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线束测试仪硬件电路设计参考

线束测试仪硬件电路设计参考
线束测试仪硬件电路设计参考

电路设计

测试仪按照内部实现的功能原理可分为5个单元,包括主控CPU及外围电路单元、CAN通信接口单元、测试激励单元、测试通道切换单元、测量单元,如下图:

图1测试仪电路结构图

如图中线框内所示为测试仪结构,CAN总线可连接上位机与测试仪通信,外部的电缆网络上标准的电缆接口通过1.2米长的转接线缆与测试仪接口的针点一一对应。

测试仪各结构单元细分功能如下:

1)主控CPU系统单元

该单元是线缆测试仪的核心,主要完成各项功能测试、过程控制、测试数据采集处理及存储、与上位机通信并上传测试数据等。

2)CAN通信接口单元

该单元实现CAN总线数据收发功能。

3)测试激励单元

该单元提供各项功能测试的激励,包括9V及以下低压激励源、20VDC-2000VDC激励源、交流100~800V AC、低压交流等激励源。

4)测试通道切换单元

该单元负责将需要测试的线缆通道接入测试回路。

5)测量电路单元

该单元主要负责实现电压信号的获取、调理、AD采样等,包括导通、绝缘、耐压和电容几种测试电路,主控CPU根据当前的测试模式将相应的测试电路接入测试回路。

1.1.1.1主控单元

主控单元以TI公司DSP TMS320F2812为主控芯片,当接收到来自上位机的各种测试命令和数据后,开启相应的测试项目,负责完成测试电路的过程控制、测试数据的采集、处理、分析、存储、上传等功能。其最小系统主要包括供电电路设计、时钟电路、复位电路、存储电路、FPGA电路、以及其它一些功能电路等。

本方案所选主系统控制芯片为TMS320F2812,它是TI(Texas Instruments)推出的一款面向工业控制应用的高性能定点数字信号处理器。TMS320F2812基于高性能的32位CPU,主频最高可达150MHZ,除了具备强大的运算能力外,片内还继承了丰富的外设模块,便于构成高性能的工业测控系统。TMS320F281x除了具有其他DSP芯片所具有的的强大运算能力和实时响应能力外,片内还集成了大容量的Flash存储器和高速RAM,并提供了许多实用与控制系统的片内外设和接口,如A/D转换模块、串行外设几颗接口SPI和SCI、增强型控制局域网接口等。

图2TMS320F2812最小系统

本方案采用的扩展控制芯片主要为EP2C5T144C8,用于对负责通道切换的继电器进行

逻辑控制。它是Altera公司推出的CycloneⅡFPGA。Cyclone Ⅱ芯片制造使用90nm工艺,1.2v内核供电,属于低成本FPGA,Cyclone II FPGA的成本比第一代Cyclone器件低30%,逻辑容量大了三倍多,可满足应用需求。

图3扩展控制原理图

1.1.1.2CAN通讯接口单元

本系统采用的主控芯片支持增强型CAN(eCAN)通信,其接口与CAN2.0B标准接口完全兼容。

图4eCAN总线模块功能框图

eCAN通信缩短了通信时间,减少了通信时DSP资源开销,误码率低,能很好的解决与上位机的通信问题。另外DSP的CAN总线模块作为总线结点,还需要在模块处理器和和总线间增加电平转换和隔离电路,以确保正确的通信数据收发。

CAN接口电路原理图如下:

图5CAN通讯接口图

1.1.1.3测试激励单元

激励源设计主要包括导通测试激励源、低压绝缘测试激励源、电容测试激励源、20VDC-2000VDC绝缘测试激励源以及100~800V AC交流耐压测试激励源。其中,导通测试激励源和低压绝缘测试激励源使用<9V的低压三端线性稳压器完成;电容测试激励源由FPGA模块产生一定频率的正弦波(如400HZ)再经过电压跟随器提高驱动能力后提供。20VDC-2000VDC、100~800V AC 50~60HZ,采用程控电源设计。

1)20VDC-2000VDC程控电源

电源模块通过采购市面成熟的工业级引线式高压电源模块,其主要的性能指标如下:

a)输入电压12VDC/24VDC

b)输出高达2000VDC

c)电压稳定度≤0.1%

d)负载稳定度≤0.5%

e)时漂/小时≤0.05%

f)温漂/℃≤0.05%

其对输出电压的控制有一个控制端,如控制端输入0-5V对应输出20VDC-2000VDC 电压。为避免电压突变带来的电磁干扰和对电子元器件可靠性的破坏,增加防浪涌的RC 吸收电路并对电压的上升过程采取适当的步进控制。为进一步提高电源模块的输出精确度,系统对模块进行二次开发,对系统输出电压做监控并实时调整。模块自身带有限流式保护设计,确保使用过程中的安全。可以满足系统需求。

2)100~800V AC 50~60HZ程控电源

高压交流电源模块是基于STM32芯片DAC模块输出的设计,输出一个50~60HZ的低压正弦信号,通过功率放大电路进行功率放大,并经工频变压器升压,对应最大输出电压可达700V AC,并已在其他项目中取得验证,通过电路中的低压正弦信号的控制,可以对应输出100~800V AC。为避免电压突变带来的电磁干扰和对电子元器件可靠性的破坏,增加防浪涌的RC吸收电路并对电压的上升过程采取适当的步进控制,电压稳定后关闭RC 吸收电路以避免测量误差。另采用限流式保护设计,确保使用过程中的安全。可以满足客户的需求。

针对高压激励源的输出,为了提高输出精度特别制作了高压电源板。高压电源板整合了交直流高压,针对输出做一路回馈采集,通过信号采集调理可以计算出实际输出的电压

值。根据计算出实际输出电压值和设定值比较,自适应地去调整电源输出,使其无线逼近于设定值,并与主控板通信。如此以来可以大幅提高绝缘耐压测试结果的精度。

电源板直流输出采样图

1.1.1.4测试通道切换单元

系统测试需求的测试总点数为1024点,单台测试仪总点数为512点,使用两台测试仪联机组成1024点的测试。由于测试中使用到20VDC-2000VDC以及100~800V AC,所以选用的开关器件工作电压需要大于等于2000VDC和800V AC。通常的模拟开关和普通继电器都无法满足该测试条件,需要选用2000V以上的高压继电器。

单台测试仪通道切换原理如下图:

图6通道切换电路示意图

如图所示,Ai和Bi分别为A组和B组继电器阵列与测试回路的公共端。当线缆测试时,线缆两端需要一端接入公共端Ai,另一端接入公共端Bi。

为实现1024点的联机测试,需将两台的公共端进行连接,采用主从机模式,从机只做开关切换,同时主从机可进行互换。双机联机时的通道切换原理如下:

测试仪1测量测试仪2测量

联机通道切换原理图

测试时将待测线缆两端接入任意两个测试针点形成测试回路,如下选取PIN 1点和

3

如图,PIN 1和PIN 3 每个点对应2个继电器,可以称其主继电器和从继电器,分别与Vstim和VTest相连。当上位机下发测试数据测试1 和3 时,PIN 1的主继电器闭合,PIN 3的从继电器闭合,信号回路建立为VStim - PIN_1 –外部Rx –PIN_3 –VTest;当上位机下发测数据测试 3 和1时,PIN 1的从继电器闭合,PIN 3的主继电器闭合,信

号回路建立VStim - PIN_3 –外部Rx –PIN_1 –VTest。VStim对应激励源,VTest对应参考电阻档位测试端。

继电器作为整个通道单元切换电路的核心,其选型至关重要。根据市场调研,由于固态继电器耐压只能达到1500V,而本系统输出电压最高为2000V,故本系统不选择固态继电器而选择耐压性能更高的干簧继电器。本方案继电器选择上海斯丹麦德电子有限公司负责销售提供的meder electronic LI05-1A85和HE05-1A83两款继电器。其中,HE05-1A83切换电压达到DC or Peak AC 7500V,耐压达到10000V,主要用于直流高压源的控制开关,支持带电切换2000V;LI05-1A85切换电压支持DC or Peak AC 1000V,耐压达到2500V,可用作建立测试通道,不支持带电切换2000V。

由于HE05-1A83的体积约超LI05-1A85两倍,继电器体积过大将会导致测试仪整体体积过大,因此本方案选择以HE05-1A83控制激励源通断电,以LI05-1A85选择通道的方式进行控制。两款继电器工作示意如下图所示:

LI05-1A85

3)闭合HE05-1A83继电器,通电测量。

二款继电器主要参数如下:

表1HE05-1A83高压继电器主要参数

图10 测量电路示意图

可以考虑更换被测电阻与限流电阻的顺序,有利于使用万用表校准被测两针点间

的电压,以避免现有情况限流电阻和万用表内阻造成的压降。

如图,Vstim为测试激励源,R1为限流电阻,Rx为假想的等效导通电阻或绝缘阻抗,Rf为高精度的参考电阻(多档位可选)。Ai和Bi如通道切换中提到为继电器阵列的两个公共端,通过Ai和Bi可以选择接通1024点中的任意两个测试点。

测量电路的原理建立在高精度参考电阻的电压采样的基础上。当采集Bi端点的电压时,Bi处的电压信号通过高精度、低漂移的低功耗仪表运算放大器进行调理,调理后的信号送入DSP内部高速ADC模块做信号采集、处理和分析。ADC模块通道输入电压的范围为0-3V,为避免电压过大造成损坏,在每个通道放置一颗钳位二极管构成保护。当DSP 分析出电压过大或过小时,可以程序自动切换Rf(多档位可选),信号再通过运放调理供DSP内部ADC采样。

参考电阻是测试回路上极为重要的元件,直接关乎测试取样电压的精准度。为此本方案选取的参考电阻均为RJ24金属膜电阻器,0.25W 0.1%精度,金属膜电阻温度系数小,精度高,低噪声,高频性能好。使用环境温度:-55℃~+155℃,本体颜色为天蓝色,用于电路的限流或分压,温漂25PPM,性能稳定。

下图示意的为参考的档位设计图,示意图选取了5个档位分别为0.1Ω、25Ω、1KΩ、50KΩ、100KΩ,每一个测试项都会有一个初始化的默认档位测试,当接入量程内不同阻值的电阻时,系统会自动根据测试需要判断是否需要换挡,以实现自动化的最佳测试。配用的继电器为低压的欧姆龙G5V-1。

图11档位设计图

运放主要是为了将参考电阻上的电压信号根据需要放大固定倍数给ADC采样处理和分析,运放的指标直接关系计算精度,其选型极为重要。本方案选用的运放为INA128,它是一款低功耗、高精度的通用仪表放大器。INA128使用激光进行修正微调,具有高输

入阻抗、非常低的偏置电压、低温度漂移和高共模抑制,内部输入保护能够经受±40V电压而无损坏。

INA128提供标准的工业增益等式,可以单个外部电阻实现从1至10000的任一增益选择。

INA128:G = 1 + 50KΩ/ Rg

Rg为引脚1和引脚8之间外接的一个电阻,可对增益进行控制。下图示意的为ADC 采样通道的运放调理电路,通过INA128_G1与INA128_G2的切换,选择不同的Rg,分别放大26倍和251倍供ADC采样。

前期采用的INA128都为DIP插件封装,后期可以考虑使用SOP封装,减小布板面积,提升工艺。

图12运放参考电路

当测试交流耐压或电容测试时,交流电压信号通过AD736 RMS-TO-DC芯片转换后,信号再经运放调理供DSP内部ADC采样。

实际的调试发现,AD8027针对DC放大的精度并不理想,需要更换成INA128,也可以考虑贴片的。

图13交流采样示意图

1.1.1.6导通测试原理

图14导通测试原理图

导通测试采用二线法进行测试,如图所示,Vstim为导通测试激励源,R1为已知的限流电阻,Rx为假想的接入测试网络被测线缆未知待测的等效电阻,Rf为已知的参考电阻(档位可选)。通过选用高精度、低漂移的仪表运放,对Rf两端的的电压信号Uf做适当

调理,送ADC采样供DSP主控芯片处理,经过校准算法后可准确测得电压Uf。同理,经过类似处理后可准确测得Rx两端电压Ux。由简单的欧姆定律得

If = Uf / Rf

Ix = Ux / Rx

由If = Ix可推导出Rx = ( Ux / Vf) * Rf

由于Ux采样的为Rx两端的真实电压,计算出的If为流经Rx的真实电流,故此方法的测试精度比较高。

关于电阻测试的二线法测试和四线法测试,如下图所示:

图15二线法测试原理图

图16四线法测试原理

四线法比二线法的优势就是排除了接线电阻的误差,但接线更多;而二线法存在接线电阻,但通过校准补偿可大大减小误差,且二线法接线少,可靠性和稳定性更高。

二线法的校准补偿可在设备出厂时或使用过程中,将对外接口短接,测出设备内阻,并在导通测试中将内阻进行补偿。通过精确测量以及内阻补偿,可大大提高二线法的测量精度,可以满足设计测试量程0.1Ω~10MΩ、测试精度±5%的要求。

1.1.1.7绝缘测试原理

图17绝缘测试原理图

如图所示,绝缘测试大致的原理与导通测试相同,R1为限流电阻,Rx等效为待测线缆对其它线缆的绝缘电阻,Rf为参考电阻(多档位可选)。考虑到绝缘电阻值通常比较大,无法直接对Rx两端的电压进行ADC取样,只能采样出Uf的电压。经过推导,Rx可以采用公式Rx = ( Vstim * Rf ) / Vf - ( R1 + Rf)。实际绝缘测试时,Rf通常可以忽略不计。

绝缘测试直流加压稳定后的保持时间可以通过上位机软件进行设置。过了保持时间后开始连续采样转换,如采样转换30次求平均。

当进行高压测试模式时,激励源Vstim电压为20VDC-2000VDC,通过设计验证,可以满足测试量程50KΩ–2GΩ。(主要验证的为1000VDC,测试范围50 KΩ–5GΩ)

1.1.1.8耐压测试原理

耐压测试只针对高压测试模式,激励源电压为100~800V AC 50~60HZ。耐压测试原理整体与高压绝缘测试一致,R1为限流电阻,Rx等效为待测线缆对其它线缆的等效阻抗(容抗),Rf为参考电阻(多档位可选)。交流电压信号Uf通过AC/DC转换,交流电压有效值转换为DC信号,通过高精度运放调理以后,ADC采样送到主控芯片处理。耐压测试结果体现在漏电流,即计算出电流If = Vf / Rf即可。

耐压测试交流加压稳定后的保持时间可以通过上位机软件进行设置。过了保持时间后开始连续采样转换,如采样转换30次求平均。

通过设计和验证,漏电流可以实现量程0.1mA –8mA(即支持漏电流阈值设置0.1mA –8mA)。(8mA待确认)

1.1.1.9电容测试原理

电容测试主要用于电容器及线缆屏蔽电容的容量测试。其设计思想是首先利用一定频率(如400Hz)的正弦波信号将被测量电容量Cx变成容抗Xc,Xc=1/(2πfCx),然后进行C / V转换,把Xc转换成交流信号电压,再经过AC / DC转换期取出平均值电压V0,送至A/D转换器。由于平均值电压V0∝Cx,只要适当调节电路参数,即可直读电容量。容抗法测电容的优点是能自动调零,缩短了测量时间。

电容测试原理如下图:

图18电容测试原理图

图19

硬件电路设计过程经验分享 (1)

献给那些刚开始或即将开始设计硬件电路的人。时光飞逝,离俺最初画第一块电路已有3年。刚刚开始接触电路板的时候,与你一样,俺充满了疑惑同时又带着些兴奋。在网上许多关于硬件电路的经验、知识让人目不暇接。像信号完整性,EMI,PS设计准会把你搞晕。别急,一切要慢慢来。 1)总体思路。 设计硬件电路,大的框架和架构要搞清楚,但要做到这一点还真不容易。有些大框架也许自己的老板、老师已经想好,自己只是把思路具体实现;但也有些要自己设计框架的,那就要搞清楚要实现什么功能,然后找找有否能实现同样或相似功能的参考电路板(要懂得尽量利用他人的成果,越是有经验的工程师越会懂得借鉴他人的成果)。 2)理解电路。 如果你找到了的参考设计,那么恭喜你,你可以节约很多时间了(包括前期设计和后期调试)。马上就copy?NO,还是先看懂理解了再说,一方面能提高我们的电路理解能力,而且能避免设计中的错误。 3)没有找到参考设计? 没关系。先确定大IC芯片,找datasheet,看其关键参数是否符合自己的要求,哪些才是自己需要的关键参数,以及能否看懂这些关键参数,都是硬件工程师的能力的体现,这也需要长期地慢慢地积累。这期间,要善于提问,因为自己不懂的东西,别人往往一句话就能点醒你,尤其是硬件设计。 4)硬件电路设计主要是三个部分,原理图,pcb,物料清单(BOM)表。 原理图设计就是将前面的思路转化为电路原理图。它很像我们教科书上的电路图。

pcb涉及到实际的电路板,它根据原理图转化而来的网表(网表是沟通原理图和pcb之间的桥梁),而将具体的元器件的封装放置(布局)在电路板上,然后根据飞线(也叫预拉线)连接其电信号(布线)。完成了pcb布局布线后,要用到哪些元器件应该有所归纳,所以我们将用到BOM表。 5)用什么工具? Protel,也就是altimuml容易上手,在国内也比较流行,应付一般的工作已经足够,适合初入门的设计者使用。 6)to be continued...... 其实无论用简单的protel或者复杂的cadence工具,硬件设计大环节是一样的(protel上的操作类似windwos,是post-command型的;而cadence的产品concept&allegro是pre-command型的,用惯了protel,突然转向cadence的工具,会不习惯就是这个原因)。设计大环节都要有1)原理图设计。2)pcb设计。3)制作BOM 表。现在简要谈一下设计流程(步骤): 1)原理图库建立。要将一个新元件摆放在原理图上,我们必须得建立改元件的库。库中主要定义了该新元件的管脚定义及其属性,并且以具体的图形形式来代表(我们常常看到的是一个矩形(代表其IC BODY),周围许多短线(代表IC管脚))。protel创建库及其简单,而且因为用的人多,许多元件都能找到现成的库,这一点对使用者极为方便。应搞清楚ic body,ic pins,input pin,output pin,analog pin,digital pin,power pin等区别。 2)有了充足的库之后,就可以在原理图上画图了,按照datasheet和系统设计的要

超声波测距仪硬件电路的设计

超声波测距仪电路设计实验报告 轮机系楼宇071 周钰泉2007212117 实验目的:了解超声波测距仪的原理,掌握焊接方法,掌握电路串接方法,熟悉电路元件。 实验设备及器材:电烙铁,锡线,电路元件 实验步骤:1,学习keil软件编写程序2、焊接电路板3、运行调试 超声波测距程序: #include unsigned char code dispbitcode[]={0x31,0x32,0x34,0x38,0x30,0x30, 0x30,0x30}; unsigned char code dispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x77,0x7c,0x 39}; unsigned char dispbuf[8]={10,10,10,10,10,10,0,0}; unsigned char dispcount; unsigned char getdata; unsigned int temp; unsigned int temp1;

unsigned char i; sbit ST=P3^0; sbit OE=P3^1; sbit EOC=P3^4; sbit CLK=P3^5; sbit M1=P3^6; sbit M2=P3^7; sbit SPK=P2^6; sbit LA=P3^3; sbit LB=P3^2; sbit LC=P2^7; sbit K1=P2^4; sbit K2=P2^5; bit wd; bit yw; bit shuid; bit shuig; unsigned int cnta; unsigned int cntb; bit alarmflag; void delay10ms(void) { unsigned char i,j; for(i=20;i>0;i--) for(j=248;j>0;j--); } void main(void) { M1=0; M2=0; yw=1; wd=0; SPK=0; ST=0; OE=0; TMOD=0x12; TH0=0x216; TL0=0x216; TH1=(65536-500)/256; TL1=(65536-500)%256; TR1=1; TR0=1; ET0=1; ET1=1; EA=1; ST=1; ST=0; while(1) { if(K1==0) { delay10ms(); if(K1==0) { yw=1; wd=0; } } else if(K2==0) { delay10ms(); if(K2==0) { wd=1; yw=0; } } else if(LC==1) { delay10ms(); if(LC==1) { M1=0; M2=1; temp1=13; shuid=0; shuig=1; LB=0; } } else if((LC==0) && (LB==1)) { delay10ms(); if((LC==0) && (LB==1)) { M1=0; M2=0; temp1=12; shuig=0; shuid=0; LB=0; }

硬件电路设计基础知识

硬件电子电路基础

第一章半导体器件 §1-1 半导体基础知识 一、什么是半导体 半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。(导电能力即电导率)(如:硅Si 锗Ge等+4价元素以及化合物)

二、半导体的导电特性 本征半导体――纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗的共价键结构。(略) 1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化 ?掺杂──管子 ?温度──热敏元件 ?光照──光敏元件等 2、半导体中的两种载流子──自由电子和空穴 ?自由电子──受束缚的电子(-) ?空穴──电子跳走以后留下的坑(+) 三、杂质半导体──N型、P型 (前讲)掺杂可以显著地改变半导体的导电特性,从而制造出杂质半导体。 ?N型半导体(自由电子多) 掺杂为+5价元素。如:磷;砷P──+5价使自由电子大大增加原理:Si──+4价P与Si形成共价键后多余了一个电子。 载流子组成: o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由P提供的自由电子──数量多。 o空穴──少子 o自由电子──多子 ?P型半导体(空穴多) 掺杂为+3价元素。如:硼;铝使空穴大大增加 原理:Si──+4价B与Si形成共价键后多余了一个空穴。 B──+3价 载流子组成:

o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由B提供的空穴──数量多。 o空穴──多子 o自由电子──少子 结论:N型半导体中的多数载流子为自由电子; P型半导体中的多数载流子为空穴。 §1-2 PN结 一、PN结的基本原理 1、什么是PN结 将一块P型半导体和一块N型半导体紧密第结合在一起时,交界面两侧的那部分区域。 2、PN结的结构 分界面上的情况: P区:空穴多 N区:自由电子多 扩散运动: 多的往少的那去,并被复合掉。留下了正、负离子。 (正、负离子不能移动) 留下了一个正、负离子区──耗尽区。 由正、负离子区形成了一个内建电场(即势垒高度)。 方向:N--> P 大小:与材料和温度有关。(很小,约零点几伏)

硬件电路设计具体详解

2系统方案设计 2.1 数字示波器的工作原理 图2.1 数字示波器显示原理 数字示波器的工作原理可以用图2.1 来描述,当输入被测信号从无源探头进入到数字示波器,首先通过的是示波器的信号调理模块,由于后续的A/D模数转换器对其测量电压有一个规定的量程范围,所以,示波器的信号调理模块就是负责对输入信号的预先处理,通过放大器放大或者通过衰减网络衰减到一定合适的幅度,然后才进入A/D转换器。在这一阶段,微控制器可设置放大和衰减的倍数来让用户选择调整信号的幅度和位置范围。 在A/D采样模块阶段,信号实时在离散点采样,采样位置的信号电压转换为数字值,而这些数字值成为采样点。该处理过程称为信号数字化。A/D采样的采样时钟决定了ADC采样的频度。该速率被称为采样速率,表示为样值每秒(S/s)。A/D模数转换器最终将输入信号转换为二进制数据,传送给捕获存储区。 因为处理器的速度跟不上高速A/D模数转换器的转换速度,所以在两者之间需要添加一个高速缓存,明显,这里捕获存储区就是充当高速缓存的角色。来自ADC的采样点存储在捕获存储区,叫做波形点。几个采样点可以组成一个波形点,波形点共同组成一条波形记录,创建一条波形记录的波形点的数量称为记录长度。捕获存储区内部还应包括一个触发系统,触发系统决定记录的起始和终止点。 被测的模拟信号在显示之前要通过微处理器的处理,微处理器处理信号,包括获取信号的电压峰峰值、有效值、周期、频率、上升时间、相位、延迟、占空比、均方值等信息,然后调整显示运行。最后,信号通过显示器的显存显示在屏幕上。 2.2 数字示波器的重要技术指标 (1)频带宽度 当示波器输入不同频率的等幅正弦信号时,屏幕上显示的信号幅度下降3dB 所对应的输入信号上、下限频率之差,称为示波器的频带宽度,单位为MHz或GHz。

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硬件电子电路基础

第一章半导体器件 §1-1 半导体基础知识一、什么是半导体

半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。(导电能力即电导率)(如:硅Si 锗Ge等+4价元素以及化合物) 二、半导体的导电特性 本征半导体――纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗的共价键结构。(略) 1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化 掺杂──管子 温度──热敏元件 光照──光敏元件等 2、半导体中的两种载流子──自由电子和空穴 自由电子──受束缚的电子(-) 空穴──电子跳走以后留下的坑(+) 三、杂质半导体──N型、P型 (前讲)掺杂可以显着地改变半导体的导电特性,从而制造出杂质半导体。 N型半导体(自由电子多) 掺杂为+5价元素。如:磷;砷 P──+5价使自由电子大大增加 原理: Si──+4价 P与Si形成共价键后多余了一个电子。 载流子组成:

o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由P提供的自由电子──数量多。 o空穴──少子 o自由电子──多子 P型半导体(空穴多) 掺杂为+3价元素。如:硼;铝使空穴大大增加 原理: Si──+4价 B与Si形成共价键后多余了一个空穴。 B──+3价 载流子组成: o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由B提供的空穴──数量多。 o空穴──多子 o自由电子──少子 结论:N型半导体中的多数载流子为自由电子; P型半导体中的多数载流子为空穴。 §1-2 PN结 一、PN结的基本原理 1、什么是PN结 将一块P型半导体和一块N型半导体紧密第结合在一起时,交界面两侧的那部分区域。

电路硬件设计基础

1.1电路硬件设计基础 1.1.1电路设计 硬件电路设计原理 嵌入式系统的硬件设计主要分3个步骤:设计电路原理图、生成网络表、设计印制电路板,如下图所示。 图1-1硬件设计的3个步骤 进行硬件设计开发,首先要进行原理图设计,需要将一个个元器件按一定的逻辑关系连接起来。设计一个原理图的元件来源是“原理图库”,除了元件库外还可以由用户自己增加建立新的元件,用户可以用这些元件来实现所要设计产品的逻辑功能。例如利用Protel 中的画线、总线等工具,将电路中具有电气意义的导线、符号和标识根据设计要求连接起来,构成一个完整的原理图。 原理图设计完成后要进行网络表输出。网络表是电路原理设计和印制电路板设计中的一个桥梁,它是设计工具软件自动布线的灵魂,可以从原理图中生成,也可以从印制电路板图中提取。常见的原理图输入工具都具有Verilog/VHDL网络表生成功能,这些网络表包含所有的元件及元件之间的网络连接关系。 原理图设计完成后就可进行印制电路板设计。进行印制电路板设计时,可以利用Protel 提供的包括自动布线、各种设计规则的确定、叠层的设计、布线方式的设计、信号完整性设计等强大的布线功能,完成复杂的印制电路板设计,达到系统的准确性、功能性、可靠性设计。 电路设计方法(有效步骤) 电路原理图设计不仅是整个电路设计的第一步,也是电路设计的基础。由于以后的设计工作都是以此为基础,因此电路原理图的好坏直接影响到以后的设计工作。电路原理图的具体设计步骤,如图所示。

图1-2原理图设计流程图 (1)建立元件库中没有的库元件 元件库中保存的元件只有常用元件。设计者在设计时首先碰到的问题往往就是库中没有原理图中的部分元件。这时设计者只有利用设计软件提供的元件编辑功能建立新的库元件,然后才能进行原理图设计。 当采用片上系统的设计方法时,系统电路是针对封装的引脚关系图,与传统的设计方法中采用逻辑关系的库元件不同。 (2)设置图纸属性 设计者根据实际电路的复杂程度设置图纸大小和类型。图纸属性的设置过程实际上是建立设计平台的过程。设计者只有设置好这个工作平台,才能够在上面设计符合要求的电路图。 (3)放置元件 在这个阶段,设计者根据原理图的需要,将元件从元件库中取出放置到图纸上,并根据原理图的需要进行调整,修改位置,对元件的编号、封装进行设置等,为下一步的工作打下基础。 (4)原理图布线 在这个阶段,设计者根据原理图的需要,利用设计软件提供的各种工具和指令进行布线,将工作平面上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来,构成一个完整的原理图。 (5)检查与校对 在该阶段,设计者利用设计软件提供的各种检测功能对所绘制的原理图进行检查与校对,以保证原理图符合电气规则,同时还应力求做到布局美观。这个过程包括校对元件、导线位置调整以及更改元件的属性等。 (6)电路分析与仿真 这一步,设计者利用原理图仿真软件或设计软件提供的强大的电路仿真功能,对原理图的性能指标进行仿真,使设计者在原理图中就能对自己设计的电路性能指标进行观察、测试,从而避免前期问题后移,造成不必要的返工。

硬件电路设计流程系列--方案设计

平台的选择很多时候和系统选择的算法是相关的,所以如果要提高架构,平台的设计能力,得不断提高自身的算法设计,复杂度评估能力,带宽分析能力。 常用的主处理器芯片有:单片机,ASIC,RISC(DEC Alpha、ARC、ARM、MIPS、PowerPC、SPARC和SuperH ),DSP和FPGA等,这些处理器的比较在网上有很多的文章,在这里不老生常谈了,这里只提1个典型的主处理器选型案例。 比如市场上现在有很多高清网络摄像机(HD-IPNC)的设计需求,而IPNC的解决方案也层出不穷,TI的解决方案有DM355、DM365、DM368等,海思提供的方案则有Hi3512、Hi3515、Hi3520等,NXP提供的方案有PNX1700、PNX1005等。 对于HD-IPNC的主处理芯片,有几个主要的技术指标:视频分辨率,视频编码器算法,最高支持的图像抓拍分辨率,CMOS的图像预处理能力,以及网络协议栈的开发平台。 Hi3512单芯片实现720P30 编解码能力,满足高清IP Camera应用, Hi3515可实现1080P30的编解码能力,持续提升高清IP Camera的性能。 DM355单芯片实现720P30 MPEG4编解码能力,DM365单芯片实现720P30 编解码能力, DM368单芯片实现1080P30 编解码能力。 DM355是2007 Q3推出的,DM365是2009 Q1推出的,DM368是2010 Q2推出的。海思的同档次解决方案也基本上与之同时出现。 海思和TI的解决方案都是基于linux,对于网络协议栈的开发而言,开源社区的资源是没有区别的,区别的只在于芯片供应商提供的SDK开发包,两家公司的SDK离产品都有一定的距离,但是linux的网络开发并不是一个技术难点,所以并不影响产品的推广。 作为IPNC的解决方案,在720P时代,海思的解决方案相对于TI的解决方案,其优势是支持了编解码算法,而TI只支持了MPEG4的编解码算法。虽然在2008年初,MPEG4的劣势在市场上已经开始体现出来,但在当时这似乎并不影响DM355的推广。 对于最高支持的图像抓拍分辨率,海思的解决方案可以支持支持JPEG抓拍3M Pixels@5fps,DM355最高可以支持5M Pixels,虽然当时没有成功的开发成5M Pixel的抓拍(内存分配得有点儿问题,后来就不折腾了),但是至少4M Pixel 的抓拍是实现了的,而且有几个朋友已经实现了2560x1920这个接近5M Pixel 的抓拍,所以在这一点上DM355稍微胜出。 因为在高清分辨率下,CCD传感器非常昂贵,而CMOS传感器像原尺寸又做不大,导致本身在低照度下就性能欠佳的CMOS传感器的成像质量在高分辨率时变差,

硬件电路板设计规范

硬件电路板设计规范(总36 页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 -CAL-本页仅作为文档封面,使用请直接删除

0目录 0目录............................................... 错误!未定义书签。

1概述............................................... 错误!未定义书签。 适用范围............................................ 错误!未定义书签。 参考标准或资料 ...................................... 错误!未定义书签。 目的................................................ 错误!未定义书签。2PCB设计任务的受理和计划............................ 错误!未定义书签。 PCB设计任务的受理................................... 错误!未定义书签。 理解设计要求并制定设计计划 .......................... 错误!未定义书签。3规范内容........................................... 错误!未定义书签。 基本术语定义........................................ 错误!未定义书签。 PCB板材要求: ....................................... 错误!未定义书签。 元件库制作要求 ...................................... 错误!未定义书签。 原理图元件库管理规范:......................... 错误!未定义书签。 PCB封装库管理规范............................. 错误!未定义书签。 原理图绘制规范 ...................................... 错误!未定义书签。 PCB设计前的准备..................................... 错误!未定义书签。 创建网络表..................................... 错误!未定义书签。 创建PCB板..................................... 错误!未定义书签。 布局规范............................................ 错误!未定义书签。 布局操作的基本原则............................. 错误!未定义书签。 热设计要求..................................... 错误!未定义书签。 基本布局具体要求............................... 错误!未定义书签。 布线要求............................................ 错误!未定义书签。 布线基本要求................................... 错误!未定义书签。 安规要求....................................... 错误!未定义书签。 丝印要求............................................ 错误!未定义书签。 可测试性要求........................................ 错误!未定义书签。 PCB成板要求......................................... 错误!未定义书签。

硬件基础知识

第三章硬件基础知识学习 通过上一课的学习,我们貌似成功的点亮了一个LED小灯,但是还有一些知识大家还没有 彻底明白。单片机是根据硬件电路图的设计来写代码的,所以我们不仅仅要学习编程知识,还有硬件知识,也要进一步的学习,这节课我们就要来穿插介绍电路硬件知识。 3.1 电磁干扰EMI 第一个知识点,去耦电容的应用,那首先要介绍一下去耦电容的应用背景,这个背景就是电磁干扰,也就是传说中的EMI。 1、冬天的时候,尤其是空气比较干燥的内陆城市,很多朋友都有这样的经历,手触碰到电脑外壳、铁柜子等物品的时候会被电击,实际上这就是“静电放电”现象,也称之为ESD。 2、不知道有没有同学有这样的经历,早期我们使用电钻这种电机设备,并且同时在听收音机或者看电视的时候,收音机或者电视会出现杂音,这就是“快速瞬间群脉冲”的效果,也称之为EFT。 3、以前的老电脑,有的性能不是很好,带电热插拔优盘、移动硬盘等外围设备的时候,内部会产生一个百万分之一秒的电源切换,直接导致电脑出现蓝屏或者重启现象,就是热插拔的“浪涌”效果,称之为Surge... ... 电磁干扰的内容有很多,我们这里不能一一列举,但是有些内容非常重要,后边我们要一点点的了解。这些问题大家不要认为是小问题,比如一个简单的静电放电,我们用手能感觉到的静电,可能已经达到3KV以上,如果用眼睛能看得到的,至少是5KV了,只是因为 这个电压虽然很高,电量却很小,因此不会对人体造成伤害。但是我们应用的这些半导体元器件就不一样了,一旦瞬间电压过高,就有可能造成器件的损坏。而且,即使不损坏,在2、3里边介绍的两种现象,也严重干扰到我们正常使用电子设备了。 基于以上的这些问题,就诞生了电磁兼容(EMC)这个名词。这节课我们仅仅讲一下去耦

硬件课程设计简易计算器设计

中国矿业大学徐海学院 单片机课程设计 姓名:XXX学号: 22090XXX 专业:计算机09-4班 题目:硬件课程设计 专题:简易计算器设计 指导教师: XXX 设计地点:嘉园时间: 2011-12-23 20011年12月

单片机课程设计任务书 专业年级计算机09-4 学号22090XXX 学生姓名XXX 任务下达日期:2011年12 月15日 设计日期:2011 年12 月15 日至2011 年12 月23日 设计题目:硬件课程设计 设计专题题目:简易计算器设计 设计主要内容和要求: 摘要: 利用单片机及外围接口电路(键盘接口和显示接口电路)设计制作一个计算器。 主要能实现 1.加法:能够计算四位以内的数的加法。 2减法:能计算四位数以内的减法。 3乘法:能够计算两位数以内的乘法。 4除法:能够计算四位数的乘法 5有清零功能,能随时对运算结果和数字输入进行清零。 关键词:单片机; 计算器 ; 加减乘除 指导教师签字:

目录 1 系统概述 (1) 1.1硬件知识概述 (1) 1.1.1 单片机 (1) 1.1.2 C语言 (1) 1.1.3 ISP (1) 1.2设计基本思想 (1) 2硬件电路设计 (2) 2.1 单片机最小系统 (2) 2.2键盘接口电路 (2) 2.3数码管显示电路 (3) 3 软件设计 (4) 3.1 复位电路 (4) 4.系统调试 (5) 4.1 软件流程图 (5) 4.1.1系统软件系统流程图 (5) 5.结束语 (6) 参考文献 (7) 附录 (8)

1 系统概述 1.1硬件知识概述 1.1.1 单片机 单片机是一种集成在电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 1.1.2 C语言 C语言是一种计算机程序设计语言。它既具有高级语言的特点,又具有汇编语言的特点。它由美国贝尔研究所的D.M.Ritchie于1972年推出。1978后,C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上。它可以作为工作系统设计语言,编写系统应用程序,也可以作为应用程序设计语言,编写不依赖计算机硬件的应用程序。它的应用范围广泛,具备很强的数据处理能力,不仅仅是在软件开发上,而且各类科研都需要用到C语言,适于编写系统软件,三维,二维图形和动画。具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。 1.1.3 ISP ISP(In-System Programming)在系统可编程,指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码,而不需要从电路板上取下器件,已经编程的器件也可以用ISP 方式擦除或再编程。本次课程设计便使用ISP 方式,直接将编写好的程序下载到连接好的单片机中进行调试 1.2设计基本思想 利用单片机及外围接口电路(键盘接口和显示接口电路)设计制作一个计算器,用四位一体数码管显示计算数值及结果。要求用Protel 画出系统的电路原理图,绘出程序流程图,并给出程序清单。 主要能实现 1.加法:能够计算四位以内的数的加法。 2减法:能计算四位数以内的减法。 3乘法:能够计算两位数以内的乘法。 4除法:能够计算四位数的乘法 5有清零功能,能随时对运算结果和数字输入进行清零。

模拟电路设计 基础知识(笔试时候容易遇到的题目)

模拟电路设计基础知识(笔试时候容易遇到的 题目) 1、最基本的如三极管曲线特性(太低极了点) 2、基本放大电路,种类,优缺点,特别是广泛采用差分结构的原因 3、反馈之类,如:负反馈的优点(带宽变大) 4、频率响应,如:怎么才算是稳定的,如何改变频响曲线的几个方法 5、锁相环电路组成,振荡器(比如用D触发器如何搭) 6、A/D电路组成,工作原理如果公司做高频电子的,可能还要RF知识,调频,鉴频鉴相之类,不一一列举太底层的MOS管物理特性感觉一般不大会作为笔试面试题,因为全是微电子物理,公式推导太罗索,除非面试出题的是个老学究 ic设计的话需要熟悉的软件adence, Synopsys, Advant,UNIX当然也要大概会操作实际工作所需要的一些技术知识(面试容易问到) 如电路的低功耗,稳定,高速如何做到,调运放,布版图注意的地方等等,一般会针对简历上你所写做过的东西具体问,肯定会问得很细(所以别把什么都写上,精通之类的词也别用太多了),这个东西各个人就不一样了,不好说什么了。 2、数字电路设计当然必问Verilog/VHDL,如设计计数器逻辑方面数字电路的卡诺图化简,时序(同步异步差异),触发器有几种(区别,优点),全加器等等比如:设计一个自动售货

机系统,卖soda水的,只能投进三种硬币,要正确的找回钱数1、画出fsm(有限状态机)2、用verilog编程,语法要符合fpga设计的要求系统方面:如果简历上还说做过cpu之类,就会问到诸如cpu如何工作,流水线之类的问题3、单片机、DSP、FPG A、嵌入式方面(从没碰过,就大概知道几个名字胡扯几句,欢迎拍砖,也欢迎牛人帮忙补充)如单片机中断几个/类型,编中断程序注意什么问题 DSP的结构(冯、诺伊曼结构吗?)嵌入式处理器类型(如ARM),操作系统种类 (Vxworks,ucos,winCE,linux),操作系统方面偏CS方向了,在CS篇里面讲了4、信号系统基础拉氏变换与Z变换公式等类似东西,随便翻翻书把如、h(n)=-a*h(n-1)+b*δ(n) a、求h(n)的z变换 b、问该系统是否为稳定系统 c、写出F IR数字滤波器的差分方程以往各种笔试题举例利用4选1实现F(x,y,z)=xz+yz 用mos管搭出一个二输入与非门。 用传输门和倒向器搭一个边沿触发器用运算放大器组成一个10倍的放大器微波电路的匹配电阻。 名词解释,无聊的外文缩写罢了,比如PCI、EC C、DDR、interrupt、pipeline IRQ,BIOS,USB,VHDL,VLSI VCO(压控振荡器) RAM (动态随机存储器),FIR IIR DFT(离散傅立叶变换) 或者是中文的,比如 a量化误差 b、直方图 c、白平衡共同的注

硬件电路设计基础知识.docx

硬件电子电路基础关于本课程 § 4—2乙类功率放大电路 § 4—3丙类功率放大电路 § 4—4丙类谐振倍频电路 第五章正弦波振荡器 § 5—1反馈型正弦波振荡器的工作原理 § 5— 2 LC正弦波振荡电路 § 5— 3 LC振荡器的频率稳定度 § 5—4石英晶体振荡器 § 5— 5 RC正弦波振荡器

第一章半导体器件 §1半导体基础知识 §1PN 结 §-1二极管 §1晶体三极管 §1场效应管 §1半导体基础知识 、什么是半导体半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。(导电能力即电导率)(如:硅Si锗Ge等+ 4价元素以及化合物) 、半导体的导电特性本征半导体一一纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗的共价键结构。(略)

1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化 ?掺杂一一管子 *温度--- 热敏元件 ?光照——光敏元件等 2、半导体中的两种载流子一一自由电子和空穴 ?自由电子——受束缚的电子(一) ?空穴——电子跳走以后留下的坑(+ ) 三、杂质半导体——N型、P型 (前讲)掺杂可以显著地改变半导体的导电特性,从而制造出杂质半导体。 *N型半导体(自由电子多) 掺杂为+ 5价元素。女口:磷;砷P—+ 5价使自由电子大大增加原理:Si—+ 4价P与Si形成共价键后多余了一个电子。 载流子组成: o本征激发的空穴和自由电子——数量少。 o掺杂后由P提供的自由电子——数量多。 o 空穴——少子 o 自由电子------ 多子 ?P型半导体(空穴多) 掺杂为+ 3价元素。女口:硼;铝使空穴大大增加 原理:Si—+ 4价B与Si形成共价键后多余了一个空穴。 B——+ 3价 载流子组成: o本征激发的空穴和自由电子数量少。 o掺杂后由B提供的空穴——数量多。 o 空穴——多子 o 自由电子——少子

硬件电路设计规范

硬件电路板设计规范 制定此《规范》的目的和出发点是为了培养硬件开发人员严谨、务实的工作作风和严肃、认真的工作态度,增强硬件开发人员的责任感和使命感,提高工作效率和开发成功率,保证产品质量。 1、深入理解设计需求,从需求中整理出电路功能模块和性能指标要求; 2、根据功能和性能需求制定总体设计方案,对CPU等主芯片进行选型,CPU 选型有以下几点要求: 1)容易采购,性价比高; 2)容易开发:体现在硬件调试工具种类多,参考设计多,软件资源丰富,成功案例多; 3)可扩展性好; 3、针对已经选定的CPU芯片,选择一个与我们需求比较接近的成功参考设计。 一般CPU生产商或他们的合作方都会对每款CPU芯片做若干开发板进行验证,厂家最后公开给用户的参考设计图虽说不是产品级的东西,也应该是经过严格验证的,否则也会影响到他们的芯片推广应用,纵然参考设计的外围电路有可推敲的地方,CPU本身的管脚连接使用方法也绝对是值得我们信赖的,当然如果万一出现多个参考设计某些管脚连接方式不同,可以细读CPU芯片手册和勘误表,或者找厂商确认;另外在设计之前,最好我们能外借或者购买一块选定的参考板进

行软件验证,如果没问题那么硬件参考设计也是可以信赖的;但要注意一点,现在很多CPU都有若干种启动模式,我们要选一种最适合的启动模式,或者做成兼容设计; 4、根据需求对外设功能模块进行元器件选型,元器件选型应该遵守以下原则: 1)普遍性原则:所选的元器件要被广泛使用验证过的尽量少使用冷、偏芯片,减少风险; 2)高性价比原则:在功能、性能、使用率都相近的情况下,尽量选择价格比较好的元器件,减少成本; 3)采购方便原则:尽量选择容易买到,供货周期短的元器件; 4)持续发展原则:尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件; 5)可替代原则:尽量选择pin to pin兼容种类比较多的元器件; 6)向上兼容原则:尽量选择以前老产品用过的元器件; 7)资源节约原则:尽量用上元器件的全部功能和管脚; 5、对选定的CPU参考设计原理图外围电路进行修改,修改时对于每个功能模块都要找至少3个相同外围芯片的成功参考设计,如果找到的参考设计连接方法都是完全一样的,那么基本可以放心参照设计,但即使只有一个参考设计与其他的不一样,也不能简单地少数服从多数,而是要细读芯片数据手册,深入理解那些管脚含义,多方讨论,联系芯片厂技术支持,最终确定科学、正确的连接方式,如果仍有疑义,可以做兼容设计;当然,如果所采用的成功参考设计已经是

硬件电子琴电路设计

江西理工大学应用科学学院

目录 一、设计任务与要求 (1) 二、总体框图 (2) 三、选择器件 (5) 四、功能模块 (6) 1.Songer模块 (6) 1.1NoteTabs模块 (6) 1.2ToneTaba模块 (11) 1.3Speakera模块 (13) 2.div模块 (16) 3.七段译码器模块 (18) 五、总体设计电路图 (21) 1.顶层设计的电路原理图 (21) 2.顶层设计的仿真结果 (23) 3.电路的管脚图 (23) 六、结束语 (24) 七、心得体会 (25)

硬件电子琴电路设计 一、设计任务与要求 使用FPGA设计一模拟电子琴键,实现电子琴按键的DO,Re,Mi,Fa,Sol,La,Si等中音以及相应的高音。 二、总体框图 系统设计方案: 方案一: 采用单个的逻辑器件组合实现。这样虽然比较直观,逻辑器件分工鲜明,思路也比清晰,一目了然。但是由于元器件种类、个数繁多,而过于复杂的硬件电路也容易引起系统的精度不高、体积过大等不利因素。例如八个不同的音符是由八个不同的频率来控制发出的,而采用方案一就需要运用不同的分频器来对信号进行不同程度的分频。所用仪器之多显而易见。 方案二: 采用VHDL语言编程来实现电子琴的各项功能。系统主要由电子琴发声模块、选择控制模块和储存器模块组成。和 方案一相比较,方案二就显得比较笼统,只是把整个系统分 为了若干个模块,而不牵涉到具体的硬件电路。但是我们必 须看到用超高速硬件描述语言VHDL的优势,它不仅具有良 好的电路行为描述和系统描述的能力而且通俗易懂。经过对

以上两种方案的分析、比较和总结,我们选用方案二来进行八音符电子琴的设计。 (2).ToneTaba模块:是乐曲简谱码对应的分频预置数查找表电路,其中设置了乐曲的全部音符所对应的分频置数,每一音符的停留时间由音乐节拍和音调发生器模块NoteTabs 的CLK的输入频率决定,这些值由对应于ToneTaba的4

单片机硬件电路设计

单片机应用设计

概述 单片机是一种大规模的具有计算机基本功能的单片 单片机是一种大规模的具有计算机基本功能的单片集成电路。可以与少量外围电路构成一个小而完善的计算机系统。芯片内置和外围的电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、通信产品、智能玩具、汽车电子、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。 制等领域。

单片机类型 集中指令集(CISC)和精简指令集(RISC)–采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复 用,即所谓冯.诺伊曼结构。它的指令丰富,功 能较强,但取指令和取数据不能同时进行,速度 受限,价格亦高。 –采用RISC结构的单片机,数据线和指令线分离 ,即所谓哈佛结构。这使得取指令和取数据可同 时进行,且由于一般指令线宽于数据线,使其指 令较同类CISC单片机指令包含更多的处理信息 ,执行效率更高,速度亦更快。同时,这种单片 机指令多为单字节,程序存储器的空间利用率大 大提高,有利于实现超小型化。

常用的几个系列单片机 MCS-51及其兼容系列: –英特尔公司的MCS-51系列单片机是目前应 用最广泛的8位单片机之一,并且ATMEL、 PHILIPS、ADI、MAXIM、LG、 SIEMENS等公司都有其兼容型号的芯片。 这个系列的单片机具有运算与寻址能力强, 存储空间大,片内集成外设丰富,功耗低等 优点,其中大部分兼容芯片都含有片内 FLASH程序存储器,价格便宜。适合应用于 仪器仪表、测控系统、嵌入系统等开发。

电路设计的基本原理和方法

电路设计的基本原理和方法 本人经过整理得出如下的电路设计方法,希望对广大电子爱好者及热衷于硬件研发的朋友有所帮助。 电子电路的设计方法 设计一个电子电路系统时,首先必须明确系统的设计任务,根据任务进行方案选择,然后对方案中的各个部分进行单元的设计,参数计算和器件选择,最后将各个部分连接在一起,画出一个符合设计要求的完整的系统电路图。 一.明确系统的设计任务要求 对系统的设计任务进行具体分析,充分了解系统的性能,指标,内容及要求,以明确系统应完成的任务。 二.方案选择 这一步的工作要求是把系统要完成的任务分配给若干个单元电路,并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。 方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料,针对系统提出的任务,要求和条件,完成系统的功能设计。在这个过程中要敢于探索,勇于创新,力争做到设计方案合理,可靠,经济,功能齐全,技术先进。并且对方案要不断进行可行性和有缺点的分析,最后设计出一个完整框图。框图必须正确反映应完成的任务和各组成部分的功能,清楚表示系统的基本组成和相互关系。 三.单元电路的设计,参数计算和期间选择 根据系统的指标和功能框图,明确各部分任务,进行各单元电路的设计,参数计算和器件选择。 1.单元电路设计 单元电路是整机的一部分,只有把各单元电路设计好才能提高整机设计水平。 每个单元电路设计前都需明确各单元电路的任务,详细拟定出单元电路的性能指标,与前后级之间的关系,分析电路的组成形式。具体设计时,可以模仿传输的先进的电路,也可以进行创新或改进,但都必须保证性能要求。而且,不仅单元电路本身要设计合理,各单元电路间也要互相配合,注意各部分的输入信号,输出信号和控制信号的关系。 2.参数计算 为保证单元电路达到功能指标要求,就需要用电子技术知识对参数进行计算。例如,放大电路中各电阻值,放大倍数的计算;振荡器中电阻,电容,振荡频率等参数的计算。只有很好的理解电路的工作原理,正确利用计算公式,计算的参数才能满足设计要求。 参数计算时,同一个电路可能有几组数据,注意选择一组能完成电路设计要求的功能,在实践中能真正可行的参数。 计算电路参数时应注意下列问题: (1)元器件的工作电流,电压,频率和功耗等参数应能满足电路指标的要求; (2)元器件的极限参数必须留有足够充裕量,一般应大于额定值的1.5倍; (3)电阻和电容的参数应选计算值附近的标称值。 3.器件选择 (1)元件的选择 阻容电阻和电容种类很多,正确选择电阻和电容是很重要的。不同的电路对电阻和电容性能要求也不同,有解电路对电容的漏电要求很严,还有些电路对电阻,电容的性能和容量要求很高。例如滤波电路中常用大容量(100uF~3000uF)铝电解电容,为滤掉高频通常

硬件工程师必用20个电子线路图

这20个电子线路图,硬件工程师一定用得上! 电子技术、无线电维修及电子制造工艺技术绝不是一门容易学好、短时间内就能够掌握的学科。这门学科所涉及的方方面面很多,各方面又相互联系,作为初学者,首先要在整体上了解、初步掌握它。 无论是无线电爱好者还是维修技术人员,你能够说出电路板上那些小元件叫做什么,又有什么作用吗?如果想成为元件(芯片)级高手的话,掌握一些相关的电子知识是必不可少的。 普及与电子基础知识,拓宽思路交流,知识的积累是基础的基础,基础和基本功扎实了才能奠定攀登高峰阶梯!这就是基本功。 电子技术的历史背景: 早在两千多年前,人们就发现了电现象和磁现象。我国早在战国时期(公元前475一211年)就发明了司南。而人类对电和磁的真正认识和广泛应用、迄今还只有一百多年历史。在第一次产业革命浪潮的推动下,许多科学家对电和磁现象进行了深入细致的研究,从而取得了重大进展。人们发现带电的物体同性相斥、异性相吸,与磁学现象有类似之处。 1785年,法国物理学家库仑在总结前人对电磁现象认识的基础上,提出了后人所称的“库仑定律”,使电学与磁学现象得到了统一。 1800年,意大利物理学家伏特研制出化学电池,用人工办法获得了连续电池,为后人对电和磁关系的研究创造了首要条件。 1822年,英国的法拉第在前人所做大量工作的基础上,提出了电磁感应定律,证明了“磁”能够产生“电”,这就为发电机和电动机的原理奠定了基础。 1837年美国画家莫尔斯在前人的基础上设计出比较实用的、用电码传送信息的电报机,之后,又在华盛顿与巴尔的摩城之间建立了世界上第一条电报线路。 1876 年,美国的贝尔发明了电话,实现了人类最早的模拟通信。英国的麦克斯韦在总结前人工作基础上,提出了一套完整的“电磁理论”,表现为四个微分方程。这那就后人所称的“麦克斯韦方程组”.麦克斯韦得出结论:运动着的电荷能产生电磁辐射,形成逐渐向外传播的、看不见的电磁波。他虽然并未提出“无线电”这个名词,但他的电磁理论却已经告诉人们,“电”是能够“无线”传播的。 对模拟电路的掌握分为三个层次:

硬件电路设计流程系列

硬件电路设计流程系列--方案设计 一、硬件电路设计流程系列--硬件电路设计规范 二、硬件电路设计流程系列--方案设计(1) :主芯片选型三、 硬件电路设计流程系列--方案设计(2) :芯片选购 四、硬件电路设计流程系列--方案设计(3) :功耗分析与电源设计五、 硬件电路设计流程系列--方案设计(4):设计一个合适的系统电源 一 硬件电路设计规范 1、详细理解设计需求,从需求中整理出电路功能模块和性能指标要求; 2、根据功能和性能需求制定总体设计方案,对CPU进行选型, CPU选型有以下几点要求: a)性价比高; b)容易开发:体现在硬件调试工具种类多,参考设计多,软件资源丰富,成功案例多; c)可扩展性好; 3、针对已经选定的 CPU芯片,选择一个与我们需求比较接近的成功参考设计,一般 CPU生产商或他们的合作方都会对每款 CPU 芯片做若干开发板进行验证,比如440EP 就有yosemite 开发板和 bamboo 开发板,我们参考得是yosemite 开发板,厂家最后公开给用户的参考设计图虽说不是产品级的东西,也应该是经过严格验证的,否则也会影响到他们的芯片推广应用,纵然参考设计的外围电路有可推敲的地方,CPU 本身的管脚连接使用方法也绝对是值得我们信赖的,当然如果万一出现多个参考设计某些管脚连接方式不同,可以细读 CPU 芯片手册和勘误表,或者找厂商确认;另外在设计之前,最好我们能外借或者购买一块选定的参考板进行软件验证,如果没问题那么硬件参考设计也是可以信赖的;但要注意一点,现在很多 CPU 都有若干种启动模式,我们要选一种最适合的启动模式,或者做成兼容设计。

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