【正文】 M7128SLC8415 的延時(shí)比較穩(wěn)定， 同時(shí)學(xué)校 實(shí)驗(yàn)室 關(guān)于Altera 公司的軟件設(shè)計(jì)技術(shù)較成熟。主要包括： （ 1） 邏輯陣列塊（ Logic Array Blocks， LAB）； （ 2） 宏單元（ Macro Cells）； （ 3） 擴(kuò)展乘積項(xiàng)（共享和并聯(lián)）（ Expender Product Terms）； （ 4） 可編程連線陣列（ Programmable Interconnect Array， PIA） ； （ 5） I/O 控制塊（ I/O Control Blocks）。 邏輯陣列實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能，給每個(gè)宏單元提供 5 個(gè)乘積項(xiàng)。雖然乘積項(xiàng)驅(qū)動(dòng)觸發(fā)器的置位和復(fù)位信號(hào)是高電平有效，但是在邏輯陣列中可將信號(hào)反相，得到低電平有效的控制。 （ 4）可編程連線陣列 通過 PIA 的可編程布線通道，把多個(gè) LAB 相互連接，構(gòu)成所需的邏輯。當(dāng)三態(tài)緩沖器的控制端接到地（ GND）時(shí)，其輸出為三態(tài)（高阻態(tài)），而且 I/O 引腳可作為專用輸入端使用；當(dāng)三態(tài)緩沖器的控制端接到 電源（ VCC）時(shí)， I/O 引腳處于輸出工作方式 [8]。將 ISD1420 的 A0～ A7 與 CPLD 的 I/O 口連接，這樣可單獨(dú)提取 160 段語音信息，并在軟件的支持 下可自動(dòng)組合成若干段完整的長短語句。利用它，語音和音頻信號(hào)被直接存儲(chǔ)，以其原本的模擬形式進(jìn)入 E2PROM存儲(chǔ)器。 ●零功率信息存貯，省掉備用電源。 ISD1420除 A3外 ，其余均為空腳 (NC)。當(dāng)以 差分形式連接話筒時(shí)，可減小噪聲，提高共模抑制比。 該端可直接驅(qū)動(dòng) 16Ω以上 喇叭，可利用單端輸出驅(qū)動(dòng)喇叭，也可采用雙端輸出驅(qū)動(dòng)喇叭。 （ 9） RECLED： 發(fā)光二極管接口 。 （ 12） REC： 錄音觸發(fā)端 。模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應(yīng)量靠近芯片。 （ 2） 當(dāng) PLAYE、 PLAYL或 REC變?yōu)榈碗娖剑瑫r(shí) A A7為高電平時(shí)，執(zhí)行地址線所對(duì)應(yīng)的操作模式。當(dāng)這個(gè)操作模式完成時(shí)，錄放的所有信息就作為一個(gè)連續(xù)的信息放出。 A A5：未用 。分段放音時(shí)，先將 S5 打向“PLAY” ，中需按下相應(yīng)的 S1～ S4 鍵就可以播放出不需要接編碼隔離二極管，地址輸入端 A0～ A7 直接連 CPLD 控制芯片、計(jì)算機(jī)的 I/O 口。 圖 LM386 的引腳圖 LM386 的電路特性 [12]： （ 1） 靜態(tài)功耗低，約為 4mA,可用于電池供電 ； （ 2） 工作電壓范圍寬， 412V 或者 518V。 圖 CD4511的 引腳圖 [14]。 當(dāng) LE=0 時(shí)，允許譯碼輸出 ； LE=1 時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在 LE=0 時(shí)的數(shù)值 。 共陰極字段碼 LED 顯示 0～ 9 某個(gè)字符時(shí)，則要求在 a～ dp 送固定的字段碼，如要使 LED 顯示 “0”,則要求 a、 b、 c、 d、 f 各引腳為高電平， g 和 dp 為低電平，字段碼為 “3fh” 。有源晶振是要外加電源的 ,而且不用外加 電容 ,它的輸出信號(hào)比較的強(qiáng) ,一般用示波器是可以明顯的看到的 .無源的晶振不要外加電源 ,但是必須使用兩個(gè)合適的電容 ,這個(gè)比較的麻煩 ,如果電容不對(duì)應(yīng)的話 ,晶振很可能不工作 ,而且信號(hào)不是很強(qiáng) ,用示波器看的話 ,示波器的管腳接上去晶振可能就不工作了 ,所以晶振到底是否工作不好判斷 。按鍵 ADD、 SUB、 REPEAT、CLEAR 都有 3 個(gè)功能，第一個(gè)功能是前面講的修改主控模塊輸出的語音地址 ，第二個(gè)功能是使主控模塊輸出的語音地址清零以便從該條信息的第 1 段開始播放，第三個(gè)功能是通過主控模塊產(chǎn)生一個(gè)下降沿語音播放信號(hào) PLAY_E，該信號(hào)連接到語音芯片的邊沿觸發(fā)放音控制端 PLAYE，使語音芯片開始播放語音信息。 每個(gè)按鍵開關(guān)由一個(gè) 1k?的電阻上拉至 5伏的電源。這些按鍵均與 EPM7128SLC8415 芯片的 IO 端口相連，分別實(shí)現(xiàn) 加、減、清零、重復(fù)、錄音、放音功能。每個(gè)開關(guān)的另一端均與地相連， A0~A7通過 1k的電阻上拉至電源。根據(jù)分析，一個(gè)全長九站的線路，語音信息分 18段存儲(chǔ)即可，分段表如 表 。配以外圍器件，如喇叭，播鍵開關(guān)等。共陰七段 LED 數(shù)碼管的 A、 B、 C、 D、E、 F、 G 端口分別和 CD4511 的 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G 端口直接相連。 圖 顯示模塊 編程下載接口模塊 為了使系統(tǒng)的調(diào)試和更新更加方便，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了編程下載接口模塊。 PLAY_E 是觸發(fā)語音播放的輸出端； A[7:0]是地址輸出端，用于給語音芯片播放時(shí)提供語音地址； BCD[3:0]是驅(qū)動(dòng)顯示譯碼的輸出端，用于同步顯示汽車到站信息。結(jié)合系統(tǒng)原理總圖（系統(tǒng)原理總圖見附錄 ），對(duì)系統(tǒng)的總體功能描述如下： DIP 8 路開關(guān)用來給語音芯片送入 地址 碼 ，方便語音芯片 ISD1420 錄音。 將 P_N_SELECT 單刀雙置的開關(guān)與電源接通時(shí)，與 SUB 鍵結(jié)合可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)反向播報(bào)；與地接通時(shí)與 ADD 鍵結(jié)合可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)正向播報(bào)。確認(rèn)無誤后就可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)板測(cè)試了。同理對(duì)其他芯片 也 要嚴(yán)格按照芯片的實(shí)際引腳進(jìn)行連線。當(dāng)?shù)?1 段語音信息播放完后 ， ISD1420 將輸出PLAY_END 信號(hào) ， PLAY_END 信號(hào)又可以觸發(fā)十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器 ， 同時(shí) PLAY_END信號(hào)還將產(chǎn)生 語音播放信號(hào) PLAY_E， 該信號(hào)作用于語音芯片 ISD1420 后又使 語音芯片開始播放語音信息。最后通過下載線纜下載到在系統(tǒng)可編程芯片EPM7128SLC8415 中。 系統(tǒng)的幾乎所有控制邏輯均由 CPLD 實(shí)現(xiàn)， 其邏輯框圖如 圖 所示 。表示分鐘 A B C D2， A B C D3 的 8 個(gè) BCD 碼數(shù)據(jù)輸入端分別與 EPM7128SLC8415 芯片的 ， 表示秒 A B C D4， A BC D5 的 8 個(gè) BCD 碼數(shù)據(jù)輸入端分別與 EPM7128SLC8415 芯片的 用來接收由控制模塊送入的地址信號(hào) 。 LM3686的 2號(hào)、3號(hào)端口分別與 ISD1420芯片的 1 14端口通過一個(gè) 100K的電阻和一個(gè) 地相連。當(dāng)錄音停止或存儲(chǔ)器錄滿時(shí)， LED熄滅。具體的地址對(duì)應(yīng)的語音內(nèi)容如下所示。即每個(gè)語音段有一個(gè)首地址 , 通過改變DIP 開關(guān)位置 , 便可實(shí)現(xiàn)地址編碼。 EPM7128SLC8415芯 片 的 1 2 3 4 5 6 78腳接 5伏電源， 13 4 4 5 7 82腳接地。 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 系統(tǒng)硬件模塊劃分圖 主控模塊 為了使系統(tǒng)具有在系統(tǒng)可編程功能，本設(shè)計(jì)選用了在系統(tǒng)可編程芯片EPM7128SLC8415，并且為了系統(tǒng)更新方便，該芯片還外接了編程下載接口，可直接用下載電纜對(duì)芯片進(jìn)行下載更新，提高了芯片的更新速度。另外通過按鍵選擇還可以用做跑表計(jì)時(shí)。 4 只引腳，是一個(gè)完整的振蕩器，其中除了 石英晶體外，還有晶體管和 電 容元件 ,不需要 片 內(nèi)振蕩器，信號(hào)質(zhì)量好，比較穩(wěn)定，而且連接方式相對(duì)簡(jiǎn)單 ,不需要復(fù)雜的配置電路 。 圖 數(shù)碼管外形和引腳 LED 顯示器有共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，下面只介紹共陰極結(jié)構(gòu)。它主要用來檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。以下將詳細(xì)介紹 CD4511和 LED七段顯示器 的性能 [14]。 LM386 的外形和引腳的排列如圖所示 [13]。錄放時(shí)，將 S5 打致 “REC” ，再按住 S1， LED 亮就開始錄音，錄音時(shí)間致 2 秒時(shí)就必須松一下 S1,否則下一段無效。 A4可防止地址計(jì)數(shù)器復(fù)位，使得信息連續(xù)不斷地 放出。 A1：用于刪除 EOM 標(biāo) 志（僅用于錄音工作狀態(tài)）。 0 地址是 ISD1420 存儲(chǔ)空間的起始端，后面的操作可模擬模式的不同，而從不同的地址開始工作。 （ 14） VCCD、 VCCA： 數(shù)字電路電源正端和模擬電路電源正端 。 當(dāng)該端電平變低并保持，電路進(jìn)入放2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 音狀態(tài)，放音結(jié)束后電路進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。工業(yè)級(jí)芯片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi)， 頻率變化在 +5%內(nèi)，建議使用穩(wěn)壓電源 。 AGC的響應(yīng)時(shí)間是由 AGC內(nèi)阻抗(5kΩ)和外部電容 C來決定的；釋放時(shí)間是 C和 R的 RC時(shí)間常數(shù)決定的。 （ 3） MIC REF： 駐極體話筒參考輸入端 。 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 （ 2） 電氣特性 [10]： ●工作電壓 VDD： 5V. ●靜態(tài)電流 ISTB：典型值 ，最大值為 2181。 （ 1） 特點(diǎn) [10]： ●所需外圍元件少，電路簡(jiǎn)單，操作方便。最小的錄放系統(tǒng)僅由一個(gè)麥克風(fēng)、一個(gè)喇叭、兩個(gè)按鈕、一個(gè)電源和少數(shù)電阻電容組成。 ISD1420 與計(jì)算機(jī)、 CPLD 相結(jié)合，應(yīng)用前景十分廣闊。它的使能端由 OE1n， OE2n 及 VCC， GND 信號(hào)中的一個(gè)控制。它是由宏單元提供一個(gè)未使用的乘積項(xiàng)，并把它們反饋到邏輯陣列，便于集中管理使用。另外，也可以將觸發(fā)器旁路，實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能。 LAB 的輸入信號(hào)有： ① 來自 PIA 的 36 個(gè)信號(hào)； ② 全局控制信號(hào)； ③ I/O 引腳到寄存器的直接輸入通道 [9]。 圖 EPM7128SLC8415 引腳圖 表 EPM7128SLC8415 各管腳功能表 名稱 管腳 功能 I/O 4～ 4 44～ 66 6 6 70、73～ 81 輸入 /輸出端口 INPUT/OE2/GCLK2 2 輸入 /輸出使能信號(hào) /時(shí)鐘 VCC 1 2 3 電源端 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 4 5 6 78 GND 1 3 44 5 7 82 接地端 INPUT/OE1 84 輸入 /輸出使能信號(hào) INPUT/GLCR 1 輸入 /清除 TDI 14 isp 編程信號(hào)控制線 /專用輸入 TMS 23 isp 編程信號(hào)控制線 /專用輸入 TCK 62 isp 編程信號(hào)控制線 /專用輸入 TDO 71 isp 編程信號(hào)控制線 /專用輸入 圖 Max7000 系列 84 引腳 PLCC 封裝芯片的管腳焊接點(diǎn)排列 在本設(shè)計(jì)中不管是制作實(shí)驗(yàn)板還是 PCB 板，都要嚴(yán)格遵守圖 芯片的管腳焊接點(diǎn)排列情況。 考慮成本問題， 設(shè)計(jì) 原 打算選擇 ISPLSI 1032E 芯片，該芯片是美國 Lattice 半導(dǎo)體公司研制的新一代復(fù)雜可編程邏輯器件 CPLD，是目前市場(chǎng)上功能較強(qiáng)、產(chǎn)品性能優(yōu)良、開發(fā)設(shè)計(jì)方便易用的可編程邏輯器件之一 [8]。 Lattice 公司于 20 世紀(jì) 90 年代初推出的高性能大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷啥仍?1000~25000 門，管腳到管腳（ PintoPin）延時(shí)最短可達(dá)，系統(tǒng)工作速度最高可達(dá) 180MHz。而多功能電子秒表的整點(diǎn)報(bào)時(shí)是用一個(gè)開關(guān)來控制。VHDL 程序?qū)φZ音芯片的控制是通過下載電纜下載到 CPLD 芯片中實(shí)現(xiàn)的。 結(jié)合以上論述，初步確定硬件設(shè)計(jì)方案如下： 通過外部的按鍵控制，它可以實(shí)現(xiàn) 起 /停 、 清零 、 功能轉(zhuǎn)換、 復(fù)位 ； 有 調(diào)時(shí) 、清零、錄音、 報(bào)時(shí) 、地址選擇功能， 可以對(duì) 秒表的時(shí)間 進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)整 ， 同時(shí) 準(zhǔn)確顯示在 LED上 ， 通過功能準(zhǔn)換也可以將跑表的時(shí)間顯示在 LED 上， 使用戶可以一目了然。 2． 研制開發(fā)費(fèi)用低，不承擔(dān)投片風(fēng)險(xiǎn)，使用方便。 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2 章 硬件設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 本 次設(shè)計(jì)的 課題是關(guān)于 多功能電子秒表的 系 統(tǒng) 設(shè)計(jì)，它除了具有一般的 鐘表的時(shí)間顯示外， 還集智 能化、新穎化與人性化于一體。 用戶根據(jù)電路圖的需要，將零件從零件庫里取出放置到圖紙上，并對(duì)放置零件的序號(hào)、零件封裝進(jìn)行定義和設(shè)定等工作 [5]。在這一過程中，要充分利用 Protel 99SE 所提供的各種原理圖繪圖工具、各種編輯功能，來實(shí)現(xiàn)我們的目的，即得到一張正確、精美的電路原理圖。 硬件設(shè)計(jì)工具 設(shè)計(jì)原理圖和 PCB 圖均使用 Protel 99SE 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。編程時(shí)僅需一根接口電纜，便可將命令和數(shù)據(jù)下載到 ISP 器件 [4]。 EDA 技術(shù)的應(yīng)用廣泛，現(xiàn)在已涉及到各行各業(yè)。外設(shè)技術(shù)與 EDA 工程相結(jié)合的市場(chǎng)前景看好，如組合超大屏幕的相關(guān)連接，多屏幕技術(shù)也有所發(fā)展。 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 中國 EDA 市場(chǎng)已漸趨成熟，不過大部分設(shè)計(jì)工程師面向的是 PC 主板和小型 ASIC領(lǐng)域，僅有小部分（約 11%） [2]的設(shè)計(jì)人員 開 發(fā)復(fù)雜的片上系統(tǒng)器件。目前 EDA 技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學(xué)部門廣泛使用。 EDA 設(shè)計(jì)可分為系統(tǒng)級(jí)、電路級(jí)和物理實(shí)現(xiàn)級(jí)。要大力推進(jìn)制造業(yè)信息化，積極開展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工程（ CAE）、計(jì)算機(jī)輔助工