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中圖分類號：TM44；TN722；TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）12-00-04
0 引 言
近幾年，受益于集成電路工藝技術與片上系統（System on Chip，SOC）的不斷發展，射頻識別、微傳感網絡以及環境感知等智能技術得到了飛速發展。其中，對于無線供能植入式芯片的能量管理、功耗等問題受到了持續關注與研究。當能量采集完成后，如何管理該能量是下一代被動與半被動植入式醫療設備的要點之一。
在低功耗植入式芯片中，如低噪聲放大器、模數轉換器等對工作電壓及其紋波都有一定的要求，因此須通過無線能量管理單元（Wireless Power Management Unit，WPMU）將其電源性能優化。在被動式芯片中，電荷泵整流器（Charge Pump Rectifier，CPR）、帶隙基準源（Bandgap Reference，BGR）、低壓差線性穩壓器（Low Dropout Regulator，LDO）是WPMU的重要組成單元[1]。芯片工作時，人體各種低頻信號（EEG、ECG）會通過相應的耦合方式傳輸到電源通路上，從而產生低頻噪聲，因此必須采用相關技術獲得高電源抑制比電源。論文首先通過電荷守恒定理對傳統Dickson電路進行動態分析及能量轉換效率的改進；然后采用電源抑制增強（Power Supply Rejection Boosting，PSRB）與前饋消除（Feed-forword Cancellation，FWC）等技術分別提高BGR、LDO在運放工作帶寬內的電源抑制力（Power Supply Rejection，PSR），并在輸出節點并聯電容以濾除超高頻紋波；最后為保證LDO在負載變化時的穩定性，利用零極點追蹤補償來滿足相位裕度的要求。
論文對高性能無線能量管理單元預設指標為：
（1）CPR在輸入500 mV交流小信號時能輸出2 V電壓并驅動200 A的電流。
（2）BGR輸出電源抑制比在LDO的工作范圍內盡可能大于60 dB，以減小對LDO的影響。
（3）LDO輸出電源抑制比在生物信號頻率處（01 kHz）及CPR輸入信號處大于60 dB，從而提供負載電路高性能的工作電壓。
（4）在滿足以上性能的情況下，盡可能減小電路工作時的靜態電流。
1 無線能量管理單元的基本原理
圖1所示為論文采用的無線供能能量管理單元拓撲結構。由圖1可知，WPMU主要包含CPR、BGR、LDO及保護電路（PRO）等模塊。芯片通過片外天線采集到由基站發射的高頻無線能量信號，CPR將信號整流后進行升壓，產生紋波較大的電壓，并將該能量儲存到Cs中。由BGR與LDO所組成的環路通過負反饋輸出紋波較小的VDD來驅動負載電路。其中BGR為LDO提供一個精準穩定的參考電壓，因此BGR的性能影響著LDO輸出電壓的性能。芯片中的保護電路包括過溫保護電路、過壓保護電路、限流電路，其主要目的在于意外情況下對電路關斷，實現對電路的保護。
設計能量管理單元時，在無線供能的環境下要注意相關性能的優化，而這又伴隨著其它性能的犧牲，下面將詳細分析論文采用的CPR、BGR、LDO設計原理及電路結構。
3 版圖及后仿真結果
采用SMIC 0.18 m CMOS工藝，在Cadence下對電路進行仿真驗證，無線能量管理單元的版圖如圖7所示，其中包含了CPR、BGR、LDO及PRO等模塊，芯片的尺寸大小為277 m×656 m。
電路在工作時要避免反饋環路發生震蕩，必須保證LDO環路的相位裕度，論文在tt、ff、ss三個工藝角下對其進行不同負載電流（0200 A）的仿真，仿真結果如表1所列。該結果表明在負載電流0200 A內，由于零極點追蹤補償的作用，相位裕度均大于60度，根據奈奎斯特穩定判據，LDO環路能在負載變化的范圍內穩定工作。
圖8所示為BGR、LDO的PSR仿真波形，從圖中可以看出，BGR采用PSRB技術后，PSR在低頻降低了近25 dB。當LDO采用FWC技術時，電源抑制在低頻段得到了顯著提升，電路空載時，在100 Hz內提升了近20 dB，滿載時提升了近40 dB。
圖912給出了WPMU中CPR與LDO的相關瞬態仿真結果，當輸入頻率為500 MHz、幅度為0.5 V的正弦波時，電路建立時間約為13 s，CPR的紋波約為5 mV，而LDO的輸出電壓紋波減小至2.3 V，即高頻處PSR約為-66 dB。因此論文采用的LDO在生物信號頻率處（DC-10 kHz）與輸入信號頻率處（100 MHz以上）具有較好的PSR。表2對相關文獻與本文設計進行性能比較，可以看出，該電源管理單元能輸出性能更好的工作電壓。
4 結 語
論文針對CPR、LDO、BGR進行研究，設計了一種應用于低功耗無線供能植入式醫療芯片的能量管理單元。采用SMIC 0.18 m CMOS工藝提供的本征MOS管使CPR的效率得到提升。利用PSRB將BGR的PSR在低頻處從-75 dB降低到-95 dB，這是優化LDO電源抑制能力的基本前提。通過FWC、零極點追蹤補償改善LDO的PSR與穩定度，在驅動0.2 mA的負載電流時，PSR為-85 dB@DC，而相位裕度在負載范圍內均大于60度，該性能可適用于對電源性能要求較高的模塊。
參考文獻
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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生誤操作，人們在不同的設備中使用不同的傳輸規則或者識別碼，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，把經過解碼后產生的高低電平以二進制信號1和0的形式進行存儲，隨后經過調制產生38KHz載波，還原并發射紅外線信號，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。在學習狀態下，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出的紅外線信號，根據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以及指定鍵盤的數據區，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。在控制狀態下，單片機對存儲器AT24C16和鍵盤進行尋址，依次讀出這些數據，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，驅動紅外發射二極管進行發射，以實現對設備某一功能的控制。系統組成方框圖2.1所示。
圖2.1系統組成框圖
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、執行電路組成。當紅外接收器件收到遙控器發射二極管的紅外光信號時，它將紅外光信號變為電信號并送入前置放大器進行放大，再經解調器后，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行電路，實現各種操作。
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紅外發射單元
本設計在發射電路中使用了一片高速CMOS型四重二輸入帶施密特觸發器的與非門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的兩個單穩態觸發器U7A和U7B級聯構成的可控振蕩器。論文參考，I2C總線。當P1.4為高電平時，U7A、U7B 處于穩態，74F132的1腳、4腳為低電平，不驅動紅外發射管發射紅外載波信號。當P1.4跳變為低電平時，觸發U7A并使之進入暫穩態，1腳變為高電平；U7A暫穩態結束時，1腳跳變為低電平，觸發U7B進入暫穩態，4腳變為高電平；U7B 暫穩態結束時，4腳跳變為低電平， 變為高電平并觸發U7A的上升沿觸發端1B，使U7A再次進入暫穩態，從而形成自激振蕩，在6腳輸出一系列的脈沖信號，經Q1三極管大后送紅外發射管，發送紅外光信號。
紅外發送電路中采用的紅外發射器件是塑封的TSAL6200 紅外發射二極管，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，根據脈沖串之間的間隔大小，表示傳輸的是數據“0”還是“1”。紅外發射二極管TSAL6200 向空間發射載頻為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。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。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
為了保證系統意外斷電時數據不丟失，本系統采用EEPROM將各種編碼數據存放起來。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
由于系統中所使用的存儲器（AT24C16）的存儲空間有限，因而系統目前只能對8個遙控按鍵進行學習與轉發。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對更多遙控按鍵的學習與轉發，除此之外，系統的軟、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過調制后再發射出去，主要是為了減小發射功耗并增大發射距離。因而改用更加準確的載波和增大發射驅動電路可以增大該系統的遙控距離。將單片機與計算機通過RS-485進行總線通信，則可通過互聯網實現紅外遙控對設備的遠程控制。
參考文獻:
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LED顯示屏是近幾年全球迅速發展起來的新型信息顯示媒體，它利用發光二極管構成的點陣模塊或像素組成大面積顯示屏幕，以可靠性高、使用壽命長、環境適應能力強、價格性能比高、使用成本低等特點，在短短的十來年中，迅速成長為平板顯示的主流產品，在信息顯示領域得到了廣泛的應用 本論文以ARM9高性能單片機來設計電子點陣顯示屏的硬件系統。
一、電子點陣顯示屏的硬件系統框圖如圖1所示
圖1 電子點陣顯示屏硬件系統框圖
二、采用16個LED8*8顯示屏，構成16行*64列點陣顯示
點陣顯示屏由16個8×8點陣LED顯示模塊。16片8×8點陣LED顯示模塊利用總線形組成一個16×64的LED點陣，用于同時顯示4個16×16點陣漢字或8個16×8點陣的字母p字符或數字。單元顯示屏可以接收來自控制器（主控制電路板）或上一級顯示單元模塊傳輸下來的數據信息和命令信息，并可將這些數據信息和命令信息不經任何變化地再傳送到下一級顯示模塊單元中，因此顯示板可擴展至更多的顯示單元，用于顯示更多的顯示內容。
三、顯示驅動電路
采用74HC138三-八譯碼器和74HC164移位寄存器。將從ARM里出來的列信號通過8個164級聯而成的64位的信號輸出端連接到16*64的點陣LED的輸入端，作為點陣的行驅動信號。通過164移位這64位的信號，來控制顯示內容的變化。再從ARM輸出三個信號分別輸入到2個級聯的74HC138譯碼器，然后輸出16位行信號，經過16個1K的電阻，再輸入到16個PNP（8550）三極管的B極來進行對行信號的放大，其中所有的三極管的E極相連接+5V的電源，所有的C極接16個470歐姆的電阻，得到的信號作為點陣LED 的行輸入信號。通過對138的三個輸入信號進行控制，改變行信號。由138和164的信號，控制二極管的亮、滅來顯示出所要求的字符、漢字。
行驅動電路：每個LED管亮需要7mA的電流，那么64個同時亮就需要448mA的電流，所以我們要對列進行驅動，我們采用晶體管8550對列信號進行放大。驅動電路如圖2所示：
圖2 點陣顯示屏驅動電路
列驅動電路：此電路是由集成電路74HC164構成的，它具有一個8位串入并出的移位寄存器，可以實現在顯示本行各列數據的同時，傳送下一行的列數據。如圖3所示：
圖3 列驅動電路
四、總結
本論文完成了LED點陣電子顯示屏的主要電路的設計。在系統設計中使用SD卡的擴展，是存儲容量大大的增大，實現了海量存儲，并具有掉電保護功能。通過和PC機的通訊，使顯示的信息能實時的更新。也實現了顯示屏的多字體顯示。整個系統簡潔，可靠性高，性能穩定。
參考文獻：
EDA技術是以數字電子技術課程知識為基礎，具有較強實踐性、工程性的專業課程。將數字電路設計從簡單元器件單元電路設計，EWB軟件仿真提到了更高一級的可編程操作平臺上，進一步鞏固和提高學生電子電路綜合設計能力。但是，傳統的教學模式是將兩門課程分開，先上數字電路，后上EDA技術，分兩學期授課。這樣的教學模式存在弊端，減弱了課程之間的聯系，降低了學生對數字電路理論的認識程度。通過對EDA技術課程的教學改革，以實訓的方式采用項目教學法，使學生在較短的時間內掌握EDA技術基礎及其實驗系統，從數字系統的單元電路，如譯碼器、計數器等入手，加深對數字電路基礎理論的認識，逐漸完成數字系統設計。
1. EDA技術及其在教學中的應用
1.1 EDA技術
EDA技術即電子設計自動化(Electronic DesignAutomation)是以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果而形成的一門新技術畢業論文格式，是一種能夠設計和仿真電子電路或系統的軟件工具。采用”自頂向下”的層次化設計，對整個系統進行方案設計和功能劃分，系統的關鍵電路用一片或幾片專用集成電路（ASIC）實現，然后采用硬件描述語言（HDL）完成系統行為級設計，最后通過綜合器和適配器生成最終的目標器件。圖1為一個典型的EDA設計流程。
圖1 EDA設計流程圖
1.2 EDA技術在教學中的應用
在教學過程中，EDA技術利用計算機系統強大的數據處理能力，以及配有輸入輸出器件(開關、按鍵、數碼管、發光二極管等)、標準并口、RS232串口、DAC和ADC電路、多功能擴展接口的基于SRAM的FPGA器件EDA硬件開發平臺，使得在電子設計的各個階段、各個層次可以進行模擬驗證，保證設計過程的正確性。從而使數字系統設計起來更加容易，讓學生從傳統的電路離散元件的安裝、焊接、調試工作中解放出來，將精力集中在電路的設計上。同時，采用EDA技術實現數字電路設計，不但提高了系統的穩定性，也增強了系統的靈活性，方便學生對電路進行修改、升級，讓實驗不在單調的局限于幾個固定的內容，使教學更上一個臺階，學生的開發創新能力進一步得到提高。
2.課程教學改革實施
2.1課程改革思路
課程改革本著體現鞏固數字電路基礎，掌握現代電子設計自動化技術的原則來處理和安排EDA技術教學內容。打破傳統的從EDA技術概述、VHDL語言特點、VHDL語句等入手的按部就班的教學方法，以設計應用為基本要求，開發基于工作過程的項目化課程，以工作任務為中心組織課程內容，讓學生在完成具體項目的過程中來構建相關理論知識。將EDA技術分為四個方面的內容，即：可編程邏輯器件、硬件描述語言、軟件開發工具、實驗開發系統，其中，可編程邏輯器件是利用EDA技術進行電子系統設計的載體，硬件描述語言是利用EDA技術進行電子系統設計的主要表達手段，軟件開發工具是利用EDA技術進行電子系統設計的智能化的自動設計工具,實驗開發系統則是利用EDA技術進行電子系統設計的下載工具及硬件驗證工具。采用項目化教學方法，以實訓的方式展開，讓學生在“學中做，做中學”。
2.2課程改革措施
以電子線路設計為基點，從實例的介紹中引出VHDL語句語法內容。在典型示例的說明中，自然地給出完整的VHDL描述，同時給出其綜合后的表現該電路系統功能的時序波形圖及硬件仿真效果。通過一些簡單、直觀、典型的實例畢業論文格式，將VHDL中最核心、最基本的內容解釋清楚，使學生在很短的時間內就能有效地掌握VHDL的主干內容，并付諸設計實踐。這種教學方法突破傳統的VHDL語言教學模式和流程，將語言與EDA工程技術有機結合，以實現良好的教學效果，同時大大縮短了授課時數。表1為課程具體內容及實訓學時分配。
能力
目標
學習情境
項目載體
課時
QuartusⅡ開發工具使用能力
QuartusⅡ開發環境、實驗系統
二選一音頻發生器設計
6
VHDL語言編程能力
VHDL語言基本結構
計數器電路設計
6
VHDL語言并行語句
8位加法器設計
8
VHDL語言順序語句
7段數碼顯示譯碼器設計
8
VHDL語言綜合運用
數控分頻器的設計
8
層次化調用方法
4位加減法器的設計
4
綜合開發調試能力
8位16進制頻率計設計；
十字路通燈設計；
數字鐘設計；
波形信號發生器設計，等。
(任選一題)
20
總計
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，說明設計的可實現性。
圖2 三級流水線加法器仿真
4.布局布線
在Candence工作環境下，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，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，具有可實現性。
參考文獻
一、引言
無刷直流電機的特點是結構簡單、運行可靠、維護方便。它又有傳統直流電機控制簡單、調速性能好、功率密度高、輸出轉矩大等特點。因此，無刷直流電機在工業機器人控制、數控設備、紡織、化工等工業控制領域得到了廣泛的應用。所以，對無刷直流電機及其控制方法進行系統、深入的研究有十分重要的意義。
二、無刷直流電機系統的硬件設計
1.硬件系統總體設計。系統的硬件部分主要由主電路、控制電路和輔助電路等構成，其主電路部分包括整流、濾波、逆變電路等。逆變電路是由功率開關管構成的三相橋式結構。逆變電路對整流、濾波后的直流電壓進行斬波，形成電壓、頻率可調的三相交流電，供給無刷直流電機，這樣無刷直流電機就開始運轉起來?？刂齐娐芬悦绹鳷I公司的TMS320F2407A芯片為核心，構成全數字化控制系統，對系統的控制與保護等負責，系統的控制參數和故障信息等保存在TMS320F2407A的存儲器中。輔助電路由電源電路、驅動電路、檢測與保護電路等組成。無刷直流無刷電機控制系統主要由如下部分組成：（1）逆變主電路;（2）TMS320F2407A控制單元;（3）驅動電路;（4）檢測電路;（5）保護電路 。
2.TMS320F2407A控制單元
（1）控制器的選擇。控制器是無刷直流電機控制器的核心，選用控制器需要考慮的是控制器要可靠，易于維護，可移植性強，效率高。有以下幾種：1）專用芯片;2）單片機;3）數字信號處理器，其中數字信號處理器（DSP）采用了不同的內部結構。傳統的通用微處理器大多采用的是馮?諾依曼結構（Von Neumann Architecture），它片內的程序空間與數據空間共用一個公共的存儲空間。為了提高速度，現代DSP芯片內部一般采用的是哈佛結構（Harvard Architecture）或改進的哈佛結構。而哈佛結構最大特點是計算機具有獨立的數據和程序存儲空間。這樣允許CPU可以同時執行取指令和取數據，提高了數據吞吐率，進而提升了系統的運算速度。流水線技術也可以幫助系統提高效率。硬件乘法器可以使得DSP在單周期內就可以完成取操作數，相乘并把結果放在累加器中。除此之外，特殊的DSP指令也會大大提高系統的性能，DSP有著非常豐富的片內外設。利用DSP來進行電機控制，可以減小系統的成本，另外，DSP還有如下的優勢：1）速度快; 2）存儲容量大;3）軟件編程靈活;由此可見，數字信號處理器比較適合作為電機控制的中央控制單元?；谝陨戏治觯驹O計中采用TI公司用于電機控制的2000系列CPU，其型號為TMS320F2407A。
（2）控制板設計。由前面分析可知，系統采用的控制器是TI公司的TMS320F2407A DSP芯片。下面介紹DSP及其最小系統的接口電路。DSP控制板主要由DSP芯片、外擴存儲器、JTAG仿真調試接口和CPLD譯碼電路組成。下面介紹下外擴存儲器電路，JTAG仿真調試接口和CPLD譯碼電路組成。TMS320F2407A內部存儲容量有限，同時考慮到調試過程中可以將程序下載到片外高速SRAM中，系統進行了外部RAM的擴展，系統選用兩片IS61LV6416，用于存儲數據。在DSP存儲器的擴展中，需要注意的是存儲芯片的數據讀寫速度，因為DSP的指令周期都很短，對于速度很慢的存儲器需要插入很多等待周期，以免DSP對它的讀寫發生錯誤。
3.驅動電路設計。由前面的逆變主電路可知，整個系統的核心就是DSP產生6路PWM波，并且控制每個PWM的脈沖寬度和導通時間，PWM信號經過驅動電路來控制MOSFET，MOSFET是IR公司的IRF3205，這是一款電壓型控制器件，其開通電壓為12-15V，但DSP輸出的電壓高電平為3.3V，不能滿足驅動IRF3205的要求。則需要設計一個電平轉換電路來把DSP的3.3V信號，轉化為15V信號，此時就考慮到用一個光電器件。由于PWM頻率為10K，則就需要選擇一個高速的光耦，一般高速光耦有HCPL4504、PC817和東芝系列的TLP250。我們選擇了日本東芝公司的TLP250，光耦TLP250是一種可直接驅動小功率MOSFET和IGBT的功率型光耦，由日本東芝公司生產，其最大驅動能力達1.5A。選用TLP250光耦既保證了功率驅動電路與PWM脈寬調制電路的可靠隔離，又具備了直接驅動MOSFET的能力，使驅動電路特別簡單。
圖1 下橋臂的MOSFET驅動電路
三相逆變主電路中有六個MOSFET需要控制，可以分為三對開關管。V1與V2為一對管。V1與V2兩個不能同時導通，否則會出現電源與地直通情況。六個MOSFET都需要控制。其中下橋臂的三個MOSFET可以共地。采用典型的TLP250應用電路來實現MOSFET的驅動。電路圖如圖1所示：
4.保護電路設計。系統的保護電路分為欠壓、過流保護。欠壓保護就是檢測輸入端直流電壓 ，要是系統發生短路，當采樣電壓低于設定的門限值時，DSP將PWM輸出引腳置為高阻態，封鎖PWM的信號的輸出，達到保護電路電機本體和功率管的目的。
過流保護電路是為了防止電機在過載、起動和運行異常時由于電流過大而對功率開關管和電機本體產生損害而設計的。特別是當電機堵轉的時候，此時電流非常大，DSP一定得做出相應的動作來保護整個系統。
三、結語
無刷直流電機憑其自身的特點使其得到了越來越廣泛的應用，特別是在電機驅動、機器人等領域。無刷直流電機采用電子換向，與傳統的直流電機相比，它提高了系統的可靠性和維護性，同時又保持了直流電機的良好的調速控制性能。并且隨著電力電子技術、計算機控制技術以及DSP技術的飛速發展，使得無刷直流電機控制系統有了很高質量的硬件平臺。本文介紹了無刷直流電機控制系統的硬件實現。首先介紹了整個系統硬件構架。然后詳細介紹了系統的主電路，控制電路，功率驅動電路、檢測與保護電路。對電路的方案選擇以及參數計算做了詳細的闡述，對DSP控制單元及并且設計了控制板的電路，該設計結合算法能夠使無刷直流電機控制系統獲得更快的響應速度，更高的穩態精度，更好的抗干擾性能。
參考文獻：
由于數控機床具有先進性、復雜性和高智能化的特點，特別是近幾年數控系統不斷更新換代，數控機床被廣泛應用于機械制造業，給傳統制造業帶來巨大的變化，使制造業成為工業化的領頭軍。數控機床是一種典型而復雜的機電一體化產品，種類繁多，形式多樣，通常是集機械、電氣、液壓、氣動等于一體的加工設備，其中任何一部分出現故障，都可能使機床停機，從而造成生產停頓，給企業的正常生產帶來較大的影響。因此，提高數控機床維修人員的素質和能力，就顯得十分重要。本文介紹了數控機床故障診斷與維修的一些原則和常用方法。
一、故障診斷的一般原則
數控機床主要由主機CNC裝置、PMC可編程控制器、主軸驅動單元、進給伺服驅動單元、顯示裝置、操作面板、輔助控制裝置、通信裝置等組成。故障原因不外乎是操作錯誤、參數錯誤、外界環境及電源造成的故障、線路故障、器件損壞等。通常的故障診斷原則有：（1）先靜后動。先在機床斷電的靜止狀態下，通過觀察測量，分析確定為非破壞性故障后，方可給機床送電。論文參考網。在工作狀態下，進行動態的的觀察、檢驗和測試，查找故障點。而對破壞性故障，必須先排除危險后，方可送電。（2）先機后電。一般來說，機械故障較易察覺，而數控系統故障的診斷難度較大，先排除機械性故障，往往可以達到事半功倍的效果。（3）先外后內。根據機床故障原因調查統計，80％以上來自于外部原因，只有不到20％是內部原因引起的。因此維修人員應由外向內進行排查，盡量避免隨意啟封、拆卸，否則可能會擴大故障，使機床精度減弱，降低性能。（4）先簡后繁。當出現多種故障互相交織掩蓋，一時無從下手時，應先解決容易的問題，后解決難度較大的問題。如果是功能性的故障，就應先從執行元件入手，看看氣缸、電磁閥、電機、接觸器等，是否存在卡滯等性能下降現象；然后是傳感器、行程開關等輸入信號元件；再次是電氣接頭、插件、活動的電線電纜等部位。這些外部元件受環境因素影響較大，比如磕碰、腐蝕、積塵等。還有元件本身的不良和機械磨損等原因，都決定了它們常是故障的根源。通常，簡單問題解決后，難度大的問題也就變得容易了。
二、故障診斷與完善方法
2.1常規檢測法是通過觀察或借助簡單的工具確定機床故障的方法。這種方法應先弄清楚故障的癥狀，有何特征及伴隨情況，將故障范圍縮小到一個模塊或一塊印刷電路板。它可以簡單地歸納為4個字：“問，看，嗅，摸”。問，就是調查情況，在診斷故障前，修理人員詢問操作手故障發生前的機床運轉情況，產生在哪道程序及時間，操作方式是否得當等；看，就是觀察，仔細檢查有無保險絲燒斷，元器件有無燒焦或開裂等情況；嗅，就是從機床散發出的某些特殊氣味來判斷，如某些元件燒焦的氣味；摸，就是用手觸試可能產生故障的溫度、振動情況，以及元器件有無松動等。
2.2測量比較診斷法數控機床的生產廠家為了調整、維修機床的便利，在印刷電路板上往往設計了多個檢測用的端子。用戶也可利用這些端子，將懷疑有故障的印刷電路板同正常電路板進行比較。通過測量這些端子的電壓與波形，可以分析故障的具體部位與原因。維修人員如果能在機床正常狀態時，留心記錄這些印刷電路板的測量端子，或一些關鍵部位的電壓值和波形，在機床出現故障時，查找故障部位及原因將會更加方便。
2.3自診斷法現代數控系統具有很強的自診斷能力，當數控系統一旦出現故障，借助系統的診斷功能，可以迅速、準確地查明原因，并確定故障部位。
三、舉例說明常見非機械故障和排除方法
3.1北京第一機床廠生產的XK5040數控立銑，數控系統為FANUC-3MA1.故障現象驅動Z軸時就產生31號報警。2.檢查分析查維修手冊，31號報警為誤差寄存器的內容大于規定值。論文參考網。根據31號報警指示，將31號機床參數的內容由2000改為5000，與X、Y軸的機床參數相同，然后用手輪驅動Z軸，31號報警消除，但又產生了32號報警為：Z軸誤差寄存器的內容超過±32767式數模交換器的命令值超出了-8192～+8191的范圍。將參數改為3333后，32號報警消除，31號報警又出現。反復修改機床參數，故障均不能排除。為診斷Z軸位置控制單元是否出現了故障，將800，801，802診斷號調出，實現800在-1與-2之間變化，801在+1與-1之間變化，802卻為0，沒有任何變化，這說明Z軸、Y軸的位置信號控制進行交換，即用Y軸控制信號去控制Z軸，用Z軸去控制Y軸，Y軸就產生31號報警（實際是Z軸報警）。論文參考網。同時，診斷號8012為“0”，802有了變化。通過這樣交換，再次說明Z軸位置控制單元有問題，這樣就將故障定位在Z軸伺服電動機上。打開Z軸伺服電動機，發現位置編碼器與電動機之間的十字聯絡塊脫落，致使電動機在工作中無反饋信號而產生上述故障報警。3.故障處理將十字聯絡塊與伺服電動機位置編碼器重新連接好，故障排除。
3.2一臺加工中心配量FANUC-6M1.故障現象機床在自動方式中出現416號報警。2.故障分析按下列順序檢查：脈沖編碼器未出現不良；各連接器均牢固連接；X軸卯制線路板未出現異常；用萬用表測量電動機連接線，也未發現問題。在重新啟動機床，回零之后，用自動方式運轉，機床正常但1H后又出現416號報警，再次按上述順序復查一遍，發現反饋信號有一根已斷，換按備用線后，機床正常，報警不再出現。
四、結論
因此，對維修人員來說，熟悉系統的自診斷功能是十分重要。包括開機自診斷和運行自診斷。開機自診斷，就是數控系統通電后，系統自診斷軟件會對系統最關鍵的硬件和控制軟件檢查，如CPU、RAM、ROM等芯片，I／O口及監控軟件。如果正常，將進人正常操作界面，如檢測不通過，即在液晶上顯示報警信息或報警號，指出哪個部分發生了故障，將故障原因定位在一定的范圍內，然后通過維修手冊找出造成故障的真正原因，根據書上的說明進行排除；運行自診斷，
參考文獻：
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本設計采用CAN總線作為數據采集與系統控制的通信方式，以ATMEL公司生產的AT91SAM9263 ARM芯片為主控單元，結合A/D轉換技術、故障診斷專家系統實現某型火箭炮隨動系統的故障檢測?？傮w設計框圖如圖1所示。
數據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字信號的轉換，ARM主控單元實現系統控制與故障診斷，數據采集單元與ARM系統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 系統硬件設計
2.1 數據采集單元
數據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液壓泵、高平機等被測部件的液壓或氣壓的狀態信號，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轉換電路將經過信號調理模塊調理后的模擬信號轉換為數字信號，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公司生產的12位串行模/數轉換器，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，輸出數據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，只需要一條串行數據線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，通信速率較高等優點?！〗浶盘栒{理后的11路模擬量數據分別通過端口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。為了減小外界環境及器件本身引入的噪聲和擾動，提高系統的穩定性，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，達到提高系統信噪比的作用，光耦隔離器件選用Avago Technologies 生產的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
數據采集單元和ARM系統控制與故障診斷模塊之間以CAN總線的方式進行數據通信和控制。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。考慮到應用的靈活性，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總線控制器和收發器分別選用Philips公司生產的SJA1000和PCA82C250[6]。CAN總線規范采用三層結構模型，STC89C52單片機用以實現應用層的功能，SJA1000和PCA82C250則分別對應于數據鏈路層和物理層。為了增強CAN總線通信模塊的抗干擾能力，在CAN控制器與CAN收發器之間進行光電耦合隔離處理，與數據采集單元一樣，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總線收發器PCA82C250。微控制器STC89C52用于數據處理、實現對SJA1000的初始化、通過對SJA1000的控制實現數據接收和發送等通信任務；獨立CAN控制器SJA1000和收發器PCA82C250經過簡單總線連接可實現數據鏈路層和物理層的全部功能。STC89C52通過DATA_INPUT向TLC2543CN發送一定格式的指令，在DATA_OUT引腳可獲取到A/D轉換的數據；由于SJA1000的數據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，以便區分在同一時刻AD線上傳遞的是地址還是數據；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、電源監控電路等于一體，保證SJA1000芯片的可靠運行；RX0和TX0是數據的收發管腳，經光電耦合器件6N137后連接到CAN收發器上，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；為了消除在通信電纜中的信號反射，提高網絡節點的拓撲能力，需要在CAN總線兩端接入兩個120 Ω的終端電阻[5]。
2.3 系統控制與故障診斷模塊
數據處理與系統控制模塊采用ATMEL公司生產的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?？紤]到系統的可擴展性，本文將系統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的故障檢測。
3 系統軟件設計
系統軟件設計主要分為A/D轉換模塊、數據 處理模塊、CAN總線通信模塊和系統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據進行處理，通過量值轉換得到實際的工況數據；最后由CAN總線通信模塊將數據傳輸到系統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 數據處理模塊軟件設計
數據采集過程中難免受到噪聲的影響，為了保證采到數據的準確性，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個數據進行排序，取中值作為故障檢測的有效數據，以減小誤差帶來的影響。采集到的數據與實際值之間成嚴格的線性關系，將采集到的數據值乘以系數K即可獲得實際的工況數據，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、數據發送和數據接收3個部分：
（1） 初始化。CAN總線初始化主要是對通信參數進行設置，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已進入復位狀態?！。?） 數據發送。本文采用查詢方式，進行CAN總線的數據發送，首先應將CAN總線的發送中斷禁能。發送數據前，主控制器輪詢SJA1000狀態寄存器的發送緩沖器狀態位TBS以檢查發送緩沖器是否被鎖定，若發送緩沖器被鎖定，則CPU等待，直到發送緩沖器被釋放，然后將從現場采集到的數據發送到發送緩沖區并置位命令寄存器的發送請求位TR，此時SJA1000將向總線發送數據。數據發送流程圖如圖10所示。
（3） 數據接收。同數據發送一樣，本文采用查詢方式進行數據的接收，也應將CAN總線的發送中斷禁能。主控制器輪詢SJA1000狀態寄存器接收緩沖狀態標志RBS以檢查接收緩沖器是否已滿，若未滿則主控制器繼續當前的任務直到檢查到接收緩沖器已滿，讀出緩沖區中的報文，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。數據接收流程圖如圖11所示。
3.4 系統控制與故障診斷模塊軟件設計
系統控制與故障診斷模塊是在Linux平臺下利用Qt SDK開發完成的，數據庫采用嵌入式系統中廣泛采用關系型數據庫SQLite[8]。軟件采用模塊化設計思想，包括顯示界面、系統控制、檢測數據庫和故障診斷等4部分。系統界面基于QT/GUI開發，用于故障檢測結果顯示、調取數據庫輔助人工診斷等人機交互；系統控制模塊用于系統啟動與關閉、初始化及多線程處理；檢測數據庫用于對專家系統中經驗知識、故障診斷規則集進行組織、檢索和維護，及用于存儲系統采集的工況參數；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對隨動系統進行故障診斷，給出診斷結果。考慮到故障診斷的實時性要求，程序采用多線程編程來實現。
圖10 CAN總線數據發送程序設計流程圖
圖11 CAN總線數據接收程序設計流程圖
4 結 語
為了測試隨動系統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進行了大量實驗。在反復的實驗中，該系統均能正確定位故障，充分驗證系統的可靠性和穩定性。本文研制的以AT91SAM9263 ARM芯片為核心基于CAN總線隨動系統故障檢測裝置，可實現對隨動系統液壓、氣壓、電壓等工況參數的測量，經故障診斷專家系統的推理，實現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故障檢測裝置的研發，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監測與故障診斷中，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 網專業寫作教育教學論文和畢業論文以及服務，歡迎光臨DyLW.neT
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關鍵詞：電氣論文,邏輯設計法,真值表 1 邏輯關系
（3）真值表
用邏輯變量的真正取值反映邏輯關系的表格成為真值表。
用繼電器接點實現邏輯代數的基本事項。
①邏輯1和繼電器的常開觸頭閉合相對應。
②邏輯0和繼電器的常開觸頭斷開相對應。
③邏輯“非”的實現可以使用常閉接點。
（4）由三種基本運算得出的邏輯代數公理（基本運算規則）
0+0=0 0·0=0 0+1=1 0·1=0
1+0=1 1·0=0 1+1=1 1·1=1
2 應用實例
（1）要求：按下SB1，指示燈HL1點亮；按下SB2，指示燈HL1和HL2點亮；按下SB1和SB2后指示燈HL2點亮。
（2）使用器件：按鈕開關2個，電磁式中間繼電器2個，指示燈2個。
（3）設計步驟
①列出控制元件與執行元件的動作狀態真值表（表4）
②寫出邏輯表達式（與或表達式）
③化簡（使用公式法、卡諾圖法或電路圖法）
（a）公式法：
（b）卡諾圖法，如圖1所示：HL2=KA2
（c）電路圖法：（按下面順序進行化簡，如圖2所示）
④畫電路圖，如圖3所示。
Abstract
This system is composed of fore-channel, Backward-channel, single-chip microcomputer system and the periphery circuit, up-bit machine and down-bit machine soft. The fore-channel will make the signal amplify, filter and A/D transform, then store the signal to the RAM by single-chip microcomputer. The step-channel will amplify ,filter, and D/A transform the data from the RAM, then impel the louDSPeaker. This article uses the single-chip microcomputer as core and extends the RAM of 512k. It applies the keyboard to control and LCD to display. At the same time, the article uses RS232 to communicate with up-bit machine and realizes the data transmission.
Up-bit machine program uses VC++ as the developing platform , Down-bit machine based on C51 language designs the software and the hardware to collaborate.
目錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 前言 1
1.2語音信號處理的發展與前景 2
1.3總體設計思路 2
第二章 數字語音存儲與回放的通道設計 4
2.1整機結構框圖和電路圖 4
2.2 前向通道 8
2.2.1前向通道的組成框圖 8
2.2.2前向通道各個單元的介紹 8
2.2.3前向通道的單元電路設計 12
2.3后向通道 19
2.3.1 后向通道的組成框圖 19
2.3.2后向通道各個單元介紹 20
2.3.3后向通道的電路設計 20
第三章 系統其它部分電路設計 24
3.1單片機電路設計 24
3.2 LCD顯示器設計 27
3.3數據存儲電路設計 30
第四章 程序設計介紹 33
4.1下位機程序介紹 33
4.2 上位機程序介紹 34
第五章 用V[，！]C ++實現上位機的編程 36
5.1 VC++簡介 36
5.2 ActiveX控件簡介 36
5.3通訊控件MSComm介紹 37
5.4程序設計總方框圖 39
5.5通信控件串口編程的說明 40
5.5.1 初始化并打開串口 40
5.5.2捕捉串口事件 41
5.5.3串口讀寫 41
5.6串行通訊協議程序 41
5.6.1主窗口 41
5.6.2運行窗口 43
5.6.3錯誤窗口 44
1 、引言
隨著科技的發展和社會文化事業的進步，電視機可供觀眾選擇的頻道數目日益增多。但是傳統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。該系統無需對電視機做任何改動。在保留原有遙控功能的基礎上，實現語音控制選臺，較好地解決了記憶頻道這個難題。
2 、系統總體方案設計
系統總體方案如圖1所示。
圖1 系統總體方案
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。
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，擁有強大的語音數據處理能力并具有良好的接口功能。
語音識別控制系統結構圖3所示
圖3 語音識別控制系統結構圖
3.3 語音識別算法
消費類電子產品中的語音識別主要為孤立詞識別，它有兩種實現方案：一種是基于隱含馬爾科夫統計模型（HMM）框架的非特定人識別；另一種是基于動態規劃（DP）原理的特定人識別。它們在應用上各有優缺點。DP特定人識別的優點是方法簡單，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，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端點檢測算法根據語音的本質特征進行端點檢測，可以更好地適應環境的干擾和變化，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，用動態時間規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。
為了提高DTW識別算法的識別性能和模板的穩健性，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，本語音識別系統采用了改進端點檢測性能的FRED算法，12階Mel頻標倒譜參數（MFCC）作為特征參數，使用雙模板訓練識別策略。通過一系列測試，證明該系統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。
3.5 操作指示電路
采用兩片數碼管和譯碼驅動電路CC4558組成操作指示電路。在本系統中，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射裝置。
圖4 邏輯控制電路如圖4
3.7 遙控發射電路
紅外遙控發射器主要由三大部分組成：一是鍵盤矩陣，二是發射專用集成電路，三是放大驅動和紅外線發射部分。該電路與電視機的特定型號有關，可以根據電視機品牌選用適當的專用紅外發射電路。論文參考網。需要說明的是：由于不同品牌電視機的紅外發射、接收電路各不相同，因此它只對兼容電視有效。
4、結束語
該系統不對彩電做任何改動。在保留原有遙控功能的基礎上，實現語音控制選臺，主要功能有：
開關電視：電視接通電源處于待命狀態，操作者發出“開機”命令，則打開電視機；操作者發出“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目，只要發出“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，該系統只對事先錄入命令樣本的操作者語音敏感，其他人發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這種語音識別系統級芯片，并設計了科學的算法，本系統可靠性高，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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