【正文】 入式語音門鎖硬件系統(tǒng)總體設(shè)計，按照設(shè)計方案，整個嵌入式門鎖硬件主要包括以下單元 :語音信號采集單元、語音信號處理單元、人機接口單元、數(shù)據(jù)存儲單元、外部接口模塊、電源管理模塊、電路板抗干擾等等的設(shè)計。 ? 嵌入式語音門鎖設(shè)計為應(yīng)用在辦公室門禁或者個人住宅門禁系統(tǒng)。它是生物特征中的語音信號在現(xiàn)代門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用。整個嵌入式門鎖系統(tǒng)采用 6節(jié) AA型堿性 5號電池供電。數(shù)字信號核心處理單元采用 TI公司的 TMS320VC54x DSP，使得在進行數(shù)字信號處理時的速度高于一般的嵌入式單片機。硬件功能框圖如圖 。 1嵌入式語音門鎖硬件系統(tǒng)總體設(shè)計 A A 電 池M A X 6 6 7電 源 轉(zhuǎn) 換T P S 7 6 7 D 3 1 8電 源 轉(zhuǎn) 換鍵 盤 電 路M I CS S T 3 9 V F 4 0 0 AF L A S HI S P 2 0 3 2 V EC P L DT M S 3 2 0 V C 5 4 1 6D S PT L C 3 2 0 A I C 2 3模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 電 路A F EH D 7 2 7 9 AU L N2 0 0 3 A開 鎖 電 機蜂 鳴 器雙 色 指 示燈8 段 數(shù) 碼管 顯 示圖 語音門鎖硬件系統(tǒng)框圖 ? 2存儲系統(tǒng)接口設(shè)計 ? 系統(tǒng)使用 16位并行引導(dǎo)裝載模式構(gòu)建基于 Flash的 DSP脫機獨立運行系統(tǒng)，并使 DSP工作在并行裝載模式下的數(shù)據(jù)容量達到最大，即可以引導(dǎo)裝載最大為 32k的程序代碼，并且在運行程序時DSP所尋址的 64k的區(qū)域 (OOOOHOFFFFH)都可以作為運行時的程序或數(shù)據(jù)區(qū)使用。 DSP通過 CPLD選通FLASH，其硬件電路連接如圖 。 D S PC P L D/ M S T R B/ D SX FR / WA 0 A 1 5D 0 D 1 5M P / M C/ C E/ W E/ O ED 0 D 1 5A 0 A 1 5A 1 5F L A S H圖 ? 利用先進的 DSP技術(shù)來實現(xiàn)電話通信，以此來得到高質(zhì)量的語音效果及多方面的數(shù)字功能。設(shè)計開發(fā)出基于 DSP的數(shù)字電話終端系統(tǒng)，并完成以下工作： ? 根據(jù)數(shù)字電話系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和功能要求，給出了系統(tǒng)的總體方案，設(shè)計開發(fā)了基于 DSP的數(shù)字電話硬件系統(tǒng)，給出整個系統(tǒng)的硬件電路圖，詳細論述了系統(tǒng)中 DSP系統(tǒng)模塊、閃爍存儲器 (FLASH)模塊、自動增益控制模塊、RS232接口模塊、 JTAG接口模塊、 DSP與單片機連接電路等模塊的組成原理和設(shè)計實現(xiàn)方法。 ? 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計 ? 整個硬件系統(tǒng)包括 3部分 :一是 TMS320C5402DSP處理系統(tǒng)，包括 DSP（ TMS320C5402)、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等 。二是閃爍存儲器及其與 TMS320C5402接口部分 。三是AT89C51主處理器部分，包括 AT89C51處理器、鍵盤顯示電路及 AT89C51與 TMS320C5402接口。為了降低系統(tǒng)成本，在 DSP處理系統(tǒng)中，采用EPROM和高速靜態(tài) RAM相結(jié)合的存儲器配置方式。其中， EPROM用于存儲程序和初始化數(shù)據(jù)，高速 RAM用于程序執(zhí)行和數(shù)據(jù)的暫存，程序和數(shù)據(jù)共用兩片高速 RAM，簡化了系統(tǒng)硬件。整個硬件系統(tǒng)見圖 。 串 行通 信接 口電 路T M S3 2 0 C5 4 0 2編 解 碼 器多 路 開 關(guān)存 儲 器 譯 碼閃 存 ( 存 放 語 音 數(shù) 據(jù) )控 制 電 路電 話 電 路 鍵 盤 輸 入鍵 盤 編 碼E P R O M ( 存 放 程序 及 初 始 化 數(shù) 據(jù) )L C D 顯 示至 P C數(shù) 據(jù) 總 線地 址 總 線圖 信號發(fā)生器接口電路 ? 本設(shè)計主要是針對信號發(fā)生器的。它是基于DDS的工作原理，利用 FPGA編程實現(xiàn) DDS功能，以數(shù)字信號處理器為控制核心，實現(xiàn)對波形的頻率、占空比、幅度、直流偏移量的連續(xù)可調(diào)，并可以實現(xiàn)掃平和調(diào)幅功能。設(shè)計基于 AD9852的多功能直接數(shù)字信號合成源的總體方案。然后分模塊詳細敘述了信號合成源的硬件電路組成和軟件設(shè)計方案，最大限度挖掘了芯片潛力，將單片機、可編程邏輯器件與 AD9852緊密結(jié)合，實現(xiàn)了模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制以及多種擴展功能。 ? 系統(tǒng)分為三個部分 :DDS核心板模塊，函數(shù)波低頻信號發(fā)生器模塊，液晶鍵盤人機交互模塊。其中，主要的波形由 DDS核心板實現(xiàn)，函數(shù)信號發(fā)生器模塊用來輔助實現(xiàn)三角波、升斜波、降斜波等低頻信號，液晶鍵盤模塊則用來實現(xiàn)人機交互的功能。 ? 用戶從機器面板上按鍵輸入命令，數(shù)據(jù)將顯示在字符型 LCD上，并通過串口和 HPI口分別傳輸?shù)胶瘮?shù)信號發(fā)生器模塊的 MCU和 DDS核心板模塊的 DSP上。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和控制電路，DDS和函數(shù)信號發(fā)生器分別輸出信號，并通過后級信號調(diào)理電路，最后輸出所需的信號。系統(tǒng)原理框圖如圖 。 L C D 顯 示鍵 盤 控 制穩(wěn) 壓 電 源D S P增 益 可 控 放 大 器V G AF P G A 實 現(xiàn) D D S 低 通 濾 波 器 L P F 功 率 放 大 器 P A 信 號 輸 出 圖 設(shè)計系統(tǒng)框圖 ? 基于高性能 DDS芯片 AD9954的數(shù)字化頻率特性測試儀的設(shè)計。其基本設(shè)計方法是借助集成開發(fā)軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應(yīng)的目標(biāo)文件，通過下載電纜將代碼傳送到目標(biāo)芯片中，實現(xiàn)設(shè)計的數(shù)字系統(tǒng)。該測試儀以DDS芯片 AD9954為核心構(gòu)成掃頻信號源電路，以增益相位檢測器 AD8302為核心構(gòu)成檢測電路，以 DSP芯片 TMS320VC5409為核心構(gòu)成控制與運算電路，以及以 AT89S52為核心構(gòu)成外圍接口電路。該測試儀能產(chǎn)生頻率范圍達 100k～ 100MHz，功率范圍為 45dBm～ +l8dBm的掃頻信號，能對被測網(wǎng)絡(luò)的頻率特性進行測量，并留有豐富的外圍接口，可以將測量數(shù)據(jù)繪圖通過 LCD顯示或者由打印機打印輸出。 ? 從對上述理論和系統(tǒng)性能指標(biāo)的分析可以看到，頻率特性測試儀方案實際上要求包括掃頻信號源模塊，幅度和相位測量模塊，系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理模塊及顯示和人機接口模塊等四個部分。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 。 被 測 網(wǎng) 絡(luò)圖 像 顯 示 及人 機 接 口 電路幅 度 和 相 位檢 測 電 路信 號 源 電 路D S P圖 第 8章 控制接口電路 ? 本設(shè)計確定了電梯邏輯控制系統(tǒng)的基本功能，并根據(jù)這些功能設(shè)計出了電梯的基本運行控制程序。該電梯為五層樓電梯，電梯控制系統(tǒng)的調(diào)速部分主要由三菱 FX2N系列 PLC控制電機來完成。用梯形圖設(shè)計并制作了用可編程控制器控制的現(xiàn)代電梯控制裝置的實物模型。該模型為五層樓電梯控制，電機的正反轉(zhuǎn)由一個正負 12伏的電源供電，所有指示燈由一個正5伏的電源供電；樓層信息由一個 74LS48譯碼芯片驅(qū)動的共陰極的數(shù)碼管顯示。此方法可以獲得更好的乘坐舒適感，它平層精度高，并具有顯著的節(jié)能效果，保障了電梯的可靠性，成功地解決了電梯運行的舒適感問題。實踐證明，可編程控制器在工業(yè)自動化中的運用和實現(xiàn)工業(yè)控制的智能化、穩(wěn)定性和安全性都具有重要的實際意義。 電梯控制接口電路 ? 電梯在國民經(jīng)濟和生活中有著廣泛的應(yīng)用。為了適應(yīng)電梯的迅速發(fā)展，筆者開發(fā)了一套模擬電梯系統(tǒng)。由于可編程控制器（ PLC）的編程軟件具有易學(xué)易懂的梯形圖語言、控制靈活方便、運行穩(wěn)定可靠等特點?，F(xiàn)在的電梯控制多采用可編程控制器來實現(xiàn)。電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機的，所以電梯控制系統(tǒng)實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)。單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，系統(tǒng)采用隨機邏輯方式控制。總體設(shè)計流程圖圖如圖 。 總 體 分 析 設(shè) 計確 定 硬 件 配 置計 算 I / O 點 數(shù)P L C 選 型I / O 線 路 設(shè) 計控 制 線 路 設(shè) 計梯 形 圖 設(shè) 計控 制 柜 安 裝程 序 輸 入 檢 查模 擬 調(diào) 試修 改 程 序符 合 要 求 ？現(xiàn) 場 安 裝 配 線改 動 線 路 聯(lián) 機 調(diào) 試 修 改 程 序運 行 正 常 ？交 付 使 用Y NN NY圖 總體設(shè)計流程圖 ? 電氣控制系統(tǒng) ? 如圖 。 電 機 啟 停 . 正 反 轉(zhuǎn) 線 路廳門招呼線路安全保護線路P L CF X 2 N 6 4 M R. . .電 機 正 反 轉(zhuǎn) 指 示 燈 線 路呼 叫 指 示 燈 線 路樓 層 顯 示 線 路圖 電氣控制線路圖 PWM控制直流電機調(diào)速系統(tǒng)接口電路 ? 本課題的主要是用單片機控制的 PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，它由單片機控制模塊和功率驅(qū)動模塊構(gòu)成?？刂颇K主要用來產(chǎn)生 PWM脈沖信號和電機轉(zhuǎn)動的方向信號；功率驅(qū)動模塊主要由，基極驅(qū)動電路和緩沖電路組成。功率開關(guān)器件采用全可控電力晶體管，就稱晶體管直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，即 GTRPWM直流調(diào)速系統(tǒng)。由于GTR的系統(tǒng)性能優(yōu)良，現(xiàn)已被廣泛采用。其中，設(shè)計和制作 PWM控制裝置和其它電路是作者的主要內(nèi)容。 ? 單片機控制 PWM直流調(diào)速系統(tǒng)主電路 ? 單片機控制電路圖包括直流穩(wěn)壓源電路、泵升電壓電路、緩沖電路、功率驅(qū)動電路、電流反饋電路、速度反饋電路、位置反饋電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路等。如圖 。 8 9 C 5 1泵 升壓 電路A / D緩 沖電 路電 流反 饋速 度反 饋位 置反 饋直 流電 源功 率驅(qū) 動電 路D通 訊顯 示圖 單片機控制 PWM直流調(diào)速系統(tǒng)主電路 異步電動機矢量控制系統(tǒng)接口電路 ? 這里設(shè)計了一個基于高速數(shù)字信號處理器 ((TMS320LF2407A)為核心的全數(shù)字化矢量控制系統(tǒng)硬件平臺，完成了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計及硬件系統(tǒng)調(diào)試，并利用這個硬件平臺進行了初步常規(guī)矢量控制實驗。驗證了系統(tǒng)硬件設(shè)計方案的可行性。 ? 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計 ? 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 。 P CL F 2 4 0 7光 電 隔 離電 機溫 度檢 測P W M A D逆 變 器M正 交 編碼 器I P M溫 度檢 測電 流檢 測整 流濾 波外 部 電 源 復(fù) 位溫 度 過 流 缺 相等 報 警 信 號無 線 發(fā) 射 模 塊雙 口 R A M數(shù)據(jù)通訊Q E PR S 4 8 5P W MLCD顯示F P G ARS RSPDP INTAPDP INTA?V~ V AiCiBi鍵盤輸入無線接收模塊圖 第 9章數(shù)據(jù)通信及其接口電路 ? 本章主要介紹數(shù)據(jù)通信及其接口電路中的串行通信接口電路、并行通信接口電路和通用數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)接口電路的設(shè)計與應(yīng)用。 ? 主要內(nèi)容 ? 串行通信接口電路 ? 并行通信接口電路 ? 通用數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)接口電路 ? 單片機之間的雙機通信 實驗電路圖 圖 并行通信接口電路 ? 接口與系統(tǒng)的連接 ? 圖 I/O接口和外部電路的連接圖。 圖 I/O接口和外部電路的連接圖 通用數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)接口電路 ? USB接口是一種總線接口標(biāo)準(zhǔn)，具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、兼容性強、即插即用等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸、圖像采集領(lǐng)域。針對本實驗室開發(fā)的存儲測試系統(tǒng)與計算機的數(shù)據(jù)交換問題，提出并設(shè)計 ，克服測試儀器數(shù)據(jù)傳輸較慢的缺點，還要有支持熱插拔和便攜的特點。 ? 硬件電路設(shè)計 ? 系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案以及與外部測試系統(tǒng)具體的原理框圖見圖 。 硬件電路部分主要包含電源轉(zhuǎn)換 ， 數(shù)據(jù)傳輸電路 ，電平轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)緩沖電路 ， 程序存儲部分等四個部分 。 根據(jù)不同的系統(tǒng)需要USB與外圍電路的數(shù)據(jù)交換又采取了兩種不同的方式： GPIF接口方式和 Port方式 。 圖