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走出国门！高手用龙芯打造摩斯电码播放器[11P]

近期龙芯俱乐部完成了龙芯开源创客智龙主板的首发，这个基于龙芯1C处理器的创客主板，不仅有了国内的创客用户，还被带到了国外，通过社区协作实现了很有趣的创客作品。

我其实很早就知道我国有龙芯这么一款国产处理器，但对其的印象一直停留在“安全应用”、“试验品”等字眼上，认为一个普通人并不会接触到龙芯系列的处理器；尤其是在得知龙芯所使用的MIPS架构无法兼容Windows之后，便更加认为龙芯不会在桌面系统上有所成就。

直到今年三月份在某新闻客户端上看到了一则新闻，内容大约是“中国的树莓派 开源龙芯主板开始接受团购”，发现其价格为199元并不贵，同时由于对国产CPU的好奇，便拍下了这款产品。在经过了漫长的等待——五月份发货，以及我八月份才回国过暑假——之后，终于拿到了这块板子。
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当然由于这块板子，我也通过社区了解到了龙芯产品的最新动向，比如自主指令集，以及3A2000和3B2000 CPU。这些新产品受到了媒体的广泛关注，龙芯中科也因此被人民日报头版所报道，在此便不再累述。
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事实上，我此前并没有任何嵌入式开发的经验。在最开始拿到板子的时候，甚至不知道要通过串口线连接主板。但是通过开源社区中提供的教程，我很快便掌握了对主板的简单操作。
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[b]小作品——摩斯电码播放器[/b]

摩斯码使用不同长短的连续波（嘀和嗒）和间隙来表示26个英文字母，10个数字以及一些标点符号，由于其编码简单、可靠性高，被广泛应用于无线电通讯领域。其简便性使我萌生了利用龙芯主板来将英文文本翻译为摩斯码，并通过扬声器以正弦波播放出来的想法。

由于我并没有无线电执照及相应的设备，所以此作品仅限以声音形式播放而不能通过无线电发报，但进行改动，龙芯主板是完全有能力成为全自动发报机的。

[b]硬件部分[/b]

此作品电路板的基本系统结构为：使用运算放大器芯片构造一个正弦波发生器，其频率可由一个双联电阻器在约500Hz至无限大（实际极限数值由芯片决定，但肯定超出人耳听力范围）之间调整，此正弦波将作为扬声器的声源。

扬声器与正弦波之间有一个由开源龙芯主板GPIO接口所控制的继电器，用来控制线路的断连，从而达到播放摩斯码的目的。

确定了系统结构之后，下一步就要制作电路原理图并确定元件参数。毫无电路设计基础的我在网络上找到了这张原理图作为参考。
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然而此电路在模拟器中的模拟并不成功。在QQ群中electron群友的帮助下，将运算放大器改为LF356N，并对电路做出了大幅度简化及调整，确定了电路构造以及元件参数，并在软件中进行了电路模拟，成功输出了预定频率的正弦波。
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我住在天津，作为一个大城市购买电子元件并不困难，我很快便购齐了所需的元件及面包板，开始真正的制作。
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最初的三个元件
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杂乱的环境

在实际制作中，我碰到了许多在模拟中没有预料到的问题。首先碰到的问题是GPIO无法直接触发继电器。

通过查阅所使用的HRS1H-S型继电器的数据表，发现其线圈需要约300mW的功率来触发，然而龙芯GPIO的最大输出功率仅为约50mW。

在QQ群中群友的建议下，我使用了一颗8050三极管来提升功率，成功触发了继电器。

第二个问题则是吃了不认真和不懂电路原理的亏。当我把一切元件及线路按照电脑自动生成的鼠线连接之后，扬声器没有任何反应。

这个问题困扰了我好几天，我一点一点地将面包板上的接线与电脑给出的鼠线比对，希望能发现什么接线错误，然而并没有。而这时我也该回到英国了，于是只能把所有的东西装到盒子里，到了英国再处理。
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到了英国，我就有万用表能用了。通过测试发现，输出端是有直流电压输出的，而且与预期的结果一样，这说明电路并没有断路；但当测试交流电压时，万用表毫无反应，这说明输出的波形是一条直线，而不是正弦波。

既然电路板上没问题，那会不会是电路本身的设计问题？但如果电路设计有问题的话，仿真软件又是如何输出预期的波形的呢？

我开始仔细检查起仿真软件中的电路，最终发现了问题：
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问题就出在这个-6.0V身上。此前我一直是把4号针脚接地的，并没有意识到这个负电压的问题。当我在仿真软件中也把4号针脚接地后，其输出的波形也变成了一条直线。

依然是在群友的帮助下，我对线路做了一点小改动，将4*1.5V AA电池盒的负极接到4号针脚而不是地，并把第二节电池的负极当成了地。由此便创造出了一个±3V的直流电源，但这也导致了输出电压成了原来的一半，因此不再需要起初串联在扬声器上的限流电阻。
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以上即为最终的电路图。可见由2颗3.3nF电容和一个最大电阻为100kΩ的双联电位器所组成的反馈回路。运放输出端直接连接扬声器正极，扬声器的回路则由继电器所控制。继电器的线圈一边接地，一边与一颗三极管的发射级连接，此三极管的集电极由电池驱动，基极则连接GPIO输出口和一个限流电阻。5.1kΩ电阻+2个1N4004二极管并联的设计用来限制峰值电压。

最终，扬声器里成功输出了干净的正弦声波，通过调整双联电位器可将其频率调高至人耳听力以外。至于波形实际的噪音水平为多少，最高可达到的频率为多少，由于我并没有示波器，因此无从得知。
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这个必须支持，我们泱泱大国终于有了自己的处理器了。虽然我等学渣不能理解其中的原理，但是通过文章我能感觉到这个芯片开启了我国处理器的新纪元！

龙芯这个项目本身是好的，但做龙芯人有点太不争气，当然，这也也不能全怪他们。毕竟硬件这个东西不同于软件，软件Linux是开源的，只要投入足够的人力去调研，可以解决安全性的问题，但硬件就不行了，一个芯片摆在那，根本不知道里面有啥东西，有没有留后门也不清楚。所以有自主知识产权的CPU是很重要的，这一点龙芯的意义非常大。并且，目前来看龙芯比起那些号称“中国人自己的操作系统”的人要靠谱的多。但龙芯本身问题还很多，比如综合性能还落后于intel系列。能查到的信息显示龙芯的计算能力很强，龙芯3B的计算峰值能到128GFLOPS，对这个数据我是有些怀疑的，但也不排除是龙芯在浮点计算方面有了专门的优化。但其它方面是否能赶超intel还不好说，从市面上可以买到的龙芯产品的评价来看，表现很一般。龙芯使用的指令集是MIPS，MIPS近些年过的日子很糟，甚至是糟透了，低端的被ARM打压的厉害，高端的被intel甚至PPC欺负。龙芯选择的这个指令集对不对，还需要让市场来检验。

任何产品没有商业化之前都是没什么说服力的。要有实际的产品让大众来体验才能真正让民众觉得有希望。正负出资的科研单位搞了太多不靠谱的东西了……

回复3楼，龙芯在某些方面是专门做了优化的，整体综合性能确实有待提升