【正文】 由于在本設(shè)計中要用到復(fù)雜可編 程邏輯器件 EPM7128SLC8415，我就選擇了可安裝 PGA84_1313 插座的實驗電路板來手工布線，進行系統(tǒng)性能測試。 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計都結(jié)束后 ，就可以進行編程下載，使得軟硬件結(jié)合，完成系統(tǒng)功能。 顯示模塊由小時 、分鐘、秒構(gòu)成。此時由DIP開關(guān)提供地址數(shù)據(jù)，通過麥克風(fēng)把報時語音信 號錄制到語音芯片中。 當(dāng)單刀雙置開關(guān)接通電源報時 ，當(dāng)接通地時選擇正報。當(dāng)?shù)诙蔚牡?8 段播放完后主控模塊將設(shè)法屏蔽 PLAY_END，即將 PLAY_END 置為高電平，使語音播放停止。 首先我們來了解一下有源晶振和無源晶振的區(qū)別 [14]。 當(dāng) BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。但在 1 腳和 8 腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至 200[13]。一條信息可以完全占滿存儲空間，那么循環(huán)就可以眾頭至尾進行工作，并由始至終反復(fù)重放。根據(jù) PLAYE、PLAYL 或 REC 的下降沿信號，地址輸入被鎖定。 （ 10） PLAYE： 邊沿觸發(fā)放音控制端 。 （ 5） ANA OUT： 來自駐極體話筒的輸入信號被放大輸出至該端，前 置放大器的電壓增益取決于 AGC電平，對于小信號輸入電平，其最大增益為 24dB。 ●較強的選址能力，可把存儲器分成 160 段來進行管理。 以下將詳細(xì)介紹 ISD1420 語音芯片的功能特性和應(yīng)用方法。 EPROM 單元控制 2 輸入 “與 ”門的一個輸入端 ，以選擇驅(qū)動 LAB 的 PIA 信號。這個 “可共享 ”的乘積項能夠連接到同一個 LAB 中任何其他乘積項上。 下面 具體介紹 EPM7128SLC8415。 復(fù)雜可編程邏輯器件的選擇 1. 各公司復(fù)雜可編程邏輯器件的特點 （ 1） Lattice 公司的在系統(tǒng)可編程芯片的特點 Lattice 公司是較早利用 E2COMS 技術(shù)制造可編程邏輯器件的公司之一，是世界上第一片 GAL 的研制者。若按下鍵則觸發(fā)主控模塊中由軟 件設(shè)計的相關(guān)部分，產(chǎn)生一個下降沿，進而改變輸入語音芯片 A0~A7 的地址和語音芯片的 PLAYE 端口，語音芯片根據(jù)輸入的地址進行尋址播報。 基于以上要求，總體設(shè)計方案如下： 本設(shè)計無論采用是采用單片機還是復(fù)雜可編程邏輯器件 作為控制核心 均可完成，但在比較了單片機和復(fù)雜可編程邏輯器件后，發(fā)現(xiàn)使用單片機 硬件連線復(fù)雜，可靠性差，且單片機的端口數(shù)目、內(nèi)部定時器和中斷源的個數(shù)都有限，在實際應(yīng)用中往往需要外加擴展芯片 [6]。 （ 2）設(shè)置 Protel 99/Schematic 設(shè)計環(huán)境 。這種軟件仿真可以非常方便地檢查設(shè)計的內(nèi)部節(jié)點，而測試向量和輸入激勵都可通過軟件編程實現(xiàn)。相信在不久的將來會有更多更好的設(shè)計工具有各地開花并結(jié)果。利用 EDA 工具，電子設(shè)計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計、性能分析到設(shè)計出 IC 版圖或 PCB 版圖的整個過程的計算機上自動處理完成 [1]。 傳統(tǒng)設(shè)計方法花費大量時間和精力在元件選配和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可行性定位上；現(xiàn)代電子設(shè)計方法以可編程器件為基片，使用計算機，通過軟件編程對芯片的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)進行構(gòu)造，還可以在線進行仿真、 測試和編程下載 [1]。據(jù)最新統(tǒng)計顯示，中國和印度正在成為電子設(shè)計自動化領(lǐng)域發(fā)展最快的兩個市場，年復(fù)合增長率分別達到了 50%和 30%[2]。 用 ISP 器件取代傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)集成電路、接口電路、專用集成電路已成為數(shù)字技術(shù)發(fā)展的趨勢。 設(shè)置 Protel 99/Schematic 設(shè)計環(huán)境，包括設(shè)置格點大小和類型，光標(biāo)類型等等，大多數(shù)參數(shù)也可以使用系統(tǒng)默認(rèn)值 [5]。這無疑對系統(tǒng)的設(shè)計帶來諸多不便。 系統(tǒng)采用 復(fù)雜可編程邏輯器件 控制語音芯片來實現(xiàn)語音報站的功能。該公司在 CPLD 的研制方面也取得很大進展，特別是于 1991年發(fā)明并率先推出在系統(tǒng)可編程（ ISP）技術(shù)，開拓了新一代的 PLD 器件。 2. EPM7128SLC8415 主要性能參數(shù) （ 1） 以第二代多陣列矩陣（ MAX）結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，是一種高性能 CMOS E2PROM 器件； （ 2） 通過 JTAG（ Joint Text Action Group 聯(lián)合測試組）接口可實現(xiàn)在線編程（ ISP），本設(shè)計中提供 JTAG 接口； （ 3） 邏輯密度為 2500 個可用編程門電路， 128 個宏單元； （ 4） 有 68 條可編程 I/O 口， TTL 邏輯電平為 5V 或 3V； （ 5） 引腳到引腳的邏輯延時為 ，計數(shù)器工作頻率可達到 ； （ 6） 有集電極開路選擇，可編程宏單元觸發(fā)器，具有專有的清除（ clear）、時鐘（ clock）、輸出使能（ OE）控制； （ 7） 與不同電源電壓的系統(tǒng)接口， VCCIO 引腳用于輸出緩沖器接到 5V電源時，輸出電平與 5V電源兼容， VCCIO引腳用于輸出緩沖器接到 ，輸出電平與 電源兼容， VCCINT 用于內(nèi)部電路和輸入緩沖器； （ 8） 包括一個 為保護設(shè)計者所有權(quán)而設(shè)的可編程加密位 ,全面保護專利設(shè)計，防止程序被復(fù)制和讀出 ； （ 9） 工作電壓： 5V ； （ 10） 封裝： 本設(shè)計采用 PLCC84 封裝形式（這里只介紹 PLCC 封裝，有其它封裝形式） ； （ 11） I/O 數(shù)： 64 ； （ 12） 宏單元 128 ； （ 13） 器件可選擇開漏輸出； （ 14） 可編程的節(jié)點模式，每個宏單元可節(jié)省 50％的功率； （ 15） 可配置的擴展乘積項分配，允許每個宏單元擁有多達 32 個乘積項； （ 16） 編程下載電纜： BitBlasterTM 串行下載電纜， ByterBlasterMVTM 并行口下載電纜（常用） MasterBlasterTM 串行通用串行總線（ USB）下載電纜 [8]。利用 MAX+plusⅡ 開發(fā)工具按設(shè)計要求自動優(yōu)化乘積項的分配。 可編程連線陣列的延時是固定的，因此， PIA 消除了信號之間的時間偏移，使得時間性能容易預(yù)測。 1. ISD1420 芯片功能特性 [10] ISD1420為美國 ISD公司出品的單片語音錄放電路。 ●具有自動省電模式，此時僅需 的保持電流。 （ 6） AGC： 自動增益控制端 。 當(dāng)該 端輸入一低脈沖，電路即進入放音狀態(tài)，直到結(jié)束，電路自動進入準(zhǔn)備狀態(tài)。如果 A A7 同為高電平時，它們即為模式位。 A4：連續(xù)尋址。輸入端以地位參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，在 6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為 24mW,使得 LM386 特別適用于電池供電的場合。 LT（ 3 腳 ）： 測試輸入端 。 2 個引腳的無極性元件，需要借助于時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號，自身無法振蕩起來 。這樣就達到了每條語音信息重復(fù)播放兩次的目的。 錄音模塊 ISD1420 的 160 段對應(yīng)著 160 個地址 , 由 A 0～ A 7 組合產(chǎn)生。檢測是否進入錄音狀態(tài)可以測 ISD1420的 RECLED 端是否變?yōu)檫壿嫷?。而在顯示部分我們采用的是靜態(tài)顯示。首先將編程下載電纜兩端分別連接計算機的通信接口和在系統(tǒng)可編程芯片的編程下載接口。首先是對主要芯片進行布局，實驗板中芯片布局主要依靠原理圖的構(gòu)圖，盡量做到方便以后手工布線和后期的檢查測試。 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 第 4 章 硬件 制作 與 調(diào)試 硬件 制作 在完成器件選擇和原理圖設(shè)計后，我進行了實驗板的制作。 具體軟件模塊設(shè)計見編寫軟件同學(xué)的論文 。 根據(jù) CD4511 的引腳說明和真值表， 將 CD4511 的 LT 端 （測試端） 接高， BI 端 （消隱輸入端） 接高電平， LE 端 （鎖定 輸出端） 接地。 在錄音時，我們把 ISD1420的 REC端接到 REC按鍵開關(guān)，以控制錄音使能。 基于報時功能的打開和關(guān)閉 ，選用一個單刀雙置開關(guān)，一端與 EPM7128SLC8415芯片的 12 腳相連， EPM7128SLC8415 芯片 的 12 腳在本設(shè)計中作為軟件編程的PNSELECT 所綁定的引腳，另一端分別和地、電源相連。以此類推，第 2 段播放完成后又將播放第 3 段、第 4 段直到第 8 段。具體原因如下 。 BI（ 4 腳 ）： 消隱輸入控制端 。 LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 為 20。 A3 可使存于存儲空間始端的信息自動地連續(xù)重放。如果 A A7 有一個低電平， A0～ A7 輸入全解釋為地址位，作為起始地址用，此時地址線僅作為輸入端，在操作過程中不能輸出內(nèi)部地址信息。當(dāng)錄音停止或存儲器錄滿時， LED熄滅。 該端經(jīng) C、 R與 ANA OUT端相連，語音通頻帶下限頻率取決于 C、 R和該端輸入阻抗 ()，除 MIC端，該端亦可作為模擬信號輸入端。 ●語音固化無需專用編程或開發(fā)裝置。此外，還可以開發(fā)出 “會說話的電子稱 ”、“出租車自動語 音 報價器 ”、 “多路語音報警系統(tǒng) ”等新穎電子電器產(chǎn)品。所有的專用輸入、 I/O 引腳的反饋、宏單元的反饋均連入 PIA 中，并且布滿整個器件。每個宏單元的一個乘積項可以反相 后回送到邏輯陣列。 它 的優(yōu)點是 基于 E2PROM，可以通過 JTAG 口進行在線編程，設(shè)計者可將設(shè)計內(nèi)容從 PC 機上通過下載電纜和 JTAG 口對 EPM7128SLC8415 進行多次修改 ， 它有多達 68 個 I/O 引腳可供編程使用，方便系統(tǒng)擴展存儲空間和外設(shè) [8]。 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 器件選擇方案 本章前一節(jié)簡要概述了本課題的總體設(shè)計方案，本節(jié)將從器件選擇方面對系統(tǒng)的設(shè)計方案進行詳細(xì)說明。 系統(tǒng)由主控模塊控制，從有源晶振獲得 4MHZ 的時鐘信號，送至主控模塊中；該時鐘信號經(jīng)主控模塊進行相關(guān)操作后 ，可產(chǎn)生去抖動 按鍵的 50Hz信號和延時用的 1kHz信號 ，用來觸發(fā)語音芯片，使語音芯片執(zhí)行相關(guān)的操作。 有加 、 重復(fù)、清零、錄音、放音、地址選擇等按鍵或 DIP 開關(guān)； 能實現(xiàn)指定地址人工控制長度的錄音； 能用 LED 顯示 當(dāng)前 時間或者跑表的計時 時間。圖紙大小是根據(jù)電路圖的規(guī)模和復(fù)雜程度而定的，設(shè)置合適的圖紙大小是2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 設(shè)計好原理圖的第一步。 ISP 器件在設(shè)計完成后可立即編程，進行軟件仿真，以利于及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題。中國華大集成電路設(shè)計中心，也提供 IC 設(shè)計軟件，但性能不是很強。 EAD 技術(shù)是在電子 CAD 技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起 來的計算機軟件系統(tǒng)，是指以計算機為工作平臺，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進行電子產(chǎn)品的自動設(shè)計 [1]。 EDA 技術(shù)與傳統(tǒng)設(shè)計方法的相比的好處是 [1]： 1. 采用原理圖、狀態(tài)圖和硬件描述語言（ HDL）輸入 2. 引入了庫 Library 3. 設(shè)計文檔管理 4. 強大的系統(tǒng)建模、電路仿真功能 5. 具有自主知識產(chǎn)權(quán) 6. 開發(fā)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化以及 IP 核的可利用性 7. 適用于高效的自頂向下設(shè)計方法 8. 全方位的利用計算機進行自動設(shè)計、仿真和測試技術(shù)、計算機邊界掃描技術(shù) 9. 對設(shè)計者的硬件知識和硬件經(jīng)驗要求低 10. 高速性能好 從目前的 EDA 技術(shù)來看，其發(fā)展趨勢是政府重視、使用普及 、應(yīng)用文泛、工具多樣、軟件功能強大 [2]。 EDA 技術(shù)發(fā)展迅猛，完全可以用日新月異來描述。在構(gòu)成數(shù)字系統(tǒng)時，這種器件具有下述 特點：由于一片 ISP 器件的集成規(guī)?？蛇_數(shù)千乃至數(shù)萬個 PLD 等效門，可以代替數(shù)十個至數(shù)百個分立器件，因此能夠大大縮小硬件系統(tǒng)的體積、減輕重量、降低功耗；還可以提高系統(tǒng)的可靠性，使之易于獲得高性能、具有很強的保密性；同時也可降低系統(tǒng)成本 [4]。 （ 3）旋轉(zhuǎn)零件 。 而復(fù)雜可編程邏輯器件又具有以下優(yōu)點 [7]： 1． 規(guī)模越來越大，實現(xiàn)功能越來越強，同時可以實現(xiàn)系統(tǒng)集成。事先將語音信息錄入芯片中，編寫 VHDL 程序，根據(jù)按鍵信息，來確定所在站次，從而確定調(diào)用的語音芯片中錄音的地址，調(diào)用相應(yīng)語音信息，從而正確報出站名，并進行 LED 顯示。 Lattice 公司的可編程邏輯器件主要包括：高密度可編程邏輯器件 ispLSI 和 ispMACH、低密度可編程邏輯器件 ispGAL 等系列產(chǎn)品。 3. EPM7128SLC8415 引腳說明 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 EPM7128SLC8415 各管腳功能如表 所示，其引腳圖如圖 所示 [8]。 宏單元中的觸發(fā)器可以單獨地編程為具有可編程時鐘控制的 D 觸發(fā)器、 T 觸發(fā)器、RS 觸發(fā)器或 JK 觸發(fā)器工作方式。 （ 5） I/O 控制塊 I/O 控制塊允許每個 I/O 引腳單獨地配置成輸入、輸出或雙向工作方式，所有 I/O引腳都有一個三態(tài)緩沖器。內(nèi)部電路由振蕩器、語音存儲單元、前置放大電路、抗干擾濾波器和輸出放大器組成 [