稱MAT)的管理方式對錄音片進行操作，真正實現(xiàn)了可對任意段進行刪除、重錄、添加任意時間長度的錄音的功能。
    ISD4004有能力讀回每次錄音結(jié)束時的內(nèi)部信息指針，據(jù)此建立一個簡單的MAT表，將每條信息的位置存入另外的不揮發(fā)性數(shù)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重要組成部分，它跟蹤每一條信息的開始地址以及每一個信息碎塊的開始和結(jié)束地址。
    在本應(yīng)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(shè)將最低5位地址恒為O，只需9位地址就可以尋址300個存貯塊中的任意一塊，每塊長度為6．4秒。此例中，MAT表占用600字節(jié)的存貯空間，每個字對應(yīng)著ISD4004的一個存儲塊。隨著錄音和刪除反復(fù)進行，具體對應(yīng)關(guān)系也許會改變。下面說明工作原理。
    MAT表中的一個表項的數(shù)值或者表示該項與ISD的存儲塊尚無關(guān)聯(lián)，或者表示ISD某個存儲塊的狀態(tài)。第15位(最高位)有特殊作用：置l表示對應(yīng)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，MAT中BITl2、BITl3是用來指示哪一片器件。這樣，表項有四種可能值：
    (1)表項值為全O：表示該項與1SD的存儲塊尚無關(guān)聯(lián)。
    (2)表項值的Bit15為l：表示對應(yīng)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(yīng)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的第一個存儲塊總是某條信息的起始塊，因此對應(yīng)表項值為(1000 0000…)。
    錄入若干段信息后，隨著ISD4004空間的使用，MAT表自頂向下逐漸建立起相應(yīng)表項。每使用了一個存儲塊就建立一字節(jié)的MAT表項。MAT表的特點是：①對應(yīng)于同一條信息的所有表項在MAT中總是連續(xù)放置的。②對于由若干個MAT表項組成的一條信息，它的各個存儲塊的地址值總是從小到大，但不一定緊緊相連。

重放時，微控制器從MAT表頭開始，向下搜索Bit 15為1的表項。要重放第幾條信息，就去尋找第幾個這樣的表項．以重放#3信息為例，微控制器停留在第三個Bit 15為l的表項，該項指向#3信息的第一個存儲塊。從該表項中，微控制器得到ISD中03信息第一個存儲塊的塊號是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(yīng)的最后一個表項之后的所有表項往后移動3字，然后把MAT表已分配的最后三個表項值置為全O。

3 結(jié)論
    基于MSP430單片機的日程管理系統(tǒng)具有以下特點。
    (1)錄音：在指定時間開啟錄音，錄音時間不小于30分鐘。錄音源為收音機(默認)、麥克風(選擇音源時，采用手控)；
    (2)吹號：在指定時間吹號，號音種類有15種，每個號音的時間是一定的，累計號音時間在10分鐘左右；
    (3)放音：在指定時間，按指定時長放音，音源為錄音、錄音機、收音機?？蛇x擇播放的次數(shù)，在播放期間，如有其他指令，則停止播放執(zhí)行新指令；
    (4)電鈴：在指定時間開啟電鈴，持續(xù)時間(固定為5秒)可設(shè)定；
    (5)關(guān)燈(開燈)：在指定時間關(guān)燈(開燈)。
    該系統(tǒng)功能強大，人機接口人性化，外觀美觀。已在部分院校推廣使用。