【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ig. 2. IEC logic symbols 圖 3. 邏輯圖 Fig. 3. Logical map 圖 4. 功能圖 Fig. 4. Figure 引腳信息 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 5. DIP1 SO1 SSOP14 和 TSSOP14 封裝的引腳配置 . DIP14, SO14, SSOP14 and TSSOP14 package pin configuration 鍵盤顯示 當(dāng)鍵盤上某一鍵閉合時(shí)，該鍵所 對(duì)應(yīng)的行線與列線短接。此時(shí)該行線的電平將由被短接的列線電平所決定。因此，可以采用以下方法完成是否有鍵按下及按下的是哪一鍵的判斷： 判斷有無(wú)按鍵按下。將行線接至單片機(jī)的輸入口，將列線接至單片機(jī)的輸出口。首先使所有列線為低電平，然后讀行線狀態(tài)，若行線均為高電平，則沒(méi)有鍵按下，若讀出的行線狀態(tài)不全為高電平，則可以斷定有鍵按下。 判斷按下的是哪一個(gè)鍵。先讓 Y0 這一列為低電平，其余列線為高電平，讀行線狀態(tài)，如行線狀態(tài)不全為 ―1‖，則說(shuō)明所按鍵在說(shuō)明，否則不在該列。然后讓 Y1 列為低電平，其它列為高電平，判斷 Y1 列有無(wú)按 鍵按下。其余列類推。這樣就可以找到所按鍵的行列位置 。 利用 LED 時(shí)鐘顯示， LED 是英文 Light Emitting Diode 的簡(jiǎn)稱 [9]，是一種具有兩個(gè)電極的半導(dǎo)體發(fā)光器件，讓其流過(guò)小量電流就會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于 1960 年。它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以 LED 的抗震性能好 分類 ⑴ 按發(fā)光管發(fā)光顏色分 按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠）、藍(lán)光等。另外，有的發(fā)光二極管 中包含二種或三種顏色的芯片。 根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無(wú)色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無(wú)色透明、有色散射和無(wú)色散射四種類型。散射型發(fā)光二極管和達(dá)于做指示燈用。 ⑵ 按發(fā)光管出光面特征分 按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為 φ2mm、 、 φ5mm、 φ8mm、 φ10mm及 φ20mm等。國(guó)外通常把 φ3mm的發(fā)光二極管記作 T1；把 φ5mm的記作 T1（ 3/4）；把 T1（ 1/4）。 由半值角 大小可以估計(jì)圓形發(fā)光強(qiáng)度角分布情況。從發(fā)光強(qiáng)度角分布圖來(lái)分有三類： 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 ① 高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為 5176?！?20176?；蚋。哂泻芨叩闹赶蛐?，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。 ② 標(biāo)準(zhǔn)型。通常作指示燈用，其半值角為 20176?！?45176。 ③ 散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為 45176?！?90176?；蚋螅⑸鋭┑牧枯^大。 ⑶ 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。 ⑷ 按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分 按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分有普通亮度的 LED（發(fā)光強(qiáng)度 10mcd）；超高亮度的 LED（發(fā)光強(qiáng)度 100mcd）；把發(fā)光強(qiáng)度在 10～ 100mcd 間的叫高亮度發(fā)光二極管。 一般 LED 的工作電流在十幾 mA 至幾十 mA，而低電流 LED 的工作電流在 2mA以下（亮度與普通發(fā)光管相同）。 除上述分類方法外，還有按芯片材料分類及按功能分類的方法。 超亮發(fā)光二極管有三種顏色，然而三種發(fā)光二極管的壓降都不相同。 ? 紅色的壓降為 ? 黃色的壓降為 — ? 綠色的壓降為 —。 正常發(fā)光時(shí)的額定電 流均為 20mA。 白色發(fā)光二極管的發(fā)光原理與其它發(fā)光二極管的發(fā)光原理稍有一點(diǎn)不同。目前有兩種 發(fā)光模式能使發(fā)光二極管發(fā)出白色光。一種是采用二波長(zhǎng) 藍(lán)色光＋黃色光 發(fā)光模式的白色發(fā)光二極管，結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，其基礎(chǔ)部分是一顆藍(lán)色發(fā)光二極管，在 藍(lán)色發(fā)光二極管芯片的外面覆蓋一層熒光體層，當(dāng)藍(lán)色發(fā)光二極管芯片發(fā)射出來(lái)的藍(lán)色光，有一部分在透過(guò)熒光體時(shí)被熒光體吸收，變成了黃光，黃光又與透過(guò)熒光 體的藍(lán)光混合后就發(fā)出白色光。例如有的白色發(fā)光二極管發(fā)出的光是純白的，而有的發(fā)出的光是白偏藍(lán)的。 另一種是采用三波 長(zhǎng) 藍(lán)色光＋綠色光＋紅色光 發(fā)光模式的全彩色發(fā)光二極管，結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。將紅、綠、藍(lán)三顆發(fā)光二極管封裝在同一個(gè)管殼中，三種原色的 光混合也可以產(chǎn)生出白光，但是由于制作全彩色發(fā)光二極管的成本要相對(duì)較高，所以一般不會(huì)用全彩色發(fā)光二極管來(lái)制作照明燈，全彩色發(fā)光二極管主要是用來(lái)制造 全彩色顯示屏，用全彩色發(fā)光二極管制作照明燈會(huì)大大增加產(chǎn)品的成本。 白色發(fā)光二極管的正向電壓降與其他發(fā)光二極管的正向電壓降不同。 白色發(fā)光二極管的正向電壓降約為 ，需要正向工作電流 ≥15mA左右時(shí)，才能使其正常發(fā)光。 除上述分 類 方法外，還有按芯片材料分類及按功能分類的方法。 LED（發(fā)光二極管）的特性 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 ⑴ 極限參數(shù)的意義 ? 允許功耗 Pm:允許加于 LED 兩端正向直流電壓與流過(guò)它的電流之積的最大值。超過(guò)此值， LED 發(fā)熱、損壞。 ? 最大正向直流電流 IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過(guò)此值可損壞二極管。 ? 最大反向電壓 VRm：所允許加的最大反向電壓。超過(guò)此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。 ? 工作環(huán)境 topm:發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。 ⑵ 電參數(shù)的意義 ? 正向工作電流 If：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)的正向電流值。在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)需要選擇 IF 在 IFm以下。 ? 正向工作電壓 VF：參數(shù)表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在 IF=20mA 時(shí)測(cè)得的。發(fā)光二極管正向工作電壓 VF 在 ～ 3V。在外界溫度升高時(shí)， VF 將下降。 ? VI 特性：發(fā)光二極管的電壓與電流的關(guān)系 在正向電壓正小于某一值（叫閾值）時(shí)，電流極小，不發(fā)光。當(dāng)電壓超過(guò)某一值后，正向電流隨電 壓迅速增加，發(fā)光。由 VI 曲線可以得出發(fā)光管的正向電壓，反向電流及反向電壓等參數(shù)。正向的發(fā)光管反向漏電 流 IR10μA以下。普通發(fā)光二極管 的正向飽和壓降為 ～ 。正向工作電流為 520mA 發(fā)光二極管工作原理 [10] 發(fā)光二極管（ LED）是用半導(dǎo)體材料制作的正向偏置的 PN結(jié)二極管。其發(fā)光機(jī)理是當(dāng)在 PN 結(jié)兩端注入正向電流時(shí)，注入的非平衡載流子（電子－空穴對(duì)）在擴(kuò)散過(guò)程中復(fù)合發(fā)光，這種發(fā)射過(guò)程主要對(duì)應(yīng)光的自發(fā)發(fā)射過(guò)程。按光輸出的位置不同，發(fā)光二極管可分為面發(fā)射型和邊發(fā)射型。我們最常用的 LED 是 InGaAsP/InP 雙異質(zhì)結(jié)邊發(fā)光二極管。 發(fā)光二極管的發(fā)光原理同樣可以用 PN 結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)來(lái)解釋。制作 半導(dǎo)體發(fā)光二極管的材料是重?fù)诫s的，熱平衡狀態(tài)下的 N 區(qū)有很多遷移率很高的電子， P 區(qū)有較多的遷移率較低的空穴。由于 PN 結(jié)阻擋層的限制，在常態(tài)下，二者不能發(fā)生自然復(fù)合。，而當(dāng)給 PN 結(jié)加以正向電壓時(shí)，溝區(qū)導(dǎo)帶中的電子則可逃過(guò) PN 結(jié)的勢(shì)壘進(jìn)入到 P 區(qū)一側(cè)。于是在 PN 結(jié)附近稍偏于 P 區(qū)一邊的地方，處于高能態(tài)的電子與空穴相遇時(shí)，便產(chǎn)生發(fā)光復(fù)合。這種發(fā)光復(fù)合所發(fā)出的光屬于自發(fā)輻射，輻射光的波長(zhǎng)決定于材料的禁帶寬度 Eg，即 λ＝ ?。eV/Eg 發(fā)光二極管具有可靠性較高，室溫下連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、光功率－電流線性度好等顯著優(yōu)點(diǎn)，而且由于此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，所以其價(jià)格非常便宜。因此在一些簡(jiǎn)易的光纖傳感器的設(shè)計(jì)中，如果 LED 能夠勝任，選用它作為光源即可大大降低整個(gè)傳感器的成本。然而 LED 的發(fā)光機(jī)理決定了它存在著很多的不足，如輸出功率小、發(fā)射角大、譜線寬、響應(yīng)速度低等。因此，在一些需要功率高、調(diào)制速率快、單色性好的光吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 源的傳感器設(shè)計(jì)中，就不得不以提高成本為代價(jià)，選用其它更高性能的光源。 由于不同材料的禁帶寬度不同，所以由不同材料制成的發(fā)光二極管可發(fā)出不同波長(zhǎng)的光。另外，有些材料由于組分和摻雜不同，例如，有的具有很復(fù)雜的能 帶結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的還有間接躍遷輻射等，因此有各種各樣的發(fā)光二極管。 模塊 ISD4004是美國(guó) ISD公司制造的一種新款語(yǔ)音芯片。與 ISD其它系列語(yǔ)音產(chǎn)品不同的是， ISD4O04是一種微控制器 ―從 ‖設(shè)備，而 ―主 ‖控制器可以是內(nèi)置有 SPI兼容接口的微控制器，也可以用 I／ O口仿真 SPI通信協(xié)議。 ISI)4004系列工作電壓為 3V，單片錄放時(shí)間為 8—16分鐘，音質(zhì)好，適用于移動(dòng)電話及其它便攜式電子產(chǎn)品中。該芯片采用 CMO$技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、抗混疊濾渡器、平滑濾渡器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電 平閃爍存貯陳列。芯片的所有操作必須由微控制器控制，操作命令可通過(guò)串行通信接口(SPI或 Microwire)送入。 ISD4004采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中，因此能非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和 ―金屬聲 ‖。采樣頻率可為 4． 0， 5． 3， 6． 4，8kHz，頻率越低，錄放時(shí)間越長(zhǎng)，音質(zhì)則有所下降，片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中，可在斷電情況下保存 100年 (典型值 )，反復(fù)錄音 l0萬(wàn)次。 ISD4004引腳功能描述 [11] ISD004的引腳排列如圖 1所示，各引腳功能如下： 圖 216 ISD4004引腳圖 Fig. 216 ISD4004 pin map 點(diǎn)源 (VCCA,VCCD) 為使噪聲最小 ,芯片的模擬和數(shù)字電電源 :(VCCA,VCCD) 為使噪聲最小 ,芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線 ,并且分別引到外封裝的不同管腳吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 上 ,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)盡量造近器件。 地線 :(VSSA,VSSD) 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。幾個(gè) VSSA盡量在引腳焊盤上相連 ,并 用低阻通路連至電源上 ,VSSD也用低阻通路連至電源上。這些接地通路要足以使 VSSA與 VSSD之間的阻值小于 3Ω。芯片的背面是通過(guò)襯底電阻連接到VSS的 ,在做 COB時(shí)托盤須接 VSS或懸空。 同相模擬輸入 (ANA IN+)—— 這是錄音信號(hào)的同相輸入端．輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動(dòng)。單端輸入時(shí)，信號(hào)由耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值 32mV，耦合電容和本端的 3kQ輸入阻抗決定了芯片頻率的低端截止頻率。差分驅(qū)動(dòng)時(shí)，信號(hào)最大幅度為峰峰值 16mV。 反相模擬輸入 (ANA IN–)—— 差分驅(qū)動(dòng)時(shí)．這是錄音信號(hào)的反相輸入 端。信號(hào)通過(guò)耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值 16mV．本端的標(biāo)稱輸入阻抗為 56kΩ。單端驅(qū)動(dòng)時(shí)，本端通過(guò)電容接地。兩種方式下， ANA +和 ANA IN．端的耦合電容值應(yīng)相同。 音頻輸出 (AUD OUT)—— 提供音頻輸出．可驅(qū)動(dòng) 5kfl的負(fù)載。 片選 (SS)—— 此端為低，即選中 ISD4o04系列。 串行輸入 (MOSI)—— 此為串行輸入端， 主控制器應(yīng)在串行時(shí)鐘上升沿之前半個(gè)周期將數(shù)據(jù)放到本端，供 ISD輸入。 串行輸出 (MISO)—— 串行輸出端， ISD未選中時(shí)，本端呈高阻態(tài)。 ISD的時(shí)鐘輸入端，由主控制器 產(chǎn)生，用于同步 MoSI和 MISO的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在 SCLK上升沿鎖存到ISD， 在下降沿移出 ISD。 中斷 (INT)— — 本端為漏極開路輸出， ISD在任何操作 (包括快進(jìn) )中檢測(cè)到 EOM 或OVF時(shí)，本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個(gè) SPI周期開始清除． 中斷狀態(tài)也可用 RINT指令讀取。 行地址時(shí)鐘 (RAC)——漏極開始輸出。每個(gè) RAC周期表示 ISD存儲(chǔ)器的操作進(jìn)行了一行 (ISD4004系列中的存儲(chǔ)器有 2400行 ) 。 8kHz采樣頻率的器件． RAC周期為 200ms， 其中 175ms保持高電平，低電平為 25ms?？爝M(jìn)模式下， RAC為 2l8． 75ms高電平， 31． 25ms為低電平．該端可用于存儲(chǔ)管理技術(shù)。 外部時(shí)鐘 (XCLK)—— 本端有內(nèi)部下拉元件，芯片內(nèi)部的采樣時(shí)鐘在出廠前已調(diào)校．誤差在 +1％ 內(nèi)，在不外接時(shí)鐘時(shí)，此端必須接地。 自動(dòng)靜噪 (AM CAP)——lμF電容構(gòu)成內(nèi)部峰值檢測(cè)電路的一部分， 檢測(cè)出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較，決定自動(dòng)靜噪電路是否 T作。大信號(hào)時(shí)自動(dòng)靜噪電路不衰減，靜音時(shí)衰減 6dB。同時(shí)， lμF電容也影響自動(dòng)靜噪電路時(shí)信號(hào)幅度的響應(yīng)速度，本端接 VCCA則禁止自動(dòng)靜噪。 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 SPI接口 ISD4004工作于 SPI串行接口。 SPI協(xié)議是一個(gè)同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議．協(xié)議假定微控制器的 SPI移位寄存器在 SCLK的下降沿動(dòng)作。因此，對(duì) ISD4004而言，在時(shí)鐘上升沿鎖存 MOSI引腳數(shù)據(jù)．在下降沿將數(shù)據(jù)送 至 MISO引腳。協(xié)議具體內(nèi)容如下： (1)所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于 SS下降沿。 (