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

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關鍵詞：實時時鐘 RTC 晶振

1 RTC結構特點

實時時鐘的基本功能是保持跟蹤時間和日期等信息，但許多RTC還提供有多種附加功能，如：看門狗定時器、系統復位、非易失存儲器（NV RAM）、序列號、方波輸出、涓流充電等。因此，在進行電路設計時，選擇RTC芯片出了需要考慮其時間和日期跟蹤功能外，通常還需要針對具體應用來對RTC的功能、成本、尺寸等要求進行綜合考慮。

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，其中并行接口可實現存儲器的快速訪問或有較大的存儲容量，適合于那些對價格、尺寸要求不是很荷刻的系統，許多采用并行接口的實時時鐘芯片還與晶振和電池封裝在一起構成一個完整的時鐘模塊，從而簡化了硬件設計。并行接口包括復用總線（數據與地址總線復用）和獨立的地址、數據總線。一般用于時間保持的NV RAM都采用與SRAM相同的控制信號，并可以方便地與常用的微處理器容量。另外，有些Phantom實時時鐘還將時鐘數據隱含在備用電池支持的RAM內，以便利用64位軟件協議來訪問時鐘數據。

一般情況下，串行接口時鐘芯片都具有外形尺寸較小、成本低廉等優勢，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，當然，也有些處理器（如8051及其派生產品）則支持復用的地址和數據總線。

1.2 備用電池

在有些應用中（如VCR），時鐘和日期信息在系統掉電時將會丟失，而在大多數應用中要求系統主電池斷電時仍保持時鐘和日期有效。為保持時鐘振蕩器持續運轉，可采用主/輔電池結構或大電容配合主電源為時鐘電路供電，這樣，RTC芯片內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設計還應該注重低功耗指標，以使其在電池供電時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，需要時可切換到電池供電，并將RTC置為低功耗模式，電池供電時，可禁止微處理器與RTC之間的通信（通常被稱為寫保護），以使電池電流降至最小，同時避免數據被破壞。

在采用電池為電池系統供電時，時鐘電路耗電最大的部件是振蕩器，對于那些嵌入了晶振和電池的時鐘模塊（如DS12C887），由于振蕩器在出廠時處于禁止狀態，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%。有些時間保持NV RAM模塊利用時鐘來控制IC和SRAM，出廠時，振蕩器處于禁止狀態、SRAM與電池斷開，只有模塊在主電源供電并第一次與時鐘電路斷開時，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RTC都提供有一個電池輸入引腳和一個內部反向充電保護電路。由于Li+電池的額定溫度是-40℃～+85℃，因此，使用時應確保環境溫度不要超出+85℃。

1.3 時鐘格式

在電路設計中使用的時鐘格式主要有三種：BCD碼、二進制碼、未格式化的二進制計數值。其中BCD碼比較通用，因為它的時間和日期可以直接顯示，且不需要進行數據轉換，每8位寄存器表示一個二位數，對于某些特殊的時間和日期，由于不占用全部8位數據，因此，不用位可以充當一些特殊功能（如用作讀/寫位），也可以在硬件讀取時時終保持固定狀態（1或0）。二進制碼格式與BCD碼一樣具有獨立的秒、分鐘、小時、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制碼格式。時間和日期寄存器每秒鐘更新一次，日期循環與月、年有關。星期寄存器與其它寄存器的變化關系不大，在子夜更新數據，數據從7至1循環變化，程序中可以用1表示任何一個特定的星期數，只要在整個程序中指定數值保持一致即可。在12小時制與24小時制或BCD碼與二進制碼之間進行轉換時，時間、日期、鬧鐘寄存器需要重新進行初始化。二進制計數碼用一個多字節（一般為32位）寄存器來存儲時間信息，時間信息用一個秒計數值表示，并可通過軟件將秒計數值轉換為合理的時間和日期。

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

2 設計考慮

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RTC采用32.768kHz的晶體，晶體振蕩器輸出經過分頻后會產生1Hz的基準來刷新時間和日期。RTC的精度主要取決于晶振的精度，溫度變化時，音叉晶振所具有的拋物線型的頻率響應特性曲線如圖1所示，23ppm的溫漂大約每月產生1分鐘的時鐘誤差。晶振一般在特定的電容負載下，其調諧振蕩在正確的頻點，而當晶振調諧于12.5pF負載的RTC電路中時，使用6pF負載的晶振將會使時鐘變快。Dallas Semiconductor提供的所有RTC均采用內部偏置網絡，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天線，很容易耦合系統其余電路的高頻干擾。而干擾信號被耦合到晶振引腳將導致時鐘數的增加或減少。考慮到線路板上大多數信號的頻率高于32.768kHz，所以，通常會產生額外的時鐘脈沖計數。因此，晶振應盡可能靠近X1、X2引腳安裝，同時晶振、X1/X2引腳的下方最好布成地平面。圖2是一個推薦的晶振布線圖，其數字信號引腳需遠離晶振和振蕩器引腳，對于那些會產生明顯的射頻輻射的元件，設計時應加以屏蔽，并使其遠離晶振，特點是低功耗晶振，它對鄰近的射頻干擾非常敏感，往往會導致時鐘加快。

另外，由于振蕩器啟動時間、晶振的性能以及線路板的布局有關。實際上，較大的等效串聯電阻（ESR）和過大的電容負載都會延長振蕩器的啟動時間，而且，ESR較大時，還會造成較大的功率損耗。因此，設計時應按照對晶振特片參數的要求來選擇晶振，同時應提供合理的線路板布局以便使啟動時間能夠控制在1秒鐘以內。

2.2 功耗問題

許多實時時鐘都采用電池供電，典型應用是利用一塊小的鋰電池在主電源掉電時直接驅動振蕩器和時鐘電路。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，應謹慎考慮振蕩器的設計。典型的高頻振蕩電路ESR較低，但設計中一般會留出5倍、甚至10倍的ESR裕量，而低頻晶振則具有較高的ESR。對于一個RTC振蕩器，或許留出2倍的負阻裕量即可，振蕩器的負阻裕量越小、耗電越低，但是，這種電路對寄生參數、噪聲非常敏感。此外，振蕩電路的負載電容對功耗也有一定影響，雖然12.5pF內部負載的RTC的耗電要比6pF負載的RTC大，但是，它通常具有更高的抗干擾能力。

篇2

衛星接收機中系統時鐘電路的正常工作，是確保整機能夠正常工作的前提。在MPEG-2解碼方案的DVB系統時鐘電路中，絕大多數采用27MHz的系統時鐘。主要為接收機中的解復用和解碼器提供系統基準時鐘和視頻時鐘，接收機所需的其他時鐘（除LAN電路外）如252MHz的CPU工作時鐘，均由27MHz時鐘經芯片內部的PLL電路分倍頻產生。

PCR時鐘恢復功能

1. PCR時鐘恢復功能原理

為了保持時鐘頻率的穩定性，數字接收機都應該具有PCR時鐘恢復功能。因為數字電視系統是一個實時傳輸系統，為了保證收發端的正常工作，接收端與發送端的頻率和相位一致，必須建立收發端的PCR（Program Clock Peference：節目參考時鐘）時鐘恢復功能。如果沒有這個功能，接收機工作較長時間后，時鐘誤差就會累積，累積到一定程度就會出現接收畫面停幀或丟幀現象。

PCR時鐘恢復功能原理如圖1所示，在發送端的視頻編碼器中，有一個由硬件時鐘電路產生的27MHz時鐘，編碼過程中不斷讀取27MHz時鐘。同時利用計數器對系統時鐘計數，形成PCR，然后每隔一段時間將PCR隨基本流數據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字節為1包、符合MPEG-2標準的TS流，傳送出去。

接收端有一個正在工作的本地系統27MHz時鐘，其額定頻率與發送端時鐘相等，同樣也有一個計數器對它計數形成一個本地PCR。接收端將從發送端獲取的TS流經過傳送流解碼器解碼后，將取得的PCR與本地PCR比較，并用比較結果形成的控制電壓經低通濾波器濾波后，產生一個直流電壓去控制27MHz壓控振蕩（VCO）電路，VCO電路調整本地27MHz時鐘，使之與發送端時鐘同步，這樣就完成PCR時鐘的恢復，實現收發端聲音和圖像完全同步。

2. PCR時鐘恢復功能的實現

對于DVB系統傳輸來說，恢復PCR時鐘是一個基本要求，因為只有PCR時鐘正確，接收機才能恢復基準27MHz（±30ppm）時鐘。在DVB系統時鐘電路中，通過增設對27MHz時鐘電路中的VCO閉路鎖相的硬件控制，來達到PCR時鐘恢復的目的。

一些普及型衛星接收機為節省硬件成本，并未采用VCXO電路，而是通過系統軟件程序避免這種情況，或讓這種情況出現時不那么明顯。不過在DM500S原廠機和早期仿制機中，均運用了普通晶振＋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信號控制端，5腳為27MHz輸出端。在PLL502-02內部（圖3），主要由VCXO電路和PLL（鎖相環）電路構成，其中PLL電路部分由基準頻率、相位檢波器、電荷泵、環路濾波器、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生基準頻率，相位檢波器用于比較基準頻率信號和反饋信號的相位，環路濾波器對由相位檢波器的電荷泵所產生的電流脈沖進行積分，以生成施加于VCO的調諧控制電壓。VCO輸出通過分頻器負反饋到相位檢波器，迫使VCO在達到平衡時產生與基準頻率兩倍相等的頻率。當VCO的輸出頻率和相位都與基準頻率和相位相等時，就認為PLL處于“鎖定”狀態。

與PLL502-02芯片功能結構相同的還有美國一些公司的產品，如ICS公司的MK3727、AMI半導體公司（AMIS）的FS6128、Pericom半導體公司的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。輸入標準的27MHz晶振信號，輸出27MHz的時鐘信號，其典型可調頻率范圍是±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芯片內部結構如圖5所示。

系統時鐘電路

DM500S接收機所采用的系統時鐘電路，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方案的系統時鐘部分電路板。

該方案系統時鐘電路電路繪制如圖7所示。

在該電路中，由13.5 MHz晶振（Y2）和負載電容C217、C218和PLL502-02（U23）芯片內部的VCXO電路構成時鐘振蕩，再經過芯片內部的PLL鎖相、緩沖整形輸出27MHz的系統時鐘，這也是機器剛開始復位工作時本地的強制時鐘。

一旦接收機接收到信號并成功鎖定后，則通過主芯片U15在軟件的控制下，實時地解析出PCR與本地PCR的差值后，再通過主芯片內部的PWM（脈寬調制）單元輸出PWM控制信號，經過外部的R205、C215組成的低通濾波器，濾掉PWM輸出的高頻信號，保留低頻的直流分量，送到U23的3腳，調節片內的變容二極管，使產生的本地系統時鐘頻率，使之與發送端節目的系統時鐘頻率同步。

2. T73227＋27MHz方案

圖8是采用T73227＋27MHz方案的系統時鐘部分電路板，實際上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個非門，該方案系統時鐘電路繪制如圖10所示。

該電路采用皮爾斯振蕩電路，使用74HCU04（U23）芯片中的F6、F2兩個反相器，其中F6和27MHz晶振以及C217、C218構成27MHz時鐘振蕩電路，F6在電路中起反相激勵振蕩作用，F2為輸出的振蕩波形進行緩沖和整形。

C217、C218為負載電容，與晶振一起決定負載諧振頻率，負載電容常用標準值有12pF、16pF、20pF和30pF等。

R203、R204為負載電阻，其中R203和晶振并聯，在電路上起反饋作用，以保證反相器輸入端的工作點電壓在VDD/2；這樣在振蕩信號反饋在輸入端時，能保證反相器工作在適當的工作區，使得振蕩幅度趨于穩定。如果用芯片中的反相器來作振蕩，必須外接這個電阻，對于CMOS芯片而言，該反饋電阻一般選取≥1MΩ阻值。R204和晶振串聯，作為驅動電位調整之用，預防止晶振被過分驅動而引起頻率上升，導致晶振早期失效。

該電路輸出的是固定的27MHz本地系統時鐘，不能夠隨發送端的時鐘作同步調節。

系統時鐘電路故障檢修

對于系統時鐘電路的故障，在相關接收機的硬件問題上，主要表現在電路未啟振和時鐘頻率偏移這兩種現象。

1. 電路未啟振

電路未啟振的故障現象是：開機電視屏幕無反應，任何操作也均無效，呈死機狀態。

可用30M示波器測27MHz晶振引腳有無振蕩波形產生，如果沒有，說明系統時鐘電路未產生振蕩，應該重點檢查晶振是否損壞，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芯片的時鐘電路，檢查1、8腳應該有13.5MHz的波形，而8腳有27MHz的波形，具體如圖11所示。

如是業余維修，沒有示波器，可使用數字萬用表測量晶振引腳兩端的電壓。根據一般經驗，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，其PLL502-02芯片引腳測試電壓值如表1僅供參考）。

注意，用普通數字萬用表測試芯片5、8腳時，會因為萬用表的內阻低，導致時鐘電路不能正常工作而引起接收機死機。

2. 時鐘頻率偏移

由于時鐘頻率偏移而產生的故障現象較多，主要有如下幾種：

（1）圖像有馬賽克現象

27MHz時鐘不僅作為系統的恢復時鐘，而且還作為視頻編碼的基準時鐘，頻率必須保持穩定，不能漂移過多。視頻編碼器是在此前提下，才能正常工作的。若漂移嚴重，可產生圖像有馬賽克，甚至無圖像等現象。

例如一臺DM500S接收機，圖像不時有馬賽克現象，用萬用表檢測27MHz晶振兩個腳電壓，發現與正常值有偏差，經檢查發現負載電容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時鐘電路，容易產生聲像不同步現象，因為它沒有PCR時鐘恢復功能。PCR是系統時鐘的抽樣值，如果在某一段時間內，節目編碼的時鐘和本地的27MHz系統時鐘相差太多，而又沒有實時地恢復，會導致回放的音頻、視頻在時間上相差過大，出現聲音在前口不動或口動聲音卻在后的問題，這種現象對于采用74HCU04＋27MHz方案部分DM500S灰殼機來講，尤其嚴重。而采用晶振＋VCXO芯片的系統時鐘電路則很少會出現這個問題，如果有這個問題，則一般是晶振或負載電容的溫度穩定性差所致，可更換優質的元件試一試。

例如有燒友反映，一臺采用T73227＋27MHz方案DM500S接收機，用電視機固定一個臺觀看，看3個小時后出現音像不同步現象，越往后不同步越嚴重，當工作到8小時后就會出現馬賽克形象，而每次剛換臺后的一段時間卻很正常。同步用電腦通過Web網頁收看，對比發現，當電視機有馬賽克時，電腦上卻沒有馬賽克現象。

燒友根據網上搜索了好多資料，分析都是說內存的問題，但更換內存后一點效果也沒有，我們建議更換27MHz晶振，問題得以解決。這就是27MHz晶振溫度穩定性差所致，當剛換臺時，接收機的鎖相環（PLL）電路要重新鎖定PCR及其它時鐘，所以能圖像正常；過一段時間后，PLL電路由于27MHz時鐘頻率偏移過大而失鎖，就會有馬賽克現象。用電腦收看沒有馬賽克是因為電腦接收的是數字碼流，是通過電腦的軟件解碼實現的，和接收機的27MHz晶振電路沒有關系；而電視接收到的是模擬信號，模擬信號是經過DM500S主芯片內的視頻編碼單元將數字視頻轉成而成的，PLL失鎖會影響視頻編碼單元，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，其系統時鐘電路中并未采用C217、C218負載電容，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上的C217、C218去掉，其結果不但沒有改善，反而不同步現象更加嚴重，不知是何原因？

要知道此晶振非彼晶振，對于未采用負載電容的接收機主要是所選用晶振（如HC-49S晶振，參數為27MHz、20pF/±25ppm）要求的負載電容和T73227芯片內置的負載電容容量相配，已能夠諧振27MHz到頻率上，因此無需外置負載電容。而對一般的DM500S接收機來講，所用的晶振的負載電容并非能和T73227片內電容容量一致，如果去掉這兩個負載電容，必會影響晶振的起振或導致振蕩頻率的偏移，出現上述在使用中的問題。

3. 關于更換晶振的問題

如果經過檢查確實是晶振質量問題，可以進行更換。不過在更換晶振時應該注意該晶振廠家推薦的負載電容值，這樣振蕩電路所產生的頻率才會和晶振標稱值相同。不準確的容值會影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度，例如一個參數為4.0000MHz、16pF/±25ppm的晶振，負載電容推薦值是16pF。如果選取負載電容為10pF時，振蕩頻率就可能會是4.0003MHz；選取負載電容為20pF時，振蕩頻率就可能會是3.9997MHz；可見負載電容對頻率精度的重要性。

因此有條件的燒友在更換晶振時可配合30MHz示波器作試驗，在PCB板上用不同的電容或并聯一個可調電容來微調頻率，使得示波器上呈現出最佳和最大輸出幅度的振蕩波形。

4. VCXO芯片損壞的更換

對于采用PLL502-02芯片＋13.5MHz晶振或T73227芯片＋27MHz晶振的接收機，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晶振是一個四端鐵殼器件，內部主要由石英晶體振蕩器、變容二極管和振蕩電路組成。其中1端VT為調諧電壓控制端，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

分頻就是用同一個時鐘信號通過一定的電路結構轉變成不同頻率的時鐘信號。

二分頻就是通過有分頻作用的電路結構，在時鐘每觸發2個周期時，電路輸出1個周期信號。

比如用一個脈沖時鐘觸發一個計數器，計數器每計2個數就清零一次并輸出1個脈沖，那么這個電路就實現了二分頻功能。

（來源：文章屋網 ）

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【關鍵詞】數字視頻廣播通用接口；條件接收；機卡分離；高性能系統總線

1.引言

在數字視頻廣播(Digital Video Broadcast，DVB)的一系列標準中，條件接收(Conditional Access，CA)用來控制廣播業務的接收[1]。外置式解密系統采用了歐洲的多密技術，可使用戶接收不同的加密算法所加密的節目，即用一臺機頂盒能夠接收不同CA節目的技術。機頂盒與外部CA模塊之周通過數字視頻廣播通用接口連接，完成外部模塊到機頂盒的通信，并實現節目解密，解擾[2]。本文給出了一種數字視頻廣播通用接口到高性能系統總線(Advanced High performance Bus，AHB)轉換電路的實現，能廣泛使用于各種CA系統中。

2.外置式機卡分離接口技術

外置式機卡分離技術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可拆卸的模塊中。如圖1所示，外置式機卡分離技術由主機(又稱機頂盒)和外部CA模塊兩部分組成，在主機和CA模塊之間依靠一個標準的數字視頻廣播通用接口（Digital Video Broadcast-Conditional Interface，DVB-CI）進行連接和通信[3]。

采用這種方案的優點在于，同一機頂盒可接收任意CA系統加擾控制的節目。當選擇更換CA時只需換用相應的CA模塊，機頂盒可以保持不變。一般機頂盒擴展有多個DVB-CI，可同時與多個CA模塊相連[4]。并自動或在人機交互的基礎上識別哪個CA模塊應處于工作狀態。采用多密技術，從用戶角度講．不會因購買一家CA的機頂盒而與此CA綁定死，用戶還有選擇其他CA服務的可能性，同時CA系統的更新升級也十分方便。

3.從DVB-CI到AHB的轉換實現方法

目前在數字音視頻SOC系統中很多采用高級微控制器總線架構(Advan

-ced Microcontroller Bus Architecture，AMBA)，本設計實現了從標準的DVB-CI數據格式到AMBA規范中AHB部分的轉換，并支持3路串行同時輸入或1路并行輸入。

3.1 DVB-CI接口格式

標準的DVB-CI接口數據格式如圖2所示。

前級芯片的時鐘是一個總是在跑不停的時鐘，如圖2所示，CLK為了適應頻率的差別可能會跳過幾個前級芯片時鐘脈沖。所有的輸出信號都在CLK的上升沿保持穩定，在下降沿變化。一個完整的包數據包含188個數據，需要204個時鐘周期，其中188個時鐘用于數據接收，16個時鐘用于奇偶校驗[5]。

3.2 系統框圖及測試框架

如圖3所示，給出了DVB-CI的系統實現及驗證方法。DVB-CI由3個串行采樣電路、一個并行采樣電路、4個寫先入先出(First In First Out，FIFO)時序轉換電路和1個FIFO控制器組成。數據的來源是外部的DVB-CI標準信號，本設計測試時用3個串行輸入模型和1個并行輸入模型來模擬外部的DVB-CI輸入信號做系統驗證。系統采樣外部DVB-CI輸入的數據，然后經過寫FIFO時序轉換電路的把數據格式轉換成寫FIFO的時序格式。FIFO控制器實現FIFO數據的寫和讀控制并發起占用總線請求。

FIFO控制器實現各路信號的控制，可支持3路串行數據同時接收或則1路并行數據接收。該電路為了減少芯片面積，只采用被劃成四片的1個單口FIFO，各片分別代表3路串行的輸入和1路并行的輸入，FIFO的讀寫時間分配如如圖4所示。

因為系統時鐘頻率高于接口時鐘頻率的6倍，3路串行輸入可同時傳輸，而并行和串行不能同時輸入。當并行輸入時數據傳輸率最高，最高可達320Mbit/s。把24個系統時鐘周期分成一個時間片，其中8個時鐘用來給FIFO寫，16個時鐘用來給FIFO讀，每個時鐘讀寫都是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寫的數據要高。也就是說只要是接口接收到的數據都能寫入FIFO，寫入FIFO的數據都有時間讀出去。

對于從FIFO讀出來的數據到AHB總線的實現電路如圖5所示。有4個預讀取寄存器分別保存從4個FIFO讀取的數據。當某片FIFO的數據不為空并且該片對應的預讀取寄存器里沒數據時，預讀取寄存器會讀取FIFO里的一個數據保存下來以便發送。當下個周期預讀寄存器里的數據被讀走時若FIFO里還有數據，則會自動讀取FIFO里的數據。

4片FIFO每片FIFO都會向內部仲裁器發起請求占用總線，發送請求類型根據每片FIFO數據個數分別發送INCR16、INCR8、INCR4、INCR請求方式。仲裁器會根據優先級仲裁各片FIFO發送的請求。仲裁的優先級順序從高低的分別為：INCR16、INCR8、INCR4、INCR。當各片FIFO處在同一個請求方式時，仲裁的優先級順序從高低的分別為：S3、S2、S1、S0。總裁其除了要實現請求的總裁外，還要把數據轉換成AHB的傳輸格式發送到AHB總線上。

4.系統優點

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

（2）出錯率低。因為FIFO劃分為四片，大小可變化。同樣大小的FIFO，這種變化，可根據傳輸情況對每一片的FIFO單元配置一定的存儲空間，使FIFO合理有效利用，使出現FIFO溢出的概率更小，數據不易丟失。

（3）傳輸速度快，支持猝發傳輸。滿足系統時鐘頻率高于接口時鐘頻率的6倍的情況下，能夠實現低誤碼傳輸，即使在總線仲裁器里處在低優先級也不易產生數據丟失。

（4）多路傳輸性和可擴展性。可支持三路串口同時傳輸，也可支持并口傳輸，并且隨著系統時鐘的提高，在此基礎上可靈活擴展更多路的輸入。

5.結束語

本方案給出了一種從DVB-CI數據格式到AHB總線數據格式轉換的方法，在滿足一定系統時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數據發到AHB總線上。已經過數字仿真軟件的詳細仿真，功能全部實現，可集成于數字音視頻SOC產品中。

參考文獻

[1]彭文俊,楊斌.DVB通用接口的關鍵技術及實現方法[J].微計算機信息,2007.

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篇5

【關鍵詞】單片機；D型觸發器；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應運而生，隨著科技的發展，國內單片機得到更深更廣的開發與應用，同時單片機被要求有更多的硬件資源，更強的數據處理能力，更短的開發周期，更好的后期軟件升級維護，其處理器經歷了從MCS48，51系類單片機到自帶操作系統的單片機、嵌入式處理器階段，工作功耗也從10mA級到幾百mA甚至A級@5vdc。單片機常用低功耗設計方法是在軟硬件資源符合應用系統的需求前提下，選擇低功耗的MCU；同種類型的MCU，選擇用電電壓較低的；盡量關閉MCU內部不用的資源，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，在它不工作的時候處在掉電狀態。為進一步降低單片機的功耗，可以使之在空閑時進入休眠或掉電狀態，用外部事件（中斷信號）使處理器進入運行狀態。但處理器本身中斷引腳有限，經常存在多個外部中斷源共享一條中斷線的情況，由于各個中斷源產生的事件彼此獨立，必須采用軟件或硬件方法對中斷源優先權排列和多級中斷嵌套等問題進行管理[1]。導致軟硬件設計復雜，設備可靠性降低，本文設計一個事件寄存器電路，將各種中斷源作為事件儲存，處理器用數據總線直接查詢事件并對相應的事件進行處理，處理完成后進入休眠或掉電狀態，節約處理器的中斷資源，簡化單片機軟硬件開發。

2.D型觸發器

寄存器是由具有存儲功能的觸發器組合起來構成的，一個觸發器可以儲存一位二進制代碼，觸發器根據邏輯功能不同，可分為RS、JK、D、T、T’幾種，為提高電路穩定性，希望觸發器的次態僅取決于CLK的上升沿（或下降沿）到達時刻的輸入信號的狀態，與CLK的其它時刻的信號無關，所以選擇常用的正邊沿觸發器——D型觸發器；按器件的工藝和電傳導性來分[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，輸入阻抗高，所以選擇滿足單片機的事件（中斷源）觸發頻率的CMOS器件，綜上選用高速COMS器件74HC74作為寄存器的基本結構，74HC74是雙上升沿D觸發器[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Q在CLK上升沿時，與D狀態一樣，即為5V（H），僅當CLR為L時，Q為L狀態，所以CLK上升沿的狀態在CLR不為L時，一直是高電平，將事件（中斷）信號轉換成上升沿脈沖輸入到CLK端，Q輸出信號為1（H），電路實現了事件脈沖信號鎖存的功能，在處理器處理完事件后，對CLR發低電平，事件信號清零，等待下一個事件的觸發，如仿真圖2所示，電路輸入輸出波形。

3.事件寄存器電路設計

處理器大多數情況在休眠狀態，且所有信號不可能一到便即刻處理，因此需引入緩沖電路用來暫存數據，等待正確時序進行處理，緩沖電路包括寄存器與鎖存器兩種結構，從寄存數據的角度來看，兩者功能是相同的，它們的區別在于寄存器是同步時鐘控制，而鎖存器是電平信號控制.可見，寄存器和鎖存器的應用場合，取決于控制方式以及控制信號數據之間的時間關系[4]，選用CMOS同相三態緩沖器/線驅動器74HC244構成三態數據緩沖器，增強驅動能力，避免處理器數據口燒壞，把單片機的事件編成測試、通信、時鐘、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，事件寄存器處于守候狀態，當有事件觸發時，激活處理器啟動，同時事件寄存器將事件暫存等候處理器處理，處理器啟動完成后，接管整個采集系統，通過三態驅動數據口讀取事件編碼后去處理相應事件，處理完成后，清除事件寄存器，進入休眠或掉電狀態，等待下一個事件。

4.仿真驗證結果與事件流程分析

圖3中的4路事件寄存電路相同，所以對事件EVENT1的電路進行PROTEUS仿真，就可以表明其它3路的運行情況，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OE頻率為5HZ的方波（C），其頻率遠高于實際事件發生的頻度，所以仿真結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型觸發器的清零端為B，三態驅動器的選通信號的波形為C，D為輸出波形。A的上升沿表示有事件觸發，只有當B為高電平保持，C低電平選通，才會形成有效的事件電平D，與設計目標一致。由于采集事件的發生存在偶然性，事件的發生可能存在：1）處理器處在休眠或掉電狀態；2）處理器在啟動狀態；3）處理器正常工作狀態。在1）2）狀態下B、C的信號不發生變化，事件狀態不變，無影響；第三種狀態時，只需處理器在清除事件前查詢一遍有無事件即可。

5.結束語

本文將事件（中斷信號）用D型觸發器電路來儲存，已成功應用在基于PC104處理器的單片機中，低功耗單片機的開發，間歇工作方式一直是設計的基本方法，應根據處理器的實際，采用合適的觸發數字電路，在節省處理器的中斷資源的同時可追溯中斷來源，降低單片機的整體軟硬件設計難度。

參考文獻

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篇6

（赤峰學院 物理與電子信息工程學院，內蒙古 赤峰 024000）

摘要：本文利用QuartusⅡ集成開發環境來完成譯碼器、LCD、流水燈等電路的設計，以FPGA實驗開發板為運行載體，FPGA開發板FA280核心器件為Altera CycloneⅡ系列的EP2C8Q208，通過開發板上的USB Blaster將程序下載到開發板，實現VHDL硬件語言設計的譯碼器、LCD及數碼管顯示接口電路的運行顯示.

關鍵詞 ：QuartusⅡ；譯碼器；顯示接口

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1673-260X（2015）05-0059-02

1 引言

在信息時代的今天，科技飛速發展，電子產品更新換代迅速，傳統的設計方法再也不能滿足市場需求，因此EDA技術在一些電子領域取得了驚人的成績.當然，緊隨科技腳步的高校自然也不會落后，由此EDA技術便在電子信息類專業中發展起來了.但傳統的授課方式，讓我們只能在課堂上通過老師的講解來接觸到EDA技術，抽象的知識讓學生很難去深入理解和探索，這樣理論與實踐相結合就顯得尤為重要了.EDA是將計算機技術應用到電子電路設計中，在QuartusⅡ環境中，運用輸入原理圖或硬件語言進行編譯與仿真的技術.在開發板上可以實現數碼管、LCD、流水燈、蜂鳴器等顯示和發聲的效果.

2 EDA教學實驗開發板概述

本文用到的實驗板是FPGA開發板FA280，FA280板載有SDRAM，flash以及USB Blaster下載線電路.利用QuartusⅡ集成開發環境來完成前期設計，以FPGA實驗開發板為運行載體，來完成VHDL、Verilog HDL等一些硬件語言的運行顯示.

FPGA開發板FA280，其核心器件為Altera CycloneⅡ系列的EP2C8Q208，是包含192個引腳，其中I/O口有183個，板載存儲器包括SDRAM HY57V641620和Bytes,FLASH AM29LV320，存儲空間分別為8M和4MBytes.SDRAM與系統總線速度同步，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.開發板具有USB Blaster下載線電路，插上USB線即可進行下載，通過撥動USB下載接口開關選擇JTAG或AS下載方式.

顯示設備包括6位7段紅光數碼管，8位綠色LED發光二極管，LCD1602和LCD12864顯示屏接口插座.

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

其他還包括一個蜂鳴器、4位獨立按鍵、電源插座和開關、SD卡座、擴展總線（GPIO）和有源晶振.

3 EDA技術的應用軟件及開發流程

3.1 硬件描述語言VHDL

高級硬件描述語言VHDL已成為IEEE標準，適用于行為級和RTL級的描述，最適于描述電路行為，并在設計時可以不了解電路的結構細節.VHDL主要用于描述數字系統的結構、行為、功能和接口，其設計的基本點是將設計實體分成內、外部分.完整的VHDL程序要包含庫、程序包、實體、構造體和配置等部分，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據在表達式中自由組合.

3.2 開發流程

QuartusⅡ作為一個綜合性的開發平臺，可以完成多種功能的實現.QuartusⅡ的設計流程：首先輸入HDL等形式的設計文本，接著根據設計要求設定編譯方式和策略，然后進行設計校驗（仿真和定時分析），最后進行編程與驗證（將編程文件配置到PLD中）.設計過程中，如果出現錯誤，則回到設計輸入階段改錯，然后重復以上步驟.

設計輸入：設計輸入可以用HDL方式或原理圖錄入方式.一般可以使用原理圖來設計最頂層，將整個設計的結構描述清楚，具體實現各模塊時用HDL.對于HDL方式的設計輸入，可以采用Verilog和VHDL，我們這里采用VHDL語言來實現.

綜合：綜合工具將設計轉換成包含邏輯單元和邏輯單元間連接的網表文件.

功能仿真：對已經綜合的電路的功能進行驗證，功能仿真不涉及任何時序方面的內容.

配置：將綜合產生的網絡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.

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

編程：在CPLD/FPGA器件內實現設計，包括邏輯單元和邏輯單元間的連接.

在做一個設計時，通常要對功能進行模塊劃分，每個模塊對應一個源文件，用一個唯一的頂層文件將這些模塊源文件組合起來，形成一個整體設計.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計

4.1 3線-8線譯碼器

3線-8線譯碼器的仿真過程：運行Quartus II軟件，建立工程項目，工程命名為lq.建立一個VHDL文件，命名為lq，文件后綴為.vhd，再將程序寫入并保存，然后編譯，確保沒有錯誤后進行仿真，周期設為100ns.將輸入端A2、A1、A0三位二進制代碼按照真值表設定好；S_0、S_1、S_2為控制輸入端，當s_0 and (not s_1)and (not s_2)為1時，譯碼器工作，當它為0時，譯碼器全為高電平；輸出端Z-n7到Z-n0.在對端口進行設定，將A2、A1、A0和總控制端S設定為K1、K2、K3、K4四位獨立按鍵作為輸入端，其端口依次為I/O74、I/O72、I/O75、I/O76.輸出端Z-n7~Z-n0對應的是LED8~LED1，其端口依次是I/O181、I/O175、I/O171、I/O169、I/O170、I/O173、I/O180、I/O182.設定好之后，再次進行編譯仿真，沒有錯誤即可進行配置，可以實現輸入四位二進制代碼，按照其原意翻譯成相應的輸出信號，體現在LED燈上.仿真波形如圖1所示.

4.2 LCD顯示

LCD的仿真過程：運行Quartus II軟件，建立工程項目，工程命名為lcd1602.建立一個VHDL文件，命名為lcd1602，文件后綴為.vhd，再將程序寫入并保存，然后編譯，確保沒有錯誤后進行仿真.先進行端口說明，輸入端為：start - 啟動顯示、cmd - 命令、dat_i - 等顯示的字符數據、clk - 時鐘、rst - 復位信號（低電平有效）.輸出端為：lcd_e - lcd1602使能、lcd_rw - lcd1602讀取有效、lcd_di - lcd1602數據/命令選擇信號、lcd_dat - lcd1602數據、ok .完成對lcd1602的驅動，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.再進行端口說明，輸入端為：ack -接收數據方已確認（上升沿有效）、init_ok-顯示屏初始化完成、clk-時鐘輸入、rst-復位信號輸入.輸出端為：stb-輸出數據通知信號，上升沿有效、dat-輸出數據.還要對列出文本文件的內容進行設定（參考），就可以完成在lcd1602上顯示兩行字符“made by liu qin”.當然也可以顯示其他內容，根據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

流水燈的設計主要由三個模塊和一個頂層文件組成，其模塊劃分及功能說明如表1、表2：

FA280開發板硬件具有8位LED，為低電平驅動方式，即低電平點亮高電平熄滅.

本實驗中實現以提供低電平方式點亮8個LED中的某一個或多個，其點亮模式代表了數據0~9和A~F，兩次點亮的時間間隔為1s，以15s的周期循環重復.流水燈點亮方案如表2.流水燈顯示仿真過程是對三個模塊和一個頂層文件進行編譯仿真，具體操作步驟如上兩個實例.運行Quartus II軟件，分別建立工程項目、VHDL文件，再將程序寫入并保存，然后編譯，確保沒有錯誤后進行仿真.并對各模塊的端口進行說明，實現其具體功能，完成流水燈的顯示.

5 結語

本設計應用QuartusⅡ 9.0軟件，采用VHDL語言，按照開發流程完成3線-8線譯碼器、LCD和流水燈的設計，得到相應的仿真波形并下載到實驗開發板上觀察顯示實驗結果.這個過程讓學生熟悉了EDA技術和實驗開發板的功能，及相關軟件的應用.

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篇7

我在實驗教學中使用的朗威DISLabV6.5系統提供了20多種物理量傳感器，在電子電路實驗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先設計好的演示實驗和學生實驗，針對不同的實驗提供各具特色的數據記錄、分析和演示界面。通用軟件的功能豐富，支持實驗數據的手動或自動記錄，可以選擇數據的采集頻率和顯示方式（數字、儀表和示波等），同時具有繪圖、擬合、運算等數據分析功能。在電子電路實驗中，我們常用通用軟件模塊。

2DISLab在電子電路實驗教學中的優勢

2.1有助于深入研究電路相關知識

DISLab具有強大的繪圖和圖像處理功能，通過“組合圖線”窗口可以實現繪圖、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象與電路物理量之間的關系創造了極好的條件。DISLab設有兩個“組合圖線”窗口，可同時觀察不同的物理量之間的關系，如同一個實驗中電流、電壓與時間的關系、電壓與電流的關系等。通過圖線分析功能，可對圖線進行多種擬合、求導、積分等分析和處理。通過圖線控制功能，可實現圖像的橫向、縱向自由縮放，既可展示圖線的具體細節，又能把握數據變化的全過程。通過圖線回放功能，可重新播放做過的實驗圖線，以便仔細觀察和進一步研究。通過圖線“鎖定”功能，可將圖線作為歷史參照保留在窗口內，當改變實驗條件重復實驗時，可將新獲得的圖線與參照圖線進行比較，總結實驗條件改變對實驗結果的影響。如在“三極管輸出特性曲線”實驗中，先將基極電流IB保持為恒定，得到一條ICE-IC曲線，再調整基極電流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，我們可同時看到兩組曲線。借助于這樣的技術支撐，我們能直觀地觀察出相關物理量之間的關系，并對物理現象進行多角度的認識和深入研究。

2.2DISLab拓寬了傳統演示實驗的領域

DISLab依靠高靈敏度的傳感器和高速數據采集器，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驗過程變得顯而易見，比如電容的充放電、雙穩態電路、振蕩電路、自感現象等。DISLab中，數據采集器可將大量的數據在非常短的時間內記錄并傳送到電腦中，并通過配套的軟件直接處理和顯示，使得在傳統實驗設備中不容易檢測與觀察的物理量直觀地表現出來，增加了學生的體驗和感受，同時激發了試驗探究和和探求知識的欲望。例如：在電容充放電實驗中，因為電流的變化速度很快，如果用傳統的實驗儀器和手段測量電流誤差很大，而且無法觀察其變化規律。而利用DISLab后，實驗過程簡便直觀，探測靈敏度提高，實驗結果直觀，激發了學生的探究興趣。1）實驗過程：（1）將電壓和電流傳感器分別接入數據采集器；（2）按照圖1所示的實驗原理圖連接實驗裝置；（3）對傳感器“調零”；（4）按“組合圖線”按鈕啟動圖線功能，添加“U1-t、I1-t”圖線；（5）點擊“開始”按鈕，開始記錄實驗數據；（6）將開關撥到1（充電）位置；（7）當充電曲線穩定后，再把開關撥到2（放電）位置。完成以上幾個步驟后，在“組合圖線”窗口中可以看到如圖2所示的實驗曲線。2）實驗結論：當開關撥到1位置時，電容開始充電，電容兩端的電壓逐漸增加并趨于穩定，最終等于電源電動勢。在開關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。當開關撥到2位置時，電容開始放電，電容兩端的電壓逐漸減小并最終等于零。在開關接通2位置的瞬間，電路中產生很大的反向電流，但電流隨著電壓的減小而逐漸減小，最終等于零。該實驗中，DISLab直觀地顯示電流和電壓的瞬間變化，順利突破了教學難點，使學生輕松掌握電容的工作原理，顯著提升了教學效率。DISLab優化和挖掘傳統實驗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驗過程變得易如反掌，有效地延伸了人的感官功能，提升了實驗教學效果，在數字化實驗領域引領了革命性的變革。

2.3DISLab支持自制教具和實驗內容的擴充

DISLab提供的多種傳感器和功能豐富的軟件平臺，為教師發揮自己的主觀能動性、自助設計和制作教具提供了有力支持，為實驗課的教與學增添了活力，提高了實驗教學效果和質量。在實際教學中，我們還可以不斷地優化和創新實驗內容，通過把傳感器跟傳統實驗儀器、設備有效地組合，開發更多的學生實驗和演示實驗。通過優化實驗過程和內容、自制高效的實驗教具，還能不斷地擴充實驗平臺的功能，為學生提供更加直觀、形象和生動的示范和創造性的學習環境。

3結語

篇8

關鍵詞：語音控制；語音識別芯片；單片機；

文章編號：1674-3520（2015）-09-00-03

一、課題背景

學校常會組織我們到貴陽市盲聾啞學校送愛心，與殘障孩子親密互動，今年也不例外。那些殘章的孩子來到這個世界，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點事，就算只是為他們的家庭生活提供一些幫助也是好的。我想，如果能利用我在機器人社中學到的傳感器、電子電路、單片機等專業知識，對家庭電路進行智能化改造，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行相應的操作，那就可以對有殘障的人和對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，有了我的這個設計――基于LD3320的語音識別系統在家庭電路中的模擬應用。

二、模型設計

（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語音識別芯片

LD3320語音識別芯片采用的是ASR（Auto Speech Recognitio）技術，是YS-LD語音識別模塊的核心。它是對大量的語音數據經語言學家語音模型分析，建立數學模型，并經過反復訓練提取基元語音的細節特征，以及提取各基元間的特征差異，得到在統計概率最優化意義上的各個基元語音特征，最后才由資深工程師將算法以及語音模型轉換成硬件芯片并應用在嵌入式系統中。

LD3320有兩種使用模式，即“觸發識別模式”和“循環識別模式”。可以通過編程，設置兩種不同的使用模式。

觸發識別模式：系統的主控MCU在接收到外界一個觸發后，啟動LD3320芯片的一個定時識別過程，在這個定時過程中說出要識別的語音關鍵詞語。這個過程結束后，需要再次觸發才能再次啟動一個識別過程。

循環識別模式：系統的主控MCU反復啟動識別過程。如果沒有人說話就沒有識別結果，則每次識別過程的定時到時后再啟動一個識別過程；如果有識別結果，則根據識別作相應處理后再啟動一個識別過程。

根據本案模型的設計特點，采用語音觸發識別模式。LD3320芯片最多支持50個識別條目，每個識別條目是標準普通話的漢語拼音（小寫），每2個字（漢語拼音）之間用1個空格間隔。例如表1，只需要把識別的關鍵詞語以漢語拼音字符串的形式傳送進芯片，該芯片已封裝了基于標準普通話的語音模型數據和語音識別算法，無需進行任何語音訓練即可投入開發應用。

2、STM32單片機控制單元

本案模擬系統主控單元采用意法半導體ARM-Cortex架構的STM32F1系列超低功耗單片機作為控制核心。

該單元完成幾大功能：

向LD3320模塊提供時鐘振蕩信號，以驅動片上DSP（數字信號處理器 ）工作；

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

根據識別結果驅動負載電路（LED單元（發光二極管）、繼電器單元）的動作。

當LD3320模塊完成一次識別過程后，通過中斷請求方式通知主控單元處理，主控單元獲知中斷請求后會暫時中止當前的任務執行，轉而跳轉到中斷服務例程（ISR Route），在該例程中通過SPI總線從LD3320模塊讀取識別編碼，根據識別編碼的不同執行對應控制功能。通過點亮、熄滅指令對應發光二極管或驅動繼電器接通主回路得到運行結果。

3、LED顯示單元

本案模擬系統用六個共陽極發光二極管（LED）來模擬家庭中廚房、工作間、臥室、走廊、衛生間、陽臺的燈泡開關狀況，工作時主控單片機則根據語音命令，采用輸出低電平方式進行驅動點亮。

4、繼電器輸出單元

繼電器輸出單元可接收主控單片機的高低電平控制信號以接通或斷開主回路。主回路根據實際需求可以用于大電壓，交、直流供電的負載驅動。本案模擬系統用繼電器單元實現家庭電扇的通斷控制。

（四）系統軟件開發環境

本案模擬系統的軟件開發只針對STM32F103主控單元進行，軟件代碼完成以下功能：

LD3320底層驅動（對其內部寄存器的讀寫、時序的控制）；

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ISR（完成負載電路的驅動控制）。

軟件開發基于ARM公司的Keil開發環境，完成從代碼編輯到編譯、調試、燒寫一系列過程。

（五）設備成本

三、設備實測

（一）控制命令

LD3320語音識別芯片中最多可以寫入50條語音控制指令，可以根據用戶需要定制個性化的語音控制功能。本案設備的設計初衷是為了探索LD3320語音識別芯片在家庭電路中的模擬應用，故只寫入了比較基本的18條指令。

（二）設備測試

在寫入程序，完成硬件連線并加電復位后，系統即進入運行狀態。向系統說出控制命令（盡可能用普通話， 不過實測時對貴陽本地方言還是有較高識別率），比如說“廚房打開”、“走廊關閉”、“電扇啟動”、“運行流水燈”等命令后，系統會根據識別結果執行對應動作，點亮/熄滅LED或者通/斷電扇運行。

為了更好的檢測語音識別效果，實驗中選擇多個不同音色的人在家庭（比較安靜）環境下分別進行測試，每個詞語測試50遍。部分非特定人的語音命令測試的正確識別數據比例見表4：由上表可知，在家庭（比較安靜）環境下，對于語音命令的平均識別率可達到90%以上。

四、設備優勢與應用展望

（一）設備優勢

1、本案設備成本低、語音辨識率高、響應快速，可以直接安裝于家庭電路中實現語音智能控制。

2、由于LD3320 可以動態編輯的識別關鍵詞語列表，因此其可以應用的范圍大大超過了那些不可以改變識別列表的芯片。

3、可以根據用戶的需求進行控制命令寫入，實現可定制、個性化的智能控制。

（二）應用展望

1、應對家庭生活突發狀況

在本語音識別系統中只是初步嘗試了對用電器通、斷電控制，而在現在社會中有很多的空巢老人，他們獨自生活，如果在家中出現意外或突發疾病，隨時都有可能危及生命。如果在本案系統中可以添加“緊急呼叫”的語音控制，當出現突發狀況時可以使用該功能觸發電話自動撥打物管、救護車、親屬等重要聯系人。或者該控制與小區物管相連，每當有人有緊急呼叫時，物管的終端緊急呼叫燈亮起，并觸發揚聲器發出警報聲，使物管人員迅速到場解決問題。

2、實現家用電器的語音控制

（1）電磁爐/微波爐/智能家電操作

在現在的家電中，各種各樣的設置越來越繁復。用戶在使用過程中，還要不斷地對家電進行功能切換。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整到“煎炸”或者是“慢燉”。

（2）數碼像框

數碼像框中存放了許多的照片和視頻，同時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其進行操作，但是這樣的操作并不方便。在引入了LD3320 提供的語音識別功能后，用戶可以最自然地用語音去點播想要顯示的照片，或者改變數碼像框的顯示方式。使得這樣的數碼產品更加具有人性化的操作界面。

3、機頂盒/彩電遙控器

隨著數字電視的普及，家庭中可以收看到的電視節目也越來越豐富。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 語音識別芯片集成進機頂盒/彩電遙控器后，用戶只需要對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“奧運體育”，就可以轉到體育頻道來觀看精彩的體育比賽了。

4、智能玩具/對話玩具

在電視購物中曾經出現過可以人機對話的玩具，比如金福豬，金福狗等。這些玩具采用的語音識別只能支持固定的10 條左右的語音命令，比如“你好”，“我想聽歌”等等。采用LD3320 芯片，可以利用其動態編輯識別關鍵詞語列表的性能，讓玩具實現及其復雜的對話腳本。避免了玩具的嚴重同質化。

（三）公共服務設施的語音控制

1、自動售貨機、地鐵自動售票機等銷售型服務設施

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

2、公共照明系統、輔助設施的語音控制

在公共場合幫助殘疾人士、行動不便的老人或小孩非接觸地去控制公共照明系統或輔助設施（地下通道輪椅臺等）的運行。

3、樓宇電視的廣告點播

目前分眾傳媒等公司的樓宇廣告設施，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，都是被動地去接受信息。對于其中感興趣的廣告，只能是等待下次再看到時進行仔細地了解，沒有辦法進行主動式地廣告查詢。

引入LD3320 語音識別芯片后，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，取得更佳的效果。

五、結語

使用LD3320 芯片可以在一定程度上完成這樣的語音控制系統，給人們的生活帶來更便利的語音交互界面。作為一種新的人機交互界面，會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：

[1]陳喜春.基于LD3320語音識別專用芯片實現的語音控制，[J]. 電子技術設計與應用. 2011年11月

篇9

多數學生對家庭電路中由于電流過大造成的火災等事故沒有感性認識，可能只是偶爾會從新聞里看到這樣的實例，多數學生對家庭電路中的“電”有恐懼心理.因此教師先播放城市里近期發生的由于用電不當造成的火災事故視頻，讓學生認識到我們幾乎每時每刻離不開電，在使用過程中有可能造成危害。教師演示實驗時使用低壓電源，消除學生的對“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。

本節的教學重點又是難點：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。

為了突出重點和突破難點：我準備通過三個演示實驗：

一、[演示實驗]： 用電器總功率過大造成電流過大

1.利用如下圖保險絲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”燈泡時電路正常工作。再在E、F接入“6V，21W”的燈泡時電路總電流超過導線允許通過的2A的電流，總功率過大時導線C、D上的絕緣皮冒少量煙，后迅速斷開電路。

2.引導學生分析導線C、D上的絕緣皮冒少量演的原因：學生會說用電器功率過大，這是要追問是一個用電器功率過大還是總功率過大，學生會說是用電器總功率過大。然后引導學生結合前面學過的知識導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.學以致用

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

（1）使用這臺空調時，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空調？

找一個學生板演，其他學生在練習本上完成，老師巡視過程中發現第二問有兩種解法時通過課件展示兩種解法的解題過程。利用所學知識解決實際問題，提高學生的應用能力。并嘗試一題多解，提高學生靈活運用知識的能力。

[提出問題]：有時候家庭電路中用電器的總功率并不是很大，但是也會產生電流過大的現象，你認為原因可能是什么？

二、[演示實驗]：短路是家庭電路中電流過大的另一個原因

1.利用如下圖保險絲A、B接線柱部位換成裸銅絲， E、F處接入銅導線，閉合開關，因短路時電流過大導線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處導線移除，重新閉合開關，觀察等燈是否發光。

2.引導學生分析導線C、D上的絕緣皮冒大量煙，CD金屬絲被燒紅的原因；然后引導學生結合前面學過的知識導出電路中電流過大的原因即I=U/R；U一定時，R越小，I越大。

3.學生閱讀教材110頁找出家庭電路發生短路的原因；即由于改裝電路時不小心、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家庭電路的危害？

三、[演示實驗]：保險絲熔斷保護電路

1.將A、B處裸銅絲拆下來，安裝保險絲（或保險管）接入電路分別演示短路和總功率過大等電流較大時，保險絲熔斷，而導線和銅絲等不會損壞。可見，在電流較大時，保險絲會先行熔斷，自動切斷電路，對整個電路起到保護作用。

2.展示各種規格的保險絲。為了起到保險作用，保險絲應該具有什么樣的材料特點？保險絲與用電器的連接方式應該是怎樣的？引導學生閱讀教材111頁二、三自然段找出以上內容。

（1）材料特點：熔點低，電阻大

（2）作用：保險絲會先行熔斷，自動切斷電路，對整個電路起到保護作用。

（3）連接方式：串聯

（4）原理：電流的熱效應

3.[提出問題，引導學生討論]若保險絲熔斷，能否用其他導線，如銅絲或鐵絲代替保險絲？為什么保險絲粗細不同？在討論的基礎上完成教材112頁第二題。

4.你還知道哪些新型保險裝置？一些新建樓房采用空氣開關作為保險裝置。

四、[演示實驗]： 演示：自制線路板演示燈泡短路時空氣開關“跳閘”的現象

為保證實驗效果制作線路板上的空氣開關選用6A的規格，外加漏電保護器。其實這一現象在很多習題中出現，如家庭電路中其他用電器正常工作時，接入一個臺燈，插頭插入插座時保險絲熔斷，問是誰的故障？學生不太理解，因為沒見過，所以用自制線路板演示，學生對其原因一目了然。

通過演示實驗形象直觀地通過現象引導學生運用物理知識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，并結合眾所周知的生活實例讓學生明白短路的危害，培養學生運用知識分析解決實際問題的能力。培養安全用電的意識。

參考文獻：

篇10

    電子線路CAD實驗,基于ORCAD軟件

    目標:對傳統數字電路實驗中的邏輯電路、時序電路、以及對稱CMOS電路進行特性分析。

    主要內容:1.編輯原理圖  ,2.仿真波形,與傳統實驗仿真結果進行比較。