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篇(1)

關(guān)鍵詞：單片機(jī)，I2C總線，紅外遙控

 

引 言

紅外遙控器的特點是使用方便、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、不同型號的設(shè)備之間產(chǎn)生誤操作，人們在不同的設(shè)備中使用不同的傳輸規(guī)則或者識別碼，這就使得各個型號的遙控器都只適用于各自的遙控對象，容易造成實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)型紅外遙控器的實現(xiàn)方案。

1 研究內(nèi)容及目標(biāo)

本設(shè)計首先分析了紅外線遙控編解碼原理，結(jié)合市場上出售的通用型遙控器進(jìn)行比較，使用單片機(jī)對接收到的紅外信號進(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1和0的形式進(jìn)行存儲，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，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，以及存儲的基本原理及設(shè)計思路。

2 學(xué)習(xí)型紅外遙控器硬件電路的設(shè)計

2.1系統(tǒng)整體設(shè)計

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，主要完成紅外信號的接收及存儲功能。首先一體化紅外接收頭可以完成對其它遙控器發(fā)出的紅外信號的接收并對其進(jìn)行解調(diào)、整形、放大，然后把信號送入單片機(jī)AT89S52中，單片機(jī)定時采集一體化紅外接收頭發(fā)出的紅外線信號，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器AT24C16以及指定鍵盤的數(shù)據(jù)區(qū)，從而完成對一個鍵的學(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)對存儲器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)以位為定時單位輸出給振蕩器74F132，調(diào)制頻率為38KHz，送入放大器，驅(qū)動紅外發(fā)射二極管進(jìn)行發(fā)射，以實現(xiàn)對設(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

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、指令信號檢出電路、記憶及驅(qū)動電路、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時，它將紅外光信號變?yōu)殡娦盘柌⑺腿肭爸梅糯笃鬟M(jìn)行放大，再經(jīng)解調(diào)器后，由指令信號檢出電路將指令信號檢出，最后由記憶和驅(qū)動電路驅(qū)動執(zhí)行電路，實現(xiàn)各種操作。

紅外接收電路一般要做成一個獨立的整體，稱為紅外接收頭，這主要是因為它對外界干擾十分敏感，為了保證可靠的接收，必須對其嚴(yán)格屏蔽，只留出一個接收紅外光的小孔，以防止干擾信號進(jìn)入。

2.2.2紅外發(fā)射單元

本設(shè)計在發(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的兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U7A和U7B級聯(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，U7A、U7B 處于穩(wěn)態(tài)，74F132的1腳、4腳為低電平，不驅(qū)動紅外發(fā)射管發(fā)射紅外載波信號。當(dāng)P1.4跳變?yōu)榈碗娖綍r，觸發(fā)U7A并使之進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，1腳變?yōu)楦唠娖剑籙7A暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時，1腳跳變?yōu)榈碗娖剑|發(fā)U7B進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，4腳變?yōu)楦唠娖剑籙7B 暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時，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，經(jīng)Q1三極管大后送紅外發(fā)射管，發(fā)送紅外光信號。

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，它將周期的電信號轉(zhuǎn)變成一定頻率的紅外光信號。它是一種高頻紅外脈沖信號，但脈沖串時間長度是恒定的，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)計因為遙控按鍵較多的原因，采用行列式鍵盤。

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

將全部行線P0.2～P0.4置低電平，然后檢測列線的狀態(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存儲單元

為了保證系統(tǒng)意外斷電時數(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)與存儲器AT24C16的I2C通信過程。存儲單元主要采用了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

由于系統(tǒng)中所使用的存儲器（AT24C16）的存儲空間有限，因而系統(tǒng)目前只能對8個遙控按鍵進(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容量更大的存儲芯片，并且修改相關(guān)讀寫程序就可以實現(xiàn)對更多遙控按鍵的學(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。

在遙控器中，遙控信號之所以要經(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)動電路可以增大該系統(tǒng)的遙控距離。將單片機(jī)與計算機(jī)通過RS-485進(jìn)行總線通信，則可通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)紅外遙控對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

參考文獻(xiàn):

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[2]王俊峰,薛鴻德.現(xiàn)代遙控技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2005:91-98

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

[4]周云霞,潘紅玉.紅外遙控編碼在單片機(jī)系統(tǒng)中的處理[J].湖南師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報,2002,9

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，但是對于很高位數(shù)的加法運(yùn)算，超前進(jìn)位加法器對運(yùn)算速度的提高有限[1-4]。對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流水線實現(xiàn)的12位加法器為例，闡述了流水線加法器的設(shè)計思想，并最終對加法器進(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)行計算，輸出的進(jìn)位與求和信號通過寄存器暫存，高8位也暫存在第一級流水線寄存器中。在第二級流水線中，將兩個操作數(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流水線寄存器，在第一級流水線完成的低4位相加的求和結(jié)果繼續(xù)暫存在第二級流水線寄存器中。第三級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對電路進(jìn)行描述，在ModelSim工具下對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得到的三級流水線加法器的仿真結(jié)果如圖2，從圖中可以看出，三級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綜合工具對三級流水線加法器進(jìn)行綜合，得到的電路如圖3所示，通過硬件綜合，說明設(shè)計的可實現(xiàn)性。

圖2 三級流水線加法器仿真

4.布局布線

在Candence工作環(huán)境下，采用Mentor公司的Encounter工具，對三級流水線加法器進(jìn)行布局布線：建立并進(jìn)入工作目錄，輸入命令encounter啟動Encounter界面，調(diào)用DC生成的，sdc文件和工藝庫文件等。然后對電源環(huán)，時鐘樹等進(jìn)行布局，最后通過DRC，LVS檢查，最終對電路進(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

論文對三級流水線加法器進(jìn)行設(shè)計，并進(jìn)行硬件語言描述，最終對電路進(jìn)行綜合和布局布線，通過研究表明，本流水線加法器設(shè)計方案合理，具有可實現(xiàn)性。

參考文獻(xiàn)

[1]王仁平，何明華.64位超前進(jìn)位對數(shù)加法器的設(shè)計與優(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)實現(xiàn)某型火箭炮隨動系統(tǒng)的故障檢測。總體設(shè)計框圖如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集單元由信號調(diào)理模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成，其中信號調(diào)理模塊用于模擬信號的放大、濾波和提高電路負(fù)載能力，A/D轉(zhuǎn)換器完成模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，ARM主控單元實現(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。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)采集單元

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

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

A/D轉(zhuǎn)換電路將經(jīng)過信號調(diào)理模塊調(diào)理后的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，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)換時間，11路模擬輸入，輸出數(shù)據(jù)長度可通過編程調(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）和一條串行時鐘線SCL（CLOCK），具有接口線少，控制方式簡單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點。　經(jīng)信號調(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，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在這5個信號與單片機(jī)之間進(jìn)行光電耦合隔離處理。由于光信號的傳送不需要共地，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、實時性強(qiáng)、較強(qiáng)的抗電磁干擾能力、傳輸距離遠(yuǎn)等特點，尤其適用于隨動系統(tǒng)傳感器多、各檢測點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；另一類是采用獨立的CAN控制器，如Philips的SJA1000。考慮到應(yīng)用的靈活性，本文采用獨立的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)用以實現(xiàn)應(yīng)用層的功能，SJA1000和PCA82C250則分別對應(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、實現(xiàn)對SJA1000的初始化、通過對SJA1000的控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和發(fā)送等通信任務(wù)；獨立CAN控制器SJA1000和收發(fā)器PCA82C250經(jīng)過簡單總線連接可實現(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，還要將地址鎖存信號線ALE進(jìn)行連接，以便區(qū)分在同一時刻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芯片集看門狗定時器、掉電檢測電路、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100 kΩ的電阻來實現(xiàn)；為了消除在通信電纜中的信號反射，提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的拓?fù)淠芰Γ枰贑AN總線兩端接入兩個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。考慮到系統(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)交互界面完成對隨動系統(tǒng)的故障檢測。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要分為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STC89C52單片機(jī)進(jìn)行初始化，包括CAN總線工作方式的選擇、驗收濾波方式的設(shè)置、驗收屏蔽寄存器和驗收代碼寄存器的設(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)接收到故障檢測命令時，進(jìn)行A/D采樣，然后由單片機(jī)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過量值轉(zhuǎn)換得到實際的工況數(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，診斷結(jié)果由觸摸屏顯示以指導(dǎo)維修人員進(jìn)行現(xiàn)場維修。

3.1 A/D轉(zhuǎn)換模塊軟件設(shè)計

A/D轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計流程圖如圖8所示。

3.2 數(shù)據(jù)處理模塊軟件設(shè)計

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，可以對其進(jìn)行一定的算法處理。本文在故障檢測時，對同一采樣點進(jìn)行5次采樣，然后用快速排序算法對這5個數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，取中值作為故障檢測的有效數(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

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

（1） 初始化。CAN總線初始化主要是對通信參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，通過對時鐘分頻寄存器、驗收碼寄存器、驗收屏蔽寄存器、總線定時寄存器和輸出控制寄存器的配置實現(xiàn)對CAN總線工作模式、接收報文的驗收碼、驗收屏蔽碼、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)。　（2） 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)送請求位TR，此時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

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

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

圖11 CAN總線數(shù)據(jù)接收程序設(shè)計流程圖

4 結(jié) 語

為了測試隨動系統(tǒng)故障檢測裝置在各種情況下的故障檢測能力， 本文通過人為制造故障的方式對該系統(tǒng)進(jìn)行了大量實驗。在反復(fù)的實驗中，該系統(tǒng)均能正確定位故障，充分驗證系統(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總線隨動系統(tǒng)故障檢測裝置，可實現(xiàn)對隨動系統(tǒng)液壓、氣壓、電壓等工況參數(shù)的測量，經(jīng)故障診斷專家系統(tǒng)的推理，實現(xiàn)以自動故障診斷為主、人工診斷為輔的故障檢測。文中采用的CAN總線通信方式使整個系統(tǒng)簡潔緊湊、具有較強(qiáng)的抗干擾能力和實時性，這種CAN總線通信方案不但可用于隨動系統(tǒng)故障檢測裝置的研發(fā)，還可推廣至其他模擬量信號的機(jī)電設(shè)備故障檢測，尤其是多機(jī)組的分布式狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中，具有非常實用的應(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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[3] 姚遠(yuǎn)，王賽，凌毓?jié)?TLC2543在89C51單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2003，29（9）：37?38.

. Texas： Texas Instruments Incorporated， 1997.

篇(4)

關(guān)鍵詞：凌陽單片機(jī)，電視機(jī)，語音識別，聲控選臺

 

1 、引言

隨著科技的發(fā)展和社會文化事業(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電視臺對應(yīng)的頻道序號，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。本文利用凌陽科技有限公司專門為語音處理而設(shè)計研制出的16位單片機(jī)SPCE061A設(shè)計了一個彩電智能聲控選臺系統(tǒng)。該系統(tǒng)無需對電視機(jī)做任何改動。在保留原有遙控功能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)語音控制選臺，較好地解決了記憶頻道這個難題。

2 、系統(tǒng)總體方案設(shè)計

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

3.1 語音命令提取單元

語音命令提取單元（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音命令功能，其示意圖如圖3所示。

圖2　語音命令提取單元

MIC選用駐極體送話器， 它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量、體積小、頻率響應(yīng)寬、保真度好等優(yōu)點，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，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，一個駐極體話器面對送話者， 其輸出接放大器正向輸入端；另個駐極體送話器背對送話者，其輸出接放大器負(fù)向入端。由于兩個送話器相對于電視機(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 語音命令識別單元

語音命令識別單元采用凌陽公司的SPCE061A單片機(jī)，這是一種語音識別系統(tǒng)級芯片，實際上是一個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芯片上的系統(tǒng)，擁有強(qiáng)大的語音數(shù)據(jù)處理能力并具有良好的接口功能。

語音識別控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3所示

圖3　語音識別控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.3 語音識別算法

消費(fèi)類電子產(chǎn)品中的語音識別主要為孤立詞識別，它有兩種實現(xiàn)方案：一種是基于隱含馬爾科夫統(tǒng)計模型（HMM）框架的非特定人識別；另一種是基于動態(tài)規(guī)劃（DP）原理的特定人識別。它們在應(yīng)用上各有優(yōu)缺點。DP特定人識別的優(yōu)點是方法簡單，對硬件資源要求較低；此外，這一方法中的訓(xùn)練過程也很簡單，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目的具體命令語句，因而適合大多數(shù)家電遙控器的應(yīng)用。

3.3.1 端點檢測方法

影響孤立詞識別性能的一個重要因素是端點檢測準(zhǔn)確性。在10個英語數(shù)字的識別測試中，60毫秒的端點誤差就使識別率下降2%。對于面向消費(fèi)類應(yīng)用的語音識別芯片系統(tǒng)，各種干擾因素更加復(fù)雜，使精確檢測端點問題更加困難。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)算法的兩級端點檢測方案，提高端點檢測的精度。第一級對輸入語音信號，根據(jù)其能量和過零率的變化，進(jìn)行一次簡單的實時端點檢測，以便去掉靜音得到輸入語音的時域范圍，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行頻譜特征提取工作。第二級根據(jù)輸入語音頻譜的FFT分析結(jié)果，分別計算出高頻、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)展搜索包含語音端點的幀。FRED端點檢測算法根據(jù)語音的本質(zhì)特征進(jìn)行端點檢測，可以更好地適應(yīng)環(huán)境的干擾和變化，提高端點檢測的精度。

3.3.2 模板匹配算法

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

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

綜上所述，本語音識別系統(tǒng)采用了改進(jìn)端點檢測性能的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)練識別策略。通過一系列測試，證明該系統(tǒng)對特定人的識別達(dá)到了很好的識別效果。

3.4 控制面板

為了能輸入字段號， 以便建立語音樣本，SPCE061A單片機(jī)擴(kuò)展了一個行列矩陣式非編碼鍵盤。鍵盤共有12個按鍵， 其中十個定義為：0～9 數(shù)字鍵，一個定義為：語音樣本建立鍵（TRN），一個定義為：語音樣本清除鍵（CLR ）。由于控制面板只在建立語音樣本時使用，為防止誤操作，應(yīng)將這12個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：建立語音命令樣本時，用于顯示存入的字段號；語音命令識別時用于顯示識別結(jié)果及芯片識別結(jié)果的處理報告。

3.6 邏輯控制電路

整個邏輯控制電路如圖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)動和紅外線發(fā)射部分。該電路與電視機(jī)的特定型號有關(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，因此它只對兼容電視有效。

4、結(jié)束語

該系統(tǒng)不對彩電做任何改動。在保留原有遙控功能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)語音控制選臺，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)。

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

識別主人功能：為防止誤操作，該系統(tǒng)只對事先錄入命令樣本的操作者語音敏感，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)等適合語音控制的功能。

由于采用了高性價比的SPCE061A這種語音識別系統(tǒng)級芯片，并設(shè)計了科學(xué)的算法，本系統(tǒng)可靠性高，價格低廉，使用方便，具有較好的市場前景。

參考文獻(xiàn)

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[4] 孫景琪. 遙控彩色電視機(jī)集成電路及應(yīng)用[M]．北京：人民郵電出版社，1995

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[6] 周季華等. 語音識別在家電遙控器中的應(yīng)用 [J] ．計算機(jī)應(yīng)用，2002( 8)

篇(5)

關(guān)鍵詞 模擬集成電路 CAD 教學(xué)改革

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

在當(dāng)今信息時代，微電子學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。集成電路（ Integrated Circuit， IC）作為微電子技術(shù)的核心，是整個信息產(chǎn)業(yè)和信息社會最根本的技術(shù)基礎(chǔ)。發(fā)展IC產(chǎn)業(yè)對提高技術(shù)的創(chuàng)新基礎(chǔ)和競爭能力具有非常重要的作用，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國防建設(shè)和人民文化生活等各方面都發(fā)揮著巨大的作用，也是一個國家參與國際化政治、經(jīng)濟(jì)競爭的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。模擬集成電路是現(xiàn)實世界和數(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。事實上，模擬集成電路設(shè)計是一個實踐性較強(qiáng)、實踐內(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)置時不僅要努力加強(qiáng)理論教學(xué)，還需加強(qiáng)實踐教學(xué)，提高學(xué)生的實踐動手能力。《模擬集成電路CAD》課程作為模擬集成電路設(shè)計方向的核心基礎(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)的實際情況，結(jié)合筆者多年集成電路實際工程經(jīng)驗以及多年教學(xué)實踐，擬從以下幾個方面對《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)計能力為目標(biāo)

《模擬集成電路CAD》是模擬集成電路設(shè)計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，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，不僅要夯實專業(yè)基礎(chǔ)和培養(yǎng)學(xué)生的分析與設(shè)計能力，還要盡量避免與《模擬CMOS集成電路》等課程的知識重復(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，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、仿真及分析；第三部分，偏置電路設(shè)計、仿真及分析；第四部，跨導(dǎo)放大器設(shè)計。在授課過程中，以簡單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)計能力培養(yǎng)為輔；激勵學(xué)生CMOS模擬集成電路設(shè)計的興趣。

二、實驗教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力為目標(biāo)

實驗教學(xué)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生建立起CMOS模擬集成電路設(shè)計流程的概念、熟練掌握各個環(huán)境的工具使用，能解決模擬集成電路設(shè)計仿真過程出現(xiàn)的問題，促使理論知識的理解和深化，因而設(shè)置合理的實驗體系具有重要意義。同時，Cadence、Synopsys、Mentor等最主流集成電路設(shè)計工具廠商提供的EDA工具是目前集成電路設(shè)計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)計技術(shù)。根據(jù)這一原則，《模擬集成電路CAD》實驗教學(xué)定為32學(xué)時，并開設(shè)如下幾個實驗：實驗一，IC設(shè)計工具—Cadence的ADE與版圖大師等的使用；實驗二，CMOS兩級運(yùn)算放大器的設(shè)計、版圖繪制與驗證；實驗三，CMOS帶隙基準(zhǔn)參考的設(shè)計、版圖繪制與驗證。在實驗過程中，一人為一組，有利于培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考問題、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)生獲取知識的能動性，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生獨立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力，實現(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)過程中的主動性，從而獲得好的教學(xué)成果。

針對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，在（下轉(zhuǎn)第10頁）（上接第6頁）教學(xué)手段上以多媒體教學(xué)為主，傳統(tǒng)黑板板書為輔，同時在課堂上以動畫的形式展現(xiàn)當(dāng)前CMOS模擬集成電路設(shè)計趨勢及其技術(shù)特點，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

考核是對學(xué)習(xí)的結(jié)果做出評估，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成績結(jié)合的方式。針對《模擬CMOS集成電路》課程特點，考核方式作如下嘗試：結(jié)合課程的專業(yè)特點，采用提交論文和現(xiàn)場答辯相結(jié)合的考核方式。針對課程的重點知識點，設(shè)計幾個課外小題目，讓學(xué)生通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，完成電路設(shè)計并撰寫小論文，從而增強(qiáng)學(xué)生獨立思考與實踐動手能力。在每個題目完成后，教師要求學(xué)生在提交論文時做好答辯ppt，并利用專門時間進(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)生更加重視實踐性環(huán)節(jié)，強(qiáng)化技能水平的提高。

教學(xué)過程是一個不斷探索、總結(jié)與創(chuàng)新的過程。要實現(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)：

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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作為實現(xiàn)B-ISDN的技術(shù)基礎(chǔ)，ATM以信元為單位對各種信息進(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，同時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延大和抖動的缺點。它可以把包括語音、數(shù)據(jù)、圖像（包括運(yùn)動圖像）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，因為ATM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（SAAL-SAP）可以訪問SAAL的所有功能。論文大全。SSCF完成AAL原語到SSCF與SSCOP之間交換信號的映射，起著協(xié)調(diào)Q.2931信令所需請求與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層接收到可變長度的信令消息，形成協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），將其傳送到對等層SSCOP。SSCOP層的功能包括序列完整性保證、重傳校錯、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）差錯檢測、狀態(tài)報告等。

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)管中心計算機(jī)，CPU上的操作系統(tǒng)為以VxWorks為核心的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)Tornado。

此硬件平臺的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)。總線交換芯片為Cubit-Pro，根據(jù)信元頭的VPI和VCI實現(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，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，并建立與數(shù)據(jù)相關(guān)的隊列指針列表，用于指示數(shù)據(jù)的讀取狀態(tài)。SARA-S將根據(jù)指針隊列讀取待分段的數(shù)據(jù)，進(jìn)行AAL5的分段，同時更新指針隊列，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)點單元模塊。

反過來，當(dāng)其它交換節(jié)點單元模塊需要報告網(wǎng)管信息或者發(fā)送信令時，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，同時填寫與數(shù)據(jù)相關(guān)的隊列指針列表，CPU根據(jù)指針讀取已經(jīng)重裝的數(shù)據(jù)同時更新指針隊列，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]。

整個硬件平臺的總體框圖和工作流程如圖2所示。

5．結(jié)論

本硬件平臺可以作為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)管中心報告信息，同時在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 SVG

引言：

SVG是當(dāng)今最先進(jìn)的無功補(bǔ)償裝置，能對動態(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)，同時其結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(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)計將成為SVG生產(chǎn)商提高競爭力的主要因素。國內(nèi)廠商在結(jié)構(gòu)設(shè)計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，但未引起足夠重視，缺乏相關(guān)的理論研究。針對這種現(xiàn)狀，論文著重介紹了SVG功率器件的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計的常規(guī)思路和案例介紹。

論文以SVG結(jié)構(gòu)設(shè)計案例為主線，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SVG的功率單元部分的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟和方法進(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，實現(xiàn)動態(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

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)元器件的溫度波動超過±20℃的時候，其失效率會增加8 倍。所以功率器件的散熱設(shè)計關(guān)乎到整個設(shè)備的運(yùn)行安全。

2).以下以650A功率單元的散熱設(shè)計為例：

功率模塊單元的發(fā)熱量計算：IGBT損耗包括通態(tài)損耗和開關(guān)損耗。根據(jù)IGBT廠家提供的損耗計算軟件以及人工公式計算綜合比較得出單個模塊損耗約為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。測試數(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。功率單元柜包含了36個功率單元即每相為12級串聯(lián)方式。我司柜體均采用的是抽風(fēng)的方式對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650A功率模塊柜分為6個小柜體，每個小柜安裝6個功率單元，每個小柜都做到結(jié)構(gòu)一致可以完全互換。而每個小柜的散熱風(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)。考慮到長期穩(wěn)定運(yùn)行我司最后選擇了德國進(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)果與我司實際的測試情況，每個功率模塊的進(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）通過實驗驗證該650A功率模塊散熱完全滿足要求，能保證長期穩(wěn)定運(yùn)行。