【正文】 藝（ CAPP）、計(jì)算機(jī)機(jī)輔助制造（ CAM）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（ PDM）、制造資源計(jì)劃（ MRPII）及企業(yè)資源管理（ ERP）等。日本、韓國都有 ASIC 設(shè)計(jì)工具，但不對(duì)外開放 。 在系統(tǒng)可編程技術(shù) 在系統(tǒng)可編程（ ISP）技術(shù)及其器件是 90 年代迅速發(fā)展起來的一種新技術(shù)與新器件。在設(shè)計(jì)、開發(fā)過程中，設(shè)計(jì)的驗(yàn)證是必不可少的，它可以使設(shè)計(jì)者及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并加以修正，確保最終的設(shè)計(jì)無誤。 Protel 99SE 是一個(gè)基于 WINDOWS 平臺(tái)地 32 位 EDA 設(shè)計(jì)系統(tǒng) ,他具有豐富 多樣的編輯功能、強(qiáng)大便捷的自動(dòng)化設(shè)計(jì)能力 、 完善有效的檢測(cè)工具、靈活有序的設(shè)計(jì)管理手段 ,提供了極其豐富的原理圖元件庫 、 PCB 元器件庫以及出色的在線庫編輯和庫管理 、 良好的開放性 可以兼容多種格式的設(shè)計(jì)文件 。打開 Protel 99/ Schematic 后，首先要構(gòu)思好零件圖，設(shè)計(jì)好圖紙大小。 （ 5）調(diào)整線路 。 跑表功能時(shí)，可以同時(shí)記錄多人成績。 5． 通過 CPLD 開發(fā)的系統(tǒng)成熟后，可以進(jìn)行 ASIC（專用集成電路）設(shè)計(jì)，形成批量生產(chǎn)。 按照系統(tǒng)功能的要求，初步確定硬件 由按 鍵輸入模塊、時(shí)鐘模塊、 編程下載接口模塊 、主控模塊、報(bào)時(shí)模塊、錄音模塊、顯示模塊組成。當(dāng) 顯示的 時(shí)間不對(duì)時(shí)，按功能轉(zhuǎn)換鍵 KEY1,使其在 XX 狀態(tài)，即為調(diào)時(shí)狀態(tài)， 按 KEY0鍵來選擇分或者小時(shí)。 主控模塊在產(chǎn)生使得語音芯片調(diào)用語音信息信號(hào)的同時(shí)，通過軟件編程也將產(chǎn)生使得顯示模塊顯示的信號(hào)，使得 秒表 系統(tǒng)按 整點(diǎn)所報(bào)的時(shí)間將其 顯示出來 。該系列器件的集成度較高，性能價(jià)格比高，適合在一般的數(shù)字系統(tǒng)中使用，用于實(shí)現(xiàn)控制器、譯碼器等功 能 [7]。最后本設(shè)計(jì)選擇了 Altera 公司的在系統(tǒng)可編程芯片EPM7128SLC8415。 每個(gè)器件包含了 4 個(gè)專用輸入，即可用作通用輸入，也可作為每個(gè)宏單元和 I/O 引腳的高速、全局控制信號(hào)，如時(shí)鐘（ Clock）、清除（ Clear）和輸出使能（ OE）。 “乘積項(xiàng)選擇矩陣 ”分配這些乘積項(xiàng)作為到 “或 ”門和 “異或 ”門的主要邏輯輸入，以實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)；或者把這些乘積項(xiàng)作為宏單元中觸發(fā)器的輔助輸入，即清除、置位、時(shí)鐘和時(shí)鐘使能控制。此外，每個(gè)觸發(fā)器的復(fù)位功能可 以由低電平有效的、專用的全局復(fù)位引腳 GCLRn 信號(hào)提供。它能夠2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 把器件中任何信號(hào)源連接到目的地。 5． EPM7128SLC8415 的編程接口 為了使得整個(gè)系統(tǒng)便于更新和程序下載，系統(tǒng)為在系統(tǒng)可編程芯片外接了一個(gè) ISP的接口。 例如在 ISD1420 中分段存入 “解放碑 ”、 “兩路口 ”“下一站 ”等語音信息，在 CPLD 的控制下，通過與顯示電路配接，便可制成語音報(bào)站系統(tǒng)。直接模擬存儲(chǔ)允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語音的再現(xiàn)，不僅語音音質(zhì)優(yōu)美，而且具有斷電語音保護(hù)功能 [10]。 ●信息可保存 10 年以上，可反復(fù)錄放達(dá) 10 萬次之多。 ISD1420的地址輸入端具有兩個(gè)功能： ① 作為信息地址線用 (A6或 A7為低電平 )； ②作為操作模選擇用 (A6和 A7均 為高電平 )。 （ 4） ANA IN： 模擬信號(hào)輸入端 。雙端輸出信號(hào)的功率是單端的四倍。 當(dāng)錄音時(shí)，該端輸出低電平，發(fā)光二極管LED亮。 錄音期間該端必須一 直保持低電平 才有效 。 3. ISD1420 的操作模式 ISD1420 地址輸入 端具有雙重功能，根據(jù)地址中的 A A7 的電平狀態(tài)決定 A0～A7 的功能。這種操作模式一直執(zhí)行到下一個(gè)低電平控制輸入信號(hào)出現(xiàn)為止。 A3：用于循環(huán)重放信息（僅用于放音工作狀態(tài)）。 4. 典型應(yīng)用電路圖 圖 典型應(yīng)用電路圖 上圖是 ISD1420 典型應(yīng)用電路圖，圖中的 “PLAYL”、 “PLAYE”鍵只需選接一個(gè)即可，地址輸入端 A0～ A7 有效值范圍為 00000000～ 10011111,這表明最多可被劃分為 160個(gè)存貯單元，可錄放多達(dá) 160 段語音信息。 音頻功率放大器的選擇 為了使系統(tǒng)報(bào)站時(shí)語音清晰響亮，本設(shè)計(jì)增加了音頻功率 放大器 LM386。 LM3861 和 LM3863 的電源電壓為4~12V， LM3864 的電源電壓為 5~18V，本設(shè)計(jì)選用的是 LM3861； （ 3） 外圍元件少 ； （ 4） 電壓增益可調(diào)， 20200； （ 5） 低失真度。 圖 CD4511 引腳圖 其中 ， A、 B、 C、 D 為 BCD 碼輸入端。 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g：為譯碼輸出端，輸出為高電平 1 有效。 dp g f e d c b a 0 0 1 1 1 1 1 1 3fh 共陰極字符 0～ 9 七段碼如下： 字符： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 字段碼： 3fh 06h 5bh 4fh 66h 6dh 7dh 07h 7fh 6fh 圖 共陰極結(jié)構(gòu) 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 晶振的選擇 本課題中選擇了 4 腳有源晶振。 如果要求系統(tǒng)比較穩(wěn)定的話 ,如 CPLD、 FPGA 的晶振 最好 使用有源晶振是比較的合適的。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)作為主控模塊的另一個(gè)輸入端，將使語音信息地址指向當(dāng)前 條語音信息的第 2 段，同時(shí)PLAY_END 信 號(hào) 通 過主 控模 塊內(nèi) 部的 相應(yīng) 操作 后還 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。 EPM7128SLC8415芯片 的振蕩回路由一個(gè) 16MHZ的 4腳晶振 產(chǎn)生， 4腳晶振第 4腳接 5V電源， 2腳接地， 3腳接 EPM7128SLC8415芯片的 33腳。 為了實(shí)現(xiàn)語音可進(jìn)行人工錄入，設(shè)計(jì)中需要一個(gè) 8 路的 DIP 開關(guān)，用來在錄音時(shí)提供地址輸入。當(dāng) DIP開關(guān) 接通時(shí) ，產(chǎn)生低電平，即為二進(jìn)制中的 0；相反，當(dāng) DIP開關(guān) 斷開時(shí) ，產(chǎn)生低高電平，即為二進(jìn)制中的 1。 表 語音分段存儲(chǔ)內(nèi)容表 地址 (二進(jìn)制 ) 地址 (十進(jìn)制 ) 單元數(shù) 時(shí)間長度 (s) 內(nèi)容 0001 01 2 空白 0207 27 6 “前往 ” 080F 815 8 1 “小龍坎 ” 1017 1623 8 1 “石橋鋪 ” 181F 2431 8 1 “歇臺(tái)子 ” 2027 3239 8 1 “石油路 ” 282F 4047 8 1 “大坪 ” 3037 4855 8 1 “鵝嶺公園 ” 383F 5663 8 1 “兩路口 ” 4047 6471 8 1 “解放碑 ” 484F 7279 8 1 “終點(diǎn)站 ” 5057 8087 8 1 “所有 ” 585F 8895 8 1 “到了 ” 6067 96103 8 1 “下一站 ” 686F 104111 8 1 “需要在 ” 7081 112129 24 3 “下車的乘客請(qǐng)下車 ” 7481* 116129 24 3 “（下車）的乘客請(qǐng)下車 ” 8287 116129 24 3 “沙坪壩 ” 889F 136159 24 3 “的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備 ” 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 *其中 7481是 7081的子集，屬于同一個(gè)存儲(chǔ)段。 ISD1420的地址數(shù)據(jù)是由 EPM7128SLC8415芯片提供的。顯示模塊中，采用 CD4511 做硬件譯碼。該模塊通過專用下載電纜一端和 PC 機(jī)相連，另一端和主控模塊的 ISP 編程信號(hào)控制線 /專用輸入端口（ TDO、 TCK、 TMS、 TDI）相連。 值得注意的是 PLAY_END 輸入端不是一個(gè)按鍵輸入，而是語音芯片的輸出端，是低有效，該信號(hào)有效時(shí)表示當(dāng)前播報(bào)的一段語音信息已經(jīng)結(jié)束，利用該信息去觸發(fā)下一段語音信息的播報(bào)，就可以使需要播報(bào)的一條完整的語音信息連續(xù)流暢地播放出來。結(jié)合前面所講的具體語音芯片的地址對(duì)應(yīng)的語音內(nèi)容進(jìn)行人工錄音。 同時(shí)， EPM7128SLC8415 芯片也提供顯示譯碼器的地址輸入，使得系統(tǒng)可以在語音報(bào)站的同時(shí)進(jìn)行按站 數(shù)字 顯示站點(diǎn)。 板的制作 實(shí)驗(yàn)板制作并測(cè)試完成后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)和原理圖使用 PROTEL 99SE 軟件設(shè)計(jì) PCB 圖。芯片布局完成后就可以開始手工連線了，連線時(shí)要仔細(xì)，尤其是復(fù)雜可編程邏輯器件EPM7128SLC8415 芯片，該芯片的底座的針腳有兩層，很容易混淆，在接線前要使用萬用表測(cè)試芯片底座和芯片的引腳是怎樣聯(lián)系的，測(cè)試后發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖所示： 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 圖 EPM7128SLC8415 芯片引腳和底座對(duì)應(yīng)圖 對(duì) EPM7128SLC8415 芯片連線就嚴(yán)格按照上圖所示。不管按下其中的任何一個(gè)按鍵都可以使得主控模塊產(chǎn)生語音播放信號(hào) PLAY_E ，該信號(hào)通過EPM7128SLC8415 芯片的 58 腳連接到語音芯片的 邊沿觸發(fā)放音控制端 PLAYE ，使語音芯片開始播放語音信息。接著在軟件上實(shí)現(xiàn)引腳鎖定。軟件的設(shè)計(jì) 方案 如 圖 。故 CD4511的 和數(shù)碼顯示管各用了 6 個(gè)，其引腳綁定表示小時(shí) A0、 B0、 C0、 D0， A B CD1 的 8 個(gè) BCD 碼數(shù)據(jù)輸入端分別與 EPM7128SLC8415 芯片的 7 7 7 79 端口直接相連 。 報(bào) 時(shí) 模塊中采用了 LM386功 放對(duì)聲音進(jìn)行放大，使聲音更加清晰。本設(shè)計(jì)中用一個(gè)發(fā)光二極管連接到 RECLED 端， 當(dāng)錄音時(shí)， RECLED 端輸出低電平，發(fā)光二極管 LED亮。每錄完一次，再進(jìn)行下一次錄音前要調(diào)整好 DIP開關(guān)，產(chǎn)生合適的地址。對(duì)如下圖所示的錄音電路 , 先要把要報(bào)站的語音分為若干個(gè)小段 , 結(jié)合語音速度按字?jǐn)?shù)分配與之相應(yīng)的時(shí)間 , 最后按時(shí)間分配各自語音段的首地址。 EPM7128SLC8415芯片 的 7 7 7 79腳作為 CD4511的 BCD碼信號(hào)輸入端。 系統(tǒng)分為 鍵輸入模塊，時(shí)鐘模塊， 編程下載接口模塊 ， 主控模塊，報(bào)時(shí)模塊 ， 錄音模塊，顯示模塊。 元件清單 結(jié)合以上對(duì)主要芯片和主要芯片典型應(yīng)用電路的論述，本課題器件選擇 方案 如下： ⑴ EPM7128SLC8415CPLD ………………………………………………… 1 ⑵ 4MHZ 晶體振蕩器 …………………………………………………1 ⑶ 1 MHZ 晶體振蕩器 1 ⑶ ISD1420 單片 20 秒高保真語音錄放芯片 …………………………………1 ⑷ 話筒 …………………………………………………1 ⑸ CD4511 BCD七段顯示譯碼器 (共陰 ) …………………………………… 6 ⑹ LED 七段顯示器 (共陰 ) ………………………………………………… 6 ⑺ IDC10 isp 插座 …………………………………………………1 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 ⑻ DIP14 插座 …………………………………………………1 ⑼ DIP16 插座 ………………………………………………… 2 ⑽ DIP28 插座 ………………………………………………… 1 ⑾ PGA84_1313 插座 ………………………………………………… 1 ⑿ 電阻 ………………………………………………… 若干 ⒀ DIP 開關(guān) (8 路 ) ………………………………………………… 1 ⒁ 電容 ………………………………………………… 若干 ⒂ 8Ω 喇叭 ………………………………………………… 1 ⒃ Ф5發(fā)光二極管 ………………………………………………… 2 ⒄ 實(shí)驗(yàn)電路板（可安裝 PGA84_1313 插座） ……………………………1 ⒅ LM386 集成功放芯片 ………………………………………………… 1 ⒆ 按鍵開關(guān) ………………………………………………… 6 ⒇ DIP 開關(guān) (1 路 ) …………………………………………………1 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件模塊設(shè)計(jì) 模塊劃分 本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì) 的 多功能電子秒表 系統(tǒng)，通過按鍵控制 ， 使其具有數(shù)字鐘功能，可以較對(duì)時(shí)間的準(zhǔn)確，并同時(shí)具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。無源晶振需要用片內(nèi)的振蕩器，無源晶振沒有電壓的問題，信號(hào)電平是可變的，也就是說是根據(jù)起振電路來決定的 。 LED 顯示器 外形和引腳 見圖 [14]。 當(dāng) BI=1， LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為 1，不管輸入 ABCD狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示 “8”