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單元電路論文范文第1篇

關鍵詞：單片機，I2C總線，紅外遙控

 

引 言

紅外遙控器的特點是使用方便、功耗低、抗干擾能力強，因此它的應用前景是不可估量。論文參考，I2C總線。市場上的各種家電的紅外遙控系統(tǒng)技術成熟、成本低廉，但是，為了避免不同品牌、不同型號的設備之間產(chǎn)生誤操作，人們在不同的設備中使用不同的傳輸規(guī)則或者識別碼，這就使得各個型號的遙控器都只適用于各自的遙控對象，容易造成實際使用中遙控器多而雜，經(jīng)常搞混的結果。論文參考，I2C總線。本設計本著解決這一矛盾的目的，提出了一種學習型紅外遙控器的實現(xiàn)方案。

1 研究內容及目標

本設計首先分析了紅外線遙控編解碼原理，結合市場上出售的通用型遙控器進行比較，使用單片機對接收到的紅外信號進行處理，把經(jīng)過解碼后產(chǎn)生的高低電平以二進制信號1和0的形式進行存儲，隨后經(jīng)過調制產(chǎn)生38KHz載波，還原并發(fā)射紅外線信號，從而達到控制多種家用電器的功能。文中給出了紅外線接收發(fā)射，以及存儲的基本原理及設計思路。

2 學習型紅外遙控器硬件電路的設計

2.1系統(tǒng)整體設計

學習型紅外遙控器是由單片機（AT89S52）、一體化紅外接收頭、振蕩器（74F132）、紅外發(fā)射二極管、存儲器及行列式鍵盤組成的。論文參考，I2C總線。論文參考，I2C總線。學習型遙控器分為學習和控制兩種狀態(tài)。在學習狀態(tài)下，主要完成紅外信號的接收及存儲功能。首先一體化紅外接收頭可以完成對其它遙控器發(fā)出的紅外信號的接收并對其進行解調、整形、放大，然后把信號送入單片機AT89S52中，單片機定時采集一體化紅外接收頭發(fā)出的紅外線信號，根據(jù)高低電平形成一系列0，1二進制碼，并以8位為單位存放到存儲器AT24C16以及指定鍵盤的數(shù)據(jù)區(qū)，從而完成對一個鍵的學習。如果再學習其它鍵的功能，方法相同。在控制狀態(tài)下，單片機對存儲器AT24C16和鍵盤進行尋址，依次讀出這些數(shù)據(jù)，然后單片機以位為定時單位輸出給振蕩器74F132，調制頻率為38KHz，送入放大器，驅動紅外發(fā)射二極管進行發(fā)射，以實現(xiàn)對設備某一功能的控制。系統(tǒng)組成方框圖2.1所示。

圖2.1系統(tǒng)組成框圖

2.2各單元電路設計

2.2.1 紅外接收單元

紅外接收單元是由紅外線接收器件、前置放大電路、解調電路、指令信號檢出電路、記憶及驅動電路、執(zhí)行電路組成。當紅外接收器件收到遙控器發(fā)射二極管的紅外光信號時，它將紅外光信號變?yōu)殡娦盘柌⑺腿肭爸梅糯笃鬟M行放大，再經(jīng)解調器后，由指令信號檢出電路將指令信號檢出，最后由記憶和驅動電路驅動執(zhí)行電路，實現(xiàn)各種操作。

紅外接收電路一般要做成一個獨立的整體，稱為紅外接收頭，這主要是因為它對外界干擾十分敏感，為了保證可靠的接收，必須對其嚴格屏蔽，只留出一個接收紅外光的小孔，以防止干擾信號進入。

2.2.2紅外發(fā)射單元

本設計在發(fā)射電路中使用了一片高速CMOS型四重二輸入帶施密特觸發(fā)器的與非門74F132芯片。其中“與非”門U7A和U7B組成載波振蕩器，振蕩頻率在38kHz左右。

調制電路是由74F123的兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U7A和U7B級聯(lián)構成的可控振蕩器。論文參考，I2C總線。當P1.4為高電平時，U7A、U7B 處于穩(wěn)態(tài)，74F132的1腳、4腳為低電平，不驅動紅外發(fā)射管發(fā)射紅外載波信號。當P1.4跳變?yōu)榈碗娖綍r，觸發(fā)U7A并使之進入暫穩(wěn)態(tài)，1腳變?yōu)楦唠娖剑籙7A暫穩(wěn)態(tài)結束時，1腳跳變?yōu)榈碗娖剑|發(fā)U7B進入暫穩(wěn)態(tài)，4腳變?yōu)楦唠娖?；U7B 暫穩(wěn)態(tài)結束時，4腳跳變?yōu)榈碗娖剑?變?yōu)楦唠娖讲⒂|發(fā)U7A的上升沿觸發(fā)端1B，使U7A再次進入暫穩(wěn)態(tài)，從而形成自激振蕩，在6腳輸出一系列的脈沖信號，經(jīng)Q1三極管大后送紅外發(fā)射管，發(fā)送紅外光信號。

紅外發(fā)送電路中采用的紅外發(fā)射器件是塑封的TSAL6200 紅外發(fā)射二極管，它將周期的電信號轉變成一定頻率的紅外光信號。它是一種高頻紅外脈沖信號，但脈沖串時間長度是恒定的，根據(jù)脈沖串之間的間隔大小，表示傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)“0”還是“1”。紅外發(fā)射二極管TSAL6200 向空間發(fā)射載頻為38kHz 的指令碼。

2.2.3鍵盤單元

本設計因為遙控按鍵較多的原因，采用行列式鍵盤。

鍵盤識別采用行掃描法（逐行掃描查詢法），這是一種最常用的按鍵識別方法，其按鍵識別過程如下：

將全部行線P0.2～P0.4置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵按下，而且閉合的鍵位于低電平線與3根行線相交叉的3個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則無按鍵按下。在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平后，然后逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。

2.2.4存儲單元

為了保證系統(tǒng)意外斷電時數(shù)據(jù)不丟失，本系統(tǒng)采用EEPROM將各種編碼數(shù)據(jù)存放起來。基本原理是利用了單片機與存儲器AT24C16的I2C通信過程。存儲單元主要采用了AT24C16芯片，該芯片是帶有2K字節(jié)的加電可擦除，可編程的只讀存儲器，通過單片機的P0.0和P0.1與AT24C16的SDA和SCL相連，進行讀寫操作。主要用來存放8位的二進制紅外線碼。

3 結束語

由于系統(tǒng)中所使用的存儲器（AT24C16）的存儲空間有限，因而系統(tǒng)目前只能對8個遙控按鍵進行學習與轉發(fā)。論文參考，I2C總線。但只要更換一片存儲容量更大的存儲芯片，并且修改相關讀寫程序就可以實現(xiàn)對更多遙控按鍵的學習與轉發(fā)，除此之外，系統(tǒng)的軟、硬件都無須做太大的改動。

在遙控器中，遙控信號之所以要經(jīng)過調制后再發(fā)射出去，主要是為了減小發(fā)射功耗并增大發(fā)射距離。因而改用更加準確的載波和增大發(fā)射驅動電路可以增大該系統(tǒng)的遙控距離。將單片機與計算機通過RS-485進行總線通信，則可通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)紅外遙控對設備的遠程控制。

參考文獻:

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[4]周云霞,潘紅玉.紅外遙控編碼在單片機系統(tǒng)中的處理[J].湖南師范大學自然科學學報,2002,9

單元電路論文范文第2篇

【關鍵詞】流水線;加法器;布局布線

1.引言

加法運算是一種最基本的運算形式，乘法、除法甚至開方等運算都可以分化為基本的加法運算，提高加法器的運行速度可以有效地提高運算單元的速度，目前，超前進位加法器可以有效地提高加法器的運算速度，但是對于很高位數(shù)的加法運算，超前進位加法器對運算速度的提高有限[1-4]。對于高位的加法器采用流水線結構是一種很好的選擇，論文以一種采用三級流水線實現(xiàn)的12位加法器為例，闡述了流水線加法器的設計思想，并最終對加法器進行硬件綜合和布局布線。

2.流水線加法器結構

三級流水線加法器架構如圖1，輸入的12位數(shù)字先通過寄存器暫存，低4位通過加法器先進行計算，輸出的進位與求和信號通過寄存器暫存，高8位也暫存在第一級流水線寄存器中。在第二級流水線中，將兩個操作數(shù)的中4位以及低4位加法的進位輸出一起做加法運算，并且將求和結果以及進位輸出暫存到第二級流水線寄存器，在第一級流水線完成的低4位相加的求和結果繼續(xù)暫存在第二級流水線寄存器中。第三級流水線完成相似的操作，直到輸出運算結果（見圖1）。

3.電路仿真與綜合

利用上述架構，利用Verilog-HDL對電路進行描述，在ModelSim工具下對系統(tǒng)進行仿真，得到的三級流水線加法器的仿真結果如圖2，從圖中可以看出，三級流水線加法器功能正確。在Candence工作環(huán)境下，基于CSMC0.5μm工藝，利用DC綜合工具對三級流水線加法器進行綜合，得到的電路如圖3所示，通過硬件綜合，說明設計的可實現(xiàn)性。

圖2 三級流水線加法器仿真

4.布局布線

在Candence工作環(huán)境下，采用Mentor公司的Encounter工具，對三級流水線加法器進行布局布線：建立并進入工作目錄，輸入命令encounter啟動Encounter界面，調用DC生成的，sdc文件和工藝庫文件等。然后對電源環(huán)，時鐘樹等進行布局，最后通過DRC，LVS檢查，最終對電路進行寄生參數(shù)提取。整體電路版圖布局如圖4所示。

5.結論

論文對三級流水線加法器進行設計，并進行硬件語言描述，最終對電路進行綜合和布局布線，通過研究表明，本流水線加法器設計方案合理，具有可實現(xiàn)性。

參考文獻

[1]王仁平，何明華.64位超前進位對數(shù)加法器的設計與優(yōu)化[J].半導體技術，2010，35（11）：1116-1121.

單元電路論文范文第3篇

1 總體設計方案   本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網(wǎng)專業(yè)寫作教育教學論文和畢業(yè)論文以及服務，歡迎光臨DyLW.neT

本設計采用CAN總線作為數(shù)據(jù)采集與系統(tǒng)控制的通信方式，以ATMEL公司生產(chǎn)的AT91SAM9263 ARM芯片為主控單元，結合A/D轉換技術、故障診斷專家系統(tǒng)實現(xiàn)某型火箭炮隨動系統(tǒng)的故障檢測?？傮w設計框圖如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集單元由信號調理模塊和A/D轉換模塊組成，其中信號調理模塊用于模擬信號的放大、濾波和提高電路負載能力，A/D轉換器完成模擬信號向數(shù)字信號的轉換，ARM主控單元實現(xiàn)系統(tǒng)控制與故障診斷，數(shù)據(jù)采集單元與ARM系統(tǒng)控制與故障診斷模塊之間以CAN 總線的方式進行通信，工作人員通過操作觸摸屏顯示界面完成故障檢測。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 數(shù)據(jù)采集單元

數(shù)據(jù)采集單元由信號調理電路和A/D轉換模塊組成，用于采集某型號火箭炮隨動系統(tǒng)液壓泵、高平機等被測部件的液壓或氣壓的狀態(tài)信號，其結構圖如圖2所示。

信號調理電路如圖3所示，采用OP27運算放大器進行設計，它的作用是把傳感器輸入的信號進行放大，同時利用其輸入阻抗高、輸出阻抗小的特點以滿足A/D轉換芯片對驅動源阻抗的要求。

A/D轉換電路將經(jīng)過信號調理模塊調理后的模擬信號轉換為數(shù)字信號，文中選用TLC2543CN和STC89C52分別作為A/D采樣芯片和微控制器[3]，其設計如圖4所示。TLC2543CN是TI公司生產(chǎn)的12位串行模/數(shù)轉換器，使用電容開關逐次逼近技術，12位分辨率，10 μs的轉換時間，11路模擬輸入，輸出數(shù)據(jù)長度可通過編程調整[4]。A/D轉換模塊與51單片機之間以I2C總線的方式進行通信，只需要一條串行數(shù)據(jù)線SDA（DATA_OUT）和一條串行時鐘線SCL（CLOCK），具有接口線少，控制方式簡單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點?！〗?jīng)信號調理后的11路模擬量數(shù)據(jù)分別通過端口NO0?NO10進入TLC2543CN進行A/D轉換，TLC2543CN通過[CS]，DATA_INPUT，DATA_OUT，MEOC，I/O CLOCK這5個引腳與STC89C52單片機進行通信。為了減小外界環(huán)境及器件本身引入的噪聲和擾動，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在這5個信號與單片機之間進行光電耦合隔離處理。由于光信號的傳送不需要共地，所以可將光耦器件兩側的地加以隔離，達到提高系統(tǒng)信噪比的作用，光耦隔離器件選用Avago Technologies 生產(chǎn)的6N137，電路如圖5所示。需要注意的是，電路板中6N137兩端的電源不能共用，否則起不到隔離的作用。

2.2 CAN總線通信模塊

數(shù)據(jù)采集單元和ARM系統(tǒng)控制與故障診斷模塊之間以CAN總線的方式進行數(shù)據(jù)通信和控制。CAN總線具有可靠性高、實時性強、較強的抗電磁干擾能力、傳輸距離遠等特點，尤其適用于隨動系統(tǒng)傳感器多、各檢測點信息交換頻繁和干擾源復雜的情況。CAN總線通信模塊的實現(xiàn)有2種解決方案[5]：一類是采用帶有片上CAN的微處理器，如Philips的80C591/592/598、Atmel的AT90CAN128/64/32等；另一類是采用獨立的CAN控制器，如Philips的SJA1000?？紤]到應用的靈活性，本文采用獨立的CAN控制器SJA1000。CAN總線通信模塊結構框圖如圖6所示，選用STC89C52單片機作為CAN總線通信模塊的微控制器，CAN總線控制器和收發(fā)器分別選用Philips公司生產(chǎn)的SJA1000和PCA82C250[6]。CAN總線規(guī)范采用三層結構模型，STC89C52單片機用以實現(xiàn)應用層的功能，SJA1000和PCA82C250則分別對應于數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。為了增強CAN總線通信模塊的抗干擾能力，在CAN控制器與CAN收發(fā)器之間進行光電耦合隔離處理，與數(shù)據(jù)采集單元一樣，本文也選用6N137進行處理。

CAN總線通信模塊接口電路主要由4部分組成：微控制器STC89C52、獨立CAN控制器SJA1000、光電隔離器件6N137和CAN總線收發(fā)器PCA82C250。微控制器STC89C52用于數(shù)據(jù)處理、實現(xiàn)對SJA1000的初始化、通過對SJA1000的控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和發(fā)送等通信任務；獨立CAN控制器SJA1000和收發(fā)器PCA82C250經(jīng)過簡單總線連接可實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的全部功能。STC89C52通過DATA_INPUT向TLC2543CN發(fā)送一定格式的指令，在DATA_OUT引腳可獲取到A/D轉換的數(shù)據(jù)；由于SJA1000的數(shù)據(jù)線與地址線是共用的，所以將STC89C52的P0口與AD0?AD7直接連接的同時，還要將地址鎖存信號線ALE進行連接，以便區(qū)分在同一時刻AD線上傳遞的是地址還是數(shù)據(jù)；SJA1000的中斷管腳INT連接單片機的外部中斷INT0；MODE管腳與高電平VCC連接以選擇Intel模式；為了保證上電復位的可靠，復位電路采用IMP708芯片進行智能控制，IMP708芯片集看門狗定時器、掉電檢測電路、電源監(jiān)控電路等于一體，保證SJA1000芯片的可靠運行；RX0和TX0是數(shù)據(jù)的收發(fā)管腳，經(jīng)光電耦合器件6N137后連接到CAN收發(fā)器上，用以電氣隔離；PCA82C250有3種工作模式：高速、斜率控制和待機，本文選擇斜率控制模式，通過在Rs引腳與地之間接一個100 kΩ的電阻來實現(xiàn)；為了消除在通信電纜中的信號反射，提高網(wǎng)絡節(jié)點的拓撲能力，需要在CAN總線兩端接入兩個120 Ω的終端電阻[5]。

2.3 系統(tǒng)控制與故障診斷模塊

數(shù)據(jù)處理與系統(tǒng)控制模塊采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT91SAM9263 ARM芯片作為主控單元，以觸摸屏作為人機交互方式完成系統(tǒng)控制和故障診斷。AT91SAM9263主頻 200 MHz；內置CAN總線控制器，全面支持CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議；內置TFT/STN LCD控制器，支持3.5～17英寸TFT?LCD 液晶屏，最高分辨率可達2 048×2 048。考慮到系統(tǒng)的可擴展性，本文將系統(tǒng)控制與故障診斷模塊單獨成板。技術保障人員可以通過操作觸摸屏上顯示的人機交互界面完成對隨動系統(tǒng)的故障檢測。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計主要分為A/D轉換模塊、數(shù)據(jù) 處理模塊、CAN總線通信模塊和系統(tǒng)控制與故障診斷模塊4部分。主流程圖如圖7所示，首先對STC89C52單片機進行初始化，包括CAN總線工作方式的選擇、驗收濾波方式的設置、驗收屏蔽寄存器和驗收代碼寄存器的設置、波特率參數(shù)設置、中斷允許寄存器的設置以及A/D轉換模塊的初始化等；當單片機接收到故障檢測命令時，進行A/D采樣，然后由單片機對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，通過量值轉換得到實際的工況數(shù)據(jù)；最后由CAN總線通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)控制與故障診斷模塊進行故障檢測，診斷結果由觸摸屏顯示以指導維修人員進行現(xiàn)場維修。

3.1 A/D轉換模塊軟件設計

A/D轉換模塊程序設計流程圖如圖8所示。

3.2 數(shù)據(jù)處理模塊軟件設計

數(shù)據(jù)采集過程中難免受到噪聲的影響，為了保證采到數(shù)據(jù)的準確性，可以對其進行一定的算法處理。本文在故障檢測時，對同一采樣點進行5次采樣，然后用快速排序算法對這5個數(shù)據(jù)進行排序，取中值作為故障檢測的有效數(shù)據(jù)，以減小誤差帶來的影響。采集到的數(shù)據(jù)與實際值之間成嚴格的線性關系，將采集到的數(shù)據(jù)值乘以系數(shù)K即可獲得實際的工況數(shù)據(jù)，其流程圖如圖9所示。

3.3 CAN總線通信模塊軟件設計

CAN總線通信模塊的程序設計主要分為初始化、數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收3個部分：

（1） 初始化。CAN總線初始化主要是對通信參數(shù)進行設置，通過對時鐘分頻寄存器、驗收碼寄存器、驗收屏蔽寄存器、總線定時寄存器和輸出控制寄存器的配置實現(xiàn)對CAN總線工作模式、接收報文的驗收碼、驗收屏蔽碼、波特率和輸出模式的配置和定義[7]。值得注意的是，這些寄存器的配置需要在復位模式下進行，因此在初始化前應確保系統(tǒng)已進入復位狀態(tài)。?。?） 數(shù)據(jù)發(fā)送。本文采用查詢方式，進行CAN總線的數(shù)據(jù)發(fā)送，首先應將CAN總線的發(fā)送中斷禁能。發(fā)送數(shù)據(jù)前，主控制器輪詢SJA1000狀態(tài)寄存器的發(fā)送緩沖器狀態(tài)位TBS以檢查發(fā)送緩沖器是否被鎖定，若發(fā)送緩沖器被鎖定，則CPU等待，直到發(fā)送緩沖器被釋放，然后將從現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到發(fā)送緩沖區(qū)并置位命令寄存器的發(fā)送請求位TR，此時SJA1000將向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖如圖10所示。

（3） 數(shù)據(jù)接收。同數(shù)據(jù)發(fā)送一樣，本文采用查詢方式進行數(shù)據(jù)的接收，也應將CAN總線的發(fā)送中斷禁能。主控制器輪詢SJA1000狀態(tài)寄存器接收緩沖狀態(tài)標志RBS以檢查接收緩沖器是否已滿，若未滿則主控制器繼續(xù)當前的任務直到檢查到接收緩沖器已滿，讀出緩沖區(qū)中的報文，然后通過置位命令寄存器的RRB位釋放接收緩沖器內存空間。數(shù)據(jù)接收流程圖如圖11所示。

3.4 系統(tǒng)控制與故障診斷模塊軟件設計

系統(tǒng)控制與故障診斷模塊是在Linux平臺下利用Qt SDK開發(fā)完成的，數(shù)據(jù)庫采用嵌入式系統(tǒng)中廣泛采用關系型數(shù)據(jù)庫SQLite[8]。軟件采用模塊化設計思想，包括顯示界面、系統(tǒng)控制、檢測數(shù)據(jù)庫和故障診斷等4部分。系統(tǒng)界面基于QT/GUI開發(fā)，用于故障檢測結果顯示、調取數(shù)據(jù)庫輔助人工診斷等人機交互；系統(tǒng)控制模塊用于系統(tǒng)啟動與關閉、初始化及多線程處理；檢測數(shù)據(jù)庫用于對專家系統(tǒng)中經(jīng)驗知識、故障診斷規(guī)則集進行組織、檢索和維護，及用于存儲系統(tǒng)采集的工況參數(shù)；故障診斷模塊是該檢測裝置核心，本文利用故障診斷專家系統(tǒng)對隨動系統(tǒng)進行故障診斷，給出診斷結果?？紤]到故障診斷的實時性要求，程序采用多線程編程來實現(xiàn)。

圖10 CAN總線數(shù)據(jù)發(fā)送程序設計流程圖

圖11 CAN總線數(shù)據(jù)接收程序設計流程圖

4 結 語

為了測試隨動系統(tǒng)故障檢測裝置在各種情況下的故障檢測能力， 本文通過人為制造故障的方式對該系統(tǒng)進行了大量實驗。在反復的實驗中，該系統(tǒng)均能正確定位故障，充分驗證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本文研制的以AT91SAM9263 ARM芯片為核心基于CAN總線隨動系統(tǒng)故障檢測裝置，可實現(xiàn)對隨動系統(tǒng)液壓、氣壓、電壓等工況參數(shù)的測量，經(jīng)故障診斷專家系統(tǒng)的推理，實現(xiàn)以自動故障診斷為主、人工診斷為輔的故障檢測。文中采用的CAN總線通信方式使整個系統(tǒng)簡潔緊湊、具有較強的抗干擾能力和實時性，這種CAN總線通信方案不但可用于隨動系統(tǒng)故障檢測裝置的研發(fā)，還可推廣至其他模擬量信號的機電設備故障檢測，尤其是多機組的分布式狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中，具有非常實用的應用前景。

參考文獻   本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網(wǎng)專業(yè)寫作教育教學論文和畢業(yè)論文以及服務，歡迎光臨DyLW.neT

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單元電路論文范文第4篇

關鍵詞：凌陽單片機，電視機，語音識別，聲控選臺

 

1 、引言

隨著科技的發(fā)展和社會文化事業(yè)的進步，電視機可供觀眾選擇的頻道數(shù)目日益增多。但是傳統(tǒng)的電視遙控方法需要觀眾記憶每個電視臺對應的頻道序號，否則就無法快捷地將頻道切換到所需位置。這顯然給用戶帶來了很大的不方便。本文利用凌陽科技有限公司專門為語音處理而設計研制出的16位單片機SPCE061A設計了一個彩電智能聲控選臺系統(tǒng)。該系統(tǒng)無需對電視機做任何改動。在保留原有遙控功能的基礎上，實現(xiàn)語音控制選臺，較好地解決了記憶頻道這個難題。

2 、系統(tǒng)總體方案設計

系統(tǒng)總體方案如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)總體方案

3、各功能模塊設計

3.1 語音命令提取單元

語音命令提取單元（如圖2所示）在電視話音和其它噪音背景下，完成提取出操作者語音命令功能，其示意圖如圖3所示。

圖2　語音命令提取單元

MIC選用駐極體送話器， 它具有結構簡單、重量、體積小、頻率響應寬、保真度好等優(yōu)點，但靈敏度低， 必須再加放大器才行。由于輸出阻抗可高達 10

數(shù)量級，所以必須進行阻抗變換后才能與放大配合使用。放大器采用差分放大電路，一個駐極體話器面對送話者， 其輸出接放大器正向輸入端；另個駐極體送話器背對送話者，其輸出接放大器負向入端。由于兩個送話器相對于電視機和其它噪聲源位置基本一樣遠，可以近似認為通過二者輸入的干是一樣的。但考慮到送話器具有方向性，前者送入的操作者語音命令遠遠大于后者，適當選擇各電阻值可以抵消掉各種干擾。論文參考網(wǎng)。

3.2 語音命令識別單元

語音命令識別單元采用凌陽公司的SPCE061A單片機，這是一種語音識別系統(tǒng)級芯片，實際上是一個DSP+MCU，并將A/D、D/A、RAM、ROM以及預放、功放等電路集成在一個芯片上的系統(tǒng)，擁有強大的語音數(shù)據(jù)處理能力并具有良好的接口功能。

語音識別控制系統(tǒng)結構圖3所示

圖3　語音識別控制系統(tǒng)結構圖

3.3 語音識別算法

消費類電子產(chǎn)品中的語音識別主要為孤立詞識別，它有兩種實現(xiàn)方案：一種是基于隱含馬爾科夫統(tǒng)計模型（HMM）框架的非特定人識別；另一種是基于動態(tài)規(guī)劃（DP）原理的特定人識別。它們在應用上各有優(yōu)缺點。DP特定人識別的優(yōu)點是方法簡單，對硬件資源要求較低；此外，這一方法中的訓練過程也很簡單，不需預先采集過多的樣本，不僅降低了前期成本，而且可以根據(jù)用戶習慣，由用戶任意定義控制項目的具體命令語句，因而適合大多數(shù)家電遙控器的應用。

3.3.1 端點檢測方法

影響孤立詞識別性能的一個重要因素是端點檢測準確性。在10個英語數(shù)字的識別測試中，60毫秒的端點誤差就使識別率下降2%。對于面向消費類應用的語音識別芯片系統(tǒng)，各種干擾因素更加復雜，使精確檢測端點問題更加困難。為此，李虎生等在參考文獻5中提出了稱為FRED(Frame-based Real-time EndpointDetection)算法的兩級端點檢測方案，提高端點檢測的精度。第一級對輸入語音信號，根據(jù)其能量和過零率的變化，進行一次簡單的實時端點檢測，以便去掉靜音得到輸入語音的時域范圍，并且在此基礎上進行頻譜特征提取工作。第二級根據(jù)輸入語音頻譜的FFT分析結果，分別計算出高頻、中頻和低頻段的能量分布特性，用來判別輕輔音、濁輔音和元音；在確定了元音、濁音段后，再向前后兩端擴展搜索包含語音端點的幀。FRED端點檢測算法根據(jù)語音的本質特征進行端點檢測，可以更好地適應環(huán)境的干擾和變化，提高端點檢測的精度。

3.3.2 模板匹配算法

DTW是典型的DP特定人算法， 為了克服自然語速的差異，用動態(tài)時間規(guī)整方法將模板特征序列和語音特征序列進行匹配，比較兩者之間的失真，得出識別判決的依據(jù)。

為了提高DTW識別算法的識別性能和模板的穩(wěn)健性，采用了雙模板策略，第一次輸入的訓練詞條存儲為第一個模板，第二次輸入的相同訓練詞條存儲為第二個模板，希望每個詞條通過兩個較穩(wěn)健的模板來保持較高的識別性能。

綜上所述，本語音識別系統(tǒng)采用了改進端點檢測性能的FRED算法，12階Mel頻標倒譜參數(shù)（MFCC）作為特征參數(shù)，使用雙模板訓練識別策略。通過一系列測試，證明該系統(tǒng)對特定人的識別達到了很好的識別效果。

3.4 控制面板

為了能輸入字段號， 以便建立語音樣本，SPCE061A單片機擴展了一個行列矩陣式非編碼鍵盤。鍵盤共有12個按鍵， 其中十個定義為：0～9 數(shù)字鍵，一個定義為：語音樣本建立鍵（TRN），一個定義為：語音樣本清除鍵（CLR ）。由于控制面板只在建立語音樣本時使用，為防止誤操作，應將這12個按鍵用塑料外殼封閉起來。論文參考網(wǎng)。

3.5 操作指示電路

采用兩片數(shù)碼管和譯碼驅動電路CC4558組成操作指示電路。在本系統(tǒng)中，操作指示電路的作用是：建立語音命令樣本時，用于顯示存入的字段號；語音命令識別時用于顯示識別結果及芯片識別結果的處理報告。

3.6 邏輯控制電路

整個邏輯控制電路如圖4 所示。SPCE061A單片機通過并行接口輸出識別結果，經(jīng)過邏輯控制電路進行必要的譯碼后，用來控制后面的紅外發(fā)射裝置。

圖4　邏輯控制電路如圖4

3.7 遙控發(fā)射電路

紅外遙控發(fā)射器主要由三大部分組成：一是鍵盤矩陣，二是發(fā)射專用集成電路，三是放大驅動和紅外線發(fā)射部分。該電路與電視機的特定型號有關，可以根據(jù)電視機品牌選用適當?shù)膶Ｓ眉t外發(fā)射電路。論文參考網(wǎng)。需要說明的是：由于不同品牌電視機的紅外發(fā)射、接收電路各不相同，因此它只對兼容電視有效。

4、結束語

該系統(tǒng)不對彩電做任何改動。在保留原有遙控功能的基礎上，實現(xiàn)語音控制選臺，主要功能有：

開關電視：電視接通電源處于待命狀態(tài)，操作者發(fā)出“開機”命令，則打開電視機；操作者發(fā)出“關機”命令，則關掉電視機。

選臺功能：操作者想看某某電視臺的節(jié)目，只要發(fā)出“某某臺”的命令，電視機就自動跳轉到該臺。

識別主人功能：為防止誤操作，該系統(tǒng)只對事先錄入命令樣本的操作者語音敏感，其他人發(fā)出的命令包括電視伴音均無效。

其它功能：具有電視音量、畫面亮度調節(jié)等適合語音控制的功能。

由于采用了高性價比的SPCE061A這種語音識別系統(tǒng)級芯片，并設計了科學的算法，本系統(tǒng)可靠性高，價格低廉，使用方便，具有較好的市場前景。

參考文獻

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[2] 李晶皎．嵌入式語音技術及凌陽l6位單片機應用[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2003

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[4] 孫景琪. 遙控彩色電視機集成電路及應用[M]．北京：人民郵電出版社，1995

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[6] 周季華等. 語音識別在家電遙控器中的應用 [J] ．計算機應用，2002( 8)

單元電路論文范文第5篇

關鍵詞 模擬集成電路 CAD 教學改革

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1002—7661（2012）21—0006—01

在當今信息時代，微電子學的應用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟的各個領域。集成電路（ Integrated Circuit， IC）作為微電子技術的核心，是整個信息產(chǎn)業(yè)和信息社會最根本的技術基礎。發(fā)展IC產(chǎn)業(yè)對提高技術的創(chuàng)新基礎和競爭能力具有非常重要的作用，對國民經(jīng)濟發(fā)展、國防建設和人民文化生活等各方面都發(fā)揮著巨大的作用，也是一個國家參與國際化政治、經(jīng)濟競爭的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。模擬集成電路是現(xiàn)實世界和數(shù)字化系統(tǒng)之間的橋梁，是現(xiàn)代信息化系統(tǒng)的關鍵技術之一。發(fā)展電子信息化，必須發(fā)展模擬IC技術。為了提高我國模擬IC電路的水平，不但要在產(chǎn)業(yè)化方面做出巨大的努力，還需培養(yǎng)出更多的高質量人才。事實上，模擬集成電路設計是一個實踐性較強、實踐內容多的微電子學專業(yè)的專業(yè)方向，因而在教學課程設置時不僅要努力加強理論教學，還需加強實踐教學，提高學生的實踐動手能力?！赌M集成電路CAD》課程作為模擬集成電路設計方向的核心基礎課程，其教學的好壞關系到學生在模擬集成電路設計方面的發(fā)展前景。在此背景下，根據(jù)重慶郵電大學光電工程學院微電子學專業(yè)的實際情況，結合筆者多年集成電路實際工程經(jīng)驗以及多年教學實踐，擬從以下幾個方面對《模擬集成電路CAD》課程的教學改革進行探索。

一、理論教學，以培養(yǎng)學生分析設計能力為目標

《模擬集成電路CAD》是模擬集成電路設計方向的一門核心基礎課，與其他電路基礎課一樣，具有承上啟下的作用。而模擬集成電路具有概念細節(jié)多、理論較抽象、工程特征突出、電路結構多樣等特點，在學習中學生普遍反映較難學習。在設置授課內容時，不僅要夯實專業(yè)基礎和培養(yǎng)學生的分析與設計能力，還要盡量避免與《模擬CMOS集成電路》等課程的知識重復的問題。

根據(jù)教學大綱以及課程內容設置原則，《模擬集成電路CAD》理論教學定為32學時，并將講授內容分為以下幾部分：第一部分，MOS仿真模型及CMOS模擬集成電路CAD；第二部分，單元電路設計、仿真及分析；第三部分，偏置電路設計、仿真及分析；第四部，跨導放大器設計。在授課過程中，以簡單CMOS模擬集成電路基本單元分析為主，復雜CMOS模擬集成電路分析為輔；以分析能力培養(yǎng)為主，設計能力培養(yǎng)為輔；激勵學生CMOS模擬集成電路設計的興趣。

二、實驗教學，以培養(yǎng)學生實踐動手能力為目標

實驗教學的目的在于培養(yǎng)學生建立起CMOS模擬集成電路設計流程的概念、熟練掌握各個環(huán)境的工具使用，能解決模擬集成電路設計仿真過程出現(xiàn)的問題，促使理論知識的理解和深化，因而設置合理的實驗體系具有重要意義。同時，Cadence、Synopsys、Mentor等最主流集成電路設計工具廠商提供的EDA工具是目前集成電路設計公司最廣泛使用的工具。為了使學生在畢業(yè)后能很快適應崗位、能盡快進入角色，有必要使學生學習使用這類先進的EDA工具，從而真正幫助學生掌握CMOS模擬集成電路設計技術。根據(jù)這一原則，《模擬集成電路CAD》實驗教學定為32學時，并開設如下幾個實驗：實驗一，IC設計工具—Cadence的ADE與版圖大師等的使用；實驗二，CMOS兩級運算放大器的設計、版圖繪制與驗證；實驗三，CMOS帶隙基準參考的設計、版圖繪制與驗證。在實驗過程中，一人為一組，有利于培養(yǎng)學生的獨立思考問題、解決問題的能力。

三、改革教學方法，豐富教學手段

教學內容體系確定后，采用什么樣的教學方法與教學手段是非常重要的。采用有效的教學方法并結合先進的教學手段，不僅有利于培養(yǎng)學生獲取知識的能動性，而且有利于培養(yǎng)學生獨立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力，實現(xiàn)以教為中心到以學為中心的轉換，突出學生在學習過程中的主動性，從而獲得好的教學成果。

針對CMOS模擬集成電路具有概念細節(jié)多、理論較抽象、工程特征突出、電路結構多樣等特點，在（下轉第10頁）（上接第6頁）教學手段上以多媒體教學為主，傳統(tǒng)黑板板書為輔，同時在課堂上以動畫的形式展現(xiàn)當前CMOS模擬集成電路設計趨勢及其技術特點，從而達到提高課堂教學質量的目的。

四、考核方式的改革

考核是對學習的結果做出評估，是反映教學效果的手段。而課程開設能否達到既定的教學目標，課程的考核方式有著比較重要的作用。傳統(tǒng)的考核方式為試卷筆試與平時成績結合的方式。針對《模擬CMOS集成電路》課程特點，考核方式作如下嘗試：結合課程的專業(yè)特點，采用提交論文和現(xiàn)場答辯相結合的考核方式。針對課程的重點知識點，設計幾個課外小題目，讓學生通過查閱相關文獻資料，完成電路設計并撰寫小論文，從而增強學生獨立思考與實踐動手能力。在每個題目完成后，教師要求學生在提交論文時做好答辯ppt，并利用專門時間進行5分鐘左右的答辯，并接受教師和同學的提問。這樣可以引導學生更加重視實踐性環(huán)節(jié)，強化技能水平的提高。

教學過程是一個不斷探索、總結與創(chuàng)新的過程。要實現(xiàn)《模擬集成電路CAD》這門課的全面深入的改革，還有待與同仁一道共同努力。在今后的教學實踐中，筆者將加強與同行交流學習，進一步完善教學內容、教學實踐、教學方法、教學手段以及考核方式等，以期改善教學效果。

參考文獻：

[1]徐世六.軍用微電子技術發(fā)展戰(zhàn)略思考[J].微電子學，2004，34（1）：l—6.