單元電路論文精品(七篇)

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篇(1)

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，I2C總線，紅外遙控

 

引 言

紅外遙控器的特點(diǎn)是使用方便、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)，因此它的應(yīng)用前景是不可估量。論文參考，I2C總線。市場(chǎng)上的各種家電的紅外遙控系統(tǒng)技術(shù)成熟、成本低廉，但是，為了避免不同品牌、不同型號(hào)的設(shè)備之間產(chǎn)生誤操作，人們?cè)诓煌脑O(shè)備中使用不同的傳輸規(guī)則或者識(shí)別碼，這就使得各個(gè)型號(hào)的遙控器都只適用于各自的遙控對(duì)象，容易造成實(shí)際使用中遙控器多而雜，經(jīng)常搞混的結(jié)果。論文參考，I2C總線。本設(shè)計(jì)本著解決這一矛盾的目的，提出了一種學(xué)習(xí)型紅外遙控器的實(shí)現(xiàn)方案。

1 研究?jī)?nèi)容及目標(biāo)

本設(shè)計(jì)首先分析了紅外線遙控編解碼原理，結(jié)合市場(chǎng)上出售的通用型遙控器進(jìn)行比較，使用單片機(jī)對(duì)接收到的紅外信號(hào)進(jìn)行處理，把經(jīng)過解碼后產(chǎn)生的高低電平以二進(jìn)制信號(hào)1和0的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，隨后經(jīng)過調(diào)制產(chǎn)生38KHz載波，還原并發(fā)射紅外線信號(hào)，從而達(dá)到控制多種家用電器的功能。文中給出了紅外線接收發(fā)射，以及存儲(chǔ)的基本原理及設(shè)計(jì)思路。

2 學(xué)習(xí)型紅外遙控器硬件電路的設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)型紅外遙控器是由單片機(jī)（AT89S52）、一體化紅外接收頭、振蕩器（74F132）、紅外發(fā)射二極管、存儲(chǔ)器及行列式鍵盤組成的。論文參考，I2C總線。論文參考，I2C總線。學(xué)習(xí)型遙控器分為學(xué)習(xí)和控制兩種狀態(tài)。在學(xué)習(xí)狀態(tài)下，主要完成紅外信號(hào)的接收及存儲(chǔ)功能。首先一體化紅外接收頭可以完成對(duì)其它遙控器發(fā)出的紅外信號(hào)的接收并對(duì)其進(jìn)行解調(diào)、整形、放大，然后把信號(hào)送入單片機(jī)AT89S52中，單片機(jī)定時(shí)采集一體化紅外接收頭發(fā)出的紅外線信號(hào)，根據(jù)高低電平形成一系列0，1二進(jìn)制碼，并以8位為單位存放到存儲(chǔ)器AT24C16以及指定鍵盤的數(shù)據(jù)區(qū)，從而完成對(duì)一個(gè)鍵的學(xué)習(xí)。如果再學(xué)習(xí)其它鍵的功能，方法相同。在控制狀態(tài)下，單片機(jī)對(duì)存儲(chǔ)器AT24C16和鍵盤進(jìn)行尋址，依次讀出這些數(shù)據(jù)，然后單片機(jī)以位為定時(shí)單位輸出給振蕩器74F132，調(diào)制頻率為38KHz，送入放大器，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射二極管進(jìn)行發(fā)射，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備某一功能的控制。系統(tǒng)組成方框圖2.1所示。

圖2.1系統(tǒng)組成框圖

2.2各單元電路設(shè)計(jì)

2.2.1 紅外接收單元

紅外接收單元是由紅外線接收器件、前置放大電路、解調(diào)電路、指令信號(hào)檢出電路、記憶及驅(qū)動(dòng)電路、執(zhí)行電路組成。當(dāng)紅外接收器件收到遙控器發(fā)射二極管的紅外光信號(hào)時(shí)，它將紅外光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)并送入前置放大器進(jìn)行放大，再經(jīng)解調(diào)器后，由指令信號(hào)檢出電路將指令信號(hào)檢出，最后由記憶和驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路，實(shí)現(xiàn)各種操作。

紅外接收電路一般要做成一個(gè)獨(dú)立的整體，稱為紅外接收頭，這主要是因?yàn)樗鼘?duì)外界干擾十分敏感，為了保證可靠的接收，必須對(duì)其嚴(yán)格屏蔽，只留出一個(gè)接收紅外光的小孔，以防止干擾信號(hào)進(jìn)入。

2.2.2紅外發(fā)射單元

本設(shè)計(jì)在發(fā)射電路中使用了一片高速CMOS型四重二輸入帶施密特觸發(fā)器的與非門74F132芯片。其中“與非”門U7A和U7B組成載波振蕩器，振蕩頻率在38kHz左右。

調(diào)制電路是由74F123的兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U7A和U7B級(jí)聯(lián)構(gòu)成的可控振蕩器。論文參考，I2C總線。當(dāng)P1.4為高電平時(shí)，U7A、U7B 處于穩(wěn)態(tài)，74F132的1腳、4腳為低電平，不驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外載波信號(hào)。當(dāng)P1.4跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，觸發(fā)U7A并使之進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，1腳變?yōu)楦唠娖?；U7A暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時(shí)，1腳跳變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)U7B進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，4腳變?yōu)楦唠娖?；U7B 暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時(shí)，4腳跳變?yōu)榈碗娖剑?變?yōu)楦唠娖讲⒂|發(fā)U7A的上升沿觸發(fā)端1B，使U7A再次進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，從而形成自激振蕩，在6腳輸出一系列的脈沖信號(hào)，經(jīng)Q1三極管大后送紅外發(fā)射管，發(fā)送紅外光信號(hào)。

紅外發(fā)送電路中采用的紅外發(fā)射器件是塑封的TSAL6200 紅外發(fā)射二極管，它將周期的電信號(hào)轉(zhuǎn)變成一定頻率的紅外光信號(hào)。它是一種高頻紅外脈沖信號(hào)，但脈沖串時(shí)間長(zhǎng)度是恒定的，根據(jù)脈沖串之間的間隔大小，表示傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)“0”還是“1”。紅外發(fā)射二極管TSAL6200 向空間發(fā)射載頻為38kHz 的指令碼。

2.2.3鍵盤單元

本設(shè)計(jì)因?yàn)檫b控按鍵較多的原因，采用行列式鍵盤。

鍵盤識(shí)別采用行掃描法（逐行掃描查詢法），這是一種最常用的按鍵識(shí)別方法，其按鍵識(shí)別過程如下：

將全部行線P0.2～P0.4置低電平，然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵按下，而且閉合的鍵位于低電平線與3根行線相交叉的3個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則無按鍵按下。在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平后，然后逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。

2.2.4存儲(chǔ)單元

為了保證系統(tǒng)意外斷電時(shí)數(shù)據(jù)不丟失，本系統(tǒng)采用EEPROM將各種編碼數(shù)據(jù)存放起來。基本原理是利用了單片機(jī)與存儲(chǔ)器AT24C16的I2C通信過程。存儲(chǔ)單元主要采用了AT24C16芯片，該芯片是帶有2K字節(jié)的加電可擦除，可編程的只讀存儲(chǔ)器，通過單片機(jī)的P0.0和P0.1與AT24C16的SDA和SCL相連，進(jìn)行讀寫操作。主要用來存放8位的二進(jìn)制紅外線碼。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于系統(tǒng)中所使用的存儲(chǔ)器（AT24C16）的存儲(chǔ)空間有限，因而系統(tǒng)目前只能對(duì)8個(gè)遙控按鍵進(jìn)行學(xué)習(xí)與轉(zhuǎn)發(fā)。論文參考，I2C總線。但只要更換一片存儲(chǔ)容量更大的存儲(chǔ)芯片，并且修改相關(guān)讀寫程序就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)更多遙控按鍵的學(xué)習(xí)與轉(zhuǎn)發(fā)，除此之外，系統(tǒng)的軟、硬件都無須做太大的改動(dòng)。

在遙控器中，遙控信號(hào)之所以要經(jīng)過調(diào)制后再發(fā)射出去，主要是為了減小發(fā)射功耗并增大發(fā)射距離。因而改用更加準(zhǔn)確的載波和增大發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路可以增大該系統(tǒng)的遙控距離。將單片機(jī)與計(jì)算機(jī)通過RS-485進(jìn)行總線通信，則可通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)紅外遙控對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

參考文獻(xiàn):

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[3]嚴(yán)天峰.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真調(diào)試[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.10-36

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篇(2)

【關(guān)鍵詞】流水線;加法器;布局布線

1.引言

加法運(yùn)算是一種最基本的運(yùn)算形式，乘法、除法甚至開方等運(yùn)算都可以分化為基本的加法運(yùn)算，提高加法器的運(yùn)行速度可以有效地提高運(yùn)算單元的速度，目前，超前進(jìn)位加法器可以有效地提高加法器的運(yùn)算速度，但是對(duì)于很高位數(shù)的加法運(yùn)算，超前進(jìn)位加法器對(duì)運(yùn)算速度的提高有限[1-4]。對(duì)于高位的加法器采用流水線結(jié)構(gòu)是一種很好的選擇，論文以一種采用三級(jí)流水線實(shí)現(xiàn)的12位加法器為例，闡述了流水線加法器的設(shè)計(jì)思想，并最終對(duì)加法器進(jìn)行硬件綜合和布局布線。

2.流水線加法器結(jié)構(gòu)

三級(jí)流水線加法器架構(gòu)如圖1，輸入的12位數(shù)字先通過寄存器暫存，低4位通過加法器先進(jìn)行計(jì)算，輸出的進(jìn)位與求和信號(hào)通過寄存器暫存，高8位也暫存在第一級(jí)流水線寄存器中。在第二級(jí)流水線中，將兩個(gè)操作數(shù)的中4位以及低4位加法的進(jìn)位輸出一起做加法運(yùn)算，并且將求和結(jié)果以及進(jìn)位輸出暫存到第二級(jí)流水線寄存器，在第一級(jí)流水線完成的低4位相加的求和結(jié)果繼續(xù)暫存在第二級(jí)流水線寄存器中。第三級(jí)流水線完成相似的操作，直到輸出運(yùn)算結(jié)果（見圖1）。

3.電路仿真與綜合

利用上述架構(gòu)，利用Verilog-HDL對(duì)電路進(jìn)行描述，在ModelSim工具下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得到的三級(jí)流水線加法器的仿真結(jié)果如圖2，從圖中可以看出，三級(jí)流水線加法器功能正確。在Candence工作環(huán)境下，基于CSMC0.5μm工藝，利用DC綜合工具對(duì)三級(jí)流水線加法器進(jìn)行綜合，得到的電路如圖3所示，通過硬件綜合，說明設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)性。

圖2 三級(jí)流水線加法器仿真

4.布局布線

在Candence工作環(huán)境下，采用Mentor公司的Encounter工具，對(duì)三級(jí)流水線加法器進(jìn)行布局布線：建立并進(jìn)入工作目錄，輸入命令encounter啟動(dòng)Encounter界面，調(diào)用DC生成的，sdc文件和工藝庫(kù)文件等。然后對(duì)電源環(huán)，時(shí)鐘樹等進(jìn)行布局，最后通過DRC，LVS檢查，最終對(duì)電路進(jìn)行寄生參數(shù)提取。整體電路版圖布局如圖4所示。

5.結(jié)論

論文對(duì)三級(jí)流水線加法器進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行硬件語(yǔ)言描述，最終對(duì)電路進(jìn)行綜合和布局布線，通過研究表明，本流水線加法器設(shè)計(jì)方案合理，具有可實(shí)現(xiàn)性。

參考文獻(xiàn)

[1]王仁平，何明華.64位超前進(jìn)位對(duì)數(shù)加法器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2010，35（11）：1116-1121.

篇(3)

1 總體設(shè)計(jì)方案   本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網(wǎng)專業(yè)寫作教育教學(xué)論文和畢業(yè)論文以及服務(wù)，歡迎光臨DyLW.neT

本設(shè)計(jì)采用CAN總線作為數(shù)據(jù)采集與系統(tǒng)控制的通信方式，以ATMEL公司生產(chǎn)的AT91SAM9263 ARM芯片為主控單元，結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)、故障診斷專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)某型火箭炮隨動(dòng)系統(tǒng)的故障檢測(cè)?？傮w設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集單元由信號(hào)調(diào)理模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成，其中信號(hào)調(diào)理模塊用于模擬信號(hào)的放大、濾波和提高電路負(fù)載能力，A/D轉(zhuǎn)換器完成模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，ARM主控單元實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制與故障診斷，數(shù)據(jù)采集單元與ARM系統(tǒng)控制與故障診斷模塊之間以CAN 總線的方式進(jìn)行通信，工作人員通過操作觸摸屏顯示界面完成故障檢測(cè)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)采集單元

數(shù)據(jù)采集單元由信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成，用于采集某型號(hào)火箭炮隨動(dòng)系統(tǒng)液壓泵、高平機(jī)等被測(cè)部件的液壓或氣壓的狀態(tài)信號(hào)，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

信號(hào)調(diào)理電路如圖3所示，采用OP27運(yùn)算放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)，它的作用是把傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)行放大，同時(shí)利用其輸入阻抗高、輸出阻抗小的特點(diǎn)以滿足A/D轉(zhuǎn)換芯片對(duì)驅(qū)動(dòng)源阻抗的要求。

A/D轉(zhuǎn)換電路將經(jīng)過信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，文中選用TLC2543CN和STC89C52分別作為A/D采樣芯片和微控制器[3]，其設(shè)計(jì)如圖4所示。TLC2543CN是TI公司生產(chǎn)的12位串行模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用電容開關(guān)逐次逼近技術(shù)，12位分辨率，10 μs的轉(zhuǎn)換時(shí)間，11路模擬輸入，輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可通過編程調(diào)整[4]。A/D轉(zhuǎn)換模塊與51單片機(jī)之間以I2C總線的方式進(jìn)行通信，只需要一條串行數(shù)據(jù)線SDA（DATA_OUT）和一條串行時(shí)鐘線SCL（CLOCK），具有接口線少，控制方式簡(jiǎn)單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)?！〗?jīng)信號(hào)調(diào)理后的11路模擬量數(shù)據(jù)分別通過端口NO0?NO10進(jìn)入TLC2543CN進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，TLC2543CN通過[CS]，DATA_INPUT，DATA_OUT，MEOC，I/O CLOCK這5個(gè)引腳與STC89C52單片機(jī)進(jìn)行通信。為了減小外界環(huán)境及器件本身引入的噪聲和擾動(dòng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在這5個(gè)信號(hào)與單片機(jī)之間進(jìn)行光電耦合隔離處理。由于光信號(hào)的傳送不需要共地，所以可將光耦器件兩側(cè)的地加以隔離，達(dá)到提高系統(tǒng)信噪比的作用，光耦隔離器件選用Avago Technologies 生產(chǎn)的6N137，電路如圖5所示。需要注意的是，電路板中6N137兩端的電源不能共用，否則起不到隔離的作用。

2.2 CAN總線通信模塊

數(shù)據(jù)采集單元和ARM系統(tǒng)控制與故障診斷模塊之間以CAN總線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和控制。CAN總線具有可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、較強(qiáng)的抗電磁干擾能力、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，尤其適用于隨動(dòng)系統(tǒng)傳感器多、各檢測(cè)點(diǎn)信息交換頻繁和干擾源復(fù)雜的情況。CAN總線通信模塊的實(shí)現(xiàn)有2種解決方案[5]：一類是采用帶有片上CAN的微處理器，如Philips的80C591/592/598、Atmel的AT90CAN128/64/32等；另一類是采用獨(dú)立的CAN控制器，如Philips的SJA1000?？紤]到應(yīng)用的靈活性，本文采用獨(dú)立的CAN控制器SJA1000。CAN總線通信模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示，選用STC89C52單片機(jī)作為CAN總線通信模塊的微控制器，CAN總線控制器和收發(fā)器分別選用Philips公司生產(chǎn)的SJA1000和PCA82C250[6]。CAN總線規(guī)范采用三層結(jié)構(gòu)模型，STC89C52單片機(jī)用以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層的功能，SJA1000和PCA82C250則分別對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。為了增強(qiáng)CAN總線通信模塊的抗干擾能力，在CAN控制器與CAN收發(fā)器之間進(jìn)行光電耦合隔離處理，與數(shù)據(jù)采集單元一樣，本文也選用6N137進(jìn)行處理。

CAN總線通信模塊接口電路主要由4部分組成：微控制器STC89C52、獨(dú)立CAN控制器SJA1000、光電隔離器件6N137和CAN總線收發(fā)器PCA82C250。微控制器STC89C52用于數(shù)據(jù)處理、實(shí)現(xiàn)對(duì)SJA1000的初始化、通過對(duì)SJA1000的控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和發(fā)送等通信任務(wù)；獨(dú)立CAN控制器SJA1000和收發(fā)器PCA82C250經(jīng)過簡(jiǎn)單總線連接可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的全部功能。STC89C52通過DATA_INPUT向TLC2543CN發(fā)送一定格式的指令，在DATA_OUT引腳可獲取到A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)；由于SJA1000的數(shù)據(jù)線與地址線是共用的，所以將STC89C52的P0口與AD0?AD7直接連接的同時(shí)，還要將地址鎖存信號(hào)線ALE進(jìn)行連接，以便區(qū)分在同一時(shí)刻AD線上傳遞的是地址還是數(shù)據(jù)；SJA1000的中斷管腳INT連接單片機(jī)的外部中斷INT0；MODE管腳與高電平VCC連接以選擇Intel模式；為了保證上電復(fù)位的可靠，復(fù)位電路采用IMP708芯片進(jìn)行智能控制，IMP708芯片集看門狗定時(shí)器、掉電檢測(cè)電路、電源監(jiān)控電路等于一體，保證SJA1000芯片的可靠運(yùn)行；RX0和TX0是數(shù)據(jù)的收發(fā)管腳，經(jīng)光電耦合器件6N137后連接到CAN收發(fā)器上，用以電氣隔離；PCA82C250有3種工作模式：高速、斜率控制和待機(jī)，本文選擇斜率控制模式，通過在Rs引腳與地之間接一個(gè)100 kΩ的電阻來實(shí)現(xiàn)；為了消除在通信電纜中的信號(hào)反射，提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)淠芰?，需要在CAN總線兩端接入兩個(gè)120 Ω的終端電阻[5]。

2.3 系統(tǒng)控制與故障診斷模塊

數(shù)據(jù)處理與系統(tǒng)控制模塊采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT91SAM9263 ARM芯片作為主控單元，以觸摸屏作為人機(jī)交互方式完成系統(tǒng)控制和故障診斷。AT91SAM9263主頻 200 MHz；內(nèi)置CAN總線控制器，全面支持CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議；內(nèi)置TFT/STN LCD控制器，支持3.5～17英寸TFT?LCD 液晶屏，最高分辨率可達(dá)2 048×2 048?？紤]到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，本文將系統(tǒng)控制與故障診斷模塊單獨(dú)成板。技術(shù)保障人員可以通過操作觸摸屏上顯示的人機(jī)交互界面完成對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)的故障檢測(cè)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要分為A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù) 處理模塊、CAN總線通信模塊和系統(tǒng)控制與故障診斷模塊4部分。主流程圖如圖7所示，首先對(duì)STC89C52單片機(jī)進(jìn)行初始化，包括CAN總線工作方式的選擇、驗(yàn)收濾波方式的設(shè)置、驗(yàn)收屏蔽寄存器和驗(yàn)收代碼寄存器的設(shè)置、波特率參數(shù)設(shè)置、中斷允許寄存器的設(shè)置以及A/D轉(zhuǎn)換模塊的初始化等；當(dāng)單片機(jī)接收到故障檢測(cè)命令時(shí)，進(jìn)行A/D采樣，然后由單片機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過量值轉(zhuǎn)換得到實(shí)際的工況數(shù)據(jù)；最后由CAN總線通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)控制與故障診斷模塊進(jìn)行故障檢測(cè)，診斷結(jié)果由觸摸屏顯示以指導(dǎo)維修人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維修。

3.1 A/D轉(zhuǎn)換模塊軟件設(shè)計(jì)

A/D轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì)流程圖如圖8所示。

3.2 數(shù)據(jù)處理模塊軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集過程中難免受到噪聲的影響，為了保證采到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可以對(duì)其進(jìn)行一定的算法處理。本文在故障檢測(cè)時(shí)，對(duì)同一采樣點(diǎn)進(jìn)行5次采樣，然后用快速排序算法對(duì)這5個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，取中值作為故障檢測(cè)的有效數(shù)據(jù)，以減小誤差帶來的影響。采集到的數(shù)據(jù)與實(shí)際值之間成嚴(yán)格的線性關(guān)系，將采集到的數(shù)據(jù)值乘以系數(shù)K即可獲得實(shí)際的工況數(shù)據(jù)，其流程圖如圖9所示。

3.3 CAN總線通信模塊軟件設(shè)計(jì)

CAN總線通信模塊的程序設(shè)計(jì)主要分為初始化、數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收3個(gè)部分：

（1） 初始化。CAN總線初始化主要是對(duì)通信參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，通過對(duì)時(shí)鐘分頻寄存器、驗(yàn)收碼寄存器、驗(yàn)收屏蔽寄存器、總線定時(shí)寄存器和輸出控制寄存器的配置實(shí)現(xiàn)對(duì)CAN總線工作模式、接收?qǐng)?bào)文的驗(yàn)收碼、驗(yàn)收屏蔽碼、波特率和輸出模式的配置和定義[7]。值得注意的是，這些寄存器的配置需要在復(fù)位模式下進(jìn)行，因此在初始化前應(yīng)確保系統(tǒng)已進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。?。?） 數(shù)據(jù)發(fā)送。本文采用查詢方式，進(jìn)行CAN總線的數(shù)據(jù)發(fā)送，首先應(yīng)將CAN總線的發(fā)送中斷禁能。發(fā)送數(shù)據(jù)前，主控制器輪詢SJA1000狀態(tài)寄存器的發(fā)送緩沖器狀態(tài)位TBS以檢查發(fā)送緩沖器是否被鎖定，若發(fā)送緩沖器被鎖定，則CPU等待，直到發(fā)送緩沖器被釋放，然后將從現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到發(fā)送緩沖區(qū)并置位命令寄存器的發(fā)送請(qǐng)求位TR，此時(shí)SJA1000將向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖如圖10所示。

（3） 數(shù)據(jù)接收。同數(shù)據(jù)發(fā)送一樣，本文采用查詢方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，也應(yīng)將CAN總線的發(fā)送中斷禁能。主控制器輪詢SJA1000狀態(tài)寄存器接收緩沖狀態(tài)標(biāo)志RBS以檢查接收緩沖器是否已滿，若未滿則主控制器繼續(xù)當(dāng)前的任務(wù)直到檢查到接收緩沖器已滿，讀出緩沖區(qū)中的報(bào)文，然后通過置位命令寄存器的RRB位釋放接收緩沖器內(nèi)存空間。數(shù)據(jù)接收流程圖如圖11所示。

3.4 系統(tǒng)控制與故障診斷模塊軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制與故障診斷模塊是在Linux平臺(tái)下利用Qt SDK開發(fā)完成的，數(shù)據(jù)庫(kù)采用嵌入式系統(tǒng)中廣泛采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite[8]。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)思想，包括顯示界面、系統(tǒng)控制、檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)和故障診斷等4部分。系統(tǒng)界面基于QT/GUI開發(fā)，用于故障檢測(cè)結(jié)果顯示、調(diào)取數(shù)據(jù)庫(kù)輔助人工診斷等人機(jī)交互；系統(tǒng)控制模塊用于系統(tǒng)啟動(dòng)與關(guān)閉、初始化及多線程處理；檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)用于對(duì)專家系統(tǒng)中經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、故障診斷規(guī)則集進(jìn)行組織、檢索和維護(hù)，及用于存儲(chǔ)系統(tǒng)采集的工況參數(shù)；故障診斷模塊是該檢測(cè)裝置核心，本文利用故障診斷專家系統(tǒng)對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，給出診斷結(jié)果?？紤]到故障診斷的實(shí)時(shí)性要求，程序采用多線程編程來實(shí)現(xiàn)。

圖10 CAN總線數(shù)據(jù)發(fā)送程序設(shè)計(jì)流程圖

圖11 CAN總線數(shù)據(jù)接收程序設(shè)計(jì)流程圖

4 結(jié) 語(yǔ)

為了測(cè)試隨動(dòng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置在各種情況下的故障檢測(cè)能力， 本文通過人為制造故障的方式對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)。在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)中，該系統(tǒng)均能正確定位故障，充分驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本文研制的以AT91SAM9263 ARM芯片為核心基于CAN總線隨動(dòng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)液壓、氣壓、電壓等工況參數(shù)的測(cè)量，經(jīng)故障診斷專家系統(tǒng)的推理，實(shí)現(xiàn)以自動(dòng)故障診斷為主、人工診斷為輔的故障檢測(cè)。文中采用的CAN總線通信方式使整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)潔緊湊、具有較強(qiáng)的抗干擾能力和實(shí)時(shí)性，這種CAN總線通信方案不但可用于隨動(dòng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置的研發(fā)，還可推廣至其他模擬量信號(hào)的機(jī)電設(shè)備故障檢測(cè)，尤其是多機(jī)組的分布式狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷中，具有非常實(shí)用的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)   本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網(wǎng)專業(yè)寫作教育教學(xué)論文和畢業(yè)論文以及服務(wù)，歡迎光臨DyLW.neT

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篇(4)

關(guān)鍵詞：凌陽(yáng)單片機(jī)，電視機(jī)，語(yǔ)音識(shí)別，聲控選臺(tái)

 

1 、引言

隨著科技的發(fā)展和社會(huì)文化事業(yè)的進(jìn)步，電視機(jī)可供觀眾選擇的頻道數(shù)目日益增多。但是傳統(tǒng)的電視遙控方法需要觀眾記憶每個(gè)電視臺(tái)對(duì)應(yīng)的頻道序號(hào)，否則就無法快捷地將頻道切換到所需位置。這顯然給用戶帶來了很大的不方便。本文利用凌陽(yáng)科技有限公司專門為語(yǔ)音處理而設(shè)計(jì)研制出的16位單片機(jī)SPCE061A設(shè)計(jì)了一個(gè)彩電智能聲控選臺(tái)系統(tǒng)。該系統(tǒng)無需對(duì)電視機(jī)做任何改動(dòng)。在保留原有遙控功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制選臺(tái)，較好地解決了記憶頻道這個(gè)難題。

2 、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體方案如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)總體方案

3、各功能模塊設(shè)計(jì)

3.1 語(yǔ)音命令提取單元

語(yǔ)音命令提取單元（如圖2所示）在電視話音和其它噪音背景下，完成提取出操作者語(yǔ)音命令功能，其示意圖如圖3所示。

圖2　語(yǔ)音命令提取單元

MIC選用駐極體送話器， 它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量、體積小、頻率響應(yīng)寬、保真度好等優(yōu)點(diǎn)，但靈敏度低， 必須再加放大器才行。由于輸出阻抗可高達(dá) 10

數(shù)量級(jí)，所以必須進(jìn)行阻抗變換后才能與放大配合使用。放大器采用差分放大電路，一個(gè)駐極體話器面對(duì)送話者， 其輸出接放大器正向輸入端；另個(gè)駐極體送話器背對(duì)送話者，其輸出接放大器負(fù)向入端。由于兩個(gè)送話器相對(duì)于電視機(jī)和其它噪聲源位置基本一樣遠(yuǎn)，可以近似認(rèn)為通過二者輸入的干是一樣的。但考慮到送話器具有方向性，前者送入的操作者語(yǔ)音命令遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者，適當(dāng)選擇各電阻值可以抵消掉各種干擾。論文參考網(wǎng)。

3.2 語(yǔ)音命令識(shí)別單元

語(yǔ)音命令識(shí)別單元采用凌陽(yáng)公司的SPCE061A單片機(jī)，這是一種語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)級(jí)芯片，實(shí)際上是一個(gè)DSP+MCU，并將A/D、D/A、RAM、ROM以及預(yù)放、功放等電路集成在一個(gè)芯片上的系統(tǒng)，擁有強(qiáng)大的語(yǔ)音數(shù)據(jù)處理能力并具有良好的接口功能。

語(yǔ)音識(shí)別控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3所示

圖3　語(yǔ)音識(shí)別控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.3 語(yǔ)音識(shí)別算法

消費(fèi)類電子產(chǎn)品中的語(yǔ)音識(shí)別主要為孤立詞識(shí)別，它有兩種實(shí)現(xiàn)方案：一種是基于隱含馬爾科夫統(tǒng)計(jì)模型（HMM）框架的非特定人識(shí)別；另一種是基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃（DP）原理的特定人識(shí)別。它們?cè)趹?yīng)用上各有優(yōu)缺點(diǎn)。DP特定人識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單，對(duì)硬件資源要求較低；此外，這一方法中的訓(xùn)練過程也很簡(jiǎn)單，不需預(yù)先采集過多的樣本，不僅降低了前期成本，而且可以根據(jù)用戶習(xí)慣，由用戶任意定義控制項(xiàng)目的具體命令語(yǔ)句，因而適合大多數(shù)家電遙控器的應(yīng)用。

3.3.1 端點(diǎn)檢測(cè)方法

影響孤立詞識(shí)別性能的一個(gè)重要因素是端點(diǎn)檢測(cè)準(zhǔn)確性。在10個(gè)英語(yǔ)數(shù)字的識(shí)別測(cè)試中，60毫秒的端點(diǎn)誤差就使識(shí)別率下降2%。對(duì)于面向消費(fèi)類應(yīng)用的語(yǔ)音識(shí)別芯片系統(tǒng)，各種干擾因素更加復(fù)雜，使精確檢測(cè)端點(diǎn)問題更加困難。為此，李虎生等在參考文獻(xiàn)5中提出了稱為FRED(Frame-based Real-time EndpointDetection)算法的兩級(jí)端點(diǎn)檢測(cè)方案，提高端點(diǎn)檢測(cè)的精度。第一級(jí)對(duì)輸入語(yǔ)音信號(hào)，根據(jù)其能量和過零率的變化，進(jìn)行一次簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)端點(diǎn)檢測(cè)，以便去掉靜音得到輸入語(yǔ)音的時(shí)域范圍，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行頻譜特征提取工作。第二級(jí)根據(jù)輸入語(yǔ)音頻譜的FFT分析結(jié)果，分別計(jì)算出高頻、中頻和低頻段的能量分布特性，用來判別輕輔音、濁輔音和元音；在確定了元音、濁音段后，再向前后兩端擴(kuò)展搜索包含語(yǔ)音端點(diǎn)的幀。FRED端點(diǎn)檢測(cè)算法根據(jù)語(yǔ)音的本質(zhì)特征進(jìn)行端點(diǎn)檢測(cè)，可以更好地適應(yīng)環(huán)境的干擾和變化，提高端點(diǎn)檢測(cè)的精度。

3.3.2 模板匹配算法

DTW是典型的DP特定人算法， 為了克服自然語(yǔ)速的差異，用動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整方法將模板特征序列和語(yǔ)音特征序列進(jìn)行匹配，比較兩者之間的失真，得出識(shí)別判決的依據(jù)。

為了提高DTW識(shí)別算法的識(shí)別性能和模板的穩(wěn)健性，采用了雙模板策略，第一次輸入的訓(xùn)練詞條存儲(chǔ)為第一個(gè)模板，第二次輸入的相同訓(xùn)練詞條存儲(chǔ)為第二個(gè)模板，希望每個(gè)詞條通過兩個(gè)較穩(wěn)健的模板來保持較高的識(shí)別性能。

綜上所述，本語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)采用了改進(jìn)端點(diǎn)檢測(cè)性能的FRED算法，12階Mel頻標(biāo)倒譜參數(shù)（MFCC）作為特征參數(shù)，使用雙模板訓(xùn)練識(shí)別策略。通過一系列測(cè)試，證明該系統(tǒng)對(duì)特定人的識(shí)別達(dá)到了很好的識(shí)別效果。

3.4 控制面板

為了能輸入字段號(hào)， 以便建立語(yǔ)音樣本，SPCE061A單片機(jī)擴(kuò)展了一個(gè)行列矩陣式非編碼鍵盤。鍵盤共有12個(gè)按鍵， 其中十個(gè)定義為：0～9 數(shù)字鍵，一個(gè)定義為：語(yǔ)音樣本建立鍵（TRN），一個(gè)定義為：語(yǔ)音樣本清除鍵（CLR ）。由于控制面板只在建立語(yǔ)音樣本時(shí)使用，為防止誤操作，應(yīng)將這12個(gè)按鍵用塑料外殼封閉起來。論文參考網(wǎng)。

3.5 操作指示電路

采用兩片數(shù)碼管和譯碼驅(qū)動(dòng)電路CC4558組成操作指示電路。在本系統(tǒng)中，操作指示電路的作用是：建立語(yǔ)音命令樣本時(shí)，用于顯示存入的字段號(hào)；語(yǔ)音命令識(shí)別時(shí)用于顯示識(shí)別結(jié)果及芯片識(shí)別結(jié)果的處理報(bào)告。

3.6 邏輯控制電路

整個(gè)邏輯控制電路如圖4 所示。SPCE061A單片機(jī)通過并行接口輸出識(shí)別結(jié)果，經(jīng)過邏輯控制電路進(jìn)行必要的譯碼后，用來控制后面的紅外發(fā)射裝置。

圖4　邏輯控制電路如圖4

3.7 遙控發(fā)射電路

紅外遙控發(fā)射器主要由三大部分組成：一是鍵盤矩陣，二是發(fā)射專用集成電路，三是放大驅(qū)動(dòng)和紅外線發(fā)射部分。該電路與電視機(jī)的特定型號(hào)有關(guān)，可以根據(jù)電視機(jī)品牌選用適當(dāng)?shù)膶Ｓ眉t外發(fā)射電路。論文參考網(wǎng)。需要說明的是：由于不同品牌電視機(jī)的紅外發(fā)射、接收電路各不相同，因此它只對(duì)兼容電視有效。

4、結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)不對(duì)彩電做任何改動(dòng)。在保留原有遙控功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制選臺(tái)，主要功能有：

開關(guān)電視：電視接通電源處于待命狀態(tài)，操作者發(fā)出“開機(jī)”命令，則打開電視機(jī)；操作者發(fā)出“關(guān)機(jī)”命令，則關(guān)掉電視機(jī)。

選臺(tái)功能：操作者想看某某電視臺(tái)的節(jié)目，只要發(fā)出“某某臺(tái)”的命令，電視機(jī)就自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到該臺(tái)。

識(shí)別主人功能：為防止誤操作，該系統(tǒng)只對(duì)事先錄入命令樣本的操作者語(yǔ)音敏感，其他人發(fā)出的命令包括電視伴音均無效。

其它功能：具有電視音量、畫面亮度調(diào)節(jié)等適合語(yǔ)音控制的功能。

由于采用了高性價(jià)比的SPCE061A這種語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)級(jí)芯片，并設(shè)計(jì)了科學(xué)的算法，本系統(tǒng)可靠性高，價(jià)格低廉，使用方便，具有較好的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

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篇(5)

關(guān)鍵詞 模擬集成電路 CAD 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002—7661（2012）21—0006—01

在當(dāng)今信息時(shí)代，微電子學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。集成電路（ Integrated Circuit， IC）作為微電子技術(shù)的核心，是整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)和信息社會(huì)最根本的技術(shù)基礎(chǔ)。發(fā)展IC產(chǎn)業(yè)對(duì)提高技術(shù)的創(chuàng)新基礎(chǔ)和競(jìng)爭(zhēng)能力具有非常重要的作用，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)防建設(shè)和人民文化生活等各方面都發(fā)揮著巨大的作用，也是一個(gè)國(guó)家參與國(guó)際化政治、經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。模擬集成電路是現(xiàn)實(shí)世界和數(shù)字化系統(tǒng)之間的橋梁，是現(xiàn)代信息化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。發(fā)展電子信息化，必須發(fā)展模擬IC技術(shù)。為了提高我國(guó)模擬IC電路的水平，不但要在產(chǎn)業(yè)化方面做出巨大的努力，還需培養(yǎng)出更多的高質(zhì)量人才。事實(shí)上，模擬集成電路設(shè)計(jì)是一個(gè)實(shí)踐性較強(qiáng)、實(shí)踐內(nèi)容多的微電子學(xué)專業(yè)的專業(yè)方向，因而在教學(xué)課程設(shè)置時(shí)不僅要努力加強(qiáng)理論教學(xué)，還需加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力?！赌M集成電路CAD》課程作為模擬集成電路設(shè)計(jì)方向的核心基礎(chǔ)課程，其教學(xué)的好壞關(guān)系到學(xué)生在模擬集成電路設(shè)計(jì)方面的發(fā)展前景。在此背景下，根據(jù)重慶郵電大學(xué)光電工程學(xué)院微電子學(xué)專業(yè)的實(shí)際情況，結(jié)合筆者多年集成電路實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)以及多年教學(xué)實(shí)踐，擬從以下幾個(gè)方面對(duì)《模擬集成電路CAD》課程的教學(xué)改革進(jìn)行探索。

一、理論教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生分析設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)

《模擬集成電路CAD》是模擬集成電路設(shè)計(jì)方向的一門核心基礎(chǔ)課，與其他電路基礎(chǔ)課一樣，具有承上啟下的作用。而模擬集成電路具有概念細(xì)節(jié)多、理論較抽象、工程特征突出、電路結(jié)構(gòu)多樣等特點(diǎn)，在學(xué)習(xí)中學(xué)生普遍反映較難學(xué)習(xí)。在設(shè)置授課內(nèi)容時(shí)，不僅要夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)和培養(yǎng)學(xué)生的分析與設(shè)計(jì)能力，還要盡量避免與《模擬CMOS集成電路》等課程的知識(shí)重復(fù)的問題。

根據(jù)教學(xué)大綱以及課程內(nèi)容設(shè)置原則，《模擬集成電路CAD》理論教學(xué)定為32學(xué)時(shí)，并將講授內(nèi)容分為以下幾部分：第一部分，MOS仿真模型及CMOS模擬集成電路CAD；第二部分，單元電路設(shè)計(jì)、仿真及分析；第三部分，偏置電路設(shè)計(jì)、仿真及分析；第四部，跨導(dǎo)放大器設(shè)計(jì)。在授課過程中，以簡(jiǎn)單CMOS模擬集成電路基本單元分析為主，復(fù)雜CMOS模擬集成電路分析為輔；以分析能力培養(yǎng)為主，設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)為輔；激勵(lì)學(xué)生CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)的興趣。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力為目標(biāo)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生建立起CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)流程的概念、熟練掌握各個(gè)環(huán)境的工具使用，能解決模擬集成電路設(shè)計(jì)仿真過程出現(xiàn)的問題，促使理論知識(shí)的理解和深化，因而設(shè)置合理的實(shí)驗(yàn)體系具有重要意義。同時(shí)，Cadence、Synopsys、Mentor等最主流集成電路設(shè)計(jì)工具廠商提供的EDA工具是目前集成電路設(shè)計(jì)公司最廣泛使用的工具。為了使學(xué)生在畢業(yè)后能很快適應(yīng)崗位、能盡快進(jìn)入角色，有必要使學(xué)生學(xué)習(xí)使用這類先進(jìn)的EDA工具，從而真正幫助學(xué)生掌握CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)。根據(jù)這一原則，《模擬集成電路CAD》實(shí)驗(yàn)教學(xué)定為32學(xué)時(shí)，并開設(shè)如下幾個(gè)實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)一，IC設(shè)計(jì)工具—Cadence的ADE與版圖大師等的使用；實(shí)驗(yàn)二，CMOS兩級(jí)運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)、版圖繪制與驗(yàn)證；實(shí)驗(yàn)三，CMOS帶隙基準(zhǔn)參考的設(shè)計(jì)、版圖繪制與驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)過程中，一人為一組，有利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考問題、解決問題的能力。

三、改革教學(xué)方法，豐富教學(xué)手段

教學(xué)內(nèi)容體系確定后，采用什么樣的教學(xué)方法與教學(xué)手段是非常重要的。采用有效的教學(xué)方法并結(jié)合先進(jìn)的教學(xué)手段，不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)的能動(dòng)性，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力，實(shí)現(xiàn)以教為中心到以學(xué)為中心的轉(zhuǎn)換，突出學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)性，從而獲得好的教學(xué)成果。

針對(duì)CMOS模擬集成電路具有概念細(xì)節(jié)多、理論較抽象、工程特征突出、電路結(jié)構(gòu)多樣等特點(diǎn)，在（下轉(zhuǎn)第10頁(yè)）（上接第6頁(yè)）教學(xué)手段上以多媒體教學(xué)為主，傳統(tǒng)黑板板書為輔，同時(shí)在課堂上以動(dòng)畫的形式展現(xiàn)當(dāng)前CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)趨勢(shì)及其技術(shù)特點(diǎn)，從而達(dá)到提高課堂教學(xué)質(zhì)量的目的。

四、考核方式的改革

考核是對(duì)學(xué)習(xí)的結(jié)果做出評(píng)估，是反映教學(xué)效果的手段。而課程開設(shè)能否達(dá)到既定的教學(xué)目標(biāo)，課程的考核方式有著比較重要的作用。傳統(tǒng)的考核方式為試卷筆試與平時(shí)成績(jī)結(jié)合的方式。針對(duì)《模擬CMOS集成電路》課程特點(diǎn)，考核方式作如下嘗試：結(jié)合課程的專業(yè)特點(diǎn)，采用提交論文和現(xiàn)場(chǎng)答辯相結(jié)合的考核方式。針對(duì)課程的重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)幾個(gè)課外小題目，讓學(xué)生通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，完成電路設(shè)計(jì)并撰寫小論文，從而增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立思考與實(shí)踐動(dòng)手能力。在每個(gè)題目完成后，教師要求學(xué)生在提交論文時(shí)做好答辯ppt，并利用專門時(shí)間進(jìn)行5分鐘左右的答辯，并接受教師和同學(xué)的提問。這樣可以引導(dǎo)學(xué)生更加重視實(shí)踐性環(huán)節(jié)，強(qiáng)化技能水平的提高。

教學(xué)過程是一個(gè)不斷探索、總結(jié)與創(chuàng)新的過程。要實(shí)現(xiàn)《模擬集成電路CAD》這門課的全面深入的改革，還有待與同仁一道共同努力。在今后的教學(xué)實(shí)踐中，筆者將加強(qiáng)與同行交流學(xué)習(xí)，進(jìn)一步完善教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實(shí)踐、教學(xué)方法、教學(xué)手段以及考核方式等，以期改善教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐世六.軍用微電子技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略思考[J].微電子學(xué)，2004，34（1）：l—6.

篇(6)

關(guān)鍵詞：異步轉(zhuǎn)移模式，用戶-網(wǎng)絡(luò)信令，適配

 

1．ATM介紹

ATM是一種基于信元的快速分組交換技術(shù)，CCITT指定ATM作為實(shí)現(xiàn)B-ISDN的技術(shù)基礎(chǔ)，ATM以信元為單位對(duì)各種信息進(jìn)行多路復(fù)用、傳輸、交換、處理，它不僅綜合了以往電路交換方式和分組交換方式的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也克服了電路交換方式網(wǎng)絡(luò)資源利用率低，分組交換方式信息時(shí)延大和抖動(dòng)的缺點(diǎn)。它可以把包括語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像（包括運(yùn)動(dòng)圖像）在內(nèi)的多媒體信息，進(jìn)行一元化的處理、加工、傳遞和交換，可大大提高網(wǎng)絡(luò)效率[1]。通過ATM，所有的業(yè)務(wù)類型都可以在同一網(wǎng)絡(luò)上傳送，因?yàn)锳TM可以把各種應(yīng)用適配成信元傳送，它被認(rèn)為是目前已知的一種最適合于寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN）的交換方式。

2．ATM的用戶－網(wǎng)絡(luò)（UNI）信令

UNI信令運(yùn)行于信令A(yù)AL（SAAL）之上，SAAL把高層的信令協(xié)議所定義的用于ATM網(wǎng)絡(luò)呼叫/連接控制的消息處理成ATM信元并可靠的傳輸?shù)経NI兩側(cè)。SAAL是AAL5公共匯聚部分（CPCS）和分段重組（SAR）子層加上包括SSCOP和SSCF的業(yè)務(wù)特定部分（SSCS）所構(gòu)成。Q.2931協(xié)議通過業(yè)務(wù)接入點(diǎn)（SAAL-SAP）可以訪問SAAL的所有功能。論文大全。SSCF完成AAL原語(yǔ)到SSCF與SSCOP之間交換信號(hào)的映射，起著協(xié)調(diào)Q.2931信令所需請(qǐng)求與SSCOP所提供服務(wù)的作用。論文大全。ATM的UNI信令協(xié)議層如圖1所示[2-4]。

圖1：ATM的UNI信令協(xié)議層

SSCOP將從Q.2931層接收到可變長(zhǎng)度的信令消息，形成協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），將其傳送到對(duì)等層SSCOP。SSCOP層的功能包括序列完整性保證、重傳校錯(cuò)、流量控制、保持激活、鏈接管理、數(shù)據(jù)傳輸、協(xié)議控制信息（PCI）差錯(cuò)檢測(cè)、狀態(tài)報(bào)告等。

CPCS將SSCOP協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）作為其PDU凈荷加上8字節(jié)的CPCS-PDU尾形成CPCS-PDU。SAR子層僅將CPCS-PDU劃分成48字節(jié)長(zhǎng)的SAR-PDU，在ATM層將48字節(jié)的SAR-PDU作為ATM-SDU加上5字節(jié)的ATM信元頭形成53字節(jié)的ATM信元。論文大全。

3. 硬件器件選擇及功能

硬件平臺(tái)的中央處理器采用嵌入式PC104模塊，集成了486以上的低功耗CPU，模塊上設(shè)置了以太網(wǎng)網(wǎng)卡，用于連接網(wǎng)管中心計(jì)算機(jī)，CPU上的操作系統(tǒng)為以VxWorks為核心的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)Tornado。

此硬件平臺(tái)的AAL5適配規(guī)范由TranSwitch公司的SARA-S和SARA-R完成，SARA-S將信息數(shù)據(jù)分段成AAL5的ATM信元，SARA-R完成逆過程，即將AAL5信元重新組裝成信息數(shù)據(jù)?？偩€交換芯片為Cubit-Pro，根據(jù)信元頭的VPI和VCI實(shí)現(xiàn)信元的交換，完成CellBus總線的仲裁和信元的復(fù)接/分接功能，通過控制口發(fā)送信令和網(wǎng)管的控制信元。兩片SARA芯片與Cubit的連接都是通過UTOPIA接口實(shí)現(xiàn)的，由于SARA芯片沒有提供標(biāo)準(zhǔn)的UTOPIA接口，還需要借助FPGA實(shí)現(xiàn)SARA一側(cè)的UTOPIA接口連接。

圖2：ATM信令及網(wǎng)管硬件平臺(tái)總體框圖

4．工作流程描述

CPU要發(fā)送信令信息或者發(fā)送網(wǎng)管中心的網(wǎng)管信息時(shí)，需要先將此信息放在待分段數(shù)據(jù)緩存雙端口RAM中排隊(duì)，并建立與數(shù)據(jù)相關(guān)的隊(duì)列指針列表，用于指示數(shù)據(jù)的讀取狀態(tài)。SARA-S將根據(jù)指針隊(duì)列讀取待分段的數(shù)據(jù)，進(jìn)行AAL5的分段，同時(shí)更新指針隊(duì)列，將已經(jīng)讀取分段的數(shù)據(jù)標(biāo)記為已經(jīng)完成以釋放緩存空間給CPU側(cè)，分段后的AAL5信元通過UTOPIA接給Cubit-Pro芯片，Cubit-Pro根據(jù)信元頭通過CellBus總線轉(zhuǎn)發(fā)給其它的交換節(jié)點(diǎn)單元模塊。

反過來，當(dāng)其它交換節(jié)點(diǎn)單元模塊需要報(bào)告網(wǎng)管信息或者發(fā)送信令時(shí)，需要將網(wǎng)管或者信令數(shù)據(jù)以信元的格式放在CellBus總線上，Cubit以控制口接收，然后通過UTOPIA接口傳給SARA-R重裝恢復(fù)成原始的數(shù)據(jù)，SARA-R每重裝完成一個(gè)信元都要將數(shù)據(jù)放在重裝完成數(shù)據(jù)緩存雙端口RAM中進(jìn)行排隊(duì)，同時(shí)填寫與數(shù)據(jù)相關(guān)的隊(duì)列指針列表，CPU根據(jù)指針讀取已經(jīng)重裝的數(shù)據(jù)同時(shí)更新指針隊(duì)列，將已經(jīng)讀取的數(shù)據(jù)標(biāo)記以釋放緩存空間給SARA-R側(cè)[5-6]。

整個(gè)硬件平臺(tái)的總體框圖和工作流程如圖2所示。

5．結(jié)論

本硬件平臺(tái)可以作為ATM交換機(jī)的中央控制板，接收來自網(wǎng)管的命令，并向網(wǎng)管中心報(bào)告信息，同時(shí)在CPU上運(yùn)行信令程序，在ATM交換機(jī)中處于核心地位。

參考文獻(xiàn)

[1]張宏科，裘正定，ATM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，電子工業(yè)出版社，1996年9月

[2]ITU-Trecommendation I.321(1991),B-ISDN protocolreference model and its application[S].

[3]ITU-Trecommendation I.732(1996),Functionalcharacteristics of ATM equipment[S].

[4]The ATM Form. ATM User-network InterfaceSpecification V3.1.May 1995.

[5]TranSwitch Corporation. SARA Chipset TechnicalManual.1995

[6]TranSwitch Corporation.CUBIT Device CellBusSwitch Data Sheet.Edition 4.1996

篇(7)

關(guān)鍵詞：散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) SVG

引言：

SVG是當(dāng)今最先進(jìn)的無功補(bǔ)償裝置，能對(duì)動(dòng)態(tài)無功負(fù)荷的功率因數(shù)校正；改善電壓調(diào)整；提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，阻尼功率振蕩；降低過電壓；減少電壓閃爍；減少電壓和電流的不平衡。

SVG裝置作為電力電子綜合應(yīng)用的大型設(shè)備，擁有復(fù)雜的電氣、電子、控制系統(tǒng)，同時(shí)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接影響設(shè)備性能的好壞。大功率、小型化、輕型化是未來SVG的發(fā)展方向。在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相似的情況下，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將成為SVG生產(chǎn)商提高競(jìng)爭(zhēng)力的主要因素。國(guó)內(nèi)廠商在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的研究與在電力電子應(yīng)用、控制策略、主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面的研究，相比之下，前者比后者相對(duì)滯后。雖然各廠家也致力于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，但未引起足夠重視，缺乏相關(guān)的理論研究。針對(duì)這種現(xiàn)狀，論文著重介紹了SVG功率器件的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常規(guī)思路和案例介紹。

論文以SVG結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例為主線，首先介紹了SVG的一次工作原理以及主要器件；

接著對(duì)SVG主要發(fā)熱器件的功率模塊部分通過軟件進(jìn)行熱分析及損耗的確定；最后對(duì)SVG的功率單元部分的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟和方法進(jìn)行介紹。

一、SVG工作原理

SVG(靜止無功發(fā)生器)又稱靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM/DSTATCOM），SVG的基本原理就是將自換相的橋式電路通過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或發(fā)出滿足要求的無功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

由于SVG通過電力半導(dǎo)體開關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，就像一個(gè)電壓型逆變器，只不過其交流側(cè)輸出接的不是無源負(fù)載，而是電網(wǎng)。因此SVG可以等效地被視為幅值和相位均可以控制的一個(gè)與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源。它通過交流電抗器接到電網(wǎng)上。

SVG一次工作原理圖

二、熱分析和散熱設(shè)計(jì)

1).SVG的發(fā)熱部件主要是兩部分：

一是連接電抗器，二是功率單元模塊。本次文章主要就功率模塊部分的散熱設(shè)計(jì)來展開介紹。IGBT是功率單元模塊的主要發(fā)熱器件，通常其PN 結(jié)不得超過25℃，封裝外殼不得超過85℃。有研究表明，當(dāng)元器件的溫度波動(dòng)超過±20℃的時(shí)候，其失效率會(huì)增加8 倍。所以功率器件的散熱設(shè)計(jì)關(guān)乎到整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行安全。

2).以下以650A功率單元的散熱設(shè)計(jì)為例：

功率模塊單元的發(fā)熱量計(jì)算：IGBT損耗包括通態(tài)損耗和開關(guān)損耗。根據(jù)IGBT廠家提供的損耗計(jì)算軟件以及人工公式計(jì)算綜合比較得出單個(gè)模塊損耗約為3.3Kw。受結(jié)構(gòu)尺寸要求散熱器尺寸不能超過265mmx285mmx110mm，這樣的尺寸要求散熱器如果還是采用常規(guī)的工藝是很難滿足散熱要求的。為提高散散熱器的均溫性以及整體的散熱效率，散熱器設(shè)計(jì)如下圖在散熱器的基板上埋設(shè)了12根熱管。按散熱器表面模仿提供恒定2.8Kw熱源，進(jìn)風(fēng)風(fēng)速以3.5m/s;4m/s;4.5m/s; 5m/s 為輸入條件進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)。測(cè)試數(shù)據(jù)如下：

按環(huán)境溫度為40℃，IGBT允許最高殼溫85℃所以以上三種風(fēng)速情況下均能滿足運(yùn)行要求。

根據(jù)以上功率單元的散熱要求來進(jìn)行柜體的整體散熱設(shè)計(jì)。功率單元柜包含了36個(gè)功率單元即每相為12級(jí)串聯(lián)方式。我司柜體均采用的是抽風(fēng)的方式對(duì)功率模塊的散熱器進(jìn)行散熱，常用的幾種柜體結(jié)構(gòu)方式分別為前進(jìn)風(fēng)頂部出風(fēng)；后進(jìn)風(fēng)頂部出風(fēng)以及前后進(jìn)風(fēng)柜頂出風(fēng)的方式。

而此次650A功率單元考慮到總體空間尺寸的要求柜體采用了結(jié)構(gòu)更緊湊的前、后進(jìn)風(fēng)方式，即柜前柜后均安裝功率單元模塊而在柜體的中部形成風(fēng)腔，柜頂安裝風(fēng)機(jī)整體抽風(fēng)的方式。整個(gè)650A功率模塊柜分為6個(gè)小柜體，每個(gè)小柜安裝6個(gè)功率單元，每個(gè)小柜都做到結(jié)構(gòu)一致可以完全互換。而每個(gè)小柜的散熱風(fēng)機(jī)選擇則是根據(jù)功率模塊散熱的風(fēng)量要求以及散熱器的壓降情況，同時(shí)結(jié)合柜體整體風(fēng)壓損失整體考慮選擇風(fēng)機(jī)。考慮到長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行我司最后選擇了德國(guó)進(jìn)口施樂百風(fēng)機(jī)（RH50E-4DK.6K.1R.1R）具體建模及仿真結(jié)果如下圖：

柜體截面各處風(fēng)速情況仿真

柜體截面各處風(fēng)壓情況仿真

結(jié)合仿真結(jié)果與我司實(shí)際的測(cè)試情況，每個(gè)功率模塊的進(jìn)風(fēng)風(fēng)速均能達(dá)到5.0m/s以上，略低于軟件的仿真結(jié)果。（這與柜體的裝配工藝導(dǎo)致的柜體漏風(fēng)情況有很大關(guān)系）通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該650A功率模塊散熱完全滿足要求，能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。