时间：2023-03-17 18:05:20
序论：在您撰写单元电路论文时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
1.1明确任务
再设计电路时，首先要明确电路需要的功能，制定详细的任务书，确定需要的单元电路，星系拟定电路的性能指标，再通过计算电压需要放大的倍数、电路中输入输出电阻的大小，绘制执行流程图，通过设计，将电路所需的成本降到最低，提高每个单元电路、参数的精度，在提高设计电路的可靠性、稳定性的前提下，尽量简化设计电路。
1.2参数计算
计算参数是设计电路必须要进行得步骤，通过计算，来保证电路中各个单元电路的功能指标需要达到的要求，计算参数需要电子技术的相关知识，单元电路的设计需要强大的理论知识的支撑，才能做到炉火纯青。例如，在计算如下放大电路的时候，我们需要计算每个电阻的阻值、以及放大倍数，同一个电路，可能有很多数据，所以要正确的选择数据，注意方法。
1.3绘制电路图
电路设计时，需要将单元电路与整机电路相连，设计完整的具有一定功能的电路图，在连接时，需要注意单元电路间连接的简化，以及最重要的是，电路的电气连接，是否能够导通，实现预定功能。例如，设计单元电路间的级联时，各单元电路设计完成时，还要考虑这些，意在减少浪费，还要注意输入信号、输出信号、控制信号间的关系，同时还要注意一些事项：首先，注意电路图的可读性。绘图时，尽量将主电路图绘制在一张图纸上，其中较为独立的部分单元电路、以及次要部分可以绘制在另一张图上，但是一定要注意图之间的电气端口的连接，是否对应，各图纸间的输入输出端口都要提前做好标记。其次，注意信号流向以图形符号。信号的流向，一般从输入端、信号源开始，从左至右、从上到下，按信号的流向依次连接单元电路。而且，图中要加上适当的说明，如符号的标注、阻值等。最后，注意连接线画法。电路图中，各元件间的连接应为直线，且尽量减少交叉线，连接线的分布应为水平或者垂直，除非应对特殊情况，否则不要化斜线，如图中不可避免的出现交叉，要将连接点用原点表示。
2几种典型单元电路的设计方法
电子电路设计中，单元电路一定要设计合理，否则将会影响整个电路的联通，所以，电气工程师在设计电路时，应该更谨慎的致力于单元电路的设计。
2.1对于线性集成运放组成的稳压电源的设计
稳压电源的设计，一般先让输入电压通过电压变压器，然后进行整流，然后经过滤波电路，成为稳压电路。设计单元电路时，串联反馈式稳压电路可分为几个部分，调整部分、取样部分、比较放大电路、基准电压电路等。这样的设计能够使单元电路具有保护过流、短路电流。
2.2单元电路之间的级联设计
单元电路设计完成之后，还要考虑单元电路间的级联问题。例如，电气特性的相互匹配、信号耦合方式、时序配合、相互干扰等。其中信号耦合方式，还包括：直接耦合、间接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光耦合。时序配合的问题，相对比较复杂，需要对每个单元电路的信号进行详细的分析，来确定电路时序。
2.3对于运算放大器电路的设计
运算放大电路在电路设计中十分常用，它能够与反馈网络连接，组成具有特定功能的电路模块，是具有很高放大倍数的单元电路。运放电路的设计，可以通过元器件的组合，也可以通过具有相应功能的芯片构成，设计时对各种参数都要整体权衡，不能盲目的追求某个指标的先进。其中，要引起重视的是，应在消震引脚间接入适当的电容消振尽量避免两级以上的放大级相连。
3结束语
关键词：三端离线PWM开关；正激变换器；高频变压器设计
引言
TOPSwitch是美国功率集成公司（PI）于20世纪90年代中期推出的新型高频开关电源芯片，是三端离线PWM开关（ThreeterminalofflinePWMSwitch）的缩写。它将开关电源中最重要的两个部分——PWM控制集成电路和功率开关管MOSFET集成在一块芯片上，构成PWM/MOSFET合二为一集成芯片，使外部电路简化，其工作频率高达100kHz，交流输入电压85～265V，AC/DC转换效率高达90％。对200W以下的开关电源，采用TOPSwitch作为主功率器件与其他电路相比，体积小、重量轻，自我保护功能齐全，从而降低了开关电源设计的复杂性，是一种简捷的SMPS（SwitchModePowerSupply）设计方案。
TOPSwitch系列可在降压型，升压型，正激式和反激式等变换电路中使用。但是，在现有的参考文献以及PI公司提供的设计手册中，所介绍的都是用TOPSwitch制作单端反激式开关电源的设计方法。反激式变换器一般有两种工作方式：完全能量转换（电感电流不连续）和不完全能量转换（电感电流连续）。这两种工作方式的小信号传递函数是截然不同的，动态分析时要做不同的处理。实际上当变换器输入电压在一个较大范围发生变化，和（或者）负载电流在较大范围内变化时，必然跨越两种工作方式，因此，常要求反激式变换器在完全能量和不完全能量转换方式下都能稳定工作。但是，要求同一个电路能实现从一种工作方式转变为另一种工作方式，在设计上是较为困难的。而且，作为单片开关电源的核心部件高频变压器的设计，由于反激式变换器中的变压器兼有储能、限流、隔离的作用，在设计上要比正激式变换器中的高频变压器困难，对于初学者来说很难掌握。笔者采用TOP225Y设计了一种单端正激式开关电源电路，实验证明该电路是切实可行的。下面介绍其工作原理与设计方法，以供探讨。
1TOPSwitch系列应用于单端正激变换器中存在的问题
TOPSwitch的交流输入电压范围为85～265V，最大电压应力≤700V，这个耐压值对于输入最大直流电压Vmax=265×1.4=371V是足够的,但应用在一般的单端正激变换器中却存在问题。
图1是典型的单端正激变换器电路，设计时通常取NS=NP，Dmax<0.5（一般取0.4）,按正激变换器工作过程,TOPSwitch关断期间，变压器初级的励磁能量通过NS，D1，E续流（泄放）。此时，TOPSwitch承受的最大电压为
VDSmax≥2E=2Vmax=742V（1）
大于TOPSwitch所能承受的最大电压应力700V，所以，TOPSwitch不能在一般通用的正激变换器中使用。
2TOPSwitch在单端正激变换器中的应用
由式（1）可知，TOPSwitch不能在典型单端正激变换器中应用的关键问题，是其在关断期间所承受的电压应力超过了允许值，如果能降低关断期间的电压应力，使它小于700V，则TOPSwitch仍可在单端正激变换器中应用。
2.1电路结构及工作原理
本文提出的TOPSwitch的单端正激变换器拓扑结构如图1所示。它与典型的单端正激变换器电路结构完全相同,只是变压器的去磁绕组的匝数为初级绕组匝数的2倍,即NS=2NP。
TOPSwitch关断时的等效电路如图2所示。
若NS与NP是紧耦合，则，即
VNP=1/2VNS=1/2E（2）
VDSmax=VNP＋E=E=1.5×371
=556.5V<700V（3）
2.2最大工作占空比分析
按NP绕组每个开关周期正负V·s平衡原理，有
VNPon(Dmax/T)=VNPoff[(1-Dmax)/T]（4）
式中：VNPon为TOPSwitch开通时变压器初级电压，VNPon=E；
VNPoff为TOPSwitch关断时变压器初级电压，VNPoff=（1/2）E。
解式（4）得
Dmax=1/3（5）
为保险，取Dmax≤30％
2.3去磁绕组电流分析
改变了去磁绕组与初级绕组的匝比后，变压器初级绕组仍应该满足A·s平衡，初级绕组最大励磁电流为
im(t)|t=DmaxT=Ism=DmaxT=(E/Lm)DmaxT（6）
式中：Lm为初级绕组励磁电感。
当im(t)=Ism时，B=Bmax，H=Hmax，则去磁电流最大值为
Ism==(Hmaxlc/Ns)=1/2Ipm(7)
式中：lc为磁路长度；
Ipm为初级电流的峰值。
根据图2（b）去磁电流的波形可以得到去磁电流的平均值和去磁电流的有效值Is分别为
下面讨论当NP=NS，Dmax=0.5与NP=NS，Dmax=0.3时的去磁电流的平均值和有效值。设上述两种情况下的Hmax或Bmax相等，即两种情况下励磁绕组的安匝数相等，则有
Im1NP1=Im2NP2（10）
式中：NP1为Dmax=0.5时的励磁绕组匝数；
NP2为Dmax=0.3时的励磁绕组匝数；
设Lm1及Lm2分别为Dmax=0.5和Dmax=0.3时的初级绕组励磁电感，则有
Im1=E/Lm1×0.5T为Dmax=0.5时的初级励磁电流；
Im2=E/Lm2×0.3T为Dmax=0.3时的初级励磁电流。
由式（10）及Lm1，Lm2分别与NP12，NP22成正比，可得两种情况下的励磁绕组匝数之比为
(NP1)/(NP2)=0.5/0.3
及(Im1)/(Im2)=(Np2)/(Np1)=0.3/0.5(12)
当NS1=NP1时和NS2=2NP2时去磁电流最大值分别为
Ism1=Im1=Im（13）
Ism2=Im2=(0.5/0.6)Im（14）
将式（10）～（14）有关参数代入式（8）～（9）可得到，当Dmax=0.5时和Dmax=0.3时的去磁电流平均值及与有效值Is1及Is2分别为
Is1=1/4ImImIs1=0.408Im（Dmax=0.5）
Is2≈0.29ImIs2=0.483Im（Dmax=0.3）
从计算结果可知，采用NS=2NP设计的去磁绕组的电流平均值或有效值要大于NS=NP设计的去磁绕组的电流值。因此，在选择去磁绕组的线径时要注意。
3高频变压器设计
由于电路元件少,该电源设计的关键是高频变压器,下面给出其设计方法。
3.1磁芯的选择
按照输出Vo=15V，Io=1.5A的要求，以及高频变压器考虑6％的余量，则输出功率Po=1.06×15×1.5=23.85W。根据输出功率选择磁芯，实际选取能输出25W功率的磁芯，根据有关设计手册选用EI25，查表可得该磁芯的有效截面积Ae=0.42cm2。
3.2工作磁感应强度ΔB的选择
ΔB=0.5BS，BS为磁芯的饱和磁感应强度，由于铁氧体的BS为0.2～0.3T，取ΔB=0.15T。
3.3初级绕组匝数NP的选取
选开关频率f=100kHz（T=10μs），按交流输入电压为最低值85V，Emin≈1.4×85V，Dmax=0.3计算则
取NP=53匝。
3.4去磁绕组匝数NS的选取
取NS=2NP=106匝。
3.5次级匝数NT的选取
输出电压要考虑整流二极管及绕组的压降，设输出电流为2A时的线路压降为7％，则空载输出电压VO0≈16V。
取NT=24匝。
3.6偏置绕组匝数NB的选取
取偏置电压为9V，根据变压器次级伏匝数相等的原则，由16/24=9/NB，得NB=13.5,取NB=14匝。
3.7TOPSwitch电流额定值ICN的选取
平均输入功率Pi==28.12W（假定η=0.8），在Dmax时的输入功率应为平均输入功率，因此Pi=DmaxEminIC=0.3×85×1.4×IC=28.12，则IC=0.85A，为了可靠并考虑调整电感量时电流不可避免的失控，实际选择的TOPSwitch电流额定值至少是两倍于此值，即ICN>1.7A。所以，我们选择ILIMIT=2A的TOP225Y。
4实验指标及主要波形
输入AC220V，频率50Hz，输出DCVo=15(1±1％)V，IO=1.5A，工作频率100kHz，图3及图4是实验中的主要波形。
图3中的1是开关管漏源电压VDS波形，2是输入直流电压E波形，由图可知VDS=1.5E；图4中的1是开关管漏源电压VDS波形，2是去磁绕组电流is波形，实验结果与理论分析是完全吻合的。
在新技术、新设备不断更新的今天，供电企业对安全的要求越来越高，不同层次、不同岗位的员工，随时面临着巨大的压力，安全教育培训是满足员工渴望在一个安全、舒适的环境中工作的自身需求，维护员工权益的基础保障。对于个人来说，员工应通过企业提供的各种安全教育培训，将接受和参与安全教育培训作为企业最大的福利，进行安全知识和安全防护技能的补充、更新、拓宽，提高安全素质，增强新形势下对企业安全需求的适应能力，维护自己最大的权益。
当前供电企业安全教育培训工作中存在的问题
1.对安全教育培训重要性认识不足。部分基层单位、班组负责人，对安全教育培训工作重要性和紧迫性的认识存在盲区，导致员工岗位安全教育培训工作没有被纳入单位、班组日常工作计划的现象出现，受经济效益、工作进度等客观因素的影响，显现出员工岗位安全教育培训缺乏的现象。
2.安全教育培训制度尚不健全。随着供电企业快速发展和企业员工对安全教育培训满意度的变化，现有安全培训制度显现出安全教育培训管理制度或标准的缺失，可操作性欠缺，安全教育培训职能交叉加重了基层的负担等方面的问题。
3.安全教育培训覆盖面不足。基层单位、班组受培训能力限制，导致员工安全教育培训有名无实，流于形式，造成基层员工安全教育培训严重缺失，在不断积累之后造成员工整体安全素质和安全意识偏低。
4.安全教育培训针对性不强。当前，安全培训多以理论讲解为主，由于与现场安全工作实际出现脱节，开展安全教育培训工作之前没有开展前期调研，广泛征求员工对安全教育培训的需求，导致安全教育培训没有真正按照不同专业、不同层次员工的工作特点把握安全教育培训需求，有针对性的拟定安全教育培训计划和实施方案，使基层单位、班组的安全教育培训显现出走过场，为了培训而培训，缺乏针对性等方面的问题。
5.安全教育培训评价管理机制还不够完善。目前，供电企业员工安全培训体系建设逐步趋于完善，但培训评价管理体系相对滞后，导致基层单位、班组安全培训开展情况的监督、检查和培训质效的考核、认证欠缺规范。
6.安全教育培训师资较薄弱。一是基层单位、专业班组培训员由于长期从事繁忙的现场工作、接触的专业前沿信息较少、时间和精力有限等原因，导致教育理念更新不及时，教育理论知识相对欠缺；二是由于基层单位、专业班组培训员在承担现场培训教学任务的同时还要面对和处理复杂、动态的现场作业工作，导致培训人员投入到培训教学上的时间、精力很难保证；三是一些基层单位将培训人员承担的培训任务划为义务劳动，缺乏有效的激励机制，导致培训人员在开展安全教育培训教学工作中的积极性受挫，培训效能感下降，从而影响了安全生产教育培训教学质量。
做好企业安全教育培训工作的对策研究
1.企业要健全和完善安全教育培训体系的基础建设。企业在完善三级安全教育培训体系的同时，一是在硬件设施的投入和配备等方面要安排专用资金，落实具体部门，建设并完善企业员工安全教育培训基地，配置必要的培训设备和设施，深入基层开展培训课题调研，根据企业安全生产管理要求，制定安全教育培训计划；二是加强企业安全教育培训师资队伍的建设，通过基层选拔、自主培养，专业人员引进等多种方式，做好安全教育培训师资资源的储备，建立能满足企业安全教育培训要求的师资队伍，保证安全教育培训工作的质效，使安全教育培训计划能够得到有效落实。
2.企业要将安全教育培训与企业安全目标愿景进行有效结合。安全教育培训具有形式和载体多元化的特征，但无论是通过企业安全文化建设，还是通过安全知识和技能培训、竞赛、演讲、论坛、专题讲座等形式开展安全教育培训，始终都要同企业安全发展的安全目标愿景相结合。一是企业要将安全教育培训与员工个人的岗位追求、价值追求相结合。从关心员工各方面利益的角度出发，通过安全教育培训使员工树立正确的安全价值观，能够发自内心的真正认识到只有保证了安全，才能得到个人利益，实现个人追求，真正实现“要我安全”到“我要安全”的转变，主动接受安全教育培训，自觉汲取安全知识、提升安全技能。二是安全教育培训要纳入企业的教育培训总体规划中，与专业技能培训、学历教育培训有机融合，确定专责部门和人员统一管理，形成完善的安全教育培训体系，避免安全教育培训流于形式的现象出现，使安全教育培训在培训资金、培训时间、培训场所、培训设施、培训质效等方面从组织结构和管理上得到保障。
3.企业要形成安全教育培训的闭环管理流程。安全教育培训的闭环流程包括全面掌握企业和员工安全技能和素质提升需求，做好安全教育培训需求分析；根据安全教育培训需求有针对性的编制安全教育培训计划，设置培训课程；安全教育培训实施过程和安全教育培训质效评价等四个方面。企业和员工安全技能和素质提升需求调查，是确定安全教育培训目标、制定安全教育培训计划的基础，是进行安全教育培训实施过程和安全教育培训质效评价的前提，也是加强培训工作计划性、针对性、可控性和预见性的关键。企业和员工安全技能和素质提升需求调查主要包括以下几个方面的内容：一是安全教育培训部门和基层单位、班组对企业安全教育培训制度的落实情况；二是企业安全水平和缺陷、隐患、事故状况，员工安全意识、安全技能水平和“三违”现象发生率；三是员工对岗位新工艺、新设备、新技能的认知状况，应急处置技能和水平。
编制安全教育培训计划和设置培训课程，应根据各级安全教育培训体系组织机构实际，结合安全教育培训需求调查制定。计划要做到有目标、有内容、有措施，注重针对性、实效性、可行性和操作性。
安全教育培训实施过程首先是要明确培训要求，科学合理的控制培训进度，着重从员工安全意识的提升、安全知识的完善、安全技能的补缺等方面提高员工整体安全素质。基层的单位和班组在安全教育培训工作的实施中，可从制度、规范、常态、学用结合等方面出发，采用安全知识和技能培训、竞赛、演讲、论坛、专题讲座等多种形式，唤起员工参与安全教育培训积极性；把握好安全理念、安全启迪、事故警示、人机互动等环节，对员工进行全方位的安全教育培训；结合工作实际和安全实践经历，紧贴本单位和班组安全生产工作实际，开展安全知识和技能学习、讨论分析事故案例等，真正做到有的放矢。
安全教育培训质效评价是安全教育培训取得实效的保障，包括评估确定、评估方案制定、评估实施和评估反馈四个步骤。一是利用听课、座谈、问卷调查等方式，对参培人员进行培训计划安排、培训内容、培训教材、培训进度、培训环境、后勤服务、授课技巧等方面认可程度的评价；二是利用试卷答题、技能实操以及撰写培训心得体会等方式，掌握参培人员对培训内容的掌握情况和安全知识与技能的提升情况；三是通过对参训者行为观察及访谈其主管或同事，评定参训者接受培训后在工作行为上的变化；四是评估培训后带来的组织相关产出的变化效果。
关键词：低功耗；无线供能；电荷泵整流器；低压差线性稳压器；带隙基准电压源；电源抑制
中图分类号：TM44；TN722；TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）12-00-04
0 引 言
近几年，受益于集成电路工艺技术与片上系统（System on Chip，SOC）的不断发展，射频识别、微传感网络以及环境感知等智能技术得到了飞速发展。其中，对于无线供能植入式芯片的能量管理、功耗等问题受到了持续关注与研究。当能量采集完成后，如何管理该能量是下一代被动与半被动植入式医疗设备的要点之一。
在低功耗植入式芯片中，如低噪声放大器、模数转换器等对工作电压及其纹波都有一定的要求，因此须通过无线能量管理单元（Wireless Power Management Unit，WPMU）将其电源性能优化。在被动式芯片中，电荷泵整流器（Charge Pump Rectifier，CPR）、带隙基准源（Bandgap Reference，BGR）、低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator，LDO）是WPMU的重要组成单元[1]。芯片工作时，人体各种低频信号（EEG、ECG）会通过相应的耦合方式传输到电源通路上，从而产生低频噪声，因此必须采用相关技术获得高电源抑制比电源。论文首先通过电荷守恒定理对传统Dickson电路进行动态分析及能量转换效率的改进；然后采用电源抑制增强（Power Supply Rejection Boosting，PSRB）与前馈消除（Feed-forword Cancellation，FWC）等技术分别提高BGR、LDO在运放工作带宽内的电源抑制力（Power Supply Rejection，PSR），并在输出节点并联电容以滤除超高频纹波；最后为保证LDO在负载变化时的稳定性，利用零极点追踪补偿来满足相位裕度的要求。
论文对高性能无线能量管理单元预设指标为：
（1）CPR在输入500 mV交流小信号时能输出2 V电压并驱动200 A的电流。
（2）BGR输出电源抑制比在LDO的工作范围内尽可能大于60 dB，以减小对LDO的影响。
（3）LDO输出电源抑制比在生物信号频率处（01 kHz）及CPR输入信号处大于60 dB，从而提供负载电路高性能的工作电压。
（4）在满足以上性能的情况下，尽可能减小电路工作时的静态电流。
1 无线能量管理单元的基本原理
图1所示为论文采用的无线供能能量管理单元拓扑结构。由图1可知，WPMU主要包含CPR、BGR、LDO及保护电路（PRO）等模块。芯片通过片外天线采集到由基站发射的高频无线能量信号，CPR将信号整流后进行升压，产生纹波较大的电压，并将该能量储存到Cs中。由BGR与LDO所组成的环路通过负反馈输出纹波较小的VDD来驱动负载电路。其中BGR为LDO提供一个精准稳定的参考电压，因此BGR的性能影响着LDO输出电压的性能。芯片中的保护电路包括过温保护电路、过压保护电路、限流电路，其主要目的在于意外情况下对电路关断，实现对电路的保护。
设计能量管理单元时，在无线供能的环境下要注意相关性能的优化，而这又伴随着其它性能的牺牲，下面将详细分析论文采用的CPR、BGR、LDO设计原理及电路结构。
3 版图及后仿真结果
采用SMIC 0.18 m CMOS工艺，在Cadence下对电路进行仿真验证，无线能量管理单元的版图如图7所示，其中包含了CPR、BGR、LDO及PRO等模块，芯片的尺寸大小为277 m×656 m。
电路在工作时要避免反馈环路发生震荡，必须保证LDO环路的相位裕度，论文在tt、ff、ss三个工艺角下对其进行不同负载电流（0200 A）的仿真，仿真结果如表1所列。该结果表明在负载电流0200 A内，由于零极点追踪补偿的作用，相位裕度均大于60度，根据奈奎斯特稳定判据，LDO环路能在负载变化的范围内稳定工作。
图8所示为BGR、LDO的PSR仿真波形，从图中可以看出，BGR采用PSRB技术后，PSR在低频降低了近25 dB。当LDO采用FWC技术时，电源抑制在低频段得到了显著提升，电路空载时，在100 Hz内提升了近20 dB，满载时提升了近40 dB。
图912给出了WPMU中CPR与LDO的相关瞬态仿真结果，当输入频率为500 MHz、幅度为0.5 V的正弦波时，电路建立时间约为13 s，CPR的纹波约为5 mV，而LDO的输出电压纹波减小至2.3 V，即高频处PSR约为-66 dB。因此论文采用的LDO在生物信号频率处（DC-10 kHz）与输入信号频率处（100 MHz以上）具有较好的PSR。表2对相关文献与本文设计进行性能比较，可以看出，该电源管理单元能输出性能更好的工作电压。
4 结 语
论文针对CPR、LDO、BGR进行研究，设计了一种应用于低功耗无线供能植入式医疗芯片的能量管理单元。采用SMIC 0.18 m CMOS工艺提供的本征MOS管使CPR的效率得到提升。利用PSRB将BGR的PSR在低频处从-75 dB降低到-95 dB，这是优化LDO电源抑制能力的基本前提。通过FWC、零极点追踪补偿改善LDO的PSR与稳定度，在驱动0.2 mA的负载电流时，PSR为-85 dB@DC，而相位裕度在负载范围内均大于60度，该性能可适用于对电源性能要求较高的模块。
参考文献
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关键词：单片机，I2C总线，红外遥控
引 言
红外遥控器的特点是使用方便、功耗低、抗干扰能力强，因此它的应用前景是不可估量。论文参考，I2C总线。市场上的各种家电的红外遥控系统技术成熟、成本低廉，但是，为了避免不同品牌、不同型号的设备之间产生误操作，人们在不同的设备中使用不同的传输规则或者识别码，这就使得各个型号的遥控器都只适用于各自的遥控对象，容易造成实际使用中遥控器多而杂，经常搞混的结果。论文参考，I2C总线。本设计本着解决这一矛盾的目的，提出了一种学习型红外遥控器的实现方案。
1 研究内容及目标
本设计首先分析了红外线遥控编解码原理，结合市场上出售的通用型遥控器进行比较，使用单片机对接收到的红外信号进行处理，把经过解码后产生的高低电平以二进制信号1和0的形式进行存储，随后经过调制产生38KHz载波，还原并发射红外线信号，从而达到控制多种家用电器的功能。文中给出了红外线接收发射，以及存储的基本原理及设计思路。
2 学习型红外遥控器硬件电路的设计
2.1系统整体设计
学习型红外遥控器是由单片机（AT89S52）、一体化红外接收头、振荡器（74F132）、红外发射二极管、存储器及行列式键盘组成的。论文参考，I2C总线。论文参考，I2C总线。学习型遥控器分为学习和控制两种状态。在学习状态下，主要完成红外信号的接收及存储功能。首先一体化红外接收头可以完成对其它遥控器发出的红外信号的接收并对其进行解调、整形、放大，然后把信号送入单片机AT89S52中，单片机定时采集一体化红外接收头发出的红外线信号，根据高低电平形成一系列0，1二进制码，并以8位为单位存放到存储器AT24C16以及指定键盘的数据区，从而完成对一个键的学习。如果再学习其它键的功能，方法相同。在控制状态下，单片机对存储器AT24C16和键盘进行寻址，依次读出这些数据，然后单片机以位为定时单位输出给振荡器74F132，调制频率为38KHz，送入放大器，驱动红外发射二极管进行发射，以实现对设备某一功能的控制。系统组成方框图2.1所示。
图2.1系统组成框图
2.2各单元电路设计
2.2.1 红外接收单元
红外接收单元是由红外线接收器件、前置放大电路、解调电路、指令信号检出电路、记忆及驱动电路、执行电路组成。当红外接收器件收到遥控器发射二极管的红外光信号时，它将红外光信号变为电信号并送入前置放大器进行放大，再经解调器后，由指令信号检出电路将指令信号检出，最后由记忆和驱动电路驱动执行电路，实现各种操作。
红外接收电路一般要做成一个独立的整体，称为红外接收头，这主要是因为它对外界干扰十分敏感，为了保证可靠的接收，必须对其严格屏蔽，只留出一个接收红外光的小孔，以防止干扰信号进入。
2.2.2红外发射单元
本设计在发射电路中使用了一片高速CMOS型四重二输入带施密特触发器的与非门74F132芯片。其中“与非”门U7A和U7B组成载波振荡器，振荡频率在38kHz左右。
调制电路是由74F123的两个单稳态触发器U7A和U7B级联构成的可控振荡器。论文参考，I2C总线。当P1.4为高电平时，U7A、U7B 处于稳态，74F132的1脚、4脚为低电平，不驱动红外发射管发射红外载波信号。当P1.4跳变为低电平时，触发U7A并使之进入暂稳态，1脚变为高电平；U7A暂稳态结束时，1脚跳变为低电平，触发U7B进入暂稳态，4脚变为高电平；U7B 暂稳态结束时，4脚跳变为低电平， 变为高电平并触发U7A的上升沿触发端1B，使U7A再次进入暂稳态，从而形成自激振荡，在6脚输出一系列的脉冲信号，经Q1三极管大后送红外发射管，发送红外光信号。
红外发送电路中采用的红外发射器件是塑封的TSAL6200 红外发射二极管，它将周期的电信号转变成一定频率的红外光信号。它是一种高频红外脉冲信号，但脉冲串时间长度是恒定的，根据脉冲串之间的间隔大小，表示传输的是数据“0”还是“1”。红外发射二极管TSAL6200 向空间发射载频为38kHz 的指令码。
2.2.3键盘单元
本设计因为遥控按键较多的原因，采用行列式键盘。
键盘识别采用行扫描法（逐行扫描查询法），这是一种最常用的按键识别方法，其按键识别过程如下：
将全部行线P0.2～P0.4置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键按下，而且闭合的键位于低电平线与3根行线相交叉的3个按键之中。若所有列线均为高电平，则无按键按下。在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平后，然后逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。
2.2.4存储单元
为了保证系统意外断电时数据不丢失，本系统采用EEPROM将各种编码数据存放起来。基本原理是利用了单片机与存储器AT24C16的I2C通信过程。存储单元主要采用了AT24C16芯片，该芯片是带有2K字节的加电可擦除，可编程的只读存储器，通过单片机的P0.0和P0.1与AT24C16的SDA和SCL相连，进行读写操作。主要用来存放8位的二进制红外线码。
3 结束语
由于系统中所使用的存储器（AT24C16）的存储空间有限，因而系统目前只能对8个遥控按键进行学习与转发。论文参考，I2C总线。但只要更换一片存储容量更大的存储芯片，并且修改相关读写程序就可以实现对更多遥控按键的学习与转发，除此之外，系统的软、硬件都无须做太大的改动。
在遥控器中，遥控信号之所以要经过调制后再发射出去，主要是为了减小发射功耗并增大发射距离。因而改用更加准确的载波和增大发射驱动电路可以增大该系统的遥控距离。将单片机与计算机通过RS-485进行总线通信，则可通过互联网实现红外遥控对设备的远程控制。
参考文献:
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[4]周云霞,潘红玉.红外遥控编码在单片机系统中的处理[J].湖南师范大学自然科学学报,2002,9
关键词：抢答器,中央控制单元USB通信
传统的抢答器一般利用数字逻辑电路做成，功能单一，已不适应社会发展需要。随着科学技术的进步，单片机与串口通信的结合已广泛应用到各个电子系统。本文是基于单片机为核心的抢答系统设计，通过串口通信动态传输数据，使抢答系统具有电路简单、操作方便、功能强大等特点。特别是抢答系统与PC通信相联系，使整个抢答系统功能更完善。
1、系统总体方案设计
传统抢答器功能过于单一，因此，可将其功能进行扩展，设计出以单片机为核心的抢答器系统，总体框图如图1所示。
抢答系统由控制开关、抢答开关、加/减分电路、计时电路、显示电路、报警电路、PC通信等几部分构成，如图1所示。
图1、总体方案电路图
完成功能如下：
a、抢答开始时，在规定的时间内，最先按动抢答按钮的选手应具优先权，抢答系统应能准确迅速地判断出第一抢答者并将其信号锁存，同时将输入端关闭而使其它抢答信号无效。选手编号/得分情况能够在显示屏上显示。此功能由中央控制单元,译码、显示电路完成。
b、问题回答完毕，主持人应根据回答的准确性给予不同分值的加/减。此功能由加/减分电路完成。
c、在规定的时间内若有人抢答，抢答有效，终止定时，若无人抢答，此次无效。此功能由计时，中央控制单元完成。
d、每次问题回答结束，主持人应通过复位按钮进行复位，各种程序又回到初始状态。为进行下一轮的抢答工作做准备。
抢答开始之前，赋予选手一定的初始分，若选手违例抢答，报警电路工作，提醒有人违例抢答，同时编号牌显示违例选手号码，该违例选手会被自动扣分。抢答开始时，记分牌显示选手初始值，此时，主持人根据需要，选定不同分值的题目让选手回答。当主持人宣布抢答开始，同时按下开始键的时候，选手抢答，编号牌显示选手编号。这时只能有第一位选手优先抢答成功，其他抢答无效。与此同时，倒计时就开始计时，在剩下最后几秒的时候，报警电路工作，提醒选手。抢答时间结束，本题抢答无效。选手回答问题完毕，主持人应根据回答问题的情况，对选手成绩做出相应的处理。每一题抢答结束后，主持人进行电路复位功能，为下一题做准备。而每一题的抢答过程中，编号显示牌和各选手的得分情况会自动的送到PC机上进行动态显示。科技论文。
1.1 硬件电路设计
1.1.1、中央控制单元
中央控制单元是控制系统的中枢，是系统的信息处理部分，键盘开关，控制开关等发出信号，中央控制单元收到信号后做出分析、响应，完成电路功能的执行。科技论文。
系统选用ISP-Flash系列单片机AT89S8252，它是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器，兼容标准MCS-51指令系统，功能强大，它可向输出单元输出控制信号。
1.1.2、键盘输入及加/减分电路
选手通过按键进行抢答，单片机识别到有按键按下时，转到相应的程序，控制译码显示器显示选手的编号或分数。而开始键，加/减分键也是通过键盘转到相应的程序实现功能。
键盘作为输入设备，结构简单，通过程序可实现很多功能。抢答器按如图2所示的矩阵结构连接，可有效减少单片机的I/O口。用单片机位处理指令来判断是否有键按下，若有键按下，则有电平输入。转到相应程序，显示有效选手的号码，而其他选手再按“抢答键”也无效。若无人抢答，报警电路工作，表示本次抢答无效。若选手违例提前抢答，报警电路提醒选手注意，显示牌显示违例选手号码，单片机通过程序指令让该违例选手减去一定分值。
加/减分电路与抢答键工作原理一样，当按下加/减分按键，单片机控制程序指令，给选手加/减相应的分值，每一题只能给与抢答选手一次的加减分机会，若有特殊情况，主持人可在控制台进行操作。
若抢答键太少，可通过增加I/O口数量或者在中央处理单元外再外扩一片可编程I/O接口芯片。
图2、键盘结构图
1.1.3、选手编号/分数显示电路
译码显示：利用单片机串行口加外围芯片74LS164，构成多个并行输出口，用于串－并转换，驱动CD4511锁存-译码器进行LED数码管显示。科技论文。数据从单片机输出经74LS04反相器进入74LS164的输入端，而时钟脉冲经74LS04反相器连接到74LS164的CLK脉冲信号端，在LED显示相应的十进制数字，从而完成选手编号的显示。
选手得分显示电路与编号显示电路原理一样，可将多片74LS164芯片相连，增加其显示位数。
1.1.4计时、报警等电路
倒计时器电路中，选用四位十进制减法定时/计数专用集成电路EC9410和7448TTLBCD--7段译码器组成可预置数的十进制减法器。在时钟脉冲的作用下，倒计时开始。若某组抢答有效，计时停止并显示倒计时时刻。若一直无人抢答.则倒计时到“00”自然停止。
报警输出单元如图3所示，数据输入端与单片机相连，电路由三极管外加扬声器等外围电路构成，当中央控制单元通过分析确定存在违例抢答或是倒计时停止，便通过指令给报警电路数据输入端一个高电平，三极管就导通，产生信号驱动扬声器发出警报，从而形成一个报警电路，可通过调节报警声长短来判断是倒计时停止报警还是违例抢答报警。
图3、报警电路
1.2单片机与PC机的通信
抢答过程中，显示数据需要传入PC机内。单片机与PC机间的通信选用USB串口通
信，将单片机采集的信息传送到PC机中，由PC机进行处理。该系统使用Phillps公司的PDIUSBD12芯片作为USB接口芯片。PDIUSBD12通常用于微控制器系统并与微控制器通过高速通用接口进行通信，也支持本地DMA传输。该器件采用模块化的方法实现一个USB接口，允许在众多可用的微控制器中选择最合适的作为系统微控制器，性能较好。
USB接口芯片PDIUSD12的八位I/O口线DATA0至DATA7具有可控的三态门电路，故而PDIUSBD12芯片可以直接与AT89S8252的数据总线相连，挂在系统总线上。当系统将采样得到的信息通过USB总线上传给PC时，AT89S8252选通PDIUSBD12芯片，将单片机内的采样信息通过系统总线传给USB接口芯片，继而传给上位机，完成数据的传输。
USB串口通信可采用控制传输模式，块传输模式，同步传输模式，中断传输模式等4种传输模式，根据本设计电路特点，采用中断传输模式。其传输模式图如图4、图5所示。
图4、中断输入事务
图5、中断输出事务
中断服务子程序处理由PDIUSBD12产生，在中断服务子程序中把数据从PDIUSBD12芯片的缓冲区中转移到单片机环形缓冲区中，并清除该芯片内部缓冲区的使能，以便PDIUSBD12芯片接受新的数据包。而后建立正确的时间标志，通知主程序进行正确的处理。
2、结束语
文章创新点在于（1）以ISP-Flash系列单片机AT89S8252为核心的抢答器功能强大，（2）采用USB串口通信，使功能进一步得以完善。整个方案较好地完成了抢答器系统的设计，此外，还需考虑需报警，增加语音报警等情况，功能强大的AT89S8252中央控制单元配合USB串口通信，使整个抢答器反映快，功能齐全，使用性强，可靠运行。
参 考 文 献
[1] 杨文显，现代微型计算机原理与接口技术教程.清华大学出版社[M]，2006。
[2] 尹罗生；吉吟东；孙新亚等， 一种USB外设的实现方法[J]，计算机工程，2002，7-28：207-209。
关键词：FPGA；原理；硬件设计；应用技术
1 FPGA的简介
当前使用硬件的描述语言完成电路设计，都可以通过简单的汇总和合理的布局，然后快速烧录到FPGA器件上进行基本的测试，这也是当代数字系统设计进行检验的主流技术。这些可编程器件可以用来实现基本逻辑门的电路，也可以实现一些更复杂的组合功能例如数学的方程式、解码器等等。大多数的FPGA器件里，包含着一些记忆性元件，如触发器，或者一些其它的更为完整、性能更为优越的记忆块。
设计师可以根据自己的需要按照可编辑的链接将FPGA器件内部的逻辑模块连接在一起，仿佛一整个电路的实验板被装在一个电子芯片内，这些出厂后的FPGA器件的连接方式以及逻辑块的使用都可以根据设计者不同的设计而进行改变，从而能完成不同的逻辑功能。
当你在进行的电子设计使用到FPGA器件时，你不得不需要努力地解决好电源管理、器件配置、IP集成、完整信号输出等硬件系统的设计问题。在进行硬件设计时，你需要注意以下几个问题：
1.1合理分配I/O信号
无论是哪种情况，在进行I/O信号分配时，都必须牢记以下共同的步骤：
1）用表格列出所有需要分配的I/O信号，并按照他们的重要性依次进行排列，比如电压、端接方法、I/O标准、相关时钟等；
2）检查校验模块之间的兼容性；
3）利用以上的表格和兼容准则，先把受限制最大的信号分配到引脚上，最后分配那些受限最小的信号。因为受限制大的信号往往只能分配到特定的引脚上；
4）将剩余的信号分配到较为合适的地方。
1.2注意静态功耗的降低
虽然静态电流所带来的功耗和动态功耗相比可以忽略不计，但对一些供电设备却十分重要。引发静态电流因素众多，比如没有完全接通或关断的I/O 端口、三态电的驱动器的下拉或上拉电阻，除此之外，保持编程信息也会需要一定静态功率。
2 FPGA应用技术的设计原则
从上文中对FPGA内部的硬件结构分析可看出，FPGA器件的时序逻辑非常丰富，不同于其他的可编程器件。因而对于FPGA来说，应该有一整套能够有效利用其内部丰富的时序逻辑功能的技术，而不同于其他一般的可编程器件的设计技术。由于其独特的优越性，FPGA被越来越多的设计人员所使用，其设计技术被许多的设计者所掌握。在FPGA的实际应用中，使用最合理的设计方法，能很大程度的改善FPGA在应用中出现的漏洞和问题，进而全面提高设计性能。
2.1使用层次化的设计技术
使用层次化的设计的系统一般分成若干顶层模块，而每一个顶层的模块下又有若干个小模块，并以此类推。层次化的设计模块，可以是描述原理图的结构图，也可以是经过逻辑语言所描述、表现的实体。
使用层次化的设计对于系统的模块划分非常的重要，模块划分的不合理，将会导致整个系统的设计不合理，从而使系统的性能下降，这样层次化的系统甚至要比没有经过层次化设计的系统效果更差。
使用层次化设计的主要优点有以下两个方面：增强设计可读性，增加设计重复使用的可能性。
2.2使用同步系统设计技术
所有时序电路具有同一个性质――如果要使所设计的电路正常工作，必须严格的执行事先定义好的逻辑顺序。如果不按照此顺序执行，将会把错误数据写进存储单元，从而导致错误的操作。同步系统的设计方法，也就是使用全分布周期性的同步信号使系统中所有的存储单元进行同时更新，这是执行这一时序有效进行的普遍的设计方法。电路的设计功能是通过产生时钟信号并按照时序严格执行来实现的。
对于静态的同步设计，必须满足下面的两个条件：
1.每一个边缘敏感的部件其时钟的输入应该是一次输入时钟的某一个函数；并仍和一次时钟输入的时钟信号。
2.所有的存储单元都应该是具有边缘敏感特性，在该系统中不存在电平敏感的存储单元。
我们对于FPGA器件的同步设计的理解就是全部状态的改变都是由主时钟所触发，同一个系统不同的功能模块可以是部分异步的，但是模块与模块之间必须是同步的。正如CPU的设计一样，所有的电路都和系统的主时钟是同步的。相比于异步设计，同步设计具有很多的优点，但进行同步设计时仍然需要考虑很多方面的因素。例如，在选取时钟时，需要考虑以下几点：首先，由于大部分的器件都是由时钟的上跳沿触发，这要求时钟信号的延差要很小；其次，时钟信号的频率通常很高；第三，时钟信号一般是负载较重的信号，因此合理地进行负载分配是很重要的。除此之外，在进行FPGA器件的应用时，还要考虑模块的复位电路、时序同步电路等实际问题。
参考文献
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