【文章內(nèi)容簡介】 個從 MCU幾個從 MCU 相互連接構(gòu)成多主機系統(tǒng)分布式系統(tǒng) 1 個主 MCU 和 1 個或幾個從 IO設(shè)備所構(gòu)成的各種系統(tǒng)等在大多數(shù)應(yīng)用場合可使用 1個 MCU作為控機來控制數(shù)據(jù)并向 1 個或幾 個從外圍器件傳送該數(shù)據(jù)從器件只有在主機發(fā)命令時才能接收或發(fā)送數(shù)據(jù)其數(shù)據(jù)的傳輸格式是高位 MSB在前低位 LSB在后 SPI總線接口系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如所示 當一個主控機通過 SPI 與幾種不同的串行 IO 芯片相連時必須使用每片的允許控制端這可通過 MCU的 IO端口輸出線來實現(xiàn)但應(yīng)特別注意這些串行 IO芯片的輸入輸出特性首先是輸入芯片的串行數(shù)據(jù)輸出是否有三態(tài)控制端平時未選中芯片時輸出端應(yīng)處于高阻態(tài)若沒有三態(tài)控制端則應(yīng)外加三態(tài)門否則 MCU 的 MISO 端只能連接 1 個輸入芯片其次是輸出芯片的串行數(shù)據(jù)輸入是否有允許控制端因此只有在此芯片允 許時 SCK脈沖才把串行數(shù)據(jù)移入該芯片在禁止時 SCK對芯片無影響若沒有允許控制端則應(yīng)在外圍用門電路對 SCK 進行控制然后再加到芯片的時鐘輸入端當然也可以只在 SPI總線上連接 1個芯片而不再連接其它輸入或輸出芯片 由于 ISD4004提供了 SPI的串行接口因此用戶可以通過單片機實現(xiàn)對該芯片的操作工作模式設(shè)置及尋址從而完成之間的數(shù)據(jù)交換 為了能夠正確地交換數(shù)據(jù) SPI 串行外設(shè)接口必須遵循一定的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議該協(xié)議具體如下 1 所有串行數(shù)據(jù)傳輸從 SS 端下降沿開始 端在傳送工程中應(yīng)一直保持低電平在指令間為高電平 2 時鐘信號在上升沿時鎖存輸入數(shù)據(jù)時鐘信號在下降沿時輸出數(shù)據(jù) 3 錄放音操作起始于 變低并通過 MISO 給 ISD 器件輸入操作碼和地址具體的操作碼如下表 3 所表示 4 操作碼有五位地址碼十一位 5 每個操作包括信息快速檢索結(jié)束出現(xiàn) EOM 標志或溢出時將產(chǎn)生一次中斷當下一個 SPI 周期開始時此中斷被清除信息快速檢索允許用戶跳過信息直到遇到 EOM 標志內(nèi)部地址指針加 1 6 中斷數(shù)據(jù)從 ISD 器件的 MISO 端輸出的同時控制碼及地址信號也從 MOSI 端輸入讀出中斷數(shù)據(jù)和啟動一個新的操作 7 運行位 RUN 置 1 啟動操作置 0 時結(jié)束操作可在同一個 SPI 周期內(nèi)完成 8 所有操作都在端上升沿開始執(zhí)行的 ② SPI 接口的控制位 SPI 的接口控制位 MOSI 主設(shè)備輸出從設(shè)備輸入 MISO 主設(shè)備輸入從設(shè)備輸出 OVF 溢出標志 EOM信號結(jié)束 IAB 忽略地址控制位 IAB 1 時 忽略地址寄存器 A10A0 位 IAB 0 時使用 A10A0位操作即當 IAB 置 0 時錄放音操作從地址 A9A0 開始為了能夠連續(xù)錄放音 IAB 應(yīng)在一行結(jié)束之前置 1否則 ISD芯片將在同一個語音段重復(fù)操作這個特點在語音提示類產(chǎn)品中非常有用同時行地址時鐘端與 IAB 配合使用進行存儲管理 MC 使信息檢索 MC 1 時使能信息檢索 MC 0 時取消信息檢索 PU 上斷電選擇 PU 1 時上電 PU 0 時斷電 P 錄放音選擇 P 1 時放音 P 0 時錄音 RUN 啟動停止操作 RUN 1 時啟動 RUN 0 時停止 P10P0 行地址寄存器輸出 A10A0 輸入地址寄存器 ④ ISD4004 與單片機的接口技術(shù) 由于 ISD4004 是在單片機的控制下實現(xiàn)工作因此單片機必須實現(xiàn)模擬 SPI總線的工作方式同時對 ISD4004 工作狀態(tài)進行查詢?nèi)绮僮魇欠襁_到某一地址的末尾存儲器是否溢出可以選用單片機的 6 個 IO 口分別與 ISD4004 的 MISOMOSI SCLK 和 RAC 相連其中 是用作器件的片選信號 MISOMOSISCLK 用于和單片機的數(shù)據(jù)通信控制 ISD4004 的語音提示播放及查詢等功能 D4004 語音芯片與單片機的連接情況 4 系統(tǒng)程序設(shè)計 41 系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)流程圖如下圖圖 41 4 程圖 42 各功能模塊軟件設(shè)計 解碼電路數(shù)據(jù)提取程序 關(guān)于 MT8870 芯片的各引腳的功能和相關(guān)的解碼電路在前一章的硬件電路己經(jīng)介紹其工作時序 其芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見附錄只有當芯片的反相的輸入端有音 頻信號的進來時經(jīng)過一段時間延時以后在這一時間是系統(tǒng)的傳輸延時時間其內(nèi)部的數(shù)字檢測算法檢測到音頻信號時 ESt 端就出現(xiàn)高電平隨后 StGT 經(jīng)過了一段電容充電的上升時間這時 StGT 端的檢測出大于該芯片的內(nèi)部參考電位 VTSt時 StGT馬上跳變?yōu)楦唠娖竭@時再經(jīng)過編碼轉(zhuǎn)換鎖存在內(nèi)部的寄存器后這時 StD端變?yōu)楦唠娖角沂请S StGT端的電壓低于 VTSt就變?yōu)榈碗娖揭脖砻髁嗽撔酒慕獯a工作己經(jīng)結(jié)束所以我們利用 StD 的下跳變作為單片機外部中斷INT1 的信號源當 StD 有下降沿到達時產(chǎn)生外部中斷其解碼以后的中斷服務(wù)子程序數(shù)據(jù)接收程序 如下同時 TOE 端是內(nèi)部芯片三態(tài)門的使能控制端為高電平有效表明允許接收數(shù)據(jù) 4． 2． 1 MT8870 的工作時序圖 解碼中斷服務(wù)程序 MT8870 SETB TOE MOV P10FH MOV AP1 ANL A0FH MOV R0A CJNE ACODEBACK SETB SIGNAL CLR EX0 BACK INC R0 PUSH A RETI ISD4004 的地址分段特性和單片機尋址 ISD4004 芯片盡管提供了地址輸入線但它的內(nèi)部各信息段的地址卻無法直接讀出通常情況下只能使用 ISD 器件提供的不許要知道地址的操作模式這無法滿足復(fù)雜或?qū)崟r操作使用的要求為實現(xiàn)這些應(yīng)用最好使用地址的直接操作 ISD 分段地址不是通常意義上的字節(jié)地址單元而是信息的基本組成單位ISD4004 的內(nèi)部有 2840K 字節(jié)的 Flash Memory 存儲單元總共可以規(guī)劃為 2400 行每個地址單元指向其中的一行具有 2400個地址單元 ISD4004的錄放時間為 960s因此它的分辨率為 400ms ISD 器件可以進行多段錄放操作每一段稱為一個信息段一個信息段由起始地址指針 MSP指定記錄數(shù)據(jù)和信息結(jié)束標志 EOM三部分組成一個信息段占用一行或多行存儲空間可以包含多個地址單元一個地址單元最多只能作為一個獨立的段因此 ISD4004 最多可以分為 2400 段 ISD 系列芯片可由開發(fā)人員或用戶任意錄制播放需要的一段或幾段語音等在聽覺表達中最復(fù)雜的就是語音的組合它是將用戶預(yù)存的多段語音選擇順序連續(xù)播放將字或詞素組合成一句話甚至一段話播放出來從而實現(xiàn)最準確定量的語義表達例如歡迎使用家電遠程控制系統(tǒng)請輸入密碼以 號結(jié)束對不起你的輸入有誤再見等 ISD4004是采用模擬存取技術(shù)集成的可反復(fù)錄放的 960秒語音芯片掉電后語音不丟失最大可分 2400 段最小每段語音長度為 400ms 每段語音都可由地址線控制輸出每 400ms 為一個地址由 A0A10 的地址線控制用戶錄制的語音每一段結(jié)束后芯片自動設(shè)有段結(jié)束標志 EOM 芯片錄滿后設(shè)有溢出標志 OVFEOM 即自動停止放音單片機收到段結(jié)束標志 EOM 就開始觸發(fā)下一段語音的起始地址如此控制即可以將很多不同段的語音組合在一起成一句話放音出來實現(xiàn)語音的自動組合 這種控制方式有較強的通用 性和方便性它不需要事先規(guī)定每段語音的時間長度總段數(shù)甚至不需要知道每段語音在 ISD4004 芯片上的具體地址只要用戶記住錄入語音的段順序即可控制各段語音的自由組合 首先單片機 89C51控制 ISD4004語音芯片從頭至尾放音一遍它會將語音芯片中的每一段語音的起始地址都記錄下來即完成了芯片搜索操作然后用戶可按照 RS232標準串口協(xié)議向單片機的 RXD端發(fā)送合成指令單片機即將合成命令翻譯成對應(yīng)的語音芯片中各段語音的起始地址并控制語音芯片發(fā)出需要的語音一段結(jié)束后立刻又播發(fā)需要的下一段如此將一句話合成說完在單片機的 TDX 端將作為忙信號端使用當有語音輸出時該端將保持低電平空閑時為高電平 單片機遵循標準 5V的 RS232串口協(xié)議方式 TDXRDX雙線串口方式一無校驗協(xié)議如下 串口速率 4800 bits AA AA 靜音延遲 05 秒 DD 在一句話中停頓一會起逗號作用 句結(jié)束放音存儲碼 FF FF TDX 端放音忙信號 低電平有效 空閑為高電平語音合成放音期間變?yōu)榈碗娖捷敵? 數(shù)據(jù)碼 碼址與語音段位序號對應(yīng)如 00 為第一段 01 為第二段 02 為第三段每句話最多 100 段 單片機控制語音芯 片內(nèi)部地址的獲取 根據(jù) ISD 器件的地址形成和分段特性我們可以連續(xù)錄入多段信息不用考慮各段的地址錄制完畢之后在播放過程中根據(jù)器件的輸出信號確定各段的起始地址和結(jié)束地址 在使用中我們利用 89C51 的內(nèi)部定時器進行計時使用了外部中斷捕捉 EOM跳變信號為提高計時的精度使用了自動重載的工作模式定時器在每個定時周期結(jié)束之后立即重新裝入初值開始計時使每個定時周期之間沒有隔離在這種模式下定時器是 8 位工作狀態(tài)最大計時周期不到 06ms 為產(chǎn)生 400ms 的定時周期采用多次定時產(chǎn)生一個周期的方法每個定時周期設(shè)定為 05ms800 次產(chǎn)生 一個 400ms的周期播放遇到 EOM 標記 EOM 引腳信號變底持續(xù) 50ms 之后變高 ISD 器件的播放一直到 EOM由低電平回到高電平由于 89C51外部中斷的觸發(fā)信號是高電平到低電平的跳變每次播放之前開放定時和外部中斷開始播放時啟動定時器播放結(jié)束時引發(fā)外部中斷停止定時器計時在此之前每個 400ms地址計數(shù)器值加 1一直到播放結(jié)束為止此時地址計數(shù)器當前值與起始值之差值就是該段所占用的地址單元數(shù)從而在起始的基礎(chǔ)上計算出結(jié)束地址 ISD4004 的錄放音控制實現(xiàn)都是利用軟件使單片機的 IO 口模擬 SPI 的工作通信協(xié)議在指令的控制下實現(xiàn) 16 分鐘錄放音其中程序和和流程見附錄 單片機的 SPI 口的模擬 由于 AT89C51單片機不具有 SPI接口因此我們必須用軟件來模擬 SPI接口通信協(xié)議具體做法是用四個普通 IO 口分別與 ISD 器件的 MISO MOSISCLK和 SS 端相連其中與 SCLK 相連的 IO 口負責提供時鐘脈沖所有的串行數(shù)據(jù)傳送從 SS 腳下降沿開始在傳送過程中 SS 端一直保持低電平指令期間為高電平始終上升沿數(shù)據(jù)輸入 ISD 時鐘下降沿數(shù)據(jù)從 ISD 輸出 用軟件模擬 SPI 接口時時序一定要正確 AT89C51 單片機的指令執(zhí)行時間為1us 12MHz 晶振時 而 ISD4004 芯片的 SPI 時在 ns 級的所以用 NOP 指令滿足大部分時延的要求其流程圖 系統(tǒng)程序 下面為總的具體主程序流程和程序部分見附錄 5 產(chǎn)品制作與調(diào)試 51 產(chǎn)品的制作 PCB 板的設(shè)計流程 由于制作樣品的是單面板下面給出 PCB 板制作的總體流程 DTMF 遠程控制裝置的 PCB 設(shè)計 1 原理圖繪制 ① 產(chǎn)生原理圖在進入 Protel 99 后建立一個數(shù)據(jù)庫文件如取名為MyDesignddb然后進入該數(shù)據(jù)庫打開文件夾 Documents打開編輯欄在該編輯欄的空白處單擊鼠標右鍵從彈 出的菜單中選擇 New 新建 Sheet1 的原理圖文件打開該文件然后在環(huán)境設(shè)置中設(shè)置好相應(yīng)的工作環(huán)境再進行原理圖的繪制 電氣設(shè)計規(guī)則檢查在畫完電路原理圖以后要進行電氣法則測試于檢驗在電路原理圖繪制的中產(chǎn)生錯誤首先在 [Tools]菜單項中選擇 [ERC]執(zhí)行 ERC 命令后系統(tǒng)彈出 Setup Electrical Rule Check 對話框選中對話框中相應(yīng)的項目然后確認 ERC 即自動進行產(chǎn)生一個測試報告設(shè)計者可以根據(jù)該報告從新修改相關(guān)的錯誤或疏漏以后從屬上述同樣的操作 生成網(wǎng)絡(luò)表文件執(zhí)行創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表命令 [Design][Create Netlist]系統(tǒng)彈出Netlist Creation 對話框?qū)υ搶υ捒蛑?Preference 和 Trace Options 兩個標簽頁進行相應(yīng)設(shè)置可生成所需要的網(wǎng)絡(luò)表文件 2PCB 板的規(guī)劃 ① 定義板框在繪制電路板之前首先要定義板框定義板框主要包括定義定義電路板的層數(shù)電路板的外形尺寸和形狀等首先新建一個 PCB 文檔打開后點擊編輯區(qū)下方的 Keep Out 層標簽切換當前層為禁止布線層然后在上面繪制一個矩形板框執(zhí)行 [Design][Rules]命令選擇 Routing 標簽頁的 Rules Classes 區(qū)中的Routing Layers 規(guī)則將 Toplayer 設(shè)置成 Not usedBottomlayer 設(shè)置成 Vertical即把布線層設(shè)置在底層的單層板但同時自己也可以利用板框向?qū)?chuàng)建自定義模板這里不重復(fù)了 電路參數(shù)設(shè)置因為設(shè)置 PCB 電路參數(shù)是為了更好地進行設(shè)計首先執(zhí)行[Tools][Preferences]命令