电子综合设计实验设备的研制音频处理电路的设计

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1、电子综合设计实验设备的研制音频处理电路的设计　　[摘要]根据单片机和FPGA相关课程的简要介绍，简要地介绍了电子综合实验设备的设计思路、构架、结构特点并对其中的音频处理电路作详细地介绍。　　[关键词]音频处理模块单片机FPGALM38　　中图分类号：O59文献标识码：A文章编号：1671－759(XX)0110016－0　　　　一、引言　　　　随着电子技术的发展，单片机和可编程逻辑器件在自动控制系统中有着广泛的应用。基于以上原因，目前国内理工院校的大多数电子类专业都开有与单片机和FPGA等相关系的课程。　　目前单片机教学主要以51系列单片机为主，要求学生通过学习该课程，了解单片机应用系统设

2、计的基本理论、基本知识与基本技能，掌握单片机应用系统各主要环节的设计、调试方法，并了解单片机在测量、控制等电子技术应用领域的应用，并初步具备应用单片机进行设备技术改造、产品开发的能力。　　针对以上的教学目标所开设的实验项目有：存储器扩展实验、中断系统实验、定时器/计数器实验、A/D转换器实验、D/A转换实验、串行通讯接口实验、8155可编程并行接口及键盘显示实验、综合实验。综合以上实验项目，该试验教学设备所包括的模块主要有：单片机最小模块、A/D和D/A模块、RS232串口模块、按键和显示等输入输出模块、外部存储器模块、8155并行接口模块。　　目前关于FPGA课程的教学主要以Altera

3、公司的FPGA为主。学习的主要内容包括：硬件描述语言、FPGA应用基础、常用EDA工具使用、基本数字电路设计以及数字系统设计技术。通过本课程的学习使学生了解使用VHDL语言设计数字电路的基本过程和方法，掌握VHDL的基本语法规则以及基本数字电路的VHDL语言描述，了解常用EDA软件及器件。针对其教学目标所开设的实验项目有：EDA软件使用以及设计流程、七段译码器设计、数码管扫描显示电路、八位加法器的设计、抢答器的设计、六十进制计数器设计、数字频率计的设计、数字钟的设计、交通灯控制器设计以及电子琴设计。　　从硬件的角度看，完成以上实验项目，所包括的模块电路主要有：FPGA最小模块、按键和显示等

4、输入输出模块、音频输入输出模块、A/D和D/A模块以及RS232串口模块。　　这些课程一般是采用理论教学和实验教学结合的教学手段，每种课程的实验是分开上的，即每种课程有各自的实验室和专用实验设备。但是，对比各种专用实验设备，就会发现如下问题：一、每种专用设备除了主控模块不一样外其他外围电路相差无几。这样一来，容易造成物力和人力的资源浪费，专用实验室需要花大量的资金来组建，不同的实验室需要不同的人员管理，不同的实验设备需要不同的人员来管理和维修。二、不同的外围模块电路混合在一起，使得电路图结构复杂，不易于我们熟悉和调试电路。　　本次设计所研制的电子综合实验设备主要针对以上问题而研制的。该设备

5、采用“积木式”设计原理，每块电路都被设计成一个小模块。整个设备包括各类外围模块和主控模块。通过替换主控模块来选择所作的实验类型，即使单片机实验就采用单片机模块，FPGA相关实验就采用FPGA模块。这样的话，所有实验可以采用同一个实验设备，可以减少资源浪费，同时，电路采用模块化设计，结构清晰，易于我们学习和调试。　　我主要设计音频放大模块，这个模块主要实现语音输入和输出，主要器件为：LM386。　　　　二、音频处理模块电路的设计以及测试　　　　电子综合实验设备设计中需要注意两点　　一、模块化设计，便于认识、分析和合理的选择各模块电路；二、开放性设计，便于学生调试电路和用仪器测试电路参数以及容

6、易添加额外外围电路。　　基于以上两点，我采用“积木式”设计思路，即采用层次化的结构，总共分为三层。第一层为各个外围模块到主模块之间的互联板，第二层为各个模块电路，第三层为各个模块电路上的主要芯片。其具体框图见图1。　　考虑到以上分析的单片机以及FPGA实验设备的必须外围电路以及电子类专业中的基础课程模拟电子技术和数字电子技术的试验要求，电子综合实验设备主要的模块电路有：稳压电源模块、数据采集模块、A/D和D/A模块、按键以及显示等输入输出模块、音频放大模块、波形产生模块、主控模块等。每个模块电路皆采用插座形式与第一层互联板相连。其平面框图如图2所示。下面分别介绍每个模块的功能以及构成。　　

7、1．稳压电源模块：产生本试验设备所用到的电压：±5v，±12v，3v。主要器件为：7805、7905、7812、7912以及AS1117。　　2．主控模块：共有单片机模块和FPGA模块。单片机模块包括下载电路、晶振以及复位电路；FPGA模块包括下载电路以及外部有源晶振。目前可用的单片机有89S51和C8051F，可用的FPGA有FLEX10K10和MAXII系列的EPM1270。　　3．A/D和D/A模块：完成模数转换和