【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 體話筒的輸入信號(hào)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(duì)于小信號(hào)輸入電平，其最大增益為24dB。（6）AGC：自動(dòng)增益控制端。AGC可動(dòng)態(tài)地調(diào)整前置放大器增益，而且可擴(kuò)展加大MIC輸入端的非失真信號(hào)的范圍。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。（7）SP＋、SP－：喇叭輸出端。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。雙端輸出信號(hào)的功率是單端的四倍。單端輸出則需要該腳與喇叭之間串接100μF的交流耦合電容。（8）XCLK：外接時(shí)鐘振蕩端。該端在實(shí)際應(yīng)用中通常接地，芯片內(nèi)部的采樣時(shí)鐘在出廠前已調(diào)校， 保證了標(biāo)稱的最小錄音時(shí)間。商業(yè)級(jí)芯片在整個(gè)溫度各電壓范圍內(nèi)，頻率變化在+%內(nèi),并保證最小錄放時(shí)間，所以有些芯片的錄放時(shí)間比標(biāo)稱的值稍大。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。如果需要更高的計(jì)時(shí)精度，該端可外接時(shí)鐘電路。（9）RECLED：發(fā)光二極管接口。當(dāng)錄音時(shí)，該端輸出低電平，發(fā)光二極管LED亮。當(dāng)錄音停止或存儲(chǔ)器錄滿時(shí)，LED熄滅。（10）PLAYE：邊沿觸發(fā)放音控制端。當(dāng)該端輸入一低脈沖，電路即進(jìn)入放音狀態(tài)，直到結(jié)束，電路自動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。（11）PLAYL：電平觸發(fā)放音控制端。當(dāng)該端電平變低并保持，電路進(jìn)入放音狀態(tài)，放音結(jié)束后電路進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。注： 放音過程中當(dāng)遇到 EOM 或內(nèi)存結(jié)束時(shí)，如果/PLAYE 或/PLAYL 仍處在高電平，芯片雖然也進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)（內(nèi)部震蕩器和時(shí)鐘停止工作），但是由于芯片沒有對(duì)/PLAYE 和/PLAYL 的上升沿進(jìn)行消顫，隨后在這兩個(gè)引腳 上出現(xiàn)的下降沿（例如釋放按鍵時(shí)的抖動(dòng)）都會(huì)觸發(fā)放音。 （12）REC：錄音觸發(fā)端。錄音期間該端必須一直保持低電平才有效。REC鍵優(yōu)先于PLAYE或PLAYL其中一個(gè)放音鍵。如果在放音期間，遇REC接低電平，放音立即停止，自動(dòng)進(jìn)入錄音狀態(tài)。（13）VSSD、VSSA：數(shù)字地和模擬地。芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。（14）VCCD、VCCA：數(shù)字電路電源正端和模擬電路電源正端。芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并且分別引到外封裝上，這樣可使噪聲最小。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。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AA7的電平狀態(tài)決定A0～A7的功能。如果AA7有一個(gè)低電平，A0～A7輸入全解釋為地址位，作為起始地址用，此時(shí)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。根據(jù)PLAYE、PLAYL或REC的下降沿信號(hào)，地址輸入被鎖定。如果AA7同為高電平時(shí)，它們即為模式位。 使用操作模式有兩點(diǎn)要注意[10]：（1）所有初始操作都是從0地址開始。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。當(dāng)電路中錄放音轉(zhuǎn)換將進(jìn)入省電狀態(tài)時(shí)，地址計(jì)數(shù)器復(fù)位為0。（2）當(dāng)PLAYE、PLAYL或REC變?yōu)榈碗娖剑瑫r(shí)AA7為高電平時(shí)，執(zhí)行地址線所對(duì)應(yīng)的操作模式。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。 操作模式簡(jiǎn)表操作模式可以與微控制器一起使用，也可用硬件連線得到所需系統(tǒng)操作。A0：信息檢索（僅用于放音工作狀態(tài)）。不知道每個(gè)信息的實(shí)際地址，A0使操作者快速檢索每條信息，A0每輸入一個(gè)低脈沖，可使利內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器跳到下一個(gè)信息。這種模式僅用于放音工作，通常與A4操作同時(shí)應(yīng)用。A1：用于刪除EOM標(biāo)志（僅用于錄音工作狀態(tài)）。A1可使錄入的分段信息成為連續(xù)的信息，使用A1可刪除掉每段中間信息捷的EOM標(biāo)志，僅在所有信息后留一個(gè)EOM標(biāo)志。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。A3：用于循環(huán)重放信息（僅用于放音工作狀態(tài)）。A3可使存于存儲(chǔ)空間始端的信息自動(dòng)地連續(xù)重放。一條信息可以完全占滿存儲(chǔ)空間，那么循環(huán)就可以眾頭至尾進(jìn)行工作，并由始至終反復(fù)重放。A4：連續(xù)尋址。在正常操作中，當(dāng)一個(gè)信息放完，遇到一個(gè)EOM標(biāo)志時(shí)，地址計(jì)數(shù)器就會(huì)復(fù)位。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。當(dāng)芯片既非錄音又非放音時(shí)，將 A4 短暫拉低可使地址計(jì)數(shù)器復(fù)位為 0。AA5：未用。4. 典型應(yīng)用電路圖 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。由A0～A7決定每段語音的起始地址，而起始地址又直接反映了錄放的起始時(shí)間。 ISD1420分段原理圖 [12]： ISD1420分段原理圖 圖中A0～A2置為低電平，此時(shí)電路共分為四段。A3～A7平時(shí)通過電阻R6～R13接至高電平，如果要將某一地址置低電平時(shí)，則在該位與地之間接一個(gè)隔離二極管。圖5中的各段的起始地址和時(shí)間安排如下： 第一段語音從0秒開始，地址設(shè)置為00000000；第二段語音從2秒開始，地址設(shè)置為00010000；第三段語音從5秒開始，地址設(shè)置為00100000；第四段語音從12秒開始，地址設(shè)置為01010000； ……………………實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)每段語音的起始時(shí)間，自行設(shè)置相應(yīng)的A0～A7組合。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。錄制其它段的方法相同。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。 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。LM386是美國(guó)國(guó)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)置為20。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]。輸入端以地位參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)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(chǎng)合。 LM386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式[13]。 LM386的外形和引腳的排列如圖所示[13]。引腳2為反相輸入端，3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和4分別為電源和地；引腳1和8為電壓增益設(shè)定端；使用時(shí)在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10μF。 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。 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。 LM386的典型應(yīng)用電路按不同的放大增益有許多種，本設(shè)計(jì)中選擇了使用器件最少的應(yīng)用電路，在這種應(yīng)用電路下，其放大增益為20，如下圖所示[13]。 LM386典型應(yīng)用電路 顯示芯片的選擇本設(shè)計(jì)中需要按站顯示站點(diǎn)，故需要設(shè)置簡(jiǎn)單的顯示模塊。顯示模塊中需要對(duì)主控模塊產(chǎn)生的二進(jìn)制地址進(jìn)行譯碼。結(jié)合課題的要求和芯片的具體功能本設(shè)計(jì)選CD4511（七段碼十六進(jìn)制鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)芯片）進(jìn)行譯碼，選擇LED七段顯示器(共陰)進(jìn)行顯示。以下將詳細(xì)介紹CD4511和LED七段顯示器的性能[14]。1. CD4511CD4511能將四位二進(jìn)制數(shù)編碼轉(zhuǎn)換為七段LED顯示器的字段碼，同時(shí)具有鎖存和驅(qū)動(dòng)能力。[14]。 CD4511引腳圖其中，A、B、C、D 為BCD碼輸入端。BI（4腳）：消隱輸入控制端。當(dāng)BI=0 時(shí)，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。LT（3腳）：測(cè)試輸入端。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”。它主要用來檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。LE：鎖定控制端。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。a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。 CD4511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。 CD4511邏輯圖CD4511真值表如下[14]： CD4511真值表2. LED七段顯示器(共陰)LED顯示器是由發(fā)光二極管作為為顯示字段的數(shù)碼顯示器件，其中七只發(fā)光二極管(a~g七段)構(gòu)成字型“8”，另外還有一只發(fā)光二極管dp作為小數(shù)點(diǎn)。 當(dāng)顯示器的某一段發(fā)光二極管通電時(shí)，該段發(fā)光，例如，使b、c、f、g這4段發(fā)光二極管通電，則顯示字符“4”。[14]。 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)。，在共陰極結(jié)構(gòu)中，各段發(fā)光二極管的陰極連在一起，將此公共點(diǎn)接地，某一段發(fā)光二極管的陰極為高電平時(shí)，該段發(fā)光。 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” 。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 共陰極結(jié)構(gòu) 晶振的選擇本課題中選擇了4腳有源晶振。具體原因如下。首先我們來了解一下有源晶振和無源晶振的區(qū)別[14]。，需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無法振蕩起來 。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。 ，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。 有源晶振和無源晶振的選擇依據(jù)主要看晶振應(yīng)用到的電路，如果有時(shí)鐘電路，就用無源，否則就用有源。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),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。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。所以在本設(shè)計(jì)中選擇了4腳有源晶振。 本課題中4腳有源晶振的接法是有個(gè)點(diǎn)標(biāo)記的為1腳，按逆時(shí)針（管腳向下）分別為4。 4腳有源晶振通常的用法：1腳懸空，2腳接地，3腳接輸出，4腳接電壓。 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 …………………………………………………1⑵4MHZ晶體振蕩器 …………………………………………………1⑶1 MHZ晶體振蕩器 1⑶ISD1420單片20秒高保真語音錄放芯片 …………………………………1⑷話筒 …………………………………………………1⑸CD4511 BCD七段顯示譯碼器(共陰) ……………………………………6⑹ LED七段顯示器(共陰) …………………………………………………6⑺ IDC10 isp插座 …………………………………………………1⑻ DIP14插座 …………………………………………………1⑼ DIP16插座 …………………………………………………2⑽ DIP28插座 …………………………………………………1⑾ PGA84_1313 插座 …………………………………………………1⑿ 電阻 ………………………………………………… 若干⒀ DIP開關(guān)(8路) …………………………………………………1⒁ 電容 …………………………………………………若干⒂ 8Ω喇叭 …………………………………………………1⒃ Ф5發(fā)光二極管 …………………………………………………2⒄ 實(shí)驗(yàn)電路板（可安裝PGA84_1313 插座） ……………………………1⒅ LM386 集成功放芯片 …………………………………………………1⒆ 按鍵開關(guān) ………………………………………………… 6⒇ DIP開關(guān)(1路) …………………………………………………1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。另外通過按鍵選擇還可以用做跑表計(jì)時(shí)。結(jié)合以上章節(jié)的論述，可知道一條語音信息播放的原理如下：任何時(shí)候只要按下ADD、SUB、REPEAT、CLEAR四個(gè)鍵中的一個(gè)，通過主控模塊的作用都會(huì)觸發(fā)一次語音的播報(bào)，按鍵ADD通過主控模塊作用可以使