【正文】 …………1 ⑼ DIP16 插座 ………………………………………………… 2 ⑽ DIP28 插座 ………………………………………………… 1 ⑾ PGA84_1313 插座 ………………………………………………… 1 ⑿ 電阻 ………………………………………………… 若干 ⒀ DIP 開關(guān) (8 路 ) ………………………………………………… 1 ⒁ 電容 ………………………………………………… 若干 ⒂ 8Ω 喇叭 ………………………………………………… 1 ⒃ Ф5發(fā)光二極管 ………………………………………………… 2 ⒄ 實(shí)驗(yàn)電路板（可安裝 PGA84_1313 插座） ……………………………1 ⒅ LM386 集成功放芯片 ………………………………………………… 1 ⒆ 按鍵開關(guān) ………………………………………………… 6 ⒇ DIP 開關(guān) (1 路 ) …………………………………………………1 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 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。 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主控模塊輸出的語音地址指向下一條語音信息地址表的存儲(chǔ)位置，同理按鍵 SUB 通過主控模塊作用可以使主控模塊輸出的語音地址指向上一條語音信息地址表的存儲(chǔ)位置，而 REPEAT 將不改變主控模塊輸出的語音地址以指向當(dāng)前條語音信息地址表的存儲(chǔ)位置，按鍵 CLEAR 可以使主控模塊輸出的語音地址指向第一條語音信息地址表的存儲(chǔ)位置。當(dāng)?shù)?1 段語音信息播放完后， ISD1420 將輸出 PLAY_END 信號(hào)， PLAY_END 信號(hào)作為主控模塊的另一個(gè)輸入端，將使語音信息地址指向當(dāng)前 條語音信息的第 2 段，同時(shí)PLAY_END 信 號(hào) 通 過主 控模 塊內(nèi) 部的 相應(yīng) 操作 后還 將產(chǎn) 生 語音播放信號(hào)PLAY_E，該信號(hào)作用于語音芯片 ISD1420 后又使 語音芯片 開始播放語音信息。當(dāng)?shù)诙蔚牡?8 段播放完后主控模塊將設(shè)法屏蔽 PLAY_END，即將 PLAY_END 置為高電平，使語音播放停止。 系統(tǒng)分為 鍵輸入模塊，時(shí)鐘模塊， 編程下載接口模塊 ， 主控模塊，報(bào)時(shí)模塊 ， 錄音模塊，顯示模塊。 結(jié)合 CPLD軟件控制的設(shè)計(jì)和引腳綁定， EPM7128SLC8415芯片的 58腳（ I/O端口）接 PLAY按鍵（ I/O端口）， 57腳接 ADD按鍵（ I/O端口）， 56腳接 REPEAT按鍵（ I/O端口），55腳接 ADD按鍵（ I/O端口）， 54腳接 SUB按鍵（ I/O端口）。 EPM7128SLC8415芯片 的振蕩回路由一個(gè) 16MHZ的 4腳晶振 產(chǎn)生， 4腳晶振第 4腳接 5V電源， 2腳接地， 3腳接 EPM7128SLC8415芯片的 33腳。 EPM7128SLC8415芯片 7 7 70、 6 6 6 6 64腳和語音芯片 ISD1420的 A0～ A7口連接。 EPM7128SLC8415芯片 的 7 7 7 79腳作為 CD4511的 BCD碼信號(hào)輸入端。 主控模塊 （ EPM7128S） 編程下載接 口模塊 時(shí)鐘模塊 按鍵部分 顯示模塊 (LED CD4511） 報(bào)時(shí)模塊 （ ISD1420） 錄音模塊 （ ISD1420） 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 按鍵模塊 共有 6 個(gè)按鍵開關(guān) ， 分別為 ADD,SUB,CLEAR,REPEAT,REC,PLAY 按鍵 。 為了實(shí)現(xiàn)語音可進(jìn)行人工錄入，設(shè)計(jì)中需要一個(gè) 8 路的 DIP 開關(guān)，用來在錄音時(shí)提供地址輸入。 當(dāng)單刀雙置開關(guān)接通電源報(bào)時(shí) ，當(dāng)接通地時(shí)選擇正報(bào)。對(duì)如下圖所示的錄音電路 , 先要把要報(bào)站的語音分為若干個(gè)小段 , 結(jié)合語音速度按字?jǐn)?shù)分配與之相應(yīng)的時(shí)間 , 最后按時(shí)間分配各自語音段的首地址。 圖 ISD1420 錄音電路 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 如 圖 ，在錄音電路中， ISD1420語音芯片的 A0~A7口接 DIP8路開關(guān)， DIP開關(guān)用于產(chǎn)生錄音時(shí)的二進(jìn)制首地址。當(dāng) DIP開關(guān) 接通時(shí) ，產(chǎn)生低電平，即為二進(jìn)制中的 0；相反，當(dāng) DIP開關(guān) 斷開時(shí) ，產(chǎn)生低高電平，即為二進(jìn)制中的 1。而每個(gè)地址對(duì)應(yīng)不同的語音輸入。每錄完一次，再進(jìn)行下一次錄音前要調(diào)整好 DIP開關(guān)，產(chǎn)生合適的地址。 為了能正確地進(jìn)行語音播報(bào)，必須將 20秒的語音芯片分段存儲(chǔ)所需的內(nèi)容，然后根據(jù)每條播報(bào)信息的要求組合后進(jìn)行播報(bào)。 表 語音分段存儲(chǔ)內(nèi)容表 地址 (二進(jìn)制 ) 地址 (十進(jìn)制 ) 單元數(shù) 時(shí)間長度 (s) 內(nèi)容 0001 01 2 空白 0207 27 6 “前往 ” 080F 815 8 1 “小龍坎 ” 1017 1623 8 1 “石橋鋪 ” 181F 2431 8 1 “歇臺(tái)子 ” 2027 3239 8 1 “石油路 ” 282F 4047 8 1 “大坪 ” 3037 4855 8 1 “鵝嶺公園 ” 383F 5663 8 1 “兩路口 ” 4047 6471 8 1 “解放碑 ” 484F 7279 8 1 “終點(diǎn)站 ” 5057 8087 8 1 “所有 ” 585F 8895 8 1 “到了 ” 6067 96103 8 1 “下一站 ” 686F 104111 8 1 “需要在 ” 7081 112129 24 3 “下車的乘客請(qǐng)下車 ” 7481* 116129 24 3 “（下車）的乘客請(qǐng)下車 ” 8287 116129 24 3 “沙坪壩 ” 889F 136159 24 3 “的乘客請(qǐng)做好準(zhǔn)備 ” 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 *其中 7481是 7081的子集，屬于同一個(gè)存儲(chǔ)段。此時(shí)由DIP開關(guān)提供地址數(shù)據(jù)，通過麥克風(fēng)把報(bào)時(shí)語音信 號(hào)錄制到語音芯片中。本設(shè)計(jì)中用一個(gè)發(fā)光二極管連接到 RECLED 端， 當(dāng)錄音時(shí)， RECLED 端輸出低電平，發(fā)光二極管 LED亮。 放音模塊 報(bào)站模塊采用的芯片是 ISD1420。 ISD1420的地址數(shù)據(jù)是由 EPM7128SLC8415芯片提供的。放音時(shí)，采用 PLAYE 端的下降沿觸發(fā)。 報(bào) 時(shí) 模塊中采用了 LM386功 放對(duì)聲音進(jìn)行放大，使聲音更加清晰。 圖 放音電路 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 顯示模塊 顯示部分采用的是共陰七段 LED 數(shù)碼管。顯示模塊中，采用 CD4511 做硬件譯碼。 顯示模塊由小時(shí) 、分鐘、秒構(gòu)成。故 CD4511的 和數(shù)碼顯示管各用了 6 個(gè)，其引腳綁定表示小時(shí) A0、 B0、 C0、 D0， A B CD1 的 8 個(gè) BCD 碼數(shù)據(jù)輸入端分別與 EPM7128SLC8415 芯片的 7 7 7 79 端口直接相連 。顯示模塊原理圖如圖 所示 。該模塊通過專用下載電纜一端和 PC 機(jī)相連，另一端和主控模塊的 ISP 編程信號(hào)控制線 /專用輸入端口（ TDO、 TCK、 TMS、 TDI）相連。 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 硬件和軟件的結(jié)合 系統(tǒng)的軟件和硬件需要通過編程下載進(jìn)行結(jié)合。軟件的設(shè)計(jì) 方案 如 圖 。 圖 CPLD 控制邏輯框圖 其中 ， ADD 是加計(jì)數(shù)按鍵輸入； CLEAR 是復(fù)位輸入； REPEAT 是重復(fù)播報(bào)按鍵輸入； CLK16M 是時(shí)鐘輸入端，信號(hào)頻率為 16MHz； PLAY_END 是 ISD1420 的放音結(jié)束信號(hào)，該信號(hào)是低有效； P_N_SELECT 是方向選擇輸入端，當(dāng)該輸入端為低電平時(shí)，播報(bào)信息是正向播報(bào)，反之， 當(dāng)為高電平時(shí)，播報(bào)信息是逆向播報(bào)； SUB 是減計(jì)數(shù)按鍵輸入。 值得注意的是 PLAY_END 輸入端不是一個(gè)按鍵輸入，而是語音芯片的輸出端，是低有效，該信號(hào)有效時(shí)表示當(dāng)前播報(bào)的一段語音信息已經(jīng)結(jié)束，利用該信息去觸發(fā)下一段語音信息的播報(bào)，就可以使需要播報(bào)的一條完整的語音信息連續(xù)流暢地播放出來。 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)都結(jié)束后 ，就可以進(jìn)行編程下載，使得軟硬件結(jié)合，完成系統(tǒng)功能。接著在軟件上實(shí)現(xiàn)引腳鎖定。 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 結(jié)合軟硬件，用軟件進(jìn)行引腳鎖定結(jié)果如下： Input Pins Pin Name Pin Attribute ADD LOCK 55, PULLUP CLEAR LOCK 57, PULLUP CLK16MHZ LOCK 33, PULLUP PLAY_END LOCK 75, PULLUP P_N_SELECT LOCK 12, PULLUP REPEAT LOCK 56, PULLUP SUB LOCK 54, PULLUP Output Pins Pin Name Pin Attribute A[0] LOCK 74, PULLUP A[1] LOCK 73, PULLUP A[2] LOCK 70, PULLUP A[3] LOCK 69, PULLUP A[4] LOCK 68, PULLUP A[5] LOCK 67, PULLUP A[6] LOCK 65, PULLUP A[7] LOCK 64, PULLUP BCD[0] LOCK 75, PULLUP BCD[1] LOCK 76, PULLUP BCD[2] LOCK 77, PULLUP BCD[3] LOCK 79, PULLUP PLAY_E LOCK 58, PULLUP 下載結(jié)束后，系 統(tǒng)的總體功能就可以實(shí)現(xiàn)了。結(jié)合前面所講的具體語音芯片的地址對(duì)應(yīng)的語音內(nèi)容進(jìn)行人工錄音。通過按鍵開關(guān)給主控模塊（復(fù)雜可編程邏輯器件）送驅(qū)動(dòng)脈沖，使得主控模塊內(nèi)部由軟件編寫的計(jì)數(shù)器進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)數(shù)。不管按下其中的任何一個(gè)按鍵都可以使得主控模塊產(chǎn)生語音播放信號(hào) PLAY_E ，該信號(hào)通過EPM7128SLC8415 芯片的 58 腳連接到語音芯片的 邊沿觸發(fā)放音控制端 PLAYE ，使語音芯片開始播放語音信息。最后十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的進(jìn)位信號(hào) CO 將屏蔽PLAY_END，使語音播放停止。 同時(shí)， EPM7128SLC8415 芯片也提供顯示譯碼器的地址輸入，使得系統(tǒng)可以在語音報(bào)站的同時(shí)進(jìn)行按站 數(shù)字 顯示站點(diǎn)。由于在本設(shè)計(jì)中要用到復(fù)雜可編 程邏輯器件 EPM7128SLC8415，我就選擇了可安裝 PGA84_1313 插座的實(shí)驗(yàn)電路板來手工布線，進(jìn)行系統(tǒng)性能測試。芯片布局完成后就可以開始手工連線了，連線時(shí)要仔細(xì)，尤其是復(fù)雜可編程邏輯器件EPM7128SLC8415 芯片，該芯片的底座的針腳有兩層，很容易混淆，在接線前要使用萬用表測試芯片底座和芯片的引腳是怎樣聯(lián)系的，測試后發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖所示： 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 圖 EPM7128SLC8415 芯片引腳和底座對(duì)應(yīng)圖 對(duì) EPM7128SLC8415 芯片連線就嚴(yán)格按照上圖所示。布線結(jié)束后我又對(duì)照原理圖檢查了一遍布線是否正確，主要是檢查各個(gè)芯片的接電源、地的引腳是否正確。 板的制作 實(shí)驗(yàn)板制作并測試完成后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)和原理圖使用 PROTEL 99SE 軟件設(shè)計(jì) PCB 圖。由于 PROTEL 9