近年来，随着高层建筑数量的与日俱增，电梯的需求量也在增加。现阶段我们广泛使用的电梯都是基于LED点阵列的显示系统，显示状态信息比较简单，显示方式比较单调。此外，现在的一些电梯里的广告机，虽然改善了电梯轿内的乘坐环境，良好的广告效果也给商家带来了不小的经济效益。但是这种显示装置没有和电梯控制系统融为一体，只是单纯的视频播放而已。为了使显示和电梯控制系统相融合，打造舒适的乘坐环境，针对现有的电梯系统提出一种由单片机完成不同厂商适配、由ARM/X86统一显示的双核处理方法。该方法中ARM/X86处理器专注于统一通用格式电梯状态信息解码、楼层图片切换或视频播放，从而提高整个系统的实时性与可靠性。针对不同厂商的电梯通信协议，只需要更改单片机的编解码程序便可使整个系统重新工作。RaspberryPi（中文名为“树莓派”）是一款由英国的树莓派基金会所开发，以低价硬件及自由软件为学生计算机编程教育而设计的卡片式电脑。其配备一枚700MHz博通出产的ARM架构BCM2835处理器，256MB内存（B型已升级到512MB内存）的微型电脑主板。RaspberryPi以SD卡为内存硬盘，主板周围有两个USB接口和一个网口，可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口。以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能。其操作系统采用开源的Linux系统，比如Debian、ArchLinux,自带的Iceweasel、KOffice等软件能够满足基本的网络浏览、文字处理以及计算机学习的需要。Qt是一个1991年由奇趣科技开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。Qt具有优良的跨平台特性，Qt支持下列操作系统：MicrosoftWindows95/98、MicrosoftWindowsNT、Linux、Solaris、SunOS、HP-UX、DigitalUNIX（OSF/1、Tru64）、FreeBSD、BSD/OS,SCO、AIX、OS390、QNX等等。1系统整体设计1.1系统框架本系统的硬件部分主要由接口转接板和显示板组成，系统框图如图1所示。图1系统框图1.2子系统功能介绍1.2.1接口转接板接收RS-485/CAN总线上的电梯通信协议，并完成协议的解析；承载温度传感设备和挂在I2C总线上的时钟电路，供显示板读取温度和时间信息，完成用户按键的检测与编码。1.2.2显示板接收接口转接板译码后的电梯数据；读取温度和时间信息；实现界面应用程序。2接口转接板子系统设计接口转接板子系统硬件主要包括ATmega8单片机、DS18B20温度传感器、PCF8563时钟芯片、MAX485芯片等。其接口转接板框图如图2所示。图2接口转接板框图电梯的通信协议有多种，本文以NICE3000通信协议为例实现本系统。2.1NICE3000通信协议的通信设定通信方式：RS-485标准、异步、半双工。数据格式：1位起始位、8位数据位、1位停止位、无校验位。通信波特率：9600bps。通信地址定义：广播地址为0,外接节点地址为1~31（外招板拨码开关确定），地址同时也表示外招所在楼层；显示板只是接收显示，地址设定为0（拨码），无需通信回复。数据校验：采用两位异或校验。数据帧分类：共有两种形式，其中广播帧用于外招显示内容的信息，不需要返回帧，另外还有一种是普通帧，主要完成主控制板与外招之间的控制信息交换。2.2帧格式数据帧采用固定长度，5个字节，结构为帧头、用户数据、帧尾。帧头：包括1个字节地址，即主控制板发送给外招的标识，从机（外招）根据帧头判断本机是否响应当前通信。如果地址是广播地址，则从机接收信息，但是不用返回。用户数据包括：数据2个字节，根据发送方向（主到从或是从到主）以及帧形式定义不同的用户数据。帧尾：包括2个字节校验数据，先发低位，后发高位。电梯系统接收到的数据帧不能直接显示，需要根据数据帧格式，对数据进行校验，然后解析，最后提取有用的数据给显示系统进行显示。本系统的操作如下：3显示板子系统设计对于彩屏电梯显示系统而言，液晶屏的显示效果对客户的影响是至关重要的。因此，应用层的程序开发相当重要。考虑到图形界面控件的丰富程度、漂亮程度以及开源免费的持续升级等因素，选择了QTE/Qt5图形开发平台。显示板子系统的架构如图3所示。图3子系统的架构图3.1Qt的移植3.1.1Qt的移植条件QtforEmbeddedLinux是用于嵌入式Linux所支持设备的领先应用程序架构。Qt可以在任何支持Linux的平台上运行，创建具有独特用户体验的具备高效内存效率的设备和应用程序。Qt的移植需要满足以下几个基本条件：①开发环境：Linux内核2.4或更高；GCC版本3.3或更高；用于MIPS,其GCC版本3.4或更高。②占用存储空间：存储空间取决于配置，压缩后为1.7~4.1MB;未压缩为3.6-9.0MB。③硬件平台：易于载入任何支持带C++编译器和帧缓冲器驱动Linux驱动的处理器；支持ARM、x86、MIPS、PowerPC。④RaspberryPi（B型）满足以上条件，故可以进行Qt5的移植。3.1.2Qt5的移植准备在做Qt5移植之前首先做以下移植准备：①建立一个文件夹/home/opt来存放编译所需的源码和文件。②下载RaspbianWheezy镜像，本文采用2012-07-15-wheezy-raspbian.img。③下载工具链，本文采用gcc-4.7-linaro-rpi-gnueabihf。④下载交叉编译工具，本文采用cross-compile-tools。⑤下载Qt5源码。⑥下载qtjsbackend库的应用补丁。然后建立文件夹mnt/rasp-pi-rootfs,将RaspbianWheezy镜像挂载到此文件夹下，并进入Qt5源码文件夹执行初始化代码init-repository。3.1.3Qt5的编译

目前，嵌入式多核处理器已经在嵌入式设备领域得到广泛运用，但嵌人式系统软件开发技术还停留在传统单核模式，并没有充分发挥多核处理器的性能。程序并行化优化目前在PC平台上有一定运用，但在嵌入式平台上还很少，另外，嵌入式多核处理器与PC平台多核处理器有很大不同，因此不能直接将PC平台的并行化优化方法应用到嵌人式平台。本文分别从任务并行和缓存优化两方面进行并行化优化的研究，探索在嵌人式多核处理器上对程序进行并行化优化的方法。1嵌入式多核处理器结构嵌人式多核处理器的结构包括同构（Symmetric）和异构（Asymmetric）两种。同构是指内部核的结构是相同的，这种结构目前广泛应用在PC多核处理器；而异构是指内部核的结构是不同的，这种结构常常在嵌入式领域使用，常见的是通用嵌入式处理器+DSP核。本文探究的嵌入式多核处理器采用同构结构，实现同一段代码在不同处理器上的并行执行。图1ARMSMP处理器结构在目前嵌入式领域中，使用最为广泛的为ARM处理器，因此以ARM双核处理器OMAP4430作为研究对象。ARM对称多处理（SymmetricMulti-Processing,SMP）结构如图1所示，根据程序的局部性原理，每一个处理器都具有私有的内存（LocalMemory），常见的是一级缓存（L1Cache）。然而，多个处理器之间又涉及到相互通信问题，因此在常见的ARM处理器中使用二级缓存（L2Cache）来解决这一问题。基于对称多处理器结构，所有的处理器（通常为2的倍数）在硬件结构上都是相同的，在使用系统资源上也是平等的。更重要的是，由于所有的处理器都有权利去访问相同的内存空间，在共享内存区域中，任何一个进程或者线程都可以运行在任意一个处理器之上，这样就使得程序的并行化成为可能。2在嵌入式多核平台上进行并行化优化，需要考虑以下问题：①并行化程序的性能取决于程序中串行化部分，程序性能不会随着并行线程数目的提升而不断提升；②嵌入式多核处理器相对于PC处理器而言，其总线速度较慢，并且缓存（Cache）更小，会造成大量数据在内存（Memory）和缓存（Cache）问不断拷贝，因此在进行并行化优化的过程中，应考虑缓存友好性（Cachefriendly）；③程序并行化执行线程数目应当小于或等于物理处理器的数目，线程过多会造成线程间抢占处理器资源，致使并行化性能下降。2OpenMP并行化优化2.10penMP工作原理简介OpenMP是一个基于共享内存模式的跨平台多线程并行的编程接口。主线程生成一系列的子线程，并将任务映射到子线程进行执行，这些子线程并行执行，由运行时环境将线程分配给不同的物理处理器。默认情况下，各个线程独立执行并行区域的代码。可以使用work-sharingconstructs来划分任务，使每个线程执行其分配部分的代码。通过这种方式，使用OpenMP可以实现任务并行和数据并行。图2任务并行模型任务并行模式创建一系列独立的线程，每一个线程运行一个任务，线程之间相互独立，如图2所示。OpenMP使用编译原语sessiondirective和taskdirective来实现任务分配，每个线程可以独立运行不同的代码区域，同时支持任务的嵌套和递归。一旦创建任务，该任务就可能会在线程池（其大小等于物理线程数目）中空闲的线程上执行。数据并行也就是数据级并行，对任务中处理的数据进行分块并行执行，如图3所示。C语言中的for循环最适合使用数据并行。图3数据并行模型2.2快速排序算法原理快速排序算法是一种递归分治算法，算法中最为关键的就是确定哨兵元素（pivotdata）。数据序列中小于哨兵的数据将会放在哨兵元素的左侧，序列中大于哨兵的数据将会被放在哨兵元素的右侧。当完成数据扫描后，哨兵元素分成的左右两个部分就会调用快速排序算法递归进行。快速排序算法中涉及算法的递归调用，会产生大量任务，并且这些任务相互独立，非常适合OpenMP的任务并行模式；另外，就一次快速排序搜索算法而言，哨兵元素对于左右子区间数据容量大小具有决定性作用，考虑到嵌入式平台的缓存（Cache）空间较小，需要对哨兵元素筛选算法进行优化，尽量使得划分出来的左右子区间更均衡，满足负载均衡的要求。2.3任务并行化优化通过对快速排序算法的分析，快速排序是一个递归调用算法，算法的执行过程中会产生大量重复函数调用，并且函数的执行相互独立。对于快速排序的一次扫描运算而言，算法首先确定哨兵元素（pivot），并对数据序列进行一次调整，然后对哨兵元素的左右区间再次进行递归调用算法。如下所示，对任务并行化优化针对每次扫描调整后的左右子区间，将每个子区间的运算抽象为一个任务，并通过OpenMP中的任务并行化原语#pragmaomptask实现任务的并行化执行，从而实现了快速排序的任务并行化优化。任务空间中的数据大小取决于哨兵元素，因此，算法选取的划分算法（PartitionAlgorithm）应尽量将数据序列的划分均衡化，本文使用简单划分算法和三元中值法（Median-of-ThreeMethod）进行测试。2.4缓存优化缓存优化（Cachefriendly）的目标是减少数据在内存和缓存之间的拷贝。对于220个整型数据而言，数据大小为4MB,本文的测试平台（）MAP4430的二级缓存为1MB,需要将数据划分为4个部分。如下所示，算法将4部分数据分为4个快速排序任务，4部分任务并行执行，完成后每部分数据序列排序完成，需要将4部分数据进行合并形成完成数据序列，因此在并行任务结束后，需要对数据进行归并排序。3并行化性能分析3.1实验环境介绍本文采用德州仪器（TexasInstruments）的OMAP4430嵌入式开发平台。OMAP443O为嵌入式多核处理器，拥有对称多处理双核ARM处理器（Dual-coreARMCortex-A、一级缓存32KB、二级缓存1MB,嵌入式操作系统采用Ubuntul2.O4内核，编译器为arm-linux-gnueabihf-gcc，使用GNUgprof获取算法执行时间。3.2性能测试如下式所示，采用计算加速比的方式来分析并行优化的性能，加速比数值越大表示算法的并行程度越高，最低为1.性能测试采用4个算法版本，包括串行版本、并行2线程、并行4线程和缓存优化版，从不同角度来分析性能。如图4所示，从折线图可以看出，3种并行化优化算法相对于串行版本，算法的并行性能都有较大提升，如表1所列，其并行加速比分别为1.30、1.29和1.21.对任务并行优化方案而言，分别使用2线程和4线程版本进行测试，从加速比的分析结果看来，2线程版本较4线程版本略好。理论上并行线程的数目越多性能越好，但本文采用OMAP443O只有两个对称多处理核心，即使算法拥有4个并行线程，但实际执行的线程只有2个，同时4个线程在获取2个物理处理器时存在竞争关系，因而造成性能较之2线程版本有所下降。图4算法执行时间评价并行算法优劣还需考虑算法的负载均衡性，如表1、表2所列，缓存优化方案标准差远远小于任务并行化方案。究其原因，对于任务并行化方案而言，不同的测试数据以及划分算法（partition）对区间的划分有重要影响，从而造成任务执行时间变化范围很大；对于缓存优化方案而言，其实质是数据并行，其每一个任务都是根据缓存大小进行划分，因此每一个任务处理的数据规模基本一致，每一个任务执行的时间更确定，但由于并行任务执行完成后，需要对数据进行归并，造成一定的性能下降。结语本文通过对嵌入式多核处理器硬件结构的分析，从对称多处理角度对串行快速排序算法进行并行化优化，取得了很好的效果。以ARM双核处理器（OMAP4430）作为测试平台，从任务并行和缓存优化实现并行优化，从性能测试的结果看，任务并行具有良好的加速比，但负载均衡性差，并行线程数目不应超过物理处理器核的数目，过多的并行线程竞争处理器资源，造成性能下降。缓存优化具有良好的负载均衡性，但需要后续进行归并操作，造成性能有所下降。总之，在嵌入式多核处理器上进行并行化优化，一方面要充分发掘嵌人式多核处理器的并行性能，提高程序的并行性；另一方面也要考虑程序算法的负载均衡性，确保在不同应用环境中程序性能一致。来源：维库电子市场网

一、项目概述1.1引言能源短缺是21世纪国际面临的新问题。在寻找新的储备能源之外，节约能源，提高效益也就成为更加符合当下注重研究的课题。随着国民经济的快速发展和社会进步，教育在全社会愈加被关注和重视，校园规模也随着招生规模的扩大不断扩大，教室的数量也大幅度增加。但对目前的各类高校说，照明控制系统的使用还处于初级阶段，由于国家关于“创建节约型校园”政策的颁布，加之传统的手动关灯方式操作繁琐且存在着较大的人为浪费的弊端，在教学楼内使用新型的照明节能自动控制系统已成为大势所趋。在本次大赛的调研阶段，我们还注意到，尽管市场上存在着形形色色的智能灯控设备，但或其设备体态太大，或其成本较高，仅仅局限在某些公共场合或厂家使用，严重限制了其使用的普适性和广泛性，照明节能自动控制设备技术在我们家庭生活中的应用几乎是一项空白。特别是在当今智能家居的理念深入人心，简约性环保性成为新的看点，用科技改变生活已成为人们执着追求的目标。本系统是以Atmegal28单片机为控制器核心，通过其强大的微控功能，扩展了无线通信、传感和显示模块，实现对照明系统的自动控制，既在一定程度上杜绝了教室电力资源浪费现象的出现，又满足了日常生活中人们所倡导的简约便捷和自动控制，降低了运行维护的费用，节约了管理成本，有着巨大的生态、环境和经济效益。1.2项目背景/选题动机当今的社会生活特别是众多高校中，现存的能源浪费、经费超支和学生视觉健康等问题已越发引起人们关注，高校教室照明的节电问题不得不提到重要的议事日程上来。加之当今人们对生活智能化简约化要求的提高，能否利用现有的资源设计一款自动控制且具有相对实用性照明系统，填补家庭生活自动照明技术的空白，改进现有照明设备存在的缺陷，是我们队伍本次参赛目的的重中之重。在本次参赛调研准备阶段，我们特意对现今市面所广泛使用的人体红外感应开关电路做了研究分析。现有人体感应设备是利用人体红外热释感应技术，判断人的动作有无来控制灯的亮灭，其灵敏感应、抗干扰力确实值得称道。但我们都有这样的体会，当在教室中静坐一段时间，由于感应不到人体动作的变化，灯会自动熄灭，直到我们再给予相关的动作才会重新将灯置亮，这给我们的正常学习带来了极大的不便；而且，由于系统中的延时设置，当教室中人都走光之后，所有的灯仍会亮一段时间，如果我们能将这段时间内不必要的电力资源耗费节省下来，日积月累，对任何一个高校众多的教室而言，绝对是一笔不小的开支。我们认为以上两点，是现有设备没有考虑也无法克服的性能漏洞。更显然的是，这样的设备根本不适合应用在我们日常家庭生活当中，设想如果我们在房间中休息，灯自动熄灭，将会给人们带来多大的不方便与不习惯。鉴于以上功能与需求的分析，我们决定利用Atmegal28单片机以及外围设备，通过对人体进出房间的计数，判断房间内人的有无来控制灯的亮灭，既克服了需要不断动作的弊端，减少了不必要的延时所造成的资源浪费，又能自动控制，很好的应用于学校工厂及家庭日常生活当中去，具有较好的应用前景，这是我们选择此项目的直接背景和根本动机。二、需求分析2.1功能要求本系统主要采用光感应传感器和红外光感应计数器共同设卡来控制室内的照明设备的亮与灭，当室内光线暗到一定程度以及计数装置计算结果为≥1（即室内有人）时，条件满足，单片机控制系统会自动动作打开照明设备的开关，当条件不满足时，控制系统也会动作立即关闭开关。由于设计伊始，我们小组主要把该设备的应用场合应用定位于学校或工厂等大型公共场合。首先假如以我们大学教室照明为应用对象，我们还加了一些可选功能。比如说，据我们调查了解，像我们学校这样的普通教室一般会有六排左右灯，但当只有少部分人（具体数目因情况而定）进去的时候我们只要求靠前的三排灯亮，但是如果这少部分人有特殊情况非要把所有的灯都打开，我们专门在键盘上设置了一个按键功能，此按键动作就会把剩余未打开的三排的灯强制打开。但是由于节能观念的普适性，我们的这个装置也可以装在普通家庭照明系统中，鉴于此我们又给该装置加了一个遥控器装置，用户可以用遥控器通过无线装置远距离操作强制打开和关闭照明设备。为了丰富该装置的功能，我们还给该控制系统加了一个显示屏和一个键盘模块。由单片机驱动在显示屏上显示当前时间、当前温度、当前计数值。键盘用来调节相应参数，比如当系统由于发生不可避免故障时，计数器会发生错误，此时就用键盘重新输入值更正一下，同时键盘还可以用于调节时间，还有之前介绍的功能键也是其中的一部分。图1系统架构2.2性能要求①光感应灵敏，响应速度快（2us左右），工作温度范围宽（-25℃~+70℃）。②计数准确。③测温精确度高，精度为±0.5°C；适应电压范围更宽，电压范围：3.0~5.5V.④使用PT2262射频无线通信芯片，在室内可用通信距离为几十米，无线遥控距离遍及了一般的教室（或工厂）空间。本系统有两个要求相对要严谨一点的模块。首先是计数模块，因为我们使用的是对射式计数方式也就是一旦遮住光线，红外感应器就会发出一个计数脉冲。但是，当人员相对比较密集的时候，也就是说当门足够宽时，出现两个人并排或者是错开但仍连续遮掩光线时，这时计数器只记一个数，这样就会出现错误。所以，我们所设计的装置只适应于那种门不会太宽以至于不会出现多人连续遮掩光线，使计数值不准的场合。就我们对我们学校的观察以及测量发现，就一般的学校教室几乎不会出现上述情况，所以本装置安装在教室内计数上几乎不会产生错误。其次是无线遥控模块（该模块主要用于家庭照明系统或工厂中），该模块传输距离有限，一般在几十米，但当用户在较远距离遥控时可能会出现失灵的情况。三、方案设计3.1系统功能实现原理本系统主要包含以下几个模块：①计数模块②光感应模块③显示模块④测温模块⑤键盘模块⑥无线遥控模块1、计数模块计数模块我们采用红外线感应计数器，该种计数器大体分为两种，其中一种是对射式，另一种是反射式。对射式是利用一个发射头一个接收头，中间如果有物体通过就遮挡一下光线，输出一个脉冲给计数器，计数一次；反射式是发射头和接收头做在一块成为一个红外探头，当红外探头前有物体出现就把发射头的红外线反射给接收头，探头输出一个计数脉冲给计数器，计数一次。由于对我们这个系统的应用场合对射式要比反射式计数方面要准确些，所以采用对射式。我们把红外线感应计数器的脉冲输出端直接连接在单片机的I/O口上进行计数处理，计数结果同时要在液晶屏显示器上显示一下。红外感应器与单片机连接示意图2.光感应模块光感应模块我们首选的是欧恩光电技术研究所2006年研发的专利项目--ON9658光感应传感器。该产品采用的是CMOS工艺内置了稳压、OP放大、红外差分等近10000门电路，还有暗电流小，低照度灵敏等等优点，在实际应用中，只需加一个下拉电阻即可。此产品适合电视机、LCD背光、数码产品、仪器仪表、工业设备等诸多领域的节能控制、自动感光、自适应控制等，同时可定位为环保产品，替代传统光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管，符合本次大赛环保的理念。实现原理：当光照射到光敏三极管上，光敏三极管的阻值急剧减小，利用光敏三极管On9658作为传感器串联一个7.5K的电阻，通过光敏三极管电压的变化反映因光源的照射强度在光敏三极管上的变化。把检测的电压信号通过电压跟随器电路输入Atmega128型单片机。该电路结构简单，灵敏度高且检测电压信号稳定，效果明显。采样信号运放电路，增强信号的强度，通过电压跟随器可以增加信号电压的稳定性，后级接电压跟随器增强了电路带负载能力。3.显示模块设计中LCD主要作用：本次设计LCD主要作用于显示当前室内人数以及对系统操作时的操作菜单，通过显示器实现方便直观人机对话界面。LCD显示原理：本设计采用以ST7920为驱动芯片的LCD12864字符液晶显示器。ST7920通过RS、R/W和E的时序配合，通过DB0-DB7八位数据端口对其内部数据寄存器DR和指令寄存器IR的读写操作，通过对数据寄存器DR的访问，可以存取DDRAM、CGRAM、CGROM和IRAM的值。将要显示的字型码写入到DDRAM上，ST7920将自动地按照编码从CGROM中将要显示的字型显示到屏幕上。LCD初始化流程：LCD显示内容：时间设置人数更改设置4.测温模块

随着32位DSP的普及，32位处理器已经成为控制领域的主流产品，与传统的微处理器相比速度更快、性能更强、资源丰富，更符合发展的脚步。TMS320F28027是一款32位的DSP,具有运算速度快、稳定性高的优点。本文利用TMS320F28027控制两个步进电机，从而使物体在平面内运动，实现物体在平面内可以任意地画指定的曲线和圆等。1系统总体方案的设计图2为悬挂系统控制框图，以TMS320F28027为控制芯片，利用L298N驱动两个步进电机。步进电机采用42HS4813A4,其额定电流为1.3A,步距角为1.8°，利用LCD-12864液晶显示被控制物的实时坐标。控制2个步进电机正向、反向转动来达到物体在平面内任意运动的效果。图1悬挂系统的模型图2悬挂系统控制框图2硬件电路设计2.1L298NL298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。图3为L298N模块的电路原理图。该芯片的主要特点是：工作电压高，其最高工作电压可达46V;输出电流大，瞬间峰值电流可达3A,持续工作电流为2A;内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器。利用2个L298N来分别控制2个步进电机，步进电机的额定电流为1.3A,同时通2相时，电流为2.6A,L298N可以达到42HS4813A4步进电机的电流要求。图3L298N模块电路原理图2.2绝对式编码器绝对式编码器的精度必须要高于步进电机的精度，所以这里采用的是10位绝对式编码器。选用的型号是Mini1024J，精度为10位，优点在于采用无接触霍尔检测技术，传感器运行不受灰尘或其他杂物影响，很好克服了基于光学检测原理的缺点。3系统软件设计3.1几何关系1:从任意点移动到任意点算法坐标示意图如图4所示，有如下的边长和角度关系：图4坐标示意图3.2几何关系2:当前位置坐标显示算法如图5所示，存在以下的角度和边长关系：控制代码如下：图5坐标示意图3.3电机位置闭环控制方法步进电机闭环控制框图如图6所示，TMS320F28027分别用2个定时器来控制两个电机，用绝对式编码器对位置进行监控，进行失步补偿，保证位置正确，并且可以使曲线圆滑。图6步进电机闭环控制框图步进电机的型号为42HS4813A4,为了防止失步，步进电机每步的最小间隔为4ms,并且用软件对步进电机进行了十六细分，即每步的间距为0.45°。控制电机部分的程序流程图如图7所示。图7控制电机部分的程序流程图控制代码如下：3.4画图算法利用几何关系任意点到任意点的算法，分别给处理器一连串的位置坐标，控制物体的运动轨迹，如图8所示。图8画圆取点示意图相同间隔取N个点，分别输入处理器，来控制物体的坐标。将取的点传递给TMS320F28027时，为了让圆足够的平滑，消去锯齿状，所以在圆上取了200个点。控制代码如下所示：4系统测试系统完成后，进行了两项测试，分别是画圆运动和运动到指定点。其中画圆运动测试是在输入圆心坐标以及半径后，对实际画出圆的直径与理论直径作了对比，并且记录了画圆的耗时。此测试中，圆心坐标为（40.0cm,40.0cm），输入的半径值为30.0cm，测试结果如表1所列。表1画图运动测试结果其中，运动到指定点测试是以坐标原点为起始点，在输入指定坐标之后，对原点到指定点距离的理论值和实际值作了对比，并且记录了运动完后回到原点的误差距离，即是否能准确回到原点。在此测试中，运动的原点坐标为（0cm,0cm），目标坐标为（49.0cm,50.0cm），即距离原点为70.0cm，实际测试时，运动到（49.1cm,49.2cm），即距离原点69.5cm,测试结果如表2所列。表2运动到指定点测试由测试结果可看出，该系统具有高效、稳定、准确的优点，符合实验预期。来源：维库电子市场网

在实际的应用中，虽然有源蜂鸣器控制简单，缺陷是成本比较高，在潮湿的环境用久了，容易损坏。而无源蜂鸣器弥补了有源蜂鸣器缺点，但问题是无源蜂鸣器需要PWM驱动。在系统的设计中，微控制器的PWM资源往往是比较紧张的，同时使用PWM驱动也加大了软件开发的难度。接下来笔者将引领大家学习如何设计一个无需PWM也能驱动无源蜂鸣器的低成本电路。1.1无源蜂鸣器常规驱动电路图1无源蜂鸣器常规驱动电路如图1所示，此图为无源蜂鸣器的常规驱动电路。需要在输入端输入一定频率PWM的信号才能使蜂鸣器发声。为了解放PWM资源，实现简单控制，必须如有源蜂鸣器一样提供一个振荡电路。而有源蜂鸣器主要使用LC振荡，如果要实际搭建此电路，电感参数比较难控制，而且成本高。此时，自然会想到简易的RC振荡，而由三极管构成的RC多谐振荡电路显然是一个不错的选择。1.2三极管多谐振荡电路图2三极管多谐振荡电路三极管多谐振荡的通用电路如图2所示。这个电路起振的原理主要是通过电阻与电容的充放电使三极管交替导通。首先，在电路上电时，分别通过R1与R4对电容C1与C2进行充电。由于三极管元件的参数不可能完全一致，可以假设三极管Q1首先饱和导通，由于电容两端的电压不能突变，Q2的B极此时变成负压，Q2截止，Vo端输出高电平；C1通过R2进行充电，当C2的电位使BE极正向偏置时，Q2导通，Vo端输出低电平；同理C2电容两端电压不能突变，Q1的B极电压变为负压，此时Q1截止。这样循环往复，使在Vo端输，一定频率的方波信号。如图3所示，笔者使用示波器截取了Q1与Q2的B极和E极的波形，可以发现与上面的分析是吻合的。图3多谐振荡电路充放电波形从以上的分析可以看出，Vo的输出信号频率受到R2与C1,R3与C2充放电速度的控制。假设，以Q2的C极作为信号的输出，R2与C1的充电时间T1决定了输出信号高电平时间，而R3与C2的充电时间T2决定了信号输出低电平时间。而信号的频率为：f=1/（T1+T2）。由此，可以推导出输出信号的公式。由于RC充电时间公式：t=R*C*Ln[（E-V0）/（E-Vt）],在本电路中，E为VCC,V0为-（VCC-Vbe），Vt为Vbe,则，最终的公式为：t=R*C*Ln[（2*VCC-Vbe）/（VCC-Vbe）]。接下来，就可以进行电路参数设计了。而笔者手中的蜂鸣器振荡频率全是2.4KHz的，所以此处只计算此频率的参数。设电容C1=C2=0.1μF,VCC=5V,Vbe=0.63V则可以计算出电阻参数：R=1/（2*10-7*2.4*103*Ln[（2*5-0.63）/（5-0.63）]）=2.7KΩ。至于R1与R4的取值，只需要参数比R2与R3小一些即可，而信号输出的边沿的陡峭程度受这两个电阻影响，电阻越小，边沿越陡峭。按照此计算的参数搭建电路，测试频率如图4所示，实际频率与理论值接近。图4多谐振荡Vo实际输出信号1.3无源蜂鸣器驱动电路改进上面的振荡电路已经有了，下面又该如何驱动并且控制无源蜂鸣器呢？其实，只需要将电路进行简单修改即可实现目的。第一，将原电路R4替换成为蜂鸣器，并在蜂鸣器两端并联二极管。细心的读者如果看过《EasyARM-iMX283教你设计蜂鸣器电路》，会发现在无源蜂鸣器两端没有并联电容。通过实际的电路测量，无源蜂鸣器并没有产生尖峰脉冲，所以去掉此电容，如图5所示。蜂鸣器两端的续流二极管的选择十分的重要。如果二极管选择不当，可能会引起蜂鸣器电路的不稳定。通常使用的1N4148开关二极管，可能会使电路的充电回路不稳定，使蜂鸣器的发声比较嘶哑。在此电路中笔者建议二极管最好选择肖特基类型的二极管。图5无源蜂鸣器驱动电路第二，为电路加入了一个控制端。在实际的电路中，不能让蜂鸣器一直鸣叫，所以需要进行控制。控制电路，笔者想到了两种，读者也可以发挥自己的想象，改进电路。（1）在Q的B极通过一个小的电阻接到单片机的IO口，但此方法要求单片机IO处于开漏或弱上拉状态。当单片机输出低电平时，B极电压非常低，不会饱和导通，振荡也就停止了，蜂鸣器不叫；当IO输出高电平，由于处于弱上拉（内部上拉电阻一般几十K欧姆）或开漏状态，对电路的充放电电路几乎没有影响，电路开始振荡，蜂鸣器鸣叫，电路如图6的a图所示。（2）使用一个二极管对电路电路进行隔离，如果单片机IO一不小心处于了推挽输出状态，使用第一种方式电路的频率就将被改变。如果使用二极管隔离，这样不用担心电路异常了，可以实现如（1）相同的简单控制。但要注意，此时二极管的导通压降一定要比三极管的Vbe小，使三极管处于截止状态，电路如图6的b图所示。通过比较两种方式可以发现加一个小电阻是一个即简单又廉价的控制方式，但如果想要“偷懒”,二极管的隔离是很好的选择。图6无源蜂鸣器控制电路1.4无源蜂鸣器电路兼容设计图7无源蜂鸣器兼容设计电路为了电路的兼容性的设计，即可驱动无源蜂鸣器又能驱动有源蜂鸣器，笔者设计如图7所示的改进电路。与图6的b图所示的电路比较，主要增加了两个电阻和两个电容。在实际的使用的过程中，可以根据实际的工程应用，选择合适的驱动电路。如果是驱动无源蜂鸣器，如图7的a图所示，图中标为红色的器件都不用焊接。而如果在设计过程中想让电路使用有源蜂鸣器，可以修改为如图7的b图所示的电路，同样图中的红色的器件不用焊接即可。1.5驱动电路局限性分析其实，仔细的分析这个电路也存在一定的局限性。由于此三极管多谐振荡电路的振荡频率主要是通过RC的冲放电时间来决定的。所以，电阻和电容的选择尤其的重要。在大多数环境下，其实电阻的稳定性是比较好的，电容最易受到温度变化的影响。本次试验笔者使用了100nF电容，通过厂家提供的器件手册，在-55~+125度范围内误差为±10%。也就是说，如果常温（25度）频率为2.4KHz,在恶劣的温度环境下振荡将在2.16KHz~2.64KHz范围内，因此，在高低温的环境下音调可能会发生一定的变化。为了验证猜想，笔者也做了一个简单的试验作为验证。笔者将电路板的温度控制到85度左右，然后使用示波器抓取此时三极管的输出波形。通过示波器发现，确实如所预料的一般，振荡频率发生了改变，变成了2.7KHz左右，与预估的频率相近。然后，为了测试电路的低温特性，又将电路板的温度控制到-40度左右。此时，测试蜂鸣器的输出频率为2.25KHz左右。这个数据也在初始的预计的范围以内，有兴趣的读者也可以自己实践试一试。1.6产品推荐如图8所示，此为广州致远电子设计的M283工业级核心板。此产品是基于Freescalei.MX283ARM9高性能处理器设计，频率高达454MHz,电源管理单元集成高效片上DC/DC,极低功耗，支持锂离子电池供电。M283核心板适用于快速开发一系列最具创新性的应用，如智能网关、手持机、扫描仪以及便携式医疗设备等。图8M283核心板来源：维库电子市场网

多年来，制造商不断向市场推出LED灯，其最终目标是要用来取代白炽灯和紧凑型荧光灯（CFL）。这些灯泡设计的演变经历了从非常简单的不可调光方案，到高级但昂贵的可调光方案，再到性价比更高的可调光方案。许多LED灯都宣称可调光，但实际上，很多LED灯的性能并不十分理想，且由于所使用的调光器和电路负载不同而性能各异。有时，将LED灯安装在设有调光器的室内后，LED灯会出现闪烁且无法均衡调整光亮度的情况。这些缺陷是由于现阶段美国使用的大部分调光器都是基于双向晶闸管（TRIAC）二线前沿切相电路的，这些电路开发于20世纪60年代，适用于电阻式白炽灯。TRIAC是一种双向半导体电源开关，由可变定时电路生成的脉冲触发，并在传导电流高于保持电流时维持导通。调光器电路的种类有很多，使用了不同特性的器件以及不同的控制电路和滤波元件。LED灯的驱动器电路将交流输入电源转换为低压直流电源，并维持一个稳定电流，驱动高亮度LED负载获得恒定光输出。要想通过基于双向晶闸管的调光器来调节基本的LED驱动器电路，就必须额外添加一些元器件来实现稳定的调光器运行，并根据调光器相位角来调节输出电流。由于调光器差异较大，所连接的LED调光电路性能也有所不同。由于现在还未出台明确标准来划分带有调光器的LED灯泡的性能，使这一问题变得更加复杂。至多会有一些灯泡制造商提供调光器列表，列明他们认为可与其产品兼容的调光器。在美国能源部（DoE）的支持下，美国电气制造商协会（NEMA）正着手制定适用于由切相调光器驱动的LED灯的调光标准，包括决定是否达到可接受性能的测试程序及指标。希望这一标准最终能够帮助清理掉市场上那些声明可调光，但性能远未达到终端用户所期待的柔和、稳定如白炽调光预期的产品。大部分LED灯泡使用的驱动电路都包含降压、升降压或反激式转换器。在各种情况下，都可通过修改基本电路来实现可接受的调光性能，同时不会增加器件的成本和复杂性。这样就可以提升可调光驱动器的性能，进而满足消费照明市场的成本节约要求。兼容性的问题在于TRIAC调光器电路如何与LED驱动器输入电路进行交互。单级LED驱动器示例电路（图2）取代了图1中代表白炽灯的电阻性负载。尽管这一电路由于在稳定运行时的高功率因数模拟了电阻性负载，但其前端也包括了EMI滤波所必需的电容器。此外，LED灯泡所消耗的功率比同等白炽灯的25%还要少。结果就是，在TRIAC触发前，调光器在交流线路半周期中主要承受电容性负载。图1:典型的调光器原理图图2:基本的LED驱动器电路框图图1所示的双向触发电路若想要按照设计目标运行，还需要一条电阻性路径至中性点。如果改为电容性负载，这一电路将无法正常运行，并导致周期转换时出现不稳定触发的情况，具体表现为输出的光不停闪烁。调光器和LED驱动器中的EMI滤波器，还会由TRIAC启动时的高dv/dt引起振铃振荡。振荡幅度达到一定程度时，会导致电流降至“保持电流”以下，从而使TRIAC关闭，而无法在下一次线路过零之前维持TRIAC导通。这一情况通常会由于触发电路重触发TRIAC,导致其在单个线路半周期中多次开和关。除了给元器件造成应力并很可能破坏调光器或LED驱动器之外，这将导致出现严重的闪烁以及令人不悦的噪声情况。假设使用LED灯所适用的调光器来替代该调光器并不是理想的解决方案，那么可以通过修改LED驱动来解决上述问题，从而实现LED驱动与标准调光器的搭配使用。图3:可调光LED驱动示意图。示例电路（图3）为单级LED反激式转换器，同样的技术也可用于升降压或适应性降压转换器。首先，必须在设计输入滤波器时将输入电容保持在最小值，这样也有助于实现最佳的功率因数。下一步介绍的是有源衰减器及无源泄放器电路。衰减电路在TRIAC触发时会限制冲击电流，从而极大地抑制振铃，以至TRIAC保持导通状态。短暂延时后，衰减电阻被一个小的MOSFET所旁路，以防止在余下的导通期间产生功率损耗。为将低功率驱动器成本降至最低，可忽略旁路MOSFET及其相关的驱动电路，但这会导致电阻器的散热及相关的效率损失。可使用无源泄放器电路代替一些调光解决方案中使用的有源泄放器。该串联RC网络从触发点开始传导电流，时间足够开关转换器开始抽取电流，这有助于确保电流在这一期间不会降至保持电流以下。以恒定导通时间运行的反激式或升降压转换器作为接至直流总线的主要电阻性负载，可在下次线路过零前保持调光器TRIAC的导通状态。转换器需要抽取足够多的电流，以保持在TRIAC保持电流之上。单级PFC反激式或升降压转换器通常可以实现这一目标。此处所述电路采用了IRS2983控制器IC,其运行在电压模式下。COMP输入端上的直流电压电平决定了开关周期的导通时间。因为控制器IC常与初级侧调节一起使用以保持恒定的输出功率，所以必须在这一输入端上增加齐纳二极管来钳位COMP电压。这就对最大导通时间设置了限制，以致在调光期间，当直流总线电压下降时，导通时间就无法增加来进行补偿。结果就是，随着调光器设置的降低及直流总线电压的下降，输出电流也会降低。这样就可以在无需采用更复杂的电路来检测调光器相位角或调节输出的情况下，通过调节调光器控制将灯光亮度调节至低于20%。同时，必须在调光关闭期间释放控制器VCC电源，以确保IC仅在所需时段运行。为此使用了一个高压二极管连接VCC与直流总线。有源衰减器及无源泄放器电路也可与降压转换器一起使用，但结果取决于LED电压。由于在线路电压低于输出电压时转换器无法抽取电流，相位调光运行范围将受到限制。出于这一原因，LED电压最好保持较低，但也不能太低，否则电路将变得无效，需要使用过大的电感器。对于保持合理调节范围的120VAC系统，LED电压最好是20V~40V。CCM降压LED控制器IC（如IRS2980）可在不平滑的总线电压始终高于LED总输出电压的同时，维持LED灯的平均电流调节。本文介绍的这些简单技巧在与所述的LED转换器一起使用时，可使大多数基于TRIAC的调光器实现无闪烁的平滑调光效果。来源：维库电子市场网

RS485接口具有良好的抗噪声干扰性能、长传输距离和多站能力等特点，使其成为工业控制的首选串行接口。嵌入式系统中也广泛采用RS485接口作为设备控制的串行接口。RS485采用两线差分的接线方式进行串口数据的传输。由于发送和接收都是采用这两根差分线进行，因此它是半双工工作模式。基于RS485的特点，分别讲述了通过硬件方式和软件方式来实现RS485发送和接收方向的切换，重点解决了DM8168嵌入式平台上软件实现RS485方向切换的功能。RS485总线是工业应用中非常成熟的技术，是现代通信技术的工业标准之一。RS485总线用于多站互连十分方便，用一对双绞线即可实现，采用平衡发送和差分接收，即在发送端驱动器将TTL电平信号转换成差分信号输出，在接收端接收器将差分信号变成TTL电平，因此具有抗共模干扰的能力。根据RS485标准，传送数据速率达100kb/s时通信距离可达1200m。RS485在嵌入式系统中的应用非常广泛。嵌入式系统可以通过RS485接口来控制终端设备。由于RS485是半双工模式，因此发送和接收的方向切换需要我们的关注和研究。如果方向切换方式选择不好可能会导致RS485驱动能力下降、软件执行效率下降，甚至导致系统异常等问题。本文分别给出硬件实现RS485方向切换和软件实现RS485方向切换两种方式。两种方式各有优点，硬件方式控制起来比较简单。软件方式的驱动能力更好，但是和嵌入式平台关系比较密切，不同的平台都需要调试和验证。1硬件方式控制RS485方向图1所示为硬件控制RS485的电路图。电路中使用2N7002LT1GMOS场效晶体管把UART_TXD_485这个MCU输出的RS485发送信号逻辑取反后送给RS485芯片的RE/DEPIN脚。控制的原理是，当UART_TXD_485输出低电平时RS485芯片的DE使能；输出高电平时RE使能。默认情况下UART_TXD_485是高电平，RS485芯片处于接收状态。发送数据时，UART_TXD_485上面有高低电平信号变化，低电平信号通过RS485芯片SP3072EENL/TR直接输出，高电平信号通过外部上下拉电阻来控制。这种方法的优点是控制简单，软件不需要做额外的工作，控制RS485像控制RS232一样。但是这种方法的缺点是驱动能力可能不足，由于这种控制方法没有完全发挥出RS485驱动芯片自身的驱动能力，输出信号依赖于外部上下拉电阻，因此在复杂环境下，譬如很多负载需要控制时，就会存在驱动能力不足的问题。但是在一些简单的环境或者软件实现较复杂的平台下，使用这种方法还是切实可行的。图1硬件控制RS485电路图2软件方式控制RS485方向2.1驱动能力分析在复杂的RS485控制环境下，用上面介绍的硬件方式来控制RS485的方向会存在比较突出的驱动能力不足的问题。修改上述控制方法，将TTL这一侧的2线控制改为3线控制，就是将收发控制信号不用当前的/TXD来控制，而从主控分出一根GPIO线来控制收发。按照输出电流计算，3线控制方式相对用2线控制的总线上下拉作为输出的方式，其驱动能力提高了25~50倍（不同厂家不同型号有差异），如果辅以终端电阻灵活配置的措施，RS485的驱动能力将完全不是问题。表1是两种控制方式驱动能力的对比。2.2软硬件环境图2软件控制方法中的硬件设计软件控制方法采用图2的硬件设计，图中很突出的修改是使用MCU的GPIO来控制RE和DE.RS485芯片的供电采用5V供电，提高驱动能力。RS485芯片的RE和DE控制使用MCU的GPIO输出高低电平来控制。简单来说就是，在RS485进行数据传输时，通过GPIO来控制传输方向。这里采用的MCU是TI公司的DM8168处理器来实现软件的RS485切换功能。软件版本使用UBoot2010.06和linux2.6.37。用软件来实现RS485的收发，尽量要保证执行效率；要达到上面的目的就需要对串口驱动进行调试，使用串口驱动用到的软件资源和串口控制器本身的硬件资源来实现RS485的控制。表1软件和硬件控制方式驱动能力的对比2.3UBoot代码修改需要修改的文件：①board/ti/ti8168/evm.c②drivers/serial/ns16550.c③include/configs/ti8168_evm.hti8168_evm.h文件中增加切换宏定义：#defineCONFIG_RS485_DIR_SW1evm.c文件中增加切换函数：voidrs485_dir_sw（intrs485_dir）{if（rs485_dir==0）_raw_writel（RS485_DIR_MASK,TI81XX_GPIO1_CLEARDATAOUT）；else_raw_writel（RS485_DIR_MASK,TI81XX_GPIO1_SETDATAOUT）；}s16550.c串口驱动文件中增加RS485方向控制：voidNS16550_putc（NS16550_tcom_port,charc）{#ifdefCONFIG_RS485_DIR_SWrs485_dir_sw（1）；#endif……//此处代码省略#ifdefCONFIG_RS485_DIR_SWwhile（（serial_in（&com_port->lsr）&UART_LSR_TEMT）==0）rs485_dir_sw（0）；#endif}其中UART_LSR_TEMT表示发送BUF和移位寄存器为空。默认情况下RS485是接收状态，一旦要发送数据，就把RS485切换为发送状态。发送完数据后，等待发送BUF和移位寄存器为空，然后切换回接收状态，这里无需使用timeout。2.4Linux代码修改需要修改的文件：①arch/arm/machomap2/bordti8168evm.c②drivers/serial/omapserial.c③include/linux/serial_core.hserial_core.h文件，uart_port结构体中增加set_rs485_direction函数指针，用于执行RS485的方向切换void（*set_rs485_direction）（intrs485_dir）；原本考虑在uart_ops结构体中增加的，但是这个结构体是常量类型，对它不作改动，因此加到了uart_port结构体中。在该文件中添加相关宏定义和函数指针类型用于函数注册：#defineSET_RS485_RX0#defineSET_RS485_TX1

摘要有限脉冲响应(FIR)和无限脉冲响应(IIR)滤波器都是常用的数字信号处理算法---尤其适用于音频处理应用。因此，在典型的音频系统中，处理器内核的很大一部分时间用于FIR和IIR滤波。数字信号处理器上的片内FIR和IIR硬件加速器也分别称为FIRA和IIRA，我们可以利用这些硬件加速器来分担FIR和IIR处理任务，让内核去执行其他处理任务。在本文中，我们将借助不同的使用模型以及实时测试示例来探讨如何在实践中利用这些加速器。简介图1.FIRA和IIRA系统方框图图1显示了FIRA和IIRA的简化方框图，以及它们与其余处理器系统和资源的交互方式。·FIRA和IIRA模块均主要包含一个计算引擎（乘累加(MAC)单元）以及一个小的本地数据和系数RAM。·u为开始进行FIRA/IIRA处理，内核使用通道特定信息初始化处理器存储器中的DMA传输控制块(TCB)链。然后将该TCB链的起始地址写入FIRA/IIRA链指针寄存器，随后配置FIRA/IIRA控制寄存器以启动加速器处理。一旦所有通道的配置完成，就会向内核发送一个中断，以便内核将处理后的输出用于后续操作。·u从理论上讲，最好的方法是将所有FIR和/或IIR任务从内核转移给加速器，并允许内核同时执行其他操作。但在实践中，这并非始终可行，特别是当内核需要使用加速器输出进一步处理，并且没有其他独立的任务需要同时完成时。在这种情况下，我们需要选择合适的加速器使用模型来达到最佳效果。.在本文中，我们将讨论针对不同应用场景充分利用这些加速器的各种模型。实时使用FIRA和IIRA图2.典型实时音频数据流图2显示了典型实时PCM音频数据流图。一帧数字化PCM音频数据通过同步串行端口(SPORT)接收，并通过直接存储器访问(DMA)发送至存储器。在继续接收帧N+1时，帧N由内核和/或加速器处理，之前处理的帧(N-1)的输出通过SPORT发送至DAC进行数模转换。加速器使用模型如前所述，根据应用的不同，可能需要以不同的方式使用加速器，以最大限度分担FIR和/或IIR处理任务，并尽可能节省内核周期以用于其他操作。从高层次角度来看，加速器使用模型可分为三类：直接替代、拆分任务和数据流水线。直接替代·内核FIR和/或IIR处理直接被加速器替代，内核只需等待加速器完成此任务。·此模型仅在加速器的处理速度比内核快时才有效；即，使用FIRA模块。拆分任务·FIR和/或IIR处理任务在内核和加速器之间分配。·当多个通道可并行处理时，此模型特别有用。·根据粗略的时序估算，在内核和加速器之间分配通道总数，使二者大致能够同时完成任务。·如图3所示，与直接替代模型相比，此使用模型可节省更多的内核周期。数据流水线·内核和加速器之间的数据流可进行流水线处理，使二者能够在不同数据帧上并行处理。·u如图3所示，内核处理第N个帧，然后启动加速器对该帧进行处理。内核随后继续进一步并行处理加速器在上一迭代中产生的第N-1帧的输出。该序列允许将FIR和/或IIR处理任务完全转移给加速器，但输出会有一些延迟。·u流水线级以及输出延迟都可能会增加，具体取决于完整处理链中此类FIR和/或IIR处理级的数量。图3说明了音频数据帧如何在不同加速器使用模型的三个阶段之间传输---DMAIN、内核/加速器处理和DMAOUT。它还显示了通过采用不同的加速器使用模型将FIR/IIR全部或部分处理转移到加速器上，与仅使用内核模型相比，内核空闲周期如何增加。图3.加速器使用模型比较SHARC处理器上的FIRA和IIRA以下ADISHARC®处理器系列支持片内FIRA和IIRA（从旧到新）。·ADSP-214xx(例如，ADSP-21489)·ADSP-SC58x·ADSP-SC57x/ADSP-2157x·ADSP-2156x这些处理器系列：·计算速度不同·基本编程模型保持不变，ADSP-2156x处理器上的自动配置模式(ACM)除外。·FIRA有四个MAC单元，而IIRA只有一个MAC单元。ADSP-2156x处理器上的FIRA/IIRA改进ADSP-2156x是SHARC处理器系列中的最新的产品。它是第一款单核1GHzSHARC处理器，其FIRA和IIRA也可在1GHz下运行。ADSP-2156x处理器上的FIRA和IIRA与其前代ADSP-SC58x/ADSP-SC57x处理器相比，具有多项改进。性能改进·计算速度提高了8倍（从SCLK-125MHz至CCLK-1GHz）。·由于内核和加速器借助专用内核结构实现了更紧密的集成，因此减少了内核和加速器之间的数据和MMR访问延迟。功能改进添加了ACM支持，以尽量减少进行加速器处理所需的内核干预。此模式主要具有以下新特性：·允许加速器暂停以进行动态任务排队。·无通道数限制。·支持触发生成（主器件）和触发等待（从器件）。·为每个通道生成选择性中断。实验结果在本节中，我们将讨论在ADSP-2156x评估板上，借助不同的加速器使用模型实施两个实时多通道FIR/IIR用例的结果用例1图4显示用例1的方框图。采样率为48kHz，模块大小为256个采样点，拆分任务模型中使用的内核与加速器通道比为5:7。表1显示测得的内核和FIRAMIPS数量，以及与仅使用内核模型相比获得的节约内核MIPS结果。表中还显示了相应使用模型增加的额外输出延迟。正如我们所看到的，使用加速器配合数据流水线使用模型，可节约高达335内核MIPS，但导致1块(5.33ms)的输出延迟。直接替代和拆分任务使用模型也分别可节约98MIPS和189MIPS，而且未导致任何额外的输出延迟。图4.用例1方框图用例2图5显示用例2的方框图。采样率为48kHz，模块大小为128个采样点，拆分任务模型中使用的内核与加速器通道比为1:1。与表1一样，表2也显示了此用例的结果。正如我们所看到的，使用加速器配合数据流水线使用模型，可节约高达490内核MIPS，但导致1模块(2.67ms)的输出延迟。拆分任务使用模型可节约234内核MIPS，而没有导致任何额外输出延迟。请注意，与用例1中不同，在用例2中内核使用频域（快速卷积）处理，而非时域处理。这就是为何处理一个通道所需的内核MIPS比FIRAMIPS少的原因，这可导致直接替代使用模型实现负的内核MIPS节约。图5.用例2方框图结论在本文中，我们看到如何利用不同的加速器使用模型实现所需的MIPS和处理目标，从而将大量内核MIPS转移到ADSP-2156x处理器上的FIRA和IIRA加速器。转载自电子技术应用。

电动轨道车控制系统一般分为多个子系统，子系统受一个主控器控制。这样的结构设计繁琐，编程复杂。采用μC/OS-III操作系统、STM32F103RC微控制器、12864液晶屏、PVC按键、无线串口模块、锂电池等实现具有人机界面、无线串口功能的总线主控器。该控制器具有人机界面、轨道车主控器、遥控接收器、遥控面板等多种功能，并且能在不同项目中使用。（※μC/OS-III从官网上下载，文件名为Micrium_uC-Eval-STM32F107_uCOS-III,版本为V1.29.01.00。）1硬件结构从系统接口看，该控制器具有显示、按键、无线收发、串口、485总线等接口，作遥控面板时用电池供电，内部具有电池和充电电路。硬件框图如图1所示。图1中无线串口用模块实现系统遥控功能，显示器用并口连接。键盘部分有或门电路，可实现按键中断。电源电路中的外部电压、电池电压可被控制器测量，当测量得到无外部电压输入时，控制器自动切换到遥控面板模式。485总线接口用于和其他子系统通信。图1多功能控制器硬件框图2系统移植STM32F1XX固件库最新版本为V3.5.0.μC/OSIII支持的库文件版本为V2.1.0.为了μC/OS-III能够在最新的固件库上运行，首先用新固件库替换原有固件库代码并改变入口头文件名，然后有两处代码需要作修改。一是芯片时钟初始化函数，函数名为“BSP_Init”,修改为：二是操作系统时钟初始化函数，函数名为“OS_CPU_SysTickInit”,修改为：这两处都是因为原有固件库需要多条语句才能实现时钟初始化，新版本提供专门的初始化函数。3驱动编写3.1键盘驱动的编写μC/OS-III具有任务信号量的功能，该信号量随着任务的创建而创建。键盘驱动有键盘扫描任务实现，按键触发外部中断，外部中断发送任务信号量到键盘扫描任务，键盘扫描任务扫描键盘并把键值保持在全局变量中。代码如下：3.2液晶显示器printf函数液晶显示器一般是输入一个字符的编码和位置然后显示出来，不能实现字符串格式化显示。实现printf,首先使用格式化函数“vsnprintf”得到格式化后的字符串，然后该字符串被打印到屏幕上。具体函数如下：程序中va_list是在C语言中解决变参问题的一组宏，“va_start（v_args,format）；”得到第一个可变参数地址，这样把自定义的变参传递到库函数的变参中。函数“LCD12864_print_string（buf_str）；”为自定义函数，因为CH12864液晶屏内的逻辑行和显示行不同。逻辑行只有两行，起始地址分别为0x80和0x90,为显示行的一三行和二四行。在打印字符串时，每打印一显示行就要重新切换位置，保证显示是连续的。该显示器显示中文字符的起始位置只能是偶数地址，奇数地址显示中文字符会显示乱码。3.3串口接收驱动在μC/OS-III代码中有串口接收部分的驱动，但经过测试，当无操作系统的模块连续发送时，该驱动接收出现漏接或乱码的现象。其原因为该驱动每接收一个字符都要进行一次系统调用，在这个调用过程中发送的字符无法接收。改变原驱动用信号量同步的办法，使用消息通信和结束字符判定的方法即可完整接收到无操作系统模块连续发送来的字符串。需要修改两个函数，一是中断接收函数：该中断函数把每个字符先保存在数组中，当出现结束字符时发送消息到接收函数。二是串口接收函数：该函数每次接收完成后关中断，未完成可以挂起并由中断函数进行连续接收，保证了接收速度。4软件结构多功能控制器可能作为手控器、遥控接收器、遥控器使用。根据外部电源状态和按键信号改变程序执行的模式来实现一机多用。作为手控器时，每个用户界面作为一个任务。每个界面任务需要建立一些子任务协助处理，这些子任务受任务信号量和任务消息控制，当获得信号量或者消息时任务执行，执行完成后挂起。子任务根据用户操作把相关指令发往系统其他单元，各个单元执行多功能控制器的命令并返回用户需要查看的参数。系统单元一般工作在状态机的模式，根据多功能控制器的命令进入不同的运行状态。轨道运输车的电机控制单元就可工作在前进、倒车、停车三种状态，这三种状态可加上速度参数。电机控制器收到状态和参数后自动执行并返回电量功率等参数给用户界面。作为遥控接收器时，多功能控制器作为一个数据中继器使用，主要任务是首先从无线串口接收数据，然后核对该数据的确认码。核对通过则通过485总线发给系统其他单元，否则丢弃该数据。当系统单元返回数据时，多功能控制器在数据上添加确认码，然后从无线串口对外发送。作为遥控器时，该模式和手控器工作过程大致一样。不同的是通过无线串口通信，发射时添加确认码，接收时核对确认码。结语多功能控制器通信接口多样，具有人机界面，配有μC/OS-III操作系统，有完善的硬件驱动，可在分布式控制系统中完成多种任务。来源：维库电子市场网

随着世界各国对于能源问题的日益重视，使用绿色环保节能的LED芯片替代传统光源已经成为通用照明市场一个显着的发展趋势。就目前而言，最具有市场渗透力和商业前景的LED照明灯具是不需要更改现有基础设施就能直接使用的LED替代灯。在众多传统灯具中，MR16卤素灯凭借其在商场、家居、医院等地的聚光灯和洗墙灯上的广泛应用，成为了LED替代灯重点发展的应用领域之一。然而，MR16的小尺寸以及需要与变压器和调光器配合使用的特点又给LED驱动电源的设计带来了挑战性。本文主要讨论LED替代MR16的驱动电源设计所面临的技术难点，对适用的拓扑进行分析和比较。在此基础上提出了一种可以同时兼顾兼容性、体积和成本的两级式方案。MR16中LED驱动电源的设计挑战一个典型的可调光MR16系统如图1所示。市电经过一个电子或磁变压器转换为低压12V交流输入，为卤素灯或者LED驱动电源供电。位于市电和变压器之间的调光器通过控制市电的导通相位从而改变交流输入的有效值，起到调节光输出强度的作用。通常电子变压器主要搭配前/后切调光器，而磁变压器主要和前切调光器配合使用。图1:调光MR16灯系统示意图。磁变压器是通过工频耦合的方式，利用不同的匝数比，将高压市电输入转换为低压交流输入给MR16灯供电。传统的卤素灯是纯阻型负载，并且功率都在20W以上。当前切调光器导通时，可以有效避免输入电流的过冲和振荡。而较大的输入功率有助于调光器中的可控硅维持可靠导通。卤素灯与前切调光器和磁变压器配合工作时的波形如图2所示。由于整流桥和输入电容的存在，LED驱动电源通常呈现容性负载特性。当调光器导通瞬间，由容性负载引起的电流过冲很容易造成调光器和驱动电源的损坏。而输入电压的突然变化还容易引起回路中电感和电容的振荡，使可控硅不能够可靠导通，造成LED灯闪烁。图2:配合磁变压器和前切调光器的MR16工作波形：（绿）高压侧输入电压波形；（蓝）高压侧输入电流波形；（紫）输出电流波形。电子变压器与磁变压器相比，具有体积小、效率高的优势，因此得到了更广泛的应用。典型的电子变压器结构如图3所示。出于成本考虑，电子变压器采用的是自激振荡式半桥变换器，当负载电流使T1饱和时实现TR1和TR2的开关切换。电子变压器在额定负载下的工作频率在30kHz~50kHz之间，负载越轻，工作频率越高。图3:电子变压器结构示意图要使电子变压器可以正常工作，负载电流必须足够大，使T1可以周期性饱和。而且无论是前切调光器，还是后切调光器都需要一定的负载电流来实现可控硅的可靠导通或者输入电压复位。与卤素灯相比，LED替代灯的输入功率小很多。一个35WLED替代灯的输入功率通常在7W左右。输入电流不足容易造成调光器和电子变压器的间歇式工作，引起灯光的闪烁。图4:配合电子变压器和前切调光器的MR16工作波形：（蓝）高压侧输入电压波形；（绿）高压侧输入电流波形；（黄）负载电流波形。除了兼容性的问题之外，MR16灯的内部空间也对驱动的设计提出了考验。图5是一个常见的MR16灯头的内部尺寸。与非调光驱动相比，调光驱动电源会增加一部分外围线路来改善与调光器及变压器的兼容性。而有限的空间以及客户对于成本的要求使得驱动方案需要具有尽可能少的元器件数量和小的体积。图5:MR16替代灯灯头尺寸示意图。MR16驱动电源常见拓扑的分析与比较对于调光MR16驱动电源的要求主要可以归纳为几个方面：●调光兼容性---与调光器和变压器连接时工作稳定无闪烁；●效率---主要评估在12VAC输入下的驱动效率，目前的要求集中在75%~80%之间；●输出电压范围---主要影响LED颗粒的选择和连接方式；●输出电流纹波---高频纹波会影响LED的温度和光通量，而低频纹波会影响人眼的舒适度，但较小的输出电流纹波需要较大的输出电感和电容，需要和体积进行折中，通常要求峰-峰值≤30%;●元件数量---处于对成本和体积的考量，希望元件数量越少越好；基于以上要求，对MR16应用中常见的拓扑进行了比较，结果如表1所述。表1:MR16应用拓扑的比较改进的两级式拓扑结构从前面的讨论可知，连续的输入电流可以改善驱动电源与调光器和变压器的兼容性，而连续的输出电流可以减小输出滤波器的体积。在表1所示的拓扑中，只有Boost+Buck的两级结构具有这样的特性。但是两个开关电源的组合使得元器件的数量较多，成本较高，而且整机的效率也有所降低。另外，出于系统成本和整灯光效的角度考虑，越来越多的灯具制造商倾向于在LED替代灯中使用低成本的中功率LED颗粒来替代大功率LED,即驱动电源的负载由低压大电流向高压小电流转变。综上所述，提出可以同时兼顾兼容性、体积和成本的两级式方案，如图6所示。图6:所提出的两级式MR16驱动结构。Output:输出；Currentcontrol:电流控制；Dummyloadcontrol:假负载控制。这个驱动方案的输入级采用Boost型升压结构，输入电流连续并受控，并配合受控的假负载，以改善与调光器和变压器的兼容性。输出级采用线性电流源的方式，输出电流纹波被大大降低。与Boost+Buck的两级结构相比，输出级的电感和电容被省去，从而有效控制驱动的体积和成本。虽然受线性电流源的限制，LED电压的范围变窄，但考虑到LED的选择向高压小电流转变的趋势，该结构在性能和系统成本上依然具有较大优势。SSL3401是恩智浦半导体公司基于这种改进型的两级式拓扑最新推出的数字控制芯片。图7为它的应用框图。得益于内部集成的MCU内核，所有的控制都可以通过算法来实现，大大简化了外围控制线路。通过检测是否连接调光器，该芯片可以提供不同的输入电流和Boost输出电压控制方式，优化了调光兼容性和驱动电源的效率。此外，短路保护，开路保护和过温保护等必要的保护功能也都集成在芯片中。图7:SSL3401应用框图。结论本文结合MR16驱动设计中遇到的常见问题，在比较过几种常见拓扑的优缺点后，提出了一种优化过的，针对MR16替代灯的两级式驱动电源解决方案。该方案可以较好的兼顾调光兼容性、体积和成本的要求。利用恩智浦半导体最新的数字控制芯片SSL3401开发的MR16驱动电源参考设计验证了该方案的性能和优越性。来源：维库电子市场网

PoEPSE设计的特性与优势1、降低PoE开发成本：TPS23861评估模块在一块双层印刷电路板（PCB）上提供两个控制器及相关电路，可最大限度降低使用多块电路板时通常会出现的材料及构建成本；2、简单易用，即插即用：评估模块还提供自动模式版本，无需主机控制；3、符合IEEE标准：TPS23861通过了新罕布什尔大学交互性实验室与SIFO测试套件的测试；4、弹性的散热设计：TPS23861在任何工作条件下，功耗都不超过400mW。外部FET架构允许设计工程师选择最符合尺寸、成本与效率要求的FET;5、提高可靠性：四点检测特性可防止错误启动，进而避免系统损坏。对于电源管理可编程设计性及配置的定制，TIDesign的主板提供针对MSP-EXP430G2LaunchPad和USB-to-GPIO接口适配器的接口。领先的PoE技术与设计TI拥有业界领先的半导体产品以及丰富的系统专业技术，可让制造商快速为终端设备设计人员推出更高效能的PoE产品。TI不仅是PoETec联盟和新罕布什尔大学PoE联盟的创始成员，还一直为IEEE的802.3bt任务组提供帮助，助力实现更高功率的PoE标准。展示板照片线路图方案方块图来源：维库电子市场网

针对CAN总线通信质量、测试和验证的需要，以及传统CAN分析仪的复杂性，且必须选择PC机作为显示终端的不足，论证了一种基于ARM单片机和智能手机的CAN总线分析仪设计。该分析仪采用以ARM单片机为核心的硬件电路完成对CAN网络的实时数据收集和监控；采用蓝牙通信方式实现分析仪与智能手机的通信并以智能手机为终端完成数据分析。文章对分析仪硬件、软件和智能手机页面进行了具体设计，提出了一种新的波特率自动检测方法，最后给出了所设计的CAN总线分析仪的实际试验结果，可实现CAN总线波特率自动检测、正常监测以及CAN总线状态分析的功能。CAN（controllerareanetwork）控制器局域网络是一种实时性强、灵活性好、标准化程度高的串行数据总线，广泛应用于汽车电子、工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等领域。其测试设备CAN网络分析仪成为开发者的必备设备。借助使用方便的CAN总线分析仪，能够快速找到CAN总线系统在使用中出现的设计不周或异常干扰问题，并将故障和问题排除。传统CAN分析仪需要将电脑通过USB连接到CAN分析仪上，再通过DB9接口将被测总线连接到CAN分析仪上。由于CAN总线是一种流行于车辆行业的现场总线，这样的调试方法对于需要路测的车辆就会显得不太方便，很难保证能够正常工作。同样，在工业控制领域，传统的CAN分析仪由于两段都有连线，在线束较多的工业现场可能会造成一定的混乱。此外，当今使用CAN总线的设备为了保证安全性，有时不止1根总线，传统的分析仪至多有2个接口，也就意味着想要同时测试2个以上CAN总线时就需要2个USB接口，如果这2条CAN总线相距较远则需要较长的USB连接线。为此，这里介绍一种成本低、体积小、结构简单、实现无线调试和对环境要求低的蓝牙CAN总线分析仪。1硬件设计1.1总体设计针对传统CAN分析仪的各种缺点，本文提出了以智能手机代替PC机作为显示终端，使用蓝牙无线传输替代USB电缆传输，并且自带锂电池的新型CAN分析仪。总体设计结构如图1所示。图1蓝牙CAN分析仪总体设计框图由于CAN分析仪是一种波特率较高的通信协议，且对通信质量分析和故障定位需要复杂的运算处理，所以本文提出的蓝牙CAN分析仪在整体设计中包含3个部分：一部分是以ARM为处理核心的处理主板，负责CAN总线波特率检测、数据采集以及蓝牙通信信号发射；第二部分是锂电池，负责给主板提供电源，锂电池电压为5V,容量为3000mAh,尺寸为11.6mmX42mm×69ram,可保证系统工作lOh以上；第三部分为智能手机，负责接收CAN总线数据以及对数据的处理。1.2主板设计主板上有4个模块，分别为隔离CAN接口模块、ARM处理器模块、蓝牙串口模块、电源电路模块。设计框图如图2所示，实物图如图3所示。隔离CAN接口模块负责将ARM的数据发送到CAN总线上，并将CAN总线上的数据发送给ARM处理器。图2主板系统设计框图图3主板买物图ARM处理器模块是本分析仪的核心，采用NXP公司的LPC2119处理器。LPC2119是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-STMCPU,带有128KB嵌入高速Flash存储器，并内部集成2个CAN控制器。其主要特点是：单个总线上的数据传输速率高达1MB/s;32位寄存器和RAM访问；兼容CAN2.0B,IS011898.1规范；全局验收滤波器可以识别所有的11位和29位标识符；验收滤波器为选择的标准标识符提供FullCAN-style自动接收。它主要负责将CAN总线上的数据进行处理，然后通过蓝牙串口发送到手机，此外，ARM模块还负责检测未知CAN总线上的波特率，并发送给手机端。蓝牙串口模块负责ARM与手机交换数据，其串口的通信速率达到1382400bps。电源模块负责为各个模块供电。2软件设计软件是蓝牙CAN分析仪的关键。根据硬件系统结构，软件包括两个部分，即运行于ARM处理器的波特率检测以及数据传输软件；运行在智能手机上的CAN分析仪操作界面。对于运行在ARM处理中的软件，本文着重介绍一种新型的波特率自动检测方法。2.1波特率自动检测软件设计实现CAN总线和CAN分析仪之间的通信，需有相同的波特率，因而波特率的检测十分重要。当下主流的波特率检测方法是利用应答机制建立的波特率检测方法。其开始时通过试听一些推荐的CAN总线优选波特率，即1Mbit/s,800kbit/s,500kbit/s,250kbit/s,125kbit/s,（100kbit/s），50kbit/s,20kbit/s,10kbit/sHl:若能无故障地接受到完整的CAN消息，说明波特率检测成功；如果CAN总线的波特率不是优选波特率，则可以通过主机和CAN总线的应答来测定波特率。此种检测方法速度慢，存在一定误差且对被测网络有一定影响。针对采用应答机制设定的波特率检测方法的缺点，本文提出了一种新的自动波特率检测方法。本自动波特率检测系统巧妙地利用了ARM处理器的中断端口，将CAN总线上的波形记录到ARM处理器内，然后对获得的波形进行分析，得出系统的波特率。其检测速度快（小于200ms），检测准确（得出的波特率为一个精确值，而非范围值），不向被测网络发送数据，并且成本很低，无须增加任何芯片。具体实现方法是：硬件方面，将隔离CAN接口的RX引脚接到ARM的定时器捕获端口。在软件方面，首先将RX引脚相邻两个上跳变和下跳变的间隔周期都记录下来；其次将周期数据排序，数据应呈阶梯状；然后将数据按阶梯分段并求出每个阶梯的中位数，第一个阶梯为1位数据的持续时间，第二个阶梯为2位数据的持续时间……以此类推。由于CAN总线不会连续6位出现相同电平，因此阶梯只有5阶，且第二个数据等于第一个数据的2倍，第三个数据等于第一个数据的3倍，以此类推。根据这个特性可以校验数据并调整最终获得的1位数据的持续时间。最终的波特率即为1位持续时间的倒数。流程图如图4所示。图4波特率检测流程图2.2智能手机界面设计智能手机界面的设计采用Eclipse.Eclipse是一个开放源代码的、基于Java的可扩展开发平台，它只是一个框架和一组服务，用于通过插件组件构建开发环境，并附带了一个标准的插件集，包括Java开发工具。手机运行界面如图5、图6所示。图5软件运行界面3实验验证为了验证本蓝牙CAN分析仪的设计效果，构建了1个包含以ARM为核心的主板、锂电池、智能手机（安装了安卓系统）、模拟被测系统的USB-CAN的测试系统，然后进行实际测试。测试流程图如图7所示。图7实际测试流程图实际测试系统如图8所示。实际测试显示，在模拟CAN总线上只要有数据的流通，针对不同的CAN总线的波特率设置，本文设计的蓝牙CAN分析仪能够准确、快速地自动检测波特率且能实现数据的接收和发送。图8实际测试系统图4结束语通过构建以NXP公司LPC2119为核心的处理器、智能手机为基础的硬件系统、蓝牙作为信息传递方式以及相应软件设计，能够实现CAN总线的波特率自动检测以及数据接收与发送，验证了蓝牙CAN分析仪的正确性。蓝牙CAN分析仪的实现，其操作简单、携带容易、抗震性能好等特点将为CAN总线开发工程师提供极大的便利；同时可以发现，进一步加强软件的设计与优化，该分析仪还能提供对CAN总线更多更有价值的信息。来源：维库电子市场网

2μm高功率激光医疗仪市场需求越来越大，而目人机交互模块前国内此类设备在控制上缺乏对系统安全和出光精准度的考虑。同时随着YY0505-2012医用电气电磁兼容标准于2014年的执行，设计符合YY0505-2012标准的医用设备已迫在眉睫。因此，本文采用模块化设计，设计了一种基于STM32的2μm光纤激光器医疗仪控制系统，将水冷单元的参数监控、电源模块的抗干扰设计、输出功率的校准等集成于一体。测试结果表明，系统可靠稳定，操作方便。1.系统功能和结构设计按功能划分，医疗仪主要由2μm光纤激光器模块、精密水冷单元、STM32主控制器模块、人机交互模块等部分组成，结构如图1所示。控制器是医疗仪的大脑，负责整个设备的启停和正常运行。2μm光纤激光器经过光学系统准直聚焦，得到医用激光，在特定条件下，脚踏开关闭合发出相应功率的激光，由光纤传导到病灶部位。精密水冷单元的循环水流经激光腔，使激光器工作在合适温度，确保输出功率稳定，且水冷单元的启动总是先于激光器，防止激光器在高温高湿环境下结露而损坏。门控直接与激光器内部的interlock信号相连，同时主控器对其状态实时监测。此外光纤检测可对医用光纤进行规范化管理，防止因光纤老化影响治疗效果。采集了16组对应值，由于环境等因素影响采集结果，导致偶然误差。为了尽可能准确地得出未知点，相同实验重复4次，并将对应值取平均。通过增加节点个数来提高差值多项式对函数的逼近程度，由于此时高次多项式插值容易出现Runge现象，故采用Lagrange线性插值，把节点分成13段，分段采用低次多项式近似函数。分段节点处函数值如表1所示。图1医疗仪总体结构图设备以触摸屏为主要人机交互平台，实现的功能包括：汽化与凝血参数的同时设置；不同方案的保存和调用；能量、计时等治疗参数的统计显示；系统异常状态的报警提示；出光指示灯的亮度调节。2.系统硬件设计2.1系统硬件结构系统硬件以STM32F107VCT6为核心，硬件框图如图2所示。精密水冷单元的参数监控包括高低水位、水流量、水压力、水温的监测；以触摸屏为主的人机交互模块集成了出光指示灯、钥匙开关、急停、启动、脚踏、门控等外部硬件控制；配电模块集成了继电器驱动电路和电磁兼容设计。其中，水冷单元、光纤激光器、触摸屏和音效合成模块分别通过RS232与主控制器通信。图2系统硬件框图2.2配电模块电路设计为实现高可靠性，配电模块电路采用冗余设计，每路继电器驱动电路控制两个固态继电器。以图3所示激光器的继电器驱动电路为例，U5、U6代表两个继电器，输出端分别串联到电源的零线和火线上，实现同开同断，避免某一个继电器发生故障时影响整个系统的工作。每路信号除通过I/O控制外，急停信号也对继电器可控，达到软件和硬件同时急停的目的。选用的急停按钮是常闭型，高电平有效，当急停触发时，Q3不导通，致9引脚电平拉低，再与I/O信号经过与门，输出也为低电平，致Q4不导通，继电器处于开路状态，电源断路。另外，电路一方面在STOP和I/O信号接口处接入5V瞬态抑制管，以防止静电积累损坏器件；另一方面在Q4导通时D3点亮作为电路工作状态指示，当系统出现异常时方便故障排查。图3继电器驱动电路2.3配电模块电磁兼容设计电磁兼容问题是影响医用电气设备安全有效的重要因素之一，不仅直接影响医用设备的安全使用，甚至会对患者以及医护人员的人身安全造成影响。国家食品药品监督管理局于2012年12月正式发布了新版标准YY0505-2012,并于2014年1月正式实施，该医疗仪配电模块结合此标准做了相关电磁兼容性（EMC）设计。实际工作环境下该系统电磁干扰主要于电源线上的高频干扰、接线端口的静电干扰、浪涌电流、可控硅通断时产生的干扰等。首先考虑硬件选型，选用交流单相双节电源滤波器，不仅能抑制共模干扰，对快速瞬变脉冲群（EFT）实验也有很好的辅助效果。与传统电磁线圈继电器相比，固态继电器的寿命长，可靠性好，切换速度可达几毫秒至几微秒，没有触点燃弧和回跳，减少了电磁干扰和瞬态效应，但固态继电器导通时会产生较大热量，系统通过在继电器下方放置散热片来解决此问题。配电模块的结构框图如图4,在电源的进线端串入滤波器，然后进入瞬态电压浪涌抑制模组（包含千瓦级TVS、压敏电阻、防雷管等），再接入继电器，最后在电源进入每个模块之前再分别串入滤波器。测试结果表明，该结构能够达到抑制电磁骚扰（EMI）和提高仪器的电磁抗扰度（EMS）的双重目的。图4配电模块结构框图3.系统软件设计3.1软件功能设计系统软件主要实现以下功能：（1）5个安全状态的实时检测，包括检测光纤连接、脚踏连接、门控、水冷单元连接和激光器连接是否正常。（2）5个工作状态的判定，包括开锁状态、初始化状态、参数设定状态、准备状态、异常状态的判定。（3）水冷单元参数的采集，包括压力传感器、水位开关、温度传感器、流量传感器数据的采集，并判断是否超出正常范围。（4）激光器内部状态参数的读取并分析，激光器内部有一个32bit的状态字，存放激光器当前的工作状态，读取每一位状态，判断激光器当前是否正常工作。（5）外部硬件设备信号的采集和控制，包括钥匙开关、急停按钮、启动按钮、出光指示灯和脚踏开光的信号采集或控制。（6）工作参数的设定，包括汽化和凝血功率的设定、指示灯的开闭、存储方案的设定和选择。（7）操作日志的存储和显示，包括开机时间、工作累积时间、出光累积时间和出光能量累积的存储以及当前治疗方案的出光时间和出光能量的显示。（8）激光输出功率的校准。软件流程如图5所示，按系统要求，异常状态优先级最高，通过中断处理。为节省系统资源，对5个安全状态每1s扫描1次，若发现连接异常，系统重新自检，直到连接正常方可进入主循环。对其他触摸屏有效包、水冷单元有效包、激光器有效包依次处理。图5系统软件流程图3.2激光功率自动校准算法由于医疗产品对可靠性的特殊要求，激光输出功率的准确性必然成为衡量一台医疗设备品质好坏的重要参数。激光功率在光纤耦合处和光纤尾端、切口端面会产生衰减，如图6所示。光纤终端功率小于用户设置功率，尤其在设置功率小于60W时，最大偏差达63.6%。为了得到准确的光纤终端功率，需要借助功率计采集终端功率并读取与之对应的激光器驱动电流，然后通过插值法得到功率与电流的分析表达式，以便用户设置每个功率参数时都能找到与之对应的电流值。图6校准前终端采集功率与用户设置功率关系采集了16组对应值，由于环境等因素影响采集结果，导致偶然误差。为了尽可能准确地得出未知点，相同实验重复4次，并将对应值取平均。通过增加节点个数来提高差值多项式对函数的逼近程度，由于此时高次多项式插值容易出现Runge现象，故采用Lagrange线性插值，把节点分成13段，分段采用低次多项式近似函数。分段节点处函数值如表1所示。分段表达式为：将各点分别带入式（1）得出分段表达式：表1节点处函数对应值随机抽取一点值f（18）≈φ0（18）=1.1×18+8.1=27.9,与实际测量值f（18）=27.7比较，偏差为0.7%,符合精度要求。将式（2）写入软件插值函数子程序中，当用户设定功率时，算法先判断该值所在区间范围，再求出对应电流百分比，通过串口发送到光纤激光器。经插值算法校准后，用户设置功率与终端采集功率之间的关系如图7所示，可知最大偏差为2.5%,较之前的63.6%有明显改善。测试结果表明，通过此方法获得了较准确的激光输出功率，精度控制在±1W以内。图7校准后用户设置功率与终端采集功率关系4.系统测试及结果本文设计了一种基于2μm高功率光纤激光器的医疗仪，以STM32为控制核心，完成了人性化的人机触控界面功能设计、激光器的驱动控制、精密水冷单元的参数监控、配电模块的抗干扰设计以及输出功率的校准。输出功率0W或4W~80W,步进长度1W连续可调，可通过脚踏自由切换汽化和凝血两种功率参数输出；温度采集精度±0.5℃，水流量3.6L/min,符合IPG-TLR-80-WC-Y12型号光纤激光器正常工作要求。经过功率校准算法，用户设置功率与终端采集功率的最大偏差由之前的63.6%降低到2.5%,控制精度为±1W.测试结果表明，该系统具有可靠性高、抗干扰能力强、输出功率稳定准确、操作便利等优点。来源：维库电子市场网

在工业生产中，气体中毒事件时有发生，市场对便携式有毒气体检测方案的需求趋势迅速增加。本文介绍一种基于ADI的ADuCM360MCU的一氧化碳气体检测方案，该方案具有具有功耗低、交叉灵敏度低、长期稳定性出色等特点，非常适合电池供电的便携式应用。时常发生的有毒气体中毒事件，引起了人们对人生安全和健康的重视。有毒气体检测器小巧轻便，方便随身携带，可以检测暴露在环境中的危险气体CO的浓度，清晰地读出气体浓度、峰值和高、低浓度报警水平。如果当前气体高、低浓度值超出预设限度值时，仪器以声、光报警提醒用户。多数便携式低功耗有毒气体检测器都是以电化学传感器为基础的，涵盖工业环境中的多数常见气体，比如一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、硫化氢（H2S）、和二氧化氮（NO2）。本参考设计提供了一个基于ADI公司ADuCM360MCU的一氧化碳气体检测方案，包含完整的硬件设计（原理图、PCB及BOM），软件设计和用户接口软件。该方案具有具有功耗低、交叉灵敏度低、长期稳定性出色等特点，非常适合电池供电的便携式应用。一、ADI一氧化碳检测方案工作原理工作原理图二、ADI一氧化碳检测方案硬件原理硬件原理图1.信号测量:使用电化学传感器AlphasenseCO-AF作为前端，传感器产生的电流与CO浓度成正比，将传感器产生的电信号经过放大、滤波电路送到ADC采样端；2.信号采样：使用ADuCM360内置的ADC采集经过处理的信号；3.数据显示:将计算得到的CO浓度通过LCM显示出来；4.声光报警:当CO浓度达到一定范围，控制蜂鸣器发出不同频率的声音，进行报警。5.电源及参考电压部分：供电电压5V,可以利用USB或者三节干电池供电。三、软件设计流程1.CO浓度计算:根据采ADC集到的信号计算CO浓度，测量范围0-1500ppm,带有自动校准功能；2.数据显示:驱动LCM,将采样电压和计算得到的CO浓度显示出来；3.声光报警:根据CO浓度将报警范围分3个等级：50-200ppm、201-400ppm、400ppm以上；在不同等级控制蜂鸣器发出不同频率的声音，浓度越高，频率越高。四、PCB板实物图来源：维库电子市场网

数据采集技术在工业、航天、军事等方面具有很强的实用性，随着现代科技发展，数据采集技术在众多领域得到了广泛的应用和发展。同时对数据采集器的精度、抗干扰能力、安全和通信兼容等方面提出了更高的要求。基于上述要求提出了一种基于STM32F101的数据采集器的设计方案，该数据采集器使用MODBUS协议作为RS485通信标准规约，信号调理电路与STM32F101的AD采样通道之间均采用硬件隔离保护，可同时采样3路DC0-5V电压信号、3路DC4-20mA电流信号和6路开关量输入信号，实验证明本数据采集器具有较高的测量精度，符合工业现场应用需求。信号采集主要包括电压信号、电流信号、频率信号以及开关量信号，随着现代技术的发展，传感器主要输出标准的电压电流信号，而传感器是将外部的非电量信号转换成标准的电信号进行输出，本课题所设计的数据采集器可以同时采集电压、电流、开关量输入输出信号，且每个部分独立工作，硬件调理电路中均采用信号隔离技术，数据采集器与上位机采用RS485通信，使用MODBUS协议作为通信规约，便于数据采集器与其他工业设备实现数据共享。课题设计的基于STM32的数据采集器，使用性价比较高的STM32F101作为核心处理器，时钟倍频后处理速度可达36MHz;内部自带12位AD转换通道，保证数据采样和处理的速度和精度。1。数据采集器工作原理数据采集器具有标准的电压、电流以及开关量输入信号采样接口。模拟量信号采样接口电路，使用HCNR201线性光耦进行信号隔离。电压信号接口可输入DC0-5V信号，输入的电压信号经过电压信号调理电路对信号进行滤波、隔离和限幅后送入STM32F101的AD采样通道；电流信号接口可输入4-20mA信号，输入的电流信号通过精密采样电阻，将电流信号转换成电压信号，然后再将转换的电压信号送入电压信号调理电路进行处理，最后再送入AD采样通道；开关量输入接口采用光耦进行隔离，实现光电转换和隔离保护。STM32F101将采样的数据进行软件处理后，再通过RS485通信接口将数据上传至上位机或者其他设备，完成数据采集处理和通信的功能。2.数据采集器硬件设计数据采集器硬件结构包括STM32最小系统、电源、开关量输入接口电路、电压信号采样接口电路、电流信号采样接口电路和RS485通信接口电路，数据采集器结构图如图1所示。2.1STM32F101最小系统STM32F101最小系统包括晶振电路、复位电路和SW程序调试接口电路，晶振电路主要为系统工作提供所需要的时钟，通过初始化配置STM32F101内部的时钟寄存器，可将外部时钟频率倍频到36MHz;复位电路主要用于防止数据采集器程序跑飞或者死机时手动复位，同时在程序内部加入看门狗复位，程序在正常运行时正常喂狗，而当程序跑飞时数据采集器也可自动完成复位，使程序重新执行；SW程序调接口电路，主要用于开发人员对STM32F101进行编程和在线仿真调试，完成数据采集器的软件设计。由于STM32F101性价比较高，片内集成资源丰富，在设计数据采集器时可大大简化外部硬件电路设计。2.2电源电路本课题所设计的数据采集器可工作于DC12V,输入的DC12V经过LM7805CT转换为+5V电压，并通过电感L15实现输入DC12V电源GND与+5V电源DGND的隔离，DC12V转DC+5V电源转换电路如图2所示。由于STM32F101工作电压为3.3V,因此还需通过电源模块LT1117-3.3转为DC+3.3V,供给CPU使用。DC+5V转DC3.3V电源转换电路如图3所示。另外在所设计的硬件电路中，对RS485通信电路和模拟量的信号采样电路均用了信号隔离技术，供给RS485芯片工作的电源和模拟量信号处理电路中的线性光耦电源均需通过隔离电源模块B0505S转换产生，该模块可将+5V电源输出为另一路隔离电源，而且芯片隔离电压能达到1000VDC,温度特性较好。线性光耦电源AD+5V和RS485电源S+5V转换电路如图4、图5所示。2.3开关量输入接口电路开关量输入接口主要用于采集外部开关量信号，此部分电路使用TLP521光耦进行隔离，保证信号采样电路的安全性，同时可减小电路干扰。开关量信号从IN输入，COM为信号输入公共端。开关量信号经光耦输出至STM32的GPIO口，实现对外部开关量信号的检测。2.4电压电流信号采样接口电路传感器将非电量信号转换为电信号，一般输出标准电压电流信号，STM32F101自带AD转换通道允许输入电压范围为0-3.3V,因此传感器输出信号需经信号调理电路调整到AD通道有效采样电压范围。本课题的设计的数据采集卡可采样DC0-5V电压信号和DC4-20mA电流信号，使用HCNR201线性光耦进行隔离，输出跟随输入变化，线性度较好，保证了信号采样的准确性。电压信号采样接口电路输入电压范围为DC0-5V,输入电压经电阻R1A和R1B分压后经电阻R63输入至运放U30A反相端，电容C107构成反馈电容，主要用来消除噪声和干扰。运放U30A在此处构成比较器，当有外部电压信号接入时，U30A的1端输出低电平，线性光耦HCNR201的LED发光，当光照到PD1、PD2时分别形成通路，线性光耦主要实现光电转换和隔离，经过线性光耦输出的电流信号通过运放U31B构成的电路形成电压信号，经过U31B输出的电压信号经过运放U31A构成的3.3V限幅电路，将输出电压限定在0-3.3V范围内，以保证STM32F101的AD通道采集到正常的电压信号。2.5RS485通信接口电路RS485通信主要实现采集的数据传输，为保证数据传输的安全性和通信的兼容性，在硬件设计上使用SP3485作为收发控制器，同时使用TLP521光耦进行隔离，保证数据采集卡硬件通信的安全；在软件设计上使用工业标准的MODBUS协议作为RS485通信规约，保证系统良好的兼容性和数据传输的准确性。3.软件设计数据采集器软件设计主要采用模块化编程，主程序流程图主要包括关中断、各功能模块初始化、开相关中断、看门狗定时、开关量输入采集、AD采样处理、RS485通信数据处理和定时喂狗；主程序流程图如图6所示。4结语通过Multism对电压信号采样电路进行仿真，采样输入信号接入示波器A通道，电压幅值范围为DC0-5V,输入信号经过电压信号处理电路后输出电压信号输入示波器B通道，当输入电压为100mV时，经过电压信号处理电路输出电压为101.541mV;当输入电压为3.28V时，经过电压信号处理电路输出电压为3.28V;当输入电压为5V时，经过3.3V限幅电路后电压被钳在3.3V,由仿真图观察可知，HCNR201具有良好的线性度，保证了数据采样的精度。来源：维库电子市场网

随着人机界面（GUI）在医疗、工业以及消费电子各应用领域需求的日益增长，高集成度、高性能的TFT液晶显示方案成为电子产品设计开发的重要组成部分。在无内置液晶控制器的情况下，单片机与具有内置控制器的液晶板之间往往采用串行或并行的总线接口连接，受限于连接总线的数据传输速度，难以支持较高的显示分辨率和画面质量。意法半导体推出了基于ARMCortex-M4内核的STM32F4x9微处理器，借助内置的LCD-TFT显示控制器和Chrom-ARM图形加速器，使SVGA高分辨率和高品质显示画面质量成为可能。本文围绕STM32F4x9微控制器完成了液晶显示的硬件设计，并介绍了基于这一硬件平台以及STemWin的软件应用开发。1基于STM32F4x9的LCD显示系统架构电子系统中液晶显示的性能不仅取决于微控制器内置LCDTFT液晶控制器的驱动能力，通常包括对最大显示分辨率、屏幕刷新速度以及像素数据格式的支持，同样取决于数据在存储器和液晶控制器之间的传输能力和显示图像数据处理的灵活性。1.1基于STM32F4x9的LCD显示系统STM32F4x9为设计者提供了由包括ARMCortex-M4内核、Chrom-ART图形加速器、LCD-TFT液晶控制器的总线控制器，以及内部Flash、RAM和外部SDRAM组成的存储器共同构成的LCD显示系统架构。参照图1,Chrom-ART加速器与LCD-TFT控制器能够协同完成图像的处理，包括像素格式转换、两层图像混合等，并将位于外部SDRAM中的显示帧缓存数据传送到连接在LCD-TFT控制器的液晶屏上。图1STM32F4x9LCD显示系统架构举例来说，Chrom-ART加速器能够将存储在内部Flash中的图形元素经处理后传送到内部RAM,并进一步在外部SDRAM中创建显示帧缓存，并刷新显示内容。之后LCD-TFT液晶控制器将完成从外部SDRAM到LCD显示屏的图像传输。1.2LCD-TFT控制器结构及功能作为AHB总线控制器，LCD-TFT控制器具有两个专用FIFO用来分别从存储器中传输两层显示图像，并由独立的像素格式转换单元转换为同样的ARGB8888颜色格式，由此支持包括RGB888、RGB565、ARGB1555、ARGB4444、L8、AL44、AL88在内的多种像素格式。如图2所示，混合单元负责将同样格式的两层图像连同背景色混合在一起，并经由抖动单元将最终显示数据传递到液晶屏。LCDTFT控制器与液晶屏之间的数据传输由24位数据R[07]、G[07]、B[07],行列同步信号LCD_HSYNC,LCD_VSYNC,时钟信号LCD_CLK和数据使能信号LCD_DE完成。图2LCDTFT控制器结构及功能1.3Chrom-ART图形加速器结构及功能系统中的另一个AHB总线控制器Chrom-ART图形加速器是专用的图形显示处理DMA.它能够将源图像的部分或整体复制到目标图像，并同时完成图像像素格式的转换。如图3所示，Chrom-ART加速器同样可以完成前景和背景图像的混合处理并允许指定输出图像的像素格式。基于ChromART加速器强有力的支持和灵活运用，将大幅降低图像处理的CPU负荷。图3ChromART图形加速器结构及功能2STM32F4x9LCD-TFT接口硬件设计STM32F4x9LCD-TFT控制器提供并行24位RGB数字接口（LCD_R[07],LCD_G[07],LCD_B[07]），行列同步信号LCD_HSYNC和LCD_VSYNC,以及时钟LCD_CLK和数据使能信号LCD_DE,可以方便地与各种不同的LCD显示屏直接连接。在STM32429IEVAL和STM32439IEVAL评估板上分别实现了24位和18位宽度RGB接口的液晶显示扩展。需要指出的是，当需扩展液晶显示屏的接口宽度小于24位，为RGB565或RGB666时，每一颜色的高位数据线必须与所扩展的液晶屏相连。举例来说，如图4所示，在STM32439IEVAL评估板上将液晶控制器的R[27],G[27],B[27]信号分别与液晶屏上R[05],G[05],B[05]相连。图4STM323x9IEVALLCD硬件接口设计可见基于STM32F4x9控制器，可以非常方便地构建由直连到TFTLCD控制器的液晶板和外接到FMC的外部SDRAM组成的液晶显示硬件系统。3图形栈软件库STemWin免费STemWin图形软件包是意法半导体与Segger的合作开发成果，基于Segger的经过市场检验的emWin嵌入式图形软件包。STemWin利用意法半导体STM32F4微控制器内置的LCD-TFT控制器和Chrom-ART加速器大幅提高图形处理性能，配备的PC设计工具支持高性能GUI开发。STemWin图形软件包支持JPG,GIF和PNG解码，随包携带的窗口小部件使得建立简单的GUI更为快速、便捷，并支持专业的开发工具GUIbuilder,从而实现简单的拖放动作。结语基于内置的LCD-TFT控制器，Chrom-ART图形加速器和FMC外部SDRAM控制器，意法半导体的STM32F4x9微控制器使得构建移动便携设备中的LCD显示系统变得更为简单、灵活。来源：维库电子市场网

市场上主流的电子锁是基于密码设计的。密码锁的最大的缺陷是密码容易被他人窃取、猜测及遗忘。随着生物技术的发展，越来越多的活体技术应用到识别系统中，如指纹、掌纹、人脸、虹膜等。相对于其它的活体识别技术，指纹识别系统以其可实现性强，成本相对低廉，同时又具备较高的安全性，被越来越多的应用到各种场合。文章给出了一种新型的指纹锁架构，并详细论述了系统的各个组成部分以及指纹识别算法的实现流程。文章对降低系统功耗和增加保密性都提出了独特的方法。随着科学技术的飞速发展和大规模的集成芯片的出现，现有的门锁系统也正在经历着升级换代的变换。第一代电子门锁采用的是密码识别方法，解决了机械门锁更换的灵活性，即钥匙的设置和更改掌握在了使用者的手中；但由于密钥与使用者非强相关，松耦合，授权难以管理，在安全性方面存在着极大的隐患。第二代电子门锁采用最先进的生物特征识别技术，提供了一种更为安全可靠、使用方便的身份识别新途径。生物特征识别技术主要是利用虹膜、人脸、指纹、掌纹、语音这几种人体生物特征的一种来做识别的。虹膜、人脸需要使用到影像成像系统，设备过于复杂，仅用于高端系统，难以普及应用；语音系统最为简单，但由于容易被模仿，安全性相对较低；指纹和掌纹仅使用扫描成像，相对比较简单，易于推广，尤其是指纹识别技术，采用逐行扫描系统，识别传感器可以做得非常小，具有很高的可行性和实用性。指纹锁系统主要可用在保险箱、实验室、楼道的身份确认及相关控制；随着智能家居概念的兴起，也越来越多的应用到高档住宅中。1指纹锁的架构本指纹锁系统的硬件结构主要包括：指纹识别头、主处理微控制器、电源管理、电控锁机构以及门锁功能所需的红外感应、告警电路等，其中核心部分是指纹识别头和主处理微控制器。本指纹锁系统的硬件结构框图如图1所示。图1指纹门锁硬件结构框图本指纹锁通过指纹识别头获取原始指纹数据，通过主处理器的处理提取出相关指纹特征，然后与存储器内的指纹模板做比较，如果指纹特征吻合，则通过指示灯做出相应的指示，同时输出门锁开启信号，打开门锁；在门锁开启状态，也可通过相应按键操作，进行指纹模板存储。辅助处理器用于系统的电源管理，即管理主处理器的上下电。本设计采用层级包容架构设计，主处理器功能强大，处理功能相对复杂，功耗较高；辅助处理器功能非常简单，仅负责电源管理，完成对系统的上下电处理（除了自身不下电）。该架构有三个优点，第一，功耗极其低，在系统待机模式下，主处理器部分根本就不耗电，系统可超长时间待机工作。第二，采用层级架构，两个处理器功能完全解耦，软件可分别自由演化。第三，超可靠性，程序随着代码行数的增加，异常情况成指数倍的增长，所以主处理器程序长时间工作的可靠性大大降低，本架构由于采用了辅助处理器的方案，主处理器绝大多数时间处理断电状态，每次工作时，都经历了重新上电过程，因此原则上主处理器做到了永不死机的可靠性；而辅助处理器工作极其简单：检测触摸，然后给主处理器上电，等待主处理器空闲信号，然后给主处理器下电。程序代码行非常简短，工作可靠性极高。2指纹传感器的选型在指纹产品中，指纹传感器和指纹算法是关键。指纹处理的过程是采集指纹图像，然后对指纹图像进行处理，所以能否采集到清晰的指纹图像是指纹处理的关键，指纹传感器是指纹图像的采集部件，因此，指纹传感器的性能将直接影响到指纹产品的性能。目前采用的指纹传感器从分类上主要分为半导体指纹传感器和光学指纹传感器。半导体的指纹传感器又分为面状指纹传感器和条状指纹传感器（即滑动式指纹传感器/刮擦式指纹传感器）。选用半导体指纹传感器主要要考虑以下几个指标：（1）抗静电性能，-般要求大于15kv，否则易被击穿。（2）分辨率。一般至少要求256dpi，否则对细指纹不易分辩，比如银行、医院、超市等不宜应用。（3）对干湿手指的适应性（尤其是涂有护手霜的手指）。（4）使用寿命要求。传感器的使用寿命的要求一般要达到可使用100万次。（5）产品一致性和适应性，不同地区人的指纹有不同的特征，所以要选用高适应性的指纹传感器。由于本文中的指纹读头在设计中的要求体积尽量小，因此选用的是美国AuthenTec公司的AES2510的刮擦式指纹传感器。其选用的理由如下：（1）采用其最新的“ThePowerofTouch”技术，属于接触式的，对干湿手指不敏感。（2）易用且能提供快速的指纹成像，具有导航功能。（3）低功耗、小CPU占用率的特性。（4）出货量大，成本低。（5）尺寸相当微小，只有12mm×5mm×1.86mm。其外观图如图2所示：图2AES2510实物图3指纹算法的选型指纹识别算法是指纹识别的核心。常见的指纹算法有：BIOKEY指纹识别算法、Fingerpass指纹识别算法、TOUCHSEC指纹识别算法、OpenBio指纹识别算法、FAA指纹识别算法等等，国内也有许多公司也自主研发了许多具有专利的指纹识别算法，在网上也有许多公开算法的源码。在设计初期，选用公开的算法源码，会造成调试的不方便，同时算法的指标也不确定是否满足需求；大公司的指纹识别算法一般又要价比较高，谈判困难；因此最合理的方法是选用指纹厂家提供的识别算法进行开发验证，Autllentec提供的算法相对也比较成熟可靠，由于使用其指纹传感器，指纹识别算法收取费用相对较低，如果使用量较大，甚至可以免费赠送。在我们的设计中，采用的是Authentec提供的指纹识别算法，最后验证设计结果在认假率、拒真率、比对时间上均满足需求。4主CPU的选型主CPU的选型主要关注的指标是运算速度及功耗，有的厂商的产品侧重于低功耗，有的侧重于运算速度。来自于几家厂商提供的一组测试数据见表1，分别显示了不同的CPU在运算指纹匹配算法所需要的时间。表1运行指纹匹配算法时间对比表由于我们采用了层级包容式架构，因此对主处理器的功耗指标不太关心，选用更高的处理速度，能给用户带来了更好的体验。本指纹锁选择的CPU是BF531.ADSP-BF531系列处理器是Blaclkflin系列产品的成员之一，是一个高度集成的片上系统解决方案。其功能框图如图3所示：图3BF531的功能框图ADSP-BF53l是主频高达400MHz高性能Black-fin处理器，其内核包括：2个16位MAC，2个40位ALU，4个8位视频ALu，以及1个40位移位器；对于指纹对比计算有很强的处理能力，另外，厂家又提供了为该处理器量身定做的指纹对比算法。5辅助CPU的选型由于指纹锁在设计时提出的存储指标为100枚指纹，大概所需内存为lMByte以上，因此必须使用外部存储设备。为了最大限度的降低成本，我们使用SDRAM芯片来替代外部的SRAM,因此就必然导致设备的外部功耗增加，对于使用电池供电的设备，这几乎是不能容忍的，为此我们使用一个超低功耗的辅助CPU来进行设备管理。通常情况下，主CPU的所有电路均不上电，辅助CPU感应到有手触摸锁柄时，则通过IO口控制主CPU上电，主CPU和指纹传感器开始工作，指纹比对成功后，启动开锁。无论对比是否成功，等待固定一段时间后，主CPU均会进入空闲状态，向辅助CPU发送空闲信号，辅助CPU对主CPU断电。由于辅助CPU是长期工作，永不断电的，选则的基本原则就是超低功耗，架构简单，极高的可靠性。本文选择的是TI的MSP430F2001，MSP430单片机拥有0.5uA的超低待机电流和250uA/MIPs的运行功耗，是目前业界公认的低功耗单片机。其提供了5种低功耗模式，主要面向电池供电的应用。功能框图如图4所示：图4MSP430F2001的功能框图MSP430F200l的特性描述如下：低工作电压（1.8V-3.6V）；超低功耗（活动模式为220μAat1MHz，2.2V，待机模式为0.5μA,关闭模式为0.1μA）；五种省电模式；从待机模式唤醒1μs。6其它本方案中还采取了其它降功耗措施：主处理器的LDO改为DC/DC开关芯片，提高工作时的电源效率；开锁继电器的先用大电流驱动1秒使其吸合，然后通过调整控制端的占空比为30%，让其进行4秒的维持状态；7结束语本设计通过合理选择器件，围绕低成本、低功耗、高运算性能、电池供电等特性要求优化电路，设计完成的新型指纹锁电路在性能指标、稳定性、兼容性低硬件成本方面具有非常大优势。通过本设计制作出数台样机，在仅使用两节5号电池不更换的情况下，每天开锁3次，已连续可靠的工作了2年。本设计完成的指纹锁，可以广泛应用于工业门标禁、指纹考勤、国防安全等众多领域。来源：维库电子市场网

随着超声波技术的不断发展，超声波广泛应用于检测、清洗、焊接、医疗等领域，甚至在纺织、航空领域也能见到它的踪迹。目前，超声的研究和应用可分为功率超声和检测超声两大领域，超声清洗是功率超声最为广泛的应用之一。它通过换能器，将功率超声的声能转换成机械振动，同时强超声波在液体传播时会产生“空化效应”。在空化气泡突然闭合时发出的冲击波可在其周围产生上千个大气压力，对污层的直接反复冲击，一方面破坏污物与清洗件表面的吸附，另一方面也会引起污物层的破坏而脱离清洗件表面并使它们分散到清洗液中，以清除物体表面的杂质、污垢或油腻。与其他清洗相比，超声波清洗具有效率高、能耗低、清洁环保的特点，特别在清洗复杂零件、盲孔、狭缝多的物件时，更凸显它的优势。1超声波清洗机总体方案设计文中设计的超声波清洗机是以STC单片机为控制核心，包括整流滤波、逆变、IGBT驱动、PWM发生与控制、频率扫描显示、功率调节、调谐匹配与阻抗匹配模块以及相关保护模块。图1超声波清洗机原理框图在超声波清洗机中，220V50Hz的市电输入后分为两路，一路用来产生大功率超声波，另一路用来检测、控制与显示的供电作用，具体如图1所示。其中，通过双向可控硅可控制清洗机的功率。逆变模块为半桥逆变，把直流电压逆变为高频交流电压，再经调谐匹配与阻抗匹配模块的变压器升压以及电感匹配，可以高效率、最大功率地输送到压电换能器。最后，压电换能器把超声波电源输出的电能转化为高频机械振动。2超声波清洗机各模块设计原理2.1整流滤波与功率调节模块220V50Hz交流电经整流桥B1整流以及电解电容C12滤波后产生直流输出电压。其中双向可控硅TR1用于功率调节，C11为安规电容，R11和C11主要用于消除高频干扰。而U1为光耦，型号可以选择MOC3021，1脚和3脚接调功模块。光耦U1起到隔离强弱电的作用，增强了电路的可靠性和安全性。图2整流滤波模块在超声波电源系统的工作过程中，整流滤波模块与逆变模块会发热，可以将两个模块安装在一个铝片散热器上，进行风冷散热。这样，系统可以更安全可靠工作。2.2逆变与脉冲驱动模块由于半桥逆变电路所用到的功率器件少，成本低，而且控制相对简单，因此本文设计的超声波清洗机采用半桥逆变电路。图3半桥逆变模块在半桥逆变电路中，两个全控型开关器件为IGBT，即Q1与Q2和二极管D11和D12构成半桥逆变，在Q1和Q2上加以互补的信号，O1与Q2两IGBT是轮流触发的，即各交替进行导通。同时，在直流侧输入端接的电容C1和C2应足够大，并且C1=C2，容值可选2μF以上。同样，电阻R14、R15也应足够大，并且R14=R15，阻值可选100kΩ以上。熔断器F11和F12用于保护开关管Q1和Q2，防止电流过大。变压器T1和电阻R16、R17、R18、R19组成脉冲驱动模块，为Q1和Q2提供互补的触发信号。由于IGBT的驱动电压应小于20V，而T12，T14间的输入电压约12V，因此变压器T1变比设计为1:1:1.R18、R19用于限流作用，可选20Ω左右的电阻。在本超声波清洗机中，上下两个IGBT器件留有一定的死区时间，以防止两者同时导通。2.3变压与线性稳压220V50Hz交流电经变压器T4降压为12V,再经整流桥B4整流、C41滤波以及U1（L7812）线性稳压后，输出12V直流电压，给PWM发生与控制模块供电。同时，直流12V再经U2（L7805）二次稳压变为5V，为处理器IAP15F2K61S2工作提供电源。LED1发光二极管，起电源指示作用。为了减少电压的脉动系数，加入了电容C43、C44多次滤波。图4降压与线性稳压2.4PWM发生与控制模块以及驱动模块在本超声波清洗机中，以KA3525A作为PWM发生与控制芯片。如图5所示，KA3525A振荡频率的设定范围为20~40kHz,芯片的脚5和脚7间串联一个电阻Rd就可以在较大范围内调节死区时间。KA3525A的振荡频率可表示为：式中：CT、RT分别是与脚5、脚6相连的振荡器的电容和电阻；Rd是与脚7相连的放电端电阻。此处：Rd、CT、RT分别为图中的R52、C5、（R51+Rp51）。其中，Rp51为精密可调电阻，即通过R1和R2可以调节PWM输出频率。管脚8接一个电容C51用来软启动，减少功率开关管的开机冲击。11和14脚输出两路互补的PWM波，经中功率的三极管Q1、Q2、Q3、Q4放大，再经脉冲驱动变压器T1驱动两个IGBT,控制逆变模块实现半桥逆变（如图3所示）。高频变压器T1起隔离强电与弱电的作用，增强了驱动能力和电源的可靠性。图5PWM发生与控制模块2.5功率调节模块功率调节的实现原理：通过IAP15F2K61S2单片机的一个AD口检测调功电阻上电压大小，再通过模数转换获得AD数值。再根据此值控制双向可控硅TR1过零延时触发，即通过控制触发脉冲的相位来控制输出功率。其中，图6为过零触发原理图，12V交流电经二极管D31、D32整流以及R31、R32、R33限流限压，再经三极管Q3检测过零点。当电网电压过零时，P3.3产生负脉冲。另外，IAP15F2K61S2单片机的P3.3口是一个外部中断口，通过检测过零脉冲获得工频电压的过零点。图6过零触发原理图2.6调谐匹配与阻抗匹配模块超声波电源与换能器的匹配主要是调谐匹配和阻抗匹配。在调谐匹配中为减少静电抗产生的无功损耗，使压电换能器输出最大功率，需要通过匹配使换能器近似于纯电阻状态，提高超声波电源输出效率。另外，若完成了调谐匹配时，即负载为纯电阻状态时，为使电源输出最大功率，需要令实际负载和电源的最佳输出阻抗相等，而实现方法为：通过高频变压器使换能器的阻抗变换为超声波电源的最佳输出阻抗，从而使压电换能器输出最大功率。图7为超声波清洗机调谐匹配与阻抗匹配模块。其中，虚线框内为压电换能器的等效电路图。图7调谐匹配与阻抗匹配其中，Co是压电换能器的静态电容，主要是由夹持而产生的电容，它是一个真实的电学量；Ro是压电换能器的介电损耗电阻，一般认为Ro无穷大，通常忽略不计；Ld、Cd、Rd分别为压电换能器的动态电感、动态电容和动态电阻。当Ld、Cd处于谐振时，串联支路为纯阻。在串联电感调谐匹配作用下，超声波电源的整个负载呈现出纯电阻性。当电源的输出电压稳定时，阻性负载上得到的功率只和负载的阻值有关，因此，需要采用高频变压器来进行阻抗变换，从而使超声波电源能够以最大功率输出。3结束语文中根据实际需求，以STC一款型号为IAP15F2K61S2的单片机作为控制核心，提出了超声波清洗机系统整体设计方案。根据设计方案，进行了软件、硬件的设计和调试，保证其工作频率在20~50kHz范围内连续可调，死区时间稳定，从而使与超声波电源与压电换能器匹配后能够产生大功率的超声波。最后根据设计制作出了一款具有调功、调频、定时功能的超声波清洗机。通过现场试验，本超声波电源系统能够长时间稳定地工作。来源：维库电子市场网

在图像处理领域，数字图像处理技术取得了飞速发展，并在国民经济的各个领域得到广泛应用。尤其在智能交通管理中汽车牌照识别技术方面具有重要的理论意义和实用价值。汽车牌照识别技术主要任务是实现对汽车监控视频所取得的图像进行分析、处理，自动定位和识别汽车牌号，并进行相关智能化数据管理。所以该技术在交通流量控制指标测量，车辆定位，高速公路超速自动化监管、公路收费站，停车场收费管理等领域均发挥极大的作用。本文给出了汽车牌照识别系统的设计结构与主要完成功能。由于MATLAB语法结构简单，具有高质量的图形可视化效果和强大的界面设计能力，因而在数字图像处理中有着其他语言所无法比拟的优势，已成为近几年来国内外处理图像使用最为广泛的优秀科技软件之一。因此本文采用MATLAB作为开发平台设计汽车牌照识别系统不仅可视性好，而且使用方便，易于操作。1汽车牌照识别系统总体设计与主要功能模块设计基于MATLAB汽车牌照识别系统，主要实现了数字图像处理技术在汽车牌照识别中的应用研究。整个系统总体设计西路采用树状结构。系统主要功能是对汽车牌照图像进行各种图像处理分析识别汽车车牌号。用户可通过对汽车牌照数字图像识别系统主窗口“文件”导入所需要处理的汽车牌照数字图像，并对其进行图像预处理，图像增强，车牌定位，字符分割到字符识别等一系列操作，得到所需要的信息。该系统的总体流程图如图1所示，系统的主窗体是所有系统模块互动的中心，主窗体设计如图2所示。图1系统流程图图2系统主窗体2沥青混合料数字图像处理系统主要模块的主要功能2.1图像预处理模块由于汽车长期置于户外环境中，使降低了车牌的清洁度，另外还有自然光照的条件、照相机与汽车牌照之间的矩离以及角度等因素的影响，汽车牌照图像就会出现不清楚、倾斜和破损等严重缺陷。所以在对图像进行处理之前，对图像进行预处理是非常有必要的，可尽量减少噪声对图像处理的干扰，改善图像质量，提高汽车牌照的检测精确度。在本系统中主要采用图像灰度化、图像去处背景、图像平滑处理技术进行图像预处理，如图3所示。图3图像预处理效果对比图2.2车牌定位与分割模块图像分割是进行图像分析的关键步骤，也是进一步理解图像的基础。分割的最终结果是图像被分解成一些具有某种特征的最小成分，相对于整幅图像来说这种图像更容易被快速处理。由于本系统采集到的汽车牌照数字图像为整车图像，但是图像处理的目标是车牌部分，所以对图像进行车牌定位和分割则是非常必要的。该系统车牌定位和分割主要采用了边缘检测和数学形态学方法得到汽车牌照在图像中的区域。为了避免车标、车身装饰物等与汽车牌照形状相近对车牌的提取产生影响，即对汽车牌照进行标记。由于图像采集中汽车可能会发生倾斜，则应对提取出的汽车牌照进行峰谷分析，对汽车牌照进行角度旋转。同时可通过峰谷分析中车牌的水平、垂直投影确定车牌字符高度的范围，为之后的字符提取打好基础。如图4所示。图4车牌提取2.3字符分割与识别模块字符提取主要通过对旋转后的车牌进行水平投影和垂直投影分析，计算出汽车牌照字符的高度、宽度、字符顶行、字符尾行以及字符的中心位置来进行实现。由于汽车车牌字符间的间隔较大，较少出现字符粘连现象，所以本文采用查找连续有文字区域的方法实现字符分割。通过字符分割，得到单个字符，其中包三大类汉字、字母和数字。由于分割得到的单个字符大小不一，所以需要对单个字符进行归一化处理，防止因为牌照倾斜导致的单个字符在位置和大小上的误差。目前字符识别主要有两种识别方法：模板匹配法和神经网络法。本文主要是运用模板匹配法对分割出来的字符进行识别。字符提取、分割和识别的效果如图5所示。图5字符分割与识别3结语本文主要以数字图像处理技术在汽车牌照识别中的应用为基础，基于MATLAB平台开发了汽车牌照识别系统。并给出了汽车牌照识别系统的总体设计思路和系统各个主要功能模块的主要作用。整个系统实现了以数字图像处理技术来提取汽车车牌字符，形成了完整的一套数字图像处理方法。系统设计界面可视性好、操作简单、方便、数据存储安全，具有一定的实用价值。

出租车计费器是出租车上必不可少的一种仪表，随着电子技术，特别是嵌入式应用技术的飞速发展，智能芯片越来越广的应用到了出租车计费器上。这使得出租车计费器能够精准的计算出行车里程及对应的价格，使乘客能够更直观明了的知道自己的乘车价格，而司机师傅也不用再靠人工计算来得出乘客的费用，避免了很多麻烦。本文以单片机STC89C51为核心设计一款出租车计费器，使能够实现里程及对应价格的显示，由于采用芯片的自动定时计数，所以能够准确的计算出总的行车里程并能转换成对应的价格来，这样能够避免出租车司机作弊的可能性，做到公平公正。1出租车计费器的设计要求与设计方案1.1出租车计费器设计要求设计一个出租车自动计费器，计费包括起步价、行车里程、总计费价格三部分，并用1602液晶显示器显示起步价、单双行程、总里程及总金额。语音播放用ISD1820模拟出租车的载客、到站及对费用的语音提醒等功能。①计费功能本设计费用的计算是按行车里程数来收费。设计费器的起步价为5.00元。（1）当行驶里程（2）当行驶里程>3km时，白天单程每公里按1.5元计算费用，白天双程每公里按1元计算费用，黑夜单程每公里按2元计算费用，黑夜双程每公里按1.5元计算费用。②LCD显示功能（1）行驶里程用五位数字显示，即显示方式为“YYY.Y”,单位为km.显示里程范围为0-999.9km,精确到0.1km。（2）总费用显示也是用五位数字显示，显示方式为“YYYYY”,单位为元。计价范围从0-99999元，精确到1元。③语音功能乘客上车时，需语音播报“欢迎乘坐XXXX出租车公司，请说明目的地”等提示，目的地乘客下车时，需语音播报乘车总费用及欢迎下次乘坐等提示。1.2方案确定本次设计采用MPU技术，以STC89C51单片机为核心芯片，利用1602液晶显示器显示对应里程及价格，A44E作为传感电路的核心，ISD1820作为语音提示电路的核心芯片，采用12M晶振，利用独立按键来实现单双行程的选择，以下是方案的系统流程图，方案图如图1-1所示：2出租车计费器的硬件设计在本次设计中，时钟电路和复位电路采用最常用的电路来设计，构成单片机的最小系统；键盘电路采用独立按键的设计方法来实现；显示电路LCD1602的驱动电路也是设计者们经常用到的；本次设计的特色在于传感电路和语音播报电路的设计如下所示：2.1传感电路传感器采用霍尔传感器A44E,它是一种磁传感器，当电机带叶轮转动时，我们在叶轮上固定一块小磁铁，将A44E靠近小磁铁时，叶轮上小磁铁每经过一次霍尔传感器，就会产生一个脉冲信号，并通过单片机端口位将脉冲信号传递给单片机。单片机MPU在将数据处理后，就通过液晶显示器显示出来。测速电路图及霍尔传感器A44E的驱动电路如下图2-1、2-2所示。2.2语音电路美国ISD公司于2001年最新推出一种单片8~20秒单段语音录放电路ISD1810,ISD1820语音芯片的基本结构与ISD1110、1420完全相同，采用CMOS技术，内含振荡器，ISD1820语音芯片话筒前置放大，自动增益控制。它的主要特性体现在一下方面：这些特性使得设计者大大降低了电路设计的难度，尤其在进行语音的录放时，无需设计程序，大大简化了设计难度，且操作简单。ISD1820芯片的常用电路如下图所示：3出租车计费器的软件设计3.1单片机I/O口使用在本次设计中独立按键的连接就用到了P1口的P1.4到P1.7,LCD1602的控制用了P1口中的P1.0到P1.2位，数据位用到了P0口，传感电路用到了P3.4、引脚，语音电路用到P2.7引脚。3.2独立按键判断对于独立键盘的判键，首先确定是否有键按下，如果有则需要延时一会儿，再判断是否有键按下（起到防抖的作用），如果确实有键按下，则释放按键，最后执行键功能程序。3.3显示程序设计1602液晶显示器是字符型的，显示容量为16*2个字符，工作电压为4.5-5.5V,在编写应用程序的时候，应该按照先读状态接着写指令，然后读数据最后最后写数据的基本操作时序，在进行每一次命令或数据的写入时都需要判断液晶是否忙。4结语本次设计的出租车计费器在通过Protues仿真软件的仿真时，能够实现其对应的各种功能，既能模拟仿真出出租车的启动与停止，也能显示出对应的里程数与乘车费用，同时本次设计还能利用ISD1820来录入和播放各种相关的语音提示。因此本设计具有性能优良、操作简单、实用性强、成本低等特点，加上配套的设计程序，使的本次设计具有较高的智能化水平。来源：维库电子市场网

目前，手机、MP3和笔记本电脑等便携式电子设备进行充电主要采用的是一端连接交流电源，另一端连接便携式电子设备充电电池的传统充电方式。这种方式有很多不利的地方，如频繁的插拔很容易损坏接头，也可能带来触电的危险等。因此，非接触式感应充电器在上个世纪末期诞生。凭借其携带方便、成本低、无需布线等优势迅速受到各界关注。实现无线充电，能量传输效率高，便于携带成为充电系统的研究方向之一。本设计就是一个由能量发送单元和能量接收单元两大部分组成，利用电磁感应原理实现电能无线传递的充电器。1硬件系统设计1.1器件选择本无线充电系统的设计是用线圈耦合方式传递能量，使接收单元接收到足够的电能，以保证后续电路能量的供给。由于无线传电电压随能量发送单元和接收单元耦合线圈的间距D在测试中需要改变，而充电时间相对固定，便于控制，所以充电方式上选择固定电流充电的恒流充电方案。在器件选择上选择有多种省电模式，功耗特别省，抗干扰力特强的MSP430系列超低功耗单片机MSP430F2274作为无线传能充电器的监测控制核心芯片，电压和充电时间显示采用低功耗OCM126864-9液晶屏，以提高充电电路的能量利用效率。1.2系统框图无线充电系统主要采用电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合实现能量的传递。如图1所示，系统工作时输人端将交流市电经全桥整流电路变换成直流电，或用24V直流电端直接为系统供电。当接收线圈与发射线圈靠近时，在接收线圈中产生感生电压，当接收线圈回路的谐振频率与发射频率相同时产生谐振，电压达最大值，具有最好的能量传输效果。通过2个电感线圈耦合能量，次级线圈输出的电流经接受转换电路变化成直流电为电池充电。1.3单元电路设计1.3.1电源切换直流输入采用单刀双闸继电器，交流上电常开闭合，常闭打开实现交流优先，交流断电继电器断电，常闭闭合，实现自动切换。在切换时，时间很短，C1可提供一定时间的电量，可以实现不断电切换，不影响充电。见图2所示。1.3.2发射及接收电路发射电路由振荡信号发生器和谐振功率放大器两部分组成，见图3所示。采用NE555构成振荡频率约为510KHZ信号发生器,为功放电路提供激励信号；谐振功率放大器由Lc并联谐振回路和开关管IRF840构成。振荡线圈按要求用直径为0.8mm的漆包线密绕2O圈，直径约为6.5cm,实测电感值约为142uH,由,当谐振在510KHZ时，与其并联的电容c5、c6约为680P,可用470pF的固定电容并联一个200PF的可调电容，可方便调节谐振频率。大功率管TRF840最大电流为8A、完全开启时内阻为0.85欧，管子发热量大，所以需要加装散热片。当功率放大器的选频回路的谐振频率与激励信号频率相同时，功率放大器发生谐振，此时线圈中的电压和电流达最大值，从而产生最大的交变电磁场。当接收线圈与发射线圈靠近时，在接收线圈中产生感生电压，当接收线圈回路的谐振频率与发射频率相同时产生谐振，电压达最大值。构成了如图4所示的谐振回路。实际上，发射线圈回路与接收线圈回路均处于谐振状态时，具有最好的能量传输效果。1.3.3充电电路如图5所示，电能经过线圈接收后，高频交流电压经快速二极1N4148进行全波整流，3300F的电容滤波，再用5.1v压二极管稳压，输出直流电为充电器提供较为稳定的工作电压。因为为了准确控制充电时间，我们在设计中采用恒流充电的方法，可以保证充电电流大致为一常数I,上述电容电压与时间的关系可表示为：。根据题设要求，充电时间应满足快充小于30s,慢充控制在100到140S,计算出快充、慢充所需电流大小快I1慢I2，分别为:图5中二极管D1、D2的导通电压基本不变,故可作为电压基准,约为1.4V.各电压关系为：可见在恒流充电电路中，充电电流仅由电阻R1、R2确定。计算中约定U=0.7充电电流Ic（三极管集电极电流）Ie,计算出快充、慢充所需电阻R1、R2分别为:设计中采用可调电阻，可调节充电电流的大小。1.3.4整机电路原理图2软件设计软件设计的主要任务是对充电过程的监视及充电电路的控制。具体方法是：利用MSP430单片机自带的AD转换器实时检测充电电池上的电压，到规定电压时发出控制信号，断充电电路。基于MSP430较高的速度、高精度的AD转换器、功能丰富的定时器等资源特点，我们在LCD上设计了充电进度条的绘制、实时充电电压显示、充电时间显示等内容。其中进度条的绘制需要定性反映实时电压大小，我们采用的方法是根据电压值计算出坐标，并调用自己设计的画直线函数进行实时绘制，效果逼真（见图7、图8）。3功能的实现情况本无线充电系统设计使用220V/50HZ交流供电，24V直流供电，自动切换交、直流供电电源；具有快充、慢充功能，当距离D>2cm时，快充时间2cm时，慢充时间4结语充电效率是一个不得不考虑的问题。本设计系统可以在发射接收电路的能量传输部分做适当改进，以获得更高的效率和更远的距离；也可以设计充电设备检测电路，在没有能量接收电路时能量发送部分处于睡眠状态，当能量接收电路靠近发送部分时，激活发射电路开始充电。本设计系统达到了设计要求，具有无线充电、携带方便、成本低、无需布线等优势，有着广泛的应用前景。来源：维库电子市场网

静脉输液是我国目前临床治疗中最主要的一种输液方式，在实践工作中，医护人员一般是靠经验和观察通过转动输液器上的滑轮对滴速进行手动调节的。本系统是一种非接触式全自动的静滴检测和报警控制装置，时刻检测液体的滴速，并且在药液滴完后能够自动地切断液体进行本地和远程报警，以通知医护人员及时更换液体，对提高现代医疗服务系统的效率和质量都有着非常重要的意义。1.研究意义目前，医院静脉输液主要是人工控制，由人监控的静脉输液，无法正确调解药液流速，速度过快由于点滴里有钾元素的成分会造成血管刺激，通常刺激会表现为疼痛。但通常输液快慢要看自身身体情况，但输液还是会对血管和心脏，肾脏有刺激。利用现有的科技设计智能输液系统，即可以控制药液流速、检测药液剩余量、及时地停止输液防止血液回流等，医护人员可以通过主控室观察和调解所有药液流速，从而大大地节省人力。本设计研究一种操作方便，显示直观，具有报警功能的智能型液体点滴速度控制器，该系统让护理人员监控病人打点滴的进程时间得到充分利用，避免病人在输液过程中出现“回血”而造成的医疗事故，提高病人治病输液过程中的安全系数，同时减少护理人员的工作量，给护理人员更舒适的工作环境。2.系统总体设计方案本系统采用ATMEGA16作为主控制芯片来控制液滴速度、报警信息以及液架的运动方向，输液器能通过遥控器任意设定点滴速度，并且能接收遥控器设定的信息以及能对异常情况进行报警。系统硬件结构框图如图1所示。下位机系统采用模块化的设计思想，包括液位检测与报警系统，滴速系统（包括滴速控制装置，钢珠等执行机构），单片机处理系统，通讯模块，自定义遥控器模块，显示以及报警模块，角度传感模块等部分。液位检测模块主要用于对液位的报警，执行机构在程序的控制下完成滴速控制；通讯模块用于和主机的通讯。图1硬件结构框图2.1液滴检测方案滴速检测采用的是红外检测技术，在茂菲氏滴管上方处对输液速度进行测量。滴速检测装置结构图如图2所示。红外发射器发出红外光后，光线穿透茂菲氏滴管后照射到光电三极管上，光电三极管将照射到它上面的光线变成电流信号进行输出。如果此时茂菲氏滴管中没有液滴滴下，光线的衰减就比较小，照射到三极管上的电流就比较大；如果此时茂菲氏滴管中有液滴滴下，由于液滴挡了一下光线，液滴对光线具有吸收和散射的作用，就使得光电三极管接收到比较弱的光信号。将光电三极管输出的电流信号转换为电压信号，通过检测输出端电压信号的强弱就可以检测出有无液滴落下。把检测到的信号经过整形后送入单片机进行处理，就可以计算出输液的点滴速度。图2滴速检测装置结构2.2滴速控制方案采用电磁铁和位于观察瓶中的小钢珠以及相应的控制电路构成了具有“蠕动”效果的电动机用来控制液体滴速，能够达到对液滴的精确控制，利用“蠕动”电机结构和液位传感器实现了药液短缺时及时、准确地自动关闭液路功能，防止了“回血”现象的发生。滴速控制装置原理图如图3所示。图3滴速控制装置原理图3.程序流程图为了便于程序的开发和以后的使用与维护，全部程序采用模块化结构，即由一个主程序和若干个子程序模块构成。主程序首先完成初始化工作，包括定时器初始化、液晶模块初始化、中断初始化、系统时钟初始化、其他参数的初始化等。然后启动定时器进行定时，开中断允许单片机响应内部中断和外部中断请求。各程序功能模块包括液晶显示、电机驱动、报警控制、滴速检测、液位检测等。主程序流程图如图4所示。图4主程序流程图整个系统软件采用模块化结构。其中从站软件系统包括：主程序：负责读键、显示和报警。通讯中断程序：实现与主站通讯。滴速采样和储液瓶的随人体移动检测，其中，中断M1检测液位情况，发生中断停止输液，产生报警，中断M2检测人体移动方向，如果发生中断，单片机输出PWM脉冲，从而控制电机带动储液瓶定向移动。保证储液瓶永久的在人体上方。主站的程序包括主程序和通讯中断程序，其中主程序负责对从站的设定，显示来自从站的实时值，及负责报警。通讯中断程序负责与从站进行通讯，实现数据的实时采集。4.总结本系统采用ATMECA16控制芯片简化了系统的硬件结构，提高了系统的可靠性和实时性。利用“蠕动”电机结构和液位传感器实现了药液短缺时及时、准确地自动关闭液路功能，防止了“回血”现象的发生。药液短缺时，关闭液路的同时用户端采用声光提醒，同时通过无线传输方式将相关信息发送至值班室，及时通知值班医护人员。节省了大量的人力物力以及减少了人为误差。本系统对实际工程应用有一定的指导意义。来源：维库电子市场网

英飞凌可调光LED照明驱动芯片ICL8002G,离线式准谐振高效率PWM控制器，适用于反激式隔离和降压式非隔离架构方案设计。现有12W可调光降压式非隔离演示方案，低成本，体积小，高效率，高功率因数。方案简介英飞凌可调光LED照明驱动芯片ICL8002G,离线式准谐振高效率PWM控制器，适用于反激式隔离和降压式非隔离架构方案设计。现有12W可调光降压式非隔离演示方案，低成本，体积小，高效率，高功率因数。主要优势特点●调光器兼容性高，无闪烁，调光曲线平滑●非隔离拓扑设计，输入电压Vs=120VAC●高效率>85%●低方案成本●高功率因数>0.95●体积小（12W方案尺寸40x20x25mm）●集成完整保护功能●高压启动供电及数字式软启动原理图原理图部件解析：●F1（PassiveDamper）用于抑制震荡和防止浪涌电流●R1&C1（PassiveBleeder）和R5,Q1（activeBleeder）用于维持调光器处于开通状态在低切相角位时。演示板完成调光器测试一览：ICL8002G资料：Website:www.Infineon.com●LightingICs&LEDDrivers●Off-lineLEDDriver●HighlyefficientLEDDrivers-dimmablesolutions设计应用文档链接http://www.infineon.com/cms/en/product/power/led-driver-ic-and-lighting-ic/off-line-led-driver-ic/ICL8002G/productType.html?productType=db3a30443679872b0136a171126b1736来源：维库电子市场网

1引言建立芯片模型是在早期进行芯片架构决策的有效方法，通过建模不仅可以对芯片的性能做出分析，还可以在硬件没有完成之前开发软件，不仅提高了产品成功率，而且缩短了研发周期。设计人员早期采用C/C++语言进行硬件建模。但是随着软硬件复杂度的提高，C/C++语言难以再满足要求。OSCI适时推出了SystemC语言来适应新的需求。如今SystemC已经被广泛应用于SoC软硬件建模中。目前大部分SystemC建模方面的文献是作者对自己所设计芯片整体模型的描述，这种针对特定芯片设计的文献虽然都有参考价值，但是其模型本身借鉴性有限。另一方面，构成SoC硬件的基本组件因为可重用的缘故，其模型设计具有更好的可借鉴性。这方面的研究成果相对较少，而且集中在总线建模方面，也可以看到多核设计方面的建模方法。除了上述总线、CPU架构外，片内或片外存储器同样是系统关键模块，对系统性能有着至关重要的影响。文献[6]对SystemClick框架做了扩展，从而通过存储器模型能够分析共享存储器对性能的影响。文献[7]针对多通道DRAM做了建模，并且分析了不同的配置和使用情况对性能的影响。这两篇文献都对所设计的模型做了详尽的分析，具有很好的参考价值，但是两者的通用性欠佳。本文提出了一个可配置的通用存储器SystemC模型。2SystemCSystemC可被视作C++硬件建模和仿真的扩展库，特别适合集成电路的建模，但它事实上可以用来描述更多的系统。SystemC通过确定仿真核心（simulationkernel）算法定义了处理并行事件和仿真时间的机制。SystemC还定义了模块、端口、接口、通道等概念来组成一个复杂SoC的连接关系和层次结构。因此，它解决了标准C++语言用于复杂硬件建模时的难题。3存储器的建模3.1存储器模型概述为了能帮助设计人员分析系统性能并选择最合适的存储器构造，存储器模型需要反映出对性能造成影响的关键参数，即带宽、延时和仲裁机制。而这些参数又是由存储器的结构以及其它参数决定的。另一方面，本文希望提出一个通用的存储器模型，因此会有更多的参数用于配置存储器以模拟某种特定类型的存储器特征，比如多端口SRAM。图1给出了所设计的存储器模型的结构。它包括三个部分：一是模型接口；二是端口及bank可配置的存储器；三是由读写通路及仲裁机制构成的存储器控制器。接口部分采用了事务级建模，而内部模块采用了时钟精准的建模，这样在保证时间精度的同时，方便了接口连接以及提高了仿真速度。图1可配置存储器模型结构3.2存储器接口基于SystemC的存储器模型接口，由SystemC定义的接口基类派生而来。整个存储器模型是一个SystemC模块，由于实现了所定义的存储器模型接口，它成为SystemC概念中的hierarchalchannel。因此，该存储器模型将如同其它SystemC定义的通道，比如FIFO,一样作为基本组件来连接其它的模块从而构造出SoC硬件系统。所设计存储器具有如下所述事务级SystemC接口。阻塞读接口：该接口用来读取给定地址的给定大小的数据，当数据没有读出时，调用这个接口的模块线程将被堵塞，直到数据读出为止。除了地址和数据，该接口还包含调用者的标志信息。非阻塞读接口：与阻塞读接口不同的是，如果在调用时读指令不能被接受，则返回失败。否则，不等待数据返回便成功退出。这样调用接口的模块线程可以在等待时间做其它事情。调用者通过监听存储器模型广播的当前读出数据多对应调用者标记来在之后读出数据。阻塞写接口：该接口用来向存储器给定地址写入给定大小的数据。当指令或写数据不能被存储器模型接收时，调用的线程被堵塞直到接受为止。除了地址和数据，该接口还包含调用者的标志信息。非阻塞写接口：与阻塞写接口不同的是，当指令或数据不能被接受时，返回失败而不等待。否则返回成功。复位接口：用于复位存储器模型。为了不强制要求外部提供存储器模型需要的时钟，存储器模型接口中不包含时钟输入。模型内部有一个专门的时钟产生线程。3.3存储器实体存储器模型中的存储器实体可以由多个bank组成，并构成一个子模块。根据bank的数量和种类，该存储器子模块具有不同数量的只读端口、只写端口和读写端口。为了能尽可能模拟不同的存储器类型，存储器子模块可配置参数如表1所示。表1存储器配置参数3.4存储器控制器存储器控制器由指令队列、数据缓存、以及仲裁器构成。这一部分对系统的性能有重要影响。读指令队列和写指令队列用来分别缓存读写指令。当它们写满时，新的读写操作将失败或堵塞。指令队列的数量取决于访问存储器模型的模块有几个优先级。相同优先级的指令会被放到同一个队列。读仲裁器和写仲裁器分别根据队列中的读地址和写地址，读写数据缓存器的状态，以及指令优先级来决定发送哪个指令到哪个端口。而如果读指令和写指令指向了相同的读写端口，读写仲裁器将再一次做出仲裁。这里的每个仲裁器除了上述功能外，具体的仲裁机制以虚函数的形式由具体的实现来决定。在该存储器模型中实现了默认的基于优先级的轮询算法。存储器控制器的配置参数如表2所示。表2存储器控制器的配置参数3.5参数配置存储器模型的众多参数需要在构造函数中配置完成。在运行阶段，不能再更改配置。运行阶段的配置更改将是我们下一步的研究内容，可以用于类似于文献[8]的自演化系统。4应用实例图2所示为一个H.264解码器模块框图。该解码器共包括四个模块以流水线方式工作在宏块级别。其中熵解码产生运动矢量，变换系数等信息。残差恢复模块通过反量化、反变换操作得到残差。宏块预测模块进行帧内或帧间预测并和残差一起重建出宏块数据。去快效应模块实现H.264去块效应滤波。这四个模块通过一个共享的SRAM来交换数据。RTL设计人员根据设计指标率先完成了各模块微架构的设计，平均解码每个模块所需时间在指标范围内。图2H.264解码器使用共享存储器在解码模块间交换数据为了确定共享SRAM引入的性能损失和确定SRAM的设计，采用本文存储器模型进行分析。存储器的大部分参数已经被确定，需要决定采用几个bank（每个bank是一个单端口SRAM）。另一方面，各模块读写存储器的时间也基本确定从而有了可靠地负载模型。通过改变存储器模型的bank数，得到结果如图3所示。图3不同bank数所对应的单个宏块平均解码时间占允许时间的比例由于bank的增加可以减少访问存储器的冲突，模型仿真得到的处理时间随bank数量的增加而减少。但是可以看到bank数量对所消耗的时间影响不大，这说明各解码模块访问存储器的时间分布已经比较均匀。由于一个bank的情况已经可以满足要求，所以最后确定bank数为1。RTL全部完成后的仿真结果所消耗的时间比模型所给出的略少一些，原因是RTL设计对访问共享SRAM的时间安排做了进一步细化的工作。5结束语本文提出了一个通用的存储器SystemC模型，该模型采用统一的事务级接口，和可配置的时钟精准的内部控制逻辑以及存储器构成。通过一系列的参数配置，该模型能够帮助设计人员快速实现系统建模并在存储器设计和选择上做出合理判断。借助其通用性，它还可以帮助保持一致性和减少重复劳动。该模型被应用于视频解码案例中，成功预测了共享SRAM的bank数对性能的影响，证明了其有效性。参考文献：[1]GhoshA.SystemmodelingwithSystemC[C]∥ASIC,2001.Proceedings.4thInternationalConferenceon.China:Shanghai,2001:18-20.[2]MahfuzulSM,TranJMD.Modelingforperformance:SystemCmodelofacommunicationbusinadistributednetwork[C]∥InternationalConferenceonInformationandCommunicationTechnology.Dhaka,2007:231-234.[3]SrinivasanS,LiL,RuggieroM,.Dnaka,etal.Exploringarchitecturalsolutionsforenergyoptimizationsinbus-basedsystem-on-chip[J].Computers&DigitalTechniques,IET,2008,2（5）：347-354.[4]ChenLin,SunWanzhong,WangZhixin,etal.ASystemC-basedtransactionlevelmodelingofon-chipbus[C]∥InternationalConferenceonComputerScienceandSoftwareEngineering.China:Wuhan,2008:146-149.[5]奚杰，陈杰，朱玥。利用SystemC实现多核系统的快速建模[J].微电子学与计算机，2010,27（7）：220-223.[6]LoebHP,SauerC.ExplorationofembeddedmemomemoriesinSoCsusingSystemC-basedfunctionalperformancemodels[C]∥ForumonSpecification&DesignLanguages.SophiaAntipolis,2009:1-6.[7]NikaraJ,AhoE,TuominenPA,etal.Performanceanalysisofmulti-channelmemoriesinmobiledevices.System-on-Chip.Tampere,2009:128-131.[8]王晓艳，姚睿。使用SystemC设计片上自演化系统[J].微电子学与计算机，2011,28（6）：28-31.[9]钟辉捷，雷航。基于Petri网和systemC的SoC系统描述[J].计算机应用，2007,27（2）：147-149.

1.MSP430FW42x单片机介绍MSP430FW42x系列单片机是TI公司针对电子式流量与旋转运动检测最新开发的专用MCU芯片，它将超低功耗MCU、旋转扫描接口（SCANIF）和液晶显示LCD驱动模块完美地结合在一起。该器件的超低功耗结构和流量检测模块不仅延长了电池的寿命，同时还提高了仪表的精度与性能。MSP430FW42x的典型应用包括热量仪表、热水和冷水仪表、气体仪表和工业流量计、风力计以及其他旋转检测应用。2.流量测量的原理2.1基本原理一个由叶轮或螺旋齿轮构成的机械装置把流体流动转换为转动，这种转换能够实现对流体流量的测量。把一个谐振回路中的电感置于叶轮的上方可以检测到叶轮的转动，叶轮的一半敷有铜或其他有阻尼性的金属。由电感在叶轮上方的位置决定谐振回路的阻尼系数，电感位于区域a时，回路的阻尼系数高于电感位于区域b时。通过测量谐振回路的不同阻尼系数，可以实现对转动的测量。图1为测量原理示意图。2.2振荡测试法图2给出了2个传感器位于不同区域时的振荡波形，MSP430FW42x采用振荡测试法把不同的衰减幅度转换为数字信号进行测量。这种方法把图2中的传感器1的减幅系数表示为L,传感器2的减幅系数表示为H。2.3信号处理随着叶轮转动，传感器l和传感器2的信号随之不断改变。图3给出了两个传感器的状态变化，如果知道前一个状态和新的状态，则同时可以得出旋转的方向。增计数：由状态d变化到状态a;减计数：由状态b变化到状态a。3.采用MSP430FW427设计的无磁水表采用MSP430FW427设计水表具有非常简单的电路结构，流量测量部分由MSP430FW427内置SCANIF模块完成。图4为采用MSP430FW427设计的无磁水表系统原理框图。4.SCANIF模块设计SCANIF模块能够在低功耗下自动检测线性或旋转的运动。SCANIF模块如图5所示，由3部分组成：模拟前端（AFE）、信号处理状态机（PSM）和定时状态机（TSM）。其中模拟前端激励传感器，检测信号并把信号转换为数字形式；这些数字信号进入信号处理状态机，信号处理状态机根据这些信号分析并计数旋转运动；定时状态机控制模拟前端和信号处理状态机。在软件开发过程中有关SCANIF模块的设置如下：（1）SCANIF的基本设置设置SCANIF的控制寄存器SIFCTLl、SIFCTL2、SIFCTL3、SIFCTL4和SIFCTL5;定义P6.x/SIFCH.x引脚为SCANIF模块功能；打开“VCC/2”发生器；时钟源选择；信号状态处理机。（2）规划时间状态机SCANIF的时间状态机用来确定测量序列，每一步所需的时问可以精确地调整。通常的测量序列为：确定空闲状态；激励LC传感器；延时一定的时间，此时测量可以进行；打开DAC和比较器；测量；停止。（3）定义DAC的磁滞门限DAC为每个传感器的阻尼和非阻尼振荡器提供磁滞门限，通过观察每个传感器的振荡曲线和DAC的电压，调整DAC的磁滞门限。（4）信号处理状态机信号处理状态机足一个可设计的状态机，它通过存储在MSP430存储器中的状态表得出转速和方向，向量SIFTPSMV初始指向PSM的状态表。5.SCANIF模块初始化程序示例6.结语本文介绍了采用LC振荡测试法实现流量测量的工作原理，并根据此原理成功设计了基于MSP430FW427的无磁水表。由于SCANIF模块的设置非常灵活，设计人员完全可以根据自己的实际情况，对其进行合理的设置。MSP430FW427单片机所具有的其他集成外设以及超低功耗运行能力也使我们能够开发出功能先进的仪表。

在欧美、日韩和港台地区，行车记录仪早已成为行车交通管理必备装备。欧洲的司机开车2小时候必须休息15分钟，开车3小时候必须休息30分钟。每天最长工作时间不能超12小时。如果超过这个范围，被警察抽查到，警察一看记录仪知道，就得挨罚款我们中国，对于司机的管理还是原始状态，以后肯定都会装这种行车记录仪，抽查+信誉=安全保障。由于行车记录仪具有“监督”及“见证”的功能，就像给汽车装了第三只眼睛，大大提高了驾驶者的安全责任感，从而大幅度降低了事故率，并有效控制了碰瓷讹诈的发生。所以质量稳定的行车记录仪很有必要。上海雷卯为行车记录仪保驾护航。在此提供常用的USB2.0,USB3.0,HDMI高清接口保护方案供参考。来源：维库电子市场网

ZigBee是一种新兴的无线通信技术，它具有短距离、低功耗、低成本和低数据速率等特点。而智能家居的特点就是网络传输数据量小，对带宽要求低，但是需要的网络实时性好，延迟要短，要求接入方便，系统续航能力久、可扩展性强并且后期维护简单。这无疑使ZigBee技术成为了首选，因为ZigBee技术的主要应用领域就是工业控制、电子设备和楼宇自动化等，它的特点决定了ZigBee技术能很好地满足智能家居系统的需求。1.系统总体方案智能家居系统网络大致可分为外部网（因特网）、内部网（ZigBee自组网）和家庭网关。其中，家庭网关是核心部分，本系统以移植在tiny6410开发板上的Boa服务器作为家庭网关，它负责家庭内部网络和外部网络的连接和协议转换。下面介绍内部网，这里的内部网就是ZigBee自组网，根据家庭布局采用树状或者星形网络拓扑。ZigBee自组网包括各个终端节点，这些节点配合继电器控制家庭中各种电器开关、温湿度传感器等家庭中需要被监控的设备对象，从而达到远程监控功能。从通信的角度讲，每个节点即为一个终端，它们相互间通过ZigBee协议进行无线通信。这里暂不考虑内部网络不同的协议转换问题。智能家居系统的总体结构框图如图1所示。图1智能家居总体结构图2智能家庭网关设计本文设计的家庭网关要处理来自Internet的数据，要求实现家庭网关的硬件必须提供强大的网络支持，同时需要支持TCP/IP协议，因此需要操作系统来支持多任务。家庭网关是一个由硬件和软件共同组成的功能实体，将Boa服务器移植到ARM开发板作为网关使用。Boa是一个单任务的小型HTTP服务器，源代码开放、性能优越，特别适合应用在嵌入式系统中，家庭网关结构图如图2所示。图2家庭网关结构图Boa服务器的建立较为简单，主要步骤包括：在开发主机上对其进行解压然后交叉编译，接着配置服务器，主要是修改boa.conf文件，配置完成后就可以进行移植了，移植成功后安装完毕就可以运行Boa服务器软件了。在构建好的嵌入式平台上运行Boa服务器以及串口读写应用程序，结合静态网页和动态CGI程序可以让命令从网页下达到嵌入式服务器。通过CGI技术可以实现Web服务器和串口读写应用程序的调用，从而达到数据（也就是命令）从网页到服务器再通过串口写入ZigBee家庭内部网络的这样一条正向的流程。当命令发送至ZigBee家庭内部网络后，紧接着读写应用程序读取ZigBee的反馈数据（主要是LED状态以及传感器读数），读取后存入ARM板子里的SQlite数据库以供稍后的CGI程序调用并显示在网页上。3ZigBee家庭内部网设计从发展趋势来看，无线自组网是智能家居网络未来的发展方向。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。其是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案，相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee将是最低功耗和成本的技术之一。介于智能家居的规模，即网络中传输的数据量不大、节点较多等考量，实现家庭内部网络拓扑选择星形结构。ZigBee节点的硬件设计较为简单，本节点采用TI公司的CC2430芯片，在单个芯片上整合ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器。它使用一个MCU（加强型8051），具有128KB可编程闪存和8KB的RAM,还包含ADC、定时器、AES128协同处理器。数据采集单元选用一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器DHT11。家庭内部网络系统的软件系统是以IARSystem公司的IAREmbeddedWorkbench为开发环境、以TI公司的ZStack协议栈为开发基础设计的。ZigBee协议栈2006基于IEEE802.15.4标准制定，该协议的突出优点是：组网能力强、适应面广、可靠性高、节能性好。ZStack协议栈由实现ZigBee协议不同功能的程序文件和库函数组成。4ZigBee协议ZigBee协议是家庭内部网的基础也可以说是核心，它的底层是IEEE802.15.4,包括物理层和MAC层。ZigBee工作在868MHz、915MHz和2.4GHz3个频段，而真正需要关心是网络层和应用层。网络层的主要功能就是路由，路由算法是它的核心，优秀的算法能节省ZigBee的能源消耗，缩短延迟。网络层上面是应用层，它主要规定了一些与应用相关的功能，也就是开发人员直接打交道的对象。本系统采用的协议栈工作流程如图3所示。图3ZigBee家庭内部网结构图在智能家居ZigBee内部自组网络中，协调器作用最为关键，它上接智能家居系统“大脑”也就是家庭网关，下接ZigBee自组网其他路由和终端设备，同时起到一个无线接口的功能。如图3所示，协调器接收应用程序从串口发来的命令并对其解析，解析命令获取要控制的终端地址和控制命令，然后向指定的终端节点发送解析后的新的控制命令，寻址方式是点对点方式，通过协调器分配的网络地址来发送，ZigBee自组网中的命令结构如图4所示。终端收到命令后作出相应动作并反馈自己的状态给协调器，协调器收到反馈数据后会自动通过串口发回给家庭网关，也就是嵌入式服务器，并由应用程序来读取。以上就是ZigBee家庭内部网工作流程。图4命令结构本文实现了智能家居监控系统的远程控制功能，整个系统架构简单，即建立嵌入式家庭网关和ZigBee家庭内部网络，其功能齐全，并且可根据实际情况和个人需求增减传感器以节约成本，可为任何家庭提供量身订制的智能家居监控服务。本系统可以根据家庭环境的改变随时添加设备节点，安装方便，实现了智能家居的人性化控制。此项技术将Web技术与嵌入式技术结合并扩展，在此项目设计上稍加改动即可添加更多功能的传感器，此项技术也可以广泛地运用在工业、农业和商业各个领域。来源：维库电子市场网

1增强型队列式模数转换器eQADC模块1.1eQADC模块的结构MPC5634的eQADC模块有两个可独立工作的ADC转换单元（ADC0和ADC1），40路模拟通道（可扩展），0~5V的转换范围，转换精度有8位、10位、12位三种精度可选，具有软件和硬件两种触发方式，采样方式有单次方式和连续方式等，ADC的工作时钟可达15MHz.速率和精度可以满足汽车控制器的要求。图1为eQADC模块的结构框图，显示了eQADC模块的主要组成部分。图1eQADC模块的结构框图1.2命令缓存CFIFO的工作机制eQADC模块有6个命令缓存CFIFO,每个CFIFO有4个深度，CFIFO有单次扫描和连续扫描的操作模式，配置为不同的扫描模式时，CFIFO就有不同的触发机制。当配置为单次扫描模式时，每次会使存储于队列中的eQADC转换命令序列执行一次。当设置为连续扫描模式时，只要队列启动后，就可以持续的运行。数据的流程如图2所示。图2数据流程1.3eQADC的命令格式eQADC有配置命令和转换命令两种命令格式。配置命令用于对eQADC模块进行初始化设置，像使能ADC模块单元，设置时钟分频因子，转换速率因子，使能DMA请求等；转换命令主要用于设置采集哪个通道，用哪个ADC模块单元转换，转换的结果放在6个结果缓存的哪一个里面，是否对采集的结果进行校正等。2增强型存储器直接访问（DMA）模块DMA控制器是总线上的一个主机，能够在片内资源（Flash、RAM和I/O外设等）以及片外资源之间传输数据。DMA有32个通道，在某个时刻只能有一个通道成为总线上的主机并进行数据传输。为了解决他们之间的冲突，DMA有两种可编程的优先级机制：固定优先级机制和轮询优先级机制。一旦一个通道成为主机，该通道将通过先读再写的操作方式，把数据从一个存储器地址传输到另一个存储器地址。每个DMA通道都有一个独立的传输控制描述符（TDCn）。3多路eQADC采样程序设计在这次的设计中，数据的传输是通过DMA进行的。多路eQADC采样程序设计主要包括命令队列、结果队列的定义，eQADC的初始化，DMA初始化，触发CFIFO等。程序的设计流程如图3。图3程序流程3.1定义数组本文中cQUEUE0[40]被定义为转换命令的存储数组，rQUEUE0[40]被定义为转换结果的存储数组。把所有通道的转换命令分别放在数组cQUEUE0[40]中，最后采集的结果分别放在数组rQUEUE0[40]中，这个可以随时读取rQUEUE0[40]中的数据被汽车控制器所用。3.2初始化DMATCD0对应于CFIFO0,TCD1对应于RFIFO0.由于本设计只要一个命令缓存CFIFO0和一个结果缓存RFIFO0就可以满足设计要求，故只用到一个CFIFO0,一个RFIFO0,以及与他们对应的TCD0和TCD1.设置TCD0:源地址为&cQUEUE0,目的地址为0xFFF80010,源地址偏移为4,传输的大小为32位，次要字节传输数NBYTES为2;主迭代数为40;设置TCD1:源地址为&rQUEUE0,目的地址为0xFFF80032,源地址偏移为4,传输的大小为16位，次要字节传输数NBYTES为2;主迭代数为40.3.3初始化eQADC初始化转换命令的存储数组cQUEUE0[40],本设计是采用ADC0模块单元，12位精度，采用校正，一次采集40个通道的模拟量。配置eQADC的寄存器，时钟分频因子为2,使能DMA0,DMA1请求等。3.4校正寄存器的设置本项目的芯片功能很强大，以前的校正都需要外面加硬件来校正采样结果，MPC5634自带的有校正功能，本项目采用的校正是这样的：ADC的初步转换结果将通过MAC单元来完成校正。MAC单元执行下列算法来进行校正：Idealresult=GCCXADCresult+OCC+2（1）GCC为增益校正的常数，它是在寄存器ADCn_GCCR中定义的；OCC为偏移量校正常数，它在寄存器ADCn_OCCR中定义的。GCCR与OCCR的值是需要计算来确定的。通过以下公式进行求解：Idealresult1=GCCXADCresult1+OCC+2（2）Idealresult1=GCCXADCresult1+OCC+2（3）为了求出GCCR与OCCR的值，我们只需要两个通道的理想结果和实际的结果就行了，通道44和通道43的电压值分别对应0.25Vdd和0.5Vdd.而他们的实际结果可以采集到。因此，可以求出GCCR和OCCR的值。3.5使能DMA请求设置使能DMA0和DMA1请求。3.6触发CFIFO0设置CFIFO0为连续转换模式，这样就可以连续、持续地采集信号，并及时把采集的结果放到结果存储数组中，如此就可以保证汽车控制器在结果存储数组中所读取的数据为最新的采集结果，可以使控制器根据最新的数据来控制各个执行器。4主程序和执行结果voidmain（void）{uint32_tcQUEUE0[40];//定义命令存储数组uint16_trQUEUE0[40];//结果存储数组dma_init_fnc（）；//DMA初始化eqadc_init_fnc（）；//eQADC初始化set_calconstants（）；//校正寄存器的设置dma_able（）；//使能DMA0,DMA1cfifo0_trig（）；//使能DMA0,DMA1while（1）{}}5结束语本设计完成了汽车控制器的采样模块的设计，它保证在时间上和精度上满足汽车控制器的要求。通过不断地测试，该设计达到了系统所要求的性能和功能。来源：维库电子市场网，http://www.dzsc.com

安森美半导体提供DC-DC低功率LED照明应用的多款LED驱动器，涵盖升压、降压以及升降压等不同拓扑结构，如图1所示。在这系列产品中，NCL30160和NCL30161是安森美半导体较新的两款DC-DCLED驱动器。NCL30161LED驱动器适合于宽电压应用，它可通过平均电流控制使LED纹波电流控制在平均电流的10%,输出不需要滤波电容，而且支持PWM或模拟调光；还有一款转换器NCL30160集成了MOSFET,同样可最大限度地减少空间和成本。本文将重点介绍这两款产品的关键特性及应用设计要点。图1:安森美半导体DC-DCLED驱动器选型决策链NCL30161的优势和典型应用NCL30161是一款平均电流滞环控制模式高亮度LED降压控制器。由于LED纹波电流得到了有效的控制，输出不需要滤波电容；高达1.4MHz频率下的工作，外围可以使用小尺寸的被动元件；通过外接电阻或线性降压给芯片提供电压，可以支持高压输入；支持脉宽调制（PWM）或模拟调光。模拟调光简单地调节LED串的DC电流，以改变LED的光输出；而PWM调光则是改变LED串中恒定电流的占空比，以有效改变LED串中的平均电流，以此实现调光。NCL30161具有很多特色功能，如Vin输入电压范围6.3V至40V,可外部扩展至更高的输入电压；LED电流可通过外部电阻设定，可以在100%占空比工作；控制器不需要进行环路补偿，滞环控制可实现好的电源注入抑制和快速的负载瞬态响应；当有多串LED（如RGB）时，地端电流检测可以采用多串LED如RGB共阳连接，减少LED串的连线数量；单一管脚实现PWM调光和使能控制，调光范围宽；支持输出全陶瓷电容或无输出电容设计，使用很小的外部元件，节省空间和成本；完善的保护功能包括可调节的LED电流、LED短路保护和输入欠压保护，以及过热保护功能。由于采用极少的外部元件，NCL30161是汽车、工业和通用照明的理想解决方案，市场和应用包括LED驱动器、恒流源、汽车照明、通用照明和工业照明。图2:NCL30161典型应用降压LED驱动器图2是NCL30161的典型应用降压LED驱动器的框图。可以看到，LED直接连接到输入电压，电流通过连接到地端的RSENSE设置；PWM调光和使能控制通过芯片的DIM/Enable脚实现；ROT用来设置初始关断时间。这是一个平均电流滞环控制倒置Buck拓扑结构，外置MOSFET可以实现大电流LED驱动，连续电流模式不需要输出电容；工作频率高达1.4MHz,可以通过外部电感进行调整。图3是NCL30161内部框图，它由7个部分组成：内部LDO部分把输入的高电压变为5V稳压，为内部逻辑供电，包括外部MOSFET的驱动；PWM调光和使能控制部分；MOSFET驱动部分；内部比较器峰值电流检测部分，比较电压为220mV;谷值电流检测，内部设定在180mV;LED短路检测；关断时间调整。图3:NCL30161内部框图NCL30161的控制逻辑如下，通过检测LED的峰值和谷值电流，可以实现LED电流的滞环控制，LED的纹波电流控制在平均电流的±10%以内，由于同时控制LED的峰值电流和谷值电流，LED的平均电流恒定，不随输入电压和串联LED数量的变化而变化。MOSFET开通时，LED电流增加到达峰值电流220mV时，MOSFET关断；MOSFET关断时，LED电流下降，内部关断时间定时器决定关断时间，达到定时时间，MOSFET开通时检测谷值电流并根据检测到的谷值电流调整下一次关断时间，稳态时谷值电流被控制在180mV。在图4中右侧可以看到NCL30161的典型电流波形，红色为MOSFET开通时的电流路径；绿色为MOSFET关断时的电流路径；右侧最下面是LED电流波形，可以看到它是连续的，且纹波电流在±10%以内。图4:电流波形由于MOSFET关断时没有电流，地端的电流检测电阻无法检测到电流，因此需要关断时间设定电阻ROT来设置初始的关断时间，关断时间设定电阻只在启动的时候起作用，启动结束后由内部时间关断定时器来控制关断时间。选择电阻值ROT时，首先利用等式（1）计算关断时间；然后利用（2）计算电阻值：图5是NCL30161典型应用的能效曲线。其外部MOSFET是安森美半导体的60VNTTFS5826.左图是300mA输出时不同LED数的效率曲线；右图是1A输出时不同LED数的效率曲线，可以看到整个效率是比较高的。图5:NCL30161典型应用能效PWM调光功能可以通过DIM/EN脚实现；图6中左图是PWM调光占空比和输出平均电流的曲线，可以看到PWM占空比和输出电流的线性度很好。右图是PWM调光信号高/低时LED电流的变化，可以看到电流的波动范围很小。NCL30161也可以通过在CS脚的R7加入一个直流偏置电压信号来实现模拟调光。这样，施加的模拟电压不同，LED电流就会变化，从而实现模拟调光，如图7。图6:PWM调光图7:模拟调光由于NCL30161是在输入端连接LED串（电流检测在地端）），在连接多串LED时，LED串的阳极可以共用一条母线，LED串连线数为n+1;而上端检测LED电流的方式需要2n的连线数量，如图8。图8:多串LED的连接如果应用的输入电压范围超过芯片的40V耐压，在要扩展输入电压范围时，可以在Vin端串联电阻或增加线性调节器，图9中使用了一个三极管、一个稳压管和一个电阻，将芯片Vin的电压限定在40V以下为芯片Vin供电；功率输入部分的电压可以高于40V,如75V,如图9.这时，可以选用高耐压的MOSFET来满足高压输入的要求。图9:扩展输入电压NCL30161除了可以实现降压控制之外，还可以实现升压控制，图10是其典型电路。当没有R7时，NCL30161可以在恒流输入状态工作，加入前馈电路R7后可实现恒功率输入升压控制。图10:恒功率输入升压控制NCL30160的不同之处除NCL30161以外，安森美半导体还为驱动大功率LED新推出一款NFET迟滞降压、恒流高亮度LED驱动器NCL30160.这个新一代高能效的解决方案集成了MOSFET,电流提升到了1.5安培，损耗非常低，体积也更小，可最大限度地减少空间和成本，并集成了多种保护功能。这款器件接受6.3V至40V输入电压，利用集成的1A/50mΩ低导通阻抗内部MOSFET及以100%占空比工作的能力，能够提供能效高达98%的方案。由于集成MOSFET耐压仅为40V,因此NCL30160只适合于40V以下输入、1.2A以下的应用。与NCL30161相同，其最高1.4MHz的高开关频率使设计人员可采用更小的外部元件，将电路板尺寸减至最小，成本降至最低。图11是NCL30160的内部框图。图11:NCL30160内部框图NCL30160为区域照明及路灯等讲究高能效、高亮度的中大功率LED通用照明应用提供了极佳的方案，同时适用于MR16LED灯泡等住宅应用。图12是NCL30160连接不同LED数和不同电流时的能效曲线。可以看到，其能效是非常高的。图12:NCL30160典型应用能效安森美半导体还为上述器件提供辅助设计工具和支持，包括Excel表格工具、评估板和24VLED灯条应用注释。在Excel表格设计工具中，工程师只需要填入输入电压、输出LED的数量、LED的压降和LED的数量，即可自动计算出所需的结果，非常快捷方便。来源：维库电子市场网

一、电磁炉的基本工作原理一般厨具是通过本身发热，热量再传导到锅具，电磁炉不是由本身产生热量对食物进行加热，电磁炉将交流电转换成直流电压，再通过励磁线圈加到IGBT上，IGBT受驱动控制导通和截止，励磁线圈有频率为20—50KHz的电流流过，励磁线圈产生高频磁场，若有铁锅置于炉面上，则锅底产生涡流，涡流克服锅内阻而转换成热能。由于电磁炉是采用这种磁场感应电流的加热原理，它的关键元器件是大功率IGBT高速交替开关，IGBT的保护是电磁炉的重点和难点，针对电磁炉工作过程中，遇任任何情况都要快速保护的特点，赛元推出了电磁加热专用微控制器SC91F738，内置16MHzRC可提供MCU16MHz工作频率，8KFlashROM，256RAM，4路比较器，1路运算放大器，3+1通道ADC，蜂鸣器Buzzer，IGBT控制PPG，把过流保护，过流保护，反压调节，同步等等功能模块都集成到MCU内部。二、电磁炉系统方案原理框图基于赛元SC91F738电磁加热专用MCU和赛元SC91F832触摸按键MCU的电磁炉系统原理框图三、电磁炉方案主要功能1、无锅检测自动侦测炉台有无锅，只在有锅时，才能开启功率器件IGBT。2、功率控制赛元SC91F738的PPG输出不同的PWM信号，所形成的负荷电流的大小是不同的。根据所设的档位的功率大小，由SC91F738测试到的市电电压值、电流值，PPG输出合适的PPG占空比，以达到功率的自动控制。使功率不受市的影响。3、温度控制在微晶板的锅底下方设置了温度传感器，可实现对温度的自动控制，用户可选适合的温度档。4、定时预约开机，定时关机5、报警市电过压、欠压，IGBT温度过高，锅底温度过高、电流过大、传感器故障等等都要报警。四、电磁炉功能模块说明1、主回路，功率控制PPG如框图，IGBT受脉冲驱动，当IGBT导通时，励磁线圈电流迅速增加，当IGBT截止时，L、C回路发生谐振，IGBT集电极产生脉冲高压，当高压降至近0时，驱动使IGBT再次导通，驱动脉宽决定了电磁炉负载的大小，通常IGBT由振荡电路、脉宽控制电路等外围电路完成。赛元SC91F738把这些外围电路集成到内MCU部，叫PPG（可编程脉冲产生器）。SC91F738内部有16MHz高速RC时钟源，11Bits可调脉宽，在0.0625μs~128μs范围，步进单位为0.0625μs,2K级可调，使脉宽调节更别细腻平滑。SC91F738的PPG，除反压保护的自减功能外，它集成了活灵的自动追踪目标值的功能。SC91F738的PPG采用反向占空比的开漏输出，把IGBT驱动电路一减再减。2、同步检测同步电路监视主回路的工作状况，当IGBT电压下降接近0V时，输出一个触发脉冲，使IGBT导通。这样可避免励磁线圈中的电流瞬间变化太大，保护了功率器件IGBT。赛元SC91F738集成了同步检测功能，并自动触发PPG输出，使外部电路大大简省，同时，SC91F738PPG的延时功能，直接通过软件设置不同的延时输出时间，达到移相的效果，与用外部硬件移相比较，软件设置更加灵活。3、反压自动调节当IGBT关断时，励磁线圈产生反压，为了保护IGBT，都要严密监视IGBT集电极电压，一旦电压过高，一般通过外围电路立即关断驱动脉冲，再通过软件重新开启，普通做法由于重启较慢，正弦的包洛就会被削掉部分，降低电源利用率。赛元SC91F738内部集成反压自动调节模块，不但反压过大时，会自动按你程式预设减小脉冲宽度，还会根据反压过压次数，自动灵活调节，该模块更特别的是它会自动跟踪目标值功能，MCU硬件帮你做到动态平衡在最高效率，让包洛更加接近正弦波，相同的外部元器件，能做到更高的电磁炉功率。4、过压保护当电源本身或干扰而电压过高时。如电机、电风扇、日光灯等开关时，电源都会被干扰而产生电压浪涌，为了保护功率管IGBT不被烧坏，微控制器都要立即进入保护状态。赛元SC91F738内部集成了一个过压保护比较器。5、过流保护一般电磁炉只做电压浪涌保护功能，但赛元SC91F738特别增加了一个电流浪涌保护比较器，具有电压浪涌、电流浪涌双重保护，使产品更加安全可靠。6、电压电流温度测试赛元SC91F738有3+1通道ADC，提供炉面温测试、IGBT温度测试、电压测试，另一通道ADC连接到内部放大器，提供电流放大测试。7、与面板的通讯接口赛元SC91F738提供类IIC的高速通讯接口，使之与面板连接排线减到最少，只有两根通讯线，既可以与慢速的IO通讯，还能与具有IIC接口的MCU高速通讯，如赛元SC91F832触摸按键MCU。五、赛元SC91F832电磁炉面板方案电磁炉面板方案触摸Key与LED共用IO在本解决方案中采用28pin的SC91F832做按键显示板的主控芯片，16个触摸按键，24个LED+4位数码管显示、与主板IIC通讯，同时类IIC接口也是工程师调试接口。相对触摸按键IC加显示IC方案，赛元SC91F832的优点是触摸按键IO与LEDSEG可以共用，使整个显示面板简单到只有电阻，以单IC完成多按键多LED及应用功能控制。SC91F832,工作电压2.5~5.5V，内部高速RC振荡电路可提供MCU16MHz工作频率，提供外设时钟，共有25个I/O可用，16个电荷转移实现的触摸按键。512B的RAM和8KB的FLASH，还有10万次擦写次数的256BEEPROM数据存储器，可单Byte读写。六、触摸按键的工作原理框图触摸按键原理1、稳压电源（或VDD）通过CTIME的频率设置的频率向外部的分布电容Cxn和基准电容Cadj充电。2、Cadj电压会逐步上升至充电电路的设置值后，经过滤波电路后给出信号。3、TKCNT会记录从充电开始到看到信号的时间。4、如果有手触摸到按键时，Cxn的值会增加，则Cadj电压上升的时间会减小，也就是TKCN的值会减小。5、用户便可以通过TKCNT的扫描值来确认是否有触摸按键被按下。七、触摸按键干扰解决方案——赛元触摸按键库相较于机械式按键和电阻式触摸按键，电容式触摸按键不仅耐用，造价低廉，机构简单易于安装，防水防污，而且还能提供如滚轮、滑动条的功能。但是电容式触摸按键也存在很多的问题，因为没有机械构造，所有的检测都是电量的微小变化，所以对各种干扰敏感得多。赛元提供了完善的解决方案库，无需用户软件处理触摸按键，只要简单调用赛元库文件，就能轻易读取按键状态，其复杂的判键过程，完全由赛元库文件处理：1、电磁干扰电磁炉工作时，产生电磁场，从而干扰触摸按键的变化值，赛元受益于对电磁炉功率控制的熟悉，触摸按键库作了相应的软件算法处理，使触摸按键更加可靠。2、溅水、溅油的影响在电磁炉的使用当中，常常会出现水或油溅到触摸面板上，它可能导致按键误触发，赛元触摸按键库文件采用特殊软件算法可靠地将覆水溅油与手指按下的状态区分开。3、环境自适应能力电磁炉在工作的时候，会产生大量的热量与湿气，面板温度、湿度，电路板温度、湿度都是会在一个很宽的范围浮动，而随着使用时间的推移，包括微晶面板、PCB板都会出现不同程序的老化，从而影响按键检测的准确度。赛元触摸按键库文件，实现了自动校准功能，实时地提供环境检测，实现环境自适应的机制。来源：维库电子市场网

1.系统概述1.1系统总体结构该系统利用AT89S51丰富的外设模块搭建硬件平台。系统的硬件电路包括：模拟部分和数字部分，基本电路由核心处理模块、温度采集模块、键盘显示模块及控制执行模块等组成。1.2系统工作流程系统开始工作时，首先由单片机控制软件发出温度读取指令，通过数字温度传感器采集被控对象的当前温度值并送显示屏实时显示。然后，将该温度测量值与设定值T比较，其差值送PID控制器。PID控制器处理后输出一定数值的控制量，经D/A转换为模拟电压量，控制被控对象进行加热。1.3系统软件设计方法整个系统软件设计包括管理程序和控制程序两部分，管理程序包括LED显示的动态刷新、控制指示灯、处理键盘的扫描和响应。控制程序包括A/D转换、中值滤波、越限报警处理、PID计算等。2.系统硬件结构2.1电源电路的设计系统所用直流电源由三端集成稳压器组成的串联型直流稳压电源提供。设计中选用了LM7805LM7815和LM7915三个三端集成稳压器，提供+5V直流电压，输出电流均为1A.变压器将220V的市电降压后再通过整流桥整流之后采用了大容量的电解电容进行滤波，以减小输出电压纹波。电源电路图如图1所示。图1电源电路图2.2复位电路设计单片机复位电路设计的好坏，直接影响到整个系统工作的可靠性。只有一个可靠的复位电路才能使系统避免出现了“死机”、“程序走飞”等现象。电路图如图2所示。图2复位电路图2.3时钟电路设计本控制器采用的是内部振荡方式得到单片机的时钟信号，这种方式得到的时钟信号比较稳定。图3为时钟电路。图3时钟电路图2.4可控硅输出电路可控硅是一种功率半导体器件，简称SCR,也称晶闸管。本部分为控制电加热炉功率的双向可控硅驱动电路，采用MOC3041作为驱动电路。如图4所示。图4可控硅输出电路2.5声光报警电路模块某一通道的温度测量值超出预先设定的上、下限报警值或系统运行出现故障时，系统发出声光报警以提醒用户注意。如图5所示。图5声光报警电路图3.系统软件设计3.1系统主程序设计在反应器系统中，主程序的功能主要是设定程序执行过程中用到的相关变量，分配寄存器，对所需要的参数初始化，根据定时中断程序，调用相应的功能模块，完成一定的任务。3.2系统子程序设计3.2.1显示子程序LED显示方式包括有静态和动态显示两种，动态扫描显示电路是将显示各位的所有相同字段线连在一起，由一个8位I/O口控制，而每一位的公共端（共阳或共阴COM）由另一个I/O口控制。由于这种连接方式将每位相同字段的字段线连在一起，当输出字段码时，每一位将显示相同的内容。因此，要想显示不同的内容，必须采取轮流显示的方式。3.2.2定时子程序定时程序主要是用于完成查表的占空比控制。总体思想是根据控制表中占空比控制变量U的不同取值，采用不同的定时来改变继电器的通断，根据继电器的特性，要求不能频繁通断，所以通断要有一定长的时间，但又要考虑到控制能够及时的根据新的采集值和设定值的变化来做出相应的动作。4.控制方案4.1PID控制PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。4.2PID参数整定由于PID控制器的输出为系统偏差的比例、微分和积分作用后的线性组合，所以调整各个部分的线性系数就是PID控制器控制性能好坏的关键。必须针对具体被控对象对PID控制器参数进行整定，采取扩充临界比例度法：（a）选择合适的采样周期T.所谓合适是指周期足够小，一般应选它对象的纯滞后时间的1/IO以下；（b）仅让控制器作纯比例控制，由小到大逐渐增大比例系数Kp,直至使系统出现临界振荡，记下此时的临界振荡周期Ts和临界振荡增益Ks;（c）选择合适的控制度。所谓控制度，就是数字控制器和模拟调节器所对应的过渡过程的误差平方的积分之比；（d）根据控制度查表。4.3Matlab仿真通过对上述的整定方法的综合运用，整定后得到PID控制器的参数为：Kp=1.75,Ki=0.0125,Kd=3,在MATLAB/Simulink环境下建立温度控制系统的仿真模型，如图6示。仿真后得到系统阶跃响应曲线。图6仿真模型仿真后得到的系统阶跃响应的动态性能还是比较理想的，超调很小（响应峰值为1.017,超调量Q%=1.7%）。统的响应误差是也是比较小的（稳态误差为0.005），在系统要求的精度范围之内。5.总结系统采用模块化设计，扩展性强。模块化设计，使控制器具有一定的通用性，而且运行安全可靠。成本低，操作简单，体积小，安装方便，反应灵敏，控制精度高。来源：维库电子市场网

约翰逊计数器系统，可同步提供多种特殊类型的数据序列，这对于大多数重要应用（如D/A转换器、FSM和时钟分频器）来说至关重要。为支持不同频率（从MHz到GHz）的模块，越来越多的IP集成到片上系统，因此，设计中在不同层级实施了许多可支持多个分频因子的时钟分频器。本文中，我们介绍了一款节能设计，即用带有门控时钟的多级可编程约翰逊计数器系统来取代多个时钟分频器，该计数器可提供8至任何偶数值（在本文中为38）的时钟分频因子。下面，我们将探讨实施细节和该技术的优劣。典型时序电路图1给出的是一款传统4位上升沿约翰逊计数器。约翰逊计数器只不过是修改过的移位寄存器，其最后一个D触发器的反相输出作为第一个D触发器的输入。所有其他触发器将接收上一个触发器所提供的输出。如表1所示，在所有的纵列中，4个连续的“0”后面都跟随着4个连续的“1”,但所有纵列都位于不同的阶段。约翰逊计数器可同步创建一个特定的数据模式。该数据模式在建模时非常有用，因为它可以使用任何抽头就可以产生一个有不同阶段的时钟样式的模式。此外，从表中可以推导出，约翰逊计数器只使用了N个触发器提供2N个状态，因此，与标准环形计数器相比，约翰逊计数器仅需要一半数量的触发器便可实现同样的MOD。典型时序电路的缺陷如图1所示，这种电路最大的缺点是不可配置，因此，不能改变时钟分频因子。一个N触发器设计只能产生2N个周期的时钟。需要预先将固定数量的触发器加入到设计中，才能产生固定周期的时钟。这大大阻碍了特定时钟的设计，而且多个这样的设计，需要多种分频因子来进行分频。另外，该设计非常耗能，并且也没有机制可通过高效门控时钟来节省动态功耗。如表1所示，Q3只能在时钟脉冲2和时钟脉冲6中改变其输出，对于所有其他时钟而言，触发器一次又一次地存储了相同的数据。这导致在时钟周期内产生了不必要的功耗，而采用适合的门控时钟可解决该问题。通过调整结构和门控时钟来增强电路任何时序电路都可通过调整结构和有效的门控时钟加以增强。图1中所示的约翰逊计数器在图2种得到了增强，可以灵活地支持多种分频因子，产生可变化的输出频率。为了使其可编程，触发器的多个延迟阶段都加入了所需的组合逻辑，以根据所需分频因子进行选择。图2显示的就是一款低功耗可编程约翰逊计数器。该电路包括级联延迟阶段B1、B2、B3、B4、逆变器I、参考时钟输入CLK、门控时钟逻辑CGL,以及控制逻辑（分频器和减法器），可根据要求选择触发器组合。在图2所示的修改后的约翰逊计数器电路中，我们采用了19个D触发器，这些触发器提供8至38以内的偶数值的分频因子。可通过添加额外的触发器和多路复用器，使所需分频因子进一步增加至任何偶数值。多个路径可将触发器“a、j、o和r”的输出连接至相应的多路复用器输入，例如，分流路径将触发器“a”的输出连接至第一个多路复用器的第一个输入，延迟路径则将触发器“a”的输出[经过一组触发器（b、c、d、e、f、g、h、i）]连接至第一个多路复用器的第二个输入。这种实施方案允许选择多路复用器输出，使电路具备所需的可配置性，可以支持多个分频因子。如图3所示，为了节省功耗，控制电路输出馈入CGL中，以根据所需分频因子启用或禁用“延迟路径触发器”的时钟。当分频因子为2N时，需要N个触发器提供所需的时钟频率。为了促进多路复用器输入的选择，并为时钟门控逻辑启用所选的输入，我们添加了一个主要由减法器构成的控制逻辑。该减法器可根据用户所提供的分频因子，将N-4作为输出提供，并且减法器（sel[3:0]）的二进制输出位数每个都可作为4个多路复用器（1st、2nd、3rd、4th）的相应选择线路，并使CGL以高效的方式对触发器的时钟进行门控。这有效地实现了设计的可编程化，并降低了计数器的动态功耗。电路运算以分频因子为10（即2N=10）的电路为例。由于传统约翰逊计数器在分频因子为2N时需要N个触发器，要使分频因子为10,电路中需要2N/2=10/2=5个触发器。分频器电路的输出是2N/2=5,这时减法器的输出则为（5-4）=1,再馈入多路复用器的选择线路，其二进制表示为0001.这个4位sel[3:0]=0001信号极为重要，因为它不仅控制着门控时钟逻辑，还在分流和延迟路径中做出选择。在这种情况下，只有Sel[0]会变为1并启用s触发器的时钟，并且同样地，sel[3]、sel[2]、sel[1]将相应禁用（b、c、d、e、f、g、h、i）、（k,l,m,n）、（p、q）触发器的时钟，见图4中突显部分。另外需要注意的是，“a,j,o和r”触发器将始终启用。这样一来，不仅启用了所需的触发器，并且该电路可在第4个多路复用器的输出上获得所需的输出时钟。因此，在这个示例中，共有5个触发器接收到时钟，其他触发器的时钟将自动被禁用。我们对上述计数器进行了模拟，其结果以RTL波形的形式呈现在图5中。根据图5可以推出：修改后的计数器采用sel[3:0]作为4'h0001,将一个100MHz的时钟进行分频，提供10MHz的输出。推荐的电路可实现各种组合，表2列出了多路复用器所选择的输入。推荐方法的优势本文所介绍的约翰逊计数器可根据分频因子（范围为8至38）进行编程，按提供给计数器组合逻辑的输入所配置的提供一系列输出频率。即使此计数器中配备了额外的硬件来实现可编程性，但是该电路的功耗通过一个逻辑提供的有效门控时钟进行控制，该逻辑与在选择阶段挑选多路复用器时所采用的逻辑相同，并启用门控时钟单元。因此，将门控时钟添加到设计内以后，任何从移位寄存器传送至计数器的时序逻辑都可以变得更加高效，并且片上系统的一系列此类电路综合起来可以节省功耗并延长设备电池寿命。总结在设计阶段，由于架构师对电路的功耗要求越来越严格，并且倍增系数越来越大，因此对多路复用级联时钟分频器的需求也随之加大，但这种分频器会使电路消耗更多的功耗，并且占用更大的芯片面积。结构调整后的设计却提供了一个更加轻松的解决方案，与传统电路相比，重组后的电路可支持不同的输出频率，同时消耗更低的功耗。该解决方案还可轻松应用至各种其他设计中，使其他设计变得更加节能。作者：BhanuKhera,设计工程师；HarshGarg,设计工程师；飞思卡尔半导体（印度）有限公司

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。来源：维库电子市场网

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。来源：维库电子市场网

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

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