發(fā)布時間：2023-03-20 16:18:24
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的電路設(shè)計論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
通過參考成熟的CAN/LIN總線設(shè)計電路，經(jīng)過基礎(chǔ)測試及單元電路測試，應(yīng)用電路設(shè)計軟件Alti-umDesigner10．0設(shè)計了電路原理圖，如圖1所示．本設(shè)計采用SiliconLaboratories公司生產(chǎn)的汽車級控制芯片C8051F500Q作為整個硬件系統(tǒng)核心控制芯片;恩智浦半導(dǎo)體(NXP)公司生產(chǎn)的TJA1040、TJA1020收發(fā)器分別作為控制局域網(wǎng)CAN物理總線與協(xié)議控制器之間的硬件接口，LIN主機從機協(xié)議控制器和LIN傳輸媒體之間的接口;采用AT24C04作為存儲擴展，并結(jié)合JTAG調(diào)試燒寫電路和12V轉(zhuǎn)5V轉(zhuǎn)壓電路共同構(gòu)成一個獨立完整的工作電路［3－4］．
2中央控制器硬件
電路中央控制電路如圖2所示，由于數(shù)字電路的頻率高、模擬電路的敏感度強的特點，針對通信信號線，高頻的信號線要盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件，因此，本設(shè)計將模擬地與數(shù)字地進行隔離．C8051F500芯片內(nèi)部提供了穩(wěn)定的24M內(nèi)部晶振，因而電路中未設(shè)置外部晶振電路．SiliconLabs公司C8051F500芯片內(nèi)部集成博世CAN控制器，采用CAN協(xié)議進行串行通信．CAN控制器包含一個CAN核、控制寄存器、消息RAM及消息處理狀態(tài)機．控制器符合博世2．0A基本CAN標(biāo)準(zhǔn)和2．0B全功能CAN標(biāo)準(zhǔn)，方便在CAN網(wǎng)絡(luò)上的通信．
3電源電路設(shè)計
采用了LM2937IMP－5．0的12V轉(zhuǎn)5V轉(zhuǎn)壓芯片;為保護轉(zhuǎn)壓電路的安全性，防止回流，采用二極管N5817;輸入及輸出兩端的電容起到穩(wěn)定兩端電壓的作用．CAN/LIN總線接口芯片電路設(shè)計CAN總線接口電路如圖4所示，其中P0口的P0．6和P0．7分別為CAN總線收發(fā)器TJA1040與主控制器C8051F500Q的發(fā)送接口和接收接口．TJA1040作為CAN物理總線和控制器之間的硬件接口，能提高對CAN總線的差動發(fā)送與差動接收能力［5］．LIN總線接口電路如圖5所示，LIN總線通信需要12V外部供電，P1口的P1．0和P1．1分別作為LIN總線收發(fā)器TJA1020與主控制器C8051F500Q的發(fā)送接口和接收接口，P1．2作為LIN的啟動引腳．TJA1020是LIN物理總線和主———從協(xié)議控制器之間的硬件接口，工作波特率在2．4kbits/s～20kbits/s之間．TXD管腳輸入的發(fā)送數(shù)據(jù)通過LIN收發(fā)器轉(zhuǎn)換成LIN總線信號，通過收發(fā)器控制轉(zhuǎn)換速率與波形，這樣能夠減少EME．通過一個內(nèi)部終端電阻LIN總線的輸出管腳被拉成高電平．通過LIN總線的輸入管腳，收發(fā)器檢測到的數(shù)據(jù)流通過RXD管腳發(fā)送至微控制器［6－7］．
4系統(tǒng)調(diào)試
古人云“活到老，學(xué)到老”。學(xué)習(xí)伴隨人的一生，一個學(xué)習(xí)者具備的基本素質(zhì)是其自主學(xué)習(xí)能力。最早引入“自主學(xué)習(xí)”的Holec將其定義為“負(fù)責(zé)自己學(xué)習(xí)的能力”[1]。通俗講，自主學(xué)習(xí)能力是由學(xué)習(xí)者自覺確定學(xué)習(xí)目標(biāo)，制訂學(xué)習(xí)計劃，選擇學(xué)習(xí)方法，調(diào)控學(xué)習(xí)過程，評價學(xué)習(xí)結(jié)果的過程或能力[2]。自主學(xué)習(xí)需要做到“四學(xué)”，即“想學(xué)”“能學(xué)”“會學(xué)”“恒學(xué)”?；谛畔⒒瘲l件的自主學(xué)習(xí)是指借助現(xiàn)代化技術(shù)及工具完成自主學(xué)習(xí)。信息化條件包括互聯(lián)網(wǎng)、電子圖書館、學(xué)習(xí)軟件(如Multisim，EWB，CAD)、音頻視頻、Flash等。信息化條件下的自主學(xué)習(xí)改變了以往的師生學(xué)習(xí)模式，學(xué)員成為學(xué)習(xí)的主體，教員主要以問題引導(dǎo)、知識顧問、技術(shù)支持、效果評價為主要任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)員充分利用和開發(fā)信息化資源，將先進的信息技術(shù)和學(xué)習(xí)過程優(yōu)化整合，開展自主性學(xué)習(xí)，提高教育的質(zhì)和量，更好地適應(yīng)新時代的要求。
2信息化條件
2.1互聯(lián)網(wǎng)
隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代生活中越來越普及?；ヂ?lián)網(wǎng)具有信息資源海量、不受時間和空間限制的特點，因此它為自主學(xué)習(xí)提供了便捷條件。利用互聯(lián)網(wǎng)強大的搜索引擎功能，搜索學(xué)習(xí)內(nèi)容、疑難問題、模擬考題等。計算機網(wǎng)絡(luò)平臺提供了一個友好的交互界面，圖文并茂，靜動結(jié)合，生動有趣。由于院校的特殊性，我院學(xué)員除了可以在特定地點及方便時間上互聯(lián)網(wǎng)外，還可以查閱軍網(wǎng)內(nèi)部豐富資源?；ヂ?lián)網(wǎng)改變了傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式，提高了學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)員發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，使學(xué)習(xí)成為一種主動、積極的過程，自主學(xué)習(xí)意識進一步加強，學(xué)員真正成為學(xué)習(xí)的主人。
2.2電子圖書館
電子圖書館以互聯(lián)網(wǎng)為平臺，主要由實地圖書館和虛擬圖書館兩部分構(gòu)成。實地圖書館是與傳統(tǒng)圖書館具有一樣的館藏圖書功能，資源歸本單位共享；虛擬圖書館是指本館沒有收藏但是從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫中可以獲得信息的圖書館，例如維普、萬方、CNKI等電子期刊，超星、國圖、阿帕比、中國軍事等數(shù)字圖書以及碩博論文、外文數(shù)據(jù)庫等等。學(xué)習(xí)者在相應(yīng)數(shù)據(jù)庫進行文獻(xiàn)搜索、下載需要的論文、書籍完成知識的自主學(xué)習(xí)與深化，多角度、多維度的學(xué)習(xí)理論，廣范圍、廣視角的了解應(yīng)用。我院電子圖書館館藏豐富，既有實地圖書館又有虛擬數(shù)據(jù)庫，為學(xué)員學(xué)習(xí)提供了資源保障。
2.3軟件工具
軟件工具是指能夠輔助學(xué)習(xí)的工具軟件，例如繪圖工具AutoCAD，ProE，3DMAX等，仿真工具simulink，EWB，Multisim，ansys等，不同領(lǐng)域選擇不同的軟件工具。以數(shù)字電子技術(shù)中常用的Multisim和EWB為例(如圖1和2所示)，它具有豐富的元器件庫和儀表庫，當(dāng)學(xué)完電路理論之后，學(xué)員大部分直觀認(rèn)識不深入，對電路是否能夠?qū)崿F(xiàn)所講述的功能持懷疑態(tài)度，仿真軟件恰好解決了這個問題。利用仿真軟件構(gòu)建虛擬的電路，通過儀表及指示裝置，直觀形象地看到電路現(xiàn)象，加深對理論的理解。同時，在實際搭建電路時，為了避免資源浪費及煩瑣的調(diào)試，可利用仿真軟件先驗證設(shè)計電路的正確性，之后再去實際搭建。目前學(xué)員具有電腦使用條件，只需安裝軟件即可使用，軟件工具的出現(xiàn)為自學(xué)提供了又一個有力的條件。
2.4自主學(xué)習(xí)平臺
自主學(xué)習(xí)平臺可以是遠(yuǎn)程教育學(xué)習(xí)平臺，也可以是根據(jù)不同科目搭建的學(xué)習(xí)平臺。其作用是學(xué)員在教員的輔導(dǎo)和幫助下，自主使用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，有針對性地選擇各種學(xué)習(xí)資源，調(diào)整學(xué)習(xí)時間，控制學(xué)習(xí)過程，以達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)。自主學(xué)習(xí)平臺具有輔、開放性、自主性、重復(fù)性、交互性的特點[3]。為方便學(xué)員數(shù)字電子技術(shù)課程學(xué)習(xí)，教研室設(shè)計了數(shù)字電子技術(shù)網(wǎng)絡(luò)課程(如圖3所示)。主要包含教案、視頻、教案、習(xí)題、作業(yè)、答疑、測驗以及參考資料等內(nèi)容。
3以組合電路設(shè)計為例，借助信息化條件培養(yǎng)學(xué)員自主學(xué)習(xí)能力
3.1組織流程
組合電路設(shè)計內(nèi)容豐富，方法多樣。課本中講述多以分立元件設(shè)計為例講述，為拓展學(xué)員思路，本課程安排時筆者并未加以限定，只布置了任務(wù)，學(xué)員自行完成。教員布置任務(wù)，學(xué)員以小組形式開展學(xué)習(xí)。各小組實行組長負(fù)責(zé)制，針對任務(wù)組織學(xué)員討論、確定方案，針對不同的方案安排組員提前查閱互聯(lián)網(wǎng)、電子圖書館、網(wǎng)絡(luò)課程等資料；課上分工協(xié)作，不同學(xué)員按照不同方案設(shè)計實現(xiàn)；學(xué)員自學(xué)仿真軟件Multisim或者EWB，并借助軟件仿真驗證設(shè)計的正確性；設(shè)計報告由專人撰寫，匯總各種方案及方法并進行描述；由于時間限制，并非所有奇思妙想都能一一設(shè)計實現(xiàn)，因此附加了拓展環(huán)節(jié)，集思廣益，學(xué)員只需描述出新思路新創(chuàng)意即可；最后為檢驗學(xué)習(xí)效果，加入答辯環(huán)節(jié)，從小組中任意抽取一名組員，回答其他學(xué)員和教員提出的問題。
3.1.1設(shè)計任務(wù)
1個主評委和3個副評委共4人鑒定某項目，當(dāng)主評委不贊同，但3個副評委全部贊同項目時，裁定項目通過鑒定；當(dāng)主評委贊同并且3個副評委中多數(shù)贊同項目時，也裁定項目通過鑒定。試設(shè)計滿足要求的邏輯電路。你還能想到哪些器件設(shè)計方法？
3.1.2小組分配
本教學(xué)班次共計43人，4～5人為一小組。組長負(fù)責(zé)分工，一般2人設(shè)計方案，1人學(xué)習(xí)仿真軟件，1人撰寫設(shè)計報告，最終集思廣益，拓展創(chuàng)新方法。
3.1.3豐富的設(shè)計方案，多樣化的仿真實現(xiàn)
借助分立元件實現(xiàn)電路設(shè)計組合電路是課本中主要講述的方法，其他方法課本中并沒有專門提及。另外，仿真軟件使用方法，如何仿真電路都需要學(xué)員自行摸索。但從效果分析，學(xué)員都能夠通過自學(xué)或者小組互助學(xué)習(xí)方式解決上述問題?，F(xiàn)列舉幾種學(xué)員的設(shè)計方案及仿真電路。
3.1.4答辯環(huán)節(jié)
為保障學(xué)習(xí)效果，筆者設(shè)計了答辯形式的督促機制。要求在設(shè)計完成后，小組內(nèi)每位成員都要掌握本組設(shè)計的電路方案，隨機抽取某位學(xué)員上臺講解，一旦答辯不順利，將會影響本組學(xué)員的整體成績。在這種指導(dǎo)思想下，每位學(xué)員都參與其中，組內(nèi)互助，使得方案形成時，每位學(xué)員也都掌握了知識。本次課程筆者提問了第一組的一位學(xué)員，答辯過程中每當(dāng)出現(xiàn)思路斷檔，整組學(xué)員的精神都跟著緊張起來，但經(jīng)過思考他順利完成此環(huán)節(jié)，并且將創(chuàng)新性的設(shè)計思路也一同與大家分享。從答辯過程可以看出，第一組學(xué)員的團結(jié)與協(xié)作，看到了傳統(tǒng)課堂上無法發(fā)現(xiàn)的閃光點。
3.1.5設(shè)計報告
第一項設(shè)計任務(wù)，第二項設(shè)計方案，第三項拓展及心得體會。前兩項旨在對整個知識的梳理，第三項作用有兩點，一是學(xué)員方面，總結(jié)收獲及不足，創(chuàng)新新思路，例如第九組寫到“電路設(shè)計注意布局，圖紙與虛擬實驗有著本質(zhì)差距”，第一組寫到“一個好的團隊不光有一個好的帶頭人，還要有一群踏實肯干認(rèn)真聽話、積極進言的成員”。二是教員方面，便于發(fā)現(xiàn)學(xué)員學(xué)習(xí)中存在的問題，調(diào)查學(xué)員對教學(xué)實施的滿意度，為后續(xù)教學(xué)提供寶貴經(jīng)驗。例如第五組寫到”開關(guān)的選擇開始由單刀開關(guān)接入不工作，后經(jīng)小組討論和教員指導(dǎo)換為單刀雙擲開關(guān)完成電路仿真”。第二組寫到“課程使我們認(rèn)識到數(shù)電并非純粹的理論學(xué)習(xí)，而是課堂發(fā)揮、試驗動手等綜合能力的培養(yǎng)”“增強了我們的發(fā)散性思維，是一種能力的提升”。
4效果分析
按照傳統(tǒng)講授組合邏輯電路設(shè)計方法，一般學(xué)員比較容易想到教員或者課本上講述的方法，思路禁錮到此無法跳出。時序電路設(shè)計與組合電路設(shè)計課程形成了鮮明的對比，時序電路設(shè)計任務(wù)是課后習(xí)題，教員只講授了一種設(shè)計方法，因此學(xué)員在設(shè)計過程中多數(shù)應(yīng)用了這種方法，很難擴展思路，開拓創(chuàng)新。而此次組合電路設(shè)計是學(xué)員沒有見過的任務(wù)，教員對其沒有過多的限制，因此設(shè)計方案多種多樣，學(xué)員自學(xué)的潛力此刻淋漓盡致地表現(xiàn)出來。在網(wǎng)絡(luò)、仿真軟件等信息化條件下，學(xué)員順利完成了本講內(nèi)容的學(xué)習(xí)。學(xué)員不僅掌握了組合邏輯電路設(shè)計的多種方法和仿真軟件的使用方法，還提升了自身的綜合能力。從期末考試成績上分析，平均分79.44，其中良好及以上24人。通過設(shè)計報告的心得體會及期末成績分析采取自主學(xué)習(xí)模式學(xué)員多數(shù)比較贊同，收獲頗豐。上述事實證明只要給予適合的條件，學(xué)員有能力并且能夠出色完成自主學(xué)習(xí)，同時鍛煉了學(xué)員的提出問題、分析問題、解決問題、語言表達(dá)等多種能力，強化了團隊協(xié)作意識，激發(fā)了創(chuàng)新思維。
5結(jié)束語
1．1聲音采集模塊
聲音采集模塊是實現(xiàn)聲音的采集與處理的第一步，其中傳感器采用駐極體傳聲器。傳聲器的主要作用是將聲音傳換成電壓量，以供后級電路的濾波和放大。經(jīng)過調(diào)理后的電壓信號再送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進行數(shù)字量化。
1．2A/D控制電路的設(shè)計
AD轉(zhuǎn)換部分是整個聲音采集系統(tǒng)的關(guān)鍵。本設(shè)計選用了一款精度采樣頻率較高(12位，1．65μs)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7864，其采用5V單電源供電。4個通道上的輸入信號可同步進行采樣，因而可保留4個輸入通道上的信號相位信息。模數(shù)轉(zhuǎn)換器控制模塊主要在FPGA的基礎(chǔ)上來實現(xiàn)，其中FPGA采用Altera公司的Cyclone系列EP1C12FQ240C8。ADC控制器采用VerilogHDL程序編程實現(xiàn)，設(shè)計過程中主要采用了狀態(tài)機。模數(shù)轉(zhuǎn)換器控制流程圖AD7864模數(shù)轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的讀取有兩種方法:轉(zhuǎn)換中讀取和轉(zhuǎn)換后讀取。本設(shè)計采用先轉(zhuǎn)換后讀取數(shù)據(jù)的方法，具體工作過程如下:當(dāng)轉(zhuǎn)換起始信號CONVST上升沿時，4個采樣保持器進入保持狀態(tài)，開始對選擇的通道采樣。同時，BUSY輸出信號被觸發(fā)為高電平，并在轉(zhuǎn)換過程中一直保持為高，當(dāng)全部通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，才變?yōu)榈碗娖?。EOC信號在AD7864，其采用5V單電源供電。4個通道上的輸入信號可同步進行采樣，因而可保留4個輸入通道上的信號相位信息。AD7864模數(shù)轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的讀取有兩種方法:轉(zhuǎn)換中讀取和轉(zhuǎn)換后讀取。本設(shè)計采用先轉(zhuǎn)換后讀取數(shù)據(jù)的方法，具體工作過程如下:當(dāng)轉(zhuǎn)換起始信號CONVST上升沿時，4個采樣保持器進入保持狀態(tài)，開始對選擇的通道采樣。同時，BUSY輸出信號被觸發(fā)為高電平，并在轉(zhuǎn)換過程中一直保持為高，當(dāng)全部通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，才變?yōu)榈碗娖?。EOC信號在每一個通道轉(zhuǎn)換結(jié)束時均有效。全部通道轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)保存在AD7864內(nèi)部相應(yīng)的鎖存器中。全部通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，當(dāng)片選信號和讀信號有效時，就可以按照轉(zhuǎn)換順序從數(shù)據(jù)總線上并行讀取數(shù)據(jù)。
1．3存儲模塊
模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)經(jīng)過FPGA芯片內(nèi)部的存儲器進行緩存，之后通過UART向上位機傳輸或者存入SD卡。SD卡是基于快速閃存的新一代存儲器，具有體積小、容量大、移動方便等特點。本設(shè)計采用閃迪公司的8G容量SD卡作為系統(tǒng)的存儲模塊。SD卡的讀寫采用SPI模式。SPI模式使用字節(jié)傳輸，其優(yōu)點是簡化主機的設(shè)計。讀寫SD卡的操作都需要先對SD卡進行初始化，完成SD卡的初始化之后即可進行讀寫操作。SPI總線模式支持單塊(CMD24)和多塊(CMD25)寫操作，多塊操作是指從指定位置開始寫下去，直到SD卡收到一個停止命令CMD12才停止。單塊寫操作的數(shù)據(jù)塊長度只能是512字節(jié)。單塊寫入時，命令為CMD24，當(dāng)應(yīng)答為0時說明可以寫入數(shù)據(jù)，大小為512字節(jié)。SD卡對每個發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)塊都通過一個應(yīng)答命令加以確認(rèn)，其數(shù)據(jù)長度為1個字節(jié)，當(dāng)?shù)?位為00101時，表明數(shù)據(jù)塊被正確寫入SD卡。
2結(jié)論
擴展漏極漂移區(qū)是由輕摻雜的N阱形成，可以承受高電壓。在漂移區(qū)等壓線上均勻分布著電場減緩結(jié)構(gòu)，可以提高其耐壓值。為了提高柵漏之間的耐壓漂移區(qū)上的厚場氧將場板提高。但導(dǎo)電溝道在薄柵氧的下面且器件的跨導(dǎo)與導(dǎo)電溝道有關(guān)，所以電場減輕結(jié)構(gòu)不會影響器件的跨導(dǎo)，襯底和N阱之間的雪崩擊穿電壓和電場減緩結(jié)構(gòu)的效果決定擴展漏極晶體管的額定電壓。對此類器件設(shè)計需考慮以下參數(shù)：濃度和長坂長度、漂移區(qū)結(jié)深、長度等，器件耐壓會隨著漂移區(qū)長度的增加而逐漸上升，直到達(dá)到一定的值。外延層濃度、漂移區(qū)濃度和漂移區(qū)結(jié)深三者共同決定此值。值越大，外延層濃度應(yīng)在保證源漏不穿通情況下盡量低。
2基于IP核低功耗單電源電平轉(zhuǎn)換器設(shè)計
目前已經(jīng)提出的電平轉(zhuǎn)換器共有兩類，分別是單電源轉(zhuǎn)換器和雙電源電平轉(zhuǎn)換器，后者需要輸入信號的電壓供電和輸出信號的電壓供電兩種電源電壓供電。在多電壓技術(shù)中電平轉(zhuǎn)換器主要是為了實現(xiàn)低電壓信號轉(zhuǎn)換高電壓信號。關(guān)于不同結(jié)構(gòu)的電平轉(zhuǎn)換器近年來也有許多研究學(xué)者對其研究，有的是以提高速度，有的是降低功耗。大多數(shù)設(shè)計采用的雙電源電壓，本文主要是基于IP核作為設(shè)計的主要性能指標(biāo)，從而提出一種具有低耗的單電源電壓的電平轉(zhuǎn)換器。
傳統(tǒng)的電平轉(zhuǎn)換器設(shè)計運用的是單向電平轉(zhuǎn)換器電路，顯然，相對雙電源轉(zhuǎn)換器，在布線資源上單電源電平轉(zhuǎn)換器有明顯的優(yōu)勢，例如在一個多電壓SoC上，實現(xiàn)模塊之間信號的傳輸需要大量的電平轉(zhuǎn)換器，一旦模塊之間的接口信號所使用的雙電源電壓的電平轉(zhuǎn)換器，一些較為珍貴的布線資源便會被占用，導(dǎo)致布線資源短缺，如果采用單電源電壓電平轉(zhuǎn)換器可有效緩解上述問題。一般影響電平轉(zhuǎn)換延時性能的主要因素有副端電路中各器件的寄生電阻、中間級電路電流等，在設(shè)計時如果要獲得較好的低功耗性能，對精確計算各器件尺寸及電流，一定情況下還需充分考慮器件的耐壓情況。
3結(jié)語
1.1探測器輸出信號阻抗匹配設(shè)計探測器輸出模擬信號的典型負(fù)載要求為:R≥100kΩ，C≤10pF。在設(shè)計時，選取的運放(AD843)輸入阻抗可達(dá)1010Ω，輸入電容為6pF，可滿足探測器的負(fù)載要求，設(shè)計如圖4所示。
1.2中心電平平移及差分傳輸設(shè)計探測器輸出信號動態(tài)范圍為1.7～4.2V，中心電平為2.95V，而A/D芯片對輸入信號中心電平的要求為0V。為了滿足A/D芯片對輸入信號的要求，在驅(qū)動電路上對探測器輸出信號進行中心電平平移。紅外信號屬于小信號，易受到復(fù)雜的空間干擾影響，這種影響對于單端信號影響較大。當(dāng)采用差分電路設(shè)計時，正負(fù)兩路信號會受到相同的影響，但其差值ΔU=V+－V－變化較小，可減弱這種影響，因此采用差分傳輸設(shè)計，如圖5所示。2.3低噪聲設(shè)計與改進為了對設(shè)計的電路性能進行評估，使用數(shù)據(jù)采集軟件采集探測器輸出的信號并通過MATLAB對其進行分析。探測器驅(qū)動電路與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，采集35℃時黑體數(shù)據(jù)并分析，發(fā)現(xiàn)約有15個DN值波動(幅值為7.3mV)，如圖6所示。此時系統(tǒng)數(shù)字噪聲均方根為2.7mV，NETD為65mK。為了降低噪聲，在探測器驅(qū)動電路的供電入口、信號傳輸?shù)年P(guān)鍵路徑等位置加上濾波措施(如大容量鉭電容等)。重新采集圖像數(shù)據(jù)并分析，測得此時DN值波動約7個(幅值為3.4mV)，如圖7所示。此時系統(tǒng)數(shù)字噪聲均方根為1.4mV，NETD為34mK。
2空間環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計
2.1降額設(shè)計降額是使元器件使用中的應(yīng)力低于其額定值，以達(dá)到延緩參數(shù)退化，提高使用可靠性的目的。探測器驅(qū)動電路工作于空間環(huán)境中，為了保證其安全性和可靠性，在設(shè)計過程中對元器件的參數(shù)進行了降額設(shè)計，如表1所示。
2.2抗單粒子鎖定設(shè)計探測器驅(qū)動電路工作于空間環(huán)境中，CMOS器件中的晶體管結(jié)構(gòu)很容易受到空間高能粒子沖擊，進而引發(fā)單粒子鎖定效應(yīng)(SEL)［3］。發(fā)生SEL后，CMOS器件鎖定區(qū)的電流將會大幅度增加，形成SEL異常大電流［4］，進而影響電路的正常工作。為了防止SEL的發(fā)生，在電路設(shè)計時采取以下措施:a)運放芯片(AD8138/AD843)的供電端串聯(lián)限流電阻;b)選用具有輸出限流功能的MSK系列LDO芯片;c)選用抗輻照器件;通過降額設(shè)計與抗單粒子鎖定設(shè)計，保證了驅(qū)動電路工作的可靠性和空間環(huán)境適應(yīng)性。
3性能檢測
保持相同的光學(xué)、擺鏡和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，分別使用本文設(shè)計的探測器驅(qū)動電路和某型探測器驅(qū)動電路采集黑體圖像數(shù)據(jù)并分析，結(jié)果如表2所示。通過表2可知，在國產(chǎn)探測器均勻性、一致性與進口探測器有一定差距的情況下，通過改進探測器驅(qū)動電路，最終在性能指標(biāo)上趕超了某型探測器驅(qū)動電路。證明該方案設(shè)計實用、有效。通過與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，該探測器驅(qū)動電路工作穩(wěn)定、可靠，可滿足空間要求。
4總結(jié)
首先通過鍵盤輸入需要的溫度，然后由溫度傳感器PT100測量油槽內(nèi)溫度，溫度的變化變換成電阻大小的變化，經(jīng)過測量電橋中電路處理后變換成微弱的電壓信號，在精密放大電路中完成調(diào)零及信號調(diào)理，以滿足A/D輸入信號的要求，然后送入ADuC848單片機。在ADuC848單片機中將溫度測量信號與設(shè)定信號比較，通過運算得到一個控制量，該控制量再經(jīng)過ADllc848自帶PwM輸出信號控制加熱用電力電子器件導(dǎo)通占空比，最終實現(xiàn)對加熱量的控制。系統(tǒng)采用LCD128x64液晶屏顯示系統(tǒng)設(shè)定溫度值和當(dāng)前溫度值，并在系統(tǒng)進行穩(wěn)定狀態(tài)時，利用聲光電路發(fā)出提示信號。
2.系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計
2.1.系統(tǒng)控制芯片的選擇
傳統(tǒng)的油糟溫度控制的精度是士0.05℃，我們的控制精度是士0.01℃，按照系統(tǒng)的最高溫度是200℃計算，要求系統(tǒng)A/D變換的精度不低于士0.01℃，所需要的A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)不低于16位，因而在選擇控制芯片時，這個問題必須考慮。除此以外，還需要考慮系統(tǒng)對D/A變換器和運算速度的要求。ADllc848[3]是美國模擬器件公司(ADI)最新的片上系統(tǒng)級(SOC)微轉(zhuǎn)換器(Mier。Conver*er)。該芯片集成有單周期指令的8052閃存MCu，最快速度達(dá)到11.58MIPS，內(nèi)部有ZKRAM，4KEZPROM，62KFLASH。芯片的內(nèi)部集成有8個單端輸入(4個全差分輸入)的16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，片內(nèi)的電壓基準(zhǔn)為1.28v，精度1%，電源噪聲抑制45dB，溫漂100PPm/℃。芯片自帶1個12位的D/A轉(zhuǎn)換器、2個16位的PwM控制器、l個速率達(dá)384kbps的RS232串口等。芯片自帶A/D變換器的量化誤差為200℃/65536=0.003℃，完全可以滿足控制精度的要求。
2.2.測量及精密放大電路
信號采集的精度受到電路中供橋電源的精度的影響，設(shè)計過程中采用LM317構(gòu)成精密穩(wěn)壓電路為電橋供電，以提高測量精度。為保證電橋的測量精度，橋臂電阻應(yīng)選用溫度系數(shù)小精密金屬膜電阻。精密放大電路如圖2所示。電路中包含一級放大電路和二級放大電路兩部分。其中一級放大采用儀表放大器AD620，該放大器具有較高的精度和較高的共模抑制比，只需調(diào)節(jié)RG即可將增益調(diào)節(jié)在1一1000之間。為了抑制高頻干擾信號，需要在AD620的輸人端加人濾波電容和限幅電路。二級放大采用LM358運算放大器，通過調(diào)節(jié)反饋電阻RF來調(diào)整放大器的增益，以適應(yīng)寬范圍的溫度測量。在實際應(yīng)用中為了保證測量信號的準(zhǔn)確性，在軟件中設(shè)置了克服零偏的調(diào)零功能，由系統(tǒng)軟件自動完成。
2.3.ADuC848單片機電路
標(biāo)準(zhǔn)油槽精密溫度控制系統(tǒng)以ADuC848單片機在系統(tǒng)軟件的設(shè)計中應(yīng)充分考慮系統(tǒng)軟件與硬件電路的有機結(jié)合，有效利用無差拍控制技術(shù)來減小過渡過程時間和提高控制精度。在標(biāo)準(zhǔn)油糟溫度的各種控制方案中，無差拍控制是一種跟蹤精度高、瞬時響應(yīng)快的優(yōu)秀數(shù)字控制策略。與模糊控制方法[l]相比，其算法算法更簡單，系統(tǒng)資源需要的更少，但無差拍控制是一種基于對象精確模型的控制方法，其控制質(zhì)量在很大程度上依賴于控制器參數(shù)與負(fù)載參數(shù)的配合，因而在實現(xiàn)過程中，需要對模型和負(fù)載參數(shù)有個較精確的把握。在每個采樣周期內(nèi)，根據(jù)參考信號和當(dāng)前采樣周期得到的溫度測量值實時計算出所需的脈寬么T，并給出開關(guān)控制信號，實現(xiàn)油糟溫度無差拍跟蹤參考信號。整個測量系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計，由A/D采樣模塊、數(shù)字濾波模塊、顯示模塊、模糊算法模塊和輸出信號比占空比控制模塊等，在完成基本功能的基礎(chǔ)上，還可以增加系統(tǒng)的功能，如增加自診斷、自保護和故障實時監(jiān)測及報警功能。系統(tǒng)軟件流程如圖3所示。
3.結(jié)束語
為提高系統(tǒng)輸出信號的精度，采用低速、高精度的DAC。此類DAC多采用SPI或IIC總線與主控制器通信，占用控制器的IO口較少。時下流行的STM32系列或MSP430系列微控器的硬件資源都滿足要求。為便于野外現(xiàn)場使用，系統(tǒng)采用鋰電池供電，這就要求主控制器具有較低的功耗以延長電池續(xù)航時間，以極低功耗著稱的430單片機成為首選。由主控制器、時鐘電路、復(fù)位電路構(gòu)成了主控制器的最小系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件總體框圖如圖1所示。按鍵和氣象量顯示模塊主要實現(xiàn)人機交互功能，用來調(diào)節(jié)輸出信號的大小，設(shè)置氣象量和電信號之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系等。根據(jù)氣象傳感器輸出信號的范圍，可設(shè)定若干檔位的輸出信號，以覆蓋傳感器的范圍即可。按鍵接在430單片機的中斷口上。顯示模塊的控制和數(shù)據(jù)總線由單片機的IO口來提供。DAC模塊是產(chǎn)生電壓信號的核心。主控制器將數(shù)字量送給DAC后得到模擬電壓信號，為使產(chǎn)生的信號和傳感器范圍一致，DAC的輸出信號需進行調(diào)理。數(shù)字系統(tǒng)和電源都會對模擬部分產(chǎn)生干擾，引起誤差。采用DC－DC電源隔離、DAC總線隔離提高DAC輸出信號的精度。輸出電信號和氣象量之間存在轉(zhuǎn)換關(guān)系，轉(zhuǎn)換函數(shù)存儲于EEPROM芯片中。為進一步提高精度，系統(tǒng)也需要定期檢定。采用零滿刻度校準(zhǔn)的方法，用高精度的數(shù)字萬用電表測量輸出信號的實際值，將實際值和理想值的差值保存于EEPROM中，系統(tǒng)根據(jù)差值去修正輸出信號，差值和轉(zhuǎn)換函數(shù)都通過串口由上位機寫入存儲電路中。軟件補償切實提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。
2模塊電路設(shè)計
2．1主控制器端口分配及人機交互模塊
主控制器選擇TI公司的MSP430F169，利用其豐富的中斷作為按鍵輸入，內(nèi)部自帶的UART模塊實現(xiàn)串口通信，采用IO口模擬SPI總線與DAC通信，低功耗的128×64LCD用于顯示輸出信號大小及對應(yīng)的氣象量。主控制器的最小系統(tǒng)及端口分配如圖2所示。主控制器的P1．0～P1．3接按鍵，采用中斷方式。4個按鍵的功能包括：調(diào)節(jié)電信號和氣象量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系鍵SET、增大和減小輸出信號鍵UP和DOWN、確認(rèn)保存參數(shù)鍵ENTER；P3．0～P3．3端口的RS、RW等為LCD的控制總線；P5．0～P5．7為LCD的數(shù)據(jù)總線；P3．6～P3．7為單片機部自帶的UART模塊的收發(fā)端口，用于串口通信；P4．0～P4．2作為DAC的SPI總線；P4．3～P4．6用于存儲器的總線。TDO／TDI～TCK為單片機的下載口。P6．0端口MeaV為單片機內(nèi)部自帶的ADC模擬輸入通道，用來監(jiān)測系統(tǒng)電源。晶振X2和電容C1、C2構(gòu)成時鐘電路，電阻R8和電容C3構(gòu)成上電復(fù)位電路。
2．2模擬信號產(chǎn)生DAC模塊
為產(chǎn)生程控的高精度電壓信號，采用高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，輔以總線隔離、電源隔離等措施提高精度。工藝上采用四層印制板電路。產(chǎn)生的信號為微伏級，選用16位的低功耗、單通道電壓輸出型DAC芯片AD5660，滿量程輸出電壓范圍可達(dá)2．5V。軟件編程模擬SPI總線與主控制器通信。AD5660內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由數(shù)字量輸入寄存器、電阻串型DAC、基準(zhǔn)源、輸出緩沖放大電路組成。由圖3可知，AD5660內(nèi)部含有一個增益為2的放大器。設(shè)D為載入DAC寄存器的二進制編碼的十進制等效值，則輸出電壓VOUT的大小為16位的AD5660－1內(nèi)置1．25V的基準(zhǔn)電壓，輸入數(shù)字量D的范圍為0～65535。根據(jù)式（1），輸出電壓VOUT的范圍為：0～2．5V。采用總線隔離和電源隔離措施，以提高輸出電壓的精度。iCoupler技術(shù)的四通道數(shù)字隔離器ADUM1401具有優(yōu)于光耦合器的出色性能［4］，系統(tǒng)利用ADUM1401作為DAC模塊的SPI總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，使AD5660的總線與主控制器完全隔離。同時，采用DC－DC芯片MEB01Z－05S05D為信號產(chǎn)生部分提供獨立電源。MEB01Z－05S05D的輸出功率可達(dá)到1W，且其具有極低的紋波，Vp－p≤10mV。其電路如圖4所示。
2．3信號調(diào)理電路
濕度傳感器輸出信號為0～1V，氣壓傳感器設(shè)置于模擬模式時，輸出電壓為0～5V，而總輻射傳感器的輸出信號十分微弱，小于30mV。DAC輸出信號需要經(jīng)過調(diào)理電路，產(chǎn)生與傳感器輸出范圍和分辨率一致的信號。這里以產(chǎn)生0～30mV的微弱電壓信號為例，設(shè)計其信號調(diào)理電路如圖5所示。
2．4參數(shù)存儲及串口構(gòu)成軟件補償電路
除采用總線隔離、電源隔離、低溫度系數(shù)電阻、低失調(diào)電壓運放等提高系統(tǒng)輸出信號的精度外。設(shè)計參數(shù)存儲和串口通信電路，利用軟件來對信號輸出進行校準(zhǔn)，進一步提高輸出信號的精度。軟件補償?shù)乃悸肥遣捎昧銤M刻度校準(zhǔn)法，用高精度的61／2位數(shù)字萬用電表測量系統(tǒng)在零點和滿量程時的實際輸出，并記錄與理想值的偏差。上位機通過串口將偏差值寫入到存儲器中。系統(tǒng)每次進行D／A轉(zhuǎn)換之間先讀取存儲器中的偏差值，并調(diào)整單片機送給DAC的數(shù)字量，使輸出信號接近理想值。偏差值存儲于EEPROM中，如圖6所示。同時，氣象量和電信號之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)關(guān)系也存儲于EEPROM中。MSP430F169內(nèi)部自帶了UART模塊，只需在輔以常用的MAX232構(gòu)成電平轉(zhuǎn)換電路即可與上位機通信。
3系統(tǒng)軟件電路設(shè)計
系統(tǒng)任務(wù)主要包括時鐘初始化、LCD的初始化、信息顯示、系統(tǒng)電源電量顯示、軟件校準(zhǔn)、按鍵切換輸出檔位等。根據(jù)各功能模塊，確定系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程和中斷服務(wù)程序功能。主程序主要完成初始化工作；電量檢測需定期進行，故在定時中斷服務(wù)程序中完成；檔位切換和信息顯示等在外部中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)；校準(zhǔn)參數(shù)和轉(zhuǎn)換函數(shù)通過串口的中斷服務(wù)程序由上位機寫入EEPROM中。系統(tǒng)主程序流程如圖7所示。輸出信號大小的調(diào)整由按鍵中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)，圖8為UP鍵按下時的服務(wù)程序流程。
4系統(tǒng)測試
為提高系統(tǒng)精度，PCB采用4層印制板。中間2層為GND和隔離后的電源。利用高精度的61／2位數(shù)字萬用電表對系統(tǒng)進行零滿刻度校準(zhǔn)。校準(zhǔn)步驟如下：（1）設(shè)定輸出值為0mV，利用萬用電表測量此時的實際輸出電壓值V1；（2）將V1通過串口調(diào)試助手寫入下位機，單片機根據(jù)V1計算零點偏差，并保存于EEPROM中；（3）設(shè)定輸出值為30mV，利用萬用電表測量此時的實際輸出電壓值為V2；（4）將V2通過串口調(diào)試助手寫入下位機，單片機根據(jù)V1，V2，計算線性校準(zhǔn)函數(shù)的斜率和截距，并保存于EEPROM中。系統(tǒng)校準(zhǔn)后，再通過按鍵切換輸出檔位，并用萬用電表測量實際輸出值，測試結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，系統(tǒng)經(jīng)過軟件校準(zhǔn)后，輸出微弱電壓信號的誤差小于10μV。但通過高速的數(shù)據(jù)采集卡測量，系統(tǒng)瞬時值存在80μV的抖動。分析其原因是由于萬用電表測量時進行了滑動平均處理，測量值為短暫時間的平均值，抖動被抵消。經(jīng)過反復(fù)測試和分析得知，雖然采用4層PCB在硬件上減小了干擾，但空氣中的電磁場仍然在PCB板上形成了干擾。整個PCB需要采用一定的屏蔽措施或在有良好的電磁環(huán)境下測試。
5結(jié)束語
關(guān)鍵詞：猝發(fā)式紅外測試扭矩轉(zhuǎn)速發(fā)射電路
利用紅外通信進行旋轉(zhuǎn)軸動態(tài)參數(shù)測試，主要是為了滿足坦克、裝甲車輛狹小空間中運動部件動態(tài)參數(shù)測試的強烈需求。由于紅外通信在空間和成本的優(yōu)勢，從上述理論研究和實車試驗中證明其較高的應(yīng)用價值。
猝發(fā)式紅外近距離測試系統(tǒng)是在紅外近距離測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對更加狹小的空間如發(fā)動機輸出軸，提出的一種點對點式的紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)呐ぞ販y試系統(tǒng)。
1坦克發(fā)動機扭矩信號采樣頻率分析
坦克發(fā)動機屬多缸發(fā)動機，是采用各缸順序點火、輪流作功的方式工作。實測得到發(fā)動機輸出軸上產(chǎn)生的力矩（扭矩）是一個隨轉(zhuǎn)速變化的周期信號，該信號的幅值極不規(guī)范。工程中所述扭矩為平均扭矩，定義在一個循環(huán)內(nèi)（720°曲軸轉(zhuǎn)角）扭矩的平均值。高速、高功率密度柴油機有6缸、8缸和12缸之分，其最高轉(zhuǎn)速均不超過3000r/min，從這一目標(biāo)出發(fā)選用扭矩信號頻率最高的12缸發(fā)動機計算扭矩信號周期T。
當(dāng)nmax=3000r/min時，
T=（10/nmax）3.33（ms）
按采樣定理工程實用采樣頻率是信號固有頻率的5～10倍的原則，以及實際運行效果的試驗，取系統(tǒng)采樣周期為500μs即采樣頻率為2kHz。
圖2發(fā)射部分結(jié)構(gòu)框圖
2猝發(fā)式紅外近距離測試系統(tǒng)模型的建立
按圖1建立猝發(fā)式紅外通訊的實物模型，發(fā)射器安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，接收器安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，接收器可安裝在軸向和徑向兩個方向的適當(dāng)位置，其計算分析相似，由于徑向安裝比較方便，故安裝在徑向。
圖1中β——接收器的接收半角；
R——旋轉(zhuǎn)軸的半徑；
α——發(fā)射器的發(fā)射半角；
L——接收器與發(fā)射器的最小距離；
θ——發(fā)射器和接收器分別與圓心連線的夾角；
A——紅外接收管；B、C——紅外發(fā)射管。
弧長BC（設(shè)為S）與通訊時間成正比，故弧長S的大小決定了通訊時間的長短，稱弧長S為發(fā)射窗口。由模型知θ決定了發(fā)射窗口的大?。ó?dāng)R一定時），只有當(dāng)α小于或等于發(fā)射器的最大發(fā)射半角時，發(fā)射器發(fā)出的紅外光才能被接收器直接接收。目前使用發(fā)射器的最小發(fā)射半角為15°。當(dāng)α=15°時，由三角形OAB可知：
(sinβ)/R=sin(π-15°)/(R+L)（1）
sinβ=R/(R+L)sin15°(2)
θ+β=15°（3）
故θ=15°-β
T=2Rθ/(Rω)=(2θ)/ω(4)
由于θ與有效通訊弧長AB成正比，而弧長AB又與通訊時間成正比，故增大θ可增長通訊時間。由上式可知，增大θ有兩種方法：減小R，或增大L。
設(shè)軸的角速度為ω（rad/s），一轉(zhuǎn)中采樣的數(shù)據(jù)個數(shù)N，每個數(shù)據(jù)占有M位，紅外通訊傳輸?shù)牟ㄌ芈蕿閂（bit/s），發(fā)送N個數(shù)據(jù)需要時間為tall(s)，發(fā)射器通過發(fā)射窗口的時間（即有效通訊時間）為T（s），則一轉(zhuǎn)中發(fā)射數(shù)據(jù)所需總時間為：
tall=(MN)/V（5）
如設(shè)轉(zhuǎn)速為3000r/min，2θ=30°，由（4）式得：
T=1.67ms
設(shè)N=200，即采樣頻率
f=200sps/r×(3000r/min)/60=10ksps
若M=16,V=2Mb/s，
得：
tall=(200×16)/2M=1.6ms
由于tall<T，該模型可物理實現(xiàn)。
3發(fā)射部分電路設(shè)計
上面通過對發(fā)動機輸出功率信號進行分析，確定了采樣頻率，進而估算出存儲器的最小存儲容量，并建立了數(shù)據(jù)傳輸模型。采用猝發(fā)方傳輸數(shù)據(jù)，需要存儲軸旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所采集的所有數(shù)據(jù)，然后在發(fā)射窗口將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的瞬發(fā)。其特點是不需要安裝一個圓周的接收器，如果所測軸半徑較大或被測環(huán)境較緊湊，則近場遙測是不易實現(xiàn)的。而猝發(fā)遙測只需一個或幾個接收器就能達(dá)到目的。
發(fā)射部分的結(jié)構(gòu)框圖如圖2，這部分發(fā)現(xiàn)扭矩信號的采集、數(shù)字信號的編碼，并將采集數(shù)據(jù)放在FIFO存儲器中。當(dāng)紅外發(fā)射管接收到取數(shù)碼命令后，如果采集電路斷電，入于低功耗狀態(tài)，則通知電源管理器打開電源VCC，讓采集電路開始工作；如果采集電路已經(jīng)開始工作，則會的開取數(shù)時鐘，讓FIFO移出數(shù)據(jù)，送給紅外發(fā)光管發(fā)送給接收器。
3.1數(shù)據(jù)的存儲
由于采用猝發(fā)方式進行數(shù)據(jù)的傳輸，需要設(shè)計一個存儲器將一轉(zhuǎn)中所采集的數(shù)據(jù)先存放起來，當(dāng)發(fā)射器經(jīng)過發(fā)射窗口時，將數(shù)據(jù)實時地傳輸給接收器。存儲器是發(fā)射部分的關(guān)鍵元件之一，它的選取直接關(guān)系到A/D變換器的選取以及控制電路的設(shè)計。對存儲器的要求是先采集的數(shù)據(jù)先發(fā)送，后采集的數(shù)據(jù)后發(fā)送，否則接收部分將無法正確恢復(fù)原始信號，達(dá)不到測試的目的。因此需選擇一個先進先出FIFO的16位存儲器。又由于發(fā)射器是單通道，只能將數(shù)據(jù)以串行方式發(fā)送，所以要求存儲器的輸出是串行的，這樣能減少并轉(zhuǎn)串的中間環(huán)節(jié)。如果具有串進串出的FIFO，那樣發(fā)射部分的體積會更小且控制邏輯更簡單，這是筆者希望的。但實際上只查到并進串出FIFO和具有可編程的串并進-串并出四種功能的FIFO，由于后一種芯片體積大、功耗也大，所以選擇了并進串出的FIFO。
綜上所述，選用了IDT72105，容量為256×16位，高速、低功耗，具有獨立收、發(fā)時鐘控制的同步/異步FIFO存儲器。它不但提供了存儲空間作為數(shù)據(jù)的緩沖，而且還在EPP并行總線和A/D轉(zhuǎn)換器之間充當(dāng)一彈性的存儲器，因而無需考慮相互間的同步與協(xié)調(diào)。FIFO的優(yōu)點在于讀寫時序要求簡單，內(nèi)部帶有讀寫的環(huán)形指針，在對芯片操作時不需額外的地址信息。當(dāng)它接收到由紅外發(fā)射管發(fā)出的取數(shù)指令SOCP后，通過SO端將同步幀信號輸入到紅外發(fā)射管的TXD端，發(fā)射出去。
圖5監(jiān)測碼編碼器和幀結(jié)構(gòu)
3.2數(shù)據(jù)采集電路
由于選擇了并進串出的FIFO，最好選擇并行輸出的A/D變換器，要求單電源供給，故選擇了AD公司的AD7472，分辨率為12位，低功耗，電源供電范圍為2.7～5.25V。AD7472轉(zhuǎn)換器可以工作于三種模式：（1）高速采樣模式（HighSampling）；（2）睡眠模式（SleepMode）；（3）猝發(fā)模式（Burstmode）。由于系統(tǒng)的采樣頻率不高（4kHz），所以利用AD7472的猝發(fā)模式，它與第二種模式相同，只是輸入時鐘（CLKIN）不連續(xù)，僅在轉(zhuǎn)換期間才提供時鐘信號，這樣能夠減少功耗。
在此模式下，當(dāng)CONVST上升沿到來時，轉(zhuǎn)換器進入蘇醒期需1μs的時間（tWAKEUP），在這個期間如果CONVST的下降沿已到來，A/D并不立即進入轉(zhuǎn)換期，直到1μs之后；如果1μs之后下降沿才到來，則轉(zhuǎn)換器在下降沿到來的時刻開始轉(zhuǎn)換，整個轉(zhuǎn)換需14個時鐘周期。值得注意的是：當(dāng)BUSY信號為高后，時鐘信號應(yīng)在兩個時鐘周期內(nèi)出現(xiàn)，且在轉(zhuǎn)換期間不能改變數(shù)據(jù)總線的狀態(tài)。實際設(shè)計采樣頻率與讀數(shù)控制電路的時序如圖3。CONVST信號頻率即采樣頻率為4kHz，周期250μs，正向脈寬2μs，即A/D蘇醒之后，再過1μs才開始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，RD信號正是利用這1μs對A/D進行讀數(shù)操作。
3.3同步幀電路設(shè)計
由于系統(tǒng)將一轉(zhuǎn)中采集的數(shù)據(jù)記錄在FIFO存儲器中，并且數(shù)據(jù)傳輸方式為無線串行通訊，所以需要將數(shù)據(jù)以幀的形式開，以便于接收部分的解碼。作者設(shè)計了16位的同步碼，最高位為低，用于分區(qū)幀與幀的數(shù)據(jù)；最低位也設(shè)為低，用于分開同步幀與數(shù)據(jù)，并為解碼提供移位脈沖產(chǎn)生時間。一幀數(shù)據(jù)除同步碼以外，由8個16位采樣數(shù)據(jù)組成，總共112個比特。產(chǎn)生步碼的電路如圖4。
圖6取數(shù)據(jù)控制電路
3.4監(jiān)測碼編碼器和幀結(jié)構(gòu)
FIFO存儲器字長為16位，A/D轉(zhuǎn)換器為12位，還剩余4比特。為了增強數(shù)據(jù)的可信度和數(shù)據(jù)的糾錯能力，設(shè)計了4個監(jiān)測碼，分布在數(shù)據(jù)的兩側(cè)，如圖5。4個監(jiān)測碼鎖存在元件74L5243里，每一個寫信號到來時，都需寫入4位監(jiān)測碼。由于這4個監(jiān)測碼分布在12位數(shù)據(jù)的兩側(cè)，在接收端接收到數(shù)據(jù)后，首先檢測這4個監(jiān)測碼；如果監(jiān)測碼無誤，則接收到的數(shù)據(jù)可信；如果有誤，則有可能前移一位或后移一位。若通過這樣的修正后，這4位監(jiān)測碼與實際相符，則可修正數(shù)據(jù)。若不相符，則該數(shù)據(jù)不可言。
3.5取數(shù)控制電路
