「扑满」相信是许多人不可磨灭的儿时记忆之一，尤其是剖开猪公那一剎那间的成就与喜悦更是无法以笔墨形容！科技的进步日新月异，然而反观现今的扑满，除了造型与材质上的变更之外，在功能上似乎并未跟上科技脉动的脚步！因此，本文期望藉由微控制器的运用，增加传统扑满的功能，以提升其附加价值，让扑满储蓄变得更加生动有趣、储蓄的金钱更易于管理。
就目前市面上常见的扑满而言，其主要的缺点有：
- ●无法统计金额：用户无法掌握目前所储蓄的金额状况，因此无法妥善、有效的运用储蓄的金钱。
- ●附加功能太少：一般的扑满只有存钱的功能，太单调。使用起来相当的无趣，导致储蓄的念头大大的降低。
- ●缺乏互动性：缺乏与用户之间的互动；若能让『扑满储蓄』变得更加生动有趣，相信必能激起用户更高的储蓄意愿。
针对上述之缺点进行改善，设计出能统计金额、有良好互动性及高附加价值的存钱系统－多功能智能型语音扑满，让用户能清楚的了解当前储蓄的状况。本文以LCD为显示设备，将目前储蓄的金额显示出来，让用户能随时掌握储蓄状况。为增加用户储蓄的兴趣，因此提供了能让用户设定存钱目标的功能，让存钱目标显示在LCD上提醒用户。此外，也加上时钟与闹钟及重要事件提示的选项，以增加扑满的附加功能，让扑满使用起来更加的实用、有趣。在互动性方面，也加入语音功能，使用语音来告知用户目前的储蓄金额、投入金额、与默认目标金额差距等储蓄的状况。另外，还提供整点报时、闹铃及语音提示重要事件，缩短扑满与用户之距离。最后，还特别为学龄前的小朋友设计了一套字卡教学系统，让小朋友可以多认识一些单字、图形等，使扑满拥有更丰富、有趣的功能，提高幼童的储蓄意愿、养成储蓄的良好习惯。
功能概述
本作品功能规划，可分为以下几个部份：
- ●扑满功能：统计目前所存金额并显示在LCD上、默认存钱目标并以语音告知目前所存金额与存钱目标金额的差距，此外在投入硬币时会以语音报出投入金额、目前所存金额，在达到默认之存钱目标时也会以语音告知用户。
- ●闹钟功能：时间显示、时间设定、整点报时，可设定不同的语音提示方式。
- ●字卡学习功能：插入字卡或图卡后，以语音方式念出字卡上的单字或图案名称。
- ●数据的保存：透过I2C接口将储蓄状况储存在E2PROM中，即使电源关闭后数据也不会消失，在系统重新启动后会自动加载储蓄金额、用户之相关设定等等。
本设计的特色在于改善市面上扑满功能过于单调的缺点，所以将各种不同的功能整合在一个扑满上。以LCD显示出目前所存金额、时间及功能选单，能让用户清楚的知道目前储蓄的状况，而进一步对自己的财务作最佳的运用与规划。再加上闹钟功能及创新的字卡学习系统，提升原本只有单一用途的扑满之功能与实用性，这些都是目前市面上相关产品所没有的功能。
系统架构与工作原理
(图一)为本设计之系统方块图，以HT46R24做为整个系统的控制枢纽再搭配上相关的外围硬件，兹将各个单元分别叙述如下：
- ●MCU：以HT46R24微控制器为系统之核心，其内部除了RAM（384×8Bits）、ROM（8192×16）、Timer/Event Counter等一般微控制器的基本配备之外，尚提供PWM、ADC等周边资源；本设计的卡片图案侦测就是利用ADC搭配简单的分压电路完成的；此外，有关时钟计时的功能、投币器投币时的立即反应以及用以判定币值的脉波宽度的统计工作，则是由其Timer/Event Counter与外部中断（External Interrupt）搭配完成。
- ●LCD：为了搭配中文的语音输出及储存金额、时间等相关信息的显示，采用中文LCD模块做为显示设备；其控制方式与一般文字型的LCD类似，所以关于其原理部分不再于此赘述，仅提醒读者相当重要的注意事项：本设计采用9×2的中文显示型LCD（编号：P-14B32CT），此液晶显示器共有两行，每行可以显示九个中文字型（或十八个英文字型），其显示位置与DD RAM地址之对应关系如(表一)所示：
表一 9×2中文显示型LCD显示位置与DD RAM地址之对应关系
| |
0
|
1
|
2
|
…
|
7
|
8
|
显示位置
|
第一行 |
00h |
01h |
02h |
… |
07h |
08h |
第一行 |
DD RAM地址 |
10h |
11h |
12h |
… |
17h |
15h |
第一行 |
第二行
请注意第一行最后一个位置（08h）与第二行第零个位置（10h）的DD RAM地址并不连续。而每一个位置可以显示一个中文字型或是两个英文字型，这表示在中文显示型LCD上，一个DD RAM地址是可以存放两个Byte的数据；当显示中文时，只需将中文的BIG-5码（2 Bytes）分成两次写至LCD之DD RAM即可；而显示英文时，则与一般LCD之控制方式相同。不过要注意在写入中文时，要确定写入的BIG-5码一定要在同一个DD RAM地址内。
●Push-Button Input：提供四个按钮开关做为输入控制，让用户进行时间、闹铃、储蓄目标等功能设定，因为使用HT46R24微控制器Port D的Pull-High功能，所以就不需额外再连接提升电阻。
●Coin Detector：钱币币别辨识装置，采用一般自动贩卖机所使用的投币器，可分辨自行设定的数种币别，设定有50元、20元、10元、5元及1元等五种不同的硬币，根据不同的币值投币器会送出不同的脉冲讯号，此讯号数入至HT46R24后再经由程序的分析，即可分辨出所投入的币值。
●E2PROM：数据储存装置，为避免停电导致目前累计金额、目标金额、闹铃时间等数据消失，采用I2C接口之HT24LC16 E2PROM来储存用户的相关设定以及系统内之重要信息。
●Card Detector：字卡（或图卡）辨识装置，此装置主要是以分压的观念搭配HT46R24微控制器内建的模拟－数字转换电路（ADC）来达成。HT46R24配备高达10Bit分辨率（Resolution）的ADC，理论上一个信道的输入就可以辨识1024张不同的图卡；但是，因为所需的分压阻值不易寻找，因此目前只使用了6Bit辨识64张不同的图卡。如果卡片的数目要增加，尚可利用其他ADC信道来达成，若以两个信道各取6Bit搭配为例，就可以分辨出4096张不同的图卡。
- SD178A内部结构图
- (a)单芯片解决方案：只要单一芯片即可转换Big-5中文码定义所有文字（约一千三百字）为中文语音、ASCII字符的大小写英文字母a-z、A-Z（共52字）转为英语语音、及数字0～9的中文语音输出。
- (b)单一系统频率，采用RC振荡方式：SD178A的系统频率来源是采用最经济的RC振荡方式，除了在OSC1和GND间必需连接一电阻（Rosc）外，不需要其它组件。Rosc的建议值是100KΩ，此时其系统频率可望为4MHz，当系统频率频率为4MHz 时，SD178A会有最佳的工作性能。
- (c)内建12位高质量D/A转换器：可发挥12位高质量D/A转换器提供真人录音的音质，只要再配合一外部放大电路即可推动8Ω的喇叭。
(d)省电模式及唤醒功能，减少电源耗损：SD178A不只提供命令码让其进入省电模式，另外还提供PWDN这根接脚，让连接于SD178A的组件也可于SD178A进入待机状态的同时关闭其动作。进入省电模式时，SD178A会关闭系统振荡器，只要外部重新启动或内部负缘讯号即可唤醒。
| 表二 SD178A命令码 |
命令码 |
| 功能 |
停止拨放，并将所有参数重新设定为初始设定值 |
| 0x81(暂停) |
暂停拨放，之后SD178A仅接受 0x80和0x82的命令码 |
| 0x82(继续) |
继续SD178A停止前的下一个动作 |
| 0x83 |
增加音节间静音的时间长度，增加S_STEP |
| 0x84 |
减少音节间静音的时间长度，减少S_STEP |
| 0x85 |
增加标点符号静音的时间长度，增加P_STEP |
| 0x86 |
减少标点符号静音的时间长度，减少P_STEP |
| 0x8A |
后接8位数据，b7, b6, ..., b0，b7~b0分别送至PA7~PA0 |
| 0x8B |
后接8位数据，b7, b6, ..., b0，b5~b0分别送至PC5~PC0 |
| 0x8C |
设定SD178A进入省电模式 |
- (e)提供命令码：停止、暂停、继续、增减音节间静音长度、增减符号静音长度、省电模式设定、输出接脚控制等功能，让用户在文字转语音执行中可轻易操作控制。(表二)为SD178A所提供之命令，所有的命令或数据传送都是由/SCLK（Serial Clock）与SDI（Serial Data Input）两支接脚控制完成。当然，在开始传送之前必须先确认SD178A的/RDY（Ready）已处于「Low」状态，否则将无法完成正确之传输动作。而当SD178A每处理完一笔数据或命令时，会由/FOCC脚送出一个「Low」的脉冲，用户也可藉由此一信号了解目前SD178A处理的进度。这几支控制脚位之时序关系，如(图三)所示。
程序流程电路原理
投币器（Coin Detector）会依据投入钱币币值的不同，在Pulse Out端输出不同宽度与不同个数的脉波。为了能实时反应用户投币的动作，故运用HT46R24的中断功能来侦测脉波，并以Timer计算其宽度再搭配上内部程序统计脉波总数量，如此就完成了单一投币事件的币值判断。卡片座（Card Socket）是提供字卡（或图卡）的插入，每张卡都配有不同的电阻值，因此在AN0就会产生不同的压降，经由HT46R24的ADC转换之后再由预先建好的对照表即可测知用户所插入的卡片，最后再控制SD178A念出对应的名称。击键主要是提供用户设定存钱目标、系统时间、闹铃时间以及闹铃提醒语等，搭配LCD的显示，用户只要按左（Key Left）、右（Key Right）、离开（Exit）、确认（Enter）等按键即可完成各项设定。
现代人工作压力大、事务繁琐，有时闹钟响了却忘记该做什么事，闹铃提醒语设计之主要目的，就是希望当时间到时可以用语音的方式提醒用户该做的事。在设计之初也曾思考提供用户自行录音的方式，不过由于录放音IC的价格不斐，再加上字卡、图卡多种语音内容的需求，最后选择便宜、实用的SD178A TTS IC。此外为了避免断电时造成储蓄总金额数据的遗失，在电路中也加上了HT24LC16 E2PROM作为停电时数据保存之用，HT24LC16的容量为2K×8Bit，实际上大约只用了256Byte，但若基于成本因素的考虑，可以替换为容量较小的E2PROM。
结语
本产品设计的主要目的是想改善传统扑满的缺点，希望透过增加扑满的功能、方便使用的人机接口以及交互式的语音输出，来提高用户储蓄的念头，让用户可以养成良好的储蓄习惯并加强对金钱的控管能力。另外，专门为幼童设计的字卡学习功能，让小朋友可以从小培养储蓄的习惯，并进行一些学龄前的基础学习。对父母而言，扑满不再只是个培养小朋友储蓄习惯的玩具，多功能智能型语音扑满同时也是提供幼童进行基础学习的工具。（作者就读于明新科技大学电子工程系；本文由盛群半导体提供）
＜参考数据：
[1]「HT46xx微控制器理论与实务宝典」钟启仁 编着，全华图书
[2]SD178A Datasheet翔音科技股份有限公司 www.sounding.com.tw
[3]HT46x24 Datasheet 盛群半导体股份有限公司 www.holtek.com.tw＞
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