CN1428714A - 多媒体数码学习机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多媒体数码学习机，包括机壳、多媒体信号处理电路板、液晶(LCD)显示屏、按键面板组、发光二极管(LED)、扬声器、电池盒；液晶(LCD)显示屏设置在机壳正面，按键面板组位于机壳正面及下部，发光二极管位于机壳的正面中间部位，多媒体信号处理电路板、扬声器、电池盒安装在机壳内部。本多媒体数码学习机多媒体功能丰富、智能化程度高、互动性、趣味性强、体积小、功耗低、经久耐用、可靠性高、便于推广使用，非常适合儿童的启蒙教育，应用前景较好。

Description

多媒体数码学习机

                        技术领域

本发明涉及一种电子教育学习设备，特别涉及一种多媒体数码学习机。

                        背景技术

传统的启蒙教育机或语言学习机大都是以磁带或光盘作为存储介质，使用时，必须使用专用的播放设备(例如放音机、CD机等)，在这些设备中含有磁、光、电及相关机械部件，因此，传统的语言学习机或类似的设备具有下述明显的缺点：(1)体积大、重量重、携带不方便；(2)功耗大；(3)操作使用复杂，不方便学龄前儿童的使用；(4)组成元器件多，制造成本高；(5)抗干扰能力及防震性能差，故障率高。近年来在市面上出现了以数字信号处理器芯片及存储器件为核心元器件的儿童启蒙教育学习机，但这些学习机多数仍然以纸张为存储启蒙学习的图片内容的介质，再利用芯片上存储的语音信息来播放启蒙学习内容，因此亦存在如下的缺点：(1)启蒙学习过程单调，缺少互动性，不符合儿童的游戏认知心理；(2)大多数产品不带显示屏，如液晶(LCD)显示，因而缺少图片等多媒体信息，不利用于儿童的视觉认知能力的培养；(3)存储量大，外围电路复杂，成本较高；(4)功能较为单一，学习过程较为枯燥，缺乏趣味性。

                        发明内容

本发明的目的在于克服上述现有的儿童启蒙教育学习设备的缺点和不足，研究设计一种针对少年儿童进行启蒙教育的多媒体信息内容丰富、互动性强、功能较多、趣闻性强、重量轻、携带方便、功耗低、操作简单、抗干扰能力强的多媒体数码学习机。

本发明的目的通过下述技术方案实现：本多媒体数码学习机包括机壳、多媒体信号处理电路板、液晶(LCD)显示屏、按键面板组、发光二极管(LED)、扬声器、电池盒；液晶(LCD)显示屏设置在机壳正面，按键面板组位于机壳正面及下部，发光二极管位于机壳的正面中间部位，多媒体信号处理电路板、扬声器、电池盒安装在机壳内部。

所述多媒体信号处理电路板包括多媒体信号处理微电子芯片、时钟电路、键盘阵列、液晶(LCD)显示屏、发光二极管(LED)显示电路、存储电路、扬声器；各构件的相互连接关系为：多媒体信号处理微电子芯片通过存储数据线与存储电路相连接，时钟电路通过时钟信号线与多媒体信号处理微电子芯片连接，多媒体信号处理微电子芯片通过LCD驱动信号线与液晶显示屏相连，多媒体信号处理微电子芯片输出语音信号通过信号线与扬声器相连，键盘阵列通过各个按键信号线与多媒体信号处理微电子芯片相连，发光二极管(LED)通过信号线与多媒体信号处理微电子芯片相连接。

所述多媒体信号处理微电子芯片包括有数据存储器、程序存储器、内嵌式语音编解码器、内嵌式LCD驱动控制器。

所述存储电路为闪存器。

所述液晶(LCD)显示屏为64×32点阵液晶显示器。

本发明的作用原理是：电路中的多媒体信号处理微电子处理芯片主要用于支持语音存储和播放、图形存储和显示；外接存储电路为闪存器(FlashMemory)，用以存储语言学习资料(语音信息)；语音信息经过ADPCM(自适应脉冲编码调制)编码后，存储在闪存器中或芯片内部数据存储器中，常用的语音提示信息及LCD图片信息则存储在多媒体信号处理微电子芯片内部的数据存储器中，其它语音存储在闪存器中；语音的播放由多媒体信号处理微处理器芯片中的程序来控制，可按各种功能按键请求进行提取相关的语音信息并进行合成和输出到扬声器进行播放；程序存储在多媒体信号处理微处理器芯片中的程序存储器中，语言文字信息以图形方式存贮在多媒体信号处理微电子芯片内部的数据存储器中，通过多媒体信号处理微处理器芯片中的程序及相关的显示驱动电路，可控制各种文字信息在液晶显示器上进行显示。相关的提示信息(包括语音、文字)亦由多媒体信号处理微电子芯片中的程序进行控制给出；在使用过程中，多媒体信号处理微电子芯片根据不同的功能控制LED显示电路进行发光显示。

本发明与现有技术相比具有如下的优点：

(1)多媒体功能丰富：本发明采用先进的集成语音编码及LCD显示的多媒体信号处理微电子芯片，能同时播放声音和文字信息，集成了上千条语音信息及图片信息，图文声并茂，寓教于乐。

(2)智能化功能强大：本发明采用了先进的多媒体微电子芯片及相关的软件编程技术，可以实现自动关机、自动开机、自动对使用者的学习情况评分、自动给出学习帮助等提示信息，智能化功能强大。

(3)互动性、趣味性强：本发明设计了情绪值、作息表自动启动、音乐欣赏、益智游戏等功能，增加了本启蒙学习机的趣味性，非常适合少年儿童的启蒙及教育。

(4)体积小：本发明采用全电子元器件构成，核心芯片由多媒体微电子处理器芯片构成，外围电路简单，所有元器件可以做在一个小于40cm²的电路板上，因此，整个学习机的体积很小，便于携带。

(5)功耗低：核心处理器微电子芯片的时钟仅为4MHz，平时绝大部分元器件处于低功耗运行状态(32K时钟频率)，最高输出工作电路仅为20mA，平时静态工作电流小于20uA，因此，本学习机的耗电量低，十分节能。

(6)经久耐用：本装置不含机械部件，其核心电路由一个高集成度的微处理器芯片及少量的电子元件构成，电子元器件的使用寿命较机械结构的长得多，因而本学习机可使用较长的时间。

(7)可靠性高，防震性能好，故障率低：由于本发明的电路简单，体积小，核心功能由集成在微处理器芯片中的程序进行控制，因此，本发明不易损坏，电子元件构成的电路板防震性能比机械装置优良许多，所以比较适合幼龄儿童使用。

(8)采用数码技术，科技含量高：本发明的语音及文字信息以数字化方式存储在存储器中，利用数字信号处理技术及语音合成技术及LCD显示技术，实现了全数码的语言启蒙学习，是一种全新的高科技数码产品。

(9)成本低，便于推广普及：本发明可以使用4位的多媒体微处理器作为核心处理芯片，由于该类芯片的集成度高，信号处理能力强，因此外围电路十分简单，整个电路的成本较为低廉，相对许多高档微电脑玩具芯片系统而言，成本较低，便于推广使用。

                        附图说明

图1是本发明多媒体数码学习机的外观示意图。

图2是图1所示多媒体数码学习机的结构示意图。

图3是图2所示多媒体数码学习机的电路原理图。

图4是图1所示多媒体数码学习机的系统功能组成结构图。

图5是图1所示多媒体数码学习机的主控程序流程图。

图6是图1所示多媒体数码学习机的时钟服务子程序。

图7是图1所示多媒体数码学习机的键盘扫描流程图。

图8是图1所示多媒体数码学习机的作息表的LCD显示图。

图9是图1所示多媒体数码学习机的部分界面图。

                        具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

图1示出了本发明的外观形状，由图1可见，本多媒体数码学习机由机壳、多媒体信号处理电路板、液晶(LCD)显示屏(1)、按键面板组(10)～(32)、LED发光二极管(2)～(9)、扬声器、电池盒共同组成；LCD显示屏(1)固定在机壳正面，按键面板组(10)～(32)固定在机壳正面及下部，LED发光二极管(2)～(9)固定在机壳的正面中间部位，多媒体信号处理电路板、扬声器、电池盒安装在机壳内部；机壳面板上各部件具体说明如下：

(1)为LCD显示屏，显示图片和动画；

(2)为LED指示灯1，on/off表示开机/关机状态；

(3)为LED指示灯2，on表示当前处于自然常识功能模块；

(4)为LED指示灯3，on表示当前处于语文功能模块；

(5)为LED指示灯4，on表示当前处于数学功能模块；

(6)为LED指示灯5，on表示当前处于英语功能模块；

(7)为LED指示灯6，on表示当前处于音乐功能模块；

(8)为LED指示灯7，on表示当前处于游戏功能模块；

(9)为LED指示灯8，on表示当前处于系统设置功能模块；

(10)为确定键：具备多项用途，在进行子模块选择时，进入下一级模块；在进行系统设置时，储存当前的设置并返回上一级；在进行测试时，表示做答；在玩游戏时，控制发射子弹等。

(11)为右键：方向键，按此键控制向右移动；

(12)为退出键：退出当前功能模块，返回上一级；在进行系统设置时，不储存当前的设置并返回上一级；

(13)为数字键组：包括0～9这10个数字键，在数字学习和测验时，通过这组数字键与系统进行交互操作；其中0～7为复用键，在电子琴和音符测试时，表示音符do、re、me、fa、so、la、xi、do！；

(14)为字母键组：包括A～Z这26个字母键，在英语学习、测验和打字练习时，通过这组字母键与系统进行交互操作；在音乐欣赏功能下，每一个字母键对应一首音乐歌曲，通过按这些字母键选择动听的歌曲；

(15)为时间提示键：发音提示目前时间，如“现在时间是12点17分”；

(16)为帮助键：显示相关帮助信息；

(17)为上键：方向键，按此键控制向上移动；

(18)为左键：方向键，按此键控制向左移动；

(19)为下键：方向键，按此键控制向下移动；

(20)为开关键：控制系统的开机和关机；

(21)为亮度键：调节LCD(液晶)的显示量度；

(22)为音量键：调节扬声器的音量大小；

(23)为重复键：重复当前功能内容的演播；

(24)为查看键：查看各科成绩以及当前情绪值；

(25)为语文功能键，按此键进入语文模块；

(26)为数学功能键，按此键进入数学模块；

(27)为英语功能键，按此键进入英语模块；

(28)为自然常识功能键，按此键进入自然常识模块；

(29)为音乐功能键，按此键进入音乐模块；

(30)为游戏功能键，按此键进入游戏模块；

(31)为当小老师功能键，按此键进入我当小老师模块；

(32)为系统设置功能键，按此键进入系统设置模块。

本多媒体数码学习机的具体结构如图2所示，其电路原理如图3所示，由图2及图3可见，本多媒体数码学习机由多媒体信号处理微电子芯片、时钟电路、键盘阵列、液晶(LCD)显示屏、LED显示电路、存储电路、扬声器共同连接组成；其相互连接关系为：多媒体信号处理微电子芯片通过存储数据线与存储电路连接，时钟电路通过时钟信号线与多媒体信号处理微电子芯片连接，多媒体信号处理微电子芯片通过LCD驱动信号线与液晶显示屏相连接，多媒体信号处理微电子芯片输出语音信号通过信号线与扬声器相连，键盘阵列通过各个按键信号线与多媒体信号处理微电子芯片相连，LED发光二极管通过信号线与多媒体信号处理微电子芯片相连接；具体电路原理如图3所示，多媒体信号处理微电子芯片为多媒体信号处理芯片U1，可采用台湾WinBond公司的W536120T芯片实现；存储电路由集成元件U3、U4构成，可选用台湾WinBond公司的W55F20型闪存器；液晶(LCD)显示屏由U2构成，可选用深圳紫环公司的64×32点ZS64-32B型液晶显示器，晶体X1可选用震动频率为4MHz的晶体，如上海上斯电子有限公司的KONY49S；时钟电路由X1、C7、C8、R1、R3、R4组成；键盘阵列由K1～K57组成；LED显示电路由R6～R13、D1～D8组成。

本发明的作用原理是：电路中的多媒体信号处理芯片U1中包括有4MBits的数据存储器、20K字节的程序存储器、内嵌式语音编解码器、内嵌式64×32点的LCD驱动控制器，支持语音存储和播放、图形存储和显示；外接存储电路为闪存器(Flash Memory)，存储量为8M Bits，用来存储语言学习资料(语音信息)，语音信号经过ADPCM编码后，存储在闪存器中，常用的语音提示信息及LCD图片信息则存储在多媒体信号处理芯片U1内部的数据存储器中，其它语音存储在U3及U4中；语音的播放由多媒体信号处理芯片U1中的程序来控制，多媒体信号处理芯片U1根据各种功能按键请求进行提取相关的语音信息并进行合成和输出到扬声器进行播放；程序存储在多媒体信号处理芯片U1中的程序存储器中，其主控程序流程图如图5所示，语言文字信息以图形方式存贮在多媒体信号处理芯片U1的内部数据存储器中，通过多媒体信号处理芯片U1中的程序及相关的显示驱动电路，可控制各种文字信息在液晶显示器上进行显示；相关的提示信息(包括语音、文字)也由多媒体信号处理芯片U1中的程序进行控制给出；在使用过程中，多媒体信号处理芯片U1根据不同的功能控制LED显示电路进行发光显示。

本发明的工作过程为：上电后，系统进行初始化，驱动液晶显示屏显示开机动画，播放欢迎语音和动听的音乐，多媒体信号处理芯片U1送高电平点亮LED指示灯，然后进入默认状态——显示时钟，并等待用户按键选择进行不同的功能操作；按系统设置功能键(32)，进入系统设置模式设置时间日期和作息表；如果需要调整时间日期，可使用上下左右键，按上键(17)调小，按下键(19)调大，按左右键(11、18)选择所需要调整的时、分、月、日、年和星期几，调整好之后，按确定键(10)则保存当前设置并回到默认状态显示时钟，按退出键(12)则不保存并返回；选择作息表，按确定键(10)进入设置，使用上下键选择手动设置和默认设置，作息表的手动设置一般由家长来完成，按上下键选择时间段，按左右键选择此时间段儿童的作息(包括学习自然常识、语文、数学、英语、音乐娱乐、游戏、起床、吃饭、睡觉9个作息安排，其LCD显示如图8所示，按确定键(10)保存，按退出键(12)则不保存；作息表设置好之后，系统定时检查作息表，当检查到当前作息表不为空时，无论数码学习机处于于软关机模式还是正常模式，都将提醒用户进入相应的功能学习或娱乐，例如：作息表设置10：00～10：30时间段进行音乐欣赏，那么在10点整的时候，系统自动提醒用户进入音乐学习，LCD滚动显示有关图片，扬声器同时播放语言“我们一起去欣赏音乐吧！”，按确定键(10)之后，则系统进入音乐模块。其他的功能工作过程类似，按语文功能键(25键)，进入语文模块，包括声母韵母朗读学习、笔画学习、部首学习、大小写测四个模块。按数学功能键(26)，进入数学模块，包括加法口诀、减法口诀、乘法口诀、除法口诀、加法运算、减法运算、乘法运算和除法运算等。按英语功能键(27)，进入英语模块，包括音标学习、字母学习、单词学习、大小写测四个模块。按自然常识功能键(28)，进入自然常识模块主画面；按音乐功能键(29)，进入音乐模块，包括电子琴、乐曲欣赏等子模块。按游戏功能键(30)键，进入游戏模块，包括坦克打飞机、接物游戏、记忆游戏、画图等，由上下左右等方向键和确定键控制。

在各个功能模块学习时，系统会对当前的学习情况给予评分，这个分数将会影响到情绪值和该科目的当前等级。当一分钟无操作，系统自动提醒用户过来玩，当四分钟内无操作，则进入保留模式，自动进入软关机状态，等待唤醒。

本多媒体数码学习机以多媒体交互操作为主体，以实现智能化为宗旨，系统设计充分体现了智能化的特点：

(1)定时检查作息表，当检查到当前作息表不为空时，无论数码学习机当前工作于保留模式还是正常模式，都将提醒用户进入相应的功能学习或娱乐。

(2)根据学习时间和解题正确率评定情绪值和单科的等级，这些将影响到反馈信息和下次做题的难易程度；并可根据情绪值来保存小朋友的学习情况，系统会根据当前的情绪给予不同的反馈信息，并选择不同的科目来进行重点提示或学习。

(3)系统的反馈信息是以第一人称的口吻来表达，比如当音乐单科的等级很高的时候，多媒体数码学习机就会很高兴的说“我是音乐小天才”，以第一人称的语气来表达儿童所要表达的心情和情绪，使该产品更具有亲切感。

(4)本学习机可以均衡儿童的发展，如果某一个科目的等级相对较低，那么本学习机将会在开机的时候首先进入该模块的程序，让儿童可以更好的学习这个科目，从而使其均衡发展。

(5)学习过程生动活泼，人机对话及交互信息丰富，动画及语音教学生动、易懂，利用LED显示及语音提示功能强大；本多媒体数码学习机的图片信息丰富，动画图片有几百张，部分界面如图9所示。

上述实施例为本发明较佳的实施例子，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神与技术下所作的改变、修饰或替代，均应为等效的置换，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1、一种多媒体数码学习机，其特征在于：包括机壳、多媒体信号处理电路板、液晶显示屏、按键面板组、发光二极管、扬声器、电池盒；液晶显示屏设置在机壳正面，按键面板组位于机壳正面及下部，发光二极管位于机壳的正面中间部位，多媒体信号处理电路板、扬声器、电池盒安装在机壳内部。

2、根据权利要求1所述的多媒体数码学习机，其特征在于：所述多媒体信号处理电路板包括多媒体信号处理微电子芯片、时钟电路、键盘阵列、液晶显示屏、发光二极管显示电路、存储电路、扬声器；各构件的相互连接关系为：多媒体信号处理微电子芯片通过存储数据线与存储电路相连接，时钟电路通过时钟信号线与多媒体信号处理微电子芯片连接，多媒体信号处理微电子芯片通过LCD驱动信号线与液晶显示屏相连，多媒体信号处理微电子芯片输出语音信号通过信号线与扬声器相连，键盘阵列通过各个按键信号线与多媒体信号处理微电子芯片相连，发光二极管显示电路通过信号线与多媒体信号处理微电子芯片相连接。

3、根据权利要求2所述的多媒体数码学习机，其特征在于：所述多媒体信号处理微电子芯片包括有数据存储器、程序存储器、内嵌式语音编解码器、内嵌式LCD驱动控制器。

4、根据权利要求2所述的多媒体数码学习机，其特征在于：所述存储电路为闪存器。

5、根据权利要求2所述的多媒体数码学习机，其特征在于：所述液晶显示屏为64×32点阵的液晶显示器。

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