凌阳61开发板基本工作原理及实际电路识图技能训练1

第十六章单片机开发板基本工作原理及实际电路识图技能训练一、实训目的：主要是培养学生的单片机小系统认识能力，通过本单元的学习使其掌握以下的能力：1．焊（焊接、拆焊技术）；2．识（元器件识别、性能简易测试以及元件封装识别）；3．读（电子电路读图能力）；4．测（会正确使用电子仪器测电参数）；5．综合运用（模电、数电以及单片机三大技术，与时尚数码产品接轨）。二、电路识图及技能训练本产品为一套完整的16位单片机开发系统。若将我们提供的程序下载到61板上，它将成为一个复读机、语音钟表，或者成为一个极具趣味性的人机互动玩具⋯⋯1．主要性能指标（1）、输入电压：DC：4V—5V（2）、输入电流：200mA2．功能分区与整机电路图1是各区分块图,由SPCE061A单片机、电源、复位、数据下栽、输入输出端口、音频处理以及按键等子系统组成，图2为原理图,图3底层印刷电路板图，图4顶层印刷电路板图。图1功能分区图2图2原理图图3底层印刷电路板图3图4顶层印刷电路图三、子系统原理及电路说明1、SPCE061A单片机单片机也称单片微控制器（singlechipmicrocontroller）,它集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉，在过程控制、数据采集、机电一体化、智能仪器仪表、家用电器以及网络技术等方面的到广泛应用。SPCE061A的组成主要如图5所示。图5SPCE061A的组成图SPCE061A具有DSP功能和语音特色的16位单片机，共84引脚，采用PGA封装。性能特点�16位u’nSP™微处理器；4�工作电压：VDD为2.4~3.6V(cpu),VDDH为VDD~5.5V(I/O)；�CPU时钟：0.32MHz~49.152MHz；�内置2K字SRAM；�内置32KFLASH；�可编程音频处理；�晶体振荡器；�系统处于备用状态下（时钟处于停止状态），耗电小于2mA@3.6V；�2个16位可编程定时器/计数器（可自动预置初始计数值）；�2个10位DAC（数-模转换）输出通道；�32位通用可编程输入/输出端口；�14个中断源可来自定时器A/B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒；�具备触键唤醒的功能；�使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据；�锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；�32768Hz实时时钟；�7通道10位电压模-数转换器（ADC）和单通道声音模-数转换器；�声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制（AGC）功能；�具备串行设备接口；�有低电压复位（LVR）功能和低电压监测（LVD）功能；�内置在线仿真电路ICE（In-CircuitEmulator）接口；�具有保密能力；�具有WatchDog功能。管脚说明见图6图6SPCE061A引脚排列图SPCE061A实物图管脚功能表见表一5表一SPCE061A管脚功能表管脚说明功能描述IOA0～IOA15（41～48，53，54～60脚）I/O口A，共16个IOB0～IOB15（1～5，76～81，64～68脚）I/O口B，共16个OSCI（13脚）振荡器输入，在石英晶振模式下，是石英元件的一个输入脚OSCO（12脚）振荡器输出，在石英晶振模式下，是石英元件的一个输出脚RES-B（6脚）复位输入。若这个脚输入低电平，会使得控制器被重新复位ICE-EN（16脚）ICE使能端，接在线调试器PROBE的使能脚ICE-ENICE-SCK（17脚）ICE时钟脚，接在线调试器PROBE的时钟脚ICE-SCKICE-SDA（18脚）ICE数据脚，接在线调试器PROBE的数据脚ICE-SDAPVIN（20脚）程序保密设定脚PFUSE（29脚）程序保密设定脚DAC1（21脚）音频输出通道1DAC2（22脚）音频输出通道2VREF2（23脚）2V参考电压输出脚AGC（25脚）语音输入自动增益控制引脚OPI（26脚）MIC的第二运放输入脚MICOUT（27脚）MIC的第一运放输出脚MICN（28脚）MIC的负向输入脚MICP（33脚）MIC的正向输入脚VRT（35脚）A/D转换外部参考电压输入脚，它决定A/D转换输入电压上限值。例如：该点输入一个2.5V的参考电压，则A/D转换电压输入范围为0—2.5V。（外部A/D最高参考电压3.3V）VCM（34脚）ADC参考电压输出脚VMIC（37脚）MIC电源SLEEP（63脚）睡眠状态指示脚。当CPU进入睡眠状态的时候，该脚输出一个高电平VCP（8脚）琐相环压控振荡器的阻容输入XROMT、PVPP、XTEST（61、69、14脚）出厂测试用管脚VDDH（51、52、75脚）I/O电平参考。该点输入一个5V的参考电压则I/O输入输出高电平为5VVDD（7脚）琐相环电源VSS（19、24脚）模拟地VSS（9脚）PLL琐相环地VDD（15、36脚）数字电源62、电源61板采用3节5号电池进行供电，由J10接入，原理图如图7所示。信号检测点见图8，测试点参数见表三。其中的前后两组电容用来去耦滤波，使其供给芯片的电源更加干净平滑。为了获得标准的3.3V电压，在板子上加入SPY0029三端稳压器。两个二极管，是为防止误将电源接反造成不必要损失而设置的，在操作过程中千万不要将电源接反，因为反向电压超过一定的值，二极管将会被损坏，达不到保护的目的。后面的零电阻及其电源、地分成不同的几路是为减少电磁干扰设置的。图7电源部分原理图图8电源部分测试点表三电源部分记录表（各测试点位置如图8）序号测试记录结果分析1第1点：V1=（4.5）V左右第8-16点电压是否为3.3V左右？是结论：电压比较正常，则进入模拟部分测试，否则请按如下步骤检测、调试：1、观察是否有元件漏焊2、电解电容的方向是否弄错2第2点：V2=（4.5）V左右3J6的+端电压=（4.5）V左右4J7的+端电压=（4.5）V左右75J8的+端电压=（4.5）V左右3、根据原理图检查电阻电容的值是否正确4、采用拍打法（用绝缘棒拍打焊点面各处）检测是否有虚焊，或者可以用万用表逐点测量----工作量很大（建议对着原理图来找）6J9的+端电压=（4.5）V左右7U2的第7脚电压=（4.5）V左右U2的第8脚电压=（4.5）V左右8U1的第7脚电压=（3.34）V左右9U4的第20脚电压=（3.34）V左右10J4的第1脚电压=（3.34）V左右11第3点：V3=（3.34）V左右12第4点：V4=（3.34）V左右3、程序下载区ICE基本运作方式是通过控制clock及通过ICE喂入指令方式，来控制CPU的运行及缓存器资料和内存资料的存取，因此必须透过控制缓存器值的设定来控制目前CPU的动作，原理图如图8所示。每个相连接的不同ICE模块都拥有自己独特的3-bitID，当PC在传送control信号时都会先传送该3-bitID，只有ICE本身的ID和control信号的ID相同时才会执行该命令或回传资料。61板上的74HC244主要在我们选用下载线的时候起作用，主要奇缓存的作用和完成SDA是作为数据回送还是数据下传的选择。图8程序下载区4、音频输入部分在SPCE061A芯片中具有声音模—数转换通道，内置了麦克风放大电路和自动增益控制（AGC）功能。AGC是自动增益补偿功能（AutomaticGainControl），AGC可以自动调麦克风的收音量，使听者收到一定的音量水平，不会因发言者与麦克风的距离改变时，声音有忽大忽小声的缺点。SPCE061A中集成了麦克风前端运算放大电路，而运算放大电路的基本结构就是有输入级、中间级、输出级三大部分组成。输入级由差分放大电路组成，它是运算8放大器的关键部分，差分放大电路有两个输入端，这样的组成能为信号的输入提供多种方式，并能有效的抑制共模干扰信号，放大有效信号的作用，原理框图见图9。图9音频输入组成框图在图10所示的电路中，MICP和MICN将随着MIC产生的波形变化，并在两个端口处形成两路反相的波形，再经过两级运放放大，把放大的语音信号交给ADC转换为数字量，这个时候我们就可以通过单片机编程对这些数据进行处理，比如说语音数据压缩、语音识别样本处理。图10音频输入外围电路原理图10中的VMIC是提供麦克风的电源，AVSS1是系统的模拟地，AGC是语音输入自动增益控制引脚，MICP是麦克风输入的正向输入脚，MICN是麦克风输入的负向输入脚，MICOUT第一运放的输出脚，OPI是第二运放的输入脚，其中Vref是有电路板上的J1用调线冒把1、2脚短接提供，表四音频输入部分记录分析表。音频输入部分测试目的：查看音频输入部分是否正常条件：断开电源，接上喇叭，用排线分别将IOA口的低8位和IOB口的低8位相连，IOA口的高8位和IOB口的高8位相连，然后按下RESET复位键S1..。步骤：把J2的左边两脚短接，听到“I/O测试成功”后，按键3，（这个时候要是听见喇叭有很大的噪音，则是正常的现象，因为喇叭和麦克风离的近，解决的办法就是改变变位器的阻值，用一字螺丝刀顺时钟调节，直到噪音减少，要是还是不可以，就把喇叭取下，继续往下测试既可），采用示波器查看波形，测试点在板子的背面均已标示。现象1：无波形结论：音频输入部分有问题;解决办法：按照原理图和各区元件排序表中给出的器件顺序查找音频输入部分的问题；现象2：有不规则波形出现;9在原理图5.9中的VMIC是提供麦克风的电源，AVSS1是系统的模拟地，AGC是语音输入自动增益控制引脚，MICP是麦克风输入的正向输入脚，MICN是麦克风输入的负向输入脚，MICOUT第一运放的输出脚，OPI是第二运放的输入脚，其中Vref是有电路板上的J1用调线冒把1、2脚短接提供。音频输入部分测试目的：查看音频输入部分是否正常条件：断开电源，接上喇叭，用排线分别将IOA口的低8位和IOB口的低8位相连，IOA口的高8位和IOB口的高8位相连，然后按下RESET复位键S1..。步骤：把J2的左边两脚短接，听到“I/O测试成功”后，按键3，（这个时候要是听见喇叭有很大的噪音，则是正常的现象，因为喇叭和麦克风离的近，解决的办法就是改变变位器的阻值，用一字螺丝刀顺时钟调节，直到噪音减少，要是还是不可以，就把喇叭取下，继续往下测试既可），采用示波器查看波形，测试点在板子的背面均已标示。现象1：无波形结论：音频输入部分有问题;解决办法：按照原理图和各区元件排序表中给出的器件顺序查找音频输入部分的问题；现象2：有不规则波形出现;表四音频输入部分记录分析表检测内容波形1、MICP的波形(从麦克风输入内容有微小的波形变化)2、VMICN的波形(从麦克风输入内容有微小的波形变化)3、VMICOUT的波形(从麦克风输入内容比VMICN、、VMICP的波形变化要明显的很多，是经过了一次放大的作用)4、VOPI的波形(从麦克风输入内容比VMICOUT波形变化要小一点，但是比VMICN、、VMICP要大一点，是因为电阻R7分压的作用)5、音频输出部分:图11是音频输出部分的原理图，输出的声音经SPY0030音频放大后通过喇叭输出。SPY0030是凌阳公司开发的专门用于语音信号放大的芯片，电路原理图见图7所示，它的增益如下所示：Gain=2*5000/(5000+R1)。SPY0030的输入电压的范围是2.4V～6.0V，在这个电路中采用的电压是3.3V。测试点见图12，其它管脚的介绍见表五。图11D/A部分原理图10表五SPY0030管脚说明管脚表示类型（O输出、I输入）描述1SPNO音频输出负端2SPPO音频输出正端3VSSI地4INNI音频输入负端5ACINI音频输入正端6VREFO参考电压7CEI芯片使能端8VDDI电源图12D/A部分测试点音频输出部分测试：目的：查看音频输出部分是否正常;条件：接音频输入部分的条件，继续测试;步骤：采用示波器查看波形，测试点在板子的背面均已标示;现象1：无波形;结论：音频输出部分不正常;解决办法：按照原理图和各区元件排序表中给出的器件顺序查找音频输入部分的问题；现象2：有不规则波形出现;结论