時間：2023-05-15 09:51:08
序論：速發(fā)表網(wǎng)結(jié)合其深厚的文秘經(jīng)驗，特別為您篩選了11篇偏置電路設(shè)計范文。如果您需要更多原創(chuàng)資料，歡迎隨時與我們的客服老師聯(lián)系，希望您能從中汲取靈感和知識！
中圖分類號：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0019-02
1 前言
近年來，步進(jìn)電機(jī)在多個領(lǐng)域得到了開發(fā)和應(yīng)用，并取得了良好的使用效果。步進(jìn)電機(jī)是一種常見的執(zhí)行元件無論是結(jié)構(gòu)還是操作方法，都比較簡單，其性能也與工業(yè)生產(chǎn)控制要求相適應(yīng)，在工業(yè)技術(shù)中對其進(jìn)行應(yīng)用，已是一種既定的趨勢。步進(jìn)電動機(jī)以其顯著的特點，在數(shù)字化制造時揮著重大的用途。與此同時步進(jìn)電機(jī)調(diào)控也發(fā)生了相應(yīng)的升級和轉(zhuǎn)變，本文對單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行同步應(yīng)用，以控制軟、硬件，不斷提高步進(jìn)電機(jī)工作效率。
2 單片機(jī)的應(yīng)用意義及原則
2.1 單片機(jī)的應(yīng)用意義
單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行同步應(yīng)用，既能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)要求，又是步進(jìn)電機(jī)電路設(shè)計過程中的基本訴求。單片機(jī)的性質(zhì)是集成電路芯片，以具體技術(shù)為依托，對中央處理器、隨機(jī)存儲器、只讀存儲器、中斷系統(tǒng)和定時器等子系統(tǒng)功能進(jìn)行實現(xiàn)。它能夠?qū)?shù)據(jù)信息進(jìn)行收集、分析和處理，在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中極具應(yīng)用優(yōu)勢，達(dá)到良好的應(yīng)用效果。
首先，提高步進(jìn)電機(jī)性能。依據(jù)實際情況，對反應(yīng)式、永磁式和混合式等步進(jìn)電機(jī)類型進(jìn)行合理選擇，充分發(fā)揮它的設(shè)計功能，適應(yīng)社會需要。如果對該三種反應(yīng)原理進(jìn)行單一應(yīng)用，步進(jìn)機(jī)將喪失其整體性能，也會對步進(jìn)電機(jī)的工作質(zhì)量產(chǎn)生不同程度的影響，使它的應(yīng)用效果大打折扣。單片機(jī)能夠依據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作環(huán)境、運動特性、控制性能和實際功用等，對它進(jìn)行局部性的優(yōu)化和升級，以補(bǔ)強(qiáng)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)整體，實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)層面上的一體化，充分發(fā)揮它的使用性能，為工業(yè)生產(chǎn)提供物質(zhì)及技術(shù)支持。
其次，降低步進(jìn)電機(jī)維護(hù)及保養(yǎng)成本，節(jié)省資金。步進(jìn)電機(jī)的材質(zhì)一般比較昂貴。接收電信號脈沖之后，長期工作周期背景下，運動軌跡會發(fā)生明顯變動。對步進(jìn)電機(jī)的使用效果和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接性影響，產(chǎn)生裂紋或在記錄過程中出現(xiàn)失誤，使步進(jìn)電機(jī)維護(hù)更加困難。在實際應(yīng)用中需要在特定周期內(nèi)，對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，確保其具備良好的應(yīng)用效果及安全性。單片機(jī)能夠從結(jié)構(gòu)和功能上對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)，使電機(jī)不再受局部區(qū)域干擾，避免出現(xiàn)運動差錯，對步進(jìn)電機(jī)的維護(hù)和保養(yǎng)成本進(jìn)行有效控制，實現(xiàn)資源節(jié)約。
2.2 單片機(jī)在步進(jìn)電機(jī)電路中的實用性原則
設(shè)計單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的時候，需要考慮資金要素，要依實際情況，對設(shè)計成本進(jìn)行有效控制，減少不必要的資金浪費，使單片機(jī)在步進(jìn)電機(jī)電路中得到充分應(yīng)用。
3 步進(jìn)電機(jī)概述
3.1 步進(jìn)電機(jī)發(fā)展
步進(jìn)電機(jī)別名階躍電動機(jī)或脈沖電動機(jī)，它能夠?qū)γ}沖信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其成為角位移或直線位移電機(jī)，也使它的分析過程更加便利。該種步進(jìn)電機(jī)發(fā)展較早，無論是位移量與脈沖數(shù)，還是位移速度與脈沖頻率都呈現(xiàn)正相關(guān)。
步進(jìn)電機(jī)的最初研發(fā)時間是上世紀(jì)二十年代，距今已有很長年限。上世紀(jì)五十年代，人們開始在步進(jìn)電機(jī)上對晶體管技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，實現(xiàn)了對步進(jìn)電機(jī)的數(shù)字化控制，使其控制過程更加快捷便利。此后，研究人員再次對步進(jìn)電機(jī)性能進(jìn)行升級和改善，使其具備分解性、響應(yīng)性、精度性和可依賴性等多方面優(yōu)勢。加之，微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自動化控制系統(tǒng)中開始對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行頻繁應(yīng)用，使其逐漸成為機(jī)電一體化中的重要執(zhí)行元素。步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)勢非常明顯，它既能夠提升工作效率，實現(xiàn)自動化，也能夠使位置控制更加快捷、準(zhǔn)確，不斷提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化[1]。
步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域。它最大的應(yīng)用是在數(shù)控機(jī)床的制造中，因為步進(jìn)電機(jī)不需要A/D轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移，所以被認(rèn)為是理想的數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行元件。早期的步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩比較小，無法滿足需要，在使用中和液壓扭矩放大器一同組成液壓脈沖馬達(dá)。隨著步進(jìn)電動機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動機(jī)已經(jīng)能夠單獨在系統(tǒng)上進(jìn)行使用，成為了不可替代的執(zhí)行元件。比如步進(jìn)電動機(jī)用作數(shù)控銑床進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電動機(jī)，在這個應(yīng)用中，步進(jìn)電動機(jī)可以同時完成兩個工作，其一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二是傳遞信息。步進(jìn)電機(jī)也可以作為數(shù)控蝸桿砂輪磨邊機(jī)同步系統(tǒng)的驅(qū)動電動機(jī)。除了在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，步進(jìn)電機(jī)也可以并用在其他的機(jī)械上，比如作為自動送料機(jī)中的馬達(dá)，作為通用的軟盤驅(qū)動器的馬達(dá)，也可以應(yīng)用在打印機(jī)和繪圖儀中等等。
3.2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理
定子和轉(zhuǎn)子是步進(jìn)電機(jī)的主要元件。正常工作狀態(tài)下，如果有電流經(jīng)過，定子繞組會產(chǎn)生一個矢量磁場，繼而對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生帶動，使其在具體作用下旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子和定子的磁極磁場方向會發(fā)生偏差，形成相應(yīng)的角度。步進(jìn)電機(jī)主要對通過定子繞組的電流進(jìn)行支配，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度控制。一旦輸入脈沖信號，轉(zhuǎn)子即發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即步距角。完成脈沖信號給出規(guī)律設(shè)定之后，電流的通過將會更具規(guī)律性，而轉(zhuǎn)子也會有規(guī)律的進(jìn)行持續(xù)轉(zhuǎn)動，對電機(jī)進(jìn)行帶動，使步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)工作。如圖1所示，步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)。
傳統(tǒng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)動具有持續(xù)性特征，控制難度相對較大。當(dāng)前的步進(jìn)電動的驅(qū)動方式是數(shù)字信號，能夠依據(jù)實際情況，對它的定位和運轉(zhuǎn)等使用狀態(tài)進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。我們對輸入脈沖的電機(jī)繞組通電順序、頻率和數(shù)量等進(jìn)行合理調(diào)整，對步進(jìn)電機(jī)接受脈沖信號而旋轉(zhuǎn)指定的角度進(jìn)行科學(xué)合理的指揮，使其滿足最初訴求。如今，步進(jìn)電機(jī)的正常運行得益于脈沖信號。如果沒有輸入脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)將處于定位狀態(tài)。單片機(jī)能夠?qū)Σ竭M(jìn)電機(jī)這一特性進(jìn)行有效控制。對單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行同步應(yīng)用，有助于提高其生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)電動機(jī)的主要功用是能量轉(zhuǎn)換，而步進(jìn)電機(jī)則作為電路控制元件存在，極具精確性，對人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活具有正向性影響。
4 基于單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)電路的設(shè)計
步進(jìn)電機(jī)可以以硬件系統(tǒng)實現(xiàn)控制。但是，基于市場因素考慮，硬件系統(tǒng)不具備經(jīng)濟(jì)性，而它的各項功能也不具備適用性。一旦發(fā)生設(shè)計變更，則需要對硬件電路進(jìn)行整體性修改，加大了工作負(fù)擔(dān)，很難實現(xiàn)便利性。單片機(jī)具備可直接編程優(yōu)勢，能夠?qū)\算功能進(jìn)行有效執(zhí)行，在具體應(yīng)用過程中，可對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行適應(yīng)性控制，對具體的轉(zhuǎn)向、步數(shù)和速度等進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。借助軟件的更改，能夠滿足不同設(shè)計訴求。設(shè)計人員對顯示電路和鍵盤電路進(jìn)行有效結(jié)合，能夠進(jìn)行人機(jī)交換，最大程度降低外部干擾，使其更加可靠、高效。
4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
4.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)
電路設(shè)計中離不開單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計，它是步進(jìn)電機(jī)電路的起始部分。主要功能是生成步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動需要的脈沖，并對其加以控制。我們可以借助單片機(jī)的軟件編程功能，對步進(jìn)電機(jī)所需要的信號進(jìn)行輸出，使單片機(jī)輸出脈沖數(shù)與步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度呈現(xiàn)正相關(guān)，單片機(jī)輸出脈沖頻率與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動速度也呈現(xiàn)正相關(guān)。同時，單片機(jī)也能夠?qū)﹄娏髦颠M(jìn)行有效處理，并借助數(shù)碼管明確顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。
單片機(jī)的主要模塊有復(fù)位電路和晶體振蕩電路。如圖2所示，單片機(jī)最小系統(tǒng)線路圖。
P0口主要對數(shù)碼管顯示情況進(jìn)行控制，使其顯示結(jié)果更加明確，且極具準(zhǔn)確度；P1口著重控制步進(jìn)電機(jī)中單片機(jī)的編程，使芯片處于良好的讀寫狀態(tài)；P2口作為數(shù)碼管位選，對公共端工作進(jìn)行有效控制。同時，它也能夠?qū)呙桦娐锋I盤工作情況進(jìn)行合理控制。P3口著力于模數(shù)轉(zhuǎn)化成芯片的工作控制[2]。
4.1.2 數(shù)碼管顯示電路
數(shù)碼管顯示模塊的主要顯示內(nèi)容有步進(jìn)電機(jī)選擇速度、旋轉(zhuǎn)方向、步進(jìn)電機(jī)電流通過情況。該設(shè)計中，借助數(shù)碼管對設(shè)計進(jìn)行顯示，直接點亮數(shù)碼管，實現(xiàn)位選部分，對單片機(jī)控制端的地輸出電壓問題進(jìn)行有效控制。因而，需要將輔助三極管添加到位選和單片機(jī)控制端。
4.1.3 串口通信模塊
串口通信模塊的應(yīng)用原理是對計算機(jī)和單片機(jī)進(jìn)行連接，實現(xiàn)二者之間的信息交互和流通。它的應(yīng)用原理是借助計算機(jī)對程序進(jìn)行編程，然后對程序進(jìn)行復(fù)制，在單片機(jī)芯片中對其進(jìn)行應(yīng)用。
4.1.4 電機(jī)驅(qū)動模塊
步進(jìn)電機(jī)的信號功率比較小，很難對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，使其運行。因此要添加電機(jī)驅(qū)動模塊，使步進(jìn)電機(jī)信功率不斷放大。集成的驅(qū)動芯片價格比較低，控制難度相對較小，可以將其作為核心元件應(yīng)用到電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計中。
如圖3所示，該電機(jī)驅(qū)動電路中，電機(jī)驅(qū)動核心由驅(qū)動芯片L298和其周圍的電路組成，L298N的管腳IN1，IN2，IN3，IN4和ENA，ENB與單片機(jī)的I/O端口P1口的六個管腳依次連接相連，接收脈沖信號。L298N的OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機(jī)的一相。其中IN1，IN2，IN3，IN4管腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。ENA，ENB控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。而控制步進(jìn)電機(jī)的運行速度只要控制系統(tǒng)發(fā)出時鐘脈沖的頻率或換相的周期，即在升速過程中，使脈沖的輸出頻率逐漸增加；在減速過程中，使脈沖的輸出頻率逐漸減少。該種連接模式和驅(qū)動芯片與單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)之間的串聯(lián)模式相符合，使電路控制和操作更加簡單和便利。
4.1.5 獨立按鍵電路
內(nèi)部電路中的按鍵是獨立的，在單片機(jī)端口上對其進(jìn)行連接。將其作為外部性按鍵，使內(nèi)部各項模塊具有較好的中斷功能，以對步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，并對它的速度進(jìn)行科學(xué)調(diào)控，使其電流呈現(xiàn)良好的現(xiàn)實狀態(tài)，對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行合理控制。它屬于步進(jìn)電機(jī)電路設(shè)計中的輔裝置，具有不可或缺的重要作用。
4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
軟件系統(tǒng)主要為硬件系統(tǒng)電路設(shè)計提供依托和支持。依據(jù)單片機(jī)本身的性質(zhì)和特點，對系統(tǒng)軟件進(jìn)行合理編程和讀寫，以充分體現(xiàn)出設(shè)計功能，并對其進(jìn)行合理更改，實現(xiàn)電路控制。系統(tǒng)軟件設(shè)計與硬件系統(tǒng)電路設(shè)計具有緊密相關(guān)性。軟、硬件中的任一設(shè)計模塊都直接關(guān)乎最終設(shè)計效果和步進(jìn)電機(jī)電路的整體運行狀態(tài)。因而，需對系統(tǒng)軟件設(shè)計進(jìn)行合理把控，以提升其整體性能。
4.2.1 紅外線編碼
遙控器編碼形式是32位二進(jìn)制碼組，前16位是用戶識別碼，能夠?qū)Σ煌碾娖髟O(shè)備進(jìn)行有效區(qū)分，避免不同機(jī)種遙控編碼相互干擾。該芯片用戶識別碼固定高8位地址和低8位地址分別為OBFH和40H，后16位則是8位操作碼和它的反碼。單片機(jī)接收紅外線之后，可按以下方式開展解碼工作：中斷信號產(chǎn)生-EA清零-延時短-等待高電平-延時不足4.5ms-再次等待高電平-延時0.84ms-P3.2腳電平值讀取，對32位代碼進(jìn)行依次讀取，前16位是識別碼，后18位中，數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼均為8位[3]。
4.2.2 步進(jìn)電機(jī)程序
步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計的基本訴求是對旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行判斷，再依據(jù)正確的順序，將其傳送給控制脈沖，繼而對所需控制步數(shù)進(jìn)行判定，觀察其具體傳動情況，直至將要求控制步數(shù)傳送完畢。分別將步進(jìn)電機(jī)和單片機(jī)作為具體執(zhí)行元件和控制器，并將檢測元件定義為光敏電阻傳感元件背景下的傳感器。而手動輸入信號則是手動按鈕，以紅外遙控裝置開展遙控操作，對時鐘控制和狀態(tài)顯示的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合限定輔助，使步進(jìn)電機(jī)的手動、自動和遙控多功能操作更加便利，保障其可靠性。
5 程序原理分析
5.1 程序設(shè)計思路
依據(jù)電路設(shè)計，單片機(jī)的輸入和輸出分別為P1口的前6個管腳和P1口的后2個管腳及P2口的前4個管腳。首先，主程序部分向驅(qū)動電路輸出4路高電平，停轉(zhuǎn)電機(jī)。繼而對定時器T0的具體工作模式和允許中斷位置高電平進(jìn)行合理設(shè)置，將“停轉(zhuǎn)”狀態(tài)顯示點亮，然后進(jìn)行按鍵掃描，按下按鍵之后，實現(xiàn)程序段跳轉(zhuǎn)。如果沒有按下按鍵，即會回歸到程序的初始部分。正轉(zhuǎn)部分需對正轉(zhuǎn)狀態(tài)指示進(jìn)行點亮，然后執(zhí)行起始脈沖輸出，繼而對按鍵進(jìn)行掃描，并對不同狀態(tài)下的執(zhí)行情況進(jìn)行合理判斷，調(diào)配到定時器T0賦初始值子程序，對累加器A中的數(shù)值進(jìn)行累加。幾經(jīng)循環(huán)，使步進(jìn)電機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)。反轉(zhuǎn)部分的設(shè)計過程亦是如此。加速和減速中，對定時時間進(jìn)行改變，即可實現(xiàn)定時器定時初始值更改。
5.2 設(shè)定定時器計數(shù)初始值
程序設(shè)計中對定時器T0的定時中斷進(jìn)行選用，以實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)細(xì)部性時間控制。對T0的定時時間進(jìn)行更改，即可改變步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速。假定步進(jìn)電機(jī)的步距角為7.5°，轉(zhuǎn)一圈耗費的脈沖數(shù)量為48。將轉(zhuǎn)速假設(shè)為N（r/min），而每一分鐘脈沖數(shù)據(jù)輸送數(shù)量為48N，每送一個脈沖信號需要花費的時間為s。
定時器T0的技術(shù)初值為。將步進(jìn)電機(jī)最低轉(zhuǎn)速假定為20r/min，最高轉(zhuǎn)速為100r/min，速度級的界定為5r，共17級。
6 結(jié)語
步進(jìn)電機(jī)在應(yīng)用層面極具優(yōu)越性，在工業(yè)設(shè)備中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，有助于提高生產(chǎn)質(zhì)量及效率。我們要結(jié)合具體操作背景，對單片機(jī)的優(yōu)越性進(jìn)行重點分析，在步進(jìn)電機(jī)電路控制系統(tǒng)中對它進(jìn)行全面應(yīng)用，使步進(jìn)電機(jī)工作性能得到充分提升。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1]洪新華，陳建鋒，等.基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].湛江師范學(xué)院學(xué)報，2010，（06）：84-87.
[2]令朝霞.基于單片機(jī)的遙控步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2012，（04）：78-80+91.
【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 電動機(jī)啟動 電路設(shè)計
在我們生活中的各個領(lǐng)域隨處可見單機(jī)片的蹤跡：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸、各種智能IC卡、轎車的安全系統(tǒng)、攝影機(jī)、飛機(jī)上的各種控制儀表，甚至電子寵物和程控玩具，都離不開單片機(jī)的應(yīng)用。在工業(yè)中，電動機(jī)的星三角啟動的應(yīng)用十分廣泛，隨著技術(shù)自動化的普及，工業(yè)中也出現(xiàn)了很多自動機(jī)器，人們將原本需要人來控制的電動機(jī)啟動的工作交給了單片機(jī)，不僅防止了很多意外的發(fā)生，同時也提高了電動機(jī)的生產(chǎn)效率。
1 單片機(jī)控制的電動機(jī)Y-Δ啟動電路的總體設(shè)計任務(wù)和選擇
首先要設(shè)計一個單片機(jī)控制的電動機(jī)Y-Δ啟動，設(shè)置3秒鐘的啟動時間，并通過按鍵設(shè)置電動機(jī)Y-Δ進(jìn)行操作運行和終止。該設(shè)計的基本要求和主要內(nèi)容有：控制器要采用STC89C52RC單機(jī)片；電動機(jī)的選擇要用三相異步電動機(jī)；正5V電源需要選用LM7805三端不可調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓集成器來實現(xiàn)；在弱電控制強(qiáng)電模塊中選用DC5V繼電器；在電動機(jī)運行模塊中要采用220V的交流接觸器；顯示模塊要用兩位級聯(lián)共陰數(shù)碼管；設(shè)置模塊需要通過獨立式鍵盤來進(jìn)行設(shè)置和調(diào)控；指示模塊需選用不同顏色的發(fā)光二極管進(jìn)行指示操控。
根據(jù)上述任務(wù)設(shè)計的要求，經(jīng)分析探討，基于單片機(jī)定時器系統(tǒng)的設(shè)計中包括的內(nèi)容有：電源模塊、定時模塊、控制器模塊、顯示模塊、設(shè)置模塊以及指示模塊。
2 單片機(jī)控制的電動機(jī)Y-Δ啟動電路中系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的硬件電路設(shè)計
2.1 電源模塊電路
該設(shè)計通過+5V直流電壓來供電，一般來說，直流穩(wěn)壓電源的組成部分有電源變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓電路。電源變壓器是把交流電網(wǎng)中220V的電壓轉(zhuǎn)換成為比所需要的值，交流電壓經(jīng)過整流電路變?yōu)槊}動的直流電壓，因為脈動的直流電壓中含有大幅度的紋波，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動、溫度和負(fù)載發(fā)生變化時穩(wěn)壓電路能夠繼續(xù)保持直流電壓的穩(wěn)定，選用輸出電壓為+5V的三端集成穩(wěn)壓器LM7805，變壓器會將電網(wǎng)220V的電壓轉(zhuǎn)為+9V，通過發(fā)光二極管橋式整流之后，送入LM7805的輸入端。
2.2 復(fù)位和晶振電路
單片機(jī)在平時復(fù)位端電平是0，單片機(jī)復(fù)位主要通過按鍵高電平復(fù)位，該設(shè)計中的復(fù)位電路既能用于操作復(fù)位，也能實現(xiàn)上電復(fù)位。通電時，電極兩端可看做短路，RESET端電壓逐漸下降，也就是低電平，此時單片機(jī)開始工作。LED發(fā)光二極管在復(fù)位電路中主要用來指示電路電源是否安全接通，晶振電路采用的是外部無源晶振，晶振值選用12MHz，兩個諧振電容取值為30PF。
2.3 弱電控制強(qiáng)電電路
電氣觸頭可通過電流，可以把強(qiáng)電接觸器的線圈直接接在弱電繼電器觸頭上，如果弱電繼電器觸頭可通過電流，可在其上加一個中間繼電器以控制強(qiáng)電。
2.4 電動機(jī)運行模塊電路
電動機(jī)的電源通斷可以通過單片機(jī)控制的接觸器主觸頭加以控制，同時電機(jī)的星型啟動三角運行的效果可由單片機(jī)的定時來轉(zhuǎn)換。
2.5 電路設(shè)置
設(shè)置電路的過程中，電路可通過獨立式鍵盤的設(shè)置和調(diào)控加以控制，采用P2口作為獨立式鍵盤的行線，在這里不必加上拉電阻。
2.6 電路指示
此設(shè)計主要采用發(fā)光二極管作為指示燈，將發(fā)光二極管接在接口處，當(dāng)兩端的電壓差超出自身導(dǎo)通壓降時就會開始工作，此時的電流要滿足電流和電壓的要求，并與發(fā)光二極管的電流相適應(yīng)，二極管才可以正常發(fā)光。在發(fā)光二極管的連接處接入一個電阻，此電阻能夠通過對二極管圖電流的限制以減小耗損。該設(shè)計在+5V的電壓作用下采用510歐對電阻進(jìn)行限流，二極管會在不超出單片機(jī)的最大限流的前提下正常工作。
3 單片機(jī)控制的電動機(jī)Y-Δ啟動電路中的軟件設(shè)計
3.1 系統(tǒng)主程序流程
系統(tǒng)設(shè)計的整個過程在系統(tǒng)主程序流程中的具體表現(xiàn)如下：
首先，可以對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括地址的常量定義、初始化單片機(jī)各端口、資源分配、初始化電動機(jī)的啟動時間和定時器、設(shè)置推棧指針等。其次，能夠調(diào)用啟動時間處理程序，電動機(jī)的啟動時間為十六進(jìn)制數(shù)，存儲在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，如果要顯示出數(shù)碼管，就要進(jìn)行十進(jìn)制進(jìn)行區(qū)分，并且每一位都存在不同的單元。最后，可以調(diào)用啟動時間以顯示程序，在顯示程序當(dāng)中，要對顯示的數(shù)值進(jìn)行滅0處理，當(dāng)啟動的時間十位是0的話，將不顯示該位，以降低閱讀差錯。先控制數(shù)碼管的位碼，選中要點亮的數(shù)碼管，此時將顯示出段碼。
3.2 程序設(shè)計和軟件調(diào)試
程序流程圖設(shè)計好之后就可以根據(jù)流程圖編寫程序了，該設(shè)計采用匯編語言編寫，經(jīng)調(diào)試，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計任務(wù)的要求。軟件的調(diào)試通過應(yīng)用KEIL軟件和ISIS軟件仿真電路進(jìn)行操作和控制，應(yīng)用KEIL軟件調(diào)試后會生成HEX文件，先對設(shè)計中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)試，再對主程序進(jìn)行調(diào)試，最后將各部分程序連接起來進(jìn)行整體調(diào)試。
4 結(jié)論
綜上所述，本設(shè)計開發(fā)了一種適用于人們的生產(chǎn)生活的，在單片機(jī)的基礎(chǔ)上控制電動機(jī)星三角啟動的定時裝置。同時，對系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和分析，論述了各環(huán)節(jié)中的硬件電路設(shè)計，針對軟件設(shè)計與硬件的綜合調(diào)試進(jìn)行了全面的分析，以實現(xiàn)弱點控制強(qiáng)電為目的，并通過獨立式鍵盤對電動機(jī)的啟動進(jìn)行調(diào)控，該設(shè)計經(jīng)過調(diào)試和檢測，實現(xiàn)了設(shè)計任務(wù)的各種指標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
[1]陸闖.一體化便攜式高頻逆變空氣等離子切割機(jī)的研制[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2013.
[2]郭慶.異步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩開環(huán)控制研究[D].陜西：西安科技大學(xué)，2013.
[3]黃開.基于AVR單片機(jī)的柜式空氣凈化器控制系統(tǒng)設(shè)計與研究[D].安徽：合肥工業(yè)大學(xué)，2013.
中圖分類號：TP309.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 14-0028-01
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的安全意識也越來越高，因此，生產(chǎn)出安全性能更高的、操作更簡便的密碼鎖，是大勢所趨，也使時展的必然結(jié)果。電子密碼鎖以其高安全性、低廉的成本、較低的能耗、簡便的操作的特性，尤其受到消費者的歡迎?；趩纹瑱C(jī)防盜電子密碼鎖的核心是ATNEL公司的AT89C51單片機(jī)，其主要由鍵盤、液晶顯示屏幕、控制電路、報警電路等部分組成，通過精巧的電路設(shè)計，使其具有密碼改寫、保存、輸入錯誤超限報警等特性。
一、電子密碼鎖設(shè)計原理
電子密碼鎖的核心構(gòu)建就是一個通過密碼輸入來控制電路的芯片，進(jìn)而實現(xiàn)機(jī)械的開或合。市場上，電子密碼鎖的分類有許多種，有較為簡單的電路構(gòu)成的產(chǎn)品，也有集成電路構(gòu)成的芯片類產(chǎn)品，其較高的性價比使其應(yīng)用相當(dāng)廣泛。當(dāng)下流行的手機(jī)鈴聲的編制就是運用以芯片為核心電子密碼鎖來實現(xiàn)的。
本文介紹的電子鎖的核心構(gòu)建是51系列單片機(jī)（AT89s51），配合相應(yīng)的應(yīng)硬件電路設(shè)施，具有密碼的設(shè)置、存儲、識別和顯示等功能，同時還能夠在密碼多次輸入錯誤或是非正常入侵時自動報警，大大提升了安全性能[1]。單片機(jī)的EEPROM中儲存著設(shè)置好的密碼，當(dāng)接收輸入的代碼時，將其與之比較，若密碼正確，則驅(qū)動電磁執(zhí)行器開鎖；假如密碼不正確，則提示操縱人員重新輸入密碼，最多可輸入三次；若是三次之后輸入的密碼仍為錯誤，單片機(jī)就會通過通訊線路向智能監(jiān)控器發(fā)出報警信號。智能監(jiān)控器每次都會監(jiān)控單片機(jī)的開鎖操縱和此時電磁執(zhí)行器的驅(qū)動電流值，并接受單片機(jī)發(fā)來的報警信息，將這些信息及時匯總便于智能化分析。
圖1 基于單片機(jī)的電子密碼鎖的基本電路構(gòu)造
二、三大控制電路基本構(gòu)造
（一）開鎖控制電路
電子密碼鎖電路中最重要的結(jié)構(gòu)就是開鎖控制電路，它主要是通過單片機(jī)向開鎖控制結(jié)構(gòu)發(fā)送電訊號，從而電路驅(qū)動其電磁鎖的吸合，進(jìn)而實現(xiàn)鎖的開或合。其簡單原理可見圖2所示。
開鎖控制電路主要由兩部分組成：驅(qū)動電路和執(zhí)行電路。驅(qū)動電路由D1、R1、T1組成，其中T1可以選用普通的小功率三極管，D1作為開鎖的提示。執(zhí)行電路是由D2、C、T2組成的，其中D2、C能夠消除電磁鎖產(chǎn)生的反向高電壓，并且保護(hù)電路免受電磁干擾。通常選用如8050的三極管作為T11而，電磁鎖的類別要根據(jù)情況來選擇，但基本要求就是保證足夠且有余量的吸合力[2]。要單片機(jī)發(fā)出開門信號，用戶必須滿足一下兩個條件，一是輸入正確的密碼，而是在規(guī)定的時間內(nèi)（10s），鎖驅(qū)動電路，然后驅(qū)動電磁鎖，實現(xiàn)開鎖的操作。當(dāng)滿足以上兩個要求時，單片機(jī)發(fā)出開門信號驅(qū)動電路T1導(dǎo)通，進(jìn)而啟動D1發(fā)出開鎖提示，最后驅(qū)動T2，T2執(zhí)行開鎖。
（二）斷電存儲電路
系統(tǒng)的掉電存儲單元采用的是ATMEL公司生產(chǎn)的AT24C02電可擦除存儲芯片，其內(nèi)有存儲空間為2KB字節(jié)，通過串行總線與單片機(jī)連接通訊，額定電流為1mA，最低電壓可以達(dá)到2.5V。該芯片具備了有斷電儲存功能，并可將資料在短點的情況下儲存40年以上，是值得信賴的芯片。AT24C02支持總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議I2C，PHILIPS公司的I2C（Inter-Integrated Circuit），總線是兩線式串行總線，由于其通信速度快、接線少、控制方式簡便、體積輕巧等優(yōu)點，在微控制器與設(shè)備的連接上都有廣泛的應(yīng)用[3]。在本系統(tǒng)中，單電機(jī)還連接了時鐘電路，將其中的一個I/O口設(shè)置為輸出方式，作為串行時鐘線SCL，通過編程控制產(chǎn)生串行時鐘信號，在通過另一個I/O口作為串行數(shù)據(jù)線SDA，通過編程控制時鐘在低電平期間的讀入或輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)密碼被重新設(shè)定時，機(jī)器將自動將新的密碼保存在芯片內(nèi)；當(dāng)機(jī)器再次通電時，系統(tǒng)會調(diào)出存儲器程序，并在緩存單元中讀入存儲器中儲存的密碼，供主程序使用。
圖2 單片機(jī)開鎖機(jī)構(gòu)電路圖
（三）LCD顯示電路
本系統(tǒng)中所用的顯示器是點陣字符型液晶顯示器，它主要由LCD控制器、點陣驅(qū)動器、字符存儲器組成，并將其集成在一塊印刷電路板上，這樣訥訥個夠便于拆裝和應(yīng)用。這種液晶顯示器不僅能夠顯示數(shù)字、字符，還能夠顯示各種圖形符號并實現(xiàn)用戶對符號的自定義。此外，屏幕支持上下左右滾動、翻頁、文字閃爍等功能，人機(jī)互動界面友好，操作便捷靈活。本系統(tǒng)采用的LMO16L液晶顯示模塊主要有兩大類的操作：讀操作和寫操作[4]。通常情況下，液晶顯示器不需要進(jìn)行讀操作，因此其主要執(zhí)行的是寫操作，而寫操作又可分為寫指令和寫數(shù)據(jù)兩個步驟。通過延時的方法處理忙標(biāo)志，能夠使液晶模塊有足夠時間進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)處理，從而保障在寫操作程序時能夠準(zhǔn)確無誤。
電子密碼鎖具有簡單的軟硬件設(shè)計電路、低廉的開發(fā)成本、較可靠的安全性能、簡便的操作方法，同時，還支持按鍵有效提示，輸入錯誤提示，密碼修改，密碼輸入延時或超限發(fā)出警報功能，在有突況時，能夠?qū)踩[患降到最低，保障物件的安全，在市場上有較大的發(fā)展前景。尤其是家庭、企事業(yè)單位辦公室、學(xué)生宿舍及賓館等場所，適合使用這款電子密碼鎖。
參考文獻(xiàn)：
[1]趙益丹，徐曉林，周振峰.電子密碼鎖的系統(tǒng)原理、設(shè)計程序及流程圖[J].嘉興學(xué)院學(xué)報，2003，15（1）：103-105.
關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；計價器；電路設(shè)計
Key words： single chip microcomputer；meter；the design of circuit
中圖分類號：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）32-0224-02
0 引言
計價器在人們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用的比較廣泛，特別是在出租車行業(yè)中應(yīng)用的最為普遍，汽車最早的計價是通過直接顯示里程來人工計算的，后來又發(fā)展了模擬控制進(jìn)行計價，采用模擬電路整體電路所器件多，電路較復(fù)雜，造成故障率高，難調(diào)試，模式的切換用到的機(jī)械開關(guān)，會造成接觸不良，功能不易實現(xiàn)等。單片機(jī)計價器隨著單片機(jī)的應(yīng)用而不斷得到發(fā)展，采用了單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計，功能強(qiáng)大，用較少的硬件和適當(dāng)?shù)能浖嗷ヅ浜峡梢院苋菀椎膶崿F(xiàn)設(shè)計要求，靈活性強(qiáng)，且可以通過軟件編程來完成更多的附加功能。
本設(shè)計選擇以89S51單片機(jī)為中心單元、用A44E霍爾傳感器進(jìn)行距離測量，可實現(xiàn)對出租車計價統(tǒng)計，采用AT24C02，保證在系統(tǒng)掉電的時候保存單價和系統(tǒng)時間等信息，輸出采用8段數(shù)碼顯示管。利用本電路設(shè)計的計價器不但能實現(xiàn)基本的計價，而且還能根據(jù)白天、黑夜、中途等待來調(diào)節(jié)單價，同時在不計價的時候還能作為時鐘為司機(jī)同志提供方便。
1 設(shè)計方案
1.1 本設(shè)計主要用單片機(jī)進(jìn)行控制 利用單片機(jī)豐富的I/O接口以及控制的靈活性，實現(xiàn)基本的里程計價功能以及其他功能。其基本原理如圖1所示。
1.2 系統(tǒng)的基本組成 本系統(tǒng)組成主要由以下幾個部件組成：AT89S51單片機(jī)、鍵盤控制部件、里程計算單元、液晶顯示等。其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。
1.3 霍爾傳感器計價原理 在出租車車輪上安裝一塊永久磁鐵，在適當(dāng)位置安裝霍爾開關(guān)傳感器，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動一圈，霍爾傳感器產(chǎn)生一個脈沖，用計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)器的值乘上車輪的周長，就是出租車的行程，將其轉(zhuǎn)換成公里數(shù)，公里數(shù)乘以每一公里的價格，就是總價。其原理圖如3所示。
1.4 顯示模塊及指示燈模塊電路 該計價器采用7斷LED數(shù)碼管來顯示所計價錢，用8位共陽極數(shù)碼管，其原理圖及接法如圖4所示。
1.5 計價單元電路設(shè)計 計算里程是通過安裝在車輪上的霍爾傳感器檢測到的信號，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，經(jīng)過單片機(jī)的運算，再傳輸給顯示單元。其原理如圖5所示。
由于開關(guān)型的霍爾器件的輸出的信號符合TTL電平標(biāo)準(zhǔn)，可以直接接到單片機(jī)的I/O口上，而且其最高檢測頻率可達(dá)到1MHz。使用了P3.2口作為信號的輸入端，內(nèi)部采用外部中斷0，車輪每轉(zhuǎn)一圈（設(shè)車輪的周長是1m），霍爾開關(guān)就檢測并輸出信號，引起單片機(jī)中斷，對脈沖計數(shù)，當(dāng)計數(shù)達(dá)到1000次時，也就是1Km，單片機(jī)就控制將金額自動增加，其計算公式：當(dāng)前單價*公里數(shù)=金額。
2 計價器整體電路設(shè)計
本設(shè)計以AT89S51單片機(jī)為核心，采用LED數(shù)碼管實時顯示實際得的價錢，以紅外發(fā)射接收管作為基本行程信息的采集工具。此系統(tǒng)硬件設(shè)計簡單，主要通過軟件編程，實現(xiàn)工作狀態(tài)的定義。系統(tǒng)另外還留有P1.2-P1.7，以及P2.3-P2.7口的全部資源，使得系統(tǒng)具有一定的可升級性和擴(kuò)展性。計價器整體電路如圖6所示。
3 軟件系統(tǒng)設(shè)計
3.1 初始化程序設(shè)計 系統(tǒng)上電時，初始化程序?qū)1-R5存儲單元清零。
3.2 主程序設(shè)計 主程序通過循環(huán)判斷是否等待計價和車輪計數(shù)進(jìn)行總體計價的實現(xiàn)。在等待計價中，調(diào)用等待計價子程序，每4秒調(diào)用數(shù)字計價子程序?qū)τ嫈?shù)器加1，在車輪計數(shù)中，車輪每轉(zhuǎn)過1周調(diào)用計數(shù)子程序?qū)τ嫈?shù)器加1。通過計數(shù)器中的累加值，判斷數(shù)值并調(diào)用顯示。計數(shù)子程序是通過對工作寄存器的循環(huán)累加實現(xiàn)的。秒定時自程序通過2000循環(huán)調(diào)用定時器的2毫秒定時實現(xiàn)，對應(yīng)調(diào)用相應(yīng)子程序。數(shù)碼管顯示子程序通過動態(tài)掃描實現(xiàn)。毫秒定時是通過軟件延時來實現(xiàn)的。系統(tǒng)初始化后，判斷P1.1口，是等待計價。若是則進(jìn)入等待計價處理，若否，則進(jìn)入下一步，判斷是否進(jìn)行車輪計數(shù)，若沒有進(jìn)行車輪計數(shù)則返回等待計價處理，若進(jìn)行車輪計數(shù)，則由計數(shù)器加1，然后判斷計數(shù)器是否加到100，若不到100，則由數(shù)碼管顯示，若到100則由相應(yīng)方式處理，最后由數(shù)碼管顯示計算出的價錢。主程序流程圖如圖7所示。
在主程序模塊中，還需要完成對各接口芯片的初始化、出租車起價和單價的初始化、中斷向量的設(shè)計以及開中斷、循環(huán)等待工作。另外在主程序模塊中，還需要設(shè)置啟動/清除標(biāo)志寄存器、里程寄存器和價格寄存器，并對它們進(jìn)行初始化。其中斷服務(wù)程序流程圖如圖8所示。
4 結(jié)論
本設(shè)計電路，初步解決出租車計算價錢的問題，利用本電路設(shè)計的計價器不但能實現(xiàn)基本的計價，而且還能分時間段進(jìn)行調(diào)整單價，同時在不計價的時候還能作為時鐘為司機(jī)同志提供方便。與相應(yīng)的軟件系統(tǒng)相配套使用，得到了較好的效果。
參考文獻(xiàn)：
[1]范力旻.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京.電子工業(yè)出版社，2009.
中圖分類號:TP29文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1004-373X(2010)15-0200-03
Design of LED Display Screen Control Circuit Based on MCU
LI Xiu-zhong
(Foshan Polytechnic College, Foshan 528237, China)
Abstract: A kind of LED display screen control circuit based on MCU is introduced. The smooth movement display of a line of several characters, figures and symbolls can be realized with the circuit, which can be widely used in enterprise, school, market, public place for text advertisment and information dissemination. The design method and working principle of the control circuit are elaborated. The simulation results of the circuit is presented. This circuit can be expanded to the display screen composed of any number of 16 × 16 dot matrix LED display modules. The practical application shows the circuit is stable and reliable, and the result is good.
Keywords: LED display screen; MCU; design of control circuit; serial output
0 引 言
LED顯示屏廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、學(xué)校、商場、店鋪、公共場所等進(jìn)行圖文顯示,廣告宣傳,信息。本文設(shè)計一種由4個16×16點陣LED模塊組成的顯示屏,由單片機(jī)作控制器,平滑移動顯示任意多個文字或圖形符號,本電路可級聯(lián)擴(kuò)展實現(xiàn)由任意多個16×16點陣LED模塊組成的顯示屏[1]。
1 電路設(shè)計
控制電路由AT89C51單片機(jī)作控制器,顯示屏由4個16×16點陣LED模塊組成,每個16×16點陣LED模塊由4個8×8點陣LED模塊組成,用戶可根據(jù)需要擴(kuò)展增加任意多個16×16點陣LED模塊。8×8 點陣LED模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示,共8行8列,每個發(fā)光二極管放置在行線和列線的交叉點上,共64個發(fā)光二極管。當(dāng)某一列為高電平,某一行為低電平時,則對應(yīng)的發(fā)光二極管點亮。
單片機(jī)P3.0引腳接串入并出移位寄存器74LS164(U10)的串行數(shù)據(jù)輸入端,8個74LS164(U10~U17)級聯(lián),P3.1引腳接8個74LS164的時鐘脈沖輸入端;8個74LS164分別接8個鎖存器74LS373(U18~U25),8個鎖存器的數(shù)據(jù)輸出端接4個16×16點陣LED模塊的行線,每個16×16點陣LED模塊的行線是獨立控制的。P1.0接8個74LS164(U2~U9)的時鐘脈沖輸入端,P1.1接U2、U4、U6、U8的串行數(shù)據(jù)輸入端,每兩個74LS164(U2和U3,U4和U5,U6和U7,U8和U9)級聯(lián);U2~U9的并行數(shù)據(jù)輸出端接4個16×16點陣LED模塊的64條列線。P1.2接所有74LS164的清0端,P1.3接鎖存器的鎖存控制端。設(shè)計完成的電路如圖2所示[2-5]。
圖1 8×8點陣 LED模塊結(jié)構(gòu)
圖2 LED顯示屏控制電路
2 工作原理
本電路利用串行通信口工作于方式0,同時利用P1.0和P1.1模擬串行輸出,來實現(xiàn)LED顯示屏字符平滑移動顯示。由于LED模塊為16×16點陣,所以字符點陣也為16×16點陣,即每個字符由32個字節(jié)即16個字?jǐn)?shù)據(jù)組成,每個字?jǐn)?shù)據(jù)決定了每列LED點亮的情況。16×16點陣字符數(shù)據(jù)由字符點陣提取軟件獲得。
首先單片機(jī)P1.1串行輸出一位二進(jìn)制位“1”,經(jīng)4組74LS164給4個16×16點陣LED模塊的第1列送入一高電平,接著由P3.0串行輸出4個16×16點陣LED模塊的第1列行數(shù)據(jù),即Y1,Y17,Y33,Y49列的行數(shù)據(jù),經(jīng)74LS373鎖存后送LED顯示屏的行線,此時每個LED模塊第1列對應(yīng)的LED點亮。每列的行數(shù)據(jù)為1個字?jǐn)?shù)據(jù),4列共4個字?jǐn)?shù)據(jù),每個字?jǐn)?shù)據(jù)首字節(jié)在字符點陣數(shù)據(jù)表中的地址相差32,此時每個LED模塊顯示每個字符的第1列。接著P1.1串行輸出一位二進(jìn)制位“0”,經(jīng)4組74LS164移位后給4個LED模塊的第2列送入一高電平,再由P3.0串行輸出4個16×16點陣LED模塊的第2列行數(shù)據(jù),即Y2,Y18,Y34,Y50列的行數(shù)據(jù),經(jīng)74LS373鎖存后送LED顯示屏的行線,此時每個LED模塊第2列對應(yīng)的LED點亮,即顯示每個字符的第2列。如此循環(huán),依次點亮每個LED模塊每列對應(yīng)的LED,直到點亮每個LED模塊的第16列,即依次顯示每個字符的各列。只要每列交替顯示的時間適當(dāng),利用人眼的視覺暫留特性,看上去16列LED同時點亮,即看上去整個字符同時顯示。然后再從第1列依次掃描顯示至16列,如此循環(huán)多次,以確保顯示出的字符具有足夠的亮度[6]。
為實現(xiàn)字符平滑移動顯示的效果,在上面實現(xiàn)的4個字符靜態(tài)顯示一定時間后,再次掃描顯示時,每個LED模塊的第1列從每個字符的第2列數(shù)據(jù)開始掃描顯示,即第1個LED模塊顯示第1個字符的第2列、┑3列、……、┑16列和第2個字符的第1列,第2個LED模塊顯示第2個字符的第2列、第3列、……、┑16列和第3個字符的第1列、第2列、……。當(dāng)┑諶次掃描顯示時,每個LED模塊的第1列從每個字符的第3列數(shù)據(jù)開始掃描顯示,即第1個LED模塊顯示第1個字符的第3列、第4列、……、第16列和┑2個字符的┑1列、第2列,第2個LED模塊顯示┑2個字符的第3列、第4列、……、第16列和第3個字符的第1列、第2列、……。如此實現(xiàn)了字符的平滑移動顯示[7]。
3 程序設(shè)計
根據(jù)以上電路設(shè)計及工作原理,繪制出本電路的控制程序流程圖如圖3所示[8]。按程序流程圖編寫出控制程序,用Wave或Keil軟件調(diào)試通過后,產(chǎn)生目標(biāo)代碼文件。
圖3 LED顯示屏控制程序流程圖
4 電路仿真
將目標(biāo)代碼文件加入用Proteus軟件繪制的LED顯示屏控制電路仿真圖中的單片機(jī)中,仿真運行,運行結(jié)果如圖4所示[9-10]。
圖4 LED顯示屏平滑移動顯示
5 結(jié) 語
該LED顯示屏控制電路用單片機(jī)作為控制器,采用串行移位輸出方式,實現(xiàn)了一行字符的平滑移動顯示,在實際應(yīng)用時還應(yīng)加上相關(guān)驅(qū)動電路。本電路可擴(kuò)展實現(xiàn)由任意多個16×16點陣LED模塊組成的LED顯示屏顯示控制。經(jīng)實際應(yīng)用表明,該電路穩(wěn)定可靠,效果良好。
參考文獻(xiàn)
[1]詹新生,張江偉.基于單片機(jī)的16×64 LED點陣顯示屏的設(shè)計[J].電子元器件應(yīng)用,2009,11(8):8-10.
[2]石長華,周杰.基于Proteus的單片機(jī)漢字點陣顯示設(shè)計與仿真[J].景德鎮(zhèn)高專學(xué)報,2007,22(4):1-3.
[3]郭柯娓,李淑琴.基于STC89C54RD+單片機(jī)的點陣LED顯示屏的設(shè)計[J].遼寧大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2008,35(1):28-31.
[4]陳君霞,黃躍華,甘文.大屏幕LED點陣顯示系統(tǒng)[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用,2007,26(7):118-120.
[5]龐家成.多功能LED信息顯示屏的設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2006,29(9):147-149.
[6]黎友盛,周菁菁.大屏幕LED顯示屏的高速控制方案[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2007(9):48-50.
[7]張明波.基于單片機(jī)的點陣LED顯示系統(tǒng)的設(shè)計[J].微計算機(jī)信息,2007,23(5):85-86.
（鄭州華信學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院, 河南鄭州，451100）
摘要：本文詳細(xì)介紹了利用單片機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)開發(fā)設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)中，如何采用AT89S51 單片機(jī)設(shè)計模塊電路。
關(guān)鍵詞：單片機(jī); 溫度控制; 模塊電路
中圖法分類號：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
Based on the AT89S51 single-chip temperature control system
with module circuit design
Qu Quanpeng
（Machatronics Engineering Department,Zhengzhou Huaxin College,Zhengzhou,451100,China）
Abstract ：This paper introduces in detail combined with the use of single-chip sensor technology development
and design of the temperature control system,how to use the AT89S51 microcontroller design module circuit.
Keywords ：Single chip microcontroller;Temperature control;module circuit
0 引言
在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處
理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測和控制。采用單片機(jī)對溫
度進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可
以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品
的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)
中經(jīng)常會遇到的控制問題。
1 設(shè)計要求
設(shè)計一個基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，能夠?qū)t溫進(jìn)行控
制。爐溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在爐溫變化時實
現(xiàn)自動控制。若測量值高于溫度設(shè)定范圍，由單片機(jī)發(fā)出控制信
號，經(jīng)過驅(qū)動電路使加熱器停止工作。當(dāng)溫度低于設(shè)定值時，單
片機(jī)發(fā)出一個控制信號，啟動加熱器。通過繼電器的反復(fù)開啟和
關(guān)閉，使?fàn)t溫保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。
1）溫度設(shè)定范圍為0 ～ 99℃，最小區(qū)分度為1℃，溫度控制
的誤差≤ 1℃
2）能夠用數(shù)碼管精確顯示當(dāng)前實際溫度值
3）按鍵控制：設(shè)置復(fù)位鍵、加一鍵、減一鍵
4）越限處理
2 單片機(jī)選擇
本設(shè)計選擇AT89S51 作為主控芯片。AT89S51 單片機(jī)的
40 個引腳中有2 個專用于主電源引腳，2 個外接晶振的引腳，
4 個控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及32 條輸入輸出I/O 引
腳。
1）電源引腳Vcc 和Vss
Vcc（40 腳）：接+5V 電源正端；
Vss（20 腳）：接+5V 電源正端。
2）外接晶振引腳XTAL1 和XTAL2
XTAL1（19 腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它
是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成外部時鐘時，對于
CHMOS 單片機(jī)，該引腳接地；對于CHOMS 單片機(jī)，該引腳作為外
部振蕩信號的輸入端。
XTAL2（18 腳）：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至
片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時鐘時，對于
CHMOS 單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于CHMOS
芯片，該引腳懸空不接。
3）控制信號或與其它電源復(fù)用引腳有RST/VPD、ALE/P、
PSEN 和EA/VPP 等4 種形式。
RST/VPD（9 腳）：RST 即為RESET，VPD 為備用電源，所以該
引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作
時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機(jī)器周期的高電平，就可實現(xiàn)復(fù)位操
作，使單片機(jī)復(fù)位到初始狀態(tài)。
當(dāng)VCC 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可
接上備用電源VPD（+5V）為內(nèi)部RAM 供電，以保證RAM 中的數(shù)據(jù)
不丟失。
ALE/ P （30 腳）：當(dāng)訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖
存信號）以每機(jī)器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0 口
的地址信號。
PSEN(29 腳): 片外程序存儲器讀選通輸出端, 低電平有
效。當(dāng)從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機(jī)器周期
PESN 兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問外
部數(shù)據(jù)存儲器期間，PESN 信號將不出現(xiàn)。
EA/Vpp（31 腳）：EA 為訪問外部程序儲器控制信號，低電平
有效。當(dāng)EA 端保持高電平時，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲器4KB
（MS—52 子系列為8KB）。若超出該范圍時，自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部
程序存儲器的程序。當(dāng)EA 端保持低電平時，無論片內(nèi)有無程序
機(jī)，在EPROM 編程期間，該引腳用于接21V 的編程電源Vpp。
4）輸入/ 輸出（I/O）引腳P0 口、P1 口、P2 口及P3 口
P0 口（39 腳～ 22 腳）：這8 條引腳有兩種不同功能，分別適
用于兩種不同情況。第一種情況是89S51 不帶片外存儲器，P0
口可以作為通用I/O 口使用，P0.0-P0.7 用于傳送CPU 的輸入
/ 輸出數(shù)據(jù)。第二種情況是89S51 帶片外存儲器，P0.0-P0.7
在CPU 訪問片外存儲器時用于傳送片外存儲器的低8 位地址，
然后傳送CPU 對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。
P1 口（1 腳～ 8 腳）：這8 條引腳和P0 口的8 條引腳類似，
P1.7 為最高位，P1.0 為最低位。當(dāng)P1 口作為通用I/O 口使用時，
P1.0-P1.7 的功能和P0 口的第一功能相同，也用于傳送用戶的
輸入和輸出數(shù)據(jù)。
P2 口（21 腳～ 28 腳）：這組引腳的第一功能和上述兩組引
腳的第一功能相同，既它可以作為通用I/O 口使用。它的第二功
能和P0 口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高8
位地址。
P3 口（10 腳～ 17 腳）：P3.0 ～ P3.7 統(tǒng)稱為P3 口。它為雙
功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向I/O 接口，也可以將每1 位用于
第2 功能，而且P3 口的每一條引腳均可獨立定義為第1 功能的
輸入輸出或第2 功能。P3 口的第2 功能見表1。
表1 單片機(jī)P3 口管腳第2 功能
Table 1 singlechip P3 mouth second pin function
AT89S51 單片機(jī)引腳圖如圖1 所示
3 單片機(jī)控制模塊電路設(shè)計
控制模塊是整個設(shè)計方案的核心，它控制了溫度的采集、處
理與顯示、溫度值的設(shè)定與溫度越限時控制電路的啟動。本控制
模塊由單片機(jī)AT89S51 及其外圍電路組成，電路如圖2 所示。
該電路采用按鍵加上電復(fù)位，S2 為復(fù)位按鍵，復(fù)位按鍵按
下后，復(fù)位端通過51Ω 的小電阻與電源接通, 迅速放電, 使
RST 引腳為高電平, 復(fù)位按鍵彈起后, 電源通過8.2KΩ 的電
阻對10KμF 的電容C5 重新充電,RST 引腳端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖.
4 結(jié)束語
本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式, 利用芯片內(nèi)部的振蕩器, 然后
在引腳XTAL1 和XTAL2 兩端跨接晶體振蕩器, 就構(gòu)成了穩(wěn)定的
自激振蕩器, 發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路,C6 和C7 的
值通常選擇為30pF 左右, 晶振Y1 選擇12MHz. 為了減小寄生
電容, 更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器電容應(yīng)盡可
能安裝得與單片機(jī)引腳XTAL1 和XTAL2 靠近。
參考文獻(xiàn)
[1] 李虹，溫秀梅，高振天. 基于MSP430 單片機(jī)和DS18B20 的
小型測溫系統(tǒng)[J]. 微計算機(jī)信息,2006，22(2) ：137-
138
[2] 王文海. 單片機(jī)應(yīng)用于實踐項目化教程[M]. 北京：化學(xué)
工業(yè)出版社，2010,23-38
[3] 蔡美琴，毛敏.MCS-51 系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用[M]. 北
京：高等教育出版社，2009,28-46
[4] 張齊，杜群貴. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)[M]. 北京：電子
工業(yè)出版社2007,32-35
作者簡介
曲全鵬（1981—），男，河南周口人，實驗師，鄭州華信學(xué)院
中圖分類號：TP368.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
文章編號：1004373X(2008)2202204
Design of LCD Control Circuit Based on AT89S52
CHEN Jingpei，XU Yongmei
(Huaian Broadcasting and Television University,Huaian,223005,China)
Abstract：The liquid crystal display is the widespread application function in present monolithic integrated circuit technology.The design uses powerful AT89S52 single chip computer and programming software Visual C + +,designs a new type of LCD control circuit.From the AT89S52 and DMC20261 liquid crystal display monitor′s performance characteristics,according to experience,it introduces between two connection technology,contains the mature hardware electric circuit and the software design.The experimental resultsindicate that,this design is simple,convenient,stable and reliable,it is widely applied in the intellectualized instrument measuring appliance and each kind of sounding board,provids high nimble,high performance solution for embedded control system.
Keywords：AT89S52 single chip computer;DMC20261 LCD;hardware interface;software design
1 AT89S52單片機(jī)簡介
1.1 芯片主要特性
AT89S52單片機(jī)是Atmel公司新近推出的高檔、增強(qiáng)型產(chǎn)品。它是一個低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，片內(nèi)含通用8位中央處理器和ISP FLASH存儲單元，8 kB ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1 000次的FLASH只讀程序存儲器，片上FLASH允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程FLASH，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、高性價比的解決方案。
1.2 AT89S52管腳排列
AT89S52單片機(jī)有PDIP,PLCC和TQFP等3種封裝形式（常見的PDIP排列見圖1）。
2 DMC20261型液晶顯示屏
DMC20261型液晶顯示模塊內(nèi)部由3部份組成：LCD控制器、驅(qū)動器、顯示器。如圖2所示。
目前大部分LCD液晶顯示器的控制器都有采用型號為HD44780的集成控制器。HD44780是集控制器、驅(qū)動器于一體，專用于字符顯示控制驅(qū)動集成電路。HD44780是字符型液晶顯示控制器的代表電路。其主要特點是：
HD44780不僅作為控制器而且具有驅(qū)動40×16點陣液晶像素的能力，且驅(qū)動能力可通過外接驅(qū)動器擴(kuò)展360列驅(qū)動；顯示緩沖區(qū)及用戶自定義的字符發(fā)生器CGRAM全部內(nèi)藏在芯片內(nèi)；具有適用于M6800系列MPU的接口，并且接口數(shù)據(jù)傳輸可為8位數(shù)據(jù)和4位數(shù)據(jù)傳輸2種方式；具有簡單而功能較強(qiáng)的指令集，可實現(xiàn)字符移動，閃爍等顯示功能（見表1）；由于HD44780的DDRAM容量所限，HD44780可控制的字符高達(dá)每行80個字，也就是5×80=400點，內(nèi)藏有16路行驅(qū)動器和40路列驅(qū)動器，所以HD44780本身就具驅(qū)動有16×40點陣LCD能力（即單行16個字符2行8個字符）；內(nèi)藏的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形（見圖3），比如數(shù)字“1”的代碼是00110001B（31H），又如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H）。
2.1 液晶屏控制器的指令
字符LCD的指令共有11條，詳細(xì)功能和用法見表1。
2.2 字符圖形代碼
字符圖形代碼（如圖3所示）。
3 液晶顯示屏與AT89S52接口的設(shè)計
3.1 硬件電路設(shè)計
在實際應(yīng)用中，液晶模塊與單片機(jī)的連接方式很多。從占用I/O口線的多少來分有串行方式和并行方式，其中串行方式速度較慢、占用的I/O口少，并行方式分為4線和8線、速度較快、占用的I/O口多，實際應(yīng)用中以并行方式居多。目前51系列單片機(jī)是國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的一類，下面介紹筆者設(shè)計成功的接口電路供大家參考。
單片機(jī)的P0口和P3口的部份引腳與DMC20261型液晶顯示連接電路如圖4所示。
3.2 軟件設(shè)計
由DMC20261字符圖形代碼及控制器的指令特點編寫一個簡單的顯示程序“淮安市高職院”。其中P35為命令/字符、P36為讀/寫、P37為脈沖引腳，P0口為數(shù)據(jù)端，每個漢字占5列8行點陣，兩行最多可編16字。主程序流程圖如圖5所示。后面附上用調(diào)整軟件Dev C++IDE編寫并調(diào)試成功的程序。
注：*表示可以為0或1。
控制系統(tǒng)實用程序如下：
#include
#include
#define RS P35//定義P35為命令/數(shù)據(jù)引腳//
#define RW P36//定義P36為讀寫//
#define E P37//定義P37為脈沖//
unsigned char count,sec,min,hr;
void delay(unsigned int duration) //延遲函數(shù)//
{
while (duration--!=0);
}
void store() //脈沖函數(shù)//
{
E=1;
delay(300);
E=0;
delay(300);
}
void LCD_init()//顯示器初始化函數(shù)//
{
RS=0;
RW=0;
P0=0X38; //定義顯示器為兩行//
store();
P0=0X0C;//顯示光標(biāo)//
store();
P0=0X06;//屏不移動//
store();
P0=0X01;//清除命令//
store();
P0=0X02;//返回原位置//
store();
}
void LCD_print(unsigned char k) //輸送數(shù)據(jù)到顯示器//
{
P0=k;
RS=1;
RW=0;
store();
}
void LCD_command(unsigned char m)//輸送命令到顯示器//
{
P0=m;
RS=0;
RW=0;
store( );
}
void display_chinese()
{
LCD_command(0x40); //“淮”，字符存儲器開始地址為40H，占5列8行//
LCD_print(0x0a);
LCD_print(0x1f);
LCD_print(0x0a);
LCD_print(0x1f);
LCD_print(0x0a);
LCD_print(0x0f);
LCD_print(0x1a);
LCD_print(0x0f);
LCD_command(0x48); //“安”//
LCD_print(0x04);
LCD_print(0x1f);
LCD_print(0x15);
LCD_print(0x04);
LCD_print(0x1f);
LCD_print(0x0a);
LCD_print(0x04);
LCD_print(0x0a);
LCD_command(0x50); //“市” //
LCD_print(0x04);
LCD_print(0x00);
LCD_print(0x1f);
LCD_print(0x04);
LCD_print(0x1f);
LCD_print(0x15);
LCD_print(0x15);
LCD_print(0x15);
LCD_command(0x58); //“高”//
LCD_print(0x04);
LCD_print(0x1f);
LCD_print(0x0e);
LCD_print(0x1f);
LCD_print(0x11);
LCD_print(0x1f);
LCD_print(0x1f);
LCD_print(0x11);
LCD_command(0x60); //“職”//
LCD_print(0x1e);
LCD_print(0x14);
LCD_print(0x1f);
LCD_print(0x17);
LCD_print(0x1f);
LCD_print(0x14);
LCD_print(0x1f);
LCD_print(0x04);
LCD_command(0x68); //“院”//
LCD_print(0x1A);
LCD_print(0x17);
LCD_print(0x15);
LCD_print(0x1A);
LCD_print(0x12);
LCD_print(0x15);
LCD_print(0x1D);
LCD_print(0x15);
LCD_command(0xC5); //顯示字符于第二行//
LCD_print(0);
LCD_print(1);
LCD_print(2);
LCD_print(3);
LCD_print(4);
LCD_print(5);}
void main(){
LCD_init();//顯示器初始化//
display_chinese(); //顯示漢字//
for(;;);}
4 結(jié) 語
本文介紹液晶顯示屏與AT89S52單片機(jī)接口的設(shè)計方法，硬件電路與軟件實現(xiàn)簡單易行。AT89S52高性能單片機(jī)功耗低、兼容性強(qiáng)、具有可反復(fù)擦寫1 000次的ISP FLASH在系統(tǒng)可編程單元。
DMC20261型液晶顯示屏具有簡單而功能較強(qiáng)的指令集，可實現(xiàn)字符滾動、閃爍等顯示功能，且文字清晰準(zhǔn)確，廣泛應(yīng)用于智能化儀器儀表及各種宣傳場所，為嵌入式控制系統(tǒng)提供高靈活、高性價比的解決方案。
參考文獻(xiàn)
［1］AT89S52單片機(jī)功能特性［EB/OL］.,pdfprodoct/DSP/8051architecture/search-AT89S52/ AT89S52,2006.
［2］程敬鋒.LCD液晶顯示屏的內(nèi)部結(jié)構(gòu)［EB/OL］.,2006.
［3］焦娟麗，郭學(xué)良.液晶顯示器在單片機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 ［J］.現(xiàn)代顯示，2006(9):39-42.
［4］張志良.單片機(jī)原理與控制技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.
［5］居水榮.單片機(jī)及其發(fā)展趨勢［J］.微納電子技術(shù)，2001（2）:13-15.
［6］周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2005.
［7］Daniel P Bovet,Marco Cesati.Understanding the Linux Kernel ［M］.O′Reilly,2000.
［8］譚浩強(qiáng).C語言程序設(shè)計［M］.2版.北京:清華大學(xué)出版社，1999.
［9］呼克佑，師智斌，劉爽英.C語言程序設(shè)計［M］.北京:中國宇航出版社，2002.
［10］Brian W Kernighan,Dennis M Ritchie.The C Programming Language［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.
［11］李維緹,郭強(qiáng).液晶顯示器件應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社,2000.
一般的公交車報站系統(tǒng)分為兩種，一種是司機(jī)通過按鍵來操作，熟悉路線的司機(jī)在車輛駛?cè)胝军c一定距離范圍內(nèi)時，按下所對應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)報站。另一種是通過全球定位系統(tǒng)（GPS）的用戶終端接收工作衛(wèi)星的導(dǎo)航信息，從而解算出車輛的經(jīng)緯度信息，進(jìn)而計算出實時坐標(biāo)，將其與站點坐標(biāo)相比較，當(dāng)車輛駛?cè)胝军c一定距離范圍內(nèi)時，不用人工干預(yù)，系統(tǒng)自動報站。兩種報站方法來說，第一種不智能，容易出現(xiàn)失誤，第二種花費昂貴巨大。所以本設(shè)計就利用兩個TCRT5000紅外反射器作為檢測站牌的傳感器，紅外反射器輪流檢測到站牌后，單片機(jī)判斷接受信號的高低電壓并發(fā)出指令進(jìn)行相應(yīng)的語音報站，并進(jìn)行液晶顯示，檢測不僅準(zhǔn)確而且價格低廉。
1 設(shè)計思路及設(shè)計方案
1.1 設(shè)計思路
本系統(tǒng)使用八位單片機(jī)作為控制器件。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行語音再生時，單片機(jī)控制語音合成電路中的語音芯片來讀取其外接的存儲器內(nèi)部的語音信息，并合成語音信號，再通過語音輸出電路，進(jìn)行語音報站和提示。同時，單片機(jī)讀取傳感器返回的站臺信息，將信息顯示在液晶上。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行語音錄制時，語音信號通過語音錄入電路送給語音合成電路中的語音芯片，由語音芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將生成的數(shù)字語音信息存儲到語音存儲芯片中，從而建立語音庫。
1.2 硬件電路設(shè)計
硬件電路包括控制器選型、紅外反射模塊電路設(shè)計、語音控制電路設(shè)計、按鍵電路、指示燈、電源電路設(shè)計等；其中控制器選擇STC89C52--帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器，紅外反射模塊電路以TCRT5000紅外反射器為核心，工作電壓：DC 3V～5.5V，推薦工作電壓為5V，檢測距離：1mm～8mm適用，焦點距離為2.5mm；語音控制電路設(shè)計以ISD1700芯片為核心，通過軟件編程實現(xiàn)完成指定地址的放音工作，同時還能嵌入整個費額顯示程序中。
1.3 軟件設(shè)計
系統(tǒng)上電后，程序自動初始化，通過延時，電源指示燈閃爍，主控器讀取語音芯片存儲的地址及錄音指針，進(jìn)行復(fù)位，將語音置于第一段，完成語音芯片初始化，通過查看位置表是否小于9，來判斷上行線，還是下行線。在LCD12864屏上顯示。再通過紅外傳感器1號和2號輪流觸發(fā)，指示燈亮，將得到的信號返回給主控器，再命令語音芯片播放當(dāng)前站點信息，完成后語音地址自動加1。依次播放顯示，直到最后一段語音播放完畢再返回第一段語音，循環(huán)播放。
包括主程序--包括初始化，讀取語音芯片存儲的地址及錄音指針并正確判斷當(dāng)前站點以決定播放位置并正確播放站點站名等功能；紅外線播站子程序--實現(xiàn)站點的正確播放，并順序播放到達(dá)站點的站名等功能；錄音操作子程序--實現(xiàn)站點錄入及修改等功能。
2 電路功能調(diào)試
本設(shè)計主要有主控制板，LCD12864板，喇叭，電池盒，USB線，排線，共6部分，先將喇叭和LCD12864板與主控制板連接，再連接供電部分，紅外反射器上方不得有物體遮擋。上電后若有問題可以按復(fù)位鍵進(jìn)行初始化。經(jīng)過靜態(tài)及動態(tài)電路調(diào)試以及軟件調(diào)試，所設(shè)計的公交車自動報站電路器實現(xiàn)了預(yù)期的功能。
3 結(jié)語
該系統(tǒng)實現(xiàn)了公交車自動報站功能。本系統(tǒng)功能強(qiáng)大，成本低，系統(tǒng)穩(wěn)定，無需人工介入，語音音質(zhì)好，很好的實現(xiàn)了車輛報站的自動化，具有很強(qiáng)的實用性。系統(tǒng)選用ISD1700語音芯片，它的錄音數(shù)據(jù)被存放方法是通過ISD多級存儲專利技術(shù)實現(xiàn)的，用聲音和聲頻信號的自然形式直接存放在故態(tài)存儲器，從而提供高質(zhì)量回放語音的保真度，使得該系統(tǒng)與其他語音報站系統(tǒng)相比較，語音質(zhì)量較好。另外，本設(shè)計仍然存在的許多的不足之處，比如它在報站時刻上不能十分的精確，存在一定的誤差。這些問題都需要在今后的研究工作中加以改進(jìn)，使系統(tǒng)更完善，更好的為人們服務(wù)。
參考文獻(xiàn)
[1]張雅蘭.公交車自動報站系統(tǒng)改進(jìn)研究[J].廣西工學(xué)院學(xué)報，2010（4）：22-25.
[2]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004：79-81.
[3]王振紅，李洋，郝承祥.ISD1700語音芯片的工作原理及其在智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子器件，2002，01：79-83.
[4]Kenneth K.ClarkeDonald T.hess：Analogy Circuit Analysis And Design （chapter11） Addison-Wesley pub.co.inc.1997：功率放大22-26
作者簡介
段了然（1992-），女 ，現(xiàn)為新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院學(xué)生，所學(xué)專業(yè)：電氣工程及其自動化。
李雪蓮（1967-），女，四川省儀隴縣人，碩士，副教授，研究方向為農(nóng)業(yè)電氣自動化。系本文通訊作者。
紅外探測器驅(qū)動電路為紅外探測器(以下簡稱“探測器”)工作提供必須的工作電源、偏置電壓、時序電路等，同時完成對探測器模擬信號的讀取和預(yù)處理。
1.2探測器驅(qū)動電路設(shè)計
1.2.1探測器供電設(shè)計探測器所需的三個供電電源分別為VDDA、VDDO和VDDD?？臻g環(huán)境對電源的可靠性、體積、重量等參數(shù)都有著苛刻的要求，為了減小電源的輸出波動和開關(guān)帶來的噪聲，采用體積小、重量輕、抗干擾性強(qiáng)的LDO(MSK5101)直接給探測器供電。探測器驅(qū)動電路工作溫度范圍為－20～+50℃，此范圍內(nèi)該LDO溫漂為1.4mV，滿足探測器使用要求，同時該芯片輸出電流可達(dá)1.5A，
1.2.2探測器偏置電壓設(shè)計探測器有7個直流偏置電壓，分別為GPOL(0.5～2V)、VPD(1.7～4.2V)、3.1V外部偏置(VR、VREF、VSREF)、2.5V外部偏置(VSWSREF、AJTREF)。這些偏置電壓對噪聲非常敏感，輸入電壓的波動會給探測器輸出信號帶來較大影響。為了保證探測器輸出信號的穩(wěn)定，須保證探測器偏置電壓的穩(wěn)定，同時盡量減小噪聲。設(shè)計時，選用低噪聲、低電壓調(diào)整率的LDO產(chǎn)生一個穩(wěn)定的電壓V1，通過高精度的分壓電阻從V1分得所需電壓V2。為了增大驅(qū)動能力，同時起到隔離作用，將電壓V2通過低噪聲、高共模抑制比的運算放大器AD843(該運放在10Hz～10MHz帶寬內(nèi)噪聲均方根為60μV，可滿足探測器對偏置電壓噪聲均方根的要求)進(jìn)行緩沖，得到電壓V3供探測器使用。
1.2.3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。
1.2.4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(jìn)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。
1.3低噪聲設(shè)計與改進(jìn)
為了對設(shè)計的電路性能進(jìn)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(jìn)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)。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)，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)
1.4空間環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計
1.4.1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(jìn)行了降額設(shè)計。
1.4.2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(jìn)而引發(fā)單粒子鎖定效應(yīng)(SEL)。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，進(jìn)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。
1.5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。在國產(chǎn)探測器均勻性、一致性與進(jìn)口探測器有一定差距的情況下，通過改進(jìn)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。
引言
低噪聲放大器是射頻接收前端的主要部分。它位于接收機(jī)的最前端，這就要求它的噪聲系數(shù)越小越好，為了抑制后面各級噪聲對系統(tǒng)的影響，要求它有一定的增益。由于噪聲指標(biāo)和增益指標(biāo)此消彼長，設(shè)計時需要根據(jù)具體用途來選擇合適的指標(biāo)。本文用安捷倫科技有限公司的ADS仿真軟件給出一種設(shè)計方法，可以使噪聲和增益指標(biāo)最佳化。
1.設(shè)計指標(biāo)
2. 管芯及材料的選擇
本文設(shè)計的低噪聲放大器工作在：2.4GHz-2.48GHz頻段，由于頻段較高，本設(shè)計中介質(zhì)基板選擇高端PCB廠商Arlon公司的DiClad527介質(zhì)板材，介電常數(shù)為2.55，厚度為1.016mm，銅皮厚度0.1mm，損耗因子0.0022。根據(jù)本設(shè)計中低噪聲放大器的預(yù)期指標(biāo)，在滿足一定增益的同時還要有較低的噪聲系數(shù)，管芯選擇安捷倫公司的型號為ATF-34143的增強(qiáng)模式PHEMT（Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor）其性能參數(shù)和封裝形式如圖1 ：
3. 電路穩(wěn)定性設(shè)計
電路設(shè)計前要確保電路的絕對穩(wěn)定，這里的穩(wěn)定不單指在工作頻段能穩(wěn)定，更重要的是在全頻段內(nèi)穩(wěn)定。在ADS中：K=stab_fact（S）， stab_fact（S）函數(shù)返回Rollett穩(wěn)定因子。K>1 時電路絕對穩(wěn)定。用ADS在1GHz-10GHz掃描，圖5.6為ATF-34143在1GHz-10GHz內(nèi)的穩(wěn)定性圖，由圖可以看出1GHz-5GHz，管芯的K<1，電路不穩(wěn)定，容易自激。需額外加入穩(wěn)定電路。穩(wěn)定電路如圖5.7。對該電路的電阻，電容和電感進(jìn)行調(diào)諧，使電路在整個頻帶內(nèi)絕對穩(wěn)定（K>1）。圖5.8給出穩(wěn)定電路的仿真結(jié)果?？梢钥吹椒€(wěn)定電路在0GHz-18GHz內(nèi)絕對穩(wěn)定。
4. 偏置網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
偏置網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計是影響低噪聲放大器性能的一個重要因素，很多電路最后設(shè)計的性能不良往往歸結(jié)于直流偏置網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的不當(dāng)。參考ATF-34143的相關(guān)資料，選定直流工作狀態(tài)： ，在該工作狀態(tài)下，管子的噪聲最小，而增益較高。首先選用ph模型設(shè)置偏置電路，采用自偏壓電路，設(shè)計電路圖：圖中優(yōu)化電阻R1、R2、R3設(shè)定2個優(yōu)化目標(biāo)，名稱分別為：VC和IC.IDS.i。
5 .輸入輸出端口的匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
用，時的S參數(shù)模型替換直流仿真時的ph模型。對于LNA，如果輸入口有一定的失配，反而可以調(diào)整器件內(nèi)部各種噪聲之間的相位關(guān)系，從而降低噪聲系數(shù)。為了獲得最小的噪聲系數(shù)，有個最佳值，此時LNA達(dá)到最小噪聲系數(shù)，即達(dá)到最佳噪聲匹配狀態(tài)。其中是最佳信源反射系數(shù)，當(dāng)匹配狀態(tài)偏離最佳時，LNA的噪聲系數(shù)將增大?？梢詮钠骷腄atasheet文件中獲得。為最小噪聲的最優(yōu)匹配系數(shù)。這個系數(shù)可以進(jìn)行輸入匹配電路的設(shè)計，該系數(shù)可以利用軟件仿真獲得。經(jīng)仿真得 = 0.564/-87.2。輸入反射系數(shù)S[1，1]設(shè)置為的共軛，用來進(jìn)行50Ω匹配。調(diào)諧得到C1=8.2pF，L=27nH。根據(jù)噪聲最小原則設(shè)計輸入匹配電路。
6. 低噪聲放大器的整體優(yōu)化
以上完成了管芯選擇、穩(wěn)定性設(shè)計、輸入輸出端的電路匹配，此時需要進(jìn)一步優(yōu)化，設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)，得最終電路原理圖。低噪聲放大器在0GHz-4GHz頻帶內(nèi)絕對穩(wěn)定。和均小于-15 dB，增益>14dB，噪聲系數(shù)NF<0.7dB。增益平坦度≤±1dB，完全滿足設(shè)計指標(biāo)的要求。
參考文獻(xiàn)
[1] 黃智偉.無線發(fā)射與接收電路設(shè)計.北京航空航天大學(xué)出版社.2004.
[2]王志強(qiáng).無線接收機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計.微電子學(xué).2004，34（4）：455-459.
[3]Reinhold Ludwig，Pavel Bretchko.射頻電路設(shè)計―理論與應(yīng)用.電子工業(yè)出版社.2002
[4]吳建輝，茅潔.射頻電路PCB設(shè)計.電子工藝技術(shù).
[5]姜雪松，王鷹.電磁兼容與PCB設(shè)計.機(jī)械工業(yè)出版社.2008.2
[6][日]市川裕一，青木 勝.高頻電路設(shè)計與制作.科學(xué)出版社.2004.
中圖分類號：
TN928-34
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
文章編號：1004-373X(2012)05
-0099
-03
Design and simulation of BeiDou navigation receiver LNA
YU Zhi-xi, SU Kai-xiong, CHEN Jun, YANG Hua-wei
(Institute of Physics and Information Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350002， China)
Abstract：
In order to achieve the development of BeiDou navigation satellite receiver front-end，according to the system's requirements including the gain, noise figure, sensitivity and other key indicators, a LNA design based on ATF54143 is introduced. The design used two-stage structure and source transmission line negative feedback technology, input the best noise match and output conjugate matched design, performed simulation with ADS software to get 32 dB gain, 0.45 dB noise figure and1.5 input VSWR.
Keywords： BeiDou navigation; receiver; RF front-end; LNA
收稿日期：2011-10-24
基金項目：2010年福建省重大專項(2010HZ0004-1)；福州市市?？萍己献黜椖?2011-G-105);福州大學(xué)科技發(fā)展基金(2011-XY-23)
0 引 言
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國獨立研制開發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位通信系統(tǒng)，可以對我國領(lǐng)土、領(lǐng)海及周邊地區(qū)的用戶進(jìn)行定位及定時授時，并且可以實現(xiàn)各用戶之間、用戶與中心控制站之間的簡短報文通信［1］。
作為衛(wèi)星定位導(dǎo)航接收機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵部分的射頻模塊，主要包含接收與發(fā)射兩大部分。接收部分的主要功能是接收來自多顆衛(wèi)星的微弱的S波段微波信號，并將其進(jìn)行低噪聲放大、濾波和下變頻后形成中頻信號，送給后端處理模塊；發(fā)射部分則將本機(jī)的短信息經(jīng)過調(diào)制、上變頻和放大后形成大功率的L波段射頻信號，再通過天線發(fā)送給衛(wèi)星［2］。因此，射頻模塊的高性能、高可靠性是保證整機(jī)正常工作的前提。
本文根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)要求，提出一種基于ATF54143的LNA設(shè)計方案，并用ADS軟件進(jìn)行了仿真。
1 接收機(jī)低噪聲放大器指標(biāo)要求
射頻前端是所有無線電接收機(jī)中最關(guān)鍵的組成部分，射頻前端的設(shè)計一直是無線電接收機(jī)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。“北斗”信號到達(dá)地面的最低功率為-127.6 dBm，正常時為-116.8 dBm，載波頻率為2 491.75 MHz，帶寬為8.16 MHz。設(shè)計的接收機(jī)要保證系統(tǒng)在大部分時間內(nèi)都能對衛(wèi)星信號進(jìn)行有效地捕獲，這樣設(shè)定接收機(jī)的靈敏度為［3］-118 dBm?，F(xiàn)在北斗接收機(jī)射頻芯片的最低輸入信號功率一般為［4］-100 dBm，所以LNA增益需要大于18 dB，考慮一定的余量，增益設(shè)計為［5］30 dB。為了實現(xiàn)正常的OQPSK解調(diào)，射頻接收部分輸出給基帶部分的信噪比為-17 dB，根據(jù)北斗接收機(jī)的靈敏度要求，可以得到北斗接收機(jī)的最大噪聲系數(shù)為［3］3.8 dB。前端低噪聲放大器的指標(biāo)要求如表1所示。
2 基于ATF54143的低噪聲放大器設(shè)計
2.1 偏置電路設(shè)計
偏置電路是放大器不可缺少的電路單元，偏置的作用是在特定的工作條件下為有源器件提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點，并抑制晶體管參數(shù)的離散性以及溫度變化的影響，從而保持恒定的工作特性。如果偏置電路設(shè)計不當(dāng)，會影響電路的噪聲系數(shù)及功率增益等參數(shù)。從ATF-54143手冊可以看出，該放大管在源漏極電流20 mA靜態(tài)工作點下，在2.4 GHz頻點上的最大功率增益是16.5 dB，可以得到最小的噪聲系數(shù)為0.4 dB。由于ATF54143的封裝上有兩個柵極，因此偏置電流ID設(shè)計為40 mA，通過計算可以得到偏置電阻R1=337 Ω，R2=38 Ω。
2.2 穩(wěn)定性分析
放大器電路必須滿足的首要條件之一是其在工作頻帶內(nèi)的穩(wěn)定性，當(dāng)一個射頻放大器工作在不穩(wěn)定區(qū)域時，該電路就無法完成正常的放大作用，反而會出現(xiàn)振蕩信號。穩(wěn)定性意味著反射系數(shù)的模小于1［6］，即：
一般晶體管的S11和S22參數(shù)的模小于1，S12不為0，不能把晶體管視為單向性元件，輸入反射系數(shù)不僅和S11有關(guān)系，同時和負(fù)載反射系數(shù)ΓL有關(guān)，不合適的負(fù)載，有可能使Γin>1，導(dǎo)致輸入端不穩(wěn)定；同理，不合適的源反射系數(shù)ΓS，有可能使Γout>1，導(dǎo)致輸出端不穩(wěn)定。
在進(jìn)行低噪聲放大器穩(wěn)定性分析時，需要在放大器的直流和交流通路之間添加射頻扼流電路，它實質(zhì)是一個無源低通電路，使直流偏置信號能傳輸?shù)骄w管引腳，而晶體管的射頻信號不能進(jìn)入直流通路，這里先用村田電感模型進(jìn)行仿真，再加上旁路電容。同時，直流偏置信號不能傳到兩端的Term端口，需要加隔直電容。
通過仿真，得出在2.49 GHz工作頻率下的穩(wěn)定性系數(shù)為0.968。由晶體管放大器理論可知，該放大器電路不穩(wěn)定，為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，最常用的方法就是添加負(fù)反饋。本次設(shè)計中，采用在源極添加一小段短路傳輸線作為負(fù)反饋，加上偏置電路和反饋后的電路如圖1所示，仿真結(jié)果如圖2所示。由圖可以看出，在整個頻帶下都是穩(wěn)定的。
2.3 噪聲分析
對許多射頻放大器來說，在低噪聲前提下對信號進(jìn)行放大是系統(tǒng)的基本要求，可惜放大器的低噪聲要求與其他參數(shù)，如穩(wěn)定性、增益等相沖突［7］。圖3是等噪聲系數(shù)圓和等增益系數(shù)圓的仿真結(jié)果。m2是最大增益時的輸入阻抗;m3和m4是最小噪聲時的輸入阻抗。從仿真結(jié)果中可以看出,最小噪聲特性和最大增益是不能同時實現(xiàn)的，為了得到較小的噪聲系數(shù)，必然會減小LNA的增益，所以，噪聲和增益必須擇中選取。一般LNA的設(shè)計原則是把源阻抗匹配到最佳噪聲源阻抗，犧牲一定的增益，此時的噪聲系數(shù)為0.427 dB，增益為15.78 dB。
2.4 最佳噪聲匹配電路設(shè)計
從等噪聲系數(shù)圓的仿真結(jié)果可以看出，源阻抗需匹配到最佳噪聲源阻抗(23.65-j*21.1) Ω，在設(shè)計輸入匹配電路時，需把最佳源阻抗的共軛(23.65+j*21.0) Ω變換為輸入阻抗50 Ω。設(shè)計輸出匹配電路時，先通過仿真工具得到晶體管的輸出阻抗為(56.739-j*30.562) Ω，把50 Ω變換為該阻抗的共軛(56.739+j*30.562) Ω，輸入、輸出匹配電路設(shè)計如圖4所示。
仿真結(jié)果如圖5所示，可以看出已經(jīng)是最低噪聲匹配，此時的增益為15.740 dB。
2.5 兩級放大器設(shè)計
為了達(dá)到30 dB的增益，需要采用兩級結(jié)構(gòu)，第一級放大器的噪聲系數(shù)對系統(tǒng)的影響最大，因此第一級應(yīng)用最小噪聲系數(shù)匹配的原則來完成電路設(shè)計，第二級用共軛匹配設(shè)計，以達(dá)到增益最大化的要求。設(shè)計電路如圖6所示，兩級之間的連接應(yīng)該采用共扼匹配設(shè)計，以防止回波損耗變大而使系統(tǒng)的性能變差。
同時為了使電源輸入端更好的射頻接地，需要在電源端并聯(lián)三個電容，分別為1 μF，10 nF和10 pF，它們具有不同的自諧振頻率，這樣能使整個頻帶都具有較好的接地效果。由于較高的增益會使得輸入駐波比變差，所以通過ADS自帶的調(diào)諧功能，調(diào)整輸出匹配電路，使得在增益和駐波比兩個方面都達(dá)到一個比較理想的結(jié)果。
