电子词典的工作原理分析 电子词典是如何工作的

一、什么是电子词典？（1988年国内推出第一台电子词典）

电子词典，就是把整本印刷词典输入到电脑芯片里存储起来；通过对所存储资料的处理，使之成为一种可视化、可查阅的电子读物；可以随时查询资料、翻译外语单词。电子词典内部没有机械机构，全部是电脑芯片。由于电子词典操作、携带方便，性能稳定，内容丰富，所以从电子词典问世之后就迅速的普及。

目前电词典已经是一种学生必不可少的外语学习工具，成为广大外语学习者喜爱的辅助学习用品。WTO和申奥成功带来前所未有的外语热，据统计2002年英语学习者就有2.55亿。中国每年英语学习者还在以6000万人数递增。现在小学一年级开始学英语。高考、大学四级、六级都已增加了听力、口语考试的分数。学生也是一批接一批，透过这些可以看到市场永远没有饱和的时候。（研究生考试也要增加听力考试）人们对英语教育越来越重视，电子词典等教育电子产品面临一个大好的发展契机。辅助外语学习的教育电子产品市场规模正在迅速扩大，电子词典市场保持较为平稳的增长势头。

二、电子词典硬件简介

电子词典的组成包括硬件和软件两部分。硬件就是你拿着一部电子词典拆开，所能看到的东西，而软件是藏在硬件当中的，在硬件的基础上运行的。电子词典的硬件包括以下几个主要部分：

1.主控制器（MCU）

2.存储设备(MASKROM,FLASH,SRAM)

3.电源模块及低电压检测

4.键盘(KEYBOARD)

5.显示模块（LCD+LCD Driver）

6.发音部分硬件详细介绍

1．MCU

MCU是Main Control Unit的缩写，中文意思为主要控制单元，或者说主控制器，也就相当于我们电脑里的CPU,人的大脑。MCU是电子词典中最重要的一个器件，其他的器件都是受其控制和操作的。

2．存储设备

在电子词典里常见的存储芯片有三种：MASKROM(Masked Read-Only Memory)掩膜只读存储器，FLASH闪存和SRAM（Static Random-Access Memory）静态随机存取器。它们是通过不同的工艺制造出来的，功能也不尽相同。MASK ROM里面的资料只能一次性的在厂家写入，一旦写入，我们就无法更改里面的内容。FLASH则可由我们写入内容，还可以擦除更改，这两种芯片里的内容即使没有电也可以保存下来，资料不会丢失。SRAM这种芯片也可以任意修改里面的内容，但是在掉电的情况下，它里面的内容会全部丢掉。通常我们的电子词典里有很多内容，如词典，游戏，电话本等很多资料，通常我们把不需要更改的资料放在MASKROM里，如朗文词典，需要更改的资料放在FLASH里面，如名片，记事本等。SRAM里存放的不是我们通常可以看到的资料、文件这一类型的东西，它存放的东西是我们的程序运行时建立的一些临时的标志，中间数据等。有时候MCU里的东西放不了啦，暂时寄存在它这里一下，也可以说是一个中转站。这个中转站主要是给我们的程序用的。如果拿电脑来打比方的话，SRAM相当于电脑的内存，MASKROM相当于光碟，只读不写，FLASH相当于硬盘，可读可写。这三种芯片各有不同的用处，我们所需要的各种容量大小也不一样。如SRAM，我们主要看所写软件的复杂程度来确定所需容量的大小，软件越复杂，功能越多，所需SRAM越大。目前我们的大部分词典的SRAM都是MCU自带的，也就是集成在MCU芯片内部，也有些机器用了外部扩展的SRAM。

与SRAM很类似的还有SDRAM，SDRAM和SRAM不同的不同之处在于：

SRAM是静态随机存取存储器的缩写(static random access memory)通常用作系统的高速缓冲存储器。它的速度很快但是价钱昂贵。SDRAM是同步动态随机存取器，速度慢一些，但价格便宜，容量一般做的比较大，计算机系统如家用PC常用到它，如果某些系统所需RAM容量比较大，要求的速度不是那么快，就可以用到它。

FLASH通常用来存储下载资料，名片、记事本等。我们使用的有1M、2M、4M字节等.这里有几个换算公式，1兆（M）=1k*1k=1024*1024,1字节=8位。FLASH大致分为两种类型，一种是NOR FLASH,一种是NAND FLASH.NOR FLASH就是我们现有的字典的所用的FLASH,如果我们打开机器，我们能看到有印着SST39VFxx的就是，其中SST39VF080是8兆位的，也就是1兆字节。SST39VF016是16兆位的，也就是2兆字节。NAND FLASH一般用做大容量存储，如MP3,U盘等,NAND FLASH同NOR FLASH相比，NAND FLASH出错的几率要高一些，但NAND FLASH可以做到很大容量，现在我们一般用的有128兆和256兆的。对于同样容量的FLASH来说，NAND FLASH要便宜很多。MASKROM通常用做大容量资料存储，相对于同容量的SRAM或FLASH,MASKROM的价格是最便宜的。MASKROM里的MASK是指的一种工艺方法，叫做掩膜。通过这种方法把要存储的内容在ROM的生产厂家一次性的写入到所有的ROM中。这种生产出来的ROM就叫做掩膜只读存储器。ROM的生产厂家还提供另外一种叫做OTP(ONE TIME PROGRAMMABLE)的ROM，这种ROM不需要掩膜，可以一次性烧录，生产的数量可以是几个，生产周期也快很多。降低了风险。但在价格上比MASKROM要稍贵一些。EPROM(ERASABLE PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORY)是指可用紫外光擦除的可编程的只读存储器，它里面的内容可用紫外光照射的方法来擦除，擦除掉内容后可以编程。容量不大，封装比较麻烦，要保证芯片的表面可以让紫外光照到，封装出来后体积比较大，一般用来进行工程开发或使用在对体积要求不高的场合，在成型产品上基本没有使用。

3．电源及低电压检测

电源系统在电子词典中的作用就相当于我们人类的心脏，它给我们的系统提供恒定的源源不断的动力供应。我们所用的电子器件都有一个使用的电压范围（不同的器件，有不同的电压范围），通常为2.7伏到3.6伏之间，超过这个范围，就有可能造成系统的不稳定，资料的丢失，甚至芯片的损坏。而我们的电池电压是不固定的，新电池两节大约在3.2伏左右，用的时间长了，电压就降下来了，我们的电源模块就是确保整个系统总是工作在固定的电压范围上。电池电压经过电源模块稳压以后，出来的就是我们需要的电压了。一般为3.0伏或者3.3伏。但电池用到一定的时候确实电不多了，电池电压为某一个值以下时，我们的电源模块也颇感吃力，提供不了那么大的功率输出，只能干一些轻松的工作的时候，就要采取一定的措施了，比如提示报警、禁止发音、禁止游戏等等。不然的话，这些非常消耗电能的工作会拉低我们系统的电压，造成死机，资料丢失。以使用两节7号碱性电池的机器来说，这个检测电压在2.3伏左右。电池电压低于2.3伏，机器就会自动检测到，然后一些比较耗电的工作就会被禁止了,同时提示用户。当电池电压低到一个更低的值时，电源系统已经不能保证任何功能的安全运行了，为了保护资料及系统，这时就要由系统强行关机了，这一级检测就是我们通常所说的关机电压检测。同样以两节7号碱性电池的机器来说，这个电压点一般在2.0伏左右。

4．键盘

键盘就是按的键，通常包括复位键，开关键，方向键，２６字母，数字，符号，退出，输入以及一些常用的快捷键，如目录、发音等等。

5．显示模块

LCD是Liquid Crystal Display的缩写，中文名称为液态晶体显示器，我们有时简称为液晶，由于它的构造大致是由两块玻璃中夹着液态晶体构成，外表看也象玻璃一样，所以也有人把LCD叫作玻璃。通常LCD需要专用的集成电路（IC－Integrated Circuit）也就是芯片来驱动它工作，这个专用的芯片就是LCD Driver,有的主控制器本身有可以直接驱动LCD的功能（或者说把主控制单元和LCD的驱动单元做在一个芯片上了），就不需要再外接LCD的驱动芯片了，我们的新英汉2280的MCU就是这样。但大多数MCU不具备这种功能，都需要外接独立的LCD驱动芯片，如A系列等.有关显示方面的具体介绍请参考LCD显示原理与维修部分。

6．发音部分

电子词典的发音通常分为两种，真人发音和合成发音。真人发音是把要发的音录下来，进行压缩处理存下来，发音的时候就先进行解压缩，再播放出来。这种发音方法占用的存储空间非常大。发音单词的数量和所需的存储空间是成比例的，能发音的单词越多，所需空间越大，机器成本越高，但相对来说，语音清晰一些。合成发音简单来说是指单词的发音是由各部分合成而来。不需要对每个单词进行录音，只需要对各个音标（或者说单词的各部分）录音，这些音标可以用在很多的单词里面，音标只有那么多，所以相对来说，他所占用的存储空间非常小。而且几乎所有的单词都可以发音。这种发音方法的发音质量相对来说要差一点。

三、如何判断词典质量的好坏判断一台电子词典质量的好坏，应该从三个方面检验：

1、是抗震性。我们知道，平时机子磕磕碰碰是在所难免的，所以抗震性就非常重要。这款词典采用了专业的抗震技术。

2、是工艺先进。步步高电子词典采用手机COG工艺，屏幕与主机之间减少了上百根像头发丝那样细的电子线路。同时，在上、下盖之间采用了高强度的柔性材料，就这样弯折2万次都不会有问题。

3、是经过18道严酷的试验。例如：低温实验，在“—10℃”这种极端恶劣的环境下正常工作两小时；从而保证电子词典在各种情况下正常工作。

第二节 电子词典原理分析

作为新的技术人员想了解电子词典的工作原理，要从最基础的部分入手，首先要清楚的词典的基本组成和简单的电路的工作原理，特别是各信号程序的流程。下面我们从两个代表机型入手，给大家讲解原理分析：

1、整机方框图和电路组成介绍：

一BA739的原理分析

该机型采用的是ST2100方案的MCU，外围电路衔接简单，耗电低和易维修，ST2100方案应用在BA717、BA727、BA737、BA739机型，工作原理基本一样，其中在BA717和BA739采用的MCU增加了IO口，同时也增加了发音功能。下面我们主要介绍各个单元电路的工作原理。

1、方框图组成：

一单元电路分析

1.1、电源电路：BA739整机方框图

在电子词典电路可中CPU通常采用3V或3.3V供电，而本机采用锂电池(3.7V/260MAh)供电电压远远高于3V，这样就不能满足CPU的供电要求，于是我们采用了稳压电路，将锂电池供给的电压稳定到3V左右，不受负载和供电的影响而波动太大。U4为稳压IC，其内部相当于一个三端稳压电路，第②脚为电源输入脚，第①脚为地线，第⑤脚为开关脚，第④脚为空脚，第③脚为电源输出脚。电路如下图:电源电压或锂离子电池电压经电容C5虑波后加到送到U4的②脚，从③脚输出一个稳定的3V电压经电容C6虑波后给后级供电。

1.2、低压检测电路:

机器在工作时，随着电池电压的逐渐消耗，当电池电压低到一定程度时，就会无法提供给CPU正常工作电压，机器就会自动关机。这期间就需要一个电路能够告诉用户电池电量情况，同时提醒用户需要充电了。电路如右图POWER+为电池的正端，PA2为MCU电池检测输入端，当供电电压低于低压检测IC的设定值时，低压检测IC输出低电平，MCU检测到此低电平时，由内部控制器控制显示低电压，在一定时间后机器将自动关机。

1.3、复位电路：

复位电路的作用主要是将CPU重置归零，按复位的方式来分，有上电复位和手动复位两种。上电复位即机器装上电池时，机器自动复位一次，手动复位即机器出现程序混乱或其它原因时，通过手动的方式将机器重置归零，机器复位一次。同时又有高电平复位和低电平复位两种。在电子词典电路中，机器采用了低电平复位的方式，复位脚保持高电平，低电平时机器复位。如右图C3为复位电容，RESET为手动复位开关。当MCU上电时通过其内部上拉电阻给电容C3进行充电由于电容两端电压不能突变那么复位端为低电平随着电容的充电复位电压接VCC电压MCU进行清零复位，。当由于其它原因机器无法正常启动我们采用手动复位将复位电压强制为零从而MCU进行清零复位。

1.4、时钟电路：

TS2100拥有两组时钟电路，一组是由石英晶体32.768KHZ构成的实时时钟，另一组是陶瓷振荡器系统时钟为CPU的主频时钟。在机器待机时32.768KHZ晶振提供时间的时序时钟信号；在机器工作时，陶瓷振荡器提供时序时钟信号，主频接近2M。

1.5、存储器电路：

在电子词典里常见的存储芯片有三种：MASKROM(Masked Read-Only Memory)掩膜只读存储器，FLASH闪存和SRAM（Static Random-Access Memory）静态随机存取器。它们是通过不同的工艺制造出来的，功能也不尽相同。SRAM这种芯片也可以任意修改里面的内容，但是在掉电的情况下，它里面的内容会全部丢失。通常我们的电子词典里有很多内容，如词典、游戏等很多资料，通常我们把不需要更改的资料放在MASKROM里如朗文词典。需要更改的资料存放在FLASH里面，如名片，记事本等。SRAM里存放的不是我们通常可以看到的资料、文件，它存放的东西是我们的程序运行时建立的一些临时的标志，中间数据等。有时候MCU里的东西放不了啦，暂时寄存在它这里一下，也可以说是一个中转站。这个中转站主要是给我们的程序用。如果拿电脑来打比方的话，SRAM相当于电脑的内存，MASKROM相当于光碟，只读不写，FLASH相当于硬盘，可读可写。在电子词典里FLASH用来存储下载资料、名片、记事本等。而MASKROM主要用来存放程序与字库等资料。与MCU通讯与下图：

1.6、发音电路：

发音电路是由U2 SPDS102A、U3 LM4892与扬声器等组成，U2是一个D/A转换控制电路，LM4892在电路中主要起到功率放作用电路如下图。在词典中语音信息存储在存储器中，存储的是数字信号，CPU处理后不能直接还原成声音，在电路上首先要做的是将数字语音转换成模拟语音，再用功率放大器将信号放大，推动扬声器还原成声音。我们把实现数字语音转换成模拟语音的电路称为D/A转换器，简写为DAC（系Digital-Analog Converter的缩写）。

①、SPDS102A-E主要功能脚的作用：SPDS102A-E的1、4、6脚是MCU输出的到102A的发音输入脚，第2脚是复位脚，复位是和复位开关相连，当操作复位键时，就可以把D/A转换器内的残留数据和残留程序进行复位，以免影响下次使用的效果。第7脚是外接RC振荡电路，由振荡电路提供102A数据转换的时钟，改变RC就可以改变发音的快慢。第14脚是D/A转换音频信号输出端，输出后进入后机功放进行放大。第5、11、16脚都是接地脚，而11脚是数字接地端，影响不大，所以两种地线没有分开；

②、发音工作原理：在词典目录下进入词典界面输入想要查找的单词后，MCU到MASKROM中调出语音数据如果此单词有语音数据则调出的语音数据暂时的存放在CPU的暂存器RAM里，并有音标显示，若此时当按下发音键时，CPU将从暂存器里调出数据输入到U2 SPDS102A进行D/A转换，同时CPU（41）PC7脚输出一个低电平控制U3 LM4892功放的第（1）脚，使功放电路处于发音状态。转换后的音频信号由于SPDS102A（14）、（12）脚输出至U3 LM4892的（4）脚输入，经内部功率放大，由U3的第（5）、（8）脚输出推动扬声器还原出声音。

③、发音电路信号流程：当按下发音键，CPU从MASKROM里将此单词数据调出，送到SPDS102A进行D/A转换，转换后的模拟信号从SPDS102A的14、12脚输出；14脚输出信号经过电阻R43、R4、C9组成的滤波网络进行滤波，然后由电容C10耦合、R5衰减送到U3 LM4892的4脚；经内部功率放大后由5、8脚输出，送到扬声器还原出声音。

1.7、键盘电路：

键盘接口采用行列扫描方式。输入口为PA…PA7；输出口为PB5…PB7和PC0…PC6。电路如下图：其中输入口为内部上拉，外部PCB电阻无须焊接。工作原理：平时键盘输出口都输出低电平，当有任意键按下时，键盘输入口产生中断信号。首先，我们读取输入口对应积存器，确定被按下的键处在那一行；然后针对该行的每一列做一次单独扫描（即对该列对应输出位输出低电平，其余输出高电平），确定被按下的键所处的列即可。

1.8、显示电路：

①液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称LCD)是电子词典上一个非常重要的部件，是电子词典与用户视觉沟通的必要条件，它的好坏直接影响电子词典的使用。同时它也是一个比较娇贵的器件，在我们的维修中LCD的故障大概占到我们所有坏机的一半以上。下面就LCD的显示原理做一个简单的介绍，并针对LCD显示相关的故障讲讲如何进行快速有效的维修。

LCD的基本结构简介：

液晶，是一种在一定温度范围内呈现不同于固态、液态，又不同于气态的特殊物质态，它既具有各向异性的晶体所特有的双折射性，又具有液体的流动性。液晶由于它的各向异性而具有的电光效应，尤其扭曲向列效应和超扭曲效应，所以能制成不同类型的显示器件。下面就介绍液晶的结构和显示原理：

LCD主要由上下偏光片、反光片、玻璃基板、液晶材料和ITO电极等组成。

图中所表示的是最常用的TN（扭转式向列场效应型）液晶显示器的简易构造图，它包括了垂直方向与水平方向的偏光片、具有细纹沟槽的定向层、液晶材料以及带ITO导电层的玻璃基板。在不加电场的情况下，入射光经过偏光片后通过液晶层，偏振光被分子扭转排列的液晶层旋转90度，离开液晶层时，其偏光方向恰与另一偏光片的方向一致，因此光线能顺利通过，整个电极面呈光亮无显示。当加入电场的情况时，每个液晶分子的光轴转向与电场方向一致，液晶层因此失去了旋光的能力，结果来自入射偏光片的偏光，其偏光方向与另一偏光片的偏光方向成垂直的关系，则光线无法通过，电极面因此呈现黑暗的状态，就是我们能看到的有显示的状态。这样所得到光暗对比的现象，叫做扭转式向列场效应，简称TNFE（Twisted Nematic Field Effect）。在电子产品中所用的液晶显示器，几乎都是利用扭转式向列场效应原理所制成

②、显示驱动电路

根据前面的介绍，要在LCD上显示内容，必须在相应的电极上加上一定的电压，当这一电压超过液晶的阀值电压(Vth)时，液晶分子的取向就会发生变化，从而改变显示的状态。这一电压可以是交流或直流电压，但长期在电极加直流电压会导致液晶老化，缩短其寿命。所以在正常使用的过程中都是加的交流电压。我们在分析坏机时可以短时间利用万用表的直流电压点亮LCD。LCD相关的工艺介绍：LCD的正常显示离不开驱动电路，驱动电路与液晶显示器件的连接常见的有以下几种:(1).COB+斑马纸：COB是Chip On Board的缩写，即芯片被邦定(Bonding)在PCB上。Bonding是一种高频焊接工艺，采用铝线或金线将驱动芯片的引脚和PCB板上的金手指连接在一起，此连接通过黑胶密封固定在PCB板上。邦定后再通过PCB上的铜皮走线连接到PCB边缘的长金手指上，PCB边缘的金手指和LCD玻璃基片边缘的ITO连接口是一一对应的，它们通过斑马纸利用热压(Heat Seal)工艺连接在一起，这样就完成了从IC驱动输出端口到LCD显示电极之间的电气连接。这是一种现在比较流行的生产方式，COB模块的生产成本比SMT较低，还可减小模块体积，目前在电子词典上被广泛应用。本机显示驱动有两个U11、U12（ST210）组成。COM1（33脚）--COM19（51脚）、COM2053（52脚）--COM4881（80脚）是横线驱动，SEG1412（1脚）--SEG32（32脚）是坚线驱动。由ST2100控制ST2101各种驱动方式，调整R（21、22、24、25）可改变V1—V5的电压调整LCD整体均匀度。而改变R23电阻的阻值可直接改变LCD显示深浅。C21—C26为ST2101晶片的外接升压滤波电容。

1.9 MCU电路

CPU即中央处理器，是单片机的核心部件，国外又称“MCU”，为Main Control Unit的缩写。它相当于人的大脑，指挥着各个单元电路协调工作。CPU内部包含有运算器、控制器、存储器等。在电子词典电路中常见的是八位的CPU，本机采用ST2100方案。采用此方案的还有BA727、BA737、BA717，但是词典的功能有些区别，根据软件和外扩充硬件的支持，BA739和BA717增加了发音功。

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