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正文內(nèi)容

電子秒表系統(tǒng)設(shè)計硬件設(shè)計電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)論(參考版)

2025-06-11 00:19本頁面
  

【正文】 在本次設(shè)計中由于原理圖不是很復(fù)雜,我選擇了手工布線和對芯片布局。確認無誤后就可進行實驗板測試了。同理對其他芯片 也 要嚴格按照芯片的實際引腳進行連線。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。 將 P_N_SELECT 單刀雙置的開關(guān)與電源接通時,與 SUB 鍵結(jié)合可實現(xiàn)系統(tǒng)反向播報;與地接通時與 ADD 鍵結(jié)合可實現(xiàn)系統(tǒng)正向播報。當(dāng)?shù)?1 段語音信息播放完后 , ISD1420 將輸出PLAY_END 信號 , PLAY_END 信號又可以觸發(fā)十六進制計數(shù)器 , 同時 PLAY_END信號還將產(chǎn)生 語音播放信號 PLAY_E, 該信號作用于語音芯片 ISD1420 后又使 語音芯片開始播放語音信息。 例如,若按下 ADD 鍵可以使雙十六進制計數(shù)器的輸出加 12021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(論文) 34 以指向下一條語音信息地址表的存儲位置,同理按鍵 SUB 可以使雙十六進制計數(shù)器的輸出減 1 以指向上一條語音信息地址表的存儲位置,而 REPEAT 將不改變雙十六進制計數(shù)器的輸出以指向當(dāng)前條語音信息地址表的存儲位置,按鍵 CLEAR 可以使雙十六進制計數(shù)器的輸出全為 0 以指向第一條語音信息地址表的存儲位置。 通過下載編程接口( JI)進行編程下載,以便系統(tǒng)進行軟件調(diào)試和更新。結(jié)合系統(tǒng)原理總圖(系統(tǒng)原理總圖見附錄 ),對系統(tǒng)的總體功能描述如下: DIP 8 路開關(guān)用來給語音芯片送入 地址 碼 ,方便語音芯片 ISD1420 錄音。最后通過下載線纜下載到在系統(tǒng)可編程芯片EPM7128SLC8415 中。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。 具體軟件模塊設(shè)計見編寫軟件同學(xué)的論文 。 PLAY_E 是觸發(fā)語音播放的輸出端; A[7:0]是地址輸出端,用于給語音芯片播放時提供語音地址; BCD[3:0]是驅(qū)動顯示譯碼的輸出端,用于同步顯示汽車到站信息。 系統(tǒng)的幾乎所有控制邏輯均由 CPLD 實現(xiàn), 其邏輯框圖如 圖 所示 。在編程下載前要進行系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計。這樣在軟件編程結(jié)束后 PC 機就可通過專用下載電纜把設(shè)計的控制程序下載到復(fù)雜可編程芯片中,實現(xiàn)了在系統(tǒng)編程,為系統(tǒng)的更新和調(diào)試提供了可能。 圖 顯示模塊 編程下載接口模塊 為了使系統(tǒng)的調(diào)試和更新更加方便,本系統(tǒng)設(shè)計了編程下載接口模塊。表示分鐘 A B C D2, A B C D3 的 8 個 BCD 碼數(shù)據(jù)輸入端分別與 EPM7128SLC8415 芯片的 , 表示秒 A B C D4, A BC D5 的 8 個 BCD 碼數(shù)據(jù)輸入端分別與 EPM7128SLC8415 芯片的 用來接收由控制模塊送入的地址信號 。而在顯示部分我們采用的是靜態(tài)顯示。 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。共陰七段 LED 數(shù)碼管的 A、 B、 C、 D、E、 F、 G 端口分別和 CD4511 的 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G 端口直接相連。 LM3686的 2號、3號端口分別與 ISD1420芯片的 1 14端口通過一個 100K的電阻和一個 地相連。放音時,由 CPLD控制芯片產(chǎn)生 PLAYE信號,語音芯片 ISD1420每遇到一個 PLAYE 端的下降沿,就會去檢測由 CPLD控制芯片輸出的地址,進行按 整點報時 。由于 一天 共有 24個 小時 ,每報一 次時 需要連續(xù)報 8個段 , 共需要存儲 18個語音段,因此需要占用 8條數(shù)據(jù)輸入線,即 A0~A7均要和 CPLD的 IO端口相連,用于接收由 CPLD軟件編程實現(xiàn)的語音輸入地址 。配以外圍器件,如喇叭,播鍵開關(guān)等。當(dāng)錄音停止或存儲器錄滿時, LED熄滅。檢測是否進入錄音狀態(tài)可以測 ISD1420的 RECLED 端是否變?yōu)檫壿嫷汀? 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。根據(jù)分析,一個全長九站的線路,語音信息分 18段存儲即可,分段表如 表 。具體的地址對應(yīng)的語音內(nèi)容如下所示。在錄音時,與 A7和 A6對應(yīng)的開關(guān)其中必須有一個置為低電平,即為二進制中的 0。由此就產(chǎn)生了二進制首地址。每個開關(guān)的另一端均與地相連, A0~A7通過 1k的電阻上拉至電源。即每個語音段有一個首地址 , 通過改變DIP 開關(guān)位置 , 便可實現(xiàn)地址編碼。 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。 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。這些按鍵均與 EPM7128SLC8415 芯片的 IO 端口相連,分別實現(xiàn) 加、減、清零、重復(fù)、錄音、放音功能。 EPM7128SLC8415芯 片 的 1 2 3 4 5 6 78腳接 5伏電源, 13 4 4 5 7 82腳接地。作為地址線,用于產(chǎn)生語音芯片的播放地址組合。 EPM7128SLC8415芯片 的 TDO、 TCK、 TMS、 TDI分別與編程下載接口模塊的 9相連。 每個按鍵開關(guān)由一個 1k?的電阻上拉至 5伏的電源。 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(論文) 27 圖 系統(tǒng)硬件模塊劃分圖 主控模塊 為了使系統(tǒng)具有在系統(tǒng)可編程功能,本設(shè)計選用了在系統(tǒng)可編程芯片EPM7128SLC8415,并且為了系統(tǒng)更新方便,該芯片還外接了編程下載接口,可直接用下載電纜對芯片進行下載更新,提高了芯片的更新速度。這樣就達到了每條語音信息重復(fù)播放兩次的目的。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。按鍵 ADD、 SUB、 REPEAT、CLEAR 都有 3 個功能,第一個功能是前面講的修改主控模塊輸出的語音地址 ,第二個功能是使主控模塊輸出的語音地址清零以便從該條信息的第 1 段開始播放,第三個功能是通過主控模塊產(chǎn)生一個下降沿語音播放信號 PLAY_E,該信號連接到語音芯片的邊沿觸發(fā)放音控制端 PLAYE,使語音芯片開始播放語音信息。另外通過按鍵選擇還可以用做跑表計時。 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。所以在本設(shè)計中選擇了 4 腳有源晶振。有源晶振是要外加電源的 ,而且不用外加 電容 ,它的輸出信號比較的強 ,一般用示波器是可以明顯的看到的 .無源的晶振不要外加電源 ,但是必須使用兩個合適的電容 ,這個比較的麻煩 ,如果電容不對應(yīng)的話 ,晶振很可能不工作 ,而且信號不是很強 ,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 。 4 只引腳,是一個完整的振蕩器,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,信號質(zhì)量好,比較穩(wěn)定,而且連接方式相對簡單 ,不需要復(fù)雜的配置電路 。 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 。具體原因如下 。 共陰極字段碼 LED 顯示 0~ 9 某個字符時,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” 。 圖 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)。 當(dāng)顯示器的某一段發(fā)光二極管通電時,該段發(fā)光,例如,使 b、 c、 f、 g 這 4 段發(fā)光2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(論文) 23 二極管通電,則顯示字符 “4”。 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。 當(dāng) LE=0 時,允許譯碼輸出 ; LE=1 時譯碼器是鎖定保持狀態(tài),譯碼器輸出被保持在 LE=0 時的數(shù)值 。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 LT( 3 腳 ): 測試輸入端 。 BI( 4 腳 ): 消隱輸入控制端 。 圖 CD4511的 引腳圖 [14]。以下將詳細介紹 CD4511和 LED七段顯示器 的性能 [14]。顯示模塊中需要對主控模塊產(chǎn)生的二進制地址進行譯碼。 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]。 圖 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。 LM386 的外形和引腳的排列如圖所示 [13]。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。 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。分段放音時,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、計算機的 I/O 口。錄放時,將 S5 打致 “REC” ,再按住 S1, LED 亮就開始錄音,錄音時間致 2 秒時就必須松一下 S1,否則下一段無效。 A3~ A7 平時通過電阻 R6~ R13接至高電平,如果要將某一地址置低電平時,則在該位與地之間接一個隔離二極管。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間。 A A5:未用 。 A4可防止地址計數(shù)器復(fù)位,使得信息連續(xù)不斷地 放出。 A4:連續(xù)尋址。 A3 可使存于存儲空間始端的信息自動地連續(xù)重放。當(dāng)這個操作模式完成時,錄放的所有信息就作為一個連續(xù)的信息放出。 A1:用于刪除 EOM 標(biāo) 志(僅用于錄音工作狀態(tài))。不知道每個信息的實際地址, A0 使操作者快速檢索每條信息, A0 每輸入一個低脈沖,可使利內(nèi)部地址計數(shù)器跳到下一個信息。 表 操作模式簡表 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(論文) 18 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。 ( 2) 當(dāng) PLAYE、 PLAYL或 REC變?yōu)榈碗娖?,同時 A A7為高電平時,執(zhí)行地址線所對應(yīng)的操作模式。 0 地址是 ISD1420 存儲空間的起始端,后面的操作可模擬模式的不同,而從不同的地址開始工作。如果 A A7 同為高電平時,它們即為模式位。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。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。 ( 14) VCCD、 VCCA: 數(shù)字電路電源正端和模擬電路電源正端 。 ( 13) VSSD、 VSSA: 數(shù)字地和模擬地 。 REC鍵優(yōu)先于 PLAYE或 PLAYL其中一個放音鍵。 ( 12) REC: 錄音觸發(fā)端 。 當(dāng)該端電平變低并保持,電路進入放2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(論文) 17 音狀態(tài),放音結(jié)束后電路進入準(zhǔn)備狀態(tài)。 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)。當(dāng)錄音停止或存儲器錄滿時, LED熄滅。 ( 9) RECLED: 發(fā)光二極管接口 。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi), 頻率變化在 +5%內(nèi),建議使用穩(wěn)壓電源 。 該端在實際應(yīng)用中通常接地, 芯片內(nèi)部的采樣時鐘在出廠前已調(diào)校, 保證了標(biāo)稱的最小錄音時間。單端輸出則需要該腳與喇叭之間串接 100μF的交流耦合電容。 該端可直接驅(qū)動 16Ω以上 喇叭,可利用單端輸出驅(qū)動喇叭,也可采用雙端輸出驅(qū)動喇叭。 AGC的響應(yīng)時間是由 AGC內(nèi)阻抗(5kΩ)和外部電容 C來決定的;釋放時間是 C和 R的 RC時間常數(shù)決定的。 ( 6) AGC: 自動增益控制端 。 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。當(dāng)以 差分形式連接話筒時,可減小噪聲,提高共模抑制比。 ( 3) MIC REF: 駐極體話筒參考輸入端 。片內(nèi)自動增益控制電路( AGC)將前置增 益控制在 15 至 24dB。 ( 2) MIC: 駐極體話筒輸入端 。 ISD1420除 A3外 ,其余均為空腳 (NC)。 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(論文) 15 ( 2) 電氣特性 [10]: ●工作電壓 VD
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