導(dǎo)語：如何才能寫好一篇時(shí)鐘電路，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)時(shí)鐘 RTC 晶振

1 RTC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

實(shí)時(shí)時(shí)鐘的基本功能是保持跟蹤時(shí)間和日期等信息，但許多RTC還提供有多種附加功能，如：看門狗定時(shí)器、系統(tǒng)復(fù)位、非易失存儲(chǔ)器（NV RAM）、序列號(hào)、方波輸出、涓流充電等。因此，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，選擇RTC芯片出了需要考慮其時(shí)間和日期跟蹤功能外，通常還需要針對(duì)具體應(yīng)用來對(duì)RTC的功能、成本、尺寸等要求進(jìn)行綜合考慮。

1.1 接口方式

從接口要求入手選擇RTC可以大大縮小芯片的選擇范圍。RTC芯片提供有多種接口方式，其中并行接口可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器的快速訪問或有較大的存儲(chǔ)容量，適合于那些對(duì)價(jià)格、尺寸要求不是很荷刻的系統(tǒng)，許多采用并行接口的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片還與晶振和電池封裝在一起構(gòu)成一個(gè)完整的時(shí)鐘模塊，從而簡化了硬件設(shè)計(jì)。并行接口包括復(fù)用總線（數(shù)據(jù)與地址總線復(fù)用）和獨(dú)立的地址、數(shù)據(jù)總線。一般用于時(shí)間保持的NV RAM都采用與SRAM相同的控制信號(hào)，并可以方便地與常用的微處理器容量。另外，有些Phantom實(shí)時(shí)時(shí)鐘還將時(shí)鐘數(shù)據(jù)隱含在備用電池支持的RAM內(nèi)，以便利用64位軟件協(xié)議來訪問時(shí)鐘數(shù)據(jù)。

一般情況下，串行接口時(shí)鐘芯片都具有外形尺寸較小、成本低廉等優(yōu)勢，但這類芯片的通信速率一般較低，因而比較適合便攜式產(chǎn)品。這類芯片通常包括1-Wire接口、2線、3線、4線或SPI接口，而許多處理器也包括2線或SPI接口，當(dāng)然，也有些處理器（如8051及其派生產(chǎn)品）則支持復(fù)用的地址和數(shù)據(jù)總線。

1.2 備用電池

在有些應(yīng)用中（如VCR），時(shí)鐘和日期信息在系統(tǒng)掉電時(shí)將會(huì)丟失，而在大多數(shù)應(yīng)用中要求系統(tǒng)主電池?cái)嚯姇r(shí)仍保持時(shí)鐘和日期有效。為保持時(shí)鐘振蕩器持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，可采用主/輔電池結(jié)構(gòu)或大電容配合主電源為時(shí)鐘電路供電，這樣，RTC芯片內(nèi)部還必須提供兩組電源的切換電路。如果用電池（如Li+電池）作為備份電源，RTC設(shè)計(jì)還應(yīng)該注重低功耗指標(biāo)，以使其在電池供電時(shí)具有盡可能低的功耗。電源切換控制電路通常由主電源供電，需要時(shí)可切換到電池供電，并將RTC置為低功耗模式，電池供電時(shí)，可禁止微處理器與RTC之間的通信（通常被稱為寫保護(hù)），以使電池電流降至最小，同時(shí)避免數(shù)據(jù)被破壞。

在采用電池為電池系統(tǒng)供電時(shí)，時(shí)鐘電路耗電最大的部件是振蕩器，對(duì)于那些嵌入了晶振和電池的時(shí)鐘模塊（如DS12C887），由于振蕩器在出廠時(shí)處于禁止?fàn)顟B(tài)，因此電池的損耗電流主要是電池的自放電，室溫下，電池自放電每年的消耗能量大約占電池容量的0.5%。有些時(shí)間保持NV RAM模塊利用時(shí)鐘來控制IC和SRAM，出廠時(shí)，振蕩器處于禁止?fàn)顟B(tài)、SRAM與電池?cái)嚅_，只有模塊在主電源供電并第一次與時(shí)鐘電路斷開時(shí)，電池才與SRAM接通。這一功能常被稱作電池保鮮。Dallas Semiconductor的絕大多數(shù)RTC都提供有一個(gè)電池輸入引腳和一個(gè)內(nèi)部反向充電保護(hù)電路。由于Li+電池的額定溫度是-40℃～+85℃，因此，使用時(shí)應(yīng)確保環(huán)境溫度不要超出+85℃。

1.3 時(shí)鐘格式

在電路設(shè)計(jì)中使用的時(shí)鐘格式主要有三種：BCD碼、二進(jìn)制碼、未格式化的二進(jìn)制計(jì)數(shù)值。其中BCD碼比較通用，因?yàn)樗臅r(shí)間和日期可以直接顯示，且不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，每8位寄存器表示一個(gè)二位數(shù)，對(duì)于某些特殊的時(shí)間和日期，由于不占用全部8位數(shù)據(jù)，因此，不用位可以充當(dāng)一些特殊功能（如用作讀/寫位），也可以在硬件讀取時(shí)時(shí)終保持固定狀態(tài)（1或0）。二進(jìn)制碼格式與BCD碼一樣具有獨(dú)立的秒、分鐘、小時(shí)、星期、日、月、年寄存器，在一些提供BCD碼格式的RTC中，常常也提供可選擇的二進(jìn)制碼格式。時(shí)間和日期寄存器每秒鐘更新一次，日期循環(huán)與月、年有關(guān)。星期寄存器與其它寄存器的變化關(guān)系不大，在子夜更新數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從7至1循環(huán)變化，程序中可以用1表示任何一個(gè)特定的星期數(shù)，只要在整個(gè)程序中指定數(shù)值保持一致即可。在12小時(shí)制與24小時(shí)制或BCD碼與二進(jìn)制碼之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，時(shí)間、日期、鬧鐘寄存器需要重新進(jìn)行初始化。二進(jìn)制計(jì)數(shù)碼用一個(gè)多字節(jié)（一般為32位）寄存器來存儲(chǔ)時(shí)間信息，時(shí)間信息用一個(gè)秒計(jì)數(shù)值表示，并可通過軟件將秒計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換為合理的時(shí)間和日期。

另外，在選擇RTC時(shí)，還需要考慮千年（Y2K）兼容性問題，Y2K兼容的RTC包含有世紀(jì)信息（提供世紀(jì)數(shù)值或世紀(jì)位），并可正確地計(jì)算潤年，Dallas Semiconductor提供的RTC均兼容于Y2K，而且不存在日期敏感的邏輯。

2 設(shè)計(jì)考慮

2.1 晶振與精度

晶體振蕩器在固定頻率振蕩器中能夠提供較高的精度，絕大多數(shù)RTC采用32.768kHz的晶體，晶體振蕩器輸出經(jīng)過分頻后會(huì)產(chǎn)生1Hz的基準(zhǔn)來刷新時(shí)間和日期。RTC的精度主要取決于晶振的精度，溫度變化時(shí)，音叉晶振所具有的拋物線型的頻率響應(yīng)特性曲線如圖1所示，23ppm的溫漂大約每月產(chǎn)生1分鐘的時(shí)鐘誤差。晶振一般在特定的電容負(fù)載下，其調(diào)諧振蕩在正確的頻點(diǎn)，而當(dāng)晶振調(diào)諧于12.5pF負(fù)載的RTC電路中時(shí)，使用6pF負(fù)載的晶振將會(huì)使時(shí)鐘變快。Dallas Semiconductor提供的所有RTC均采用內(nèi)部偏置網(wǎng)絡(luò)，因而晶振可直接連接到RTC的X1、X2引腳，而不需要額外的元件。由于RTC的晶振輸入電路具有很高的輸入阻抗（大約109Ω），因此，它與晶振的連線猶如一個(gè)天線，很容易耦合系統(tǒng)其余電路的高頻干擾。而干擾信號(hào)被耦合到晶振引腳將導(dǎo)致時(shí)鐘數(shù)的增加或減少。考慮到線路板上大多數(shù)信號(hào)的頻率高于32.768kHz，所以，通常會(huì)產(chǎn)生額外的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)。因此，晶振應(yīng)盡可能靠近X1、X2引腳安裝，同時(shí)晶振、X1/X2引腳的下方最好布成地平面。圖2是一個(gè)推薦的晶振布線圖，其數(shù)字信號(hào)引腳需遠(yuǎn)離晶振和振蕩器引腳，對(duì)于那些會(huì)產(chǎn)生明顯的射頻輻射的元件，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以屏蔽，并使其遠(yuǎn)離晶振，特點(diǎn)是低功耗晶振，它對(duì)鄰近的射頻干擾非常敏感，往往會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘加快。

另外，由于振蕩器啟動(dòng)時(shí)間、晶振的性能以及線路板的布局有關(guān)。實(shí)際上，較大的等效串聯(lián)電阻（ESR）和過大的電容負(fù)載都會(huì)延長振蕩器的啟動(dòng)時(shí)間，而且，ESR較大時(shí)，還會(huì)造成較大的功率損耗。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照對(duì)晶振特片參數(shù)的要求來選擇晶振，同時(shí)應(yīng)提供合理的線路板布局以便使啟動(dòng)時(shí)間能夠控制在1秒鐘以內(nèi)。

2.2 功耗問題

許多實(shí)時(shí)時(shí)鐘都采用電池供電，典型應(yīng)用是利用一塊小的鋰電池在主電源掉電時(shí)直接驅(qū)動(dòng)振蕩器和時(shí)鐘電路。為有效延長電池的使用壽命，振蕩器必需消耗盡可能少的能量。為了保證這一點(diǎn)，應(yīng)謹(jǐn)慎考慮振蕩器的設(shè)計(jì)。典型的高頻振蕩電路ESR較低，但設(shè)計(jì)中一般會(huì)留出5倍、甚至10倍的ESR裕量，而低頻晶振則具有較高的ESR。對(duì)于一個(gè)RTC振蕩器，或許留出2倍的負(fù)阻裕量即可，振蕩器的負(fù)阻裕量越小、耗電越低，但是，這種電路對(duì)寄生參數(shù)、噪聲非常敏感。此外，振蕩電路的負(fù)載電容對(duì)功耗也有一定影響，雖然12.5pF內(nèi)部負(fù)載的RTC的耗電要比6pF負(fù)載的RTC大，但是，它通常具有更高的抗干擾能力。

篇2

衛(wèi)星接收機(jī)中系統(tǒng)時(shí)鐘電路的正常工作，是確保整機(jī)能夠正常工作的前提。在MPEG-2解碼方案的DVB系統(tǒng)時(shí)鐘電路中，絕大多數(shù)采用27MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘。主要為接收機(jī)中的解復(fù)用和解碼器提供系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘和視頻時(shí)鐘，接收機(jī)所需的其他時(shí)鐘（除LAN電路外）如252MHz的CPU工作時(shí)鐘，均由27MHz時(shí)鐘經(jīng)芯片內(nèi)部的PLL電路分倍頻產(chǎn)生。

PCR時(shí)鐘恢復(fù)功能

1. PCR時(shí)鐘恢復(fù)功能原理

為了保持時(shí)鐘頻率的穩(wěn)定性，數(shù)字接收機(jī)都應(yīng)該具有PCR時(shí)鐘恢復(fù)功能。因?yàn)閿?shù)字電視系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)，為了保證收發(fā)端的正常工作，接收端與發(fā)送端的頻率和相位一致，必須建立收發(fā)端的PCR（Program Clock Peference：節(jié)目參考時(shí)鐘）時(shí)鐘恢復(fù)功能。如果沒有這個(gè)功能，接收機(jī)工作較長時(shí)間后，時(shí)鐘誤差就會(huì)累積，累積到一定程度就會(huì)出現(xiàn)接收畫面停幀或丟幀現(xiàn)象。

PCR時(shí)鐘恢復(fù)功能原理如圖1所示，在發(fā)送端的視頻編碼器中，有一個(gè)由硬件時(shí)鐘電路產(chǎn)生的27MHz時(shí)鐘，編碼過程中不斷讀取27MHz時(shí)鐘。同時(shí)利用計(jì)數(shù)器對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)，形成PCR，然后每隔一段時(shí)間將PCR隨基本流數(shù)據(jù)一起放入傳送流編碼器中，在傳送流編碼器中匯同音頻幀、視頻幀等一起編碼成以188字節(jié)為1包、符合MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的TS流，傳送出去。

接收端有一個(gè)正在工作的本地系統(tǒng)27MHz時(shí)鐘，其額定頻率與發(fā)送端時(shí)鐘相等，同樣也有一個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)它計(jì)數(shù)形成一個(gè)本地PCR。接收端將從發(fā)送端獲取的TS流經(jīng)過傳送流解碼器解碼后，將取得的PCR與本地PCR比較，并用比較結(jié)果形成的控制電壓經(jīng)低通濾波器濾波后，產(chǎn)生一個(gè)直流電壓去控制27MHz壓控振蕩（VCO）電路，VCO電路調(diào)整本地27MHz時(shí)鐘，使之與發(fā)送端時(shí)鐘同步，這樣就完成PCR時(shí)鐘的恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)收發(fā)端聲音和圖像完全同步。

2. PCR時(shí)鐘恢復(fù)功能的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于DVB系統(tǒng)傳輸來說，恢復(fù)PCR時(shí)鐘是一個(gè)基本要求，因?yàn)橹挥蠵CR時(shí)鐘正確，接收機(jī)才能恢復(fù)基準(zhǔn)27MHz（±30ppm）時(shí)鐘。在DVB系統(tǒng)時(shí)鐘電路中，通過增設(shè)對(duì)27MHz時(shí)鐘電路中的VCO閉路鎖相的硬件控制，來達(dá)到PCR時(shí)鐘恢復(fù)的目的。

一些普及型衛(wèi)星接收機(jī)為節(jié)省硬件成本，并未采用VCXO電路，而是通過系統(tǒng)軟件程序避免這種情況，或讓這種情況出現(xiàn)時(shí)不那么明顯。不過在DM500S原廠機(jī)和早期仿制機(jī)中，均運(yùn)用了普通晶振＋壓控晶振（VCXO：Voltage Control X-tal Oscillator）芯片的解決方案。

VCXO芯片簡介

1. PLL502-02芯片簡介

在電路板上印刷標(biāo)記為P502（U23）芯片，是美國Phaselink公司壓控晶振專用PLL502系列芯片中的一種，為PLL502-02二倍頻芯片，其典型可調(diào)頻率范圍是±250ppm，額定工作電源電壓為3.3V。采用SOIC（Small Outline IC：小輸出線集成電路）封裝方式，引腳功能如圖2所示。

其中1、8腳接晶振兩端， 6腳接+3.3V電源，4腳接地，3腳VCON接CPU的PWM信號(hào)控制端，5腳為27MHz輸出端。在PLL502-02內(nèi)部（圖3），主要由VCXO電路和PLL（鎖相環(huán)）電路構(gòu)成，其中PLL電路部分由基準(zhǔn)頻率、相位檢波器、電荷泵、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器VCO和分頻器組成。

晶體振蕩電路配合外部的晶振產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率，相位檢波器用于比較基準(zhǔn)頻率信號(hào)和反饋信號(hào)的相位，環(huán)路濾波器對(duì)由相位檢波器的電荷泵所產(chǎn)生的電流脈沖進(jìn)行積分，以生成施加于VCO的調(diào)諧控制電壓。VCO輸出通過分頻器負(fù)反饋到相位檢波器，迫使VCO在達(dá)到平衡時(shí)產(chǎn)生與基準(zhǔn)頻率兩倍相等的頻率。當(dāng)VCO的輸出頻率和相位都與基準(zhǔn)頻率和相位相等時(shí)，就認(rèn)為PLL處于“鎖定”狀態(tài)。

與PLL502-02芯片功能結(jié)構(gòu)相同的還有美國一些公司的產(chǎn)品，如ICS公司的MK3727、AMI半導(dǎo)體公司（AMIS）的FS6128、Pericom半導(dǎo)體公司的PI6CX100-35、TLSI公司的T83027 A-02等，可以直接代換。

2. T73227芯片簡介

美國TLSI公司的T73227芯片，是一款高精度壓控晶振專用芯片。輸入標(biāo)準(zhǔn)的27MHz晶振信號(hào)，輸出27MHz的時(shí)鐘信號(hào)，其典型可調(diào)頻率范圍是±150ppm，額定工作電源電壓為3.3V。有SOIC和MSOP兩種封裝方式封裝，引腳功能如圖4所示。

T73227芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。

系統(tǒng)時(shí)鐘電路

DM500S接收機(jī)所采用的系統(tǒng)時(shí)鐘電路，主要有PLL502-02芯片＋13.5MHz晶振和T73227芯片＋27MHz晶振兩種方案，其電路原理是一樣的。

1. PLL502-02＋13.5MHz方案

圖6是采用PLL502-02＋13.5MHz方案的系統(tǒng)時(shí)鐘部分電路板。

該方案系統(tǒng)時(shí)鐘電路電路繪制如圖7所示。

在該電路中，由13.5 MHz晶振（Y2）和負(fù)載電容C217、C218和PLL502-02（U23）芯片內(nèi)部的VCXO電路構(gòu)成時(shí)鐘振蕩，再經(jīng)過芯片內(nèi)部的PLL鎖相、緩沖整形輸出27MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘，這也是機(jī)器剛開始復(fù)位工作時(shí)本地的強(qiáng)制時(shí)鐘。

一旦接收機(jī)接收到信號(hào)并成功鎖定后，則通過主芯片U15在軟件的控制下，實(shí)時(shí)地解析出PCR與本地PCR的差值后，再通過主芯片內(nèi)部的PWM（脈寬調(diào)制）單元輸出PWM控制信號(hào)，經(jīng)過外部的R205、C215組成的低通濾波器，濾掉PWM輸出的高頻信號(hào)，保留低頻的直流分量，送到U23的3腳，調(diào)節(jié)片內(nèi)的變?nèi)荻O管，使產(chǎn)生的本地系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，使之與發(fā)送端節(jié)目的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率同步。

2. T73227＋27MHz方案

圖8是采用T73227＋27MHz方案的系統(tǒng)時(shí)鐘部分電路板，實(shí)際上T73227芯片和PLL502-02芯片完全兼容，因此組成的電路也完成相同，只是將晶振由13.5MHz更換為27MHz即可。

3. 74HCU04＋27MHz方案

后期的DM500S灰殼機(jī)采用74HCU04＋27MHz晶振方案，如圖9所示。

74HCU04是74系列邏輯集成電路中一種六反相器，芯片含有6個(gè)非門，該方案系統(tǒng)時(shí)鐘電路繪制如圖10所示。

該電路采用皮爾斯振蕩電路，使用74HCU04（U23）芯片中的F6、F2兩個(gè)反相器，其中F6和27MHz晶振以及C217、C218構(gòu)成27MHz時(shí)鐘振蕩電路，F(xiàn)6在電路中起反相激勵(lì)振蕩作用，F(xiàn)2為輸出的振蕩波形進(jìn)行緩沖和整形。

C217、C218為負(fù)載電容，與晶振一起決定負(fù)載諧振頻率，負(fù)載電容常用標(biāo)準(zhǔn)值有12pF、16pF、20pF和30pF等。

R203、R204為負(fù)載電阻，其中R203和晶振并聯(lián)，在電路上起反饋?zhàn)饔?，以保證反相器輸入端的工作點(diǎn)電壓在VDD/2；這樣在振蕩信號(hào)反饋在輸入端時(shí)，能保證反相器工作在適當(dāng)?shù)墓ぷ鲄^(qū)，使得振蕩幅度趨于穩(wěn)定。如果用芯片中的反相器來作振蕩，必須外接這個(gè)電阻，對(duì)于CMOS芯片而言，該反饋電阻一般選取≥1MΩ阻值。R204和晶振串聯(lián)，作為驅(qū)動(dòng)電位調(diào)整之用，預(yù)防止晶振被過分驅(qū)動(dòng)而引起頻率上升，導(dǎo)致晶振早期失效。

該電路輸出的是固定的27MHz本地系統(tǒng)時(shí)鐘，不能夠隨發(fā)送端的時(shí)鐘作同步調(diào)節(jié)。

系統(tǒng)時(shí)鐘電路故障檢修

對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘電路的故障，在相關(guān)接收機(jī)的硬件問題上，主要表現(xiàn)在電路未啟振和時(shí)鐘頻率偏移這兩種現(xiàn)象。

1. 電路未啟振

電路未啟振的故障現(xiàn)象是：開機(jī)電視屏幕無反應(yīng)，任何操作也均無效，呈死機(jī)狀態(tài)。

可用30M示波器測27MHz晶振引腳有無振蕩波形產(chǎn)生，如果沒有，說明系統(tǒng)時(shí)鐘電路未產(chǎn)生振蕩，應(yīng)該重點(diǎn)檢查晶振是否損壞，U23的8腳有無3.3V電源以及U23是否損壞等故障。例如采用PLL502-02芯片的時(shí)鐘電路，檢查1、8腳應(yīng)該有13.5MHz的波形，而8腳有27MHz的波形，具體如圖11所示。

如是業(yè)余維修，沒有示波器，可使用數(shù)字萬用表測量晶振引腳兩端的電壓。根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，晶振兩端電壓其中一端略低于為電源電壓一半，另外一端略高于電源電壓的一半（多見于頻率較高的晶振電路），則晶振工作正常。

如DM500S在正常工作時(shí)，其PLL502-02芯片引腳測試電壓值如表1僅供參考）。

注意，用普通數(shù)字萬用表測試芯片5、8腳時(shí)，會(huì)因?yàn)槿f用表的內(nèi)阻低，導(dǎo)致時(shí)鐘電路不能正常工作而引起接收機(jī)死機(jī)。

2. 時(shí)鐘頻率偏移

由于時(shí)鐘頻率偏移而產(chǎn)生的故障現(xiàn)象較多，主要有如下幾種：

（1）圖像有馬賽克現(xiàn)象

27MHz時(shí)鐘不僅作為系統(tǒng)的恢復(fù)時(shí)鐘，而且還作為視頻編碼的基準(zhǔn)時(shí)鐘，頻率必須保持穩(wěn)定，不能漂移過多。視頻編碼器是在此前提下，才能正常工作的。若漂移嚴(yán)重，可產(chǎn)生圖像有馬賽克，甚至無圖像等現(xiàn)象。

例如一臺(tái)DM500S接收機(jī)，圖像不時(shí)有馬賽克現(xiàn)象，用萬用表檢測27MHz晶振兩個(gè)腳電壓，發(fā)現(xiàn)與正常值有偏差，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)負(fù)載電容C217漏電，更換30pF普通瓷片電容，故障排除。

（2）聲像不同步

一般來講，采用普通晶振的系統(tǒng)時(shí)鐘電路，容易產(chǎn)生聲像不同步現(xiàn)象，因?yàn)樗鼪]有PCR時(shí)鐘恢復(fù)功能。PCR是系統(tǒng)時(shí)鐘的抽樣值，如果在某一段時(shí)間內(nèi)，節(jié)目編碼的時(shí)鐘和本地的27MHz系統(tǒng)時(shí)鐘相差太多，而又沒有實(shí)時(shí)地恢復(fù)，會(huì)導(dǎo)致回放的音頻、視頻在時(shí)間上相差過大，出現(xiàn)聲音在前口不動(dòng)或口動(dòng)聲音卻在后的問題，這種現(xiàn)象對(duì)于采用74HCU04＋27MHz方案部分DM500S灰殼機(jī)來講，尤其嚴(yán)重。而采用晶振＋VCXO芯片的系統(tǒng)時(shí)鐘電路則很少會(huì)出現(xiàn)這個(gè)問題，如果有這個(gè)問題，則一般是晶振或負(fù)載電容的溫度穩(wěn)定性差所致，可更換優(yōu)質(zhì)的元件試一試。

例如有燒友反映，一臺(tái)采用T73227＋27MHz方案DM500S接收機(jī)，用電視機(jī)固定一個(gè)臺(tái)觀看，看3個(gè)小時(shí)后出現(xiàn)音像不同步現(xiàn)象，越往后不同步越嚴(yán)重，當(dāng)工作到8小時(shí)后就會(huì)出現(xiàn)馬賽克形象，而每次剛換臺(tái)后的一段時(shí)間卻很正常。同步用電腦通過Web網(wǎng)頁收看，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電視機(jī)有馬賽克時(shí)，電腦上卻沒有馬賽克現(xiàn)象。

燒友根據(jù)網(wǎng)上搜索了好多資料，分析都是說內(nèi)存的問題，但更換內(nèi)存后一點(diǎn)效果也沒有，我們建議更換27MHz晶振，問題得以解決。這就是27MHz晶振溫度穩(wěn)定性差所致，當(dāng)剛換臺(tái)時(shí)，接收機(jī)的鎖相環(huán)（PLL）電路要重新鎖定PCR及其它時(shí)鐘，所以能圖像正常；過一段時(shí)間后，PLL電路由于27MHz時(shí)鐘頻率偏移過大而失鎖，就會(huì)有馬賽克現(xiàn)象。用電腦收看沒有馬賽克是因?yàn)殡娔X接收的是數(shù)字碼流，是通過電腦的軟件解碼實(shí)現(xiàn)的，和接收機(jī)的27MHz晶振電路沒有關(guān)系；而電視接收到的是模擬信號(hào)，模擬信號(hào)是經(jīng)過DM500S主芯片內(nèi)的視頻編碼單元將數(shù)字視頻轉(zhuǎn)成而成的，PLL失鎖會(huì)影響視頻編碼單元，一般更換性能好的27MHz晶振即可解決問題。

有燒友詢問：一些采用T73227＋27MHz方案DM500S接收機(jī)，其系統(tǒng)時(shí)鐘電路中并未采用C217、C218負(fù)載電容，而工作卻很正常。自己照葫蘆畫瓢，也將自己有聲像不同步故障接收機(jī)上的C217、C218去掉，其結(jié)果不但沒有改善，反而不同步現(xiàn)象更加嚴(yán)重，不知是何原因？

要知道此晶振非彼晶振，對(duì)于未采用負(fù)載電容的接收機(jī)主要是所選用晶振（如HC-49S晶振，參數(shù)為27MHz、20pF/±25ppm）要求的負(fù)載電容和T73227芯片內(nèi)置的負(fù)載電容容量相配，已能夠諧振27MHz到頻率上，因此無需外置負(fù)載電容。而對(duì)一般的DM500S接收機(jī)來講，所用的晶振的負(fù)載電容并非能和T73227片內(nèi)電容容量一致，如果去掉這兩個(gè)負(fù)載電容，必會(huì)影響晶振的起振或?qū)е抡袷庮l率的偏移，出現(xiàn)上述在使用中的問題。

3. 關(guān)于更換晶振的問題

如果經(jīng)過檢查確實(shí)是晶振質(zhì)量問題，可以進(jìn)行更換。不過在更換晶振時(shí)應(yīng)該注意該晶振廠家推薦的負(fù)載電容值，這樣振蕩電路所產(chǎn)生的頻率才會(huì)和晶振標(biāo)稱值相同。不準(zhǔn)確的容值會(huì)影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度，例如一個(gè)參數(shù)為4.0000MHz、16pF/±25ppm的晶振，負(fù)載電容推薦值是16pF。如果選取負(fù)載電容為10pF時(shí)，振蕩頻率就可能會(huì)是4.0003MHz；選取負(fù)載電容為20pF時(shí)，振蕩頻率就可能會(huì)是3.9997MHz；可見負(fù)載電容對(duì)頻率精度的重要性。

因此有條件的燒友在更換晶振時(shí)可配合30MHz示波器作試驗(yàn)，在PCB板上用不同的電容或并聯(lián)一個(gè)可調(diào)電容來微調(diào)頻率，使得示波器上呈現(xiàn)出最佳和最大輸出幅度的振蕩波形。

4. VCXO芯片損壞的更換

對(duì)于采用PLL502-02芯片＋13.5MHz晶振或T73227芯片＋27MHz晶振的接收機(jī)，如果PLL502-02或T73227芯片損壞但沒有配件可更換者，可采用常見27MHz的VCXO晶振代替，如圖12所示。

常見的VCXO晶振是一個(gè)四端鐵殼器件，內(nèi)部主要由石英晶體振蕩器、變?nèi)荻O管和振蕩電路組成。其中1端VT為調(diào)諧電壓控制端，5端OUT為頻率輸出端，8、4腳分別為+3.3V電源端VCC和接地端GND。

篇3

分頻就是用同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)通過一定的電路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)。

二分頻就是通過有分頻作用的電路結(jié)構(gòu)，在時(shí)鐘每觸發(fā)2個(gè)周期時(shí)，電路輸出1個(gè)周期信號(hào)。

比如用一個(gè)脈沖時(shí)鐘觸發(fā)一個(gè)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器每計(jì)2個(gè)數(shù)就清零一次并輸出1個(gè)脈沖，那么這個(gè)電路就實(shí)現(xiàn)了二分頻功能。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

篇4

【關(guān)鍵詞】數(shù)字視頻廣播通用接口；條件接收；機(jī)卡分離；高性能系統(tǒng)總線

1.引言

在數(shù)字視頻廣播(Digital Video Broadcast，DVB)的一系列標(biāo)準(zhǔn)中，條件接收(Conditional Access，CA)用來控制廣播業(yè)務(wù)的接收[1]。外置式解密系統(tǒng)采用了歐洲的多密技術(shù)，可使用戶接收不同的加密算法所加密的節(jié)目，即用一臺(tái)機(jī)頂盒能夠接收不同CA節(jié)目的技術(shù)。機(jī)頂盒與外部CA模塊之周通過數(shù)字視頻廣播通用接口連接，完成外部模塊到機(jī)頂盒的通信，并實(shí)現(xiàn)節(jié)目解密，解擾[2]。本文給出了一種數(shù)字視頻廣播通用接口到高性能系統(tǒng)總線(Advanced High performance Bus，AHB)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)現(xiàn)，能廣泛使用于各種CA系統(tǒng)中。

2.外置式機(jī)卡分離接口技術(shù)

外置式機(jī)卡分離技術(shù)的基本思想是將解擾、CA以及其它需要保密的專有功能集中于一個(gè)可拆卸的模塊中。如圖1所示，外置式機(jī)卡分離技術(shù)由主機(jī)(又稱機(jī)頂盒)和外部CA模塊兩部分組成，在主機(jī)和CA模塊之間依靠一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻廣播通用接口（Digital Video Broadcast-Conditional Interface，DVB-CI）進(jìn)行連接和通信[3]。

采用這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于，同一機(jī)頂盒可接收任意CA系統(tǒng)加擾控制的節(jié)目。當(dāng)選擇更換CA時(shí)只需換用相應(yīng)的CA模塊，機(jī)頂盒可以保持不變。一般機(jī)頂盒擴(kuò)展有多個(gè)DVB-CI，可同時(shí)與多個(gè)CA模塊相連[4]。并自動(dòng)或在人機(jī)交互的基礎(chǔ)上識(shí)別哪個(gè)CA模塊應(yīng)處于工作狀態(tài)。采用多密技術(shù)，從用戶角度講．不會(huì)因購買一家CA的機(jī)頂盒而與此CA綁定死，用戶還有選擇其他CA服務(wù)的可能性，同時(shí)CA系統(tǒng)的更新升級(jí)也十分方便。

3.從DVB-CI到AHB的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)方法

目前在數(shù)字音視頻SOC系統(tǒng)中很多采用高級(jí)微控制器總線架構(gòu)(Advan

-ced Microcontroller Bus Architecture，AMBA)，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了從標(biāo)準(zhǔn)的DVB-CI數(shù)據(jù)格式到AMBA規(guī)范中AHB部分的轉(zhuǎn)換，并支持3路串行同時(shí)輸入或1路并行輸入。

3.1 DVB-CI接口格式

標(biāo)準(zhǔn)的DVB-CI接口數(shù)據(jù)格式如圖2所示。

前級(jí)芯片的時(shí)鐘是一個(gè)總是在跑不停的時(shí)鐘，如圖2所示，CLK為了適應(yīng)頻率的差別可能會(huì)跳過幾個(gè)前級(jí)芯片時(shí)鐘脈沖。所有的輸出信號(hào)都在CLK的上升沿保持穩(wěn)定，在下降沿變化。一個(gè)完整的包數(shù)據(jù)包含188個(gè)數(shù)據(jù)，需要204個(gè)時(shí)鐘周期，其中188個(gè)時(shí)鐘用于數(shù)據(jù)接收，16個(gè)時(shí)鐘用于奇偶校驗(yàn)[5]。

3.2 系統(tǒng)框圖及測試框架

如圖3所示，給出了DVB-CI的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及驗(yàn)證方法。DVB-CI由3個(gè)串行采樣電路、一個(gè)并行采樣電路、4個(gè)寫先入先出(First In First Out，F(xiàn)IFO)時(shí)序轉(zhuǎn)換電路和1個(gè)FIFO控制器組成。數(shù)據(jù)的來源是外部的DVB-CI標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，本設(shè)計(jì)測試時(shí)用3個(gè)串行輸入模型和1個(gè)并行輸入模型來模擬外部的DVB-CI輸入信號(hào)做系統(tǒng)驗(yàn)證。系統(tǒng)采樣外部DVB-CI輸入的數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過寫FIFO時(shí)序轉(zhuǎn)換電路的把數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成寫FIFO的時(shí)序格式。FIFO控制器實(shí)現(xiàn)FIFO數(shù)據(jù)的寫和讀控制并發(fā)起占用總線請(qǐng)求。

FIFO控制器實(shí)現(xiàn)各路信號(hào)的控制，可支持3路串行數(shù)據(jù)同時(shí)接收或則1路并行數(shù)據(jù)接收。該電路為了減少芯片面積，只采用被劃成四片的1個(gè)單口FIFO，各片分別代表3路串行的輸入和1路并行的輸入，F(xiàn)IFO的讀寫時(shí)間分配如如圖4所示。

因?yàn)橄到y(tǒng)時(shí)鐘頻率高于接口時(shí)鐘頻率的6倍，3路串行輸入可同時(shí)傳輸，而并行和串行不能同時(shí)輸入。當(dāng)并行輸入時(shí)數(shù)據(jù)傳輸率最高，最高可達(dá)320Mbit/s。把24個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期分成一個(gè)時(shí)間片，其中8個(gè)時(shí)鐘用來給FIFO寫，16個(gè)時(shí)鐘用來給FIFO讀，每個(gè)時(shí)鐘讀寫都是8bit。可以得到FIFO寫的速度和讀的速度都比接口速度要高，而FIFO讀速度比FIFO寫的數(shù)據(jù)要高。也就是說只要是接口接收到的數(shù)據(jù)都能寫入FIFO，寫入FIFO的數(shù)據(jù)都有時(shí)間讀出去。

對(duì)于從FIFO讀出來的數(shù)據(jù)到AHB總線的實(shí)現(xiàn)電路如圖5所示。有4個(gè)預(yù)讀取寄存器分別保存從4個(gè)FIFO讀取的數(shù)據(jù)。當(dāng)某片F(xiàn)IFO的數(shù)據(jù)不為空并且該片對(duì)應(yīng)的預(yù)讀取寄存器里沒數(shù)據(jù)時(shí)，預(yù)讀取寄存器會(huì)讀取FIFO里的一個(gè)數(shù)據(jù)保存下來以便發(fā)送。當(dāng)下個(gè)周期預(yù)讀寄存器里的數(shù)據(jù)被讀走時(shí)若FIFO里還有數(shù)據(jù)，則會(huì)自動(dòng)讀取FIFO里的數(shù)據(jù)。

4片F(xiàn)IFO每片F(xiàn)IFO都會(huì)向內(nèi)部仲裁器發(fā)起請(qǐng)求占用總線，發(fā)送請(qǐng)求類型根據(jù)每片F(xiàn)IFO數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)分別發(fā)送INCR16、INCR8、INCR4、INCR請(qǐng)求方式。仲裁器會(huì)根據(jù)優(yōu)先級(jí)仲裁各片F(xiàn)IFO發(fā)送的請(qǐng)求。仲裁的優(yōu)先級(jí)順序從高低的分別為：INCR16、INCR8、INCR4、INCR。當(dāng)各片F(xiàn)IFO處在同一個(gè)請(qǐng)求方式時(shí)，仲裁的優(yōu)先級(jí)順序從高低的分別為：S3、S2、S1、S0。總裁其除了要實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求的總裁外，還要把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成AHB的傳輸格式發(fā)送到AHB總線上。

4.系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

（1）系統(tǒng)面積小，F(xiàn)IFO利用率高。系統(tǒng)采用一個(gè)單口的FIFO，占用更少的芯片面積資源，降低了成本。把一個(gè)單口的FIFO劃分成四片，每片大小根據(jù)需要軟件可配。如圖5所示，如果只接收S0路，則把整個(gè)FIFO都分給S0路；如果同時(shí)接收兩路，則可把FIFO平均分成兩個(gè)單元。與傳統(tǒng)采用四個(gè)FIFO相比，減小了系統(tǒng)面積，提高了FIFO利用率。

（2）出錯(cuò)率低。因?yàn)镕IFO劃分為四片，大小可變化。同樣大小的FIFO，這種變化，可根據(jù)傳輸情況對(duì)每一片的FIFO單元配置一定的存儲(chǔ)空間，使FIFO合理有效利用，使出現(xiàn)FIFO溢出的概率更小，數(shù)據(jù)不易丟失。

（3）傳輸速度快，支持猝發(fā)傳輸。滿足系統(tǒng)時(shí)鐘頻率高于接口時(shí)鐘頻率的6倍的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)低誤碼傳輸，即使在總線仲裁器里處在低優(yōu)先級(jí)也不易產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失。

（4）多路傳輸性和可擴(kuò)展性?？芍С秩反谕瑫r(shí)傳輸，也可支持并口傳輸，并且隨著系統(tǒng)時(shí)鐘的提高，在此基礎(chǔ)上可靈活擴(kuò)展更多路的輸入。

5.結(jié)束語

本方案給出了一種從DVB-CI數(shù)據(jù)格式到AHB總線數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方法，在滿足一定系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的情況下支持把三路串行輸入或一路并行輸入的DVB-CI數(shù)據(jù)發(fā)到AHB總線上。已經(jīng)過數(shù)字仿真軟件的詳細(xì)仿真，功能全部實(shí)現(xiàn)，可集成于數(shù)字音視頻SOC產(chǎn)品中。

參考文獻(xiàn)

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[2]潘睜,蘇凱雄.DVB條件接收系統(tǒng)公共接口(CI)的研究[J].福建電腦,2004(1):24-25.

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[4]朱倩,黃焱.DVB條件接收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究[J].中國有線電視,2005(02).

篇5

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；D型觸發(fā)器；事件寄存器；仿真

Abstract：Single chip microcomputer based on microprocessor is widely used in all walks of life，It is generally in the intermittent working mode for the low power consumption，An interrupt signal is generated by an external event，will be dormant or power-down state of the processor into operation state，In order to save processor interrupt resource，simplify the data acquisition hardware and software development，Design of an event by D Flip-Flop consisting of（interrupt）register circuit，the event after storage for the processor to read.The event register circuit design are given in this paper，PROTEUS circuit simulation results are consistent with the design goals，The circuit has been successfully applied to low power system based on PC104 processor etc.

Keywords：Single Chip Microcomputer；D Flip-Flop；event register；simulation

1.引言

自微處理器面世以來，各種基于微處理器的單片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，隨著科技的發(fā)展，國內(nèi)單片機(jī)得到更深更廣的開發(fā)與應(yīng)用，同時(shí)單片機(jī)被要求有更多的硬件資源，更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，更短的開發(fā)周期，更好的后期軟件升級(jí)維護(hù)，其處理器經(jīng)歷了從MCS48，51系類單片機(jī)到自帶操作系統(tǒng)的單片機(jī)、嵌入式處理器階段，工作功耗也從10mA級(jí)到幾百mA甚至A級(jí)@5vdc。單片機(jī)常用低功耗設(shè)計(jì)方法是在軟硬件資源符合應(yīng)用系統(tǒng)的需求前提下，選擇低功耗的MCU；同種類型的MCU，選擇用電電壓較低的；盡量關(guān)閉MCU內(nèi)部不用的資源，盡量使用MOS電路的器件，在不影響存取速率允許下，選擇FLASH器件，在它不工作的時(shí)候處在掉電狀態(tài)。為進(jìn)一步降低單片機(jī)的功耗，可以使之在空閑時(shí)進(jìn)入休眠或掉電狀態(tài)，用外部事件（中斷信號(hào)）使處理器進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。但處理器本身中斷引腳有限，經(jīng)常存在多個(gè)外部中斷源共享一條中斷線的情況，由于各個(gè)中斷源產(chǎn)生的事件彼此獨(dú)立，必須采用軟件或硬件方法對(duì)中斷源優(yōu)先權(quán)排列和多級(jí)中斷嵌套等問題進(jìn)行管理[1]。導(dǎo)致軟硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜，設(shè)備可靠性降低，本文設(shè)計(jì)一個(gè)事件寄存器電路，將各種中斷源作為事件儲(chǔ)存，處理器用數(shù)據(jù)總線直接查詢事件并對(duì)相應(yīng)的事件進(jìn)行處理，處理完成后進(jìn)入休眠或掉電狀態(tài)，節(jié)約處理器的中斷資源，簡化單片機(jī)軟硬件開發(fā)。

2.D型觸發(fā)器

寄存器是由具有存儲(chǔ)功能的觸發(fā)器組合起來構(gòu)成的，一個(gè)觸發(fā)器可以儲(chǔ)存一位二進(jìn)制代碼，觸發(fā)器根據(jù)邏輯功能不同，可分為RS、JK、D、T、T’幾種，為提高電路穩(wěn)定性，希望觸發(fā)器的次態(tài)僅取決于CLK的上升沿（或下降沿）到達(dá)時(shí)刻的輸入信號(hào)的狀態(tài)，與CLK的其它時(shí)刻的信號(hào)無關(guān)，所以選擇常用的正邊沿觸發(fā)器——D型觸發(fā)器；按器件的工藝和電傳導(dǎo)性來分[2]，有TTL，PMOS，NMOS，CMOS等，其中TTL和COMS最為常用，COMS集成電路因低功耗，工作電壓寬，抗干擾能力強(qiáng)，輸入阻抗高，所以選擇滿足單片機(jī)的事件（中斷源）觸發(fā)頻率的CMOS器件，綜上選用高速COMS器件74HC74作為寄存器的基本結(jié)構(gòu)，74HC74是雙上升沿D觸發(fā)器[3]，輸入輸出邏輯如表1所示。

將D與S相連后與VCC連接，如圖1：事件寄存電路圖，圖1中的初始狀態(tài)Q在CLK上升沿時(shí)，與D狀態(tài)一樣，即為5V（H），僅當(dāng)CLR為L時(shí)，Q為L狀態(tài)，所以CLK上升沿的狀態(tài)在CLR不為L時(shí)，一直是高電平，將事件（中斷）信號(hào)轉(zhuǎn)換成上升沿脈沖輸入到CLK端，Q輸出信號(hào)為1（H），電路實(shí)現(xiàn)了事件脈沖信號(hào)鎖存的功能，在處理器處理完事件后，對(duì)CLR發(fā)低電平，事件信號(hào)清零，等待下一個(gè)事件的觸發(fā)，如仿真圖2所示，電路輸入輸出波形。

3.事件寄存器電路設(shè)計(jì)

處理器大多數(shù)情況在休眠狀態(tài)，且所有信號(hào)不可能一到便即刻處理，因此需引入緩沖電路用來暫存數(shù)據(jù)，等待正確時(shí)序進(jìn)行處理，緩沖電路包括寄存器與鎖存器兩種結(jié)構(gòu)，從寄存數(shù)據(jù)的角度來看，兩者功能是相同的，它們的區(qū)別在于寄存器是同步時(shí)鐘控制，而鎖存器是電平信號(hào)控制.可見，寄存器和鎖存器的應(yīng)用場合，取決于控制方式以及控制信號(hào)數(shù)據(jù)之間的時(shí)間關(guān)系[4]，選用CMOS同相三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動(dòng)器74HC244構(gòu)成三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，避免處理器數(shù)據(jù)口燒壞，把單片機(jī)的事件編成測試、通信、時(shí)鐘、人工等事件編成EVENT1，EVENT2，EVENT3，EVENT4等，事件寄存器電路如圖3所示。

電路工作過程：處理器開始處于休眠或掉電狀態(tài)，事件寄存器處于守候狀態(tài)，當(dāng)有事件觸發(fā)時(shí)，激活處理器啟動(dòng)，同時(shí)事件寄存器將事件暫存等候處理器處理，處理器啟動(dòng)完成后，接管整個(gè)采集系統(tǒng)，通過三態(tài)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)口讀取事件編碼后去處理相應(yīng)事件，處理完成后，清除事件寄存器，進(jìn)入休眠或掉電狀態(tài)，等待下一個(gè)事件。

4.仿真驗(yàn)證結(jié)果與事件流程分析

圖3中的4路事件寄存電路相同，所以對(duì)事件EVENT1的電路進(jìn)行PROTEUS仿真，就可以表明其它3路的運(yùn)行情況，選用模擬事件的頻率為15HZ的方波（A），CLR頻率為10HZ的方波（B），選通信號(hào)OE頻率為5HZ的方波（C），其頻率遠(yuǎn)高于實(shí)際事件發(fā)生的頻度，所以仿真結(jié)果可以確定電路是否可行，仿真輸入輸出的波形如圖4所示。

圖4中的模擬的事件波形為A，D型觸發(fā)器的清零端為B，三態(tài)驅(qū)動(dòng)器的選通信號(hào)的波形為C，D為輸出波形。A的上升沿表示有事件觸發(fā)，只有當(dāng)B為高電平保持，C低電平選通，才會(huì)形成有效的事件電平D，與設(shè)計(jì)目標(biāo)一致。由于采集事件的發(fā)生存在偶然性，事件的發(fā)生可能存在：1）處理器處在休眠或掉電狀態(tài)；2）處理器在啟動(dòng)狀態(tài)；3）處理器正常工作狀態(tài)。在1）2）狀態(tài)下B、C的信號(hào)不發(fā)生變化，事件狀態(tài)不變，無影響；第三種狀態(tài)時(shí)，只需處理器在清除事件前查詢一遍有無事件即可。

5.結(jié)束語

本文將事件（中斷信號(hào)）用D型觸發(fā)器電路來儲(chǔ)存，已成功應(yīng)用在基于PC104處理器的單片機(jī)中，低功耗單片機(jī)的開發(fā)，間歇工作方式一直是設(shè)計(jì)的基本方法，應(yīng)根據(jù)處理器的實(shí)際，采用合適的觸發(fā)數(shù)字電路，在節(jié)省處理器的中斷資源的同時(shí)可追溯中斷來源，降低單片機(jī)的整體軟硬件設(shè)計(jì)難度。

參考文獻(xiàn)

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[3]74HC74 Semiconductor Components Industries，LLC， 2007 February，2007-Rev.0.

篇6

（赤峰學(xué)院 物理與電子信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

摘要：本文利用QuartusⅡ集成開發(fā)環(huán)境來完成譯碼器、LCD、流水燈等電路的設(shè)計(jì)，以FPGA實(shí)驗(yàn)開發(fā)板為運(yùn)行載體，F(xiàn)PGA開發(fā)板FA280核心器件為Altera CycloneⅡ系列的EP2C8Q208，通過開發(fā)板上的USB Blaster將程序下載到開發(fā)板，實(shí)現(xiàn)VHDL硬件語言設(shè)計(jì)的譯碼器、LCD及數(shù)碼管顯示接口電路的運(yùn)行顯示.

關(guān)鍵詞 ：QuartusⅡ；譯碼器；顯示接口

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-260X（2015）05-0059-02

1 引言

在信息時(shí)代的今天，科技飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品更新?lián)Q代迅速，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法再也不能滿足市場需求，因此EDA技術(shù)在一些電子領(lǐng)域取得了驚人的成績.當(dāng)然，緊隨科技腳步的高校自然也不會(huì)落后，由此EDA技術(shù)便在電子信息類專業(yè)中發(fā)展起來了.但傳統(tǒng)的授課方式，讓我們只能在課堂上通過老師的講解來接觸到EDA技術(shù)，抽象的知識(shí)讓學(xué)生很難去深入理解和探索，這樣理論與實(shí)踐相結(jié)合就顯得尤為重要了.EDA是將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到電子電路設(shè)計(jì)中，在QuartusⅡ環(huán)境中，運(yùn)用輸入原理圖或硬件語言進(jìn)行編譯與仿真的技術(shù).在開發(fā)板上可以實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管、LCD、流水燈、蜂鳴器等顯示和發(fā)聲的效果.

2 EDA教學(xué)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板概述

本文用到的實(shí)驗(yàn)板是FPGA開發(fā)板FA280，F(xiàn)A280板載有SDRAM，flash以及USB Blaster下載線電路.利用QuartusⅡ集成開發(fā)環(huán)境來完成前期設(shè)計(jì)，以FPGA實(shí)驗(yàn)開發(fā)板為運(yùn)行載體，來完成VHDL、Verilog HDL等一些硬件語言的運(yùn)行顯示.

FPGA開發(fā)板FA280，其核心器件為Altera CycloneⅡ系列的EP2C8Q208，是包含192個(gè)引腳，其中I/O口有183個(gè)，板載存儲(chǔ)器包括SDRAM HY57V641620和Bytes,FLASH AM29LV320，存儲(chǔ)空間分別為8M和4MBytes.SDRAM與系統(tǒng)總線速度同步，可避免不必要的等待周期.

接口包括：PS2接口、VGA接口、RS232串口、USB下載接口.開發(fā)板具有USB Blaster下載線電路，插上USB線即可進(jìn)行下載，通過撥動(dòng)USB下載接口開關(guān)選擇JTAG或AS下載方式.

顯示設(shè)備包括6位7段紅光數(shù)碼管，8位綠色LED發(fā)光二極管，LCD1602和LCD12864顯示屏接口插座.

復(fù)位電路由一個(gè)復(fù)位按鍵和一個(gè)復(fù)位芯片組成的，可以將電路恢復(fù)到起始狀態(tài)（相當(dāng)于清零按鈕）.復(fù)位芯片為MAX811R，可將輸出脈沖寬度為140ms、門限為2.63V的低電平有效復(fù)位脈沖信號(hào)提供給FA280.

電源部分包括1117-3.3和1117-1.2各一片，從功能板分別引入3.3V和1.2V的直流電源作為EP2C8的核心電源電壓，并在核心板上加入濾波電容，以確保芯片和電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性.

其他還包括一個(gè)蜂鳴器、4位獨(dú)立按鍵、電源插座和開關(guān)、SD卡座、擴(kuò)展總線（GPIO）和有源晶振.

3 EDA技術(shù)的應(yīng)用軟件及開發(fā)流程

3.1 硬件描述語言VHDL

高級(jí)硬件描述語言VHDL已成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)，適用于行為級(jí)和RTL級(jí)的描述，最適于描述電路行為，并在設(shè)計(jì)時(shí)可以不了解電路的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié).VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口，其設(shè)計(jì)的基本點(diǎn)是將設(shè)計(jì)實(shí)體分成內(nèi)、外部分.完整的VHDL程序要包含庫、程序包、實(shí)體、構(gòu)造體和配置等部分，它的描述語句和常用語句都有其固定的格式，并且有自己的語法，不允許不同類型的數(shù)據(jù)在表達(dá)式中自由組合.

3.2 開發(fā)流程

QuartusⅡ作為一個(gè)綜合性的開發(fā)平臺(tái)，可以完成多種功能的實(shí)現(xiàn).QuartusⅡ的設(shè)計(jì)流程：首先輸入HDL等形式的設(shè)計(jì)文本，接著根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)定編譯方式和策略，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)校驗(yàn)（仿真和定時(shí)分析），最后進(jìn)行編程與驗(yàn)證（將編程文件配置到PLD中）.設(shè)計(jì)過程中，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，則回到設(shè)計(jì)輸入階段改錯(cuò)，然后重復(fù)以上步驟.

設(shè)計(jì)輸入：設(shè)計(jì)輸入可以用HDL方式或原理圖錄入方式.一般可以使用原理圖來設(shè)計(jì)最頂層，將整個(gè)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)描述清楚，具體實(shí)現(xiàn)各模塊時(shí)用HDL.對(duì)于HDL方式的設(shè)計(jì)輸入，可以采用Verilog和VHDL，我們這里采用VHDL語言來實(shí)現(xiàn).

綜合：綜合工具將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成包含邏輯單元和邏輯單元間連接的網(wǎng)表文件.

功能仿真：對(duì)已經(jīng)綜合的電路的功能進(jìn)行驗(yàn)證，功能仿真不涉及任何時(shí)序方面的內(nèi)容.

配置：將綜合產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)表中的邏輯單元映射到CPLD/FPGA器件中的LE，這里還包含器件中LE間連接和路由的選擇.

時(shí)序分析和時(shí)序仿真：通過分析配置后的電路各個(gè)路徑上的傳輸延時(shí)，獲得電路的性能情況.這里的時(shí)序仿真將結(jié)合器件時(shí)間參數(shù)，與前面的功能仿真不同，功能仿真只關(guān)注與源程序的邏輯是否正確.

編程：在CPLD/FPGA器件內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，包括邏輯單元和邏輯單元間的連接.

在做一個(gè)設(shè)計(jì)時(shí)，通常要對(duì)功能進(jìn)行模塊劃分，每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)源文件，用一個(gè)唯一的頂層文件將這些模塊源文件組合起來，形成一個(gè)整體設(shè)計(jì).頂層文件完成模塊的例化工作，頂層文件可以用HDL語言編寫，也可以用原理圖的方式.

4 譯碼器與顯示接口電路設(shè)計(jì)

4.1 3線-8線譯碼器

3線-8線譯碼器的仿真過程：運(yùn)行Quartus II軟件，建立工程項(xiàng)目，工程命名為lq.建立一個(gè)VHDL文件，命名為lq，文件后綴為.vhd，再將程序?qū)懭氩⒈４?，然后編譯，確保沒有錯(cuò)誤后進(jìn)行仿真，周期設(shè)為100ns.將輸入端A2、A1、A0三位二進(jìn)制代碼按照真值表設(shè)定好；S_0、S_1、S_2為控制輸入端，當(dāng)s_0 and (not s_1)and (not s_2)為1時(shí)，譯碼器工作，當(dāng)它為0時(shí)，譯碼器全為高電平；輸出端Z-n7到Z-n0.在對(duì)端口進(jìn)行設(shè)定，將A2、A1、A0和總控制端S設(shè)定為K1、K2、K3、K4四位獨(dú)立按鍵作為輸入端，其端口依次為I/O74、I/O72、I/O75、I/O76.輸出端Z-n7~Z-n0對(duì)應(yīng)的是LED8~LED1，其端口依次是I/O181、I/O175、I/O171、I/O169、I/O170、I/O173、I/O180、I/O182.設(shè)定好之后，再次進(jìn)行編譯仿真，沒有錯(cuò)誤即可進(jìn)行配置，可以實(shí)現(xiàn)輸入四位二進(jìn)制代碼，按照其原意翻譯成相應(yīng)的輸出信號(hào)，體現(xiàn)在LED燈上.仿真波形如圖1所示.

4.2 LCD顯示

LCD的仿真過程：運(yùn)行Quartus II軟件，建立工程項(xiàng)目，工程命名為lcd1602.建立一個(gè)VHDL文件，命名為lcd1602，文件后綴為.vhd，再將程序?qū)懭氩⒈４妫缓缶幾g，確保沒有錯(cuò)誤后進(jìn)行仿真.先進(jìn)行端口說明，輸入端為：start - 啟動(dòng)顯示、cmd - 命令、dat_i - 等顯示的字符數(shù)據(jù)、clk - 時(shí)鐘、rst - 復(fù)位信號(hào)（低電平有效）.輸出端為：lcd_e - lcd1602使能、lcd_rw - lcd1602讀取有效、lcd_di - lcd1602數(shù)據(jù)/命令選擇信號(hào)、lcd_dat - lcd1602數(shù)據(jù)、ok .完成對(duì)lcd1602的驅(qū)動(dòng)，使lcd1602初始化，并顯示字符.

然后以同樣步驟建立名為lcddemo_ctrl的工程，到編譯仿真.再進(jìn)行端口說明，輸入端為：ack -接收數(shù)據(jù)方已確認(rèn)（上升沿有效）、init_ok-顯示屏初始化完成、clk-時(shí)鐘輸入、rst-復(fù)位信號(hào)輸入.輸出端為：stb-輸出數(shù)據(jù)通知信號(hào)，上升沿有效、dat-輸出數(shù)據(jù).還要對(duì)列出文本文件的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)定（參考），就可以完成在lcd1602上顯示兩行字符“made by liu qin”.當(dāng)然也可以顯示其他內(nèi)容，根據(jù)AsciI字符表編輯想要顯示的代碼，便可顯示想要的字符.

4.3 流水燈

流水燈的設(shè)計(jì)主要由三個(gè)模塊和一個(gè)頂層文件組成，其模塊劃分及功能說明如表1、表2：

FA280開發(fā)板硬件具有8位LED，為低電平驅(qū)動(dòng)方式，即低電平點(diǎn)亮高電平熄滅.

本實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)以提供低電平方式點(diǎn)亮8個(gè)LED中的某一個(gè)或多個(gè)，其點(diǎn)亮模式代表了數(shù)據(jù)0~9和A~F，兩次點(diǎn)亮的時(shí)間間隔為1s，以15s的周期循環(huán)重復(fù).流水燈點(diǎn)亮方案如表2.流水燈顯示仿真過程是對(duì)三個(gè)模塊和一個(gè)頂層文件進(jìn)行編譯仿真，具體操作步驟如上兩個(gè)實(shí)例.運(yùn)行Quartus II軟件，分別建立工程項(xiàng)目、VHDL文件，再將程序?qū)懭氩⒈４妫缓缶幾g，確保沒有錯(cuò)誤后進(jìn)行仿真.并對(duì)各模塊的端口進(jìn)行說明，實(shí)現(xiàn)其具體功能，完成流水燈的顯示.

5 結(jié)語

本設(shè)計(jì)應(yīng)用QuartusⅡ 9.0軟件，采用VHDL語言，按照開發(fā)流程完成3線-8線譯碼器、LCD和流水燈的設(shè)計(jì)，得到相應(yīng)的仿真波形并下載到實(shí)驗(yàn)開發(fā)板上觀察顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果.這個(gè)過程讓學(xué)生熟悉了EDA技術(shù)和實(shí)驗(yàn)開發(fā)板的功能，及相關(guān)軟件的應(yīng)用.

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篇7

我在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用的朗威DISLabV6.5系統(tǒng)提供了20多種物理量傳感器，在電子電路實(shí)驗(yàn)中常用的傳感器有電壓傳感器、電流傳感器、磁傳感器和微電流傳感器等。DISLab的軟件分為專用軟件和通用軟件。專用軟件用于完成預(yù)先設(shè)計(jì)好的演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)，針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)提供各具特色的數(shù)據(jù)記錄、分析和演示界面。通用軟件的功能豐富，支持實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的手動(dòng)或自動(dòng)記錄，可以選擇數(shù)據(jù)的采集頻率和顯示方式（數(shù)字、儀表和示波等），同時(shí)具有繪圖、擬合、運(yùn)算等數(shù)據(jù)分析功能。在電子電路實(shí)驗(yàn)中，我們常用通用軟件模塊。

2DISLab在電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢

2.1有助于深入研究電路相關(guān)知識(shí)

DISLab具有強(qiáng)大的繪圖和圖像處理功能，通過“組合圖線”窗口可以實(shí)現(xiàn)繪圖、圖線分析、圖線控制和圖線回放等功能，為直觀揭示各種電路現(xiàn)象與電路物理量之間的關(guān)系創(chuàng)造了極好的條件。DISLab設(shè)有兩個(gè)“組合圖線”窗口，可同時(shí)觀察不同的物理量之間的關(guān)系，如同一個(gè)實(shí)驗(yàn)中電流、電壓與時(shí)間的關(guān)系、電壓與電流的關(guān)系等。通過圖線分析功能，可對(duì)圖線進(jìn)行多種擬合、求導(dǎo)、積分等分析和處理。通過圖線控制功能，可實(shí)現(xiàn)圖像的橫向、縱向自由縮放，既可展示圖線的具體細(xì)節(jié)，又能把握數(shù)據(jù)變化的全過程。通過圖線回放功能，可重新播放做過的實(shí)驗(yàn)圖線，以便仔細(xì)觀察和進(jìn)一步研究。通過圖線“鎖定”功能，可將圖線作為歷史參照保留在窗口內(nèi)，當(dāng)改變實(shí)驗(yàn)條件重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，可將新獲得的圖線與參照?qǐng)D線進(jìn)行比較，總結(jié)實(shí)驗(yàn)條件改變對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。如在“三極管輸出特性曲線”實(shí)驗(yàn)中，先將基極電流IB保持為恒定，得到一條ICE-IC曲線，再調(diào)整基極電流IB并保持為恒定，可得到第二條UCE-IC曲線。如果在繪制第二條UCE-IC曲線之前鎖定第一條曲線，我們可同時(shí)看到兩組曲線。借助于這樣的技術(shù)支撐，我們能直觀地觀察出相關(guān)物理量之間的關(guān)系，并對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行多角度的認(rèn)識(shí)和深入研究。

2.2DISLab拓寬了傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)的領(lǐng)域

DISLab依靠高靈敏度的傳感器和高速數(shù)據(jù)采集器，使過去令老師只能“黑板”上談兵的瞬間變化或可見度小的實(shí)驗(yàn)過程變得顯而易見，比如電容的充放電、雙穩(wěn)態(tài)電路、振蕩電路、自感現(xiàn)象等。DISLab中，數(shù)據(jù)采集器可將大量的數(shù)據(jù)在非常短的時(shí)間內(nèi)記錄并傳送到電腦中，并通過配套的軟件直接處理和顯示，使得在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備中不容易檢測與觀察的物理量直觀地表現(xiàn)出來，增加了學(xué)生的體驗(yàn)和感受，同時(shí)激發(fā)了試驗(yàn)探究和和探求知識(shí)的欲望。例如：在電容充放電實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)殡娏鞯淖兓俣群芸?，如果用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器和手段測量電流誤差很大，而且無法觀察其變化規(guī)律。而利用DISLab后，實(shí)驗(yàn)過程簡便直觀，探測靈敏度提高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀，激發(fā)了學(xué)生的探究興趣。1）實(shí)驗(yàn)過程：（1）將電壓和電流傳感器分別接入數(shù)據(jù)采集器；（2）按照?qǐng)D1所示的實(shí)驗(yàn)原理圖連接實(shí)驗(yàn)裝置；（3）對(duì)傳感器“調(diào)零”；（4）按“組合圖線”按鈕啟動(dòng)圖線功能，添加“U1-t、I1-t”圖線；（5）點(diǎn)擊“開始”按鈕，開始記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；（6）將開關(guān)撥到1（充電）位置；（7）當(dāng)充電曲線穩(wěn)定后，再把開關(guān)撥到2（放電）位置。完成以上幾個(gè)步驟后，在“組合圖線”窗口中可以看到如圖2所示的實(shí)驗(yàn)曲線。2）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)開關(guān)撥到1位置時(shí)，電容開始充電，電容兩端的電壓逐漸增加并趨于穩(wěn)定，最終等于電源電動(dòng)勢。在開關(guān)接通的瞬間電流很大，但電流隨著電壓的增加而逐漸減小，最終等于零。當(dāng)開關(guān)撥到2位置時(shí)，電容開始放電，電容兩端的電壓逐漸減小并最終等于零。在開關(guān)接通2位置的瞬間，電路中產(chǎn)生很大的反向電流，但電流隨著電壓的減小而逐漸減小，最終等于零。該實(shí)驗(yàn)中，DISLab直觀地顯示電流和電壓的瞬間變化，順利突破了教學(xué)難點(diǎn)，使學(xué)生輕松掌握電容的工作原理，顯著提升了教學(xué)效率。DISLab優(yōu)化和挖掘傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器的測量和記錄功能，使得原來無法測量和無法觀察的實(shí)驗(yàn)過程變得易如反掌，有效地延伸了人的感官功能，提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域引領(lǐng)了革命性的變革。

2.3DISLab支持自制教具和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的擴(kuò)充

DISLab提供的多種傳感器和功能豐富的軟件平臺(tái)，為教師發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性、自助設(shè)計(jì)和制作教具提供了有力支持，為實(shí)驗(yàn)課的教與學(xué)增添了活力，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和質(zhì)量。在實(shí)際教學(xué)中，我們還可以不斷地優(yōu)化和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過把傳感器跟傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備有效地組合，開發(fā)更多的學(xué)生實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)。通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過程和內(nèi)容、自制高效的實(shí)驗(yàn)教具，還能不斷地?cái)U(kuò)充實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能，為學(xué)生提供更加直觀、形象和生動(dòng)的示范和創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)環(huán)境。

3結(jié)語

篇8

關(guān)鍵詞：語音控制；語音識(shí)別芯片；單片機(jī)；

文章編號(hào)：1674-3520（2015）-09-00-03

一、課題背景

學(xué)校常會(huì)組織我們到貴陽市盲聾啞學(xué)校送愛心，與殘障孩子親密互動(dòng)，今年也不例外。那些殘章的孩子來到這個(gè)世界，只能用他們僅存的方式去感知世界萬物，在他們的世界里只有一種顏色，那就是黑色。我不禁想，在學(xué)校還有老師的照拂，可他們總有一日要長大，要開啟自己的人生旅程。要是我能為他們做哪怕一點(diǎn)點(diǎn)事，就算只是為他們的家庭生活提供一些幫助也是好的。我想，如果能利用我在機(jī)器人社中學(xué)到的傳感器、電子電路、單片機(jī)等專業(yè)知識(shí)，對(duì)家庭電路進(jìn)行智能化改造，讓家庭的電路“聰明”起來，使他們能夠聽得懂主人的指令而進(jìn)行相應(yīng)的操作，那就可以對(duì)有殘障的人和對(duì)一些不良于行的病人或老人的家庭生活都能提供很大的便利。于是，有了我的這個(gè)設(shè)計(jì)――基于LD3320的語音識(shí)別系統(tǒng)在家庭電路中的模擬應(yīng)用。

二、模型設(shè)計(jì)

（一）模塊功能

（二）模型組成

（三）主要電子元件工作原理與功能說明

1、LD3320語音識(shí)別芯片

LD3320語音識(shí)別芯片采用的是ASR（Auto Speech Recognitio）技術(shù)，是YS-LD語音識(shí)別模塊的核心。它是對(duì)大量的語音數(shù)據(jù)經(jīng)語言學(xué)家語音模型分析，建立數(shù)學(xué)模型，并經(jīng)過反復(fù)訓(xùn)練提取基元語音的細(xì)節(jié)特征，以及提取各基元間的特征差異，得到在統(tǒng)計(jì)概率最優(yōu)化意義上的各個(gè)基元語音特征，最后才由資深工程師將算法以及語音模型轉(zhuǎn)換成硬件芯片并應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中。

LD3320有兩種使用模式，即“觸發(fā)識(shí)別模式”和“循環(huán)識(shí)別模式”?？梢酝ㄟ^編程，設(shè)置兩種不同的使用模式。

觸發(fā)識(shí)別模式：系統(tǒng)的主控MCU在接收到外界一個(gè)觸發(fā)后，啟動(dòng)LD3320芯片的一個(gè)定時(shí)識(shí)別過程，在這個(gè)定時(shí)過程中說出要識(shí)別的語音關(guān)鍵詞語。這個(gè)過程結(jié)束后，需要再次觸發(fā)才能再次啟動(dòng)一個(gè)識(shí)別過程。

循環(huán)識(shí)別模式：系統(tǒng)的主控MCU反復(fù)啟動(dòng)識(shí)別過程。如果沒有人說話就沒有識(shí)別結(jié)果，則每次識(shí)別過程的定時(shí)到時(shí)后再啟動(dòng)一個(gè)識(shí)別過程；如果有識(shí)別結(jié)果，則根據(jù)識(shí)別作相應(yīng)處理后再啟動(dòng)一個(gè)識(shí)別過程。

根據(jù)本案模型的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，采用語音觸發(fā)識(shí)別模式。LD3320芯片最多支持50個(gè)識(shí)別條目，每個(gè)識(shí)別條目是標(biāo)準(zhǔn)普通話的漢語拼音（小寫），每2個(gè)字（漢語拼音）之間用1個(gè)空格間隔。例如表1，只需要把識(shí)別的關(guān)鍵詞語以漢語拼音字符串的形式傳送進(jìn)芯片，該芯片已封裝了基于標(biāo)準(zhǔn)普通話的語音模型數(shù)據(jù)和語音識(shí)別算法，無需進(jìn)行任何語音訓(xùn)練即可投入開發(fā)應(yīng)用。

2、STM32單片機(jī)控制單元

本案模擬系統(tǒng)主控單元采用意法半導(dǎo)體ARM-Cortex架構(gòu)的STM32F1系列超低功耗單片機(jī)作為控制核心。

該單元完成幾大功能：

向LD3320模塊提供時(shí)鐘振蕩信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)片上DSP（數(shù)字信號(hào)處理器 ）工作；

通過SPI（串行外設(shè)接口）串行通信方式向LD3320模塊寫入預(yù)定義的控制命令拼音串，并讀取語音模塊返回的識(shí)別結(jié)果編碼；

根據(jù)識(shí)別結(jié)果驅(qū)動(dòng)負(fù)載電路（LED單元（發(fā)光二極管）、繼電器單元）的動(dòng)作。

當(dāng)LD3320模塊完成一次識(shí)別過程后，通過中斷請(qǐng)求方式通知主控單元處理，主控單元獲知中斷請(qǐng)求后會(huì)暫時(shí)中止當(dāng)前的任務(wù)執(zhí)行，轉(zhuǎn)而跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)例程（ISR Route），在該例程中通過SPI總線從LD3320模塊讀取識(shí)別編碼，根據(jù)識(shí)別編碼的不同執(zhí)行對(duì)應(yīng)控制功能。通過點(diǎn)亮、熄滅指令對(duì)應(yīng)發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)繼電器接通主回路得到運(yùn)行結(jié)果。

3、LED顯示單元

本案模擬系統(tǒng)用六個(gè)共陽極發(fā)光二極管（LED）來模擬家庭中廚房、工作間、臥室、走廊、衛(wèi)生間、陽臺(tái)的燈泡開關(guān)狀況，工作時(shí)主控單片機(jī)則根據(jù)語音命令，采用輸出低電平方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮。

4、繼電器輸出單元

繼電器輸出單元可接收主控單片機(jī)的高低電平控制信號(hào)以接通或斷開主回路。主回路根據(jù)實(shí)際需求可以用于大電壓，交、直流供電的負(fù)載驅(qū)動(dòng)。本案模擬系統(tǒng)用繼電器單元實(shí)現(xiàn)家庭電扇的通斷控制。

（四）系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境

本案模擬系統(tǒng)的軟件開發(fā)只針對(duì)STM32F103主控單元進(jìn)行，軟件代碼完成以下功能：

LD3320底層驅(qū)動(dòng)（對(duì)其內(nèi)部寄存器的讀寫、時(shí)序的控制）；

STM32F103硬件單元和用戶變量的初始化；

用戶語音命令拼音串的寫入；

中斷服務(wù)ISR（完成負(fù)載電路的驅(qū)動(dòng)控制）。

軟件開發(fā)基于ARM公司的Keil開發(fā)環(huán)境，完成從代碼編輯到編譯、調(diào)試、燒寫一系列過程。

（五）設(shè)備成本

三、設(shè)備實(shí)測

（一）控制命令

LD3320語音識(shí)別芯片中最多可以寫入50條語音控制指令，可以根據(jù)用戶需要定制個(gè)性化的語音控制功能。本案設(shè)備的設(shè)計(jì)初衷是為了探索LD3320語音識(shí)別芯片在家庭電路中的模擬應(yīng)用，故只寫入了比較基本的18條指令。

（二）設(shè)備測試

在寫入程序，完成硬件連線并加電復(fù)位后，系統(tǒng)即進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。向系統(tǒng)說出控制命令（盡可能用普通話， 不過實(shí)測時(shí)對(duì)貴陽本地方言還是有較高識(shí)別率），比如說“廚房打開”、“走廊關(guān)閉”、“電扇啟動(dòng)”、“運(yùn)行流水燈”等命令后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)識(shí)別結(jié)果執(zhí)行對(duì)應(yīng)動(dòng)作，點(diǎn)亮/熄滅LED或者通/斷電扇運(yùn)行。

為了更好的檢測語音識(shí)別效果，實(shí)驗(yàn)中選擇多個(gè)不同音色的人在家庭（比較安靜）環(huán)境下分別進(jìn)行測試，每個(gè)詞語測試50遍。部分非特定人的語音命令測試的正確識(shí)別數(shù)據(jù)比例見表4：由上表可知，在家庭（比較安靜）環(huán)境下，對(duì)于語音命令的平均識(shí)別率可達(dá)到90%以上。

四、設(shè)備優(yōu)勢與應(yīng)用展望

（一）設(shè)備優(yōu)勢

1、本案設(shè)備成本低、語音辨識(shí)率高、響應(yīng)快速，可以直接安裝于家庭電路中實(shí)現(xiàn)語音智能控制。

2、由于LD3320 可以動(dòng)態(tài)編輯的識(shí)別關(guān)鍵詞語列表，因此其可以應(yīng)用的范圍大大超過了那些不可以改變識(shí)別列表的芯片。

3、可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行控制命令寫入，實(shí)現(xiàn)可定制、個(gè)性化的智能控制。

（二）應(yīng)用展望

1、應(yīng)對(duì)家庭生活突發(fā)狀況

在本語音識(shí)別系統(tǒng)中只是初步嘗試了對(duì)用電器通、斷電控制，而在現(xiàn)在社會(huì)中有很多的空巢老人，他們獨(dú)自生活，如果在家中出現(xiàn)意外或突發(fā)疾病，隨時(shí)都有可能危及生命。如果在本案系統(tǒng)中可以添加“緊急呼叫”的語音控制，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)狀況時(shí)可以使用該功能觸發(fā)電話自動(dòng)撥打物管、救護(hù)車、親屬等重要聯(lián)系人。或者該控制與小區(qū)物管相連，每當(dāng)有人有緊急呼叫時(shí)，物管的終端緊急呼叫燈亮起，并觸發(fā)揚(yáng)聲器發(fā)出警報(bào)聲，使物管人員迅速到場解決問題。

2、實(shí)現(xiàn)家用電器的語音控制

（1）電磁爐/微波爐/智能家電操作

在現(xiàn)在的家電中，各種各樣的設(shè)置越來越繁復(fù)。用戶在使用過程中，還要不斷地對(duì)家電進(jìn)行功能切換。在引入LD3320 芯片后，可以用語音直接控制這些家電。比如用語音來控制電磁爐把火力調(diào)整到“煎炸”或者是“慢燉”。

（2）數(shù)碼像框

數(shù)碼像框中存放了許多的照片和視頻，同時(shí)又具有多種播放的方式。一般是通過按鍵或者遙控器的方式來對(duì)其進(jìn)行操作，但是這樣的操作并不方便。在引入了LD3320 提供的語音識(shí)別功能后，用戶可以最自然地用語音去點(diǎn)播想要顯示的照片，或者改變數(shù)碼像框的顯示方式。使得這樣的數(shù)碼產(chǎn)品更加具有人性化的操作界面。

3、機(jī)頂盒/彩電遙控器

隨著數(shù)字電視的普及，家庭中可以收看到的電視節(jié)目也越來越豐富。大家也就苦于在眾多的頻道中迅速選擇到自己想要看的頻道。在把LD3320 語音識(shí)別芯片集成進(jìn)機(jī)頂盒/彩電遙控器后，用戶只需要對(duì)著遙控器說出想要看的電視頻道的名字，就可以快速地選擇。比如用戶可以說出“奧運(yùn)體育”，就可以轉(zhuǎn)到體育頻道來觀看精彩的體育比賽了。

4、智能玩具/對(duì)話玩具

在電視購物中曾經(jīng)出現(xiàn)過可以人機(jī)對(duì)話的玩具，比如金福豬，金福狗等。這些玩具采用的語音識(shí)別只能支持固定的10 條左右的語音命令，比如“你好”，“我想聽歌”等等。采用LD3320 芯片，可以利用其動(dòng)態(tài)編輯識(shí)別關(guān)鍵詞語列表的性能，讓玩具實(shí)現(xiàn)及其復(fù)雜的對(duì)話腳本。避免了玩具的嚴(yán)重同質(zhì)化。

（三）公共服務(wù)設(shè)施的語音控制

1、自動(dòng)售貨機(jī)、地鐵自動(dòng)售票機(jī)等銷售型服務(wù)設(shè)施

在自動(dòng)售貨機(jī)、地鐵自動(dòng)售票機(jī)等銷售型服務(wù)設(shè)施中安裝語音操作模塊。人們可以對(duì)著售貨機(jī)說出要買的商品，比如“可口可樂”或者“面巾紙”投幣后商品就自動(dòng)售出。在北京、上海等大都市中，外地旅客較多，對(duì)地鐵線路不熟悉導(dǎo)致買票時(shí)不知道票價(jià)也不知道如何購買。有了語音操作界面后，只需要對(duì)著售票機(jī)說出要去的地方或者想要到達(dá)的站點(diǎn)，根據(jù)屏幕提示放入紙幣，就可以方便地買到車票。

2、公共照明系統(tǒng)、輔助設(shè)施的語音控制

在公共場合幫助殘疾人士、行動(dòng)不便的老人或小孩非接觸地去控制公共照明系統(tǒng)或輔助設(shè)施（地下通道輪椅臺(tái)等）的運(yùn)行。

3、樓宇電視的廣告點(diǎn)播

目前分眾傳媒等公司的樓宇廣告設(shè)施，遍布幾乎所有的寫字樓，也在廣告投放上取得了良好的效果。但是目前用戶在接受廣告時(shí)，都是被動(dòng)地去接受信息。對(duì)于其中感興趣的廣告，只能是等待下次再看到時(shí)進(jìn)行仔細(xì)地了解，沒有辦法進(jìn)行主動(dòng)式地廣告查詢。

引入LD3320 語音識(shí)別芯片后，用戶可以用語音去方便地查詢想要了解的廣告信息。比如操作樓宇廣告“重新播放”“上一條”來重新觀看一條廣告。或者“汽車”來點(diǎn)播想要看的汽車廣告。

這樣的語音操作，不需要增加額外的鍵盤輸入和觸摸屏輸入，又可以讓用戶與廣告充分互動(dòng)，取得更佳的效果。

五、結(jié)語

使用LD3320 芯片可以在一定程度上完成這樣的語音控制系統(tǒng)，給人們的生活帶來更便利的語音交互界面。作為一種新的人機(jī)交互界面，會(huì)逐步地走入人們的日常生活，在適合用語音控制的地方給人們提供更多的便利。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳喜春.基于LD3320語音識(shí)別專用芯片實(shí)現(xiàn)的語音控制，[J]. 電子技術(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用. 2011年11月

篇9

多數(shù)學(xué)生對(duì)家庭電路中由于電流過大造成的火災(zāi)等事故沒有感性認(rèn)識(shí)，可能只是偶爾會(huì)從新聞里看到這樣的實(shí)例，多數(shù)學(xué)生對(duì)家庭電路中的“電”有恐懼心理.因此教師先播放城市里近期發(fā)生的由于用電不當(dāng)造成的火災(zāi)事故視頻，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到我們幾乎每時(shí)每刻離不開電，在使用過程中有可能造成危害。教師演示實(shí)驗(yàn)時(shí)使用低壓電源，消除學(xué)生的對(duì)“電”的恐懼心理，從而更好的分析家庭電路中電流過大的原因。

本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)又是難點(diǎn)：分析理解短路和用電器總功率過大是造成家庭電路中電流過大的原因。

為了突出重點(diǎn)和突破難點(diǎn)：我準(zhǔn)備通過三個(gè)演示實(shí)驗(yàn)：

一、[演示實(shí)驗(yàn)]： 用電器總功率過大造成電流過大

1.利用如下圖保險(xiǎn)絲A、B接線柱部位換成裸銅絲，在E、F處接入功率較小的“6V、3W”燈泡時(shí)電路正常工作。再在E、F接入“6V，21W”的燈泡時(shí)電路總電流超過導(dǎo)線允許通過的2A的電流，總功率過大時(shí)導(dǎo)線C、D上的絕緣皮冒少量煙，后迅速斷開電路。

2.引導(dǎo)學(xué)生分析導(dǎo)線C、D上的絕緣皮冒少量演的原因：學(xué)生會(huì)說用電器功率過大，這是要追問是一個(gè)用電器功率過大還是總功率過大，學(xué)生會(huì)說是用電器總功率過大。然后引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合前面學(xué)過的知識(shí)導(dǎo)出電路中電流過大的原因即I=P/U ；U 一定 P=P1+P2+P3+……Pn ，越大，I越大。

3.學(xué)以致用

炎炎夏日即將來臨，明明家新購置了一臺(tái)1 kW的空調(diào)。已知他家原有用電器的總功率是5 600 W，電能表上標(biāo)有“220 V 10（40）A”的字樣。請(qǐng)你通過計(jì)算說明：

（1）使用這臺(tái)空調(diào)時(shí)，通過它的電流是多少？

（2）從安全用電的角度考慮，明明家的電路是否允許安裝這樣一臺(tái)空調(diào)？

找一個(gè)學(xué)生板演，其他學(xué)生在練習(xí)本上完成，老師巡視過程中發(fā)現(xiàn)第二問有兩種解法時(shí)通過課件展示兩種解法的解題過程。利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，提高學(xué)生的應(yīng)用能力。并嘗試一題多解，提高學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力。

[提出問題]：有時(shí)候家庭電路中用電器的總功率并不是很大，但是也會(huì)產(chǎn)生電流過大的現(xiàn)象，你認(rèn)為原因可能是什么？

二、[演示實(shí)驗(yàn)]：短路是家庭電路中電流過大的另一個(gè)原因

1.利用如下圖保險(xiǎn)絲A、B接線柱部位換成裸銅絲， E、F處接入銅導(dǎo)線，閉合開關(guān)，因短路時(shí)電流過大導(dǎo)線C、D上的絕緣皮冒大量煙，CD金屬絲被燒紅，后迅速斷開電路。并問燈泡是否被燒壞，將EF處導(dǎo)線移除，重新閉合開關(guān)，觀察等燈是否發(fā)光。

2.引導(dǎo)學(xué)生分析導(dǎo)線C、D上的絕緣皮冒大量煙，CD金屬絲被燒紅的原因；然后引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合前面學(xué)過的知識(shí)導(dǎo)出電路中電流過大的原因即I=U/R；U一定時(shí)，R越小，I越大。

3.學(xué)生閱讀教材110頁找出家庭電路發(fā)生短路的原因；即由于改裝電路時(shí)不小心、或絕緣皮破損或老化等原因使火線和零線直接連通，用電器潮濕進(jìn)水造成短路，使得電流過大。

[提出問題]：如何防止總功率過大或短路對(duì)家庭電路的危害？

三、[演示實(shí)驗(yàn)]：保險(xiǎn)絲熔斷保護(hù)電路

1.將A、B處裸銅絲拆下來，安裝保險(xiǎn)絲（或保險(xiǎn)管）接入電路分別演示短路和總功率過大等電流較大時(shí)，保險(xiǎn)絲熔斷，而導(dǎo)線和銅絲等不會(huì)損壞。可見，在電流較大時(shí)，保險(xiǎn)絲會(huì)先行熔斷，自動(dòng)切斷電路，對(duì)整個(gè)電路起到保護(hù)作用。

2.展示各種規(guī)格的保險(xiǎn)絲。為了起到保險(xiǎn)作用，保險(xiǎn)絲應(yīng)該具有什么樣的材料特點(diǎn)？保險(xiǎn)絲與用電器的連接方式應(yīng)該是怎樣的？引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材111頁二、三自然段找出以上內(nèi)容。

（1）材料特點(diǎn)：熔點(diǎn)低，電阻大

（2）作用：保險(xiǎn)絲會(huì)先行熔斷，自動(dòng)切斷電路，對(duì)整個(gè)電路起到保護(hù)作用。

（3）連接方式：串聯(lián)

（4）原理：電流的熱效應(yīng)

3.[提出問題，引導(dǎo)學(xué)生討論]若保險(xiǎn)絲熔斷，能否用其他導(dǎo)線，如銅絲或鐵絲代替保險(xiǎn)絲？為什么保險(xiǎn)絲粗細(xì)不同？在討論的基礎(chǔ)上完成教材112頁第二題。

4.你還知道哪些新型保險(xiǎn)裝置？一些新建樓房采用空氣開關(guān)作為保險(xiǎn)裝置。

四、[演示實(shí)驗(yàn)]： 演示：自制線路板演示燈泡短路時(shí)空氣開關(guān)“跳閘”的現(xiàn)象

為保證實(shí)驗(yàn)效果制作線路板上的空氣開關(guān)選用6A的規(guī)格，外加漏電保護(hù)器。其實(shí)這一現(xiàn)象在很多習(xí)題中出現(xiàn)，如家庭電路中其他用電器正常工作時(shí)，接入一個(gè)臺(tái)燈，插頭插入插座時(shí)保險(xiǎn)絲熔斷，問是誰的故障？學(xué)生不太理解，因?yàn)闆]見過，所以用自制線路板演示，學(xué)生對(duì)其原因一目了然。

通過演示實(shí)驗(yàn)形象直觀地通過現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)分析出短路和用電器功率過大造成家庭電路中電流過大的原因，并結(jié)合眾所周知的生活實(shí)例讓學(xué)生明白短路的危害，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)分析解決實(shí)際問題的能力。培養(yǎng)安全用電的意識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

篇10

1、電路圖中G代表靈敏電流計(jì)。

2、靈敏電流計(jì)是供學(xué)生實(shí)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)室檢查直流電路中微弱的電流或微小電壓用的，它是一種高靈敏度的磁電式儀表，可以測量10^-7～10^-12A的微小電流。如用作電橋測量、溫差電偶、電磁感應(yīng)及光電效應(yīng)等。

（來源：文章屋網(wǎng) ）