時間：2023-03-07 15:16:08
序論：在您撰寫數(shù)字電路設(shè)計論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理器；三電平；PWM整流器；功率因數(shù)校正
引言
三電平（ThreeLevel，TL）整流器是一種可用于高壓大功率的PWM整流器，具有功率因數(shù)接近1，且開關(guān)電壓應(yīng)力比兩電平減小一半的優(yōu)點。文獻(xiàn)[1]及[2]提到一種三電平Boost電路，用于對整流橋進行功率因數(shù)校正，但由于二極管整流電路的不可逆性，無法實現(xiàn)功率流的雙向流動。文獻(xiàn)[3]，[4]及[5]提到了幾種三電平PWM整流器，盡管實現(xiàn)了三電平，但開關(guān)管上電壓應(yīng)力減少一半的優(yōu)點沒有實現(xiàn)。三電平整流器盡管比兩電平整流器開關(guān)數(shù)量多，控制復(fù)雜，但?具有兩電平整流器所不具備的特點：
1）電平數(shù)的增加使之具有更小的直流側(cè)電壓脈動和更佳的動態(tài)性能，在開關(guān)頻率很低時，如300～500Hz就能滿足對電流諧波的要求；
2）電平數(shù)的增加也使電源側(cè)電流比兩電平中的電流更接近正弦，且隨著電平數(shù)的增加，正弦性越好，功率因數(shù)更高；
3）開關(guān)的增加也有利于降低開關(guān)管上的電壓壓應(yīng)力，提高裝置工作的穩(wěn)定性，適用于對電壓要求較高的場合。
1TL整流器工作原理
TL整流器主電路如圖1所示，由8個開關(guān)管V11～V42組成三電平橋式電路。假定u1=u2=ud/2，則每只開關(guān)管將承擔(dān)直流側(cè)電壓的一半。
以左半橋臂為例，1態(tài)時，當(dāng)電流is為正值時，電流從A點流經(jīng)VD11及VD12到輸出端；當(dāng)is為負(fù)值時，電流從A點流經(jīng)V11及V12到輸出端，因此，無論is為何值，均有uAG=uCG=＋ud/2，D1防止了電容C1被V11(VD11)短接。同理，在0態(tài)時，有uAG=0；在－1態(tài)時，有uAG=uDG=－ud/2，D2防止了電容C2被V22(VD22)短接。
右半橋臂原理類似，因此A及B端電壓波形如圖2所示，從而在交流側(cè)電壓uAB上產(chǎn)生五個電平：＋ud，＋ud/2，0，－ud/2，－ud。
每個半橋均有三種工作狀態(tài)，整個TL橋共有32=9個狀態(tài)。分別如下：
狀態(tài)0(1,1)開關(guān)管V11，V12，V31，V32開通，變換器交流側(cè)電壓uAB等于0，電容通過直流側(cè)負(fù)載放電，線路電流is的大小隨主電路電壓us的變化而增加或減小。
狀態(tài)1(1,0)開關(guān)管V11，V12，V32，V41開通，交流側(cè)輸入電壓uAB等于ud/2，輸入端電感電壓等于us－u1。電容C1電壓被正向(或反向)電流充電(u1<us，或放電us<u1)，C2通過直流側(cè)負(fù)載放電。
狀態(tài)2(1,－1)開關(guān)管V11，V12，V41，V42開通，輸入電壓uAB=ud，正向(或反向)電流對電容C1及C2充電(或放電)，由于輸入電感電壓反向，電流is逐漸減小。
狀態(tài)3(0,1)開關(guān)管V12，V21，V31，V32開通，交流側(cè)輸入電壓uAB等于－ud/2，輸入電感上電壓等于us＋u1。電容電壓被正向(或反向)電流充電(或放電)。
狀態(tài)4(0,0)開關(guān)管V12，V21，V32，V41開通，輸入端電壓為0，電容通過直流側(cè)負(fù)載放電，線路電流is的大小隨主電路電壓us的變化而增加或減小。
狀態(tài)5(0,－1)開關(guān)管V12，V21，V41，V42開通，交流側(cè)電壓為ud/2，正向(或反向)電流對電容C2充電(或放電)，電容C1通過負(fù)載電流放電。
狀態(tài)6(－1,1)開關(guān)管V21，V22，V31，V32開通，uAB=－ud，正向(或反向)線電流對兩個電容C1及C2充電(或放電)，由于升壓電感電壓正向，線電流將逐漸增加。
狀態(tài)7(－1,0)開關(guān)管V21，V22，V32，V41開通，交流側(cè)電壓電平為－ud/2，正向(或反向)電流對電容C2充電(或放電)，電容C1通過負(fù)載電流放電。
狀態(tài)8(－1,－1)開關(guān)管V21，V22，V41，V42開通，輸入端電壓為0，升壓電感電壓等于us，兩個電容C1及C2均通過負(fù)載電流放電。電流is根據(jù)電壓us的變化而增加(或減小)。
2硬件電路設(shè)計
從圖2可以看出，在輸入電壓頻率恒定的情況下，要在變換器交流側(cè)產(chǎn)生一個三電平電壓波形，輸入電壓一個周期內(nèi)應(yīng)定義兩個操作范圍：區(qū)域1和區(qū)域2，如圖3所示。
在區(qū)域1，電壓大于－ud/2，并且小于ud/2，在電壓uAB上產(chǎn)生三個電平：－ud/2，0，ud/2。同理，在區(qū)域2，電壓絕對值大于ud/2，并小于直流側(cè)電壓ud，在電壓正半周期(或負(fù)半周期)上產(chǎn)生兩個電平：ud/2和ud(或－ud/2和－ud)。相應(yīng)電平的工作區(qū)域如表1所列。
表1相應(yīng)電平的工作區(qū)域
工作區(qū)域
1
2
1
2
us>0
us<0
us>0
us<0
高電平
ud/2
ud
－ud/2
低電平
－ud/2
ud/2
－ud
為方便控制，這里定義兩個控制變量SA及SB，其中
根據(jù)表1可以設(shè)計一個開關(guān)查詢表，如表2所列，將其存儲在DSP中，當(dāng)進行實時控制時，便可根據(jù)輸入電壓、電流信號，從表中查詢所需采取的開關(guān)策略。
表2查詢表
SA
SB
V11
V12
V21
V22
V31
V32
V41
V42
uAB
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
ud/2
1
－1
1
1
1
1
ud
1
1
1
1
1
－ud/2
1
1
1
1
－1
1
1
1
1
ud/2
－1
1
1
1
1
1
－ud
－1
1
1
1
1
－ud/2
－1
－1
1
1
1
1
整個控制系統(tǒng)以一片DSP為核心，控制框圖如圖4所示。
鎖相環(huán)電路產(chǎn)生一個與電源電壓同相位的單位正弦波形，ud的采樣信號通過低速電壓外環(huán)調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)，電流is的采樣信號通過高速電流內(nèi)環(huán)G1進行調(diào)節(jié)，電容C1端直流電壓u1與電容C2端直流電壓u2分別通過兩個PI調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)，補償環(huán)G2用于補償兩只電容電壓的不平衡。
檢測的線電流命令is與參考電流is＊比較，產(chǎn)生的電流誤差信號送至電流內(nèi)環(huán)G1，以跟蹤電源電流變化，產(chǎn)生的線電流波形將與主電壓同相位。
3軟件設(shè)計
系統(tǒng)采用兩個通用定時器GPT1及GPT2來產(chǎn)生周期性的CPU中斷，其中GPT1用于PWM信號產(chǎn)生、ADC采樣和高頻電流環(huán)控制(20kHz)，GPT2用于低頻電壓環(huán)的控制(10kHz)，兩者均采用連續(xù)升/降計數(shù)模式。低速電壓環(huán)的采樣時間為100μs，高速電流環(huán)采樣時間為50μs。中斷屏蔽寄存器IMR，EVIMRA和EVIMRB使GPT1在下降沿和特定周期產(chǎn)生中斷，GPT2則僅在下降沿產(chǎn)生中斷。
整個程序分為主程序模塊、初始化模塊、電流控制環(huán)計算模塊、電壓控制環(huán)計算模塊、PWM信號產(chǎn)生模塊等五大部份。程序流程如圖5所示。
4仿真結(jié)果及實驗
仿真參數(shù)如下：輸入電壓us交流220V，50Hz，輸出功率1kW，開關(guān)管GTO，開關(guān)頻率500Hz。整流狀態(tài)和逆變狀態(tài)下電源電壓us、電源電流is、交流側(cè)電壓uAB波形分別如圖6及圖7所示。實驗結(jié)果也證實了設(shè)計的正確性，在采用GTO管、開關(guān)頻率較低（500Hz）時，輸入側(cè)電流波形仍然非常接近正弦，裝置得到了接近1的功率因數(shù)，同時開關(guān)上的電壓應(yīng)力減少了一半。
在高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)的研究中,最為主要的研究點在于:
(1)高速數(shù)字電路信號的完整性;
(2)高速數(shù)字電路電源的設(shè)計兩個方面。在本節(jié)中,筆者將進行系統(tǒng)的闡述,強化對高速數(shù)字電路設(shè)計的認(rèn)識與研究。具體而言,主要在于以下幾點內(nèi)容:
1.1高速數(shù)字電路信號的完整性設(shè)計
在高速數(shù)字電路信號的完整性設(shè)計中,最主要的研究要點在于兩個方面:一是不同電路信號網(wǎng)傳輸信號的干擾情況;二是不同信號在電路信號網(wǎng)中的相互干擾情況。也就是說,在電路信號的完整性中,信號干擾是最為關(guān)鍵的因素,無論是對于干擾問題,還是對于反射問題,都是高速數(shù)字電路信號完整性設(shè)計的研究要點。在理想狀態(tài)之下,不同阻抗是相等的,存在相互匹配性。所以,在電路設(shè)計的過程中,要特別注意阻抗的控制,阻抗過小(過大)都會對線路中的電流及電壓造成影響,進而形成信號干擾問題。當(dāng)然,在高速數(shù)字電路的設(shè)計中,是很難以讓臨界阻抗與電路新城相互匹配的狀態(tài),這就強調(diào),高速數(shù)字電路信號系統(tǒng),應(yīng)最可能的處于較為合適的狀態(tài),以最大程度上提高高速數(shù)字電路的信號質(zhì)量。
1.2高速數(shù)字電路電源的設(shè)計
高速數(shù)字電路電源設(shè)計,是設(shè)計技術(shù)研究的重點內(nèi)容之一。對于高速數(shù)字電路而言,需要大量的低電壓元器件的應(yīng)用,以更好地確保設(shè)計的需求。但是,低壓元器件的應(yīng)用,帶來了一個問題,即電源穩(wěn)定性受到一定的影響,造成電源設(shè)計問題的出現(xiàn)。因此,在實際的設(shè)計過程中,需要對高速數(shù)字電路電源設(shè)計作充分的考慮。在電源設(shè)計中“,電源完整性”是主要的關(guān)鍵因素,是指電源波形的質(zhì)量。這一因素的影響主要表現(xiàn)為:
(1)瞬間電流產(chǎn)生過大,即在高速開關(guān)狀態(tài)下,線路器件極易產(chǎn)生過大的瞬間電流;
(2)信號回路阻抗變大,即在電路之中,過多的電感以至于回路阻抗變大,進而產(chǎn)生一定影響。因此,在高速數(shù)字電路電源的設(shè)計中,最為理想的狀態(tài)的設(shè)計就是在高速數(shù)字電路電源系統(tǒng)中,并不存在所謂的“阻抗”。這樣一來,不僅不存在阻抗所帶來的損耗,而且確保了系統(tǒng)中各電位的恒定,當(dāng)然,在實際之中,理想狀態(tài)的設(shè)計是不存在,電源系統(tǒng)所形成的干擾噪聲,對高速數(shù)字電路系統(tǒng)的運行造成較大影響。于是乎,電路設(shè)計應(yīng)對電源的電阻及電感做充分的設(shè)計考慮,提高高速數(shù)字電路設(shè)計的有效性。
2結(jié)語
1.1 信號線間距離的影響
計算機高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展是電子設(shè)計領(lǐng)域一次新的突破，對計算機電子技術(shù)的發(fā)展有著極大的作用。但是，在現(xiàn)階段計算機高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)中卻存在一定的問題。例如，信號線間距離對計算機高速數(shù)字電路設(shè)計的影響，一般情況下，信號線間的距離會隨著印刷版電路密集度的增大而變化，越來越狹小，而在這個過程中，也會導(dǎo)致信號之間的電磁耦合增大，這樣就不會對其進行忽略處理，會引發(fā)信號間的串?dāng)_現(xiàn)象，而且隨著時間的推移會越來越嚴(yán)重。
1.2 阻抗不匹配的問題
阻抗是信號傳輸線上的關(guān)鍵因素，而在現(xiàn)階段計算機高速數(shù)字電路設(shè)計的過程中，卻存在信號傳輸位置上的阻抗不相匹配的現(xiàn)象，這樣極易引發(fā)反射噪聲，而反射噪聲將會對信號造成一定的破壞，使得信號的完整性受到極高速數(shù)字電路設(shè)計是電子技術(shù)行業(yè)發(fā)展的重要結(jié)晶，通過多個電子元件組成，更是將電子技術(shù)發(fā)揮的淋漓盡致，而且，計算機高速數(shù)字電路技術(shù)的應(yīng)用也極為廣泛。但是，在實際的應(yīng)用中，計算機高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)卻受到一些因素的影響，例如，信號線間距離的影響、阻抗不匹配的問題、電源平面間電阻和電感的影響等，都會對計算機高速數(shù)字電路技術(shù)的運行效率產(chǎn)生影響，要提升計算機高速數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用效率，必須解決這些影響因素，對此，本文主要對計算機高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)進行研究。摘要大的影響。
1.3 電源平面間電阻和電感的影響
計算機高速數(shù)字化電路設(shè)計技術(shù)是根據(jù)實際的情況，利用先進的電子技術(shù)設(shè)計而成，在諸多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)階段計算機高速數(shù)字電路設(shè)計中，由于電源平面間存在電阻和電感，使得大量電路輸出同時動作時，就會使整個電路產(chǎn)生較大的瞬態(tài)電流，這將會對極端級高速數(shù)字電路地線以及電源線上的電壓造成極大的影響，甚至?xí)a(chǎn)生波動的現(xiàn)象。
2計算機高速數(shù)字電路技術(shù)的研究分析
2.1 合理設(shè)計，確保計算機高速數(shù)字電路信號的完整性
通過以上的分析得知，現(xiàn)階段計算機高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)中，由于受到阻抗不匹配的影響，對電路信號的完整性也造成一定的影響，因此，要對計算機高速數(shù)字電路技術(shù)進行合理的設(shè)計，確保計算機高速數(shù)字電路信號的完整性。主要分為兩方面研究，一方面是對不同電路之間電路信號網(wǎng)的傳輸信號干擾情況進行研究，也就是以上所提到的反射和干擾的問題，而另一方面，要對不同信號在傳輸?shù)倪^程中，對電路信號網(wǎng)產(chǎn)生的干擾情況進行分析。計算機高速數(shù)字電路在運行的過程中，會受到阻抗不相匹配的因素而影響到電路信號的傳輸效率，而且，現(xiàn)階段計算機高速數(shù)字電路運行的過程中，阻抗很難控制，經(jīng)常會出現(xiàn)阻抗過大或過小的現(xiàn)象，都會對電路信號傳播的波形產(chǎn)生一定的干擾，從而對計算機高速電路傳輸信號的完整性產(chǎn)生直接的影響。為了避免這類情況的發(fā)生，要對計算機高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)展開研究，從正常理論來看，高速數(shù)字電路設(shè)計難以使電路與臨街阻抗的狀態(tài)相互符合，可以對計算機高速數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)進行改進，保持系統(tǒng)處于過阻抗?fàn)顟B(tài)，這樣就能保證計算機高速數(shù)字電路設(shè)計不會受到阻抗不等的狀態(tài)而影響到計算機高速數(shù)字電路信息傳輸?shù)耐暾浴?/p>
2.2 對高速數(shù)字電路電源進行合理設(shè)計
電源是計算機高速數(shù)字電路技術(shù)的重要組成元件，通過以上的分析得知，計算機高速數(shù)字電路設(shè)計中，由于受到電源平面間電阻和電感的影響，使得電源運行過程中會出現(xiàn)過電壓的故障，也就是電源的波形質(zhì)量受到影響，嚴(yán)重影響到計算機高速數(shù)字電路運行的可靠性。從理論上來看，如果高速數(shù)字電路設(shè)計中，電源系統(tǒng)中不存在阻抗的話是電路設(shè)計最理想的狀態(tài)，這樣整個信號的回路也不會存在阻抗耗損的問題，系統(tǒng)中的各個點的點位就會保持恒定的狀態(tài)。但是，在實際中卻不會存在這種理想狀態(tài)，計算機高速數(shù)字電路系統(tǒng)運行的過程中，就必須要考慮到電源的電阻和電感因素，而要減少電源面的電阻和電感對電源系統(tǒng)的影響，就必須對其采取降低的處理措施。從當(dāng)今計算機高速數(shù)字電路系統(tǒng)電源材質(zhì)的分析了解到，電路系統(tǒng)中大多數(shù)都是采用大面積銅質(zhì)材料，如果結(jié)合電源系統(tǒng)要求來分析的話，這些材料遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到計算機高速數(shù)字電路電源的標(biāo)準(zhǔn)要求，這樣在系統(tǒng)正常運行的過程中勢必會受到一定的影響，對此，要將所有影響因素進行綜合性的考慮和研究，可以采用樓電容應(yīng)用到電路中，這樣可以有效的避免或降低電源面電阻和電感對系統(tǒng)的影響，從而有效的提高計算機高速數(shù)字電路系統(tǒng)運行的可靠性。
3總結(jié)
電子技術(shù)的發(fā)展，推動各行各業(yè)的發(fā)展，應(yīng)用廣泛———廣播通信、網(wǎng)絡(luò)、航空航天、工業(yè)、交通、醫(yī)學(xué)、消費類電子領(lǐng)域都離不開電子技術(shù)。眾所周知的北京2008年奧運會的水立方建筑運用50萬顆LED燈構(gòu)成世界上最大的半導(dǎo)體照明工程。學(xué)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)是適應(yīng)時展之必須。高職教育不同于普通高等教育，它的專業(yè)設(shè)置和課程設(shè)置指導(dǎo)思想都是以服務(wù)為宗旨，以就業(yè)為導(dǎo)向。針對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的要求，我們進行了廣泛的市場調(diào)研，重點調(diào)研了長三角地區(qū)高職畢業(yè)生的主要就業(yè)崗位，需要具備的職業(yè)能力及從業(yè)資格證書等問題，應(yīng)用電子專業(yè)的就業(yè)崗位主要有：電子產(chǎn)品維修工，電子產(chǎn)品裝配工，電子產(chǎn)品調(diào)試員，電子產(chǎn)品工藝員。通過崗位的典型工作任務(wù)，職業(yè)能力分析，歸納出職業(yè)行動領(lǐng)域，然后根據(jù)我系的實際教學(xué)條件，實訓(xùn)條件，將職業(yè)行動領(lǐng)域轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)領(lǐng)域，構(gòu)建了《電路與模擬電子技術(shù)》這門課程。同時，我們制定了課程標(biāo)準(zhǔn)。
2電路與模擬電子技術(shù)課程目標(biāo)
本課程的總體目標(biāo)是：通過對電路原理、常用電子元器件、模擬電路及其系統(tǒng)的分析和設(shè)計的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得電路與模擬電子技術(shù)方面的基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)理論和基本技能，為深入學(xué)習(xí)電子技術(shù)及其在專業(yè)中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。其中包括：（1）知識目標(biāo)：掌握電路基本概念、基本分析和計算方法；會計算電路主要參數(shù)；掌握電路波形圖畫法、建立電路模型的方法；會判斷器件類型、電路工作狀態(tài)；（2）能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生正確使用常用儀表的能力；培養(yǎng)學(xué)生正確選擇元器件的能力；培養(yǎng)學(xué)生檢索與閱讀各種電子手冊及資料的能力；培養(yǎng)學(xué)生識讀與分析電路的能力；培養(yǎng)學(xué)生安裝和焊接電路的能力；培養(yǎng)學(xué)生電路測試方案的設(shè)計能力和對測試數(shù)據(jù)的分析能力；培養(yǎng)學(xué)生排除電路故障的能力；培養(yǎng)學(xué)生進行簡單電路設(shè)計的能力；（3）情感目標(biāo)：通過趣味案例激發(fā)學(xué)生好奇心和學(xué)習(xí)興趣；通過學(xué)習(xí)情境挖掘?qū)W生的求知欲和創(chuàng)造欲，樹立學(xué)生自信心。
3電路與模擬電子技術(shù)課程設(shè)計
本門課程設(shè)計的理念是：以學(xué)生職業(yè)能力的培養(yǎng)為最根本的出發(fā)點，理論學(xué)習(xí)以必須，夠用為度,同時進行課證融合。在課程的教學(xué)過程中采用多種教學(xué)方法和手段：傳統(tǒng)的教學(xué)法、直觀教學(xué)法、探究法、啟發(fā)式教學(xué)和多媒體教學(xué)手段。
4電路與模擬電子技術(shù)課程實施
在課程的實施過程中教師首先進行了學(xué)情分析：高職院校的學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)普遍較差，學(xué)習(xí)能力欠缺，急于求成，缺乏持久性。雖然學(xué)生對電類專業(yè)課入門的學(xué)習(xí)具有一定的興趣，但這種興趣不夠穩(wěn)定，需要教師創(chuàng)設(shè)適度的情境，適時地激發(fā)。所以在教學(xué)過程中，教師要力求做到將深奧的知識淺顯化，抽象的知識形象化。課程的重點難點是半導(dǎo)體器件，放大電路，負(fù)反饋。教師對重點、難點的處理方法有：（1）傳統(tǒng)的講解法；（2）直觀式教學(xué)；（3）配合flas演示；（4）通過萬用表測試加深理解；（5）創(chuàng)建學(xué)習(xí)情境。例如:在半導(dǎo)體器件的講解部分，可采用直觀式的教學(xué)法，帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識各種不同的二極管，三極管。對于三極管的講解，配合萬用表測試加深理解。下面以一次課實驗課———三極管電流放大特性為例，來說明課堂的教學(xué)組織。三極管的電流放大特性這節(jié)內(nèi)容是深入模擬電子技術(shù)部分的第一道難關(guān)。學(xué)生只有深入到心里層面去理解了這節(jié)內(nèi)容，才可以舉一反三去理解后續(xù)學(xué)習(xí)的電子元器件。教師采用基于工作過程“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)設(shè)計，把啟發(fā)式教學(xué)貫穿整個教學(xué)過程，通過探究實驗操作和多媒體仿真，把抽象的理論知識難度降低，達(dá)到突破難點，幫助學(xué)生化難為易，讓學(xué)生輕松愉快充滿信心地完成學(xué)習(xí)。
5考核方案
課程的考核方案根據(jù)學(xué)院教務(wù)處的要求，期中成績占30%，平時成績占30%，期末成績占40%。平時成績包括：課堂考核，課后作業(yè)，單元測驗。在學(xué)期結(jié)束前另有為期一周的教學(xué)實習(xí)，教師根據(jù)維修電工的考試內(nèi)容結(jié)合實際情況申報，并由系部統(tǒng)一采購實習(xí)耗材。實習(xí)的考核分為：優(yōu)———電路功能完全實現(xiàn)，性能優(yōu)良，工藝精美。良———電路功能基本實現(xiàn)，性能優(yōu)良。中———電路功能基本實現(xiàn)，性能不夠穩(wěn)定。及格———在教師輔助制作下，電路功能基本實現(xiàn)。不及格———電路功能未實現(xiàn)且學(xué)習(xí)態(tài)度有問題。
6教學(xué)評價
課程的教學(xué)評價包括：校內(nèi)督導(dǎo)評價，同行專家評價，教師自我評價，學(xué)生評價。
7課程特色及展望
關(guān)鍵詞：無線發(fā)射FSK射頻發(fā)射器nRF902
1概述
nRF902是一個單片發(fā)射器芯片，工作頻率范圍為862～870MHz的ISM頻帶。該發(fā)射器由完全集成的頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成。由于nRF902使用了晶體振蕩器和穩(wěn)定的頻率合成器，因此，頻率漂移很低，完全比得上基于SAW諧振器的解決方案。nRF902的輸出功率和頻偏可通過外接電阻進行編程。電源電壓范圍為2.4～3.6V，輸出功率為10dBm，電流消耗僅9mA。待機模式時的電源電流僅為10nA。采用FSK調(diào)制時的數(shù)據(jù)速率為50kbits/s。因此，該芯片適合于報警器、自動讀表、家庭自動化、遙控、無線數(shù)字通訊應(yīng)用。
2引腳功能和結(jié)構(gòu)原理
nRF902采用SIOC-8封裝，各引腳功能如表1所列。
表1nRF902的引腳功能
引腳端符號功能
1XTAL晶振連接端/PWR-UP控制
2REXT功率調(diào)節(jié)/時鐘模式/ASK調(diào)制器字輸入
3XO8基準(zhǔn)時鐘輸出（時鐘頻率1/8）
4VDD電源電壓（+3V）
5DIN數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入
6ANT2天線端
7ANT1天線端
8VSS接地端（0V）
圖1所示是nRF902的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出：該芯片內(nèi)含頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等電路。
通過nRF902的天線輸出端可將平衡的射頻信號輸出到天線，該引腳同時必須通過直流通道連接到電源VDD，電源VDD可通過射頻扼流圈或者環(huán)路天線的中心接入。ANT1/ANT2輸出端之間的負(fù)載阻抗為200～700Ω。如果需要10dBm的輸出功率，則應(yīng)使用400Ω的負(fù)載阻抗。
調(diào)制可以通過牽引晶振的電容來完成。要達(dá)到規(guī)定的頻偏，晶振的特性應(yīng)滿足：并聯(lián)諧振頻率fp應(yīng)等于發(fā)射中心頻率除以64，并聯(lián)等效電容Co應(yīng)小于7pF，晶振等效串聯(lián)電阻ESR應(yīng)小于60Ω，全部負(fù)載電容，包括印制板電容CL均應(yīng)小于10pF。由于頻率調(diào)制是通過牽引晶振的負(fù)載（內(nèi)部的變?nèi)荻O管）完成的，而外接電阻R4將改變變?nèi)荻O管的電壓，因此，改變R4的值可以改變頻偏。
將偏置電阻R2從REXT端連接到電源端VDD對可輸出功率進行調(diào)節(jié)。nRF902的工作模式可通過表2所列方法進行設(shè)置。
表2nPF902的工作模式設(shè)置
引腳
工作模式XTALREXTXO8DIN
低功耗模式（睡眠模式）GND---
時鐘模式VDDGNDVDD-
ASK模式VDDASK數(shù)據(jù)VDD或者GNDVDD
FSK模式VDDVDDVDD或者GNDFSK數(shù)據(jù)
在FSK模式時，調(diào)制數(shù)據(jù)將從DIN端輸入，這是nRF902的標(biāo)準(zhǔn)工作模式。
ASK調(diào)制可通過控制REXT端來實現(xiàn)。當(dāng)R2連接到VDD時，芯片發(fā)射載波。當(dāng)R2連接到地時，芯片內(nèi)部的功率放大器關(guān)斷。這兩個狀態(tài)可用ASK系統(tǒng)中的邏輯“1”和邏輯“0”來表示。在ASK模式，DIN端必須連接到VDD。
時鐘模式可應(yīng)用于外接微控制器的情況，nRF902可以給微控制器提供時鐘。它可在XO8端輸出基準(zhǔn)時鐘，XO8端輸出的時鐘信號頻率是晶振頻率的1/8。如晶振頻率為13.567MHz，則XO8輸出的時鐘信號頻率為1.695MHz。
在低功耗模式（睡眠模式），芯片的電流消耗僅10nA。在沒有數(shù)據(jù)發(fā)射時，芯片可工作在低功耗模式以延長電池的使用時間。電路從低功耗模式轉(zhuǎn)換到發(fā)射模式需要5ms的時間，從時鐘模式轉(zhuǎn)換到發(fā)射模式需要50μs的時間。
圖2nRF902的應(yīng)用電路
關(guān)鍵詞：無線接收FSKASK頻率合成器TH71101
1概述
TH71101是雙超外差式結(jié)構(gòu)的無線電接收芯片，工作在300～450MHzISM頻段，能與TH7107等芯片配套，實現(xiàn)ISM頻段無線模擬和數(shù)字信號傳輸；內(nèi)部包含一個低噪聲放大器、雙混頻器、壓控振蕩器、PLL合成器、晶體振蕩器等電路。能接收模擬和數(shù)字FSK/FM/ASK信號。FSK數(shù)據(jù)速率可達(dá)40kb/s，ASK數(shù)據(jù)速率達(dá)80kb/s，F(xiàn)M帶寬15kHz；靈敏度111dBm。電源電壓2.5～5.5V,工作電流8.2mA，待機電流<100nA。適用于ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)）頻率范圍內(nèi)的各種應(yīng)用，如數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、無鑰匙進入系統(tǒng)、遙控遙測系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等。
2芯片封裝與引腳功能
TH71101采用LQFP32封裝，各引腳功能如表1所列。
表1TH71101引腳功能
引腳號符號功能
1VEE地
2GAIN-LNA低噪聲放大器（LNA）增益控制
3OUT-LNALNA輸出，連接到外接的LC調(diào)諧回路
4IN-MIX1混頻器1（MIX1）輸入，單端阻抗約33Ω
5VEE地
6IF1P中頻1（IF1）集電極開路輸出
7IF1N中頻1（IF1）集電極開路輸出
8VCC電源輸入
9OUT-MIX2混頻器2（MIX2）輸出，輸出阻抗約330Ω
10VEE地
11IFA中頻放大器（IFA）輸入，輸入阻抗約2.2kΩ
12FBC1連接外接的中頻放大器反饋電容
13FBC2連接外接的中頻放大器反饋電容
14VCC電源輸入
15OUT-IFA中頻放大器輸出
16IN-DEM解調(diào)器（DEMOD）輸入
17VCC電源輸入
18OUT-OA運算放大器（OA）輸出
19OAN運算放大器（OA）負(fù)極輸入
20OAP運算放大器（OA）正極輸入
21RSSIRSSI輸出，輸出阻抗約36kΩ
22VEE地
23OUTPFSK/FM正輸出，輸出阻抗100300kΩ
24OUTNFSK/FM負(fù)輸出，輸出阻抗100300kΩ
25VEE地
26RO基準(zhǔn)振蕩器輸入，外接晶體振蕩器和電容
27VCC電源輸入
28ENRX模式控制輸入
29LF充電泵輸出和壓控振蕩器1（VCO1）控制輸入
30VEE地
31IN-LNALNA輸入，單端阻抗約26Ω
32VCC電源輸入
3芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理
TH71101內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。芯片內(nèi)包含低噪聲放大器（LNA）、兩級混頻器（MIX1、MIX2）、鎖相環(huán)合成器（PLLSynthesizer）、基準(zhǔn)晶體振蕩器（RO）、充電泵（CP）、中頻放大器（IFA）、相頻檢波器（PFD）等電路。
LNA是一個高靈敏度接收射頻信號的共發(fā)、共基放大器。混頻器1（MIX1）將射頻信號下變頻到中頻1（IF1），混頻器2（MIX2）將中頻信號1下變頻到中斷信號2（IF2），中頻放大器（IFA）放大中頻信號2和限幅中頻信號并產(chǎn)生RSSI信號。相位重合解調(diào)器和混頻器3解調(diào)中頻信號。運算放大器（OA）進行數(shù)據(jù)限幅、濾波和ASK檢測。鎖相環(huán)合成器由壓控振蕩器（VCO1）、反饋式分頻器（DIV16和DIV2）、基準(zhǔn)晶體振蕩器（RO）、相頻檢波器（PFD）、充電泵（CP）等電路組成，產(chǎn)生第1級和第2級本振信號LO1和LO2。
圖2FSK接收電路圖
使用TH71101接收器芯片可以組成不同的電路結(jié)構(gòu)，以滿足不同的需求。對于FSK/FM接收，在相位重合解調(diào)器中使用IF諧振回路。諧振回路可由陶瓷諧振器或者LC諧振回路組成。對于ASK結(jié)構(gòu)，RSSI信號饋送到ASK檢波器，ASK檢波器由OA組成。
圖3ASK接收電路
TH71101采用兩級下變頻。MIX1和MIX2由芯片內(nèi)部的本振信號LO1和LO2驅(qū)動，與射頻前端濾波器共同實現(xiàn)一個高的鏡像抑制，如表2和表3所列。有效的射頻前端濾波是在LNA的前端使用SAW、陶瓷或者LC濾波器，在LNA的輸出使用LC濾波器。
表2基準(zhǔn)頻率fREF、本振頻率fL0、中頻fIF與FRF鏡像抑制關(guān)系
注入類型低端高端
fREF（fRF-fIF）/16fRF+fIF/16
fLO16·fREF16·fREF
fIFfRF-fLOfLO-fRF
fRFimagefRF-2fIFfRF+2fIF
表3在fIF=10.7MHz時，基準(zhǔn)頻率fREF、本振頻率fL0與fRF鏡像抑制的關(guān)系
參數(shù)fRF=315MHzfRF=315MHzfRF=433.6MHzfRF=433.6MHz
低高低高
fREF/MHz19.0187520.3562526.4312527.76875
fLO/MHz304.3325.7422.9444.3
fRFimage/MHz293.6336.4412.2455.0
4應(yīng)用電路設(shè)計
論文摘要：結(jié)合高職院校數(shù)字電路實驗教學(xué)現(xiàn)狀，以培養(yǎng)學(xué)生的電子設(shè)計能力、實踐能力與創(chuàng)新能力為目標(biāo)，對數(shù)字電路設(shè)計性實驗進行了研究，提出了構(gòu)建實驗課程體系、加強實驗教師隊伍建設(shè)、完善實驗考核機制等措施，取得了良好的教學(xué)效果。
隨著高職院校實驗教學(xué)改革的深人，實驗教學(xué)已成為高職院校教學(xué)工作的重要組成部分。實驗教學(xué)已從過去單純的驗證性實驗逐步深人到綜合性、設(shè)計性實驗，從利用實驗來加深對已學(xué)理論知識的理解，深人到將實驗作為學(xué)生學(xué)習(xí)新知識、新技術(shù)、新器件，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力的重要目的仁‘〕。
1高職院校實驗教學(xué)存在的問題
數(shù)字電路實驗是高職院校電子信息類、機電類專業(yè)必修的實踐性技術(shù)基礎(chǔ)課程，對培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力具有重要的地位。在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，數(shù)字電路實驗教學(xué)多以驗證性實驗為主，并按實驗指導(dǎo)書的實驗步驟去完成實驗，這種實驗教學(xué)模式禁錮了學(xué)生的創(chuàng)新思維，失去了“實驗”真正的含義，培養(yǎng)出來的學(xué)生實踐技能差，無法達(dá)到高職教育人才培養(yǎng)的要求〔2)0
2開設(shè)數(shù)字電路設(shè)計性實驗采取的措施
通過多年來的實驗教學(xué)改革實踐，證明了開設(shè)設(shè)計性實驗有利于鞏固課堂所學(xué)的理論知識;有利于提高學(xué)生電子系統(tǒng)設(shè)計能力、綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力[’]。2005年我校電子技術(shù)實驗教學(xué)中心(以下簡稱中心)以“加強基礎(chǔ)訓(xùn)練，培養(yǎng)能力，注重創(chuàng)新”為指導(dǎo)思想，在面向各類專業(yè)的數(shù)字電路實驗教學(xué)中，開設(shè)了以學(xué)生為主、教師為輔的數(shù)字電路設(shè)計性實驗教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果。
2. 1構(gòu)建實驗教學(xué)課程體系
數(shù)字電路設(shè)計性實驗是一種較高層次的實驗教學(xué)，是結(jié)合數(shù)字電路課程和其它學(xué)科知識進行電路設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生電子系統(tǒng)設(shè)計能力、創(chuàng)新能力的有效途徑，具有綜合性、創(chuàng)新性及探索性[[4]。數(shù)字電路設(shè)計性實驗是學(xué)生根據(jù)教師給定的實驗任務(wù)和實驗條件，自行查閱文獻(xiàn)、設(shè)計方案、電路安裝等，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。設(shè)計性實驗的實施過程，如圖1所示。
為了提高學(xué)生的電子設(shè)計能力和創(chuàng)新能力，中心根據(jù)高職教育教學(xué)特點與規(guī)律，構(gòu)建了基礎(chǔ)型、提高型、創(chuàng)新型三個遞進層次的數(shù)字電路設(shè)計性實驗課程體系。三個實訓(xùn)模塊的內(nèi)容堅持以“加強基礎(chǔ)型設(shè)計性實驗，培養(yǎng)學(xué)生的電子設(shè)計能力、創(chuàng)新意識”為主線，由單元電路設(shè)計到系統(tǒng)電路設(shè)計，循序漸進，三年不斷線，為不同基礎(chǔ)、不同層次的學(xué)生逐步提高電子設(shè)計能力、創(chuàng)新能力的空間，如圖2所示。
基礎(chǔ)型設(shè)計性實驗是課程中所安排的教學(xué)實驗，學(xué)生在完成了驗證性、綜合性實驗以后，具有了一定的實驗技能，結(jié)合數(shù)字電路的基本原理設(shè)計一些比較簡單的單元電路，學(xué)生按照教師給出的實驗要求根據(jù)實驗室所擁有的儀器設(shè)備、元器件，從實驗原理來確定實驗方法、設(shè)計實驗電路等，且在規(guī)定的實驗學(xué)時內(nèi)完成實驗。如表1所示。這一階段主要是讓學(xué)生熟悉門電路邏輯功能及應(yīng)用，掌握組合邏輯電路、時序電路的設(shè)計方法，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計意識、查閱文獻(xiàn)等能力。
提高型設(shè)計性實驗對高職院校來說，可認(rèn)為是數(shù)字電路課程設(shè)計。它體現(xiàn)了學(xué)生對綜合知識的掌握和運用，課題內(nèi)容是運用多門課程的知識及實驗技能來設(shè)計比較復(fù)雜的系統(tǒng)電路，如表2所示。整個教學(xué)過程可分10單元，每個單元為4學(xué)時，每小組為一個課題。學(xué)生根據(jù)教師提供的設(shè)計題目確定課題，查閱文獻(xiàn)、設(shè)計電路、電路仿真、電路安裝調(diào)試、撰寫課程設(shè)計報告等，完成從電路設(shè)計到制作、成品的全部實踐過程。通過這一階段的訓(xùn)練，學(xué)生的軟硬件設(shè)計能力進一步提高，報告撰寫趨于成熟，善于接受新器件，團隊協(xié)作趨于成熟。
創(chuàng)新型設(shè)計性實驗主要為理論基礎(chǔ)知識扎實、實驗技能熟練的優(yōu)秀學(xué)生選做，為“開放式”教學(xué)，實驗內(nèi)容主要是結(jié)合專業(yè)的科研項目、工程實際及全國或省級電子設(shè)計競賽的課題。通過創(chuàng)新型設(shè)計性實驗，強化學(xué)生電子系統(tǒng)設(shè)計能力，充分發(fā)揮學(xué)生的潛能，全面提高學(xué)生的電子系統(tǒng)設(shè)計能力、創(chuàng)新能力，為參加大學(xué)生電子設(shè)計競賽奠定堅實的基礎(chǔ)。
數(shù)字電路設(shè)計性實驗課程體系將數(shù)字電路基本原理、模擬電路、eda技術(shù)等多門課程知識點融合在一起，從單元電路設(shè)計到系統(tǒng)電路設(shè)計，深化了“系統(tǒng)”概念的意識。在每一輪設(shè)計性實驗結(jié)束后進行總結(jié)，開展學(xué)生問卷調(diào)查，對設(shè)計性實驗的教學(xué)方法、手段等進行全面評估，從而了解設(shè)計性實驗教學(xué)的效果。在實驗過程中，實驗教師鼓勵學(xué)生從不同角度去分析，大膽創(chuàng)新，設(shè)計不同的方案。
2. 2加強實驗教師隊伍的建設(shè)
近年來，中心依托省級精品課程“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計基礎(chǔ)”、省級應(yīng)用電子技術(shù)精品專業(yè)建設(shè)，合理規(guī)劃，制定了實驗教師隊伍培養(yǎng)計劃;專業(yè)教師定期到企業(yè)培訓(xùn);專職實驗教師參加實驗教學(xué)改革研討和對新知識、新技術(shù)的培訓(xùn);同時制定優(yōu)惠政策，吸引企業(yè)中具有豐富實踐經(jīng)驗的工程師、技師到實訓(xùn)基地?fù)?dān)任實驗教師tb}，形成一支能培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才、能跟蹤電子信息技術(shù)發(fā)展、勇于創(chuàng)新并積極承擔(dān)教學(xué)改革項目的專兼職結(jié)合的實驗教師隊伍，實現(xiàn)了實驗教師隊伍的整體優(yōu)化。
2. 3開放實驗室
為了保證設(shè)計性實驗教學(xué)的有效實施，中心實行時間和內(nèi)容兩方面開放的教學(xué)方法。學(xué)生除了要完成教學(xué)計劃內(nèi)指定實驗外，還可以根據(jù)自己的專業(yè)和興趣，選擇規(guī)定以外的實驗項目。為了提高設(shè)計性實驗的教學(xué)效果，學(xué)校制定了系列激勵政策，調(diào)動了實驗教師及學(xué)生的積極性。
2. 4建設(shè)創(chuàng)新實訓(xùn)室
為了培養(yǎng)學(xué)生的電子設(shè)計能力、創(chuàng)新能力，給優(yōu)秀學(xué)生營造良好的自主學(xué)習(xí)環(huán)境，提供展現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計的舞臺，中心先后投人了30多萬元，更新了實驗儀器設(shè)備，建設(shè)了一個軟件環(huán)境優(yōu)良、硬件條件先進的創(chuàng)新實訓(xùn)室。該實訓(xùn)室配置了計算機、函數(shù)信號發(fā)生器、頻率計、掃頻儀、數(shù)字存儲示波器、單片機系統(tǒng)設(shè)計實驗開發(fā)系統(tǒng)、打孔機、制版機等儀器設(shè)備〔7〕。
2. 5完善實驗考核機制
對于數(shù)字電路設(shè)計性實驗的考核，不能僅靠一份實驗報告或作品來評定成績，要關(guān)注設(shè)計方案的可行性、實驗過程中學(xué)生的操作能力、創(chuàng)新能力等方面。如以100分計，分別從實驗設(shè)計方案(20分)、實驗方案的實施和完善(40分)、設(shè)計的創(chuàng)新性(20分)、實驗報告或論文、成品(20分)幾個環(huán)節(jié)來評定學(xué)生的實驗成績。為了激勵優(yōu)秀學(xué)生，激發(fā)創(chuàng)新欲望，中心建立了“創(chuàng)新設(shè)計性實驗優(yōu)秀論文、作品評獎制度”，對經(jīng)專業(yè)教師評審選出的優(yōu)秀論文、創(chuàng)新作品的學(xué)生給予表彰、獎勵。
