「撲滿」相信是許多人不可磨滅的兒時記憶之一，尤其是剖開豬公那一剎那間的成就與喜悅更是無法以筆墨形容！科技的進步日新月異，然而反觀現今的撲滿，除了造型與材質上的變更之外，在功能上似乎並未跟上科技脈動的腳步！因此，本文期望藉由微控制器的運用，增加傳統撲滿的功能，以提昇其附加價值，讓撲滿儲蓄變得更加生動有趣、儲蓄的金錢更易於管理。
就目前市面上常見的撲滿而言，其主要的缺點有：
- ●無法統計金額：使用者無法掌握目前所儲蓄的金額狀況，因此無法妥善、有效的運用儲蓄的金錢。
- ●附加功能太少：一般的撲滿只有存錢的功能，太單調。使用起來相當的無趣，導致儲蓄的念頭大大的降低。
- ●缺乏互動性：缺乏與使用者之間的互動；若能讓『撲滿儲蓄』變得更加生動有趣，相信必能激起使用者更高的儲蓄意願。
針對上述之缺點進行改善，設計出能統計金額、有良好互動性及高附加價值的存錢系統－多功能智慧型語音撲滿，讓使用者能清楚的了解當前儲蓄的狀況。本文以LCD為顯示裝置，將目前儲蓄的金額顯示出來，讓使用者能隨時掌握儲蓄狀況。為增加使用者儲蓄的興趣，因此提供了能讓使用者設定存錢目標的功能，讓存錢目標顯示在LCD上提醒使用者。此外，也加上時鐘與鬧鐘及重要事件提示的選項，以增加撲滿的附加功能，讓撲滿使用起來更加的實用、有趣。在互動性方面，也加入語音功能，使用語音來告知使用者目前的儲蓄金額、投入金額、與預設目標金額差距等儲蓄的狀況。另外，還提供整點報時、鬧鈴及語音提示重要事件，縮短撲滿與使用者之距離。最後，還特別為學齡前的小朋友設計了一套字卡教學系統，讓小朋友可以多認識一些單字、圖形等，使撲滿擁有更豐富、有趣的功能，提高幼童的儲蓄意願、養成儲蓄的良好習慣。
功能概述
本作品功能規劃，可分為以下幾個部份：
- ●撲滿功能：統計目前所存金額並顯示在LCD上、預設存錢目標並以語音告知目前所存金額與存錢目標金額的差距，此外在投入硬幣時會以語音報出投入金額、目前所存金額，在達到預設之存錢目標時也會以語音告知使用者。
- ●鬧鐘功能：時間顯示、時間設定、整點報時，可設定不同的語音提示方式。
- ●字卡學習功能：插入字卡或圖卡後，以語音方式唸出字卡上的單字或圖案名稱。
- ●資料的保存：透過I2C介面將儲蓄狀況儲存在E2PROM中，即使電源關閉後資料也不會消失，在系統重新啟動後會自動載入儲蓄金額、使用者之相關設定等等。
本設計的特色在於改善市面上撲滿功能過於單調的缺點，所以將各種不同的功能整合在一個撲滿上。以LCD顯示出目前所存金額、時間及功能選單，能讓使用者清楚的知道目前儲蓄的狀況，而進一步對自己的財務作最佳的運用與規劃。再加上鬧鐘功能及創新的字卡學習系統，提升原本只有單一用途的撲滿之功能與實用性，這些都是目前市面上相關產品所沒有的功能。
系統架構與工作原理
(圖一)為本設計之系統方塊圖，以HT46R24做為整個系統的控制樞紐再搭配上相關的週邊硬體，茲將各個單元分別敘述如下：
- ●MCU：以HT46R24微控制器為系統之核心，其內部除了RAM（384×8Bits）、ROM（8192×16）、Timer/Event Counter等一般微控制器的基本配備之外，尚提供PWM、ADC等周邊資源；本設計的卡片圖案偵測就是利用ADC搭配簡單的分壓電路完成的；此外，有關時鐘計時的功能、投幣器投幣時的立即反應以及用以判定幣值的脈波寬度的統計工作，則是由其Timer/Event Counter與外部中斷（External Interrupt）搭配完成。
- ●LCD：為了搭配中文的語音輸出及儲存金額、時間等相關資訊的顯示，採用中文LCD模組做為顯示裝置；其控制方式與一般文字型的LCD類似，所以關於其原理部分不再於此贅述，僅提醒讀者相當重要的注意事項：本設計採用9×2的中文顯示型LCD（編號：P-14B32CT），此液晶顯示器共有兩行，每行可以顯示九個中文字型（或十八個英文字型），其顯示位置與DD RAM位址之對應關係如(表一)所示：
表一 9×2中文顯示型LCD顯示位置與DD RAM位址之對應關係
| |
0
|
1
|
2
|
…
|
7
|
8
|
顯示位置
|
第一行 |
00h |
01h |
02h |
… |
07h |
08h |
DD RAM位址 |
第二行 |
10h |
11h |
12h |
… |
17h |
15h |
DD RAM位址 |
請注意第一行最後一個位置（08h）與第二行第零個位置（10h）的DD RAM位址並不連續。而每一個位置可以顯示一個中文字型或是兩個英文字型，這表示在中文顯示型LCD上，一個DD RAM位址是可以存放兩個Byte的資料；當顯示中文時，只需將中文的BIG-5碼（2 Bytes）分成兩次寫至LCD之DD RAM即可；而顯示英文時，則與一般LCD之控制方式相同。不過要注意在寫入中文時，要確定寫入的BIG-5碼一定要在同一個DD RAM位址內。
●Push-Button Input：提供四個按鈕開關做為輸入控制，讓使用者進行時間、鬧鈴、儲蓄目標等功能設定，因為使用HT46R24微控制器Port D的Pull-High功能，所以就不需額外再連接提昇電阻。
●Coin Detector：錢幣幣別辨識裝置，採用一般自動販賣機所使用的投幣器，可分辨自行設定的數種幣別，設定有50元、20元、10元、5元及1元等五種不同的硬幣，根據不同的幣值投幣器會送出不同的脈衝訊號，此訊號數入至HT46R24後再經由程式的分析，即可分辨出所投入的幣值。
●E2PROM：資料儲存裝置，為避免停電導致目前累計金額、目標金額、鬧鈴時間等資料消失，採用I2C介面之HT24LC16 E2PROM來儲存使用者的相關設定以及系統內之重要資訊。
●Card Detector：字卡（或圖卡）辨識裝置，此裝置主要是以分壓的觀念搭配HT46R24微控制器內建的類比－數位轉換電路（ADC）來達成。HT46R24配備高達10Bit解析度（Resolution）的ADC，理論上一個通道的輸入就可以辨識1024張不同的圖卡；但是，因為所需的分壓阻值不易尋找，因此目前只使用了6Bit辨識64張不同的圖卡。如果卡片的數目要增加，尚可利用其他ADC通道來達成，若以兩個通道各取6Bit搭配為例，就可以分辨出4096張不同的圖卡。
●Text-To-Speech：採用中文Text-To-Speech IC－SD178A作為發聲的音源；SD178A的內部系統結構如(圖二)所示，其主要特色如下：
- (a)單晶片解決方案：只要單一晶片即可轉換Big-5中文碼定義所有文字（約一千三百字）為中文語音、ASCII字符的大小寫英文字母a-z、A-Z（共52字）轉為英語語音、及數字0～9的中文語音輸出。
- (b)單一系統時脈，採用RC振盪方式：SD178A的系統時脈來源是採用最經濟的RC振盪方式，除了在OSC1和GND間必需連接一電阻（Rosc）外，不需要其它元件。Rosc的建議值是100KΩ，此時其系統頻率可望為4MHz，當系統時脈頻率為4MHz 時，SD178A會有最佳的工作性能。
- (c)內建12位元高品質D/A轉換器：可發揮12位元高品質D/A轉換器提供真人錄音的音質，只要再配合一外部放大電路即可推動8Ω的喇叭。
- (d)省電模式及喚醒功能，減少電源耗損：SD178A不只提供命令碼讓其進入省電模式，另外還提供PWDN這根接腳，讓連接於SD178A的元件也可於SD178A進入待機狀態的同時關閉其動作。進入省電模式時，SD178A會關閉系統振盪器，只要外部重新啟動或內部負緣訊號即可喚醒。
表二 SD178A命令碼
| 命令碼 |
功能 |
| 0x80(停止) |
停止撥放，並將所有參數重新設定為初始設定值 |
| 0x81(暫停) |
暫停撥放，之後SD178A僅接受 0x80和0x82的命令碼 |
| 0x82(繼續) |
繼續SD178A停止前的下一個動作 |
| 0x83 |
增加音節間靜音的時間長度，增加S_STEP |
| 0x84 |
減少音節間靜音的時間長度，減少S_STEP |
| 0x85 |
增加標點符號靜音的時間長度，增加P_STEP |
| 0x86 |
減少標點符號靜音的時間長度，減少P_STEP |
| 0x8A |
後接8位元資料，b7, b6, …, b0，b7~b0分別送至PA7~PA0 |
| 0x8B |
後接8位元資料，b7, b6, …, b0，b5~b0分別送至PC5~PC0 |
| 0x8C |
設定SD178A進入省電模式 |
- (e)提供命令碼：停止、暫停、繼續、增減音節間靜音長度、增減符號靜音長度、省電模式設定、輸出接腳控制等功能，讓使用者在文字轉語音執行中可輕易操作控制。(表二)為SD178A所提供之命令，所有的命令或資料傳送都是由/SCLK（Serial Clock）與SDI（Serial Data Input）兩支接腳控制完成。當然，在開始傳送之前必須先確認SD178A的/RDY（Ready）已處於「Low」狀態，否則將無法完成正確之傳輸動作。而當SD178A每處理完一筆資料或命令時，會由/FOCC腳送出一個「Low」的脈衝，使用者也可藉由此一信號瞭解目前SD178A處理的進度。這幾支控制腳位之時序關係，如(圖三)所示。
程式流程電路原理
投幣器（Coin Detector）會依據投入錢幣幣值的不同，在Pulse Out端輸出不同寬度與不同個數的脈波。為了能即時反應使用者投幣的動作，故運用HT46R24的中斷功能來偵測脈波，並以Timer計算其寬度再搭配上內部程式統計脈波總數量，如此就完成了單一投幣事件的幣值判斷。卡片座（Card Socket）是提供字卡（或圖卡）的插入，每張卡都配有不同的電阻值，因此在AN0就會產生不同的壓降，經由HT46R24的ADC轉換之後再由預先建好的對照表即可測知使用者所插入的卡片，最後再控制SD178A唸出對應的名稱。按鍵輸入主要是提供使用者設定存錢目標、系統時間、鬧鈴時間以及鬧鈴提醒語等，搭配LCD的顯示，使用者只要按左（Key Left）、右（Key Right）、離開（Exit）、確認（Enter）等按鍵即可完成各項設定。
現代人工作壓力大、事務繁瑣，有時鬧鐘響了卻忘記該做什麼事，鬧鈴提醒語設計之主要目的，就是希望當時間到時可以用語音的方式提醒使用者該做的事。在設計之初也曾思考提供使用者自行錄音的方式，不過由於錄放音IC的價格不斐，再加上字卡、圖卡多種語音內容的需求，最後選擇便宜、實用的SD178A TTS IC。此外為了避免斷電時造成儲蓄總金額資料的遺失，在電路中也加上了HT24LC16 E2PROM作為停電時資料保存之用，HT24LC16的容量為2K×8Bit，實際上大約只用了256Byte，但若基於成本因素的考量，可以替換為容量較小的E2PROM。
結語
本產品設計的主要目的是想改善傳統撲滿的缺點，希望透過增加撲滿的功能、方便使用的人機介面以及互動式的語音輸出，來提高使用者儲蓄的念頭，讓使用者可以養成良好的儲蓄習慣並加強對金錢的控管能力。另外，專門為幼童設計的字卡學習功能，讓小朋友可以從小培養儲蓄的習慣，並進行一些學齡前的基礎學習。對父母而言，撲滿不再只是個培養小朋友儲蓄習慣的玩具，多功能智慧型語音撲滿同時也是提供幼童進行基礎學習的工具。（作者就讀於明新科技大學電子工程系；本文由盛群半導體提供）
＜參考資料：
[1]「HT46xx微控制器理論與實務寶典」鍾啟仁 編著，全華圖書
[2]SD178A Datasheet翔音科技股份有限公司 www.sounding.com.tw
[3]HT46x24 Datasheet 盛群半導體股份有限公司 www.holtek.com.tw＞
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