实时视频图像处理中，低层的预处理算法处理的数据量大，对处理速度要求高，但算法相对比较简单，适合于用FPGA进行硬件实现，这样能兼顾速度及灵活性。高层的处理算法结构复杂，适用于运算速度高、寻址方式灵活、通信机制强的DSP芯片宋实现。DSP+FPGA架构的最大特点是结构灵活、有较强的通用性、适合于模块化设计，从而能够提高算法效率，同时其开发周期短、系统易于维护和升级，适合于实时视频图像处理。系统采用模块化的设计方法，将整个系统划分为三部分：视频采集单元、视频处理单元和视频传输单元。整个系统以FPGA作为核心控制单元并完成视频信号的中值滤波工作;以DSP作为整个系统的核心处理单元对采集的视频图像信息进行JPEG压缩;在视频传输单元设计了以PDIUSBD12芯片为基础的USB总线，负责视频信号的传输。1系统硬件总体架构一个完整的视频处理系统，主要由视频采集单元、视频处理单元及视频传输单元三部分组成。在进行系统设计时须确保各部分的无缝衔接。图像采集单元由FPGA和MB86S02视频采集芯片组成，包括视频信号的采集和预处理，把输入的视频信号转换成系统能够处理的数字图像数据，并按照一定的格式存储在确定的存储区域。图像处理单元是本系统的核心，对图像数据进行压缩处理，实现系统要达到的功能。图像传输单元采用FPGA+USB的方式实现视频数据的传输，通过基于PDIUSBD12芯片的USB总线，将压缩后的视频图像信息发送到接收端，在接收端使用在PC上编写的应用程序将图像解压缩并显示出来。整个硬件系统由FPGA和DSP两个分系统组成，FPGA作为视频采集单元，将采集到的视频信号预处理后传给DSP，DSP作为图像处理单元是本系统的核心，对FPGA预处理后的视频图像信息进行JPEG压缩处理，DSP单元的性能决定着整个系统的性能，DSP完成图像处理任务后，将把结果返回给FPGA，FPGA将经过压缩处理后的图像信息写入接口控制芯片的数据缓冲区，由接口控制芯片负责信息的传输，系统总体框图如图1所示。图1系统总体结构图如图1所示，MB86S02视频图像传感器在FPGA的控制下进行视频图像信息的采集，在收到PC机的采集命令后MB86S02开始视频信号的采集FPGA作为系统的核心控制单元不仅负责视频图像的采集，而且负责视频图像信息的预处理和系统各单元模块之间的数据交互。针对视频图像数据量大的特点，为了保证系统的实时性要求，系统采用大容量的片外SDRAMR对采集到的视频图像信息进行缓存，SDRAM控制器由FPGA实现，视频图像信息经过SDRAM缓存后首先要由FPGA对其进行滤波处理，以消除图像信息中的噪声干扰，本系统中采用中值滤波的方式对采集到的视频信息进行处理，滤波后的数据通过FPGA内部FIFO进入DSP进行下一步的压缩处理。DSP上电后首先进行引导程序的自加载，等待FPGA发送请求，在收到FPGA的请求后，DSP建立EDMA通道从FPGA获取视频数据，存满一帧后，开始对视频图像进行JPEG压缩处理，压缩处理后的视频图像信息经过FIFO缓存后，在FPGA的控制下写入USB接口控制器的数据缓存区，等待PC机的读数请求，USB接口控制器在收到PC机的读数请求后将数据写入PDIUSBD12的端口1，以便PC机下一步读取数据。2系统软件总体设计系统的软件设计根据硬件结构的总体划分，也可以分为两大部分来描述。整个系统的运行如图2所示，FPGA和DSP各自的程序独立运行，通过中断信号完成数据的实时交互。FPGA向DSP方向的指令是通过FPGA发送一个EDMA请求，DSP通过响应EDMA请求，建立EDMA通道，开始从FIFO中进行预处理后数据的读取，DSP向FPGA传输数据时，通过向FPGA发送一个中断信号，让其从FIFO中把压缩后的图像数据读出来。图2系统软件软件流程图如图2所示，整个系统工作流程可以简单描述如下：系统上电后，首先DSP由flash实现自举，并运行引导程序，之后转入EDMA等待状态，FPGA初始化后等待外部图像采集命令，收到图像采集命令后开始进行图像采集，并对采集到的图像进行预处理，预处理后的图像经过FIFO缓冲，在存储一定量的数据之后，FPGA通过半满信号向DSP发送EDMA请求，等待DSP响应，DSP一旦收到来自FPGA的EDMA请求，立即建立EDMA通道，从FIFO中读取数据到L2存储器，存满一帧图像后DSP开始图像压缩，等待一幅图像压缩完成之后，DSP会向FPGA发送中断信号，FPGA在收到中断信号后开始从FIFO中读取压缩后的图像数据。一帧数据读完后，判断编码信号是否有效，如果有效则按同样的规则对下一帧图像进行压缩，如果无效则通知DSP结束。3结论本设计方案已经经过了硬件验证，达到了预定的设计要求，实现了大数据量的实时处理。系统体积仅为70×70mm,功耗小于5W,中值滤波速率平均20F/S,JPEG压缩速率平均25F/s以上。不仅满足了视频处理系统的实时性要求，且体积小、功耗低，而且基于FPGA的可编程性，本系统具有良好的灵活性和扩展性。

2019年的中美贸易战重新唤醒了大众对EDA行业的关注，人工智能的发展又极大地繁荣了集成电路的发展，国产EDA产业在这一时代的机遇下得到了进入一线芯片设计公司和晶圆厂的机会。EDA行业依托我国IC产业的发展充分发挥创新能动性和产业协同创新优势的前提下，又面临着什么样的挑战？即便风雨兼程，依旧砥砺前行。本期线上讲座大赛组委会特邀清华大学“周祖成”教授，为各位讲述集成电路的技术趋势与发展历程。更多课程详情查看：https://www.moore8.com/courses/2912

解决方案多而杂WSN推广门槛大WSN（无线感测网路）近几年来陆续应用在各种领域，如军事国防、科学领域、环境监测、交通运输、仓储物流、医疗照护、农业防治、智慧建筑、石油天然气、桥梁河川、航太飞行等等。透过布建多个感测节点，将感测与搜集到资料，透过无线方式传送到中控电脑，以做为搜集、分析、预警、防害等目的。监测WSN网路品质的OpenSniffer组成架构（图/SEWIO）早期工业用WSN由于没有共同的系统规格，在节点部署与系统设计上，必须耗费不少时间，动辄耗费长达几年的时间来测试、校正、改善，造成WSN推行上的阻碍。由于WSN的节点元件主要是MEMS（微机电系统）感测器，搭配RF（无线射频）通讯晶片、处理器（通常是用MCU微控制器）、电力（电池、电源、太阳能等）所组成，在软体/韧体设计上加入自主与智慧功能（可调节式路由、智慧搜集、容错等）。为让WSN的运作更有效率，不少晶片厂、网通厂、系统方案厂相继投入开发新一代的WSN硬体元件，以及相关的产品解决方案，提供简易安装、适应各种恶劣环境、超长时间感测、精准感测、各种节电模式、资料安全等的特色，来吸引客户导入使用，以节省测试与部署的时间。WSN感测器繁多多采用子板设计目前许多感测器，大多采用微机电（MEMS）元件来设计。而WSN所用到的感测器种类可说是包罗万象，如动力/惯性运动类（加速器、陀螺仪、LVDT,线性变化差动变压器），压力类（压力计、血压计），磁力类（磁力计）、光学类（环境光感测器、油压感测器、光伏感测器），化学类，气体类（一氧化碳、二氧化碳、空气、氧气、氢气、甲烷等侦测器），热能类（热度计）。还有像是流体类（流动计），定位类（GPS卫星导航、LVDT、编码器），视觉类（相机），射频类（强度侦测器、RSSI,接收信号强度指示器等），旋转类（磁力计、编码器），以及湿度类（湿度计），高度类（气压计），色彩类（色度计），体积类（差分干涉仪、雷射干涉仪），数量类（光学检视仪等）等等。此外，在电脑内也使用到不少感测器，像是内容类（主机板温度）、辨识类（指纹辨识器）、活动类（超频侦测等）。WSN的开发板在系统设计上具备扩充能力，可以透过子板（Daughterboard）方式，连接上述各式感测器以扩充其感测功能；当感测需求有所变更时，只须更换子板即可。力求整体低功耗WSN节点产品方案WSN的感测节点需要低功耗设计，其网路传输规范主要基于IEEE802.15.4,基于此底层标准规范的无线传输协定中，有ZigBee、6LoWPAN等。而WSN的资料搜集闸道器，则可采用电脑使用的Wi-Fi、蓝牙、行动网路等协定，将资料传到中央主机。因此系统晶片厂针对WSN的特性，推出了WSN专用的RF晶片，亦有整合RF功能的SoC（系统单晶片），具备小尺寸、低功耗的特性；另也推出WSN的开发模组，可连接感测器子板的解决方案。这些厂商包括Atmel、ST（意法半导体）、SiliconLabs（芯科实验室）、LinearTechnology（凌力尔特）、NXP（恩智浦）、Libelium、DIGI、ROHM等。例如ST推出的STM32WMCU家族，便是基于IEEE802.15.4的SoC,采用ARMCortex-M324MHz处理器，内建64~128KB快闪记忆体，与8KSRAM.支援ZigBee与6LoWPAN协定，并具备AES-128硬体加密功能，以保障资料传输安全。Atmel推出的Xplained系列硬体开发评估平台，就有搭配自家32-bitARMCortex-M0+48MHz（ATSAMR21系列，提供64K~256KB的快闪记忆体，具备硬体触控功能），或更低耗电的8-bitAVRMCU的选择（具-40°C~+125°C的宽温环境），无线通讯方面则支援802.15.4与ZigBee等应用。而SiliconLabs推出的EmberZigBee开发工具，则采用EM35x系列SoC.其EM351/EM357高效能系列，内建32-bitARMCortex-M3处理器，运作时脉为6、12、24MHz,含128~192KB快闪记忆体，具备读取保护、12KBRAM、具AES-128硬体加密功能。适合应用在智慧能源采集、建筑或家庭自动化控制、安全监测、与WSN应用。其他WSN产品应用与解决方案LinearTechnology以自家在能源采集的研发经验，推出工业领域WSN专用的DustNetworks产品解决方案─SmartMeshIP和SmartMeshWirelessHART的产品，前者包括LTC5800/5900/5901-IPM等感测节点产品（基于6LoWPAN与802.15.4e技术规范），而后者包括LTC5800/5900/5901/5902-WHM等产品（基于IEC62591WirelessHART规范）。处理器采用32位元ARMCortex-M3架构，具AES-128硬体加密功能，执行其Dust的嵌入式SmartMeshIP网路软体，具有智慧网路分析功能，能让每个节点互相连接。此外，具备低于50uA的超低耗电量，若搭配能源采集模组，各感测节点即可取得能源来供电，以延长电池的使用寿命，甚至免换电池。适合应用在数据中心、工业自动化、再生能源、远距监控、交通运输等领域。另外，像SEWIO的OpenSniffer则是一种WSN网路流量与品质监测产品。其原理是透过网路封包的嗅探方式，经远端电脑连接至该装置，取得WSN网路运作的状况；可安装在有感测网路的室内环境中，来检测WSN的运作是否正常，有无遭受到其他讯号干扰或骇客攻击。其支援IEEE802.15.4、ZigBee、6LoWPAN等Mesh网路架构之封包嗅探，且多达31个无线频道，适合全世界的无线传输环境使用。该产品以体积轻巧且省电为主打诉求，重量130g,体积101x72mm,耗电量仅250mA.在设定上，只须网路浏览器、Wireless（网路封包分析软体）即可，提供客户诊断WSN环境之用。RFID在WSN的应用RFID（RadioFrequencyIDentification;无线射频辨识）系统，目前被广泛应用在生活上。其原理主要是由电子标签（Tag）、读取器（Reader）组成，当读卡机与RFIDTag在近距离感应之后，搭配后台应用系统（Application），即可快速辨识其ID,并做为各种应用。像是物流管理、各场所的门禁卡、悠游卡、电子票券、动物晶片、以及高速公路电子收费（eTag）等等，这些大多采用被动式RFID技术，标签不须内建电池，只须在设定距离内与读取器感应到，即可通电并进行资料读取与运算。至于主动式RFID技术，则是标签本身具备电池，感应距离长，记忆体较大且可读写，可主动侦测周遭的RFID读卡机，将资料传过去。由于主动式RFID能在周围形成有效的活动区域，因此应用范围更广泛。例如应用在室内定位上，在GPS接收不到的室内场所，提供定位需求。若在室内环境密集部署各种RFID的读卡机、辨识机，即可发挥在人员定位、车辆管控、物品追踪等应用。不过，主动式RFID其标签体积比较大，电池有寿命限制，且成本也较高。目前RFID大多仅有单纯的识别，并没有内建任何感测器。除非特殊应用（例如血袋的RFID标签，就内建可随时侦测温度的温度计），而也有厂商开发出以RFID为基础的WSN感测网路，采用1对1的感应方式，应用在非环境感测的管控场所，如公司、工厂、医院等等。亦有学者提出RFID+WSN的Hybrid（混合型）整合方案，在同样必须布下天罗地网的WSN感测节点或感测闸道器中，也内建RFID读取器，这样就不用部署两次。除了可以进行环境感测之用，也能同时管控人员或物品出入，一举两得。

在可预见的将来，功率电子组件的使用将持续不断的增加。任何需要电力变换、转换或控制等功能都需使用各种形式的功率电子组件。如图1所示，功率电子组件广泛应用于各种不同的行业。红色圆圈所代表的是需要使用功率模块的行业，如汽车业（电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等其他轮式汽车）、可再生能源业（光伏逆变器、风力发电机、太阳能电站、卫星太阳能面板）、铁路设施（引擎组件、牵引控制系统）、以及高端马达驱动器。这些功率电子组件一般由多种IGBT（绝缘栅双极晶体管）或功率MOSFET（金属氧化物半导体场效晶体管）组成。图1功率电子组件的应用。红色圆圈表示需使用大功率模块的行业。在大功率电子行业中，电动汽车、混合动力汽车及其充电站对功率电子组件的需求都有显着增长。（：法国市场调研机构YoleDeveloppement.）可靠性挑战对于使用IGBT或功率MOSFET的用户而言，可靠性是他们关注的首要议题。在这些行业中，产品的高可靠性和长使用寿命尤其重要。用户期望电动车在连续15至20年内不出现任何重大维修问题，而铁路产业则需持续使用至少30年或更久。对于时常派遣维修人员对离岸风力发电机进行维修显然是不可行的，卫星太阳面板甚至需永久性的使用。热失效是高可靠性无法实现的主要原因。功率循环会使IGBT芯片端产生的热通过模块并散发到周围环境中，其产生的应力及热会破坏模块。焊线可能因疲劳老化的原因而脱落或断裂，甚至进一步恶化导致完全失效。模块的封装内部层次，特别是芯片焊接处会因热-结构应力的作用下而脱层并破裂。在完全失效前，这些模块本可承受上万、甚至数以百万的功率循环次数。那么，我们如何保证这些模块在其应用领域中能持续使用多年并且耐受成千上万次功率循环呢？这不仅仅是功率电子模块供货商的责任，也是相关产业供货商都必须克服的难题，无论是初期零组件供货商，抑或是最终产品的代工厂（OEM）都责无旁贷。若所生产的功率模块太早出现损坏的情况，则OEM厂应该为此负担保固、产品召回和声誉受损等损失。功率模块的可靠性测试并不是一项新的挑战，但传统的模块测试过程非常漫长且具有不准确性和不确定性（图3）。一般可靠性的测试会将IGBT模块安装于设备上并提供规定的安培数进行功率循环的测试。组件在经过多次功率循环测试（500次、1000次、5000次等）之后，用户须将模块从设备上取下送往实验室进行检验，确认是否有故障。若没有故障则继续重复该循环测试直至模块最终失效为止。此时模块将被再次送往实验室进行检查，借由X光探伤、超声波检测、光学检测或破坏性的解剖方式来确定故障的原因。重复的功率循环测试和实验室检验非常耗时且无法在测试过程中实时观察到失效的产生，只能在最后确定组件是否失效。而若因多种不同原因所引起的失效则可能无法确定其确切的原因。图3传统的IGBT模块可靠性测试方法耗时、准确性低，无法在测试过程中实时观察到失效的产生，只能确定最后产品是否失效新的可靠性测试方法我们需要一种更有效、快速确定失效原因的测试方式。此方法要能在功率循环测试时量测模块中的电/热效应，并实时发现失效原因而不是依赖事后的诊断。为了满足以上的需求，唯有将功率循环和测试整合于同一设备中才能实现，使用户无须将模块从功率循环测试设备上取出送往实验室进行失效分析。MentorGraphics新推出的MicReDIndustrialPowerTester1500A就能提供这样的测试环境。图4是功率测试设备进行功率循环和实时测试/诊断的示意图。该测试设备利用MicRedT3Ster瞬时热特性技术对组件进行量测（如芯片封装、LED和系统）。主要特征有：1）采用触控屏幕来控制、定义模块的特性和测试顺序及方法。无论是专家、产品工程师或技术人员都能简单的学习和使用。软件能存储相关的参数供重复使用，能用来测试多个在线的样本或产品质量可靠性。2）1500A的电源可同时提供三个不同的模块进行测试，每个模块可单独使用的电流高达500A.电源切换的时间仅需不到100μs,这也是T3Ster设备在高准确性瞬时热特性测试中所要求的速度。3）循环测试时，用户可自行定义时间间隔来测试、记录模块的正向电压变化，其最大采样率高达到每秒100万个样本。这些数据都将显示在触控屏幕上并直接产生出“结构函数”。4）使用结构函数可实时分析模块各层结构，并发现任何因失效所可能产生的变化（芯片或黏接层脱离、破裂等）。这些信息都能协助确定失效产生的确切时间和原因。5）安全功能控制盒会监测任何潜在的危险因素，例如：烟、冷却板液体泄漏、设备过热等。一旦侦测到这些因素，测试设备将马上关闭所有的电源。但为了保存测试数据，不间断电源（UPS）仍将继续为计算机供电，直至所有数据得到安全保存。结构函数的精密分析结构函数的数学运算相当复杂，但值得花时间来了解这相关的技术。图5是一个典型的模块封装内部层次及其对应的结构函数示意图。在功率循环测试时，高功率（最大1500A）会输入至组件来进行加热，待稳态后则迅速关闭。依照JESD51-14标准，精细的（微伏）结正向电压变化会被量测记录下来，同时借由复杂的数学演算来建立出结构函数。功率晶体管结所产生的热会经过各堆栈层，最终扩散到周围环境中，而结构函数显示出模块封装内部层次的等效模型，同时也表示热传导路径上的热阻和热容特性。沿着图中的蓝色曲线可了解结点到周围环境中的整体热传路径，横轴部分代表模块封装内部层次的热阻（如芯片焊点、基板焊点及导热膏），其结构较薄，无法储存太多热量，但热阻较大。相反地，曲线中相对垂直的部分则代表有较大热容的堆栈层（储热能力较高，同时也会产生一些热阻），如基板。结构函数会记录组件在功率循环测试过程中的实时变化，当我们发现结构函数出现变化时，如图6中所出现的较长的热阻部分，这表示模块封装内部层次中某一层（这里指的是基板焊锡层）发生变化。典型的热阻显着增加可能是因为封装内部层次脱层或破裂的关系，因为空气的热传导能力明显低于变化前固体的热传导能力。图7是个实际的例子。该测试中，每5000次的功率循环测试都会得到一次结构函数。从测试开始到第15000次功率循环测试后，绿色线所呈现的线形基本上不变，表明组件无任何失效或故障。在第20000次功率循环测试后（橙色线），我们看到曲线有细微的偏差，这说明某层结构的热阻开始升高。在之后的25000、30000和35000次功率循环后，线形显示某层结构出现显着劣化，最后导致组件失效。借由结合功率循环与实时监控结构函数的方式，我们可以观察到失效的产生并确定失效的原因，无须将组件从测试设备上取出便能对测试结果进行分析诊断。图7组件在功率循环测试35000次后明显失效结合功率循环/量测系统的优点与“传统”测试方法相比，此测试系统具有明显的优势。传统方法需要反复循环测试、拆卸组件、实验室验证等过程，非常耗时且无法确定故障原因。采用结合系统和结构函数的技术，用户可设置测试顺序并自动执行指令，将一开始正常的组件进行测试，直至产品失效，并能实时观察组件失效或故障的原因。此外，此设备可提供较大的电流，供应多个组件同时测试，从而提高处理能力，满足产品样本或质量测试的需求。此测试设备可广泛应用于供应链中的各厂商。例如，功率电子模块供货商在模块的设计时间可使用该测试设备。设计完成后的样本生产过程中，同样可使用功率测试设备来测试样本的可靠性指标；若无法通过测试，则可对产品设计进行修改。此外，测试设备还能用来产生产品数据表上的可靠度规格，在生产过程的产品抽验也能使用此设备。初期零组件供货商可使用功率测试设备来验证功率电子供货商所提供的可靠度规格，对原始设计进行测试。最后，高可靠度产品的制造商可借此设备来进行最终的合格性测试，以保证公司产品的高质量。来源：维库电子市场网，http://www.dzsc.com

引言数据采集与监控系统是以计算机为基础的分布式控制系统与电力自动化监控系统，广泛应用于电力、冶金、石油、化工等诸多领域。数据采集与监控系统依靠其数量庞大的远程终端单元收集各终端站点信息和执行控制策略。远程终端单元的性能、成本、可靠性对整个系统而言举足轻重。数据采集与监控系统如图1所示。对于终端站点现场环境恶劣或站点广泛分散的系统，要求站点长期无人值守，如电信公司的电话光纤网络交接设备、高速公路机电设备等。如何保证终端站点的信息高效、可靠地上传，并能对中心系统的命令及时响应，成为目前广泛研究的热点问题。参考文献提出了一种基于GPRS无线传输的无人值守低功耗远程终端的设计方案;参考文献设计了基于MODBUS协议的RS485通信方式的远程终端;参考文献设计了基于CAN总线的智能监控终端。但是基于以太网通信的无人值守远程监控终端的设计方案还较少。本文基于以太网通信方式，以STM32F107VC网络处理器为核心单元，实现了一种低成本、高效、稳定的远程终端单元。1远程监控终端硬件设计对于电信公司EPON无人值守设备、高速公路无人值守机电设备等所处的远程站点，通常布设有可以利用的可靠光纤网络，基于网络通信并充分利用网络服务是监控终端设计时优先考虑的重点。作为现场环境的监控设备，远程监控终端应具备下述功能：稳定的工业网络标准接口;与现场信息采集设备和执行机构的输入/输出接口;本地大容量备份信息存储。1.1系统设计系统结构如图2所示，采用STM32F107VC网络处理器作为系统核心单元，此芯片具备72MHz运行频率和90DMIPS的处理性能，集成了以太网、CAN总线、RS485、RS232、USBOTG等各种高性能工业标准接口，其标准外设包括10个定时器、16路12位1Msps采样速率的A/D模/数转换器、2路12位D/A数模转换器等，可以应用于多种工业场合。在核心处理器的基础上，充分利用其集成的外设单元，设计相应的外围接口电路，实现了需求功能，保证远程监控终端的稳定性，降低了系统成本。1.2网络通信接口设计STM32F107VC核心处理器内部集成支持工业以太网标准IEEE1588的EthernetMACInterface，需要外部扩展PHY连接物理层网络。选用美国国家半导体公司的DP83848C芯片作为物理层接口芯片，该芯片是10/100Mb/s单路低功耗物理层接口器件，与核心处理器通过Media-IndependentInterface(MII)相接。以太网通信接口电路如图3所示。1.3输入/输出接口设计输入/输出接口包括AI(AnalogInput)接口、DI(DigitalInput)接口和DO(DigitalOutput)接口。AI接口连接传感器获取现场连续变化的信号，如温度、湿度、烟雾等;DI接口连接传感器采集现场的开关量信息，如设备震动、开关门动作、水浸超标和系统断电等;DO接口输出数字信号控制执行机构动作，如继电器等设备。STM32F107VC内部集成ADC，输入通道的幅值范围为0～3.3V，传感器输出的模拟量数据需要经过滤波、放大的处理过程输入至ADC接口通道。ADC的精度很大程度上依赖于基准电源的精度，系统采用高精度参考电压源AD780为STM32F107VC提供基准电压。AD780是一款超高精度带隙基准电压源，可以通过4～36V的输入电源提供2.5～3.0V输出基准电压。它具有低初始误差、低温度漂移和低输出噪声，非常适合用于增强高分辨率ADC的功能。系统的AI接口电路如图4所示。STM32F107VC的GPIO引脚都可以由软件配置为输入/输出模式，并且输入可承受5VTTL电平。系统采用PC817光电耦合器实现GPIO引脚与外围电路的电气隔离，提升终端的电绝缘和抗干扰能力。DO接口使用大电流三极管驱动继电器输出开关信号。1.4本地存储电路设计远程监控终端系统的数据存储分为两部分：系统参数ROM，保证系统掉电后数据不丢失，选取8KB存储容量的24LC64芯片，使用I2C总线接口对其进行读写操作。选取SD卡作力现场数据的临时存储器。SD卡具有数据传输率快，移动灵活性好且具有较高的安全性等性能，当网络出现异常时暂时存储现场信息，以便网络恢复正常或现场检修时将数据信息取出。使用STM32F107VC处理器的SPI总线实现与SD卡的存储接口。2远程监控终端软件设计远程监控终端的性能和效率由系统软件直接决定。远程监控终端将现场传感器采集的数据进行分类整理过滤，形成有效信息通过网络实时地上报给监控中心的通信服务器。接收通信服务器的指令控制执行机构的动作，根据现场数据进行预判，当数据达到报警条件时，立即将报警信息报送监控中心处理。由于远程监控终端位于数据采集与监视控制系统的最远端，经常处于环境恶劣、地理位置偏僻的站点，还应具备远程配置的功能。系统软件应用ARM公司的RL-ARM中间件，实现了多任务实时处理、网络通信应用层程序及大容量文件系统。前文已述的物理层接口芯片(PHY)DP83848和STM32F107VC内部集成的网络控制器(MAC)分别实现了网络传输模型的物理层和数据链路层，通过RL-ARM中间件提供的TCP/IP协议栈实现了传输层的TCP、UDP通信以及HTTP服务。通过RL-RTX实时多任务操作系统实现系统任务的实时运行与任务间通信。系统软件结构如图5所示。2.1网络实时通信模块设计为了保证数据与命令传输的可靠性和实时性，将网络实时通信程序分为三个子任务：数据实时采集与处理任务、信息智能上传任务、命令执行任务。数据实时采集与处理任务扫描GPIO端口读取开关信号，完成状态监测任务;通过处理器内部集成的A/D转换控制器采集现场模拟信号，经过软件滤波、量化等处理之后，得到现场环境的数据;通知信息上传任务提取现场环境信息。系统通信命令分为两类：一类命令为控制命令，用于控制智能终端控制执行机构动作，采用面向连接的TCP传输协议;另一类命令为查询命令，用于监控中心软件查询智能终端系统的配置信息，采用简单、轻量级的UDP传输协议。命令执行任务开启网络监听后，当收到TCP连接吋，打开接收命令网络端口(系统设计使用9003端口)，与监控中心服务器建立TCP连接，收到控制命令后，控制执行机构动作，如打开或关闭继电器;当收到UDP包时，打开端口，接收查询命令，根据命令读取配置信息，使用UDP传输协议发送给监控中心通信服务器。网络实时通信模块依托RL-ARM中间件系统提供的Sockets底层库，基于传输层协议TCP和UDP，实现自定义网络数据帧通信协议的发送和接收。2.2远程配置服务模块设计基于RL-ARM中间件系统提供的网络应用层HTTP服务，实现了通过网络对智能终端远程配置的功能。管理员使用任一台网络内部的计算机，通过网络浏览器即可访问智能终端系统的远程配置界面，经过密码认证后，就可以对智能终端的参数进行远程配置、查看系统状态、对远端站点进行手工控制等。用HTML(HyperTextMark-upLanguage)和JavaScript语言设计了远程配置服务界面，包括主界面、控制参数配置界面、网络参数配置界面、通信参数配置界面、数字通道状态监控界面、模拟通道状态界面、用户登录管理界面、手动控制状态界面和数据文件上传界面。主界面如图6所示。控制参数配置界面用于修改和查询系统预存储的现场环境临界参数;网络参数配置界面用于修改和查询智能终端系统的网络配置参数，如本机IP地址、子网掩码、网关IP地址等;通信参数配置界面用于修改和查询通信主机IP地址、各通信任务的端口地址等参数;数字通道状态监控界面用于对系统开关量输入通道的状态进行监测;模拟通道状态界面用于对系统模拟量输入通道的状态进行监测;用户登录管理界面用于设置和查询系统管理员ID和密码;手动控制状态界面用于对系统的执行机构进行手动操作和测试;数据文件上传界面可以将系统本地存储的临时数据文件上传至管理员计算机。2.3本地数据存储模块设计数据存储软件设计分为24LC64(EEPROM)驱动程序设计和文件系统的实现。在ST公司发布的I2C总线驱动程序基础上，设计了24LC64驱动程序，包括单字节读/写函数，按页读/写函数和随机读/写函数。本地数据存储程序的另一个重要任务是实现基于SD卡的文件系统，目的是将网络异常时的数据以文件格式保存，供网络恢复时或操作员现场读取。利用RL-ARM中间件系统提供的文件系统模块，建立SD卡文件系统，可以兼容FAT32格式文件，支持TFTP服务对文件的存取。由于系统硬件使用SPI总线连接SD卡，软件采取数据流方式对SD卡进行读写操作，文件系统依赖DMA(DirectMemoryAccess)，所以在初始化程序中应加入DMA的参数设置。结语本文所设计的远程监控终端具有以下特点：①以STM32网络处理器为核心，充分利用其集成的外设单元，实现了低成本的工业网络远程监控终端，能够对无人值守机电设备现场运行情况进行有效监测。②基于RL-ARM的实时多任务操作系统，分别实现现场信息同步上传、智能报警信息上传、通信命令执行子任务的独立运行，保证了智能终端与远程主机网络通信的实时性和可靠性。③设计了基于HTTP的WebServer远程配置服务和基于TFTP的网络文件传送服务，实现对智能终端的远程配置和管理。④在SD卡上实现了智能终端的本地文件系统，为网络异常情况时的数据存储提供了保证。来源：维库电子市场网，http://www.dzsc.com

ARM公司正式推出了新一代CPU架构——Cortex-A78，采用5nm制程工艺，性能提升20%，功耗降低了50%。。ARM是一个精简指令集家族，预期每8年迭代一个架构版本。ARM架构是一个精简指令集（RISC）处理器架构家族，其广泛应用于嵌入式系统设计，特点为低成本、高效能及低耗电等，覆盖消费性电子产品、可携带装置、电脑附件设备等。ARM表示，Cortex-A78的架构性能（也就是IPC）只提升了7%，功耗降低了4%，内核小了5%，四核心面积缩小了15%。Cortex-A78的频率可达3.0GHz，而Cortex-A77只有2.36GHz。另外，Mali-G78彻底重写了FMA(融合乘加)引擎，可以节省30％的功耗。与此同时，ARM还推出了首款次旗舰GPU——Mali-G68，架构、特性与Mali-G78如出一辙，唯一的区别在于最多只能支持6个核心，而Mali-G78的核心数为24。最后，ARM还推出了Cortex-X1架构，该架构与Cortex-A78不同，前者追求极致性能，后者则是更注重性能、功耗和体积。Cortex-X1是ARM“CXC项目”的第一款商用产品。与Cortex-A78相比，Cortex-X1的整数运算性能提升了23%，机器学习能力也提升了2倍。综合来看，智能手机的处理器架构不太可能采用4个Cortex-X1，1个Cortex-X1和3个Cortex-A78的概率会更大一些。这种搭配只比四核心的Cortex-A76多占用了15%的空间，但是单核性能会得到进一步的提升。Cortex-X1的体积要比Cortex-A78大很多，L2缓存的最大容量为1MB，带宽是原来的两倍，可以最大限度地提高性能，而共享的L3缓存可以达到8MB，是前几代缓存的两倍。不出意外的话，未来智能手机处理器可能会采用1个Cortex-X1+3个Cortex-A78+4个A55的方案，既可以保证单核性能，又可以更好控制CPU的功耗，可以说是一举两得了。本文素材内容整合自网络

在SoC系统的设计及使用过程中，对其内部行为的实时监控十分重要，目前普遍通过监控端和目标系统间的监控信息通信来实现，UART常用作通信信道。目标SoC系统常使用中断方式或轮询方式获取监控通信数据包，对其解析并进行相应数据操作后回复应答信息。中断方式中SoC需完成保存中断现场、调用中断服务程序、恢复现场系列任务，上下文的切换占据了系统额外开销；轮询方式中，系统定时检查设备请求，若有数据到达则调用相应处理程序，固定的轮询周期增加了数据等待处理时间，数据量较小时频繁查询造成对CPU资源的浪费。针对上述问题，提出一种的新监控方法，设计一个FPGA通信系统，由其作为SoC与监控计算机数据交互的桥梁，负责完成在线监控的通信过程，保证被调试系统和调试主机之间调试信息和命令的交互可靠性，可避免目标SoC频繁的处理通信中断，提高其控制性能。监控功能实现机制与通信系统主要模块的设计方法将被讨论，通过对比嵌入式CPU在不同监控方法中的通信时间消耗，说明该方法具有一定实用价值。1系统组成结构基于FPGA设计片上通信系统如图1所示，其主要组成部分为Modbus解析模块和双口RAM存储模块。上位机发出监控命令帧数据时，由Modbus模块完成命令帧的接收、解析过程，并将待操作地址、数据等信息存入双口RAM中，目标CPU据此将自身内存映像区的相应数据一次搬入双口RAM，搬移完毕后，Modbus协议模块进行应答数据组帧，并向监控上位机发回应答数据，实现对监控数据的实时可靠采集。图1通信系统组成结构2基于双口RAM的数据交互设计2.1双口RAM定制及内存映射设计目标SoC中的待监控数据状态量在内存中的存储方式，可抽象表示为如图2中内存映像。图2双口RAM的内存映射机制双口RAM中存储当前待监控数据对象集合，是目标CPU内存映像区的一个数据子集。由于当前监控对象可随机落在内存映像区的任意存储块上，双口RAM的内存映射方式选取为随机映射，如图2所示。分散存放于CPU内存映像区的监控对象，映射为双口RAM中的连续存储区。上位机基于Modbus协议与FPGA片上系统通信时，访问连续的地址单元，保证了数据访问速度，提高系统的通信效率。2.2双口RAM中的数据操作设计2.2.1上位机对双口RAM的读写操作PC上位机为通信发起方，通过串口与FPGA片上系统连接，采用Modbus-RTU协议进行数据通信，完成对运行参数的读取和写入等操作，实现监控功能。表1监控通信过程占用CPU时间用户在人机界面输入本次待监控对象信息，后台软件依据Modbus帧结构及约定的双口RAM内存映射机制，组成监控命令帧并通过串口发出。FPGA片上系统对收到的命令帧进行解析，获取操作功能码、目标地址、数据包大小等信息，据此向双口RAM区写入待操作数据地址集，写入完毕后向目标CPU申请通信中断。根据Modbus命令帧中给出的数据操作长度，一次可对多个数据单元进行读/写操作。2.2.2目标CPU对双口RAM的读写操作目标CPU收到通信中断请求后，读双口RAM区的中断邮箱，邮箱信息包含本次申请功能(读或写)及申请的数据项个数等。根据申请地址集，将自身内存映像区相应数据集一次搬入双口RAM，或将双口RAM中数据集一次搬入内存映像区相应地址处，搬移完毕后，清空中断邮箱，向监控模块发出中断应答。3Modbus协议栈模块的设计与实现采用自顶向下的设计方法，根据功能需求设计Modbus协议栈顶层原理框图如图3。使用VHDL硬件描述语言编程实现各组成子模块，功能如下述。图3Modbus协议栈顶层框图(1)时钟生成模块：通过分频和相移产生位时钟clk和1/16位时钟bclk，作为控制其他模块的运行节拍，保证系统运行同步。(2)串口接收模块：以bclk作为控制时钟，对接收的位数据作中点采样，进行串并装换得到字节数据。(3)串口发送模块：以bclk作为控制时钟，发送使能信号有效时，输入端的字节数据进行并串装换，通过串口发出。(4)接收控制模块：判断帧的起始、结束、是否接收错误；提供地址数据，接收的字节数据被存储至RAM1中相应存储单元。(5)CRC校验/生成模块：使用基于字节的CRC_16校验码运算方法。接收端的校验过程与数据接收同步进行，接收控制模块每收到一个字节数据，CRC校验模块对其作一次CRC码计算；CRC生成模块运行机制类同。同步运算可有效减少一次对帧数据的遍历。(6)解析主控模块：作为系统的核心，负责解析收到的命令帧，根据解析信息进行数据读写操作，组成应答帧，控制串口发送模块发送应答数据等多项任务。收到一个校验无误的命令帧后，控制读取接收缓存区RAM1中数据，比照Modbus帧格式解析命令帧含义，通过对外数据、地址等接口完成对双口RAM的读写操作；解析及操作完毕后，控制应答帧组帧过程，将应答数据依次写入RAM2发送缓存区，全部写入后，将CRC生成模块中CRC_16校验值按低位在前高位在后顺序，依次存放到发送缓存的下两个地址位置处，此时应答帧准备完毕；控制发出应答帧，依次读取出发送缓存区数据(读脉冲间的时间间隔至少大于串口发送单个字节所需时间)，每取出一个数据，提供发送使能脉冲供串口发送模块工作，脉宽等于串口发送单个字节所需时间，直至应答帧全部发送完毕。(7)接收缓存RAM1/发送缓存RAM2：存储串口接收模块收到的字节数据/存储待发送的应答帧。4性能分析分析监控通信对Soc系统性能的影响，设定一系列参数如下：时间基数T(min)、监控频率m(帧/min)、监控命令帧平均长度n(byte/帧)、Soc主循环平均周期k(ms)、通信波特率B(bit/s)、中断处理指令数r(条)、查询语句指令数s(条)、处理器主频f(HZ)。针对常用的轮询监控、中断监控，及该文所提出的基于FPGA的DRAM监控方法，可按照表1公式计算其监控通信过程占用的CPU时间。对于常用ARM处理器，可例举部分参数值f=72M，r=15，s=5。设定其余参数值T=1，m=100，n=30，k=0.05，B=115200。在当前设定下，计算得出三种监控方法对CPU的时间占用百分比，如表1所示。对比应用单一的中断或轮询方式，使用该文提出的监控方法时，嵌入式系统CPU的利用率得到了明显的提高。5结语该文提出一种针对嵌入式片上系统的在线监控方法。利用FPGA技术设计了辅助监控系统，由该系统完成监控通信过程中的接收通信命令帧、解析命令帧及组成应答数据帧等任务，加快了对通信数据的处理速度。SoC有效减少了处理监控所需时间，更集中于其控制功能的执行，从而获得更高的实时性。设计工作在Altera公司的QuartusII开发平台上采用VHDL语言完成，使用CycoloneII系列芯片作功能验证，通信系统的Modbus接口与上位机在115200的波特率下收发正确，双口RAM内数据交互稳定，达到了预计效果。转载自——EDNChina电子技术设计

引言射频识别(RFID)是一种新兴的通过射频载波来发现目标和进行无线数据交换的识别与跟踪技术。RFID与其他技术相比，具有识别速度快、抗干扰能力强、安全性高、非接触等优点。因此该技术已广泛应用于门禁系统、物流配送、校园卡等多种日常生活，作力物联网关键技术，未来的发展潜力巨大。但是现有的读卡器普遍存在主频低、处理速度慢、便携性差等缺点，难以满足日益发展的使用需求。针对这些不足，本文基于高主频、性能强悍的S3C6410嵌入式微处理器，选用新型的CR95HF射频芯片，开发设计了一款工作在高频13.56MHz的手持式RFID读卡器，同时创新性地搭载新兴的Android嵌入式系统，支持ISO14443、ISO15693等多种协议，处理速度快且准确度高。1系统结构与工作原理本文设计的嵌入式RFID读卡系统由微处理器、触摸屏、电源、射频、存储、天线等组成。整体结构如图1所示。读卡器要求处理速度快，能够实时显示信息，因而选用性能强悍、功耗极低的S3C6410嵌入式微处理器作为核心，其基于先进的ARM11内核，烧写Android嵌入式系统。射频芯片采用ST公司的新型非接触芯片CR95HF，与微处理器之间通过串口进行通信。工作原理为：读取标签数据时，将标签靠近读卡器，触摸屏操控端传输读命令给S3C6410，其操控射频模块将该命令发送给标签，标签收到后将所需数据返还给读卡器显示;执行写入操作时，S3C6410收到触摸屏写命令后操控射频模块向标签写入数据。2系统硬件设计2.1微处理器外围和电源电路设计本设计采用三星公司的S3C6410嵌入式微处理器作为主控芯片，其主频高达667MHz，是一款基于ARM11内核的高性能RISC处理器。S3C6410包括电源管理、串口、SPI、I2C总线、USB和I/O等多种硬件接口，具有性能强悍、处理速度快且功耗低等优点，能满足系统的设计需要。并行使用2片128MDDR芯片K4X1G163PC来实现256M的RAM电路。主控芯片利用串口和射频模块通信，并通过USB接口和上位机通信。系统设计了5V直流和3.7V锂电池两种方式供电来满足读卡器手持需求，并用跳线帽选择。锂电池供电时读卡器能手持使用。系统电源需要5V和3.3V两种。3.7V锂电池通过升压芯片转化为5V，之后通过稳压芯片LM1117转换为3.3V给微处理器、射频芯片供电。直流电源供电时通过LM1117就能完成供电。LM1117能支持接近1A的大电流输出，其电路如图2所示。输入为VCC5，输出为VCC3.3.C1～C4为去耦电容，用于消除电源引脚自激，保持电源稳定。2.2射频电路及匹配网络设计本文设计的读卡器射频芯片采用CR95HF，其是ST公司具有SPI和串口的高频13.56MHz新型收发器芯片，支持ISO14443、ISO15693、ISO18092等多种协议，主要用于RFID和NFC近场通信。射频电路如图3所示，CR95HF利用串口与微处理器通信，其串口引脚为UART_TX和UART_RX。将SSI_0、SSI_1接地置0来实现串口模式。上拉电阻R5、R6将电平钳制在高电平，并起到限流保护作用。C2、C5为去耦电容。两个TX和RX引脚连接匹配网络和天线。匹配网络设计时首先通过0Ω电阻和不焊的接地电容来构成低通滤波器抑制高次谐波，之后设计匹配电容。采用PCB矩形天线，由于其与匹配网络等效电容构成13.56MHz的LC谐振电路，从而可以得到电感参数进行天线设计。设计PCB时注意将电源线加宽并与射频部分隔离，尽量缩短射频电路之间的连线长度，并减少回路面积来防止PCB各线路的信号串扰和电磁干扰(EMI)，提高制板的稳定性。2.3触摸屏与存储电路读卡器采用4.3寸、分辨率为272×480的LCD液晶屏，能够实现良好的界面显示。屏幕为电阻触摸屏，利用24条I/O口与微处理器通信来显示信息。微处理器通过10条控制I/O口和屏幕相连来实现控制功能。内核代码、显示数据、应用程序和读取的标签信息均需要存储，因而读卡器设计了FLASH和SD卡。FLASH选用K9G8G08U0A芯片，1GB容量，利用片选信号CSN2控制，用来存储内核代码与应用软件。SD卡容量为8GB，和微处理器通过高速MMC接口相连，用来存储显示数据和标签信息，其电路如图4所示。时钟引脚为MMC0_CLK，MMC0_CDN、MMC0_WPN、MMC0_CMD为控制引脚，用来控制SD卡读写。R17～R24为上拉电阻，MMC0_DATA0～MMC0_DATA3为数据通信引脚，用来传输读写数据。3系统软件设计3.1嵌入式系统移植本读卡器移植嵌入式Android2.3操作系统并开发RFID应用软件。Android是谷歌公司推出的基于Linux内核的手机操作系统，是一种真正开源且功能强大的嵌入式移动系统，采用软件堆层架构。嵌入式系统移植如图5所示。PC机通过arm-linux-gcc交叉编泽工具构建开发环境，编译Uboot生成烧入FLASH引导程序，编译Linux内核生成Android所需的底层映像zImage，并裁减、编译Android源码生成根系统rootfs.yaffs2，将以上文件导入SD卡来实现系统的移植和烧写。3.2读卡器驱动设计读卡器软件主要由底层驱动、数据处理及交互界面组成。微处理器和射频芯片通过串口通信，串口驱动的开发使用AndroidNDK将Linux的C函数通过JNI接口生成相应的.so动态链接库供Java语言开发的安卓软件使用。由于数据采用十六进制传输，因而串口通信需要配置为原始数据输入/输出。为提高通信速率，本文采用高速波特率921600b/s，并通过奇偶校验有效降低了误码率，修改寄存器实现了8数据位的传输，较传统7数据位速率提升1/8，主要C代码如下：CR95HF支持ISO14443、693等无线协议，根据协议标准调用串口函数和延时函数并加载数据来实现射频驱动。射频指令格式如图6所示。由不同的CMD命令来选择不同协议，协议命令参见表1。3.3数据处理读卡器需具有寻卡、防冲突和读写卡等功能。设置串口波特率和选择协议，防冲突来判断附近存在一张还是多张标签卡。根据所选CMD及返回结果对数据处理来实现读卡器和标签的无线通信，其处理流程如图7所示。寻卡、防冲突后选择地址进行读写卡，每地址可存储32位数据，默认为ISO15693协议。由于原始数据输入/输出，因而收到信息后通过函数ByteArrToHex(byte[])转换为Hex字符串。搜寻到标签卡后，卡的惟一标识符UID数据必须在Android读卡器软件里全局通用才能让读卡界面和写卡界面共同来操控该数据。由于各个Activity界面数据均独立，而用传统的Intent类在多个界面间传输同一组数据操作繁琐且易发生数据冲突，本文通过Application类对接收到的标签卡信息存入数组RcvBuffer实现了全局共享。实现全局共享Java程序如下：3.4人机交互界面软件设计Android界面开发通过XML布局文件和Java程序混合实现。设计时，在AndroidManifest.xml文件中注册所需界面并通过网格视图GridView来实现主界面的图片按钮显示。主界面包括设置、寻卡、读卡、写卡等功能按钮，选择后会通过Intent类调用相应的子界面组件Activity，其通过setContentView()函数来启动相应的XML。4系统测试所开发的读卡器实物如图8所示，左侧为主体，右侧为天线。将RFID软件下载到读卡器后的测试结果如图9、图10所示。图9为选用4张支持ISO15693协议的标签放到读卡器附近时的寻卡结果，每个标签对应唯一的UID标识符，可见读卡器寻到了附近的所有标签。图10为读卡测试结果，选择UID和输入地址时能够成功读取到该地址的标签数据“AA1107FF”。可见读卡系统能够成功地与标签无线通信。对读卡器寻卡和读写卡各测试了400次，只有1次发生数据丢失，表明读卡器稳定性非常高。经测试，无障碍物遮挡时读卡器读写距离至少为6.4cm，有木板、书、皮革等障碍物时读写距离至少为5cm，可见识别距离能够满足需要。同时对ISO14443协议的标签测试也表明读卡器可以对其稳定读写。结语本文详细介绍了基于S3C6410和CR95HF的新型嵌入式RFID读卡系统解决方案。该读卡器工作在13.56MHz的高频频段并支持多种协议。经测试，该读卡器能对符合协议的标签进行稳定的读写，具有便携、性能强悍、功耗低等特点。本设计应用范围广，可用于航空物流行业等要求便携性强且处理速度快的场合。转载自——电子产品世界

引言门禁系统是一种用来保护人民群众财产安全和人身安全的现代化安防手段。随着社会的发展和科学技术的进步，门禁系统从机械锁具发展到电子门禁，从单独的门禁系统发展到报警一体化，从单个门禁控制发展到网络互连。目前市场上还是主要以有线门禁系统为主，但根据市场需求分析和前景预测，无线门禁系统无疑更适用于要求日益提高的安防产业。相比有线门禁系统，无线门禁系统具有安装简单、维护方便和成本低等特点。本文研究设计的基于STC15单片机和nRF2401的无线门禁系统，通过人脸识别上位机系统，能够实时检测和识别来访者身份。若数据库中包含来访者信息，则门禁执行终端打开门锁，并在LCD显示来访者信息;否则，报警器报警。1无线门禁系统整体设计系统结构主要由PC端软件系统、门禁主控终端和门禁执行终端组成，系统整体结构如图1所示。PC端上位机软件主要负责识别来访者身份信息，并将信息转换成对应的数据帧格式，通过串口发送给门禁主控终端。门禁主控终端主要负责数据加密、射频模块的初始化和信息的发送。门禁执行终端主要负责数据解密，并根据解密出来的信息来执行相应的操作，从而达到控制门禁系统的作用。2系统硬件设计2.1STC15L2K61S2简介STC15L2K61S2是STC公司生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/高可靠/低功耗/超强干扰的新一代8051单片机，采用第8代加密技术，加密性强，并且指令代码完全兼容传统的8051单片机，但速度又比传统的8051单片机快8～12倍。STC15系列单片机内部集成高精度R/C时钟，可配置时钟的范围5～35MHz，同时STC15系列单片机内部集成了高可靠复位电路，因此STC15L2K61S2最小系统不需要外部晶振和时钟电路。STC15L2K61S2具有3路CCP/PWM/PCA，8路10位高速A/D转换器，内置2K大容量SRAM，2组超高速异步串行通信端口和1组高速同步串行通信端口SPI，并且对于5TC15L2K61S2这款单片机来说，它的供电电压只需要3.3V，因此它的功耗相比传统的8051单片机要低很多。2.2电源模块nRF2401的工作电压是在1.9～3.6V之间，单片机的供电电压是3.3V。为了让nRF2401正常稳定工作，必须给nRF2401接一个直流电源模块。经测试nRF2401在3.3V时工作比较稳定，并且STC15L2K61S2单片机的供电电压也为3.3V。系统采用USB供电，电压约为5V，因此需要将5V电压转换成3.3V电压。电源模块选用线性稳压电源组成模拟电源，通过调节滑动变阻器，来使输出电压为3.3V，3.3V电源模块原理图如图2所示。2.3nRF2401射频模块接口电路设计nRF2401是由Nordic公司出品的单芯片无线收发芯片，工作于2.4～2.5GHz的全球免申请(ISM)频率。芯片内置地址解码器、先入后出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需要很少的外围元件，因此使用起来非常方便。nRF2401工作模式有4种：收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。nRF2401的工作模式由PWR_UP、CE、TX_EN三个引脚决定。nRF2401的收发模式有EnhancedShocKBurstTM收发模式、ShocKBurstTM收发模式和直接收发模式三种。为了节能，本系统选择使用EnhancedShockBurstTM收发模式进行无线传输，nRF2401射频模块与STC15L2K61S2的连接电路如图3所示。CSN为芯片的片选线，当CSN为低电平时，芯片工作。SCK为芯片控制的时钟线(SPI时钟)。MISO与MOSI为芯片控制数据线。IRQ为中断信号，无线通信过程中MCU主要是通过IRQ与nRF24L01进行通信。CE为芯片的模式控制线。在CSN为低的情况下，CE协同nRF24L01的CONFIG寄存器共同决定nRF24L01的状态。2.4LCD显示模块接口电路设计Nokia5110是诺基亚公司生产的一款液晶显示屏，既可以显示字符也可以显示图形，采用低压供电时，正常显示的工作电流在200μA之下，并且价格便宜。一块带有驱动芯片的Nokia5110模块只要15元，而1602液晶显示屏需要20元，12864液晶显示屏则需要50～70元，并且Nokia5110的接口只有8个引脚包括背光，相比1602和12864来说引脚少了很多，在硬件设计上也更加方便。Nokia5110的8个引脚分别为RST、CE、D/C、SDIN、SCLK、VCC、BL和GND，其中RST为复位引脚，CE为芯片使能引脚，D/C为模式选择引脚，SDIN为串行数据线，SCLK为串行时钟，VCC为3.3V工作电压，BL为背光引脚，GND为电源地，Nokia5110接口电路如图4所示。2.5步进电机驱动电路设计本文采用L298N构成电机驱动电路，L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15引脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V;输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A;额定功率25W。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，正好满足本系统的设计需要，步进电机驱动电路如图5所示。3系统软件设计3.1nRF2401软件设计nRF24L01数据发送或接收主要通过SPI接口实现，采用STC15L2K61S2单片机I/O口模拟SPI接口的工作时序，SPI读写时序如图6和图7所示。完成芯片基本功能后需要对芯片进行初始化，保证发送端和接收端的地址宽度，信道工作频率，发射和接收速率以及功率一致，射频初始化函数如下：3.2步进电机软件设计四相步进电机按照通电顺序的不同可分为单4拍、双4拍、8拍三种工作方式。单4拍与双4拍的步距角相等，但单4拍的转动力矩小。8拍工作方式的步距角是单4拍与双4拍的一半。因为8拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度，所以本文采用4相8拍的工作方式。单4拍、双4拍与8拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图8所示。结语通过多次大量实验测试，本文设计的无线门禁系统有较好的实时性和准确性，在有障碍物条件下，数据传输也能满足实用性要求，达到了预期的设计目标。转载自——电子产品世界

导读：本文介绍了芯海科技有限公司OTP芯片CSU8RP3125应用于电子烟上的解决方案，该方案采用芯片内置的±1%精度的16MHZ的高速PWM时钟源，可在宽频率范围内灵活控制LED呼吸灯的变化，同时内置的12Bit1%测量误差的高精度ADC搭配的内部参考源，为精确监测电池电压、防止电池过充或欠压、测量雾化电流、防止雾化过流提供强有力的保障。你的香烟，我的石油，注定我们不能相爱。我们都知道吸烟有害健康，但我们都是一只脚踩在泥潭，无法自拔依旧渴望健康。在戒烟意识逐渐加强的年代，电子烟凭借高性能、高品质和高市场竞争力在各种香烟替代品中脱颖而出，带来巨大的经济效益，减少了二手烟给身边的人所带来的危害。一、系统设计电子烟由主控芯片CSU8RP3125、电池、按键、LED呼吸灯、雾化器组成（见下图）。二、详细设计2.1短路保护●采用芯片本身的低电压复位功能来实现电子烟的短路保护，把芯片的LVR设定在2.4V,当负载端短路时，芯片的VDD脚瞬间被拉低到2.4V以下，芯片复位，NMOS。●管的控制脚回到上电复位的状态，即为低电平切断NMOS来保护MOS管。2.2过充保护由于电池直接连到芯片的VDD上，通过把芯片内部基准电压作为输入，用VDD来作参考，因为内部基准电压是固定的，所以只要VDD上的电压有变化时，采到的AD值也会有相应的变化，利用AD值来反算出电池端的电压，当芯片检测到电池电压高于4.2V时，让NMOS的控制脚输出低电平关断NMOS来切断充电端与电池之间的充电回路，防止电池过充。CSU8RP3215芯片采用内部基准，测量电池电压，除了省去了外部参考源，同时也节省了分压电阻。2.3低电压报警利用2.2小节同样的ADC检测方式来检测VDD电压（即电池电压），当电池电压低于3.2V时，让NMOS管控制脚输出低电平来关掉NMOS并且通过控制PWM的输出来驱动LED呼吸灯来提醒用户电池电压过低。2.4雾化过流保护通过外部的AD通道来检测NMOS管到地的压降来换算出流过雾化器的电流，一旦检测到雾化电流过大时，芯片会把NMOS管的控制脚置低来关断NMOS管，防止雾化过流。CSU8RP3125的AD检测小信号精准，可电子烟产品的可靠性。2.5呼吸灯的控制利用芯片本身的PWM输出功能，LED灯从灭到最亮的过程中，PWM周期固定的情况下，PWM从低电平开始，每3ms递增一个正宽频，一直到PWM输出为高电平。相反，LED从最亮到灭的过程中，PWM从高电平开始，每6ms递增一个负宽频，一直到PWM输出低电平为止，实现呼吸灯的控制。当电池电压欠压时，呼吸灯的渐变速度时间会变为正常工作的1/3,以此提醒用户需要及时充电。目前，电子烟主要针对的是欧美市场，而本次设计选用的芯海CSU8RP3125芯片的ESD（芯片级）HBM模型为8KV,工作温度范围-40~85℃。经测试芯片高速PWM稳定，ADC采样效果好，温漂小，性能可靠。该型号芯片为MSOP-8封装，有利于PCB面积缩减，非常适合电子烟的开发。转载自—电子工程专辑

引言随着我国老龄化进程的加剧，当今社会中存在着一种因失去生活自理能力而“长期卧床的弱势群体”，特别是那些几乎无意识的弱势群体，他们需要被人长期照顾，特别是他们的大小便的清洁处理。然而由于该弱势群体数量大、护理人员紧缺和护理费用高等问题，导致这些弱势群体的家庭护理矛盾日益凸显。目前市场上的长期卧床病人大小便清洁护理机在“智能护理”方面己比较完善，已经具有大小便自动识别与回收、温水清洗与自动烘干等功能，达到了“人性化”护理的要求，但在使用过程中仍然需要专门的“陪护人员”，对于绝大多数现代家庭而言，无论从人力还是财力，这都将是一个沉重的负担，同时也限制了大小便清洁护理机在家庭中的推广使用，因此，社会迫切需要一种在现有护理功能的基础上能够实现“无人护理”功能的新型大小便清洁护理机。本文以PIC18F87K22单片机为护理机主控制器，利用西门子模块TC35i，将护理机报警信息以“手机短信”的形式实时发送到设定的卧床病人监护人的手机中，同时，监护人也可用“手机短信”的形式发送命令远程控制家中护理机的运行，创新性地实现了家庭长期卧床病人大小便清洁护理机的“无人护理”功能，将在很大程度上解决我国长期卧床病人家庭的陪护人员紧缺和护理费用高昂这些亟待解决社会难题。1系统组成与工作原理系统主要由主控板、键盘和显示模块、传感／变送器模块、执行机构模块、GSM通信模块(TC35i)和用户手机等几部分组成(图1)。系统工作时，PIC单片机每隔500ms将护理机的水温、风温、流量、清水桶液位下限报警、收集桶脏物上限报警、漏电检测报警等参数巡检一遍。当某项检测参数发生报警时，护理机除了发出相应的声光报警提示信息外，同时还将报警信息通过GSM模块以“手机短信”的形式发送到程序设置的监护人的手机中，提示监护人及时回家处理。2系统硬件设计系统硬件包括电源模块设计、PIC单片机主控板电路设计、按键设计、LCD显示设计、传感器／变送器电路设计、语音电路设计、GSM通信模块电路设计和外围驱动执行机构电路设计等。2．1单片机芯片选择由于单片机与GSM通信模块(TC35i)之间通过串口通信，考虑到今后还需要与ZigBee模块进行串口通信，所以需要具有至少两个串口的MCU；系统需要采集风温、水温等总共10路检测参数；在大小便结束后进行的温水冲洗和暖风烘干过程中，还需要用到多个定时器；需要通过PWM方式控制电机转速。综合考虑上述要求，本系统选用Microehip(微星)公司的PIC18F877K22单片机，其内部集成4KBSRAM，128KBEPROM，69位I／O，2个增强型EUSART，24路12位A／D转换器，5个16位定时器，7个CCP模块和3个ECCP模块，其资源完全满足系统需要。2．2传感器／变送器接口设计护理机用到的传感器包括风温、水温、水流量、大小便检测、收集桶位置、收集桶脏物上限位置、清水桶液位下限位置等参数的检测。其中大便采用红外光传输原理，结合大便成分对红外光吸收及隔断机理来判断是否有大便排出；小便则通过分析小便对收集座部位电容量的改变判断是否有小便排出，这些传感器是旭日清洁器械有限公司专门开发的非接触式大小便检测传感器。风温、水温传感器采用新型热敏电阻PT3M-K51F-BLT1传感器，既适合于测量风温，又适合测量水温。收集桶内脏物位置检测传感器有两个，一个是“高位置”检测传感器，另一个是“极限位置”检测传感器，当脏物位置达到“极限位置”报警时，系统自动停止对大小便的处理，防止脏物溢出。主要的传感器接口电路如图2所示。2．3语音接口电路设计当出现报警时需要有相应的语音提示，语音部分采用了专门的语音处理芯片WT588D-20SS，该芯片功能强大、方便易用。此外，还设置了专门的存储器TS25L-16AP，它具有16MNORFlash，通过与语音芯片配合，可以很好地完成语音提示功能。2．4液晶和键盘接口电路设计为满足护理机手动控制需要，设计了专用的键盘，此键盘与CPU接口采用8位I／O线并口输入输出方式。LCD显示采用RT12864图形点阵型液晶显示模块，可方便实现检测参数和控制参数的实时显示。2．5GSM通信模块电路接口设计2．5．1TC35i模块介绍TC35i模块是一个支持短消息服务(SMS)、数据通信和语音通信功能的工业级GSM模块，由供电部分、GSM基带处理器、FLASH闪存、射频部分、天线和ZIF(零插拔力)连接器等组成(图4)。基带处理器是TC35i的核心，主要处理GSM终端内的语音和数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。TC35i模块有40个引脚，通过一个ZIF连接器引出。这40个引脚按功能划分为5类，即电源、数据输入／输出、SIM卡、音频接口和控制。2．5．2TC35i模块接口电路设计TC35i与PIC单片机和SIM卡的接口都是通过ZIF连接器完成，如图5所示。本系统中ZIF连接器用到的主要引脚如下：第1～5引脚是TC35i的工作电压输入端VBATT+，推荐电压为4．2VDC，第6～10引脚是电源地(GND)。第15引脚是启动脚IGT(Ignition)，低电平有效，本系统外接三极管Q1与PIC18F87K22的I／ORC5脚连接，当RC5产生大于100ms的高电平时，启动脚IGT与GND导通而变成低电平，启动GSM模块。第16～23为数据输入／输出，分别为DSR0、RING0、RXDO、TXD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。TC35i的数据输入／输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-TRS232接口标准。它有固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，比特率在300bps～115kbps之间可选，默认9600，支持标准的AT命令集。本系统中仅用RXD0、TXD0分别与PIC单片机的RXD、TXD引脚连接即可，即单片机与TC35i的通信就是通过这两条串口线完成的。TC35i使用外接式SIM卡，第24～29为SIM卡引CCDET2引脚与ZIF的CCIN引脚相连，用来检测SIM卡夹持器中的SIM卡是否插好，如果已经插好，则CCIN引脚上为高电平，否则为低电平，因此通过单片机编程读取ZIF的CCIN引脚电平即可判断SIM卡是否就绪。CCIO是串行数据线，完成TC35i和SIM卡的数据输入和输出。第32脚为控制脚SYNC，本系统中的功能是指示TC35i的工作状态。3系统软件设计3．1系统主程序设计系统主程序流程图如图6所示，软件编程采用MPLABV8．63实现，编译器采用HI-TECHCCompiler。上电后，首先对单片机和GSM模块分别进行初始化，然后进行按键扫描与处理，进入护理机默认的全自动运行模式，自动进行数据采集与处理。当有报警发生时，除了作相应的处理外，还通过GSM模块将报警信息以“手机短信”的形式自动发送到病人监护人的手机中，监护人也可用“手机短信”的形式发送命令远程控制家中护理机的运行，从而实现护理机的“无人护理”功能。3．2GSM短信息处理程序设计GSM短信息传递本质上就是单片机通过AT指令向监护人手机发短信的过程。TC35i短消息模块有两种工作模式，用“AT+CMGF=n”命令来设置，n=0为PDU模式；n=1为文本模式。由于本系统发送和接收的数据都是基于英文的报警状况和命令字，所以n=1。AT+CMGS为选择消息服务。下面以“脏物收集桶满(DirtyFullAlarm)”报警为例，通过程序说明其实现过程。4结束语本设计创新性地实现了家庭长期卧床病人大小便清洁护理机的“无人护理”功能，将在很大程度上解决我国长期卧床病人家庭陪护人员紧缺和护理费用高昂这些亟待解决的难题，是造福弱势群体和改善社会民生的好产品，具有广阔的市场应用前景。转载自——维库电子市场网

传统的拉线式位移传感器采用电位器式位移传感器，它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连，物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压，把电阻变化转换为电压输出。传统的拉线式位移传感器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯变化，其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件的时，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。同时，电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损、分辨力差、阻值偏低、高频特性差，从而导致测量精度的下降。它的优点是：结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。基于磁敏角度技术的拉线式位移传感器以磁场为传输载体，将位移变换转换为磁场角度位移，同时，通过通信接口将位移信号返回给应用系统。1总体设计方案基于磁敏角度技术的拉线式位移传感器的功能是将拉线的机械位移换成可以计量、记录或传送的电信号，主要由自动回复弹簧、轮毂、磁铁以及数据处理单元等部分构成，结构如图1所示。由图1可以看出，该基于磁敏角度技术的拉线式位移传感器主要由6部分组成，改变传统的拉线式位移传感器接触式、易磨损、高频特性差等缺点，基于磁敏角度技术的拉线式位移传感器以磁场为媒介，将机械位移变化转化为磁场角度变化，一方面解决传统拉线位移传感器的接触方式，另一方面减少了磨损、提高了系统高频特性，从而确保位移检测精度。数据处理运算器，用于对接收到的磁敏角度信号通过数学模型运算为拉线的位移信号。通信接口，通过通信接口与应用系统的设备进行通信，接收来自应用系统设备的命令并将采集到的位移信号反馈给应用系统。从而提高了数据采集精度、稳定性和可靠性，降低了位移传感器的应用门槛。各个部件功能描述如下：（1）拉线的钢绳缠绕在轮毂上，轮毂与一个磁铁连接在一起，当拉线产生位移的时候，带动轮毂的转动，轮毂的转动造成与轮毂的轴连接的磁铁转动，从而磁铁的磁场产生一个变化的角度。拉线运动发生的时候，自动回复弹簧确保拉线具备一定的张力，确保拉线的位移与磁敏角度的比例关系。（2）磁敏角度感应器与磁铁安装在同一中心轴，用来感应磁铁角度的变化，选用一种微处理器，该处理器读取磁敏角度信息，并通过建立数学模型，将磁敏角度运算为拉线的位移。（3）通讯接口，微处理器通过通信接口接收来自应用系统的命令并将位移信息通过通信接口返回给应用系统。2硬件接口电路设计数据处理单元由磁敏角度感应器、微处理器单元、通信接口以及输出模块，具体的功能框如图2所示。通过分析图2，磁敏角度感应器选用MLX90316，它将拉线位移所导致的磁铁磁场转动的角度转换为磁敏角度。微处理器单元选用32位嵌入式ARM用于对接收到的磁敏角度数据进行处理，完成磁敏角度数据的接收，由于接收到的是磁场转换的角度，所以通过建立数学模型，结合轮毂的直径等因素，将磁敏角度换算为拉线的位移。因此，为了能够快速地实现数据的接收和模型的建立，此处选用LPC2136作为数据处理单元。输入、输出控制模块负责各种对外接口的处理，如通过通信接口接收来自应用系统的命令，向应用系统返回采集的位移结果，以便能够将微处理器单元能够执行应用系统的命令并将采集结果通过接口安全可靠地发送到应用设备，主要包含1路的RS485和4～20mA的电流输出。2．1磁敏角度接收接口MLX90316是一种线性霍尔芯片，采用了平面霍尔传感技术的单片集成传感芯片，该芯片可以用来测量与芯片表面共面的磁通密度，可以得到从0～360°的旋转位置值，通过多种模式输出准确度很高的线性绝对位置信号，并且成本低廉、安装简便。MLX90316芯片前端是采用Triaxis霍尔技术的传感器。由霍尔传感器得到的二路正交的模拟信号经过放大处理后，经过14位微分型A／D转换器进入芯片微处理器（DSP），再经过16位DSP处理之后的数字信号分3路输出。MLX90316输出具有12位角度分辨率，10位角度精度，并且在一定程度上可以避免外围温度变化对输出精度的影响。MLX90316具有3种输出：由12位D／A转换为模拟量输出；频率为100～1000Hz的PWM输出；数字模式下利用串行通信协议输出（SPI）。由于串行通信的输出信号直接来自于MLX90316的内部DSP输出，SPI输出模式更稳定，误差更小，并且具有更高的抗干扰能力。在本设计中，选用SPI接口，具体的硬件接口连接电路如图3所示。在图3中，MLX90316的SPI三根线与ARMLPC2136的SPl0口连接。SPI（SerialProtocolInterIace）总线接口是一种同步串行外设接口。这是一个4根信号线的串行接口协议，包括主、从两种模式。这4根信号线分别是：时钟线（SCK）、数据输入线（MISO）、数据输出线（MOSI）和从设备使能线（SS）。转载自——维库电子市场网

射频识别技术，主要是一种非接触式的自动识别技术，在其应用的过程当中，需要在电磁原理的基础上利用射频信号来对目标对象进行信息的获取，由于其应用的广泛，可以实现在不同区域内的应用，因此被广泛的应用在了各种环境的作业当中。在射频识别系统当中，射频读卡器的输出数据需要严格遵守Wieggand格式当中对其作出的规定，也就是利用两根传输分别为0和1的数据线进行传输。基于单片机和射频识别技术的门禁系统是基于单片机STC89C52和IC射频卡设计的射频识别锁系统，可用于实验室、机房、办公楼、档案室、财务室等安全性要求较高的场所．1、系统设计方案此门禁系统由安装在门上的客户端和对新卡进行授权写入的授权端两部分组成．客户端由电源模块、单片机最小系统、串行通信模块、刷卡模块、蜂鸣器模块和电磁锁模块组成，如图1。在客户端，当用户需要开门的时候，需要把IC射频卡放在读卡器的感应区对卡内信息进行读取，当读取出来的信息验证成功时，则在蜂鸣器“嘀”一声的同时，门锁打开，延迟一秒后重新上锁;若信息验证失败，则蜂鸣器会发出四声连续短促的鸣叫．授权端用于对每一张IC卡进行授权信息写入．整个系统使用单台刷卡机就能工作，操作方便。图1硬件系统模块框图2、系统硬件设计2．1、电源模块电路设计电源模块的作用为整个系统供电．在系统中，刷卡模块要用到3．3V的供电电压，电磁锁模块需要用12V的电压，而单片机最小系统部分则需要用到5V的电压，因此，电源模块需要提供的电源种类有12V、5V和3．3V三种．该模块通过LM7805和AMS1117两个芯片分别实现12V向5V和5V向3．3V电压的转换．如图2为系统电源模块电路设计．图2电源模块电路2．2、刷卡模块电路设计射频读写芯片MFＲC522是NXP推出的一款低功耗、封装小、高度集成的非接触式（13．56MHz）读写卡芯片，它利用调制和解调的原理，完全集成了在13．56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议．支持ISO14443A的多层应用．其内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO14443A/MIFAＲE卡和应答机的通信，无需其他的电路．接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于处理ISO14443A兼容的应答器信号．数字电路部分处理ISO14443A帧和错误检测（奇偶＆CＲC）．此外，它还支持快速CＲYPTO1加密算法，用于验证MIFAＲE系列产品．MFＲC522支持MIFAＲE系列更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达424kbit/s．它与主机间的通信采用连线较少的串行通信，且可根据用户的不同需求，选取SPI、I2C或串行UAＲT（类似ＲS232）模式之一，有利于减少电路连接，缩小电路板体积，降低生产成本．MFＲC522在刷卡模块中的应用电路如图3．图3刷卡模块电路2．3、蜂鸣器模块电路设计当用户刷卡时，如果信息验证成功，则单片机的P2．0引脚被赋予低电平（软件设置），三极管Q2（PNP型）导通，蜂鸣器发出一声蜂鸣．当信息验证不成功，蜂鸣器发出四声连续短促的鸣叫．该模块电路设计如图4．转载自——维库电子市场网

引言近年来,随着光电技术的迅猛发展,激光器已广泛应用于医疗、国防、测量等各个领域。而环境温度变化会直接影响激光器的波长。把关键元件(如高性能晶振、SAW滤波器、光放大器、激光二极管)的本机温度限制在窄范围内,可以提高电子系统的精度。一般需要将温度控制在0.1℃内,激光器的工作精度才能很好地保持在0.1nm内。文中的设计方案能为大功率半导体激光器提供有效支持,最大电流可达2.5A。1半导体激光控制器的设计激光控制器由受控恒流源,温度监视及控制电路,主控制器及显示器构成。整体结构原理见图1。1.1受控恒流源：为了使激光器输出稳定的激光,对流过激光器的电流要求非常严格,供电电路必须是低噪声的稳定的恒流源。恒流源可以从0A～2.5A之间连续可调,以适应不同规格的半导体激光器。该恒流源是以大功率的MOS管为核心,激光器作为负载与之串联,通过控制MOS管的栅极,来实现对的控制。但MOS管是非线性器件,难以直接控制,因此必须将其转化为线性控制。如图2所示,在MOS管串联一个0.1Ω的电阻,用于采样反馈,MOS管的电流变化范围是0A～2.5A,输入控制信号的范围是0V～5V,将采样电阻的电压放大20倍正好与输入电压匹配。这样控制电压0V～5V与电流0A～2.5A之间建立起线性的对应关系。但由于整个反馈是开环系统,十分容易产生自激,因此在采样电阻连一个1μF的,破坏自激产生条件、消除自激,并且应采用稳定的以减小电压波动。1.2温度检测及控制电路由于温度对激光的品质有很大影响,在电流恒定的情况下,温度每升高1℃,激光波长将增加大约0.1nm,而且温度过高将导致激光器老化甚至损坏。并且激光器是一个电灵敏度高、成本昂贵的器件,因此控制器必须提供监控、限制和过载保护的能力。包括:自启动和过流保护、热电制冷器(thermoeleiooler,TEC)电压、电流和温度的感测。异常工作电路停机以避免激光器元件损坏。值得注意的是:环境温度的变化对激光器的影响,要求控制器具备制冷和制热的能力。通常为使元件温度保持稳定是将把元件封闭在固定温度的恒温槽内。为了提供某种调整容限,其所选温度应高于所有条件下的环境温度。这种方法曾被广泛采用,特别是用在超稳时钟的设计中(如恒温槽控制的晶振)。但高温应用此方法有如下缺点:性能(如噪声因数,速度和寿命)有所降低;环境温度处于中间范围时调整器消耗加热的功率,在环境温度处于低端时需要两倍大的功率;达到稳定温度所需的时间可能相当长。目前采用半导体TEC来实现,因为它可选择调整温度值处在工作温度范围的中间。TEC可做为热泵或做为热源,这取决于电流方向。某些系统(如冰箱和大功率处理器冷却)只用TEC的冷却特性。另一些应用(如晶振和SAW)利用热流的两个模式。并且该控制器是真正双向的,使温度从冷端到热端之间没有死区。TEC的驱动电路通常采用“H”桥式,由两个互补的达林顿管或MOS管构成。对H桥的驱动宜采用开关式驱动方式,开关式驱动方式功耗小、效率高。对于开关式驱动方式可以使用LTC1923等专用芯片驱动。其原理如图3所示。DRV592是TI（TexasInstruments）公司出品的高效、大功率H桥电源驱动集成块，输出电压范围从2.8V到5.5V,最大输出电流为3A。DRV592需要外部触发（兼容TTL逻辑）,内置过流、欠压和过热（130℃）保护和电平指示。业界最小封装（9mm×9mm32脚PowerPADTM扁平封装模式）,具有-40℃到85℃工业用温度范围标准。值得一提的是该芯片集成了4个大功率和过载保护电路，与采用分立元件设计（见图3）相比，简化80%的设计。并且只需添加几个外部元件就能容易地构成精确的温度控制环路用以稳定激光系统。基于DRV592的半导体TEC的电源驱动电路见图4。和图3相比，可以看到基于DRV592的TEC电源驱动电路设计大大简化，并且DRV592还有内置过流、欠压和过热（130°C）保护电平指示。引脚功能见表1。由于大电流开关电路会产生很大的噪声干扰,为减少干扰,可适当增大开关管的转换时间来降低高频开关噪声。虽然这会使开关效率降低一些,不过用这个代价换来噪声的大幅度改善还是值得的。另外由于TEC具有热惯性,改变状态会有一定的延迟,会给系统引起振荡。为了消除振荡,可在放大器两端并联积分电路,增加延时,消除振荡产生。要注意的是稳定的温度是由热敏电阻的反馈来决定的,因此要将TEC与热敏电阻封装在一个模块中,使它们紧密耦合。温度探测器的精度直接影响温度控制的效果。温度探测电路部分与恒流源类似,采用(负)的热敏电阻作为温度探测器。其中用陶瓷粉工艺制作的NTC元件对温度的微小变化有最大的电阻变化。特别是某些陶瓷NTC在其寿命内(经适当老化)具有0.05℃稳定度。并且与其它温度传感相比,陶瓷NTC的尺寸特别小。然后将热敏电阻串联入一恒流源,对热敏电阻两端电压采样,将温度变换为电信号。原理如图5所示。温度探测电路中采用的是TI公司出品的单电源，低功耗双运算放大器TLC2252。TLC225x系列具有高、微功耗、低噪音等优点，适用于手持移动设备。在1k的噪音仅为19nV,是同类产品的1/4。转载自——维库电子市场网

1、引言电路系统电能质量监控的实时性要求较高，不仅含有频率、电压、电流、有功、无功、谐波分量、序分量等，而且有些采集的特征量频率变化快而且复杂，如暂态突变量、高频的故障行波等，普通的采集处理方法对多路进行采样计算显得困难甚至难以实现，为了克服以上不足，满足现代电力系统的要求，将先进的数字信号处理技术应用到电力系统中充分发挥其快速强大的运算及并行运行处理能力，满足电力系统监控实时性和处理算法的复杂性等要求，并为不断发展的新理论和新算法应用于电力系统的实践奠定技术基础。以TMS320LF2407A型DSP为控制核心，设计了响应快、延时小和没有相位偏移的电能质量监控系统，在整个控制系统中，信号采集单元的转换精度决定整个控制系统性能的优劣。TMS320LF2407带有内置采样和保持电路的10位模/数转换器，但只能接收0V－3.3V的单极性信号，对于交流信号需要另外设计限幅升压电路，同一排序器内各通道的串扰严重，所以10位的转换精度难以满足高性能系统的要求，由于本应用对采集精度要求高，要求采用14位A/D转换器，所以采用Maxim公司的MAX125型转换器作为信号采集单元的核心。2、MAX125的特性和工作原理MAX125是8通道高速14位模/数转换器，它内设采样/保持器（T/H），单次转换时间为3μs，通过对MAX125写控制字，可以使之工作于单通道转换，也可以使之工作于多通道的连续转换，且其转换数据具有缓冲功能，DSP可以方便地读取，MAX125采用双极性供电，输入电压范围为±5V，转换器的最高输入过电压高达±17V，而且某个通道的损坏不会影响整个电路的正常工作，表1给出MAX125的工作模式，MAX125较好地满足了精度要求，通过合理的控制电路设计，该数据采集通道能较好地满足系统的实时性要求，图1示出MAX125的内部结构。图2为MAX125的工作时序，每个CONVST脉冲启动1－4个T/H转换，MAX125初始化后，设置工作模式为0X0002，系统利用2个MAX125的CH1A、CH2A、CH3A通道分别对三相电压和三相电流进行转换，即每个MAX125只有3个通道需要转换，每个通道的转换时间为3μs，转换三个通道需要9μs，采样速率最高为100kS/s。通过CONVST脉冲启动MAX125的转换，大约9μs后，3个通道转换完毕，产生1个中断信号，中断信号传送到可编程逻辑控制器（GAL）中，由GAL通知DSP读取采样数据，同时GAL给MAX125的RD引脚施加读脉冲，3个连续的读操作可以读取3个连续的数据，图3示出采集通道的原理框图。3、采集系统设计MAX125拥有A、B2组信号输入端，每组4个输入通道，内置4路采样保持器，在实际应用中分别采集负载电流、补偿电流、电源电流和逆变器直流侧的电容器电压。MAX125可以和DSP并行工作以减轻DSP的工作负担，MAX125的输出数据要经过电平转换后才能送到TMS320LF2407的数据线上，如果直接将MAX125的输出直接送到TMS320LF2407的数据输入引脚上，则有可能超过TMS320LF2407的引脚的耐压值（3.6V），本系统使用74AHCT245作为电平转换器，MAX125的输出DOD13接入74AHCT245锁存后进行电平转换，再进入TMS320LF2407的数据总线，74AHCT245的工作电压为3.3V，输出信号电平为3.3V，可以接受5.5V的输入信号，本设计中使用了2个74AHCT245作为电平转换单元，输入数据来自MAX125的14位数据，多余的2路输入引脚接地，输出信号接入TMS320LF2407的DO－D15引脚，2个74AHCT245控制信号由GAL发出。电路原理如图4所示。控制系统的主要指令都在定时器中完成，图5示出定时器周期中断服务程序的流程。当定时器计数器的值与定时器周期寄存器的值相等时，产生周期中断请求，中断被响应后就进入中断服务程序，确认中断源正确后，首先启动外部A/D转换器，采集负载电流、补偿电流、电容器电压，再对转换结果进行移位，求补码等必要的处理。4、结束语此电力系统电能质量监控系统的设计以TSM320LF2407A型DSP为核心，功能强大，可拓展性强。A/D转换选用14位MAX125型转换器，可以多个通道同时采集，转换精度高，实验验证信号采集模块的工作稳定可靠，已经批量投产。转载自——维库电子市场网

任意波形发生器在雷达、通信领域中发挥着重要作用，但目前任意波形发生器大多使用静态存储器。这使得在任意波形发生器工作频率不断提高的情况下，波形的存储深度很难做得很大，从而不能精确地表达复杂信号。本文介绍的基于动态存储器（SDRAM）的设计能有效解决这一问题，并详细讨论了一种简化SDRAM控制器的设计方法。1、任意波形发生器的总体方案工作频率、分辨率和存储长度是任意波形发生器最关键的三个性能参数。高的工作频率意味着高的输出信号频率和带宽，高的分辨率通常意味着高的信噪比，而存储长度决定了信号的精确程度。下面介绍的方案是实际开发的一款任意波形发生器/卡（如图1所示），它的工作频率为300MHz，分辨率为14位，存储长度为8M字，现已得到了广泛地应用。该电路主要有两种工作状态：写数据状态和读数据状态。下面简单描述其工作过程。写数据状态：CPU根据所要设计的波形计算波形数据，并转换成14位的无符号数；打开总线开关，屏蔽FIFO操作，在SDRAM控制器的配合下，将波形数据通过接口电路交替写入SDRAM1和SDRAM2中，即SDRAM1中依次存放数据0，2，4，6.。.；SDRAM2中依次存放数据1，3，5，7.。.（如表1所示）。读数据状态：开启FIFO通道，关闭总线开关以断开SDRAM与CPU之间的数据连接；在SDRAM控制器的控制下，将SDRAM1/2中的数据同时（并行）读出；经过FIFO的缓冲得到连续的数据流，再经32位向16位的并串转换，将数据速率提升2倍后，供给DAC进行数-模转换，即可得到所编辑的信号。图1中用两片SDRAM并行工作，是因单片SDRAM不可能提供300MSPS的数据流。实际使用的器件是K4S641632C-TC60，工作时钟为166MHz。FIFO缓存SDRAM的输出数据，将突发数据流转换成连续数据流，使得在SDRAM处于刷新状态时，仍能维持正常的数据输出。实际使用的器件是两片并行工作的IDT72V263L6PF，写入时钟为166MHz，读出时钟为150MHz。并串转换的作用是提升数据的速率，在DAC器件内部完成，笔者采用具有良好动态性能的AD9755AST。CPU及控制接口是一个基于PC的ISA设备，可改进为PCI设备；时钟电路用来产生166MHz和150MHz的同步时钟。下面重点研究SDRAM控制器的设计，它是本系统的主要特色之一。2、SDRAM控制器的设计2.1SDRAM的主要特点与静态存储器（SRAM）相比，SDRAM的容量大（通常是几倍至几十倍的关系）；与DDRSDRAM或RDRAM相比，它的控制又相对简单，因而它依然是大容量存储器工程项目的良好选择。下面描述的几个重要基本概念反映了它的主要特点。行列地址：SDRAM的地址是行列复用的，此举有效减少了芯片的引脚。预充电：读写操作只对预充电过的行有效。也就是说，在数据读写操作跨行时，需要先进行至少一次的预充电操作。自动刷新：众所周知，只要是动态RAM，就存在刷新问题，SDRAM也不例外。通常每隔64ms需要将所有存储单元刷新一遍。自刷新：当需要保留芯片内的数据，而暂时又不需要操作时，可以设置芯片进入自刷新状态。工作模式寄存器：控制SDRAM工作方式的寄存器（如表2所示）。2.2SDRAM的状态流程SDRAM的完整状态机由17个状态构成，且状态转移是非随机的（如图2所示）。正是如此众多的状态及其复杂的转换关系，导致SDRAM的控制较为复杂。需要特别说明的是，SDRAM的状态转移有自动转移与人工转移之分（图2中以粗细箭头加以区别）。自动转移在当前状态结束后立即进入下一个状态；而人工转移在当前状态结束后即停留在当前状态，只有一条当前状态允许的命令才能进入下一个状态。可以想象，自行设计如此复杂的控制流程绝非易事。值得庆幸的是，在大多数应用中并不需要完备的状态机。下面讨论一种简化的SDRAM状态机。2.3简化的状态流程根据任意波形发生器的特点，对SDRAM的功能进行了以下简化：（1）省略随机存取功能，固定为顺序读写；（2）省略待机、自刷新、普通读/写功能；（3）省略所有的挂起功能；（4）工作模式固定为突发式读、单个式写；（5）数据延时固定为3个时钟周期；（6）刷新模式只使用自动刷新方式，器件空闲时即处于连续的自动刷新状态；（7）器件仅在上电后进行一次初始化，不能改变工作模式；（8）突发方式固定为顺序方式，突发长度固定为整页；（9）只使用带预充电的读/写指令；在每次读/写操作完成后，即启动一个自动刷新周期。经过以上简化的状态机如图3所示。2.4SDRAM控制器的EPLD实现为了实现上述简化的SDRAM控制功能，采用一片ALTERA公司生产的EPLD器件MAX7256ATC144-6。图4是任意波形发生器SDRAM控制流示意图。由于具体编程要涉及许多细节问题，在此不做赘述，其主要功能如下：（1）通过ISA总线，实现与CPU的接口，接收波形数据和读命令；（2）上电自动初始化；（3）生成23位（8M字存储器空间）的线性地址，并按行列复用的方式输出；（4）生成SDRAM的控制信号，完成读、写和自动刷新功能；（5）控制FIFO，以解决SDRAM刷新和波形长度不是页长度的倍数问题。虽然完全应用SDRAM确实比较复杂，但只要本着“够用就行”的原则，对其功能进行合理的简化，设计出具有特殊需求、适用于特定条件的SDRAM控制器是完全可行的。目前，笔者已将基于SDRAM的任意波形发生器应用到多个研发项目中。转载自——维库电子市场网

随着金税工程的推广，税控市场将得到迅猛发展，作为四大税控产品之一，其市场份额不容小觑，税控厂家需要为产品的性能、成本做多方面考量。之前各个厂家的税控器方案，可能因为成本的考虑选择了8位单片机，也有因为性能扩展的需要选择16位、32位MCU作为税控器主控芯片。今天，ST（意法半导体公司）延续了其之前基于STR7的税控器体系架构，并借鉴在STR9银税一体机方案中的经验，推出了一款采用2这一高性能、的税控器方案。方案介绍与以往方案(图1)对比，STM32方案(图2)结构简单，模块功能化，减少了外部数据总线的数量，有效减小制板面积，很好地保证了系统的可靠性及安全性。ST还提供详细的设计报告，无论是软件还是硬件的开发都大大缩短了厂家的开发时间。在正式生产时，ST可以提供方案中大部分芯片，避免了采购时可能出现供应商多、采购渠道混乱的情况，保障其产品快速推向市场。●开发工具开发工具推荐两家：IAR和KEIL(国内部分工程师可能习惯ADS，但ARM公司已不再对ADS软件进行维护更新，故无法支持新的IC，如STM32)。IAR的ISO/ANSIC/C++编译器能产生精简、快速的代码，并能支持扩展的嵌入式C++特性，包括模板和标准模板库(STL)。KEIL是用过51单片机的工程师都很熟悉的工具，被ARM公司收购之后，在IDE中可以直接使用ARM的工具链，具有强大的软件仿真功能，对于习惯用ADS的工程师来说，KEIL是个不错的选择，因为代码基本不需要修改，只需要在KEIL中重建工程即可实现平台的转换移植。●主控制芯片ST的STM32系列32位闪存微控制器基于ARMCortex-M3内核，这是一款专为嵌入式应用而开发的内核。STM32在Cortex-M3架构上进行了多项改进，包括提升性能的同时又提高了代码密度的Thumb-2指令集、大幅度提高的中断响应，而且所有新功能都同时具有优异的功耗水平，结构见图3。相较于8位、16位单片机，ARM核的好处是低功耗、高性能，相同的软件在不同的核之间可以兼容。相较于ARM系列其他芯片，STM32运行速度更快，性能也得到很大提高，在核上设计了单周期乘法制定的硬件触发。在代码的密度上，比普通32位单片机省30%～45%；与16位单片机相比，代码空间可以节省50%；如果拿8位单片机作比较，代码空间可以节省70%左右。功耗方面，STM32工作在1MHz频率下为0.15mW，只有ARM7的一半，所以在相同的工作模式下面，STM32可以减少30%的功耗，内核电压是1.8V，芯片电压是3.3V，可以选择睡眠模式、待机模式，保证低功耗应用的要求。系统的外围控制非常丰富：最大256kBFLASH(相当于ARM7的450kB空间)、最大20kBRAM、2个I2C接口、2个SPI接口、3个智能IC卡接口(与UART复用)符合ISO7816协议、USB2.0接口、80个快速I/O口、16通道的12位A/D转换器、7个定时器(包含一个RTC)、支持通过UART实现IAP功能、IC卡读写器。STM32的3个UART口可以通过内部寄存器配置成智能卡模式，符合ISO7816-3标准所定义的异步协议。另外，方案中设计了硬件保护电路，随时监测电路状况，为系统提供完善的IC卡短路保护。●USB通信STM32的USB接口符合USB2.0全速设备的技术规范，软件设计遵循CDC(CommunicationDeviceClass)规范，虚拟成一个模拟串口与上位机通讯。使用时，无需改变上位机程序，只需要在第一次使用时安装虚拟串口驱动stmcdc.inf，之后联机时选择USB虚拟的串口号即可，并且可以与另一标准串口“同时”连接，不会造成通讯异常。●日历时钟M41T83是一款提供出厂前校准的串行实时时钟(RTC)芯片(图4)，包括一个400kHz的I2C接口、模拟校准、一个可编程的自动重载计数器/计时器和两个闹铃。它采用内建晶体的封装，提前校准精度大约为5ppm，利用一个一次性可编程(OTP)寄存器，可以在工厂测试期间微调片上32.768kHz振荡器的内部负载电容，确保这些产品每月计时精确度在12s内。另外，当电源电压VCC断开时，芯片会自动转接备用电源，备用电流低至450nA(典型值)，还有一个内置电池监控器负责检查备用电源电压，当需要更换电池时发出提示信号。在电源恢复后产生200ms的复位信号，这个上电复位/低压检测功能可以为设计工程师节省一个独立的板上复位IC。ST还应不同客户应用的需要，提供M41T82的低价解决方案：去掉了看门狗、方波信号发生器和闹铃提醒功能，但是保留了400kHzI2C总线接口、模拟用户校准、电源切换高精度电压参考管、电池监控器、12字节的NVRAM和复位输出，并采用占位很小的8引脚SOIC低价封装。●电源管理整个系统可以通过USB连接PC供电或通过板上的插座外接电源供电。另外设计了专用的电压检测电路对外部供电进行监控，并采用一个2.7V、3.3F的电容作为外部供电停止后的备用电源，保证当前税控流程的完整，防止操作中数据丢失，其保护时间可达15s。●数据存储FLASHM25P64通过SPI串行接口与MCU连接，大大简化了系统设计，减少了封装的引脚数量及总线干扰。FLASH采用优质的CMOS制造工艺，数据保存期限至少20年，每扇区擦写次数保证10万次，其中包括整体擦除和扇区擦除指令。它的数据传输时钟频率可达50MHz，数据读取吞吐量最高50Mbps，并设计有深节能模式(power-down)，仅消耗1mA电流，从而大幅度降低了系统功耗。在设计中，为了迎合不同用户的需求，从2MB~16MB容量型号的芯片软硬件完全兼容，其中软件被分为两层：底层API是以页面和扇区为对象的读写和擦除操作；高层API是以整个统一存储空间为对象的读写透明操作，完全无需顾及因为硬件的特殊性而产生的各种限制(如跨页编程、跨扇区编程、在已经有内容的区域更新内容、跨页更新内容、跨扇区更新内容等等)。FLASH的写操作流程见图5。●U盘读写CH375是一个带UART接口的USB总线通用接口芯片，内部集成了PLL倍频器、主从USB接口SIE、数据缓冲区、被动并行接口、异步串行接口、命令解释器、控制传输的协议处理器和通用的固件程序等；串行接口速度可达460800bps，利用其动态链接库实现USB-HOST主机方式读写U盘。支持常用的FAT12、FAT16和FAT32文件系统，支持U盘最大容量100GB。在读写操作中，不需要考虑文件系统，只需要了解文件名、文件长度等基本资料。●软件流程STM32税控器适用于PC开具税控发票的场所，通过税控IC卡的相互认证，可连接外部税控打印机打印税控防伪发票，存储相关税控数据，并完成申报完税及核查的所有税控应用。其软硬件设计均通过国家电子计算机质量监督检验中心的税控检测，完全符合国家税控标准。结束语本方案与其他厂家税控器方案比较，在生产和研发成本大大降低的条件下，安全性、功耗和性能方面还有很大的提升。转载自——维库电子市场网

前言由于石油危机和日益严重的环境污染，电动汽车发展已经是大势所趋。为电动汽车提供动力，而蓄电池充电性能直接影响蓄电池的使用和寿命，蓄电池一般分为铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。由于蓄电池种类繁多且容量不一，不同种类和容量的蓄电池往往需要不同的充电器匹配，如果蓄电池的充电器匹配不好会出现过充过热等不安全现象，从而影响蓄电池的正常使用并缩短蓄电池寿命。因此，设计一款基于的能为各类蓄电池充电的多功能是十分必要的。多功能充电系统能快速稳定地为不同类型和不同容量的蓄电池充电，我们在软件上针对不同类型的蓄电池设计了相应的充电方法，使每种蓄电池都能在最佳充电方法下充电。对于不同容量的蓄电池，在选择好充电方法时只要设定充电参数即可快速稳定地为蓄电池充电。1硬件电路设计本系统采用移相全桥软开关电路，即将Boost电路与全桥变换器合成一起组成单级PFC电路，该电路结构简单、效率高，可以实现对输入电流的整定，又可以工作在较大功率场合，发挥了全桥电路的优势。系统主要由充电主电路和充电控制回路组成，图1为多功能充电系统硬件原理图。1.1系统工作原理本设计采用了开关电源技术，最大功率为3500W，先将220V单相工频交流电，经4个二极管组成全桥电路进行整流，再经过大电容滤波得到300V左右的直流电，此时直流电中纹波较大。直流电通过由4个绝缘栅双极晶体管(IGBT)组成的全桥逆变器，得到电压可调的高频交流电，经高频变压器耦合到副边，再经全桥整流，最后经电感电容滤波得到纹波很小的直流电为蓄电池充电。多功能充电系统能为不同类型的蓄电池及容量不同的蓄电池充电，其充电过程中的充电电压、电流通过单片机实时控制，整个充电系统为反馈控制系统，单片机通过实时检测充电过程中的电流、电压及温度监测整个充电过程，有效地避免了充电过程中过流、过压及过热现象，使充电过程安全稳定地进行。逆变桥前的空气开关是为了防止电路中出现短路或大电流损坏蓄电池或电子器件。单片机通过检测充电电流、电压及温度与充电前的设定值进行比较，控制输出4路PWM波到4个IGBT的栅极，从而控制其集电极到发射极电流通断时间，达到控制输出电压的目的。由于IGBT需隔离驱动，本设计选用了三菱公司IBGT专用驱动芯片M57962L，图2是其应用电路。由于选用了4只IGBT组成全桥逆变器，每个IGBT需要一个M57962L芯片驱动，而每个M57662L芯片需要3个电压等级即15V、l0V、5v为其供电，其中5v电压同时为MC9S12XS128单片机供电，本文设计了一款功率为50W的变压器，为单片机及4个M57962L芯片供电，其次级绕组输出3组电压，经整流滤波稳压后，得到上述所需的3个电压。1.2充电控制回路选用飞思卡尔MC9S12XS128单片机作为控制核心进行数据采集和控制，其内部数据存储器8KB、程序存储器128KB，2个SCI、1个SPI、1个IIC、1个CAN、16路A/D、8路PWM、8路ECT模块，其工作频率为80MHz，运算速度快，处理能力大大提高。该芯片集成了l6路l2位高精度的A/D转换器，能直接对蓄电池的充电电压、电流及温度进行检测，8路PWM可直接输出到M57962L芯片控制IGBT的通断，简化了单片机外围电路的设计。1.2.1电压检测本系统选用电阻分压式结构，并联在充电电路中监测电压信号，电压信号从PAD0口经单片机自带A/D转换器传至单片机进行处理，这种结构能根据外面的实际电压自动选用相应的量程检测电压，使电压越小时，检测到的电压精度越高，有助于更精确地控制充电过程中的充电电压的变化。1.2.2电流检测本系统选用霍尔式电流传感器检测充电电流信号，并将检测到的电流信号经过一定的换算处理从PAD1口经单片机自带的A/D转换器传至单片机进行处理，该传感器精度高，能精确的检测到充电电流0.1A的变化。1.2.3温度检测本系统选用热敏电阻检测充电过程中电池温度信号，实际应用时将热敏电阻贴在电池上检测电池温度，该热敏电阻能准确检测到充电过程中电池温度的变化量，温度信号经PAD2口传至单片机进行处理，防止充电过程中电池过热，使充电过程能平稳、安全的进行。1.2.4液晶显示模块本系统选用带中文字库的12864液晶屏，液晶屏模块与单片机的PA、PB口相连。能实时显示充电过程中的充电电压、充电电流以及电池的端电压和温度，并在空闲时能显示日历、4路PWM波的占空比等。1.2.5按键输入选用4x4矩阵键盘。通过按键可切换到蓄电池充电方法选择、充电参数设定、日历调整、4路PWM波的占空比显示及充电电压、充电电流、电池的端电压和温度显示等界面。1.2.6PWM输出PWM的输出频率由一个定时器/计数器设定的高频交流电交变周期决定，本系统PWM波形选用左对齐的方式，每路PWM的占空比：[(PWMPERx—PWMDTYx)/PWMPERx]×100%，其中PWMPERx表示PWM通道寄存器，PWMDTYx表示PWM通道占空比寄存器。2软件设计多功能充电系统的系统软件用C语言编写，经过汇编、仿真调试写入单片机的内部程序存储器中，实现系统软件的结构层次化、功能模块化，软件的可读性、可维护性和可扩展性强。多功能充电系统针对不同类型的蓄电池，设计了相应的充电方法，软件主要由初始化、充电前电池好坏检测、充电阶段和充电保护等部分组成。本系统主要应用磷酸铁锂进行试验，其充电阶段由小电流充电阶段、恒流充电阶段、恒压充电阶段3部分组成，其程序流程图如图3所示。充电阶段：电池检测程序完成后，开始对电池进行小电流充电，充电速率约为1/5C左右;当小电流充电至电池电压达到参考值时，系统进入恒流充电阶段，此阶段为蓄电池的快速充电阶段，充电速率为1-2C;当充电电压达到设定的电池的最大充电电压时，系统进入恒压充电阶段，随着电池电压逐渐上升，充电电流逐渐减小;当充电电流减d,N设定参考值时，系统判断蓄电池充足停止充电。充电保护部分：充电过程中不断监测电池电压是否超过安全值、温度或温度变化率是否达到限定值，如有上述情况立即终止充电。检测电池电压是为了防止锂离子电池和铅蓄电池过充，检测温度和温度变化率是否达到限定值，是为了防止镍氢和镍镉电池过充。上述充电阶段是针对锂离子电池设计的，实际中主要用磷酸铁锂电池组进行实验，对于其它类型蓄电池，在软件上设定了相应的充电方法：铅蓄电池充电阶段同锂离子电池，即先小电流预充，再恒流充电、最后恒压充电，当恒压充电电流小到一定程度时，系统判断电池充足并停止充电;镍镉电池，先小电流预充，再快速恒流充电，当检测到电池电压第一次下降时，系统判断电池充足并停止充电;镍氢电池，先小电流预充，再快速恒流充电，当电池电压出现零增长时，判断电池充足并停止充电。铅蓄电池和锂离子电池自放电率低，电池充满后可直接停止充电，镍氢和镍镉电自放电率高，如夜间无人看守充电时，可在电池充足后采用涓流充电方式给电池补充电荷，使蓄电池保持充足电状态。3结语实验结果表明，所设计的多功能充电系统能正常工作，输出的直流电压平稳、纹波小，充电过程控制精度高，能快速稳定地为各类蓄电池充电，并在蓄电池充满电后及时停止充电，有实际应用推广价值。转载自——维库电子市场网

本文主要分析了8096系列中的在设备中的人机交互界面接口应用问题，通过实例详细介绍了该类单片机与触摸屏芯片的软、硬件接口的应用技巧，分析了其工作特性，指出在应用中需注意的问题，并给出了触摸芯片的部分程序。随着科学技术的日新月异，人类对文明生活需求的进步，带来对电能的需求越来越高，也带来了对电力系统的设备有更高的要求，由此电力系统配电变压器的功能及检测设备受到各方面的密切关注。在市场上各种各样的电力检测设备不断翻新，其功能也向实用性、高科技性方向发展，但配电变压器具有触摸方式的人机友好界面功能及检测的设备很少有报道，为此，在经过多方面的调研，我们提出研制使用触摸方式、具有GPRS无线通信功能的配电变压器智能检测设备的任务。该设备在满足配电功能要求的前提下，采用触摸显示方式提高检测设备的可操作性，使用GPRS无线通信提高设备的先进性、满足现代信息社会的管理需求，使其具有一定独特优势，能够占领一定的市场领域。1系统设计系统的核心是采用先进的INTEL96系列16位单片机80196,配以液晶显示触摸屏、大规模门阵列逻辑集成电路xilinx95144,通过串口驱动电路MAX232外接GPRS模块等，组成结构简单、功能完整、扩充性强、布局合理，使用芯片少，体积小，具有高可靠性和保密特性的设备系统，原理图如图1所示。图1系统原理图1.1各功能模块主要作用(1)CPU80196在系统中主要承担着控制中心及16位数据的算术、逻辑运算的任务，该单片机具有丰富的软硬件资源及运行速度快的指令系统，非常适合于电力系统的仪表设计。(2)大规模逻辑电路芯片Xilinx95144主要完成：地址锁存、数据总线驱动、控制信号总线驱动及逻辑电平转换、片选信号发生等，它有144个宏单元3200个逻辑门，100个管脚，81数据输入输出脚，4个在线编程脚，可以完成10000次的在线编程。(3)MAX232串口驱动：完成串口电平TTL至RS232转换功能。(4)GPRS模块：是一种新型的移动数据通信业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP服务。它采用完全透明数据传输，永远在线，按流量计费，克服了通讯距离短，性能不稳定的缺点，真正实现全国无缝覆盖，特别适用于无人看守的区域。(5)27512EPROM程序存储器，提供64KByte的程序存储空间，主要是存放系统程序。(6)62256静态RAM数据存储器，提供64KByte的数据存储空间，主要是存放采集的数据，自带电池，可以保证数据在掉电的情况下不丢失。(7)DS1302日历芯片可以根据设置自动完成年月日时份秒的计算，并可以实现闹钟，它主要使系统能够定时采集数据。(8)CAN属于总线式串行通讯网络，具有很强的纠错能力，支持差分收发，因而适合高噪声环境，而且传输距离比较远。在系统中我们采用了SJA1000芯片，通过正确连接和设置的，达到CAN总线物理层和数据链路层的所有功能的自动完成。(9)开关驱动电路：主要是提供给各种开关电源、交直流电机调速系统的电压与电流。在系统中我们采用数字电路与模拟电路的结合完成。(10)液晶显示与触摸屏：提供人机交互友好界面，我们选择了台湾AMPIRE公司产DG-32240-27-SNCW-HCDTC液晶显示触摸屏，具有320??240显示象素点，160×110mm触摸大小，其显示部分控制芯片是SED1335,触摸部分控制芯片是ADS7843。1.2系统调试在系统的调试中，一切功能与电气指标都能达到预先设计的要求，但几次出现触摸屏与单片机之间指令不执行，甚至烧坏了触摸屏中的芯片ADS7843的问题。2硬件设计分析根据硬件连接，使用的单片机P3、P4口通过Xilinx95144与液晶显示相连，触摸屏与单片机P1口直接连接，三者工作电压均为厂商推荐典型值5V。2.180196KB单片机结构80196KB是INTEL公司继8位单片机以后推出的16位单片机MCS_96系列的产品之一，它与8位单片机相比提高了控制系统的实时性，与现在的32位相比是真正意义上的单片机，特别适用于各类自动控制系统。它的内部结构采用普林斯顿(Princeton)体系结构，又称冯。诺曼(VonNeumann)结构。具有程序存储器与数据存储器合二为一的特点。它的P0口只能用于输入，P1口是一个准双向口，P2口是一个多功能口，P3、P4口是双向口可作为系统总线。在本系统的电路中，采用P1口与触摸屏接口打交道，P1口内部管脚结构如图2所示。P1口是一个准双向I/O口，它由输出缓冲器、内部口锁存器、内部口寄存器和输出缓冲器构成，与MCS51的准双向口相同，内部具有上拉电阻结构。如图2所示，上拉作用由三个FET管产生，其中p1是强上拉，p3由于高阻存在为弱上拉，p2为更弱上拉，n是低阻下拉FET.图2准双向口P1内部结构当复位时，P1口呈现微弱上拉。当用作输入输出功能，其原理是：“输入”：P1口输入数据时实际上是输入到P1口寄存器中，由寄存器去驱动管脚，图二上/Q即为寄存器的输出，CPU读数据时是直接读管脚。因此在读数据时要保证P1口为输入状态，应先对P1口寄存器SFR置位，此时n截止。切记当端口用作输入口时，决不能向该口写数据“0”。“输出”：在此状态下，当指令对P1.x口的I/O口寄存器输入数据是“0”时，内部寄存器的/Q输出会打开下拉FET即n,而关闭全部上拉FET即p1、p2、p3,这时对应输出脚电平PORTPIN为“0”;当指令对P1口的某一个I/O口寄存器输入数据是“1”时，内部寄存器的/Q输出会关闭n,打开p1、p2、p3,这时对应输出脚电平PORTPIN为“1”，即输出是一个编程直接“写”的过程。2.2Xilinx95144是一款高品质的ComplexProgrammableLogICDevice复杂的可编程逻辑器件(CPLD)，典型工作电压为3.3-5V,支持ISP即在线编程功能，编程次数可达上万次，管脚到管脚信号延迟7.5ns,工作频率可达111MHz,内部有144个宏单元均是ROM结构，掉电后内部的逻辑数据不会丢失。每个I/O管脚在输出状态下：高电平时典型值-4mA,低电平典型值24mA;每个I/O管脚在输入状态下：高、低电平时均为uA级。因此输出电气特性：在通常的TTL电平芯片电路中、外接驱动不多的情况下，可以不使用上拉电阻;输入电气特性：一般的集成芯片都可以直接与其相连，不会出现驱动力不够现象，更不会出现损坏。2.3触摸显示屏显示部分的控制芯片是SED1335,是日本EPSON公司生产的一款液晶显示屏专用控制器，与同类产品相比功能最强。其特点主要是：有较强功能的I/O缓冲器;指令功能丰富;4位数据并行发送;图形和文本方式混合显示。触摸部分的控制芯片是模拟数据转换器ADS7843,是美国Ti公司生产的具有同步串行接口的8位、12位数据输出，四线电阻触摸屏模数转换接口芯片。它通过标准SPI协议和CPU通信;精度高，当使用12位时精度达到0.04mm,可以达到X,Y方向上的1/256,1/4096精度;最大可接受电流?50mA,典型值为数uA;工作电压为-0.3-+6V;工作时钟典型值2MHz即数量级是uS;当触摸屏被按下时(即有触摸事件发生),ADS7843会发出中断请求。在出现数次问题后，我们都发现显示部分正常，而触摸部分不正常，也就是ADS7843的使用有问题，其内部结构原理图如图3所示。从图上我们可以看见主要有四通道信号转换器、逐次逼近寄存器(SAR)、电容型数据/转换器(CDAC)、比较器、串行接口与控制器功能模块组成。其中与编程有关的信号是DCLK、/CS、DIN、DOUT、BUSY、/PENIRQ,数据流向见图4所示。图3AD7843内部原理结构图4ADS7843接口图对于ADS7843来说，除了电源与地线，输入模拟信号X+、X-、Y+、Y-、IN3、IN4,输入数字信号DCLK、/CS、DIN;输出数字信号BUSY、DOUT、/PENIRQ.与编程有关的均是数字信号，数据输入、输出、时钟输入均为串行方式，最高转换速率为1/125KHz,线路设计结构上比较方便只需要6根端口线单片机就可以建立完全的数据交互。2.4现象分析采用80196的P1口的6个端口专门与其打交道，从硬件上讲是完全可以的。然而由于在编程中P1口有些端口是作输入、有些端口需要作为输出，80196又没有对位直接进行操作的指令，对P1某一个端口作输出操作，通常196会先读P1口的8个管脚，然后再进行写!的操作，根据P1采用80196的P1口的6个端口专门与其打交道，从硬件上讲是完全可以的。然而由于在编程中P1口有些端口是作输入、有些端口需要作为输出，80196又没有对位直接进行操作的指令，对P1某一个端口作输出操作，通常196会先读P1口的8个管脚，然后再进行写!的操作，根据P1口结构，必然会带来若作为输入端口的管脚在其外部输入信号为低时，执行写!指令后出现了将其输入状态改为了输出状态。此时在80196与ADS7843的DOUT与/PENIRQ这两根线上都将出现了同一根线上出现两个输出信号、争抢信号的问题，这是数字电路中绝对不允许的，它的出现就有可能损坏芯片。根据资料介绍，在编程操作中，当P1口中有些管脚作为输入，有些管脚作为输出时要特别注意对P1口写指令操作，它是一个读、写过程，最好借助于一些单元。3软件设计分析对于按键的处理，系统采用中断方式，流程如图5所示。图5按键流程图主要相关程序如下：/*触摸屏写控制指令、读数据子程序*/LDBR6,#08H;写8位控制指令代码CLRC;LDBAL,COM;指令代码准备发送ADS7843_W:SHLBAL,#1;数据串行发送JCS_DI_1;JMPS_DI_0S_DI_1:LDBBL,IOPORT1;将P1口状态保存在BL寄存器中ORBBL,#03H;将数据出DOUT置高，数据入DIN为信号输入状态LDBIOPORT1,BL;将修改后的状态送至P1口JMPSKCLKS_DI_0:LDBBL,IOPORT1;将P1口状态保存在BL寄存器中ANDBBL,#0FEH;将数据出DOUT置低ORBBL,#02H;数据入DIN为信号输入状态LDBIOPORT1,BL;将修改后的状态送至P1口SKCLK:LDBBL,IOPORT1;将P1口状态保存在BL寄存器中ANDBBL,#0F7H;时钟信号DCLK为低ORBBL,#01H;将数据出DOUT置高LDBIOPORT1,BL;将修改后的状态送至P1口LDBBL,IOPORT1;将P1口状态保存在BL寄存器中ORBBL,#09H;时钟信号DCLK为高，将数据出DOUT置高LDBIOPORT1,BL;将修改后的状态送至P1口DJNZR6,ADS7843_W;8位指令送完LDBBL,IOPORT1;将P1口状态保存在BL寄存器中ANDBBL,#0F7H;时钟信号DCLK为低ORBBL,#01H;将数据出DOUT置高LDBIOPORT1,BL;将修改后的状态送至P1口/*准备接受触摸屏按键读14位数据数据，先接受低8位数据*/LDBR6,#08H;键值设定方向读低8位数据程序DATA_OUT:LDBBL,IOPORT1;将P1口状态保存在BL寄存器中ORBBL,#09H;时钟信号DCLK为高，将数据出DOUT置高LDBIOPORT1,BL;将修改后的状态送至P1口LDBBL,IOPORT1;将P1口状态保存在BL寄存器中ANDBBL,#0F7H;时钟信号DCLK为低ORBBL,#01H;将数据出DOUT置高LDBIOPORT1,BL;将修改后的状态送至P1口SHLBAL,#1;数据左移一位JBSIOPORT1,0,DI_O_1;判数据入DIN高?ANDBAL,#0FEH;数据入DIN低，输入0JMPDATA_OUT1DI_O_1:ORBAL,#01H;数据入DIN高，输入1DATA_OUT1:DJNZR6,DATA_OUT;8位数据读完STBAL,FIRST;低8位数据保存至FIRST单元同样处理接受数据高4位数据…………;4位数据读完，数据保存。读14位数据程序完成后返回程序上机调试后再没有出现触摸屏与单片机之间指令不执行，烧坏触摸芯片的问题。也许你会发现，在程序编程中，我们使用了BL寄存器作P1口的过渡保护单元，对输出信号采用了对位的或、与方式达到输出“1”、“0”电平。保证P1的输入端口不会因其他P1端口的操作而改变其状态，在信号线上出现两个输出、争抢信号的现象。这就是触摸屏出问题的主要原因。4结语在项目鉴定时，专家们给出了系统设计新颖、结构合理、功能比较完善，扩展性强，有一定的市场空间。特别提到了每个触摸键设计合理、反映正确的结论。在本项目结束时还有一个关于按键的遗留问题：由于是使用单端模式工作，且CPU接到请求后，为了消除抖动、防止误触发，延时后再响应其请求，造成了按键反映迟缓，这是一个硬件、软件都需改进的问题，硬件需换模拟数据转换芯片，软件上延时可以短一些。转载自——维库电子市场网

引言当前，许多领域越来越多地要求具有高精度A/D转换和实时处理功能。同时，市场对支持更复杂的显示和通信接口的要求也在提高，如环境监测、电表、医疗设备、便携式数据采集以及工业传感器和工业控制等。传统设计方法是应用MCU或DSP通过软件控制数据采集的A/D转换，这样必将频繁中断系统的运行，从而减弱系统的数据运算能力，数据采集的速度也将受到限制。本文采用DSP+FPGA的方案，由硬件控制A/D转换和数据存储，最大限度地提高系统的信号采集和处理能力。系统结构整个采集卡包括信号调理、数据采集、数据处理和总线接口设计。系统结构如图1所示。图1系统结构框图本文设计了具有信号衰减、增益放大和滤波等功能的信号调理电路，采用16位精度、最高采样率为500KSPS的A/D转换器AD7676；数字系统设计利用FPGA极其灵活、可编程的特点，选用Altera公司FPGA芯片EP2C8Q208，完成精度校正和逻辑时序控制；DSP采用TI公司的TMS320VC5416，使A/D转换后的数据在传输到上位机之前，进行数据整理、标记、打包以及数据预处理。数据采集卡可同时进行8通道数据采集，通道可进行衰减倍数、采样速度以及放大增益设置。同时提供模拟输出通道，用于实现波形产生和模拟驱动功能。能够进行自动校准，保证数据采集的准确性。PCI总线接口电路采用PLXTechnology公司的PCI总线接口芯片PCI9030，完成数据采集和状态、控制信号的传输。系统硬件电路设计数据采集模块设计从传感器送来的8路模拟输入信号通过多路模拟开关ADG507选择进入模拟通道，如果多通道同时采集，则采用时分复用方式，由FPGA依次控制各通道的通断。模式选择开关ADG509为四选一模拟开关，可分别选择被测模拟信号、标准参考电压值或用于通道校准的、经过DAC转换后的信号进入后级滤波衰减网络电路。送入ADC的信号要先经过低通滤波，以滤除高频噪声。滤波电路设计为二阶阻容低通滤波器，对频率高于50KHz的信号滤波。衰减电路设计为有源衰减，选用Linear公司的差分放大器LTC1992，可完成输入信号极性转换，实现单端信号转差分信号，同时通过由FPGA控制继电器选通不同的电阻网络调整衰减倍数，可实现对不同电压输入范围信号的调整，以满足AD7676的输入电压范围。信号增益可编程放大器LTC6911可通过编程设置以1、2、5步进变化的1V/V~100V/V增益倍数，数据采集过程中通过FPGA内部的比较电路自动调整增益放大器增益倍数，极大提高了对微弱信号的分辨能力。AD7676为差分信号输入，MAX6325基准源提供基准为2.5V的参考电压，采样时钟由晶振提供10MHz时钟信号经FPGA内部分频电路得到，单通道最高采样率为500KSPS。FPGA电路设计FPGA芯片也是一种特殊的ASIC芯片，属于可编程逻辑器件，它是在PAL、GAL等逻辑器件的基础上发展起来的。同以往的PAL、GAL等相比，FPGA规模比较大，适合于时序、组合等逻辑电路应用。本文选用Altera公司的FPGA芯片EP2C8Q208，完成数据采集卡的时序和地址译码电路设计。由于EP2C8Q208有36个M4KRAM，在FPGA内部设计一个16位宽度、4KB深度的FIFO，使用FIFO提高数据采集卡对多通道信号的采集存储能力。FIFO有半满、全满、空标志位，当DSP检测到半满标志位时，FIFO同时读写；全满时只读不写；空时只写不读。A/D采样控制信号由DSP通过FPGA控制；DSP对采集后的数据进行进一步处理，以提高精度，也具有传统CPU或MCU的功能，对时序、触发、DMA中断请求作出相应处理。DSP电路设计DSP采用TMS320VC5416，它是16位定点DSP，具有高度的操作灵活性和很高的运行速度，采用改善的哈佛结构（1组程序存储器总线，3组数据存储器总线，4组地址总线），具有专用硬件逻辑的CPU、片内128KB的存储器、片内外设，以及一个效率很高的指令集。DSP在系统中的作用主要是将A/D转换后的数据在传输到上位机之前，进行数据整理、标记、打包以及数据预处理。数据采集系统所有控制信号都由DSP控制FPGA逻辑电路产生。DSP外挂Flash存放DSP程序及其它配置数据，在上电时，DSP采用并行方式调入DSP内部执行。校准电路设计校准电路是本设计的重要环节，数据采集卡的高精度性能不仅取决于高分辨率的ADC，在更大程度上要依靠该数据采集卡优良的自校准和抗噪声能力来实现。校准时，DSP发出标准值，经D/A和A/D转换后，所采集的数据值与原标准值相比较，取其偏差系数组成去噪方程，以实现数据采集卡的自校准。PCI总线接口电路设计PCI总线规范十分复杂，其接口的实现比较困难。数据采集卡采用PCI9030作为用户接口，为PCI总线接口的开发提供了一种简捷的方法，只需设计简单的局部总线接口控制电路即可实现PCI总线的高速数据传输。使用Altera公司的QuartusII，使得硬件实现软件化设计，更新了传统的电路设计和调试方式，大大缩短了开发周期，特别是其设计仿真和定时分析使得设计更加可靠，确保了系统的正确性。系统软件设计驱动程序设计在Windows98/2000/XP环境下，处于Windows用户态的应用程序不能直接对硬件设备进行操作，要实现对数据采集卡的硬件资源（如内存、中断等）的访问，必须编写运行在核心态的设备驱动程序。目前，使用较多的开发工具是GUNGO公司的驱动程序开发组件WinDriver。利用WinDriver开发驱动程序，不需熟悉操作系统的内核知识。整个驱动程序中的所有函数都是工作在用户态的，通过与WinDriver的.VXD和.SYS文件交互来达到驱动硬件的目的。因为WinDriver开发环境提供了针对PLX公司芯片的存储器范围、寄存器和中断处理等模块，所以本文采用了GUNGO公司的WinDriver5.3开发工具，它支持PLX公司的PCI接口芯片，用户无需具有DDK和核心态程序开发经验，调试时可结合PLX公司的PLXmon工具。操作界面设计采用美国国家仪器公司的LabVIEW软件进行界面设计。LabVIEW是一种图形化编程语言，操作界面模拟实际仪器的控制面板，使用户能完成通道选择、模式选择、增益设定、采样率设定等功能，操作简单方便。系统指标分析ADC误差分析常用的ADC主要存在量化误差、增益误差和偏置误差。量化误差是任何ADC都存在的，仅仅能通过提高ADC分辨率来减少，为把量化误差减少为±1LSB/2，通常的方法是把变换特性偏移1LSB/2。偏移误差是指对ADC采用零伏差动输入时实际代码与理想代码之间的差异。增益误差是指从负满量程转为正满量程输入时实际斜率与理想斜率之差。偏移和增益误差通常是ADC中主要的误差源。为了进行偏移校准，本文采用0V或非常小的信号并读取输出代码。如果结果为正，那么转换器就存在正偏移误差，从结果中减去偏移值；如果结果为负，那么转换器就存在负偏移误差，可向结果加上偏移值。通过对ADC施加满量程或近于满量程的信号并测量输出代码来实现增益校准。偏移校准在增益校准之前进行。模拟开关误差分析多路开关大体上可分为两种类型，即模拟电子开关和机械触点式开关。模拟开关具有转换速度快、使用寿命长、体积小、成本低、集成度高和无抖动等优点；但也存在一些缺点，如导通电阻较大、存在道间干扰、通道间共地等。本文所设计的数据采集卡使用ADI公司的ADG507和ADG509，导通电阻Ron100~300Ω，输入信号要通过Ron分压，输出到负载电阻上的电压要下降一些。为此，本设计用OPA2277做成压级跟随器连接到后面的负载电路上，以拉高多路模拟开关的负载阻抗，削弱串联内阻的影响。精度设计数据采集卡使用了可编程增益放大器LTC6911，最大可调增益为100V/V，极大提高了采集卡对微弱信号的分辨能力。同时，信号调理部分的电阻衰减网络可完成对信号的1/2、1/4分压，扩大了数据采集卡的动态范围。信号和干扰噪声在时域混合在一起，但是在频域有不同特性，因此，预先设计滤波器对噪声信号进行抑制，避免噪声电平很高，用增益放大器接收这样的信号会导致放大器饱和，使仪器不能正常工作。电压基准源是A/D或D/A转换电路的重要部件，系统输出精度在很大程度上取决于电压基准源的精度。这里主要考虑输出精度、稳定性和温度漂移系数。MAX6325是低噪声、高精度的掩埋齐纳型基准电压源芯片，其初始输出电压精度高达0.02％，温度系数为0.5ppm/℃。结语数据采集卡采用16位精度ADC，模拟信号通道设计考虑了微弱信号检测、噪声抑制、高频滤波、差分放大电路和可编程增益放大电路，数字电路部分设计以EP2C8Q208为核心，利用FPGA的时序严格、速度较快、可编程性好等特点，将可能需要的各种控制和状态信号引入FPGA，利用FPGA的大容量和现场可编程的特性，根据不同的要求进行现场修改，增大了系统设计的成功率和灵活性。同时，DSP对数据的预处理极大地提高了数据的精度。在PCB布线时认真考虑了滤波、接地和合理的信号走线，提高了数据采集卡的可靠性。转载自——维库电子市场网

随着我国国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，空调器已广泛应用于社会的各种场合，变频空调器因具有节能、低噪、恒温控制、全天候运转、启动低频补偿、快速达到设定温度等性能，使空调的舒适性大大提高，将越来越受到人们的喜爱。单片机技术的广泛应用，变频技术及模糊控制技术在空调器嵌入式控制领域的成功应用，半导体功率器件的迅速发展为变频控制的推广提供了技术保障。本设计方案的AC变频空调控制器由室内机控制器、室外机控制器两部分组成。基于SPMC75F2413A的优越性能，用其设计室外机AC变频控制器，容易实现产品模块化、智能化特点，控制参数采用开放式结构，便于与各种压缩机联结，从而能够在最短的时间内根据不同厂家的要求进行产品的升级换代。以这种方式，产品可以更快地推向市场，获得时间上的竞争优势。本控制器含有以下关键技术：1、模糊控制技术：依据室内环温、管温，室外环温、管温、压缩机排气温度、压缩机过载保护温度、压缩机电流等参数建立模糊逻辑关系，控制压缩机的运转速度、室外风机及其它负载运行；2、高效的三次谐波注入基于DDS的SPWM发生技术，充分利用电源电压、精确的频率调整、实时的电压补尝功能，使压缩机更有效工作;3、模块控制保护电路：当模块有保护信号输出时，通过硬件电路断开PWM模块输出控制信号，以达到保护模块的效果，并且可靠的给单片机模块保护信号；4、EMC及可靠性设计技术：在掌握空调的干扰机理的前提下，硬件设计重点考虑以下几点：电源电路设计、滤波电路参数设计、印制板地线及信号线设计，并且软件采用容错技术。2芯片特性简介本系统是基于智能功率模组芯片PS21865A和SPMC75F2413A实现的AC变频空调方案，下面介绍SPMC75F2413A的特性。SPMC75F2413A是μ’nSP?系列产品的一个新成员，是凌阳科技新推出的一个16位结构的微控制器。与其它μ’nSP?产品不同的是，SPMC75F2413A主要应用在工控或是家电的变频驱动领域。由于其拥有出色性能定时器PWM信号发生器组。因此，SPMC75F2413A可以方便的实现各种电机驱动方案。SPMC75F2413A在4.5V~5.5V工作电压范围内的工作速度范围为0~24MHz，拥有2K字SRAM和32K字闪存ROM；64个可编程的多功能I/O端口；5个通用16位定时器/计数器，且每个定时器均有PWM发生的事件捕获功能；2个专用于定时可编程周期定时器；可编程看门狗；低电压复位/监测功能；8通道10位模-数转换。SPMC75F2413A在变频控制领域有相当优秀的表现。特性包括：。凌阳16位μ’nSP?处理器(ISA1.2)。工作电压：—内核：4.5V～5.5V。最高运行速度：24MHz。工作温度：-40℃～85℃。芯片内存储器：—32KW(32K×16)Flash—2KW(2K×16)SRAM。基于时钟发生模块的锁相环电路。看门狗定时器。10位模/数转换器—8通道输入—10us(100kHz)转换时间。串行通讯接口—通用异步串行通讯接口(UART)—标准同步串行口(SPI)。总计64个通用输入输出管脚。电源管理—2种低功耗模式：Wait/Standby—每个外设都可以独立的供电。两个比较匹配定时器。5个16位通用定时器。2个用于脉宽调制，2个用于速度捕获，1个用于速度反馈环。。MCP定时器3支持TIO3A～TIO3F,MCP定时器4支持TIO4A～TIO4F。脉宽调制定时器支持递增/递减计数。PDC定时器0/1均支持3通道的TIO0A～TIO0C输入捕获。TPM定时器2支持捕获/脉宽调制。12个16位脉宽调制输出。2通道的电机驱动脉宽调制输出(互补的3相6路脉宽调制输出)。TIO3A～TIO3F利用MCP定时器3工作,TIO4A～TIO4F利用MCP定时器4工作。中心(center)或边沿(edge)脉宽调制输出。通过外部错误保护管脚进行脉宽调制输出保护。可编程的死区控制(Deadtimecontrol)。脉宽调制服务和错误中断发生。具备驱动交流感应电机和直流无刷电机的能力。内嵌在线仿真功能3系统总体方案介绍本AC变频空调系统分室内机系统和室外机系统两部分，其中室内机系统主要是系统一些逻辑状态信息的处理，而室外机系统主要是压缩机的变频驱动部分。在本系统方案中室内机选用的是SPCE061A实现的，SPMC75F2413A主要是应用在变频驱动部分。因此室内机系统在此不再详述。室外机的电路结构框图如图3-1。图-1室外机系统框图这个系统的基本工作流程：室外机的主控MCU（SPMC75F2413A）随时接收来自室内机的控制和状态信息，从而去控制室外的风机、四通阀和压缩机，完成相应的控制功能。同时还会将室外机的一些状态和室外的一些温度信息传回室内机。以供室内机做控制之用。4系统硬件设计系统电路原理图如图4-1。其中PS21865A三相功率全桥电路模块，用来实现PWM信号的功率合成，从而驱动压缩机。ULN2003A是集电极开路输出的功率反向器，主要用来驱动系统中的继电器，从而控制风机和电磁阀。SPMC75F2413A单片机的主要作用：1.根据室内机命令控制整个系统。2.完成AC变频压缩机的变频驱动信号的产生和控制功能。图4-1中的Power_Line是一种半双工的电流环变换电路，它主要是利用电源和一条专用的通信线，使室内外构成一个电流环，电流环由室内机供电。这个电路为室内外机提供一条通信回路。SPMC75F2413A合成的注入三次谐波的SPWM信号经IOB0~5输出，经缓冲和光隔后输入PS21865A，而后输出控制电机。SPMC75F2413A的IOB6是错误侦测输入端，通过对其传回信号的检测，一旦PS21865A出现工作异常（如过压、欠压、过流、过热），驱动硬件会立即禁止PS21865A工作，同时申请中断，请求CPU处理。IOA0~3为模拟输入口，主要是温度传感器接口和直流高压测量接口。IOC8~10为控制四通阀和外风机的控制。图4-1系统电路原理图5系统软件设计整个室外机系统软件主要包括以下几部分：1.同室内机通信、协调控制部分。2.室外机的压缩机驱动控制部分。系统同室内机通信、协调控制部分主要包括串口中断服务和命令解释执行和主循环控制等几部分。其中主控制流程如图5-1。串口中断服务主要是接收来自室内机的数据包，并对相应的信息进行处理，确保传给控制程序的命令和数据的正确性；命令解释执行部分主要是解读室内机命令，并进行相应的处理。图5-1主流程压缩机驱动控制部分分为SPWM信号合成、电机加减速控制、电机的起停服务等几部分。其中最核心的是SPWM信号的合成。本系统的波形合成使用DDS（直接数字频率合成）的方式进行。这部分主要由PWM周期表中断服务和相应的辅助计算程序组成。其中PWM周期中断服务是信号合成的核心部分，整个系统中它占用70%左右的运算量。它主要完成驱动波形的合成和干线电压的动态补尝功能，同时周期中断为DDS提供时钟基准；而加减速控制部分主要跟踪设置频率，从而使当前工作频率以设定的加速度向目标工作频率逼近；电机的起停服务主要是对电机启动和停止这两个特殊过程进行特殊处理。因PWM周期中断服务程序执行频率很高（5KHz左右），因此这部分使用汇编编写，以保证尽量小的CPU资源占用。PWM中断服务子程序的流程如图5-2。图5-2PWM中断服务子程序流程图6结语通常，在开发变频设备的过程中，需要编写实时性、程序可读性强的代码，这时就需要采用混合编程。而凌阳的m’nSP?IDE具有良好的编程环境，它可以很轻松、容易地进行混合编程（在C程序中调用汇编程序，在汇编程序中调用C程序）。该系统用了SPMC75F2413A两个定时器和约17个IO口资源，其实SPMC75F2413A的资源相当丰富。因其有专业的变频硬件支持，变频系统开发变得相对简单。同时，SPMC75F2413A在变频控制方面有相当出众的表现。因此，基于SPMC75F2413A的变频系统在通用变频、变频家电等变频领域有广阔的应用前景。转载自——维库电子市场网

本文出于对能源消耗及智能化水平的考虑，传统的路灯控制方式已不能满足社会发展的需求。在分析了单片机的性能优势之后，从绿色能源、节约能源和性价比的角度出发，提出了一个基于MSP430为的设计方案。单片机在规定亮灯时间内检测背景光强度，若背景光强度较弱启用热释电红外传感器开始探测人体和车辆发出的红外信号。当有人或车辆进入传感器探测区域，单片机输出脉宽调制信号PWM,并根据背景光强度调整LED路灯的亮度，选用合适的占空比来控制恒定电流源的工作电流来保证道路的可见度，从而完成对LED路灯的智能化控制。实验仿真结果充分证明了系统方案的可行性、高效性和稳定性。近年来，随着经济的高速发展和汽车的逐渐普及，城市的交通问题已经引起人们越来越多的关注，城市道路照明的重要性也日益增大。目前，我国大部分城市的路灯照明都采用"全夜灯恒照度"的方式，控制方式仍然是简单的光控和时控等传统方式，这大大增加了城市的用电量，为此，政府承担着巨额的财政支出，而路灯照明设备的使用寿命也大大降低。因此，引入智能交通系统（ITS）成为提高城市交通管理水平的一个重要途径。本设计以低功耗单片机MSP430为主控部件，采用热释电红外传感器检测人体及车辆发出的红外信号，运用光敏电阻检测背景光的强度，通过恒定电流源来控制LED灯光的强度。根据各个季节天黑的时间不同设置各自的路灯开启和关闭时间，在规定时间对移动物体进行检测，实现对路灯的智能化控制，提高了路灯照明的有效性，避免了电力资源的浪费。1热释电红外传感器与菲涅耳透镜利用红外线传感器可以检测到物体发射出的红外线，从而可以检测到不同物体的存在。制造热释电红外传感器的材料，以陶瓷氧化物及压电晶体用得最多，这类材料具有强烈的自发极化性能，当受到热辐射而产生温度变化时介质的极化状态随之发生变化。由于内部电荷的速度远远高于表面电荷的变化速度，晶体两端会产生数量相等而极性相反的独立电荷，这就是电介质的热释电效应。热释电红外传感器就是利用被测物体热辐射引起敏感元件温度的变化进行探测的。热释电红外传感器被广泛应用到安防监控、电子防盗、自动控制照明和工业自动控制等领域。物体释放的红外线能量十分微弱，当直接用热释电红外传感器接收红外线时，灵敏度相对较低，一般情况下很难满足系统需求。为了提高热释电红外传感器的接收灵敏度，在其表面罩上一片菲涅耳透镜，其探测距离可以增加到原来的5~7倍。菲涅耳透镜[1]是一种由聚乙烯材料根据菲涅耳原理制成的塑料薄纹透镜，对红外线的透射率大于65%.根据菲涅耳透镜的工作原理可知，当有移动物体发射的红外线进入透镜的探测范围，菲涅耳透镜会产生一个交替的"盲区"和"高灵敏区",热释电红外传感器的两个反向串联的敏感元件轮流检测运动物体，形成一系列光脉冲后，进入传感器。所以，热释电红外传感器无法检测到静止的物体。菲涅耳透镜在安装时与热释电红外传感器之间的距离应满足与菲涅耳透镜的焦距相等。2控制系统硬件设计控制系统硬件组成以MSP430为核心控制器，辅以外围电路如AD/DA数据采集处理系统模块、热释电红外传感器模块、背景光检测模块和LED驱动模块等。其系统硬件框图如图1所示。2.1数据采集模块2.1.1物体定位检测信号探测采用被动式双元热释电红外传感器P2288,并在其表面罩上一个菲涅耳透镜用来提高其探测灵敏度。它以非接触形式检测出人体及车辆放射出的微弱红外线能量并转化成电信号输出，物体定位检测电路如图2所示。当P2288探测到有人或者车辆进入到探测区域，P2288产生一个交变红外辐射信号，并输出一个微弱的电压信号（TTL电平）。信号经过二级运放后输入到双限比较器当中，其中RW3用来调节二级运放的放大倍数，RW4用来设定两个门限电平Uref1（U7处）和Uref2（U8处），当探测电压大于Uref1时，U7输出高电平，U8输出低电平，则D2导通而D3截止，热释电OUT为高电平；当探测电压低于Uref2时U7输出低电平，U8输出高电平，则D2截止而D3导通，热释电OUT为高电平；当探测电压介于Uref1和Uref2之间时D2和D3都截止，热释电OUT为低电平。经过放大和整形的信号输入到单片机当中。2.1.2背景光检测光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强度变化而改变的电阻器，入射光强时电阻值减小。背景光检测电路如图3（左）所示，三极管的集电极输出电压输入到A/D转换器当中。由于单片机当中已经集成了高精度的12位A/D数模转换器，故选用其内部A/D转换器，其模拟量输入控制范围在0~5V,由单片机的存储及其控制寄存器Sref位确定。当背景光强度强时光敏电阻阻值减小，三极管处在非工作状态，三极管的集电极输出低电平；当背景光强度较弱的时候光敏电阻阻值增大，三极管处在工作状态，三极管的集电极输出高电平。当输出高于设定值时，物体定位检测子系统开启。同时为避免由于其他原因（如雷电、光源等）造成的影响，设置路灯开启判断时间为30s,30s后单片机检测到三极管的集电极输出确实高于预设值时，单片机发出物体定位检测开启信号。2.2LED恒流源驱动模块及PWM驱动方式LED由于寿命长、节能、环保和光电效率高等众多优点，成为了照明领域关注的焦点。根据LED的伏安特性曲线可知，LED正向伏安特性非常陡，微小的驱动电压的波动就会导致LED驱动电流的急剧变化，这将直接影响到LED的寿命、光通量和可靠性。LED独特的电气特性使得LED驱动电路也面临更大的挑战，LED驱动电路关系到整个LED照明系统性能的可靠性。因此为防止LED的损坏，要求所设计驱动能够精准控制LED的驱动电流。本系统设计的恒流源是在恒压源模式控制上增加了一个电流串联负反馈，恒流源的输出值也反映了电压源输出的大小，但其可以精确控制LED的驱动电流，从而稳定控制LED的亮度。恒流源驱动电路如图3（右）所示。电流串联负反馈由U4和Q3组成。系统采用PWM对LED光亮度进行调节。用PWM对LED进行调光实际上是某一固定直流电压经过以一定频率打开与闭合的开关，从而改变LED上的电压。假设某一固定直流电压能够提供的最大电流为Imax,开关频率为f且闭合周期为t,则有通过LED的平均电流I为：因此只要改变闭合周期t就可以改变通过LED的平均电流，进而改变LED的亮度。假设系统输出的PWM的占空比为τ，PWM的频率和输出电压分别为f和UPWM,则由图3电路可知通过LED的电流值为：式中，t0=Tτ，i为电流的瞬时值，UPWM为PWM的输出电压。在获得同样的发光亮度时脉冲电流驱动方式比直流电流驱动方式所需要的电流值更小，所以脉冲电流驱动可以给系统带来高效性。3系统软件设计根据硬件设计时各个模块的功能和要求，系统软件的设计主要是和硬件电路相结合。本次设计将系统功能分为具有独立子功能的控制模块。设计采用模块化的方式更易于阅读和理解，软件结构更加清晰，而且利于软件调试。系统软件方案主要由初始化程序、背景光检测程序、人体红外信号检测程序和RS-485协议等[6]构成。电路上电启动后，单片机进行初始化操作，电路控制系统进入工作状态，该系统的工作流程图如图4所示。在规定亮灯时间内，如果背景光强度较弱，上位机向下位机发送开始工作命令和信息，否则下位机等待响应上位机发送命令。下位机响应后，当有人或者车辆进入红外探测区域单片机根据背景光的强度，输出脉宽调制信号PWM,驱动控制器点亮LED,保证LED光强度足以满足路面的可见度。如果下位机没有探测到红外信号，路灯LED熄灭。图4系统流程图4实验结果及分析由于到达现场进行实验有一定的难度，所以实验仿真只对人体红外信号进行了检测。设置系统规定亮灯时间段为PM6:00~7:00,将热释电红外传感器固定在实验室台上，传感器的输出端接在示波器的探头上，人走向传感器探测区域，观察示波器上有无波形输出。测试结果如表1所示，A表示传感器没有罩上菲涅耳透镜的输出结果；B表示传感器罩上菲涅耳透镜的输出结果。结果表明，系统可以精确控制智能路灯的开启时间；菲涅耳透镜可以显着提高传感器的探测灵敏度。表1传感器检测输出结果测试恒流源驱动电路的时候选用1W的大功率LED灯珠，通过调节PWM的占空比来检测通过LED的电流值。如果LED亮暗的频率超过100Hz,人眼看到的就是平均亮度，而不是LED的闪烁。实验仿真设定PWM输出信号的频率为1kHz,实验仿真结果如表2所示。从表2看出，恒流源的误差精度在±4mA,LED的工作电流与PWM输出信号的占空比成正比关系。恒流源驱动电路虽然简单，但其性能非常优秀。表2LED路灯工作电流测试5结语研究设计智能化、运行可靠和高效节能的路灯控制系统，是智能交通系统的必然需求。系统以低功耗单片机为系统控制核心，使用RS-485通信协议完成上位机对下位机的控制，通过热释电传感器探测人与车辆发出的红外信号，利用MSP430的内部资源PWM实现了路灯的智能调光控制。系统设计完全从节能和性价比的角度出发提高了路灯的用电效率和智能化程度，在节约能源、电力资源合理利用的今天，该系统有着十分广阔的社会和商业前景。转载自——维库电子市场网

引言随着社会的迅速发展，智能小区逐渐进人人们的生活，而自动抄表系统是智能小区的重要功能之一。在水、电、气管理方面，采用自动抄表技术，不仅能节约人力资源，更重要的是可提高抄表的准确性，减少因估计或誊写而造成帐单出错的现象，使水、电、气管理部门能及时准确获得数据信息。另外用户不再需要与抄表者预约上门抄表时间，还能迅速查询帐单，所以这种技术越来越受到用户欢迎。针对目前市场上自动抄表系统价格不菲的现状，设计一种由零功耗磁敏传感器产生脉冲信号，利用MSP430系列超低功耗单片机的捕获功能捕获信号的数据采集系统。该采集系统价格相对低廉，性能可靠，适用于水、煤气、电表的远传采集；数据传输总线选用M-BUS，传输速度快、距离远、可靠性高。1、工作原理该数据采集系统是对传统电表、水表、气表抄表系统加以改进，使其适合远传抄表。以普通的煤气表为例，选择在基表最后一级齿轮处加一磁铁（不算显示部分的逐级传递齿轮）。该级齿轮每转1圈，都要拨动显示部分的逐级传递齿轮8次，而每拨1次是O．001立方米，所以，该级齿轮每转1圈，共计0．008立方米。的煤气。也就是最后一级齿轮每转125圈，即拨动显示部分的逐级传递齿轮1000次，煤气表的显示部分的计数为1立方米。而当小磁铁经过零功耗磁敏传感器表面时产生脉冲信号，利用MSP430单片机的捕获功能捕获到信号，引起中断，数据存储区地址1自加1；若加到150，地址2自加1，地址1清零。存储区地址2中的数据就是煤气表基表的数据。当总线要求单片机传输数据时，单片机先确定是否可以传输数据。若可以，将地址2中的数据写入发送缓存，一位位地将数据发送出去；若不可以，等单片机空闲时再发送数据。2、主要特点该数据采集系统主要具有以下特点：①采用零功耗磁敏传感器作为采集前端，工作时无须使用外加电源，且无触点、耐腐蚀、防水，寿命很长。②采用MSP430系列单片机中的MSP430F449作为数据处理芯片，性能优良，价格低廉。③采用M-BUS（Meter-BUS）总线进行数据传输，传输距离远，速度快，可靠性高。④采集电路功耗很低，可采用锂电池供电或采用M-BUs总线供电。3、数据采集系统的软硬件设计3．1设备选型选用的TI公司16位FIash型MSP430系列超低功耗类型的单片机，特别适合于电池应用的场合或手持设备。在超低功耗方面，该单片机能够实现在1．8～3．6V电压、1MHz的时钟条件下，耗电电流在O．1～400μA之间；在片内外设方面，含有P0～P6七个I／O口、2个定时器（TImer_A、TImer_B）、1个看门狗、内部集成2KB的ROM和60KB的RAM，可10万次重复编程；MSP430系列单片机均为工业级的产品，运行环境温度为-40～+85℃；在价格方面，MSP430系列单片机一般只有几十元。总之，MSP430系列单片机的性价比不错，完全能够满足系统开发的需要。在远传抄表系统中，有多种传感器可被选用，常用的有光电传感器和霍尔传感器。光电传感器和霍尔传感器工作时，都需要供电，电流一般为毫安级。这将导致供电电池的极大耗费。对于煤气表来说，在基表中通电还会引起安全方面的问题。选用零功耗磁敏传感器，工作时无须使用外加电源，适用于微功耗仪表，在远传抄表系统中是一种较好的采集用传感器。零功耗磁敏传感器是通过韦根德效应制成的，故又名韦根德传感器，是利用磁性双稳态功能合金材料中的磁畴在磁场中的运动特性制作而成的。当外磁场发生变化时，磁畴磁化方向瞬间发生翻转，而当外磁场撤离后，它又瞬间恢复到原有的磁化方向，由此在合金材料周围的检测线圈中会感应出电脉冲信号，实现磁电转换。M-BUS总线是欧洲新型总线结构——仪表总线，由德国Paderborm大学的Ziegler教授和德国TechemAG公司以及德国的TexasIntrument公司共同开发的，采用新的仪表总线和相关技术的数据采集系统，具有以下特点：①可采用普通3的双绞线电缆连接及任意总线拓扑结构（星形、树形等），使系统布线施工简单、扩展灵活。②最大的总线长度可以达到lkm（波特率≤9600bps时）。③系统的每一个标记具有惟一的地址码，方便管理。④双绞线同时完成数据通信和提供表具的电源，可为用户提供3种供电方式（远程供电、电池和远程供电以及运用光耦合后单一的电池供电）。⑤系统可实现300～9600bps半双工异步通信。通信媒介可采用普通双绞线，总线极性可互换，并可以通过中继器扩大网络或系统的覆盖范围。⑥每个M-BUS系统都有一个电平转换器。该转换器提供RS232或者RS485接口，以实现与中心计算机的通信。该系统最多可以连接250个用户表，如图1所示。3.2硬件电路设计基于MSP430F449单片机的数据采集系统电路原理图分为两个部分：数据采集模块和通信模块。（1）数据采集模块数据采集器，是为准确采集三表数据而设计的，如图2所示，包括晶振电路、电源电路、传感器电路等。①晶振电路。图1中提供了高速和低速2个晶振电路，可输出3种不同频率的时钟给单片机内部的不同模块。用户可用高速晶体产生频率较高的MCLK供给CPU，以满足高速的数据运算需要；也可以在不需要CPU工作时关闭高速晶体；而对于实时时钟，可用低速晶体产生频率较低的ACLK供给。②电源电路。MSP430F449单片机的工作电压在1．8～3．6V之间，工作电流在0．1～400μA之间。本电路中，工作电压为3V，可由锂电池或M-BUS总线为单片机供电。③复位电路。单片机的复位电路接在94引脚处。④传感器电路。经过试验，零功耗磁敏传感器可直接接到单片机的捕获端口TAl。当装在煤气表齿轮上的小磁铁经过传感器表面时，产生脉冲信号，利用单片机的捕获功能捕获信号。为确保传感器采集数据的准确性，图1中加入了低功耗运算放大器LM358以放大传感器的脉冲信号。采集端口P1．2处的电压为高电压，等于Vcpu（3V）。当三级管C9018基级电压大于0．7v时，采集端口P1．2被拉低，单片机计数。通过实验，每当小磁铁经过传感器1次，单片机的地址1就增计数1次。（2）通信模块通信模块即单片机和总线集中器之间的数据传输电路，如图3所示。TSS721A是美国德州仪器公司1999年初生产的一种用于M-Bus的专用收发器芯片。其内含的接口电路可以调节仪表总线结构中主从机之间的电平，可通过光电耦合器等隔离器件与总线连接。该收发器由总线供电，对从机不增加功率需求；外形采用16脚双列直插封装，将整个数据发送功能集于一体。其特点如下：①满足国际ENl434-3标准；②具有动态电平识别的接收逻辑；③通过电阻可调接收电流；④无极性连接；⑤防掉电功能；⑥可提供3．3V稳压源；⑦支持远程供电；⑧半双工下波特率可达9600bps；⑨支持UART协议；⑩从机可由总线或后备电池供电。该芯片上有8位拨段开关，用来设置总线上表具的惟一地址。而作为Master的主机存储各采集器模块的地址，并根据主控机的请求将采集模块的数据抄上来。集中器设置各采集模块的分频系数和各表的量纲和倍率。为了布线方便，采用异步串行通信。所选取的MSP430F449微处理器内部含有2个USART模块（USART0和USART1）。该模块内部包含波特率设置部分、接收部分、发送部分以及接口部分。波特率设置模块的时钟来源于内部时钟或外部输入时钟，由SSEL1和SSEL0选择，以决定最终进入模块的频率。时钟信号BRCLK送入1个15位的分频器，通过一系列的硬件控制，最终输出移出和移人的两个移位寄存器使用的移位时钟BITCLK，信号波特率的设置由分频因子N和所需的波特率（9600bps）来决定，数据的传送或接收主要是通过一个移位寄存器。接收时移位寄存器将接收来的数据流组合满一个字节，就保存到接收缓存URXBUF；发送时，将发送缓存UTXBUF内的数据一位一位地送到发送端口。TSS721A的8位拨段开关用来设置总线上表具的惟一地址。上位机通过寻址的方式来实现和微处理器MSP430F448之间的通信。每次主机对某一地址呼叫，只有地址像相符的从机才可以识别呼叫并做出相应的响应。所采用的通信协议是半双工通信协议。3．3软件设计MSP430的开发软件较多，这里使用的是IAR公司的集成开发环境：IAREmbeddedworkbench嵌入式工作台以及调试器C-SPY。利用MSP430单片机的捕获功能，测试单片机能否准确捕获到来自传感器的信号。程序流程如图4所示。首先，对单片机进行初始化，定义单片机时钟、上升沿捕获、传输方式和输入输出端口设置等工作。然后开发中断程序，一旦有允许中断请求，CPU被唤醒，进入活动模式，执行中断服务程序，执行完毕，系统返回到中断前的状态，继续低功耗模式。如图4所示，运行完主程序后，系统进入低功耗模式，如出现中断1，CPU被唤醒，并将RAM中某一地址的数据自加1；如出现中断2，CPU被唤醒，通过传输线路可以将RAM中某一地址的数据传输给PC的串口界面。如出现中断1和中断2同时出现的特殊情况，通过实验，中断1的优先级高于中断2，即先执行完中断服务1后，再执行中断服务2。4、结论从采集数据的安全性和可靠性两个方面着手，选用新型传感器和低功耗MSP430系列单片机，设计出了用于远传抄表的数据采集系统。该系统采用M-BSU总线进行数据传输。在M-UBS调试器软件环境下的实验结果表明，采集部分捕获信号准确率高，电路设计和软件设计合理，而且价格相对便宜，具有很好的应用前景。转载自——维库电子市场网

简述移相电路常用于同步检测器的数据处理中。目前资料上有很多移相电路，其实现方法多种多样，大致可分为模拟式和数字式移相器两类。模拟式移相器的电路较为复杂、线性差、测试精度低；数字式移相器大多以标准逻辑器件按传统数字系统设计方法设计而成，其缺点为功耗大、可靠性低。本文介绍的基于单片机控制的数字移相器，采用环形队列实现信号波形的任意相位移相，并且保持波形的幅度、频率不变。其测试精度高，失真度小。系统原理方框图如图1所示。1系统硬件电路设计本系统的硬件电路主要由输入信号倍频电路、AT89C51单片机、A/D转换器、D/A转换器、6116存储器及键盘/显示等电路构成。1.1输入信号倍频电路倍频电路由锁相环CC4046及双BCD同步加法计数器4518组成。4518作分频器用，实现720分频，其中，U3：A实现9分频，U2实现80分频。倍频电路中锁相环的输入信号是经过电压比较电路把工频信号变换成的方波信号。当分频器的输出信号(U2：A的6脚输出信号)与锁相环的输入信号fi相一致时，锁相环芯片U1锁存输出的信号频率为fo。假如输入信号频率fi=50Hz，则输出频率fo=36kHz。具体电路如图2所示。该倍频信号的波形如图3所示，主要有两方面的用途，一是控制A/D转换的采样点数及采样的时间间隔(即一个周期采样720个点)。二是控制D/A输出数据的时间间隔，从而达到输入信号频率与输出信号频率一致。1.2单片机系统主电路本电路主要由单片机AT89C51、键盘/显示电路、模数转换器AD574A、数模转换器DAC0832、6116存储器等构成，具体电路如图5所示(键盘/显示电路和6116存储器等图中未画出)。键盘主要用来实现移相的具体数值(度)的设置，功能键包括设置键、数字键(“↑”、“→”)、复位键、运行键等五个键，最多可置720个0(720×0.5度=360度)，因此可达到0～360度的相移。根据任意设定的相位数值，把相位及数据存储到队列(如图4所示)中的相应位置置0。显示用四位数码管实现，最低位为小数位，其余3位为整数位，可显示范围为0.5～360度。A/D实现对波形数据(幅度)的采集、转换。A/D每采集一个点，就存入存储器的队列中。同样D/A借助单片机先从队列中读入一个数据，再由倍频信号fo来控制D/A输出数据的时间间隔，D/A的第一周期输出从“输出1”口输出，以后则从“输出2”口输出，对采集的720个数据循环输出，因此达到了移相的目的。另外，因D/AC0832模/数芯片输出的波形存在毛刺，需要进行滤波，通过实验，在其输出端加一个1000p的电容就可以使这些毛剌基本消失，得到较平滑的波形。2系统软件设计整个系统软件的执行过程为：首先，通过键盘设置移相的数值，同时在显示器上显示出移相的度数；其次，启动A/D把转换结果存入队列，在A/D的转换过程中，D/A从队列中读出相应数据后D/A输出；第三，D/A不断循环输出，实现连续的移相后的工频信号。系统软件流程框图如图6所示。3结束语该数字移相器可对任意波形信号(如正弦波、三角波、锯齿波、方波等波形)进行任意相位的移相，具有测量精度高、跟踪速度快的特点，根据设定要求移相后所获得的输出波形与输入信号波形的幅度、频率逼近，即输出移相后波形的失真度较小。转载自——维库电子市场网

5月19日消息，据国外媒体报道，台积电上周五已在官网宣布拟在美国建设5nm芯片工厂，产业观察人士表示，台积电在美国建厂之后，三星和格罗方德这两家芯片代工商所面临的压力就会更大。从官网所公布的消息来看，台积电的这一工厂将建在亚利桑那州，2021年动工，计划2024年投产，月产20000片晶圆，包括资本支出在内，台积电2021年到2029年拟在这一工厂上投入120亿美元。对于台积电在美国建厂，产业观察人士表示，建厂之后其在芯片代工方面的竞争对手三星和格罗方德，所面临的压力就会更大。产业观察人士表示，在芯片代工方面，工艺领先的台积电牢牢占据着主导地位，芯片代工市场的份额超过了50%，而这还是在没有在美国运营有工厂的前提下取得的。产业观察人士进一步表示，台积电虽然在美国没有工厂，但美国厂商却是其主要的收入来源，苹果、博通、高通、英伟达等厂商均是台积电的客户，获得这些客户的订单，主要是得益于台积电先进的芯片代工技术。但在美国建厂之后，距离这些客户更近，便于量产前的沟通协调和生产后的交付，在保持工艺领先的同时，也更能确保这些客户的订单。在美国建厂方面，三星要远早于台积电，三星奥斯汀的半导体工厂，在2005年就已经投产，随后不断扩展，也曾投产14nm工艺，但并未撼动台积电在美国芯片设计厂商眼中的地位。当然，外媒在报道中表示三星计划未来在美国工厂投产更先进的芯片工艺，但能否从台积电手中抢到订单，还是未知数。格罗方德虽是一家美国的芯片代工商，但在2018年，他们就已宣布放弃7nm及更先进的工艺，因而已不会在芯片工艺方面给台积电带来挑战，随着台积电芯片工艺的进一步提升，反而会是台积电给格罗方德带来更大的压力。转载自中文业界资讯站。

1、前言目前，时钟的种类是越来越多样，功能是越来越丰富了，但大多时钟还是传统上的时钟，即固定的表盘与指针，其形式与功能都比较单一，故难以吸引人。而一款旋转时钟不仅在创意上摆脱了传统时钟的设计而且也能迎合人们猎奇的心理，并且功能也可以多样化，不仅可以显示时间、日期，甚至连文字都能够显示。文章基于单片机设计了一款跟传统机械时钟一样具有秒针、分针、时针和表盘刻度的旋转时钟，并且具有准确显示即时时间和校准时间功能，且均可由红外遥控器方便完成。2、总体设计思想及方案文章拟采用16个发光二极管的亮灭来模拟时钟表盘，其旋转用一个直流电机转动来实现;时钟的1s源信号用DS1302时钟芯片产生;为了保证时钟盘面显示的稳定采用红外对管来实现;为了对旋转起来的电路板供电方便，采用无线供电;为了能够方便地调节旋转时钟的时间，拟采用红外遥控。故该系统的硬件模块主要由以下几部分组成：显示模块、无线供电模块、单片机最小系统模块、红外遥控模块、时钟模块、校准模块、电机驱动模块。其系统原理框图如图2.1所示。其中无线供电模块利用线圈耦合将能量传输给单片机系统，单片机系统就能正常工作了。电机带动单片机系统快速旋转;然后单片机再快速读取时钟模块的时间，并将这些时间信息送给显示模块;显示模块就能根据这些时间信息控制相应的发光二极管亮灭，再配合电机的旋转就能实现时钟的显示了。由于整个时钟是高速旋转的，所以对时间、位置等参数的设置采用红外遥控模块来实现比较方便。时钟模块就是为整个系统提供准确的时间，而校准模块是用来对时钟显示的起点进行检测。3、单元模块电路分析与设计3.1单片机最小系统模块分析与设计单片机最小系统模块是由单片机芯片（STC12C5A60S2）、时钟晶振电路和复位电路组成。其中复位电路能够实现按键复位和上电即复位的两个功能。时钟晶振电路使用12MHz的晶振，给单片机提供时钟信号。STC12C5A60S2芯片的31脚（/EA端）接高电平，使其从内部的程序存储器读取指令，为了防止31脚意外输出低电平而将单片机烧坏，需要在31脚外接一个10K的电阻。3.2无线供电模块分析与设计无线供电模块由发送模块和接收模块组成。其中无线发送模块主要由三极管B772和9013以及初级线圈等组成。其中B772工作时发热会很厉害，所以要外加散热片。电路主要工作原理是根据法拉第电磁感应定律，先将直流电变成交流电，然后通过初级线圈将能量发送出去，次级线圈最终感应得电，在经过相应的电路从而完成对单片机供电。其中，直流电转交流电部分采用的是一个自激震荡电路。无线接收模块原理主要如下：首先次级线圈用来接收发送模块的初级线圈发送出来的能量，因为发送模块采用的是直流变交流将能量传送出去，所以次级线圈最总感应到的是交流电，而单片机的供电要求是直流电，所以必须经过整流才能变成直流电，最后再经7805稳压芯片，用来输出稳定的5V电源，用来给单片机供电。3.3电机驱动模块分析与设计电机驱动模块使用的电机是RF370电机，当其工作电压选在5V时它的转速在2500～3100转/分，电流也只需20mA，非常省电，并且转速能满足设计要求，旋转时噪音也小，所以很适合用来完成设计。电机是通过一个2脚插针连接到无线供电发送模块中的，此时5V电源给电机供电。由于电机工作的时候会储存能量，当停止工作的时候就会释放掉，为了避免电机释放的电流可能会烧坏其它电路，故需在电机两端并联一个限流二极管1N4148起保护电路作用。3.4时钟模块分析与设计时钟模块就由时钟芯片DS1302与其外围硬件电路组成。DS1302芯片在2脚和3脚之间接一个32.768KHz的晶振，DS1302芯片内部经过分频就能得到1Hz的标准信号，为时钟提供精准的时间信号。8脚的Vcc1外接3V纽扣电池，当模块断电后，它能让DS1302继续工作来保存时间数据;1脚的VCC2也是要外接电源5V，当双电源时VCC2作为主电源给模块供电;5脚（/RST）是复位/片选端，用来控制DS1302与外通信，接单片机P3.5引脚;7脚（SCLK）是串行时钟输入端，为数据传输提供时钟，该脚与单片机的P3.7脚连接;6脚（I/O）是串行数据输入/输出端（双向），为通信时数据传输引脚，与单片机的P3.6脚连接。3.5校准模块分析与设计由于旋转时钟要让LED旋转起来要有圆形的效果，那么就要借助传感器或红外对管来帮助判断出起点位置，也能让时钟的盘面显示固定。本设计采用的是红外对管，其中红外发射管是焊接在无线供电发送模块中的，红外接收管与单片机的P3.3引脚相连，当接收管收到发射管信号时，电阻值会变得很小，此时P3.3处输出低电平;当没接收到信号时，接收管的阻值就变的很大，此时P3.3处就输出高电平，即产生了一个下降沿。P3.3脚是单片机外部中断1的输入引脚，如果将该中断设置为下降沿触发，则来了下降沿就立马触发中断，让单片机转去执行起点检测程序，以实现时钟能够正常准确显示。3.6显示模块分析与设计显示模块就利用一排LED灯来实现显示时钟效果。在该设计中，借助16个LED灯与单片机的P1、P0引脚相连来完成，其中D1～D4是绿色LED灯，D5～D16是红色LED灯。D1用来显示时钟圆盘边框，D2～D4用来显示表盘刻度，如果时间是12点、3点、6点、9点时就亮3个灯，如果是其他时刻时就亮两个灯。D5～D16是用来实现表盘指针的显示，让显示效果跟实际的时钟指针一样。由于时钟中，秒针最长，所以显示秒针时D5～D16要全部点亮;分针的长度居中，所以显示时就D8～D16要全部点亮;时针的长度最短，所以显示时就只点亮D11～D16。3.7红外遥控模块分析与设计红外遥控模块由遥控器和接收模块组成，使用的遥控器采用的是NEC协议，许多家电的红外遥控就是采用这种协议。接收模块用到了红外一体化接收头VS1838B，其中它的3引脚接电源5V，2脚接地，1脚把接收头解调后的信号传送到单片机的外部中断0引脚（即P3.2），利用中断未让单片机实现红外解码。4、软件程序分析与设计程序设计的主要思想是：先用一个定时器产生固定的时间中断，中断执行的主要任务是让一个变量（就取名为Count）自加1。这个变量Count很重要的，因为就是根据它的值来决定显示的。比如电机每旋转一圈，Count就从0加到180，一个表盘有60个刻度（即因秒和分都是60），那Count每加15，单片机就要驱动LED显示相应的时刻点，一直加到180，那12个时刻度点就显示出来了。所以Count的最大值最好与60成倍数关系。解决时钟指针的显示就只要读取DS1302的时间然后分别判断Count是否到达秒、分、时相应的Count值，如果到达了就分别显示出秒针、分针、时针。比如读取DS1302的秒值等于20，由于旋转一圈Count最大180，而一圈共60秒，因180/60=3，那么当Count从0加到180的过程中，当加到20*3=60时，此时单片机就要将秒针对应的LED点亮。分针显示原理与此类似，因为一个表盘上分也是有60个刻度。而时针的算法就有区别了，因为一个表盘上，时才有12个刻度。时的算法是这样的，（Hour*15）+（Minu/4）。因为表盘一圈，Count加到180，而表盘上时只有12个点，所以180/12=15，再加上分的移动会影响时针的走动，之间的换算关系是：（Minu*3）/12，Minu*3是此时分对应的Count值，而分走360度时只走30度，所以360/30=12。综合显示时所对应的Count值就是（Hour*15）+（Minu/4）。这样做的要求就是定时器的中断时间要密切配合电机旋转周期，并且电机的转速要稳定。5、系统功能测试分析实物焊接电路如图5.1和5.2所示。图5.1是电路板正面，这上面能看到的模块分别有单片机最小系统模块、显示模块、时钟模块、红外遥控接收模块和无线供电接收模块。图5.2是电路板反面，这上面有红外对管接收模块，无线供电接收线圈。2个螺丝是用来配重的。功能测试效果如图5.3、5.4、5.5和5.6所示。其中图5.3是系统上电后显示的即时时间10：43：12;图5.4表示时钟正常走动9秒后的时间10：43：21;图5.5是调整时针效果图，由刚才的10点调整到了1点;图5.6是调整分针效果图，由刚才的39分调整到50分。由测试结果可以看出，电子旋转时钟运行正常，时间显示准确、表盘显示稳定、调整时间功能亦能实现，所以设计功能达到了预期要求。6、结束语测试结果表明，文中设计的旋转时钟相比于市场上其他的方案，具有以下优点：①表盘（包括刻度和指针）显示稳定，不会出现颤动现象;②时间走动能够一直准确正常，不会出现运行一段时间后跑时错误，指针乱指等现象;③显示的亮度一致，不会出现显示亮度不匀称现象。当然，该设计也存在功能需要进一步提升的地方，比如可以加入显示日期和文字等，使表盘显示的内容增多，并且通过按键来切换显示模式等。转载自——维库电子市场网

当前工业控制系统中流行的控制方式：底层设备采用RS232总线结构，而上层的管理层一般采用以太网结构。该控制方式使信号可以在企业的Intranet上及时发布和共享，还可以在Internet/Intranet的任何位置对现场智能设备进行在线控制、功能组态以及远程诊断等，实现了控制网络真正意义上的开放性和互操作性。而RS485总线是一种基于平衡发送和差分接收的串行总线，具有很强的抗共模干扰能力，在适当的波特率下传输距离很远。同时由于其硬件设计简单、控制方便、易于进行网络扩展，被广泛的应用在很多工业现场。本文所研究的嵌入式以太网适配器，就是要解决嵌入式设备网络通信的问题，方便嵌入式系统与计算机网络的通信，实现远程监控、访问及数据的传输。一、主要芯片选择及简介1、单片机AT89S52本设计中AT89S52作为核心处理器。AT89S52是Atmel公司生产的低功耗、高性能CMOS8位单片机，片内含有8k字节的EPROM和256字节的RAM。具有ISP（在系统编程）功能。它具有灵活性高、使用方便、价格低廉等优点。因此，该芯片在嵌入式控制系统中得到了广泛应用。单片机AT89S52经过以太网传到PC机实现远程控制。利用AT89S52的ISP（在系统编程）功能，很方便地把编好的程序写到单片机中，并且调试、修改和升级很容易。由于AT89S52单片机本身提供了一组全双工串行传输口，由TXD引脚来传送串行数据，而由RXD引脚来接收数据，可是其工作逻辑电平皆为TTL电平（0V，5V）。AT89S52最小系统如图1所示。图1AT89S52最小系统2、网络控制芯片ENC624J600ENC624J600网络控制器是一款带有行业标准串行接口和并行接口的，专为嵌入式应用系统设计的独立以太网控制芯片。ENC624J600通过SPI或并行接口与单片机通信，数据传输速率为14Mbit/s（对于SPI）至160Mbit/s（对于16位的并行接口），ENC624J600主要功能特性有，自适应的选择传输速率，支持10Mbit/s或100Mbit/s；充分支持半双工或全双工交换式以太网；可编程填充和CRC生成；提供24KBA片内RAM缓冲区，用于执行发送和接手操作，主单片机还可以用它来进行常规的存储操作；支持总线8位或16位CPU访问，可编程自动拒绝错误数据包；可编程为发生冲突时自动重发。ENC624J600器件符合IEEE802.3中适用于10Base-T和100Base-TX以太网的全部规范，包括许多可选条款，例如自动协商。ENC624J600器件采用了一系列数据包过滤机制以对传入数据包进行限制。它还提供了一个16位宽的内部DMA以实现快速数据吞吐和硬件IP校验和计算支持。对于需要SSL、TLS以及其他与加密相关的协议的安全和身份验证功能的应用，提供了一个安全引擎模块。该引擎可执行RSA、Diffie-Hellman、AES、MD5和SHA-1算法计算，以缩短代码大小、加快连接的建立和吞吐，并减少固件开发的工作量。通过SPI或并行接口与单片机通信，数据传输速率为14Mbit/s（对于SPI）至160Mbit/s（对于16位解复用并行接口）。提供了专用于LED连接、活动指示以及发送/接收/DMA中断的引脚。提供了一个通用24KB片内RAM缓冲区，用于执行发送和接收操作。主单片机还可以用它来进行常规存储操作。通信协议（例如TCP）可使用此存储器保存可能需要重新发送的数据。在最终产品易于生产性方面，ENC624J600系列的每个器件都预编程了唯一的非易失性MAC地址。在大多数情况下，这使最终器件省去了串行编程步骤，图2给出了器件的一般框图。图2ENC624J600的框图3、外部数据存储器FM1808FM1808是基于铁电存储器原理制造的并行接口256Kbit铁电存储器，FM1808的主要特性如下：采用先进的铁电技术制造；存储容量为256Kbit；读写寿命为100亿次；掉电数据可保存10年；写数据无延时；存取时间为70ns；低功耗，工作电流为25mA，待机电流仅为20uA；采用单5V工作电压；工作温度范围为-40℃～+85℃；具有特别优良的防潮湿、防电击及抗震性能；与SRAM或并行EEPROM管脚兼容。二、硬件电路设计1、AT89S52与以太网控制器连接电路的设计本系统里，P0口被作为低8位地址/数据复用，当作数据线使用时用来连接NC624J600的8位数据接口。当作为地址线使用时，为了给ENC624J600提供15位地址的低8位，要采用复用技术，对地址和数据进行分离。因此P0口连接到74ls373的D0~D7，把低8位地址暂存，随后有地址锁存器的O0～O7给ENC624J600提供15位地址的低8位，而高7位由P2口通过74ls245提供，如图3所示。要使与单片机的接口具有高度的灵活性，ENC624J600器件提供了两种选择：基于串行外设接口（SPI）标准的串行接口和灵活的8/16位并行从端口接口。在任何给定时间只能使用一个接口。本课题中，AT89S52单片机和ENC624J600的连接选择PSP接口，如图3所示。要选择PSP接口，则在上电时通过INT/SPISEL引脚上的SPISEL功能由硬件选择I/O接口。要完成此操作，需在向器件供电且器件退出上电复位状态后将施加到该引脚的电平约锁存1至10μs。如果SPISEL被锁存在逻辑高电平状态，将使能串行接口。如果SPISEL被锁存在逻辑低电平状态，则使能PSP接口。图3AT89S52与以太网控制器连接电路的设计2、AT89S52和与外部扩展存储器FM1808的电路设计AT89S52与FM1808的连接与AT89S52与NC624J600的连接类似，P0口被作为低8位地址/数据复用，当作数据线使用时用来连接FM1808的8位数据。当作为地址线使用时，采用复用技术，对地址和数据进行分离，给FM1808提供15位地址的低8位，而高7位由P2口通过74ls245提供，如图4所示。图4AT89S52和与外部扩展存储器FM1808的电路设计3、电源电路设计电源模块是一块电路板最为基本的组成部分，只有稳定可靠的电源为板上芯片供电才能够保证各功能模块的正常工作，因此在电源模块的设计时首先应该初步计算电路板所有元件的功耗，然后在保证功耗的前提下选择相应的芯片进行直流电源模块设计，尽量做到体积小，重量轻；性价比合理；能长期稳定、可靠地工作。本适配器所需要的电源有3.3V。系统需要3.3V电源供电的芯片以太网控制器等。考虑到系统可能工作于高速通信模式，消耗电流会非常大，所以选用1片UC385芯片，每片UC385输出电流可达800mA，可以完全满足系统的需求。具体电路如图5所示。图5电源模块设计三、软件部分设计1、主函数上电先查询ARP，若未获取MAC，则发送ARP请求。若有新的数据，若TCP应答没有完成，则应答TCP，完成TCP三次握手。然后根据请求类型响应HTTP。2、TCP应答部分1）三次握手阶段所谓三次握手（Three-wayHandshake），是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立TCP连接，并同步连接双方的序列号和确认号并交换TCP窗口大小信息。图6三次握手（Three-wayHandshake）第一次握手：客户端发送一个TCP的SYN标志位置1的包指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始序号X，保存在包头的序列号（SequenceNumber）字段里。图7第一次握手第二次握手：服务器发回确认包（ACK）应答。即SYN标志位和ACK标志位均为1同时，将确认序号（AcknowledgementNumber）设置为客户的ISN加1以。即X+1。第三次握手，客户端再次发送确认包（ACK）SYN标志位为0，ACK标志位为1.并且把服务器发来ACK的序号字段+1，放在确定字段中发送给对方。并且在数据段放写ISN的+1图9第三次握手其实在握手和结束时确认号应该是对方序列号加1，传输数据时则是对方序列号加上对方携带应用层数据的长度。在传输TCP分包的过程中也是需要发送一分包，确认一分包的，而TCP确认包只有54字节，就是只有头部信息。因此在传输TCP分包序列号一直不变，确认号按发送数据的长度递增即可。3、HTTP1）请求连接成功建立后，开始向web服务器发送请求，这个请求一般是GET或POST命令（POST用于FORM参数的传递）。GET命令的格式为：GET路径/文件名HTTP/1.0文件名指出所访问的文件，HTTP/1.0指出Web浏览器使用的HTTP版本。现在可以发送GET命令：GET/mytest/index.htmlHTTP/1.0，2）应答web服务器收到这个请求，进行处理。从它的文档空间中搜索子目录mytest的文件index.html。如果找到该文件，Web服务器把该文件内容传送给相应的Web浏览器。为了告知浏览器，Web服务器首先传送一些HTTP头信息，然后传送具体内容（即HTTP体信息），HTTP头信息和HTTP体信息之间用一个空行分开。常用的HTTP头信息有：①HTTP1.0200OK这是Web服务器应答的第一行，列出服务器正在运行的HTTP版本号和应答代码。代码“200OK”表示请求完成。②MIME_Version:1.0它指示MIME类型的版本。③content_type：类型这个头信息非常重要，它指示HTTP体信息的MIME类型。如：content_type:text/html指示传送的数据是HTML文档。④content_length：长度值它指示HTTP体信息的长度（字节）。3）关闭连接当应答结束后，Web浏览器与Web服务器必须断开，以保证其它Web浏览器能够与Web服务器建立连接。4、提交表单GET/POSTGET请求的数据会附在URL之后（就是把数据放置在HTTP协议头中），以？分割URL和传输数据，参数之间以&相连，如：login.acTIon？name=hyddd&password=idontknow&verify=%E4%BD%A0%E5%A5%BD。如果数据是英文字母/数字，原样发送，如果是空格，转换为+，如果是中文/其他字符，则直接把字符串用BASE64加密，得出如：%E4%BD%A0%E5%A5%BD，其中％XX中的XX为该符号以16进制表示的ASCII。POST把提交的数据则放置在是HTTP包的包体中。在FORM（表单）中，Method默认为“GET”。本文中登录时提交表单数据采用的是POST方式，而提交控制信息表单时用的是GET。以下是用抓包的方式明显看出他们的不同之处。图10POST方式图11GET方式图12GET方式是提交的数据直接放在URL中了5、总体软件设计AT89S52单片机首先对ENC624J600进行初始化，首先应查询ESTAT寄存器的CLKRDY位，确保在配置MAC和PHY寄存器前有足够的延时；PHY寄存器用来设置通信模式；编程ERXST和ERXND指针对接收缓冲器进行初始化，当编程ERXST指针时，相同的值会自动更新ERXWRPT寄存器，接收硬件将从ERXWRPT中的地址开始写入已收到的数据，为跟踪接收的数据，ERXRDPT寄存器也需要用相同的值编程；为了能最大限度地降低主控制器的处理工作量，ENC624J600配备了不同的过滤器，可自动拒绝不需要的数据包，所有的过滤器都由ERXFCON寄存器进行配置，可以使用ANDOR位对几个过滤器的测试结果作逻辑/与0或逻辑/或0运算；由于未被用作接收缓冲器的存储空间都作为发送缓冲器，所以不需要对发送缓冲器进行特定的初始化，通常将存储空间分配为大的接收缓冲器空间和较小的接收存储空间。在初始化完成后，即进入主循环程序，单片机将反复检测ENC624J600是否接收到以太网帧（或者数据缓冲区B中有数据需要发送），当有数据接收（或者发送）时则根据标志位进行相应的子函数处理，将数据存入数据缓冲区（或者发送至以太网上）。主程序流程如图13所示。转载自——维库电子市场网

本文主要详解基于单片机的智能安防报警系统设计方案，我们以基于STC89C52单片机设计的方案来介绍，首先介绍了STC89C52引脚图及功能，其次阐述了基于STC89C52单片机的智能安防报警系统的硬件、软件、系统测试等方面的内容，具体的跟随小编来详细的了解一下。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52引脚图及功能STC89C52引脚说明：VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节;在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在线系统编程用）P1.6MISO（在线系统编程用）P1.7SCK（在线系统编程用）P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能：RST——复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当STC89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。基于单片机的智能安防报警系统设计方案本设计提出了一个基于STC89C52单片机控制GSM的智能家用报警系统，对房屋灾情进行实时监控和报警。系统使用温度传感器对室内温度进行检测并且在数码管显示;使用热释电红外传感器检测屋内是否有人非法侵入，检测数据传入单片机，单片机对数据进行分析和处理，若有异常，进行蜂鸣报警，并控制GSM系统向主人发送信息。该智能报警系统可以根据环境变化及时做出反应，从而保证家居环境的安全。一、系统硬件设计1、系统总体设计系统基于STC89C52单片机，主要的模块有热释电红外传感模块、温度检测模块、蜂鸣器报警模块、数码管显示模块和GSM短信报警模块。系统整体框架如图1所示。2、温度检测及显示模块设计温度检测及显示模块采用数字温度传感器DS18B20，DS18B20数字温度计接线方便，封装成后可应用于多种场合，耐磨耐碰，体积小，使用方便，并且具有超强的稳定性和卓越的灵敏性。温度检测电路如图2所示。3、热释电红外传感模块设计热释电红外传感模块主要用来对室内是否有人体进行检测，主要由热释电红外传感器RE20HDB和BISS0001处理芯片构成。BISS0001是CMOS类具有独立的高输入阻抗运算放大器，可以与多种传感器匹配，进行信号处理，能有效的抑制其他信号的干扰，稳定性高，调节范围广。若有人进入热释电红外传感器的扫描范围内，RE200B产生微弱的电压变化使得芯片被触发，经过BISS0001芯片的两级放大后，在VO信号输出端产生3.3V左右的电压;当没有人经过时，VO端输出0V，输出电压送入单片机进行判断和处理，从而实现了人体检测。4、GSM短信报警模块设计GSM模块主要由TC35i、电源电路、串口电路和GSM保护电路组成。TC35i新版西门子工业GSM模块是一个既支持英文短信又支持中文短信息的工业级GSM模块，支持数据和语音两种格式的SMS短信发送形式，且格式的设置都可通过AT命令来实现。TC35i短信模块体积小、重量轻、耗能低，具有SIM应用工具包和AT命令集控制等优点。电源电路为GSM提供合适的电压。GSM保护电路用于防止供给电压过大。二、系统软件设计系统以C和汇编语言为编程语言。该系统通过传感器对室内环境条件进行检测，检测数据传送给单片机，由单片机对数据进行处理并采取相应措施。系统程序流程如图3所示。系统启动之后，首先进行初始化操作，为了能够及时显示温度以及对非法入侵报警，系统采用中断技术，使用单片机定时中断TO，每隔500ms中断一次。打开中断后，系统开始进行工作，当有人进入时，系统调用GSM短信发送程序，并进行蜂鸣器报警，为了让报警产生效果，将报警时间延迟2分钟。GSM发送短信程序设计的流程图如图4所示。三、系统测试系统软硬件设计完成后，对各模块进行测试。接通电源后，数码管能够正常显示当前室内的温度，并且随室内温度的改变而改变，表明温度检测和显示模块功能正常;然后，对是否能够检测到人体进行了测试，当有人进入热释红外传感器扫描范围内时，系统报警并且发送短信息到指定手机，没有人体进入时，系统不报警，表明报警和短息通知功能正常。因此，该系统的温度检测、显示、报警和发送短信功能均正常。四、结论此家用报警系统，主要以防盗和室内温度检测为主，防盗报警体现于发送短信报警和驱动蜂鸣器报警，室内温度检测主要将其显示于数码管。整个设计的创新点在于系统的自动化和智能化，实用性强。使用简单实用的传感器，融合声、温、电、网络信息传输等技术，系统易于实现。此外，系统的设计思想为智能家居、智能安防等系统的开发提供参考价值。转载自——维库电子市场网

目前采用两个电极片对称覆盖治疗人体部位的电子治疗仪，是通过电极片上的脉动电压与治疗人体部位电阻产生作用，在治疗部位产生人体能够感知的脉动电流，刺激神经肌肉，使其收缩和舒张，产生运动效应，以达到治疗目的。但目前市场上此类型治疗仪产生的脉动电压只有少数几种，由于脉动电流频率周期固定，如果某治疗部位长期接受其脉动，就会产生抗疗作用，引起自发性紧张，从而降低治疗效果。为了解决这一问题，将MP3发出的随机音乐信号引入治疗仪，使音频信号与2.4kHz的中频治疗频率进行调制，产生多种脉动电压和频率周期不断变换的脉动电流。它们随音乐信号起伏变化而发生作用，使患者一边欣赏着喜欢的音乐一边接受治疗，分散注意力，缓解紧张情绪，从而有助于提高治疗效果。现提出一种基于嵌入式器件AT89C5ISNDlC的电子治疗仪设计方案，并外扩D/A、海量存储器、键盘、显示，实现基本的MP3功能;控制AT89C5lSNDlC产生音频及2.4kHz中频信号，采用数字电路完成这两种信号的调频，再经放大后，由变压器隔离输出脉动治疗电压。1工作原理基于嵌入式器件89C5lSNDlC的电子治疗仪系统硬件结构如图l所示，分为信号产生与控制模块、调频输出模块、电源模块3部分。信号产生与控制模块是由89C5lSNDlC单片机、海量存储器、键盘、USB端口、液晶显示、D/A转换器、音频放大等部分组成。当治疗仪的USB端口插入电脑的USB接口时，经单片机检测后执行U盘功能，可将选好的MP3歌曲复制到U盘（治疗仪）。当治疗仪的USB端口未插入电脑的USB接口时，治疗仪可做为MP3播报器。通过功能键设置歌曲、治疗时间、音量，通过启动/停止键控制治疗仪。治疗时，单片机产生两个反相的2.4kHz中频信号F中频、F中频和一个音频信号F音频，同时将存储的MP3格式的歌曲解码为音频数字信号，再经D/A转换放大器放大后，送至耳机或喇叭。调频输出模块是由调频、放大、输出剂量调整、输出变压器、电极片等部分组成。对两路反相中频信号和一路音频信号进行调频，调频后的信号经放大后，由输出变压器隔离输出脉冲电压，通过电极片对称覆盖到人体的治疗部位，人体会感知到随音乐起伏变化的电流刺激。通过输出剂量调整，满足人体不同治疗部位以及皮肤干湿度的不同所能承受感知电流的要求。电源模块可提供15V、5V、3.3V系统工作电压。当治疗仪的USB端口插入电脑USB接口时，单片机执行U盘功能，由电脑USB接口提供+5V的电源。治疗时，治疗仪的供电电源是由220V的交流电源经变压、整流、稳压、滤波产生。2硬件系统设计2.1MCU介绍嵌入式器件AT89C5lSNDlC集CPU、MP3解码器、USB控制器等器件于一体。AT89C51SNDlC不但具有51系列单片机的控制功能，并可扩展为MP3及U盘，采用PLCC封装，其内部结构框图如图2所示。AT89C5lSNDlC的P0、P1、P3端口功能与5l系列单片机相兼容，另外增加了8位的P4端口、4位的P5端口。时钟电路与复位电路连接法与51系列单片机。首次使用该器件需要分别下载USB驱动程序、用户程序。在AT89C51SNDlC的64KBROM中，地址FOOOH-FFFFH已同化好4K字节BootLoader代码。出厂时，已将BLJB位置为1，这样上电后自动执行BootLoader代码，等待从USB接口下载U盘驱动程序或用户程序目标代码。下载完成后，应在下载软件中将BIJJB位置为0，再次上电，自动执行用户程序。如果仍需要修改用户程序，可将ISP引脚置为低电平。则上电复位后，自动引导执行BootLoader代码，等待更新用户程序。重新启动用户程序，应将ISP引脚置为高电平。2.2信号产生与控制模块信号产生与控制模块电路原理框图如图3所示。为实现MP3及U盘功能，AT89C51SNDlC单片机需外接一个NAND-Flash海量存储器，这里选用16MB的K9F2808U0C，其数据线I/00～I/07接P0端口，控制线接P5端口。MP3音频解码输出信号，而该单片机的DOUT、DLCK、DSEL、SCLK引脚接D/A转换器CS4330，经过放大，输出到耳机收听MP3播放的歌曲。液晶屏接单片机的P2端口，与键盘相配合以显示当前治疗仪的工作状态。键盘上有4个按键，“音量/歌曲/定时”功能键接P1.0引脚，分别与P1.1引脚所接的“next”键和P1.2引脚所接的“previ-OHS”键相配合，实现音量调节、歌曲选定、治疗定时等功能设定;而“启动/停止”键接P1.3引脚。AT89C5lSNDlC单片机的P3.3引脚用于检测当前使用的是U盘还是MP3播放器。如将治疗仪的USB引线接到电脑的USB端口，P3.3引脚则检测到高电平，执行U盘程序，此时，单片机的工作电源来自于USB接口;否则，P3.3引脚检测到低电平，则执行MP3程序。中频信号F中频、F中频和音频信号F音频分别接AT89C5lSN-DlC单片机的P4.4、P4.5和DOUT引脚。2.3调频输出模块调频输出模块电路原理图如图4所示。音频信号F音频分别与中频信号F中频和中频相调制，产生两个相位相反的调制波形，再经9013、8050、D880Y放大后送至变压器的两个输入端。变压器中间抽头电压可通过毫安表所接的剂量调节电路进行调整。47kΩ电位器即剂量调节电位器，向下调则毫安表指示的电流变小，反之变大。变压器隔离输出电压变化与输入电压同步变化。输出电压经电极片与人体接触，在人体内产生感知电流。根据理疗部位的不同以及皮肤的干湿程度不同，人体的感知电流也不一样。理疗时需要调整电位器，使理疗者感觉舒适即可。2.4电源模块治疗仪所需3.3V、5V、15V的工作电压都来自于电源模块，其原理如图5所示。3.3V电压可提供给嵌入式器件AT89C51SNDlC使用;5V电压可提供给调频、放大电路使用;15V电压可提供给输出剂量调节电路。其中，5V稳压采用78L05，3.3V稳压采用LDll17S33。当使用U盘功能时，治疗仪的USB端口插入电脑的USB接口，不接220V的交流电源，单片机工作电压则由USB接口提供。3系统软件设计与硬件电路功能配合，系统软件设计流程如图6所示;键盘中断服务程序流程如图7所示。4结语设计的便携设备电池监测系统利用可编程的电池电量监测芯片BQ27210和外部高集成处理器C805lF304实现了对电池电量、可使用时间、温度、电压等信息的实时监测，并通过I2C总线进行数据的传输处理，具有精度高，体积小，成本低等特点，现已应用于某些手持数据采集设备。转载自——维库电子市场网

该设计运用三星公司的S3C2440，结合ICRoute公司的高性能语音识别芯片LD3320，进行了语音识别系统的硬件和软件设计。在嵌入式Linux操作系统下，运用多进程机制完成了对语音识别芯片、超声波测距和云台的控制，并将语音识别技术应用于多角度超声波测距系统中。通过测试，系统可以通过识别语音指令控制测量方向，无需手动干预，最后将测量结果通过语音播放出来。1．引言语言是人类传播信息的重要手段，语音识别则是实现语音控制的关键技术。采用嵌入式语音识别技术使得设备具有功耗低、使用简便、灵活等优点，摆脱了复杂按键和按钮的困扰，在服务机器人、智能家居及消费电子等领域发挥着重要作用。2．系统构成与原理语音识别主要包括两个阶段：训练阶段和识别阶段。在训练或识别过程中，都必须对输入语音进行预处理和特征提取。训练阶段通过用户输入的若干次训练语音，经过预处理和特征提取后得到特征参数，最后通过特征参数建模，进而建立训练语音的参考模型库。而识别阶段是将输入语音的特征矢量参数和参考模型库中的参考模型进行相似性度量，然后把相似度最高的输入特征矢量作为识别结果输出，从而达到语音识别目的，如图1所示。语音识别技术可分为：特定人识别和非特定人识别两种。特定人识别是指需要对待识别人的语音进行采集训练，识别对象为专门的人；非特定人识别是指识别对象为大多数用户，一般要采集多个人的语音进行录音、训练和学习，从而达到较高的识别率。在实际应用中，现代技术开发嵌入式语音识别有两种实现方式：调入嵌入式语音开发包和外扩语音识别芯片。本文的语音识别系统方案是以嵌入式处理器S3C2440为核心，外扩非特定人语音识别芯片LD3320，并将超声波测距模块和云台相结合作为系统的机械执行机构。系统测量过程如下：首先根据语音指令控制两自由度云台的位姿，使超声波探测器指向特定方向，然后开启超声波探测器，测量出前方障碍物距离，最后将测量结果转化为可以播放的二进制数据流，通过LD3320的播放功能完成数据的播放。3．硬件电路设计方案硬件电路主要包括语音识别部分、主控部分、超声波测距部分和舵机控制部分，如图2所示。处理器为三星公司的S3C2440，系统主频最高可达533MHz，支持SPI、I2C、UART等接口，能够满足控制系统的需求。主控芯片S3C2440通过SPI总线完成对语音识别模块的读写操作，超声波测距部分和舵机控制部分由处理器的GPIO进行统一控制。3．1语音识别电路设计为了使系统能够识别操作人员发出的语音指令，设计中采用了由ICRoute公司设计生产的非特定人语音识别芯片LD3320，它集成了语音识别处理电路和一些外部电路，包括AD、DA转换器、麦克风接口、声音输出接口等，不需要外接任何的辅助芯片如Flash、RAM。在主控制器的控制下，可以识别出预先添加到识别列表中的内容。设计中参考了ICRoute发布的LD3320数据手册，图中LD3320的P0、P1、P2引脚通过SPI接口与嵌入式处理器相接，控制信号WRB、CSB、RSTB以及中断返回信号引脚INTB与处理器S3C2440直接相连，如图3所示。3．2超声波测距和舵机控制电路设计超声波测距原理相对比较成熟，系统中采用超声波测距模块HC-SR04。该模块有两个TTL电平通信引脚，兼容3.3V电平。其中，控制端口Trig发一个10us以上的高电平，接收端口Echo将输出与距离成正比的高电平信号。当Echo有高电平输出时就开启处理器定时器，当端口电平跳变为低电平时关闭定时器，根据定时器的值可计算得到障碍物的距离。其中，控制端口Trig和接收端口Echo分别接至处理器的GPG9、GPG6引脚。超声波测距模块的感应角度小于15°，为了扩大测距的感应角度范围，将超声波测距模块安装在两自由度云台上，其中，舵机为SG90（9G），旋转角度为180°。处理器通过GPB0和GPB1分别控制两个舵机以实现云台的旋转，以测量不同方向的障碍物，如图4所示。4．软件设计方案系统软件基于嵌入式Linux操作系统，实现了语音识别、语音播放、超声波测距和舵机控制等任务，使用fock机制为每项任务分配独立的进程，使系统可以进行多任务处理。针对不同功能模块编写了相应的底层驱动程序，为上层应用程序提供了调用接口。系统工作流程如下：处理器通过SPI总线对语音识别芯片LD3320进行通用初始化，使语音识别芯片进入循环识别模式，系统处理器反复启动语音识别过程。如果有识别结果，则根据识别作相应处理后（比如播放某个声音作为应答）再启动下一个识别过程。处理器通过SPI总线读取C5寄存器的识别结果并分析，将语音命令转换为超声波测距和舵机的控制信号，完成多方位测距任务，如图5所示。4．1语音识别功能程序设计语音识别芯片LD3320的特色是兼有语音识别和MP3播放的两项功能，在功能切换的时候，必须进行通用初始化，对芯片进行一系列的设置。语音识别功能的驱动程序工作流程为通用初始化à语音识别用初始化→写入识别列表→开始识别→响应识别中断。为了提高识别成功率，在识别列表中增加了“垃圾关键词”以吸收错误的识别。上层应用程序为语音识别功能分配了单独的进程，通过ioctl（）函数控制LD3320的工作状态，read（）函数可以读取识别结果。程序中使用select机制实现read（）函数的非阻塞访问。同时，设定select监控超时时间，在超时后，重新初始化语音识别芯片LD3320，为下一次语音识别做准备，如图6所示。4．2语音播放功能程序设计LD3320支持MP3数据播放，程序中操作顺序为：通用初始化à播放模式初始化à音量调节à开始播放，并准备好中断响应函数，打开中断允许位。在程序中，首先将数字0~9、“十”、“百”、“点”的语音MP3数据分别转换为标准C语言数组格式文件，将该文件添加到工程中进行统一编译。然后把需要播放的距离数据进行拆分，并对每一位进行查表操作，得到相应的语音数据。例如，将距离数据12.5拆分为：“1”、“十”、“2”、“点”、“5”。最后将查表得到的语音数据按从左到右的顺序组合，并存储到LD3320的播放数据存储器，在即将播放完毕时，芯片会发出中断请求，在中断响应函数中连续写入播放数据，直到声音数据播放完毕。4．3超声波测距和云台控制程序设计超声波测距功能的驱动程序属于Linux字符型驱动，利用ioctl（）函数对相应GPIO进行时序控制，完成超声波的发射和接收。在接收端口输出高电平脉冲信号时，触发系统中断并使用定时器计算得到高电平持续时间△T，根据公式（1）完成距离S的测量。式中V为超声波的传播速度，常温下超声波在空气中的传播速度是340米/秒。在应用程序中，可以通过read（）函数读取到所测量的距离值。S=VXΔT/2（1）两自由度云台由两个舵机组成，分别控制云台水平和垂直方向的旋转角度。在驱动程序中，首先打开定时器PWM功能并设置定时周期，然后映射定时器中断函数，最后使能定时器，使定时器开始运行。程序中根据实验者发出的语音指令，利用ioctl（）函数控制定时器输出两路PWM信号，分别控制两个舵机的旋转角度，最后将运动合成为云台的位姿。5．结语本文介绍了嵌入式语音识别技术在超声波测距系统中的一种应用以及实现方式，实验人员可以通过预先定义好的语音指令（例如：“开始测量”、“左上方”、“前方”）实现对系统的控制，并利用超声波进行距离测量。测量完成后，系统通过语音播放的方式将测量结果反馈给实验人员，完成人机交互，提高了用户体验度。本系统具有易扩展的优点，可以将其应用到其它嵌入式控制系统中。转载自——维库电子市场网

80C186XL16位嵌入式微处理器是Intel公司在嵌入式微处理器市场的上导产品之一，已广泛应用于电脑终端、程控交换和工控等领域。在该嵌入式微处理器片内，集成有DRAMRCU单元，即DRAM刷新控制单元。RCU单元可以自动产生DRAM刷新总线周期，它工作于微处理器的增益模式下。经适当编程后，RCU将向将处理器的BIU（总线接口）单元产生存储器读请求。对微处理器的存储器范围编程后，BIU单元执行刷新周期时，被编程的存储器范围片选有效。存储器是嵌入式计算机系统的重要组成部分之一。通常采用静态存储器，但是在系统需要大容量存储器的情况下，这种方式将使成本猛增。如果采用DRAM存储器，则可以大幅度降低系统设计成本；但DRAM有复杂的时序要求，给系统设计带来了很大的困难。为了方便地使用DRAM，降低系统成本，本文提出一种新颖的解决方案：利用80C186XL的时序特征，采用CPLD技术，并使用VHDL语言设计实现DRAM控制器。一、80C186XLRCU单元的资源80C186XL的BIU单元提供20位地址总线，RCU单元也为刷新周期提供20位地址总线。80C186XL能够产生刷新功能，并将刷新状态编码到控制信号中。图1是RCU单元的方框图。它由1个9位递减定时计数器、1个9位地址计数器、3个控制寄存器和接口逻辑组成。当RCU使能时，递减定时计数器每一个CLKOUT周期减少1次，定时计数器的值减为1时，则产生刷新总线请求，递减定时计数器重载，操作继续。刷新总线周期具有高优先级，旦80C186XL总线有空，就执行刷新操作。设计者可将刷新总线周期看成是“伪读”周期。刷新周期像普通读周期一样出现在80C186XL总线上，只是没有数据传输。从引脚BHE/RFSH和A0的状态可以判别刷新周期，如表1所列。刷新总线周期的时序要求如图2所示。表1刷新周期的引脚状态二、80C186XLDRAM控制器的设计与运行DRAM存在着大量、复杂的时序要求，其中访问时间的选择、等待状态以及刷新方法是至关重要的。DRAM控制器必须正确响应80C186XL的所有总线周期，必须能将DRAM的部周期和其它访问周期分辨出来，其访问速度必须足够快，以避免不必要的等待周期。在设计时，我们采用XC95C36-15CPLD[2]以及4Mbits的V53C8258[3]DRAM作范例。15ns的CPLD，速度相对较高，价格比较便宜。用它设计成的DRAM控制器允许80C186XL的工作速度高达20MHz，并且XC95C36有异步时钟选择项。这种特性对本设计有很大的好处。图3是80C186XLDRAM控制器和存储器的功能框图。DRAM控制器由80C186XL状态信号S2、S1和S0的解码来检测总线的开始、类型和结束。这些状态线是在CLKOUT的上升沿开始有效，在CLKOUT的下降沿失效的。DRAM控制器发出的RAS和CAS信号应该在CLKOUT的下降沿同时有效，行列地址应该在CLKOUT上升沿附近提供。DRAM控制器应该在CLKOUT的两个沿都应能正常操作。通过启用XC95C36的异步时钟选择项，每个XC95C36宏单元可以从可编程与阵列获得时钟。DRAM控制器使用80C186XL的CLKOUT信号作时钟输入。DRAM控制器主要由两个相互联的状态机构成。这两个状态机，使得DRAM的控制与80C186XL是否进行等待状态无关。状态机A和地址多路控制信号（MUX）在CLKOUT的上升沿锁存。状态机B和RAS及CAS的逻辑在CLKOUT的下降沿锁存。DRAM控制器的状态图如图4所示，状态机A和B的起始条件分别是A0和B0。状态机A初始化DRAM控制器的序列，状态机B终止该序列。在T2的下降沿，RAS逻辑采样状态机A的状态，锁存的地址线和总经状态信号。如果状态机A在A1状态（存储器读、写或刷新周期）并且总线周期为DRAM使用，则XC95C36插入RAS信号。在T2的上升沿，状态机A也采样锁存的地址线。如果总线周期被DRAM占用，状态机A将从状态A1转移到A2，否则状态机A转换到A3。至此控制转移到状态机B。MUX逻辑采样RAS和BHE引脚的状态。如果RAS有效（指示DRAM在访问），并且总线周期下是刷新周期，XC95C36将插入MUX。MUX在行列地址之间切换，以便进行DRAM的读写操作。在T3的下降沿，状态机B采样状态机A。如果状态机A处于状态A2（DRAM访问）或状态A3（存储器读或写，但不是DRAM访问），状态机B从状态B0转到B1。如果总线周期是一个DRAM访问周期，XC95C36继续保持RAS有效。CAS逻辑采样MUX的状态、锁存地址A0、BHE和总线周期状态。如果MUX有效（指示DRAM读或写），并且访问低字节，则XC95C36插入LCAS；如果MUX有效，并且微处理器访问高字节，XC95C36插入UCAS。DRAM读访问和DRAM刷新访问不同之处在于：对刷新来说，不需要MUX、UCAS和LCAS。在T3的上升沿，状态机A等待状态机B中断此序列。如果MUX有效（DRAM读或写），它将保持有效。有下一个降沿，状态机B采样总线状态信号。如果状态信号仍然有效，则此状态为等待状态Tw，状态机B保持在状态B1。如果这个状态是等待状态，并且RAS有效（DRAM访问），RAS保持有效；如果状态为等待状态，并且UCAS和LCAS有效（DRAM读或写），UCAS和LCAS保持有效。在等待状态的上升沿，状态机A继续等待状态机B来中断此序列。如果MUX有效（DRAM读或写），则它在T3状态里保持有效。如果微处理器状态信号无效，这个状态则是一个T4状态，状态机B从B1转到B2.如果状态是一个T4状态，并且RAS有效（DRAM访问），则RAST4状态，并且RAS有效（DRAM访问），则RAS逻辑也检测无效状态信号，并且XC95C36关闭RAS信号；如果状态是一个T4状态，并且UCAS和LCAS有效（DRAM读或写），则CAS逻辑也采样总线状态信号；如果状态信号无效，则XC95C36关闭UCAS和LCAS信号。在T4的上升沿，状态机A采样状态机B的状态。在状态机B处于B2状态的情况下，状态机A从A2状态（DRAM访问）或A3状态（存储器读或写，但不是DRAM访问）转到A0。如果MUX有效，MUX逻辑检查RAS的状态；如果RAS无效（指示一个终止周期），XC95C36关闭MUX。在下一个CLKOUT下降沿，状态机B无条件地从状态B2转到B0，终止DRAM序列。控制转移给状态机A。三、80C186XLRCU单元的编程要使DRAM正常工作，就必须对80C186XL中与DRAM刷新有关的寄存器进行正确编程。这些寄存器包括：刷新时钟间隔寄存器（RFTIME寄存器）、刷新基地址寄存器（RFBASE寄存器）和刷新控制寄存器（RFCON寄存器）。刷新时钟间隔寄存器（RFTIME寄存器）的编程公式为：Trefresh×fcpu/（Rrow+Rrows×补偿因子）。V53C8258的技术参数规定，其刷新周期Trefresh为8ms，存储阵列行数Rrows为512。考虑到RCU取得总线控制权的延时，补偿因子取0.05。因此，微处理器在fcpu=20MHz工作频率下，RFTIME寄存器的取值为：0.008×20×106/（512+512×0.05），约为297.刷新基地址寄存器（RFBASE寄存器）的编程。该寄存器的高7位，规定了DRAM容量大小。系统使用两片V53C8258情况下，RFBASE的取值为00H，DRAM占用微处理器的存储空间的00000H～7FFFFH（512KB）。最后通过将刷新控制寄存器（RFCON寄存器）的REN位置位，来启动刷新控制单元。若使用80C186XL的节电模式，则要求重新编程这些值。在写节电控制寄存器前，必须先用要时钟分频值去除原先设置在刷新间隔寄存器的值，来重新设置寄存器。四、结束语现在DRAM、CPLD的价格非常低，这样设计者有机会在嵌入式计算机系统设计中考虑采用DRAM。80C186XL嵌入式微处理器广泛应用于嵌入式计算机、程控通信和工业控制系统中，具有良好的性价比，其性能和功能是80C31、80C196等单片机无法比拟的，并能充分利用大量的PC平台软件。本解决方案已在家庭电子证券产品中采用，获得了良好的经济效益和社会效益。掌握CPLD技术和VHDL语言设计技巧是提升产品技术含量的重要途径。上述CPLD还留在一些引脚和内部资源未使用，只要设计者将VHDL源代码稍微作一些修改，就可以用这些引脚控制新增加的DRAM，提供总线准备输出信号或DMA响应信号。如果采用引脚数和宏单元较多的XC9672或XC95108CPLD，就可以将D触发器（74HC74）、多路地址切换器（74HC157）、数据收发器（74HC245）和地址总线锁存器（74HC373）等其它分立逻辑器件的功能全部集成到CPLD中，这样系统集成度和可靠性将更加提高。转载自——维库电子市场网

课程介绍本次课程将针对上一次课程改进我们的小游戏。很多鱼油对之前的游戏提出了建议，小甲鱼做了一下总结，大概有以下几方面需要注意：—猜错的时候应该给些提示，例如告诉用户输入的值是大还是小—每运行一次程序只能猜对一次，应该提供多次机会給用户猜测。—每次运行程序，答案可以是随机的。因为程序答案固定，容易导致答案外泄。第一次改进要求：猜错的时候程序提醒用户当前的输入比答案大了还是小了。要考虑到：条件分支、代码磁铁、while循环几大方面。课程详情：https://www.moore8.com/courses/2302

具有蓝牙功能的IoT设备可通过智能手机和其他网关设备提供即时可用的数据访问。但电池供电的低功耗IoT解决方案的设计在无线检测以及高能耗通信子系统的优化方面依然面临挑战。对于上市时间排程极度紧迫的设计人员而言，必须简化设计任务。为帮助开发人员应对低功耗设计复杂性和上市时间压力带来的挑战，STMicroelectronics和EnmoTechnologies分别将其各自的SensorTile开发套件和蓝牙软件专业技术进行结合。他们携手推出了一种简单的方法，用于快速开发能够满足紧张的功率预算的电池供电IoT设备。IoT硬件和软件未必费力对于希望利用无处不在的蓝牙移动设备的设计人员而言，集成式蓝牙解决方案的出现令他们如虎添翼。除了降低设计复杂性以外，现成的蓝牙解决方案可直接加速市场投放，因为这些解决方案往往已通过认证，符合监管要求。但对于大多数开发人员而言，将这些包含多个传感器的精密IC与一个主机MCU组合起来的任务，依然是一个漫长而复杂的过程。此外，即使是经验最丰富的开发团队，面对相关软件驱动程序、中间件和应用软件的开发也可能举步维艰。STMicroelectronics的SensorTile开发套件提供了一套完整的IoT开发解决方案，它组合了一块无线传感器系统板、一对载板和一个综合软件开发包。EnmoTechnologies的IoT.Over.Beacon软件平台旨在与SensorTile环境配合使用，可提供独特的解决方案，最大限度降低具有蓝牙功能的IoT设计的功耗。搭配使用SensorTile套件和Enmo平台，开发人员便能以最少的工作实施完整的低功耗IoT设备解决方案，或使用相同的硬件和软件组件作为定制设计的基础。无线传感器节点作为套件的核心组件，SensorTile核心系统板是采用13.5mmx13.5mm封装且具有蓝牙功能的独立传感器系统。该核心系统以基于32位ARMCortex-M4F的STM32L4MCU为基础，包含STMicroelectronicsBlueNRG蓝牙收发器和多个传感器，所有组件均通过SPI连接或专用接口进行通信（图1）。STMicroelectronicsSensorTile核心系统示意图图1：SensorTile核心系统提供了完整的无线传感器解决方案，该解决方案在13.5mmx13.5mm的外形尺寸内组合了低功耗MCU、蓝牙收发器、多个传感器、平衡不平衡转换器，甚至还有一根集成天线。（图片：STMicroelectronics）ST为该板打包了自己的全套传感器，包括LSM6DSM惯性测量装置(IMU)、LSM303AGR电子罗盘模块、LPS22HB压力传感器及其MP34DT04MEMS麦克风。连同板载的低压差(LDO)稳压器，核心板包含STMicroelectronicsBALF-NRG-01D3小型平衡不平衡转换器，其中集成了一个谐波滤波器和专为BlueNRG收发器定制的匹配网络。TDKANT016008LCS2442MA1多层天线补全了无线传感器系统的设计。开发人员可使用两种不同的方案将核心板连接到套件配套的载板，或其自己的系统设计。在板的两侧，开发人员可利用一组焊盘将其焊接到鞍形板或其他PC板。板的背面包含一个连接器，用于将其安装到扩展板或其他任何具有相应连接器的电缆或板（图2）。STMicroelectronicsSensorTile核心板图片图2：开发人员可以将SensorTile核心板插入SensorTile开发套件的扩展板上的插座，以利用包括Arduino兼容型外设在内的其他选件。（图片：STMicroelectronics）PC板焊盘和背面连接器均引出了多个MCU引脚，包括SPI、I2C和UART接口，一个脉冲密度调制(PDM)接口，多个数模转换器(ADC)以及ST的串行线调试(SWD)接口（图3）。尽管核心板可用作独立解决方案，但套件的载板为设计人员提供了基于SensorTile开发和部署IoT设计的替代方案。鞍形板和配套的原理图说明了开发人员如何使用更多传感器和其他外设来扩充核心系统。该板包括一个用于湿度和温度的STMicroelectronicsHTS221传感器。此外，鞍形板还包括SD卡插座、micro-USB接口、开关和电池组。设计人员只需将核心板焊接到鞍形上的相应焊盘，便可利用更多外设。完成开发后，设计人员可在交货时移除鞍形板的可折断SWD接口。套件的扩展板提供了一种更为简单的方法来开发定制设计。开发人员只需使用专用连接器将核心板插入扩展板即可（图2）。连同用于软件开发的SWD接口，扩展板提供了包括micro-USB连接器、音频插孔和Arduino兼容型连接器在内的更多连接器。即时部署开发人员只需将核心板插入扩展板（或将其焊接到鞍形板上），通过USB将其连接到主机PC以获取电源，然后下载受支持的Android或iOS移动应用程序，便可开始探索具有蓝牙功能的IoT设计。开发套件附带的核心系统已使用支持三种样例应用程序的固件进行编程，这些应用程序将低功耗蓝牙(BLE)与适用于Android或iOS的STBlueMS应用程序配合使用，分别演示了将传感器数据记录到SD卡、MEMS麦克风音频流和传感器数据流等应用。除了提供用于即时部署SensorTile应用程序的软件以外，这些样例应用程序还可作为使用SensorTile的多层架构的指导。连同ARMCortex微控制器软件接口标准(CMSIS)元器件，STMicroelectronics基于自己的STM32Cube环境提供硬件抽象层(HAL)和板级支持包(BSP)。这些层反过来与STLCS01V1核心板、STLCX01V1扩展板和STLCR01V1鞍形板上的基础硬件接口（图4）。STMicroelectronicsSensorTile软件包图片图4：SensorTile软件包提供了基于STMicroelectronics的STM32Cube设备软件层构建的样例应用程序。它将复杂的硬件互动抽象为若干简单的软件调用。（图片：STMicroelectronics）分层架构尽管看似复杂，但为开发人员提供了传感器数据采集和无线通信的简单抽象视图。例如，BLE流应用程序演示了开发人员只需在主等待循环之前调用若干初始化例程便可（列表1）。主循环等待关键事件，包括用于指定传感器数据采样之间的等待时间的定时器到期。当定时器处理程序设置SendEnv=1，该例程便会使用单个调用SendEnvironmentalData()收集并传输环境数据。/*InitializetheBlueNRG*/Init_BlueNRG_Stack();/*InitializetheBlueNRGCustomservices*/Init_BlueNRG_Custom_Services();/*initializetimers*/InitTimers();StartTime=HAL_GetTick();/*Infiniteloop*/while(1){/*LedBlinkingwhenthereisnotaclientconnected*/if(!connected){if(!TargetBoardFeatures.LedStatus){if(HAL_GetTick()-StartTime>1000){LedOnTargetPlatform();TargetBoardFeatures.LedStatus=1;StartTime=HAL_GetTick();}}else{if(HAL_GetTick()-StartTime>50){LedOffTargetPlatform();TargetBoardFeatures.LedStatus=0;StartTime=HAL_GetTick();}}}/*handleBLEevent*/if(HCI_ProcessEvent){HCI_ProcessEvent=0;HCI_Process();}/*UpdatetheBLEadvertisedataandmaketheBoardconnectable*/if(set_connectable){setConnectable();set_connectable=FALSE;}/*EnvironmentalData*/if(SendEnv){SendEnv=0;SendEnvironmentalData();}列表1.此代码片段取自STSensorTile软件包，它显示，开发人员在用于等待新蓝牙事件或传感器数据采样的等待循环之前调用了若干初始化例程。（代码：STMicroelectronics）SendEnvironmentalData例程以步进方式遍历各个传感器，使用BSP例程采集各个传感器的数据。例如，压力传感器BSP例程BSP_PRESSURE_Get_Press()将更新压力传感器设备特定的数据结构中包含的数据。SendEnvironmentalData例程随后使用相应的调用，通过蓝牙将数据传输到BlueNRG服务例程MCR_BLUEMS_F2I_2D()。设计人员可采用提供的软件应用程序并加入少许更改，也可根据自己的定制需求进行改写。SensorTile软件环境受STMicroelectronicsSTM32开放式开发环境(STM32ODE)支持，旨在支持开源软件库和框架。套件已使用ST的BLUEMICROSYSTEM开放式框架固件进行预编程。STMicroelectronics的开放式环境为开发人员提供了另一重大好处。他们可以利用旨在增强功能的第三方软件库，而不是继续局限于特定的机制。对于有功率限制的IoT设备，此功能在利用能效更高的机制时变得尤其重要。降低电源要求对于许多IoT应用而言，相关的无线传感器系统依赖于电池电量，并且需要符合严格的功率预算。SensorTile核心系统通过使用低功耗器件满足这一硬件要求。例如，在环境和运动应用中通常所需的低速率下，传感器只需要微安级别的功耗。LSM6DSMIMU在12.5Hz的采样率下仅使用9μA电流，LSM303AGR电子罗盘在20Hz下仅需200μA电流，LPS22HB压力传感器在1Hz下需要的电流不超过12μA。此外，STM32L476MCU在运行模式下只需100μA/MHz(24MHz)。BlueNRG蓝牙收发器IC在维持一个有源BLE堆栈的待机模式下仅消耗1.7μA电流。即便如此，有源无线传输往往仍消耗了主要功率份额，SensorTile也不例外。BlueNRG收发器在8.2mA电流下以0dBm传输数据，非常适合低功耗应用，但即便如此，仍是功率受限型设计的用电大户。系统设计人员可通过简单的权宜之计，即减少无线传输事务的数量并缩短其持续时间，来解决与无线通信相关的功耗挑战。不过，使用标准蓝牙通信，开发人员只有很少几个选项用于限制功耗。具有蓝牙功能的典型应用依赖于使用重复轮询检查的设备发现和配对，这会造成大量功耗而并无实际数据交换。而且，标准蓝牙配对会给IoT部署带来严重的后勤复杂性，因为每个IoT设备都需要置于发现模式。其次，它必须采用手动方式与移动设备或其他数据聚合器配对。蓝牙的信标机制提供了可消除与发现和配对相关的功耗和后勤问题的备选方案。不幸的是，标准信标不能携带任何数据有效载荷（例如传感器数据）。不过，利用其IoT.Over.Beacon技术，EnmoTechnologies可将信标技术的省电优势与蓝牙配对设备技术的数据交换功能相结合。因此，Enmo的机制可提供多达50KB的可变大小有效载荷，同时还能满足长时间操作电池供电IoT设备所需的低功耗要求。与本机SensorTile环境一样，开发人员可利用Enmo的参考固件。尽管Enmo参考固件被处理为对开发人员保持透明，但它将低级STMicroelectronics调用替换为对其适用于SensorTile的专有IoT.Over.Beacon库的调用。为此，开发人员需要使用STM32ST-Link实用程序来加载参考固件，该实用程序提供了简单的图形用户界面来选择和上传文件。Enmo参考固件被加载到SensorTile核心板后，将通过低功耗蓝牙连接与Enmo的Android和iOS移动应用程序交互。开发人员可以在Enmo应用程序中轻松显示SensorTile数据，即，使用小工具将传感器数据显示为图形或表格（图5）。EnmoTechnologies的参考固件图片图5：EnmoTechnologies的参考固件被加载到SensorTile后，将通过蓝牙向Enmo的Android或iOS应用程序传送传感器数据。（图片：EnmoTechnologies）传统蓝牙信标的一项关键功能是，它们能够在移动设备进入和离开具有信标功能的应用程序所覆盖的物理区域时触发。但对于IoT设备，物理进入和退出的概念可能不适用。Enmo提供了专有机制来模仿蓝牙信标的传统进入和退出模式。在这里，开发人员为IoT设备指定触发进入和退出的条件。例如，某个温度检测IoT设备可能会在温度变化至高于或低于某个设定的阈值时启动“进入”或“退出”协议。与本机SensorTile软件包一样，用于SensorTile的Enmo参考固件提供了一种即时解决方案，用于快速部署具有蓝牙功能的低功耗IoT设备。类似地，针对定制SensorTile开发，Enmo提供了一个软件开发套件(SDK)，可允许工程师将Enmo的IoT.Over.Beacon机制集成到自己独有的SensorTileIoT应用。利用EnmoSDK，开发人员使用STMicroelectronics环境编写定制的SensorTile固件，在需要通过蓝牙发送数据时调用Enmo的IoT.Over.Beacon库。该库将在IoT.Over.Beacon模式下透明地执行数据传输，并在完成传输后提供软件回调。转载自——维库电子市场网

在本教程中，我将介绍使用最新的操作系统（2020）RaspbianBuster在RaspberryPi4上设置智能镜像接口软件的快速入门指南。

制造商商品型号分类参数描述免费申请ROHMBM63764S-VA集成电路配置:三相反相器,电流:15A,电压-隔离:1500Vrms,电压:600V,封装/外壳:25-PowerDIP模块,FET类型:IGBT免费样片申请ROHMBU92747KV-E2集成电路电压-电源:1.62V~1.98V,接口:I²C,工作温度:-40°C~85°C,封装/外壳:48-LQFP,协议:IRDA®,功能:控制器免费样片申请ROHMBM92T10MWV-ZE2集成电路电压-电源:4.75V~20V,工作温度:-30°C~105°C,封装/外壳:40-VFQFN裸露焊盘免费样片申请ROHMBU21023MUV-E2集成电路触摸屏:4线电阻式,电流-电源:4mA,电压-电源:2.7V~3.6V,接口:I²C,串行,SPI,工作温度:-20°C~85°C,封装/外壳:28-VFQFN裸露焊盘,分辨率（位）:8b免费样片申请ROHMBM92A12MWV-ZE2集成电路电压-电源:4.75V~20V,湿气敏感性等级（MSL）:3(168小时),工作温度:-30°C~105°C,封装/外壳:40-VFQFN裸露焊盘免费样片申请ROHMBD37534FV-E2集成电路通道数:2,电压-电源:7V~9.5V,接口:I²C,工作温度:-40°C~85°C(TA),封装/外壳:28-LSSOP,功能:音调处理器免费样片申请ROHMBD37533FV-E2集成电路通道数:5,电压-电源:7V~9.5V,接口:I²C,工作温度:-40°C~85°C(TA),封装/外壳:28-SSOPB,功能:音调处理器免费样片申请ROHMBU92001KN-E2集成电路高度:1.2mm,0.23mm,长度:5mm,系列:BU92001KN,工作温度:-25°C~85°C,封装/外壳:20-VFQFN,宽度:5mm,FET类型:编码器,解码器免费样片申请ROHMBU2508FV-E2集成电路输出类型:Voltage-Buffered,电压-电源，数字:5V,架构:R-2R,数模转换器数:4,数据接口:SPI,建立时间:20µs,差分输出:无,工作温度:-30°C~85°C,封装/外壳:14-LSSOP,参考类型:电源,位数:10,INL/DNL（LSB）:±3.5(最大),±1(最大)免费样片申请ROHMBD9778F-E2集成电路频率-开关:50kHz~500kHz,输出配置:正,输出类型:可调式,输出电流:2:00AM,输出电压:1V,输出数:1Ohms,系列:BD,电流-输出:2A,电压-输出（最小值/固定）:1V,电压-输出（最大值）:35V,电压-输入（最小值）:7V,最小输入电压:7V,最大输入电压:35V,拓扑结构:Buck,拓扑:降压,开关频率:102kHz,工作温度:-40°C~125°C(TA),封装/外壳:8-SOP,同步整流器:无,FET类型:VoltageConverter免费样片申请ROHMBH2226FV-E2集成电路输出类型:Voltage-Buffered,电压-电源，模拟:2.7V~5.5V,电压-电源，数字:2.7V~5.5V,架构:R-2R,数模转换器数:8,数据接口:SPI,建立时间:100µs,差分输出:无,工作温度:-20°C~85°C,封装/外壳:16-LSSOP,位数:8,INL/DNL（LSB）:±1.5(最大),±1(最大)免费样片申请ROHMBD8374HFP-MTR集成电路频率:0Hz~2.5GHz,输出数:1Ohms,调光:PWM,系列:汽车级,AEC-Q100,电流-输出/通道:500mA,电压-供电（最低）:4.5V,电压-供电（最高）:42V,工作温度:-40°C~125°C(TA),封装/外壳:HRP7,内部开关:是,FET类型:线性免费样片申请ROHMBU2507FV-E2集成电路输出类型:Voltage-Buffered,电压-电源，数字:5V,架构:R-2R,数模转换器数:6,数据接口:SPI,建立时间:20µs,差分输出:无,工作温度:-30°C~85°C,封装/外壳:14-SSOP,参考类型:电源,位数:10,INL/DNL（LSB）:±3.5(最大),±1(最大)免费样片申请ROHMBR24G1MFJ-3AGTE2集成电路速度:1MHz,电压-电源:1.7V~5.5V,格式-存储器:EEPROM,接口:I²C,2线串口,工作温度:-40°C~85°C(TA),封装/外壳:8-SOIC,存储容量:1Mb(128Kx8),存储器类型:非易失免费样片申请ROHMBD3812F-E2集成电路通道数:2,电压-电源:5V~7.3V,接口:串行,工作温度:-20°C~75°C(TA),封装/外壳:14-SOIC,功能:音频信号处理器免费样片申请ROHMBD9G341AEFJ-E2集成电路高度:1mm,长度:4.9mm,输出端数量:1Output,输出电流:3A,输入电压:12Vto76V,电源电压-最小:12V,最小输入电压:12V,最大输入电压:76V,拓扑结构:Buck,开关频率:750kHz,工作温度:-40°C~85°C,宽度:3.9mm,功率（W）:3.76W,关闭:Shutdown免费样片申请ROHMBD90620EFJ-CE2集成电路输出端数量:1Output,输出电流:2.5A,输出电压:0.8Vto36V,输入电压:13.2V,最小输入电压:3.5V,最大输入电压:36V,拓扑结构:Buck,开关频率:50kHzto600kHz,工作电源电流(mA):2.2mA,工作温度:-40°C~125°C,封装/外壳:HTSOP-J-8,关闭:Shutdown免费样片申请ROHMBU90R102-Z集成电路驱动器/接收器数:0/10,电压-电源:2.3V~3.6V,数据速率:1.12Gbps,工作温度:-40°C~85°C,封装/外壳:144-LQFP,协议:LVDS,FET类型:接收器免费样片申请ROHMBH2221FV-E2集成电路输出类型:Voltage-Buffered,电压-电源，数字:2.7V~5.5V,架构:R-2R,数模转换器数:12,数据接口:SPI,建立时间:100µs,差分输出:无,工作温度:-20°C~85°C,封装/外壳:20-LSSOP,位数:8,INL/DNL（LSB）:±1.5(最大),±1(最大)免费样片申请ROHMBR24G1MF-3AGTE2集成电路速度:1MHz,电压-电源:1.7V~5.5V,格式-存储器:EEPROM,接口:I²C,2线串口,工作温度:-40°C~85°C(TA),封装/外壳:8-SOIC,存储容量:1Mb(128Kx8),存储器类型:非易失免费样片申请ROHMBD6380EFV-E2集成电路输出配置:半桥(4),系列:BD,电流-输出:500mA,电机类型-步进:双极性,电压-负载:4V~13.5V,电压-电源:2.5V~5.5V,接口:并联,工作温度:-25°C~150°C(TJ),封装/外壳:24-HTSSOP-B,功能:驱动器-全集成,控制和功率级免费样片申请ROHMBU2152FS-E2集成电路输出电流:25mA,系列:BU2152FS,电源电压-最小:2.7V,电源电压-最大:5.5V,电压-电源:2.7V~5.5V,激励器数量:24Driver,工作电源电流(mA):5uA,工作电源电压:2.7Vto5.5V,工作温度:-25°C~85°C,封装/外壳:32-SSOPA,功率（W）:4/5W,FET类型:驱动器免费样片申请ROHMBD62222HFP-TR集成电路输出配置:半桥(2),电流-输出:2.5A,电机类型-AC，DC:有刷直流,电压-负载:6V~27V,接口:并联,工作温度:-40°C~150°C(TJ),封装/外壳:TO-263-8,D²Pak(7引线+接片),TO-263CA,功能:驱动器-全集成,控制和功率级免费样片申请ROHMBD8306MUV-E2集成电路频率-开关:1MHz,输出配置:正,输出类型:可调式,输出数:1Ohms,电流-输出:2A(开关),电压-输出（最小值/固定）:1.8V,电压-输出（最大值）:5.2V,电压-输入（最大值）:5.5V,拓扑:降压-升压,工作温度:-40°C~85°C(TA),封装/外壳:16-VFQFN裸露焊盘,同步整流器:是,功能:升压/降压免费样片申请ROHMBD63005AMUV-E2集成电路输出配置:前置驱动器-半桥(3),电流-输出:2A,电机类型-AC，DC:无刷DC(BLDC),电压-负载:10V~28V,电压-电源:10V~28V,接口:逻辑,工作温度:-25°C~85°C(TA),封装/外壳:VQFN040-V6060,功能:驱动器免费样片申请ROHMBH2228FV-E2集成电路输出类型:Voltage-Buffered,电压-电源，数字:2.7V~5.5V,架构:R-2R,数模转换器数:6,数据接口:SPI,建立时间:100µs,差分输出:无,工作温度:-20°C~85°C,封装/外壳:14-LSSOP,位数:8,INL/DNL（LSB）:±1.5(最大),±1(最大)免费样片申请ROHMBU2505FV-E2集成电路输出类型:Voltage-Buffered,电压-电源，数字:5V,架构:R-2R,数模转换器数:10,数据接口:SPI,建立时间:20µs,差分输出:无,工作温度:-30°C~85°C,封装/外壳:20-SSOP-B,INL/DNL（LSB）:±3.5,±1免费样片申请ROHMBU9882FV-WE2集成电路速度:400kHz,电压-电源:2.5V~5.5V,格式-存储器:EEPROM,接口:I²C,2线串口,工作温度:-40°C~85°C(TA),封装/外壳:14-LSSOP,存储容量:2Kb(128x8x2),存储器类型:非易失免费样片申请ROHMBD8LA700EFV-CE2集成电路驱动器/接收器数:2/2,电压-电源:3V~3.6V,工作温度:-40°C~85°C,封装/外壳:16-SSOPB,双工:全,FET类型:收发器免费样片申请ROHMBU90LV049A-E2集成电路输出配置:高端,输出类型:N通道,输出数:1Ohms,输入类型:非反相,电流-输出（最大值）:2A,电压-负载:3V~5.5V,电压-电源（Vcc/Vdd）:不需要,比率-输入:输出:1：1,故障保护:超温,UVLO,接口:开/关,工作温度:-25°C~85°C(TA),封装/外壳:8-SOIC,导通电阻（典型值）:50毫欧免费样片申请ROHMBU90LV047A-E2集成电路电压-电源:1.8V~5.5V,时钟频率:10MHz,工作温度:-40°C~85°C(TA),封装/外壳:8-SOIC,存储容量:1Mb(128Kx8),存储器类型:非易失,存储器格式:EEPROM,存储器接口:SPI,写周期时间-字，页:5ms免费样片申请ROHMBR25G1MFJ-3GE2集成电路输出配置:半桥(4),电流-输出:1A,电机类型-AC，DC:有刷直流,电压-负载:2V~8V,电压-电源:2V~8V,接口:并联,工作温度:-30°C~150°C(TJ),封装/外壳:20-SSOP-B,功能:驱动器-全集成,控制和功率级免费样片申请ROHMBH2227FV-E2集成电路输出配置:半桥(2),电流-输出:500mA,电机类型-AC，DC:有刷直流,电压-负载:4.5V~14V,电压-电源:4.5V~14V,接口:开/关,工作温度:-40°C~150°C(TJ),封装/外壳:8-SOP,功能:驱动器-全集成,控制和功率级免费样片申请ROHMBD7931F-E2集成电路输出类型:2通道(立体声),电压-电源:4.5V~14V,工作温度:-25°C~75°C(TA),封装/外壳:14-LSSOP,FET类型:AB类免费样片申请ROHMBA3308FV-E2集成电路电压-电源:1.8V~5.5V,时钟频率:10MHz,工作温度:-40°C~85°C(TA),封装/外壳:8-SOIC,存储容量:1Mb(128Kx8),存储器类型:非易失,存储器格式:EEPROM,存储器接口:SPI,写周期时间-字，页:5ms免费样片申请ROHMBR25G1MF-3GE2集成电路频率:600kHz,输出数:1Ohms,调光:PWM,电流-输出/通道:30mA,电压-供电（最高）:5.5V,电压-供电（最低）:2.7V,拓扑:升压,工作温度:-40°C~85°C(TA),封装/外壳:8-uFDFN裸露焊盘,内部开关:是,FET类型:DCDC稳压器免费样片申请ROHMBA3308F-E2集成电路输出配置:正,输出类型:可调(固定),稳压器数:1Ohms,电流-输出:500mA,电流-电源:90µA,电压-输出（最小值/固定）:跟踪,电压-输入（最大值）:36V,控制特性:使能,工作温度:-40°C~125°C,封装/外壳:TO-252-5,压降（最大值）:0.48V@200mA,保护功能:过流,超温,PSRR:55dB(120Hz)免费样片申请ROHMBD87A29FVM-TR集成电路输出:开路漏极或开路集电极,电压-阈值:3.4V,工作温度:-40°C~105°C(TA),封装/外壳:8-VSSOP,8-MSOP,复位超时:可调节/可选择,复位:低有效,受监控电压数:1Ohms,FET类型:监视器电路免费样片申请ROHMBU2506FV-E2集成电路速度:400kHz,电压-电源:1.7V~5.5V,格式-存储器:EEPROM,接口:I²C,2线串口,工作温度:-40°C~85°C(TA),封装/外壳:8-SOIC,存储容量:256Kb(32Kx8),存储器类型:非易失免费样片申请ROHMBR24S256F-WE2集成电路输出:I²C,电流-电源（最大值）:260µA@2.5V,电压-电源:2.3V~3.6V,工作温度:-40°C~85°C,封装/外壳:8-UDFN裸露焊盘免费样片申请ROHMBD6221F-E2集成电路驱动器/接收器数:0/4,电压-电源:3V~3.6V,工作温度:-40°C~85°C,封装/外壳:16-SSOPB,FET类型:接收器免费样片申请ROHMBU7150NUV-E2集成电路输出配置:正,输出类型:可调式,稳压器数:1Ohms,电流-静态（Iq):50µA,电流-输出:500mA,电压-输出（最小值/固定）:2.8V,电压-输出（最大值）:12V,电压-输入（最大值）:36V,湿气敏感性等级（MSL）:1(无限),工作温度:-40°C~125°C(TA),封装/外壳:TO-252-5,DPak(4引线+接片),TO-252AD,压降（最大值）:0.48V@200mA,保护功能:过流,超温,短路,PSRR:55dB(120Hz)免费样片申请ROHMBU90LV048-E2集成电路静态电流:30uA,输出类型:Fixed,输出端数量:1Output,输出电流:500mA,输出电压:3.3V,负载调节:20mV,线路调整率:10mV,系列:BD,极性:Positive,最小输入电压:4.5V,最大输入电压:36V,工作温度:-40°C~125°C,封装/外壳:TO-252-3,回动电压—最大值:0.48Vat200mA,回动电压:0.25Vat200mA,功率（W）:1.2W,偏差:±2%,PSRR/纹波抑制—典型值:55dB,Ib-输入偏流:30uA免费样片申请ROHMBU2092FV-E2集成电路高度:1.50mm,音频-负载阻抗:55kOhms,长度:5mm,通道数量:2Channel,输出类型:2通道(立体声),系列:BA3121,电源电压-最小:4V,电源电压-最大:18V,电压-电源:4V~18V,工作电源电流(mA):9mA,工作电源电压:12V,工作温度:-30°C~85°C(TA),封装/外壳:8-SOIC,宽度:4.4mm,增益:-0.04dB,功率（W）:0.45W,THD+噪声:0.002%,SR-转换速率:2V/us,PSRR-电源抑制比:80dB,FET类型:AB类,CMRR-共模抑制比:57dB免费样片申请ROHMBA3121F-E2集成电路输出类型:Voltage-Buffered,电压-电源，数字:2.7V~5.5V,架构:R-2R,数模转换器数:3,数据接口:SPI,建立时间:100µs,差分输出:无,工作温度:-30°C~85°C,封装/外壳:8-MSOP,位数:8,INL/DNL（LSB）:±1.5(最大),±1(最大)免费样片申请ROHMBH2220FVM-TR集成电路输出配置:前置驱动器-半桥(3),电流-输出:5mA,电机类型-AC，DC:无刷DC(BLDC),电压-电源:8V~26.4V,湿气敏感性等级（MSL）:1(无限),接口:逻辑,工作温度:-40°C~85°C(TA),封装/外壳:28-VFQFN,功能:驱动器免费样片申请ROHMBR24A16F-WME2集成电路电路数:4,电流-输出/通道:30mA,电流-输入偏置:100nA,电流-电源:8mA,电压-输入失调:1.5mV,电压-电源，单/双（±）:3V~36V,±1.5V~18V,工作温度:-40°C~85°C,封装/外壳:14-SOIC,增益带宽积:4MHz,压摆率:10V/µs免费样片申请ROHMBA3474F-E2集成电路输出类型:Digital,系列:KXCJ9,电源电压-最小:1.8VDC,电源电压-最大:3.6VDC,灵敏度:1024count/g,接口类型:I2C,工作温度:-40°C~85°C,加速:2g,4g,8g,分辨率:8bit,传感轴:X,Y,Z,传感器类型:3-axis免费样片申请ROHMBA3474FV-E2集成电路频率-开关:120kHz,输出隔离:隔离,电压-电源（Vcc/Vdd）:15V~27.5V,电压-启动:19.5V,故障保护:限流,过载,过压,拓扑:反激,工作温度:-40°C~150°C(TJ),封装/外壳:8-SOP-J,内部开关:无免费样片申请ROHMBH76330FVM-TR集成电路速度:20MHz,电压-电源:1.7V~5.5V,格式-存储器:EEPROM,接口:SPI串行,工作温度:-40°C~85°C(TA),封装/外壳:8-SOIC,存储容量:256Kb(32Kx8),存储器类型:非易失免费样片申请ROHMBR25S256F-WE2集成电路驱动器/接收器数:1/0,电压-电源:2.7V~5.5V,工作温度:-25°C~75°C,封装/外壳:16-SSOPA,FET类型:驱动器免费样片申请ROHMBR25S256FJ-WE2集成电路频率-开关:600kHz,输出配置:正,输出类型:可调式,输出数:1Ohms,电流-输出:300mA,电压-输出（最小值/固定）:3.33V,电压-输出（最大值）:3.47V,电压-输入（最小值）:1.8V,电压-输入（最大值）:5.5V,拓扑:升压,工作温度:-40°C~85°C(TA),封装/外壳:10-uFDFN裸露焊盘,同步整流器:是,功能:升压免费样片申请ROHMBU2090FS-E2集成电路输出配置:半桥(2),电流-输出:500mA,电机类型-AC，DC:有刷直流,电压-负载:3V~5.5V,接口:开/关,工作温度:-40°C~150°C(TJ),封装/外壳:8-SOP,功能:驱动器-全集成,控制和功率级免费样片申请ROHMBD750L2FP-CE2集成电路频率:150kHz,输出数:1Ohms,调光:模拟,PWM,电压-供电（最高）:18V,电压-供电（最低）:9V,拓扑:升压,工作温度:-40°C~85°C(TA),封装/外壳:18-SOIC,内部开关:无,FET类型:DCDC控制器免费样片申请ROHMBR24L64FJ-WE2集成电路电路数:2,电流-输出/通道:30mA,电流-输入偏置:100nA,电流-电源:4mA,电压-输入失调:1.5mV,电压-电源，单/双（±）:3V~36V,±1.5V~18V,工作温度:-40°C~85°C,封装/外壳:8-LSSOP,增益带宽积:4MHz,压摆率:10V/µs免费样片申请ROHMBA3472F-E2集成电路连续漏极电流Id:9A,漏源极电压Vds:4V,工作温度:150°C(TJ),封装/外壳:8-SOP,不同Vgs时的栅极电荷（Qg）（最大值）:35nC@5V,不同Vds时的输入电容（Ciss）（最大值）:3000pF@10V,不同Id时的Vgs（th）（最大值）:2.5V@1mA,RdsOn(Max）@Id,Vgs:18.5mOhms@9A,10V,Pd-功率耗散(Max):2W免费样片申请ROHMBA3472FV-E2集成电路驱动器/接收器数:12/0,电压-电源:2.7V~5.5V,工作温度:-25°C~75°C,封装/外壳:18-SOP,FET类型:驱动器免费样片申请ROHMBU2092F-E2集成电路电压-电源:1.8V~5.5V,时钟频率:400kHz,工作温度:-40°C~85°C(TA),封装/外壳:8-SOP,存储容量:64Kb(8Kx8),存储器类型:非易失,存储器接口:I²C,写周期时间-字，页:5ms免费样片申请ROHMBR24L64F-WE2集成电路输出类型:LVCMOS,输出数:35,输入类型:LVDS,输入数:5,电压-电源:2.3V~3.6V,数据速率:3.92Gbps,工作温度:-40°C~85°C(TA),封装/外壳:64-TQFP,功能:解串器免费样片申请ROHMBA6287F-E2集成电路频率-开关:300kHz,输出配置:正,输出类型:可调式,输出数:1Ohms,电流-输出:1.5A,电压-输出（最小值/固定）:1V,电压-输出（最大值）:32V,电压-输入（最小值）:8V,电压-输入（最大值）:35V,拓扑:降压,工作温度:-40°C~85°C(TA),封装/外壳:TO-252-5,同步整流器:无免费样片申请

引言随钻测井LWD（LoggingWhiIeDrilling）技术是将测井仪器安装在靠近钻头的部位，在地层刚钻开后就测量地层各种信息的一种测井方法。它通过测量地层倾角和方位、钻头方向、钻压、扭矩等，进行钻井定向控制，测量地层的电阻率、自然电位、自然伽马、密度／中子、核磁、声波时差等。LWD在钻井的过程中测量地层岩石物理参数，并用数据遥测系统将测量结果实时送到地面进行处理，形成地层评价。由于当前数据传输技术的限制，大量的数据仍存储在井下仪器的存储器中，起钻后回放。其测量结果克服了井眼扩径、泥浆入侵等一系列环境条件的影响。随钻测井可实时提供地层和井深信息，对地层做出快速评价，优化井眼轨迹和地质目标，指导钻进。特别是在疑难井、大斜度井、水平井中，它显示出比电缆测井更为重要的作用。LWD系统主要由2部分组成：地面系统和井下系统。如图1所示。地面系统包括：上位机PC、接口卡、专用电缆、增效箱以及其他附属配件。其中主机装有LWD系统专用地质导向钻井配套软件Insite。井下系统包括：总线控制器（HCIM）、随钻自然伽马测量仪（DGR）、随钻电阻率测量仪（EWR）、随钻中子传感器（CNP）、随钻岩石密度传感器（SLD）、工具串振动传感器（DDS）、探管（PCD）。由此可见，LWD井下系统有大量传感器对不同参数进行测量，耗电量非常大。由于每次钻井设备下井都要耗费大量人力物力，而且一旦下井，钻井设备会在地下持续长时间工作，而且钻井深度可达几千米，只能通过安装在钻头附近的电池供电。随钻测井系统的供电由2组锂电池（3．6V）并联组成，每组6节串联，构成21V直流电源。电池储能是有一定限制的。例如渤海油田的B20井就是应用LWD技术，测量井段为2102～3073km，连续工作5天。其他应用LWD钻井技术的石油井也是如此，有些LWD传感器甚至要连续在井下工作半个月之久。因此降低系统功耗就是随钻测井系统设计时需要考虑的一个十分重要的问题。1、低功耗电路设计的基本原则对于典型系统而言，其功耗大致满足：P=C×V2×f。C是电容负载，V是电源电压，f是开关频率。功耗与工作电压的平方成正比，因此工作电压对系统的功耗影响最大，其次是工作频率。电容负载也会有一些影响，但电容负载对设计人员而言一般是不可控的。因此设计低功耗系统，应该考虑在不影响系统性能前提下，尽可能地降低工作电压和使用低频率的时钟。对于随钻测井系统，由于传感器在地下几千米工作，温度极高，工作空间狭小，在设计上就提出了其他一些挑战。在高温下，电容等器件的性能会减半，因此在进行器件选型时，这些因素都考虑其中。另外，动态功耗管理也是降低功耗的有效途径。动态功耗管理是当前最重要的系统功耗优化技术之一。它根据系统各模块性能，动态地配置系统，使系统中各功能模块处于满足性能需求所需的最低功耗状态，从而实现节省功耗的目的。2、基于MC9S12Q128的低功耗系统设计MC9S12系列单片机是以CPU12内核为核心的16位单片机，简称S12系列。典型的S12总线速度为8MHz，最高可达25MHz。其I／O和CPU可以运行在不同的时钟下。CPU功耗可以通过开关状态寄存器的控制位来控制。MC9S12Q128外部采用5V电压供电，正常运行时最大电流为5mA，低功耗模式下不到1mA，为设计低功耗系统提供了有利的条件。2．1电源对于MC9S12Q128而言，它的外部供电电压是5V，I／O端口也是按5V供电的逻辑电平设计的，这样可以在使用时接口电路直接与TTL标准电平的器件连接。这些接口电路应该也是低功耗的，否则会造成一方面使用低电压降低了功耗，另一个方面使用额外的接口电路又增加了系统的功耗。芯片内部用2．5V供电，低电压供电保证了芯片的低功耗。芯片内部5V到2．5V通过内部电压调整模块自行进行转换。由于传感器系统是由电池供电，实际电池具有以下非线性特性：①输出电压在放电过程中逐渐下降，低于某个阈值电压时，电池耗尽而停止工作；②电池的有效能量与放电电流情况有关；③电池具有自恢复效应，即电池在非供电时期可以回收部分电荷，从而增加了其有效量。根据电池的以上特性，提出了根据电池状态调度任务的策略；对多电池驱动的设备，提出了以下各种电池调度和管理技术：◆静态调度。按照一定的次序轮流使用各个电池，每个电池工作的时间固定。◆动态调度。通过检测电池的输出电压或放电电流，确定电池的状态，从而决定各电池间的切换时间和顺序。2．2时钟频率从低功耗的角度看，需要较低的频率；但是在实时应用中为了快速响应外部事件，又需要比较快的系统时钟。MC9S12Q128内部总线速率最高可达25MHz，即40ns的最小指令周期。MC9S12Q128内部集成了完整的节能振荡电路。如果外接振荡电路，需要配置时钟合成寄存器（SYNR）和时钟分频寄存器（REFDV）。靠锁相环产生的时钟频率由下面的公式得到：PLLCLK=2×OSCCLK×（SYNR+1）／（REFDV+1）其中OSCCLK为外部晶振频率。经测试，应用锁相环电路时，在21V电压供电情况下，电流会增大5mA左右。本设计选用16MHz的外部晶振，总线频率为默认的8MHz。在保证不影响系统性能的前提下，减少系统功耗。2．3低功耗软件控制MC9S12Q128的工作模式通过模块的智能化运行管理和CPU的状态组合，以先进的方式支持超低功耗的各种要求。MC9S12Q128支持3种低功耗模式——停止模式、伪停止模式和等待模式。CPU条件码寄存器CCR中的S位是STOP指令禁止位，如果要进入STOP模式，该位应置0。停止模式：当CLKSEL寄存器中的PSTP=0时，CPU执行STOP指令，停止所有的时钟和晶振，从而使芯片进入完全静态模式。从这一模式唤醒CPU可以通过复位或外部中断。伪停止模式：当CLKSEL寄存器中的PSTP=1时，CPU执行STOP指令进入伪停止模式。在这种模式下实时时钟中断和看门狗模块仍然在工作，其他的外设被关闭。这种模式消耗的电流比停止模式要大，但是缩短了唤醒CPU所需要的时间。等待模式：CPU执行WAI指令后进入等待模式。在这种模式下，CPU不执行指令，内部的数据总线和地址总线都被关闭，所有的外设都处于激活的状态。2．4外设低功耗管理随钻测井系统传感器主要包括CPU及外围电路、电源、UART通信、RTC、电压电流及温度传感器、Flash存储、总线通信部分和总线接口部分。其中耗电较多的是Flash模块、电压、电流及温度测量模块、RTC及通信电路。有些模块在一些时期是不需要工作的，因此可以动态电源管理，达到节约功耗的目的。应用增强型P沟道MOS开关管VP0300L进行以上模块的供电控制，在无需供电的情况下切断模块的供电，达到节能的效果。在关闭每个模块的供电前先关闭该模块与MCU相应的通信总线，避免损坏接口。Flash模块：在不读写存储器时可以关闭存储器的电源节约功耗。在读写的时候同时由MCU相应I／O口送出高电平，闭合开关。读写完成后可以断开开关。Flash约1分钟读写1次。SW_FL连接到Q128的I／O，当SW_FL置高时，SW_FL端电压不小于VCC，开关管断开，停止供电。当SW_FL置低时，SW_FL端电压小于VCC，开关管导通。温度、电压、电流、电量监测模块：3个检测模块每1分钟采集1次。3个模块应用1个开关，在检测时闭合开关，给3个传感器供电，使其工作。采集结束，断开开关，降低功耗。时间管理模块与1553通信模块：当总线无信号时，MCU断开2个模块的电源，降低功耗。当总线有信号时，MCU先被唤醒，然后通过MOS开关闭合开关，给2个模块供电。2个模块共用1个开关。2．5系统低功耗控制流程系统低功耗控制流程如图2所示。结语MC9S12Q128以其卓越的性能和极低功耗的特点，使开发人员有很大的余地来设计出高性能的低功耗系统。实践证明，使用MC9S12Q128为核心构成的随钻测井系统，其电池的使用寿命已经与进口系统相差不大。进口随钻测井设备一般在井下工作时间为300小时。经现场测试，自主研发的基于MC9S12Q128的随钻测井设备可以在井下持续工作200多小时，完全可以满足各种水平井对传感器的功耗要求。可以预见，在不久的将来国产随钻系统的功耗将越来越低，达到国际水平。转载自——维库电子市场网