isd4004

1. 臺北市第四十屆中小學科學展覽會
作品說明書封面
類 別：
科 別：電子、電機及資訊科
組 別：高職組
作品名稱：媽媽的貼心好幫手─多功能語音食品保存提示器
關 鍵 詞：單晶片、LCD
編 號：
製作說明：
1.說明書封面僅寫類別、科別、組別、作品名稱及關鍵詞。
2.編號由木柵高工統一編列。
3.封面編排由參展作者自行設計。
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2. 媽媽的貼心好幫手─多功能語音食品保存提示器
摘要：
本作品為設計一個具有友善的人機界面的裝置，目的是隨時檢查冰箱內食品或倉儲物品
的有效保存期限，俾使當保存期限逾期或即將到期時，能夠以文字顯示，並同時以語音告知
使用者，以便及時處理不新鮮之食品。本作品經過適當小型化後，可以容納在冰箱機體內，
作為未來冰箱或倉儲的標準配備。
壹、研究動機
一、主要動機
1. 經常聽到媽媽們聊起媽媽經，尤其談到家裡冰箱食物過期的困擾，造成健康的傷
害和金錢的浪費。
2. 上班族的媽媽，只要公司一忙，難免一、兩天無暇煮飯，等到想煮的時候，才發
現食材居然已過期。
3. 有時整理冰箱，卻也發現一些好吃的過期食物，邊整理邊不捨。
4. 牛奶、飲料等明知已經過期幾天，媽媽為了節省也喝了，常常影響健康。
因此，我們就開始構思：如何設計一個體貼的好幫手，讓媽媽們能在忙碌之餘，也
能兼顧全家的身體健康，這也是為了即將到來的母親節，送給媽媽們的一份貼心的禮物。
二、作品與教材的相關性分析
本作品的最初構想，是小組成員腦力激盪下的產物；但要從構想發展成實物，除了
基本的焊接實作能力之外，還需平時所吸收的專業知識作為前提。經過分析和整理，我
們發現下列科目和單元是我們所須具備的能力：
(一) 電子電路實習：振盪電路、電晶體放大、電源電路。
1. 單晶片的時脈產生器，來自內部振盪電路。
2. 推動蜂鳴器發聲的部份，為電晶體放大電路。
-2-

3. 3. 電路所需的+5V 與+3V 電源，來自於穩壓 IC 7805，這部份屬於電源電路。
(二) 數位邏輯實習：組合邏輯與順序邏輯。
1. 程式燒錄界面使用 74HC244，屬於組合邏輯實習。
2. 程式燒錄界面使用印表機埠，屬於順序邏輯實習。
3. 錄放音 IC 使用 ISD4004，顯示用的 LCD，皆需要由 8051 送控制信號，屬
於順序邏輯實習。
(三)單晶片實習：8051 硬體電路、程式設計。
1. 電路的 I/O 控制，屬於 8051 單晶片實習的範疇。
2. 控制整個電路的動作流程，則由 8051 的程式主導。
-3-

4. 貳、研究目的
本系統期望能夠達成以下功能：
一、 按鍵界面：容易操作的按鍵輸入界面。
二、 LCD 顯示幕：能夠顯示日期及提示文字。
三、 語音提示：以語音提示操作步驟、到期與否等，讓使用者直接獲得資訊。
四、 展示功能：快速展示所有功能，使用者甚至不必看說明書就能操作自如。
五、 蜂鳴器：操作按鍵時，蜂鳴器產生嗶音，作為提示之用。
六、 未來展望：可應用於其它有關時間管理的場合，例如帳單管理、行程表等。
-4-

5. 參、研究設備及器材
項 目 名 稱 數 量
儀 表 電源供應器 1
數位電表 1
示波器 1
設 備 個人電腦 1
軟 體 X8051 1
Orcad 1
工 具 尖嘴鉗 1
斜口鉗 1
電烙鐵 1
檢定板 3
材料 編號 數 值 說 明
C1 0.1uF 陶瓷電容
C2 0.1uF 陶瓷電容
C3 1uF/25V 電解電容
C4 0.1uF 陶瓷電容
C5 0.1uF 陶瓷電容
C6 0.1uF 陶瓷電容
C7 1uF/25V 電解電容
C8 100uF/16V 電解電容
C9 10uF/16V 電解電容
C10 100uF/16V 電解電容
C11 0.1uF 陶瓷電容
C12 0.1uF 陶瓷電容
C13 30PF 陶瓷電容
C14 30PF 陶瓷電容
C15 0.1uF 陶瓷電容
C16 33uF/16V 電解電容
C17 0.1uF 陶瓷電容
-5-

6. C18 220uF/16V 電解電容
D1 3.6V 稽納二極體 1/2W
D2 LED 綠色 LED 3mm
D3 LED 紅色 LED 3mm
J2 排針 8Pin 排針 腳距
2.54mm
J3 排針 4Pin 排針 腳距
2.54mm
J4 排針 2Pin 排針 腳距
2.54mm
J5 排針 8Pin 排針 腳距
2.54mm
J6 排針 8Pin 排針 腳距
2.54mm
J7 排針 4Pin 排針 腳距
2.54mm
J8 排針 8Pin 排針 腳距
2.54mm
J9 排針 8Pin 排針 腳距
2.54mm
J10 排針 2Pin 排針 腳距
2.54mm
J11 排針 2Pin 排針 腳距
2.54mm
J12 排針 9Pin 排針 腳距
2.54mm
J13 排針 14Pin 排針 腳距
2.54mm
J14 排針 2Pin 排針 腳距
2.54mm
LPT1 D-SUB 座 25Pin 印表機埠座
Q5 電晶體 9014
Q6 電晶體 9015
VR1 可變電阻 10K
RP1 排阻 10K * 4
RN1 排阻 10K * 7
-6-

7. R12 10K 電阻 1/4W
R13 1K 電阻 1/4W
R14 10Ω 電阻 1/4W
R15 100Ω 電阻 1/4W
R16 100Ω 電阻 1/4W
R17 100Ω 電阻 1/4W
R18 100Ω 電阻 1/4W
R19 100Ω 電阻 1/4W
R20 100Ω 電阻 1/4W
R21 100Ω 電阻 1/4W
R22 100Ω 電阻 1/4W
R23 100Ω 電阻 1/4W
R24 220Ω 電阻 1/4W
R25 330Ω 電阻 1/4W
R26 1K 電阻 1/4W
R27 10K 電阻 1/4W
R28 10K 電阻 1/4W
R29 10K 電阻 1/4W
R30 10K 電阻 1/4W
R31 10K 電阻 1/4W
R32 10K 電阻 1/4W
R33 10K 電阻 1/4W
R24 10K 電阻 1/4W
SW1 開關 TACT 按鈕式
SW2 開關 TACT 按鈕式
SW3 開關 按鍵式
SW4 開關 按鍵式
SW5 開關 按鍵式
SW6 開關 按鍵式
SW7 開關 按鍵式
SW8 開關 按鍵式
SW9 開關 按鍵式
SW10 開關 按鍵式
-7-

8. SW11 開關 按鍵式
SW12 開關 按鍵式
SW13 開關 按鍵式
SW14 開關 按鍵式
SW15 開關 按鍵式
SW16 開關 按鍵式
SW17 開關 按鍵式
SW18 開關 按鍵式
U6 錄放 IC ISD4004
U7 音頻放大 IC LM386
U8 數位 IC 74HC244A
U9 單晶片 IC AT89S51
U10 EEPROM 24C16
U11 計時器 IC DS1307
U12 LCD 16 字元*2 列
U13 穩壓 IC LM7805
Y1 石英晶體 12MHz
Y2 石英晶體 32.768KHz
BZ1 蜂鳴器 DC5V
BT1 電池 CR2032 (3V)
表一.研究設備及器材
-8-

9. 肆、研究過程或方法
一、研究過程
(一)根據我們的研究目的，首先決定系統的架構：
1.硬體架構：
(1).輸入：按鍵界面。
(2).輸出：LCD 顯示器、蜂鳴器。
(3).控制界面：單晶片 AT89S51。
(4).語音界面：錄放音 IC 與音頻放大 IC。
(5).電源電路：提供電路所需電源。
2.程式架構：
(1).輸入部分：包括日期的輸入、查詢、取消等。
(2).輸出部分：包括 LCD 與錄放音 IC 的控制。
(3).控制部分：包括資料的比對、功能展示等。
(二)根據系統架構設計電路，剛開始先有基本電路，之後再根據功能調整來修正電路。
(三)主機板部分先以簡單的 8051 程式測試功能是否正常，針對須加強的部份再作修改
。
(四)進行程式的撰寫。
1. 程式使用記事本撰寫，以 X8051 作組譯，再透過 ISP 電路燒錄。
2. 首先進行 LCD 顯示部分的程式撰寫，確定能夠正常顯示。
3. 接著進行按鍵輸入部分的程式撰寫，確定按鍵後能在 LCD 顯示出來。
4. 進行錄放音 IC 控制程式的撰寫，確定能夠正常錄、放音。
5. 建立語音資料，將預定發出的語音錄製到 MP3 隨身聽中。再從 MP3 隨身聽分
段存入錄放音 IC。
6. 規劃日期資料記憶空間，存放各個保存期限資料。
7. 整合按鍵、LCD、語音、日期資料比對等功能，成為完整程式。
8. .根據系統的需要，逐步追加功能。
-9-

10. 二、研究方法
本作品的研究方法，包含「硬體架構」與「程式架構」二部分。分述如下：
(一)、硬體架構
如圖一.為本作品之硬體架構，以下分別就電源電路、單晶片、按鍵界面、LCD 界
面、與語音界面、其它電路等六大部分說明如下：
LCD 界面
+5V
電源電路 單晶片 語音界面
+3V
按鍵界面
圖一.硬體架構
1. 電源電路
(1)+5V 部分：採用+12V DC Adaptor 供電，整體電路消耗電流預估在 500mA 以下，
所以利用一顆 7805 作為+5V 穩壓之用，輸出端再用 C17 和 C18 作電源濾波，
使輸出電壓更為穩定。並利用 D4 綠色 LED 作為電源顯示用途。
(2)+3V 部分：錄放音 IC ISD4004 需要+3V 供電，利用 3.6V 稽納二極體 D1 與 Q5
將+5V 降為 3V。
LM7805C/TO
U13
J14 +5V Q5 +3V
1 1 3 9014
GND
2 IN OUT
R13
C17 + C18 R34 1K
CON2 0.1uF 220uF/16V 1K C9 +
2
10uF
D1
D4 3.6V
LED
圖二.電源電路
-10-

11. 2. 單晶片
8051 為美國 Intel 公司所推出的單晶片產品之一，內部結構如圖三.：
8051 單晶片 CPU 具有下列特點：
有位元邏輯運算能力。
內建 128 位元的 RAM，以及 4K 位元的 ROM。
內建 4 個 8 位元 I/O 埠。
內建 2 個 16 位元的計時/計數器。
內建全雙工的 UART。
內建 5 個中斷源及兩層中斷優先權結構。
內建時脈產生電路。
可擴充程式記憶體達 64K Bytes
可擴充資料記憶體達 64K Bytes
P0 P1 P2 P3
時脈
產生器
128Bytes 4K Bytes
RAM ROM 4 個 I/O 埠
CPU
Timer 0 T0 UART 匯流排控制器
Timer1 Timer 1 T1
中斷
Time 0
控制器 TXD RXD RD WR ALE PSEN
UART
INT0 INT1 圖三. 8051 單晶片內部結構
本作品所使用的單晶片，是具有 ISP(線上燒錄)功能的 89S51(ATMEL 公司生產)，
如圖四.為 ISP 界面電路。來自電腦的控制信號藉由 LPT1 印表機界面送到 U8，U8 是一
個三態緩衝閘，當 BE 信號為邏輯 0 時，LPT1 的信號 CK、RS、DO、DI 便與單晶片的
P1.7、RST、P1.5、P1.6 互相溝通，電腦便可對單晶片進行燒錄、讀取等動作。
圖五.為單晶片電路，為了方便在研究過程中進行實驗，故將單晶片的四組輸／出
入埠以排針接出(J5、J6、J8、J9)。SW2 為重置(RESET)按鈕，按下後程式將從位址 0000
開始執行。
-11-

12. +5V
SUB-D 25
1
1
14
2 RP1 C12 R15
C
15 10K 0.1uF 100 ISP_SCK
P17
3
16
4 U8 74HC244A
20
5
4
3
2
17
5 BE CK R16 100 2 18 R18
1A1 1Y1
VCC
18 RS R17 100 4 16 100 ISP_RST
1A2 1Y2 RST
6 CK DO R19 100 6 14
19 8 1A3 1Y3 12
7 DO 11 1A4 1Y4 9
20 13 2A1 2Y1 7
8 15 2A2 2Y2 5 R20
21 17 2A3 2Y3 3 100 ISP_MOSI
2A4 2Y4 P15
9 RS
22 1
GND
10 DI BE R21 100 19 1G
23 2G
11 R22
10
24 100 ISP_MISO
P16
12
25 DI R23 100
13 R24 +5V
D2 220
LPT1
LED
圖四. ISP 界面電路
J5 P0 U9 89S51 J6 P2
P00 39 21 P20
1 P01 38 P0.0/AD0 P2.0/A8 22 P21 1
TO 2 P0.1/AD1 P2.1/A9 2
P02 37 23 P22 TO
3 P03 36 P0.2/AD2 P2.2/A10 24 P23 3
Speech 4 P0.3/AD3 P2.3/A11 4
P04 35 25 P24 LCD Databus
5 P05 34 P0.4/AD4 P2.4/A12 26 P25 5
6 P06 33 P0.5/AD5 P2.5/A13 27 P26 6
TO LED 7 P0.6/AD6 P2.6/A14 7
TO Buzzer P07 32 28 P27
8 P0.7/AD7 P2.7/A15 8
P10 1 10 P30 TO I2C CLK
1 P11 2 P1.0 P3.0/RXD 11 P31 1
2 P1.1 P3.1/TXD 2 TO I2C DATA
TO P12 3 12 P32 TO Door SW
3 P13 4 P1.2 P3.2/INT0 13 P33 3
4 P14 5 P1.3 P3.3/INT1 14 P34 4 TO Engineer Mode SW
5 P1.4 P3.4/T0 5 TO
KeyPad P15 6 15 P35
6 P16 7 P1.5 P3.5/T1 16 P36 6
7 P1.6 P3.6/WR 7 LCD Con
C13 P17 8 17 P37 NOT USED
30P 8 P1.7 P3.7/RD 8
J8 P1 19 30 J9 P3
18 X1 ALE 29
C14 Y1 X2 PSEN
30P 12MHz 31
9 EA
RST
GND
40
VCC VCC
20
C15
SW2 + C16 0.1uF
33uF +5V
RESET
RST
R29 10K
圖五. 單晶片電路
3. 按鍵界面
如圖六.為按鍵界面，採用 4×4 矩陣鍵盤，與單晶片輸／出入埠的規劃如表二：
單晶片輸出／入埠 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0
按鍵接點 列0 列1 列2 列3 行0 行1 行2 行3
表二.按鍵界面之規劃
16 個按鍵中，除了數字鍵 0～9 之外，A～F 則規劃為功能鍵。規劃如表三：
-12-

13. SW3 SW4 SW5 SW6
1 2 1 2 1 2 1 2
0 4 8 C
R0
SW7 SW8 SW9 SW10
1 2 1 2 1 2 1 2
1 5 9 D
R1
SW11 SW12 SW13 SW14
1 2 1 2 1 2 1 2
R30 R31 R32 R33
2 6 A E
R2
10K 10K 10K 10K
SW15 SW16 SW17 SW18
1 2 1 2 1 2 1 2
J12
P27 1
R0 P17
P16 3 7 B F
R3
R1
2 R2 P15
3 R3 P14
4 C0 P13
5 C1 P12
6 C2 P11
7 C3 P10
P20 8 +5V
9
CON9 C0 C1 C2 C3
圖六.按鍵界面
按鍵 功能 說明
A 系統日期 輸入目前的系統日期
B 保存期限 輸入食品的保存期限
C 查詢期限 查詢符合該保存期限的共有幾件食品
D 取消期限 取消食品的保存期限
E 功能展示 以模擬方式展示功能
F 語音靜音 將聲音關閉
表三.功能鍵之規劃
4. LCD 界面
如圖七.為 LCD 界面，作為顯示各種訊息用途。採用 16 字×2 列的 LCD 模組。
J13 U12
1
1 2 VSS
2 3 VDD
3 P34 RS 4 VO
4 P35 RW 5 RS
5 P36 EN 6 R/W
6 P20 7 EN
7 P21 8 DB0
8 P22 9 DB1
9 P23 10 DB2
10 P24 11 DB3
11 P25 12 DB4
12 P26 13 DB5
13 P27 14 DB6
14 DB7
CON14 LCD_16x2
圖七.LCD 界面 圖八.LCD 內部方塊圖
-13-

14. 圖八.為 LCD 模組內部方塊圖 其接腳功能及與與單晶片輸／出入埠的規劃表四所
。
示。
接腳 符號 輸入／輸出 功能說明 單晶片輸出／入埠
1 Vss I 接地端
2 VDD I +5V 電源
3 Vo I 螢幕對比控制
4 RS I RS=0:選擇指令暫存器 RS=1:選擇資料暫存器 P3.4
5 R/W I R/W=0:寫入 LCD R/W=1:從 LCD 讀出資料 P3.5
6 E I 致能 P3.6
7 DB0 I/O 資料匯流排位元 0 P2.0
8 DB1 I/O 資料匯流排位元 1 P2.1
9 DB2 I/O 資料匯流排位元 2 P2.2
10 DB3 I/O 資料匯流排位元 3 P2.3
11 DB4 I/O 資料匯流排位元 4 P2.4
12 DB5 I/O 資料匯流排位元 5 P2.5
13 DB6 I/O 資料匯流排位元 6 P2.6
14 DB7 I/O 資料匯流排位元 7 P2.7
表四.LCD 接腳說明及規劃
5. 語音界面
如圖九.為語音界面。採用 ChipCorder 所生產的錄放音 IC ISD4004。
+5V
8
RN1
10K
1
2
3
4
5
6
7
U6 +3V
J2
SS# P05 1 28
1 MOSI P04 2 SS# SCLK 27
2 MISO P03 3 MOSI VCCD 26
3 SCLK P02 4 MISO XCLK 25
4 INT# P01 5 VSSD INT# 24 C2
5 RAC P00 +5V 6 NC RAC 23 0.1uF
6 7 NC VSSA 22
7 8 NC NC 21
8 9 NC NC 20
10 NC NC 19
CON8
11 NC NC 18
12 VSSA VCCA 17 R12
13 VSSA ANA_IN+ 16 10K
14 AUD_OUT ANA_IN- 15
AM_CAP NC
C3 + ISD4004 C4 C5 C6
1uF 0.1uF 0.1uF 0.1uF
+5V
+ C7
1uF
+ C8
100uF
J3
6
1
ECM+
3 C10 100uF 1
VR1 7
+
5 SPK+ 2
+
10K 2 3
-
U7 C11 4
J4 LM386 0.1uF CON4
1
4
8
2 R14
10Ω
CON2
Audio IN
圖九.語音界面
-14-

15. ISD4004 的內部方塊如圖十.所示。內含 3840KB 的非揮發性記憶體，能夠儲
存約 8 分鐘的聲音資料。透過控制線，能夠直接進行錄、放音。其主要規格如下：
+3V 電源電壓。
自動靜音功能，可衰減背景雜音
串列控制界面
彈性定址，可存放不同的聲音片段
資料保存可長達 100 年
可重覆錄放十萬次以上
圖十. ISD4004 內部方塊圖
單晶片控制 ISD4004 的方式，主要是透過六條控制線，這六條控制線的功能，
以及和單晶片輸入／輸出埠的規劃方式，詳見表五。
接腳 符號 輸入／輸出 功能說明 單晶片輸出／入埠
24 RAC O 列位址信號輸出，週期為 200mS P0.0
25 INT# O 中斷信號輸出。當語音結束時輸出 0 P0.1
28 SCLK I 時脈輸入 P0.2
3 MISO O 串列資料輸出 P0.3
2 MOSI I 串列資料輸入 P0.4
1 SS# I SS#=0 時，選擇晶片致能 P0.5
表五.LCD 接腳說明及規劃
聲音放大的部分，是採用 National 生產的 LM386。LM386 的內部方塊圖請參
考圖十一。LM386 本身為 8Pin 的功率放大 IC，其主要規格如下：
-15-

16. 圖十一.LM386 內部方塊圖
電源電壓範圍：4～12V
電壓增益可由 20～200(由 Pin1 與 Pin8 之間的 10uF 電容控制)
輸出功率：700mW (Vs=9V，負載=8Ω條件下)
頻帶寬度：300KHz
總諧波失真：0.2%
輸入阻抗：50KΩ
6. 其它電路
包括 RTC 計時器、EEPROM、冰箱偵測開關、工程模式開關、蜂鳴器等。
電路如圖十二.所示。各部分功能說明如下：
+5V
Y2 RTC
+5V
32.768khz U11
1 8
2 X1 VCC 7 J7
3 X2 SQW 6 P35 R25
4 Vbat SCL 5 P34 1 330
GND SDA 2 R26
3
1
DS1307Z 1K
BT1 4
D3 Q6
CR2032 CON4 R PNP
2
J11
1 P06 R28 10K
2
2 P07
EEPROM +5V BZ1
U10 CON2 蜂鳴器
24C16
1 8
2 A0 VCC 7
1
3 A1 WP 6
4 A2 SCL 5
GND SDA
+5V
+5V
R27
R34 10K
10K
J10
1 P33
J15 2
1 P32 SW1
冰箱開關 2
CON2 工程模式
CON2
圖十二.其它電路
-16-

17. (1) RTC 計時器：
RTC(Real Time Clock)計時器的功能，是產生標準的時間信號，為了避免停電而
引起時間的錯誤 通常 RTC IC 都接上一個鋰電池作為備用電源 本作品使用 Dallas
， 。
生產之 DS1307 計時器 電池消耗電流在 0.8uA 以下 電池壽命可以維持一年以上
， ， 。
(2) EEPROM：
EEPROM 為非揮發性的記憶體，為了避免停電而引起保存期限等資料的消失，
本作品利用 EEPROM 來儲存這些資料。採用 24C16 EEPROM，內含 16K×1Bit 記憶
容量。
由於儲存一筆保存期限資料，需要 4Bytes (包括年月日共 8 個數字，1Byte 可儲
存 2 個數字)，故 24C16 共可儲存 16K×1 Bit ÷ 4 Bytes = 512 筆資料，足夠使用。
RTC 和 EEPROM 二者，與單晶片通訊的方式，是採用一種「Ｉ２Ｃ」界面的標
準。也就是利用 SDA(串列資料)與 SCL(串列時脈)來傳送，由於 SDA 與 SCL 具有
匯流排特性，因此可以同時並接其它具有Ｉ２Ｃ功能的晶片，達到資料交換的目
的。
圖十三.為Ｉ２Ｃ的信號時序圖。
圖十三. Ｉ２Ｃ的信號時序圖
(3) 冰箱偵測開關：
冰箱偵測開關的目的，是偵測冰箱大門關閉與否，以便語音示警。至於開關種
類，包括震動式的水銀開關、感光式的光耦合器、或微動開關等，都是可用的開
關。
(4) 工程模式開關：
工程模式是指：在研究過程中，有些功能(例如錄音、清除資料等)是研究時所
需要的，但不須開放給一般使用者操作。可以利用工程模式開關來切換是否要進
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18. 入工程模式。
(5) 蜂鳴器：
蜂鳴器的功能有二：第一是按下按鍵時發出「嗶」聲，作為操作時的輔助；
第二是產生其它音效，作為識別用途。
(6).指示燈：與蜂鳴器功能類似，主要作為操作上的輔助。
其它電路與單晶片之輸入／輸出埠的規劃，請參考表六。
接腳或電路 功能說明 單晶片輸出／入埠
冰箱偵測開關 偵測冰箱大門 P3.2
工程模式開關 切換一般／工程模式 P3.3
SDA RTC 與 EEPROM 串列資料 P3.4
SCL RTC 與 EEPROM 串列資料 P3.5
指示燈 輔助操作 P0.6
蜂鳴器 產生嗶音 P0.7
表六.其它電路功能說明及規劃
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19. (二) 程式架構
1. 輸入部分：包括日期之輸入、查詢與取消等。流程圖如下：
開始 A
掃描鍵盤 是
是否系統
輸入日期副程式
日期鍵？
有按鍵輸 否
入？
否 是
是否保存
保存期限副程式
是 期限鍵？
是否為數 否
字鍵？
否 是
是否查詢
查詢期限副程式
是 期限鍵？
A
顯示按鍵
否
是
是否取消
取消期限副程式
期限鍵？
否
是
是否功能
功能展示副程式
展示鍵？
否
是
是否語音
語音靜音副程式
靜音鍵？
否
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20. 2. 輸出部分：包括包括 LCD 與錄放音 IC 的控制。
(1) LCD 的控制
LCD 內建有 80 組顯示資料記憶體(DDRAM)，可顯示 80 個字元，如表七所示為
LCD 內建之字形碼。當我們要在螢幕上顯示字元時，必須先將 LCD 初始化，再設
定游標的位置，再取出欲顯示的字元，再送出寫入指令。顯示字元的流程如下：
開始
LCD 初始化
設定游標
取出字元資料
送出寫入指令
結束
表七 LCD 內建之字形碼
本作品所使用的 LCD 為 16 字×2 列型式，游標必須先設定好顯示位置，才能在
對映位置顯示字元。表八為 LCD 的 DDRAM 與字元位置的對映表。
位置 1 2 3 4 …… 13 14 15 16
第一列 80H 81H 82H 83H …… 8CH 8DH 8EH 8FH
第二列 C0H C1H C2H C3H …… CCH CDH CEH CFH
表八 LCD DDRAM 位置對映表
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21. (2) 錄放音 IC 的控制
ISD4004 的控制方式，是透過 SPI 界面方式傳送控制碼。如圖十四所示。控制
信號從 MOSI 接送入，前五位元 C4～C0 代表控制方式。A15～A0 代表欲控制
的位址。,
MOSI C4 C3 C2 C1 C0 X X X A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
快速放音控制
位址致能控制
電源啟動控制
放音／錄音選擇
開始執行
圖十四 ISD4004 的 SPI 串列界面
ISD4004 的放音方式，是先送放音的起始位址，再送放音的控制碼。根據實驗
結果發現以下特性：
每秒鐘語音資料，約佔用 5 個位址記憶空間。故 8 分鐘的容量，共使用
8*60*5=2400 個記憶位址。
ISD4004 的二段錄音內容若中間有空白資料 1 秒，則每段播完後就會在 INT
接腳輸出 0 電位表示 EOM(End Of Message)，而且會自動停止。
每次錄完一段後，ISD4004 都會在結尾加上 EOM 資料。但若 EOM 被下一
段蓋掉的話，就會一直播到下一段。
如何製造分段之間的空白：錄製某一段時，先下錄音指令以增加一個位址
後再開始錄音，再下結束指令以結束錄音。
如何找到某段聲音的起始位址：先計算某段聲音的秒數，再乘以 5 後加上
二段之間的空白位址，便得到該段聲音的偏移位址。
依照不同情境的語音的規劃內容如表九.所示。
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22. 功能 規劃語音內容 長度(秒)
開機 「歡迎使用多功能語音食品保存提示器」 5
系統日期 「請輸入系統日期共八個數字」 4
保存期限 「請輸入保存期限共八個數字」 4
查詢期限 無 0
取消期限 「請輸入取消期限共八個數字」 4
輸入完成 「輸入完成」 2
輸入錯誤 「輸入錯誤！請重新輸入。」 3
偵測已經到期 「您共有 XX 件食品已經到期，請儘早取出。」 6
偵測即將到期 「您共有 XX 件食品，將在三天內到期，請儘早食 8
用以免變質。」
偵測冰箱未關門 「請關閉冰箱大門，謝謝」(若冰箱連續開啟超過 3
60 秒時發音)
「您好！我是媽媽的貼心好幫手──『多功能語
音食品保存提示器』」
「歡迎觀賞我的功能展示。」
「首先，請按一下『系統日期』鍵，再輸入年月
日共八個數字。」
「接著：請按一下『保存期限』鍵，再輸入年月
功能展示 54
日共八個數字。」
「請用同樣的方式，繼續輸入三個保存期限。」
「請按一下『查詢期限』鍵。」
「您共有 XX 件食品，將在三天內到期，請儘早食
用以免變質。」
「您共有 XX 件食品已經到期，請儘早取出。」
「我的功能展示到此為止，謝謝您的使用。再見。」
表九.語音內容的規劃
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23. 3. 控制部分：包括資料的比對、功能展示、偵測冰箱開門、蜂鳴器發音等。
(1).資料比對：資料比對的目的，是比較系統日期與保存期限是否相符。若資料相
符，則須計算相符的數目，再經語音界面發出聲音。其流程圖如下：
開始 B A
輸入查詢日期 計數值加 1
比對保存期限 是否完成 否
比對？
日期是否 否 是 B
相符？ 結束
是
A
(2).功能展示：功能展示的目的，是模擬實際操作時的情境。使用者可以透過功能
展示的方式，迅速了解本作品的使用方法與特點。其流程圖如下：
開始 A
播放歡迎詞 播放輸入提示
播放輸入提示 保存期限是否 否
完成輸入？
是
系統日期是否 否
完成輸入？
播放輸入提示
是
A B
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24. B C
播放結束語
是否按下查詢 否
鍵？
是
結束
比對資料
播放查詢結果
C
(3).偵測冰箱未關：程式的目的，是偵測當冰箱大門未關且逾時情況下，能夠自動
播放冰箱未關的警語。其流程圖如下：
開始 A
播放冰箱未關警語
冰箱門是否打 否
開？
是 結束
是否達到 60 否
秒？
是
A
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25. 伍、研究結果
本作品的操作方式如表十.所示：
操作方式 螢幕顯示內容 語音提示內容 說明
打開電源 WELCOME !!! 「歡迎使用多功能語音食品 播放歡迎詞
保存提示器」
按下「系統 TODAY:YYYY/MM/DD 「請輸入系統日期共八個數 輸入現在日期 格式為
。
日期」鍵 字」 YYYY/MM/DD
按下「保存 EXP: YYYY/MM/DD 「請輸入保存期限共八個數 輸入保存期限 格式為
。
期限」鍵 字」 YYYY/MM/DD
按下「查詢 CHECK:YYYY/MM/DD 無 輸入查詢期限 格式為
。
期限」鍵 YYYY/MM/DD
按下「取消 CAN: YYYY/MM/DD 「請輸入取消期限共八個數 輸入查詢期限 格式為
。
期限」鍵 字」 YYYY/MM/DD
輸入完成 日期閃爍三下 「輸入完成」 日期輸入完成時
輸入錯誤 ERROR !!! 「輸入錯誤！請重新輸入。」 日期輸入錯誤時
按下「查詢 EXP: YYYY/MM/DD 文 「您共有 XX 件食品已經到 偵測到已經到期的資
期限」後且 字閃爍三下 期，請儘早取出。」 料時
偵測已經
到期資料
按下「查詢 EXP: YYYY/MM/DD 文 「您共有 XX 件食品，將在 偵測到三天內即將到
期限」後且 字閃爍三下 三天內到期，請儘早食用以 期的資料時
偵測即將 免變質。」
到期資料
偵測到冰 DOOR OPENED !!! 「請關閉冰箱大門 謝謝」 每隔 60 秒重新檢查冰
， (若
箱未關門 冰箱連續開啟超過 60 秒時發 箱大門一次
音)
「您好！我是媽媽的貼心好 依照語音提示操作
幫手──『多功能語音食品
保存提示器』」
「歡迎觀賞我的功能展示。」
按下「功能
「首先，請按一下『系統日
展示」鍵
期』鍵，再輸入年月日共八
個數字。」
「接著：請按一下『保存期
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26. 限』鍵，再輸入年月日共八
個數字。」
「請用同樣的方式，繼續輸
入三個保存期限。」
「請按一下『查詢期限』鍵。」
「您共有 XX 件食品，將在
三天內到期，請儘早食用以
免變質。」
「您共有 XX 件食品已經到
期，請儘早取出。」
「我的功能展示到此為止，
謝謝您的使用。再見。」
表十.本作品之操作方式
本作品的外觀如圖十五所示：
圖十五.本作品的外觀
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27. 陸、討論
一、 問題：這個作品是否只能應用於冰箱上？
討論：這個作品的最初構想，本來是想作帳單日期管理，後來覺得食品保存期限管理更
具實用性，才修改主題。其實凡是有關時間管理方面，都是可茲應用的範圍。
二、問題：在操作時，有時會有聲音變快的情況，如何改善這個問題？
討論：據研判是單晶片與錄放音 IC 之間的時序不穩所造成。我們可以修改程式來調整
時序，使其穩定性更好。
三、 問題：除了按鍵與 LCD 之外，是否有更方便的輸入或顯示方式？
討論：請參考圖十六.。在我們的想像中，語音是最方便的輸入方式。如果能搭配攝影機，
在食品置入冰箱之前拍照建檔，當保存期限即將到達時，用彩色 LCD 顯示食品的
照片，加上語音提示，應該就是很人性化的操作介面了。
彩色 LCD 語音界面
單晶片
攝影機 語音辨識 按鍵界面
圖十六.理想的操作界面
四、 問題：如果發生停電的狀況時，記錄是否還在？需要重新輸入嗎？
討論：1.系統時間方面：由於採用 RTC 計時 IC，有電池作為輔助電源，所以即使停電，
仍能持續計時。
2.保存期限方面：由於記錄是存在非揮發性記憶的 EEPROM，也不會受到停電的
影響。
五、 問題：如果食物提前取出，可以把記錄取消嗎？
討論：可以的，只要按下「取消期限」鍵，再輸入保存期限，就可以取消一筆記錄。
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28. 捌、結論
在忙碌的現代社會中，
「時間管理」幾乎是每位現代人必備的能力。然而由於工作忙碌，
往往無暇同時兼顧工作和家庭生活，導致生活品質下降。基於創新求知的理念，促使我們在
生活中發現問題，並提出解決的方案，本作品的研究，即為「時間管理」觀念下的產物。儘
管在研究過程中不斷遇到問題，但解決問題本身就是一種訓練，也是獲得成就感的來源。我
們期待有更多機會來投入類似的創新和研究。
玖、參考資料及其他
一、中文部分
吳金戌-沈慶陽-郭庭吉 (民 82)。8051 單晶片微電腦實習與應用。台北市：松崗。
楊明豐 (民 87)。8051 單晶片設計實務。台北市：碁峰。
楊明豐 (民 94)。8051 輕鬆學。台北市：碁峰。
張義和 (民 89)。電腦輔助電路圖設計 OrCAD Capture V9.0。台北市：台科大。
蔡朝洋 (民 88)。電子學實驗。台北市：全華。
林豐隆 (民 95)。專題製作。台北市：全華。
陳煥文 (民 81)。電子學實習(二)。台北市：全華。
何中庸 (民 84)。運算放大器與電晶體活用手冊。台北市：全華。
編輯部 (民 85)。TTL IC 資料手冊。台北市：全華。
編輯部 (民 85)。CMOS IC 資料手冊。台北市：全華。
二、網路資源
勝特力產品分類索引：http://www.100y.com.tw/html/productclass.htm
廣華電子產品目錄。http://www.cpu.com.tw/kh/index.html
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