時(shí)間：2023-03-17 18:05:20
序論：在您撰寫單元電路論文時(shí)，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。
1.1明確任務(wù)
再設(shè)計(jì)電路時(shí)，首先要明確電路需要的功能，制定詳細(xì)的任務(wù)書，確定需要的單元電路，星系擬定電路的性能指標(biāo)，再通過計(jì)算電壓需要放大的倍數(shù)、電路中輸入輸出電阻的大小，繪制執(zhí)行流程圖，通過設(shè)計(jì)，將電路所需的成本降到最低，提高每個(gè)單元電路、參數(shù)的精度，在提高設(shè)計(jì)電路的可靠性、穩(wěn)定性的前提下，盡量簡化設(shè)計(jì)電路。
1.2參數(shù)計(jì)算
計(jì)算參數(shù)是設(shè)計(jì)電路必須要進(jìn)行得步驟，通過計(jì)算，來保證電路中各個(gè)單元電路的功能指標(biāo)需要達(dá)到的要求，計(jì)算參數(shù)需要電子技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，單元電路的設(shè)計(jì)需要強(qiáng)大的理論知識(shí)的支撐，才能做到爐火純青。例如，在計(jì)算如下放大電路的時(shí)候，我們需要計(jì)算每個(gè)電阻的阻值、以及放大倍數(shù)，同一個(gè)電路，可能有很多數(shù)據(jù)，所以要正確的選擇數(shù)據(jù)，注意方法。
1.3繪制電路圖
電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要將單元電路與整機(jī)電路相連，設(shè)計(jì)完整的具有一定功能的電路圖，在連接時(shí)，需要注意單元電路間連接的簡化，以及最重要的是，電路的電氣連接，是否能夠?qū)?，?shí)現(xiàn)預(yù)定功能。例如，設(shè)計(jì)單元電路間的級(jí)聯(lián)時(shí)，各單元電路設(shè)計(jì)完成時(shí)，還要考慮這些，意在減少浪費(fèi)，還要注意輸入信號(hào)、輸出信號(hào)、控制信號(hào)間的關(guān)系，同時(shí)還要注意一些事項(xiàng)：首先，注意電路圖的可讀性。繪圖時(shí)，盡量將主電路圖繪制在一張圖紙上，其中較為獨(dú)立的部分單元電路、以及次要部分可以繪制在另一張圖上，但是一定要注意圖之間的電氣端口的連接，是否對(duì)應(yīng)，各圖紙間的輸入輸出端口都要提前做好標(biāo)記。其次，注意信號(hào)流向以圖形符號(hào)。信號(hào)的流向，一般從輸入端、信號(hào)源開始，從左至右、從上到下，按信號(hào)的流向依次連接單元電路。而且，圖中要加上適當(dāng)?shù)恼f明，如符號(hào)的標(biāo)注、阻值等。最后，注意連接線畫法。電路圖中，各元件間的連接應(yīng)為直線，且盡量減少交叉線，連接線的分布應(yīng)為水平或者垂直，除非應(yīng)對(duì)特殊情況，否則不要化斜線，如圖中不可避免的出現(xiàn)交叉，要將連接點(diǎn)用原點(diǎn)表示。
2幾種典型單元電路的設(shè)計(jì)方法
電子電路設(shè)計(jì)中，單元電路一定要設(shè)計(jì)合理，否則將會(huì)影響整個(gè)電路的聯(lián)通，所以，電氣工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)該更謹(jǐn)慎的致力于單元電路的設(shè)計(jì)。
2.1對(duì)于線性集成運(yùn)放組成的穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)
穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，一般先讓輸入電壓通過電壓變壓器，然后進(jìn)行整流，然后經(jīng)過濾波電路，成為穩(wěn)壓電路。設(shè)計(jì)單元電路時(shí)，串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路可分為幾個(gè)部分，調(diào)整部分、取樣部分、比較放大電路、基準(zhǔn)電壓電路等。這樣的設(shè)計(jì)能夠使單元電路具有保護(hù)過流、短路電流。
2.2單元電路之間的級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)
單元電路設(shè)計(jì)完成之后，還要考慮單元電路間的級(jí)聯(lián)問題。例如，電氣特性的相互匹配、信號(hào)耦合方式、時(shí)序配合、相互干擾等。其中信號(hào)耦合方式，還包括：直接耦合、間接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光耦合。時(shí)序配合的問題，相對(duì)比較復(fù)雜，需要對(duì)每個(gè)單元電路的信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)的分析，來確定電路時(shí)序。
2.3對(duì)于運(yùn)算放大器電路的設(shè)計(jì)
運(yùn)算放大電路在電路設(shè)計(jì)中十分常用，它能夠與反饋網(wǎng)絡(luò)連接，組成具有特定功能的電路模塊，是具有很高放大倍數(shù)的單元電路。運(yùn)放電路的設(shè)計(jì)，可以通過元器件的組合，也可以通過具有相應(yīng)功能的芯片構(gòu)成，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)各種參數(shù)都要整體權(quán)衡，不能盲目的追求某個(gè)指標(biāo)的先進(jìn)。其中，要引起重視的是，應(yīng)在消震引腳間接入適當(dāng)?shù)碾娙菹癖M量避免兩級(jí)以上的放大級(jí)相連。
3結(jié)束語
關(guān)鍵詞：三端離線PWM開關(guān)；正激變換器；高頻變壓器設(shè)計(jì)
引言
TOPSwitch是美國功率集成公司（PI）于20世紀(jì)90年代中期推出的新型高頻開關(guān)電源芯片，是三端離線PWM開關(guān)（ThreeterminalofflinePWMSwitch）的縮寫。它將開關(guān)電源中最重要的兩個(gè)部分——PWM控制集成電路和功率開關(guān)管MOSFET集成在一塊芯片上，構(gòu)成PWM/MOSFET合二為一集成芯片，使外部電路簡化，其工作頻率高達(dá)100kHz，交流輸入電壓85～265V，AC/DC轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90％。對(duì)200W以下的開關(guān)電源，采用TOPSwitch作為主功率器件與其他電路相比，體積小、重量輕，自我保護(hù)功能齊全，從而降低了開關(guān)電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，是一種簡捷的SMPS（SwitchModePowerSupply）設(shè)計(jì)方案。
TOPSwitch系列可在降壓型，升壓型，正激式和反激式等變換電路中使用。但是，在現(xiàn)有的參考文獻(xiàn)以及PI公司提供的設(shè)計(jì)手冊(cè)中，所介紹的都是用TOPSwitch制作單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法。反激式變換器一般有兩種工作方式：完全能量轉(zhuǎn)換（電感電流不連續(xù)）和不完全能量轉(zhuǎn)換（電感電流連續(xù)）。這兩種工作方式的小信號(hào)傳遞函數(shù)是截然不同的，動(dòng)態(tài)分析時(shí)要做不同的處理。實(shí)際上當(dāng)變換器輸入電壓在一個(gè)較大范圍發(fā)生變化，和（或者）負(fù)載電流在較大范圍內(nèi)變化時(shí)，必然跨越兩種工作方式，因此，常要求反激式變換器在完全能量和不完全能量轉(zhuǎn)換方式下都能穩(wěn)定工作。但是，要求同一個(gè)電路能實(shí)現(xiàn)從一種工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N工作方式，在設(shè)計(jì)上是較為困難的。而且，作為單片開關(guān)電源的核心部件高頻變壓器的設(shè)計(jì)，由于反激式變換器中的變壓器兼有儲(chǔ)能、限流、隔離的作用，在設(shè)計(jì)上要比正激式變換器中的高頻變壓器困難，對(duì)于初學(xué)者來說很難掌握。筆者采用TOP225Y設(shè)計(jì)了一種單端正激式開關(guān)電源電路，實(shí)驗(yàn)證明該電路是切實(shí)可行的。下面介紹其工作原理與設(shè)計(jì)方法，以供探討。
1TOPSwitch系列應(yīng)用于單端正激變換器中存在的問題
TOPSwitch的交流輸入電壓范圍為85～265V，最大電壓應(yīng)力≤700V，這個(gè)耐壓值對(duì)于輸入最大直流電壓Vmax=265×1.4=371V是足夠的,但應(yīng)用在一般的單端正激變換器中卻存在問題。
圖1是典型的單端正激變換器電路，設(shè)計(jì)時(shí)通常取NS=NP，Dmax<0.5（一般取0.4）,按正激變換器工作過程,TOPSwitch關(guān)斷期間，變壓器初級(jí)的勵(lì)磁能量通過NS，D1，E續(xù)流（泄放）。此時(shí)，TOPSwitch承受的最大電壓為
VDSmax≥2E=2Vmax=742V（1）
大于TOPSwitch所能承受的最大電壓應(yīng)力700V，所以，TOPSwitch不能在一般通用的正激變換器中使用。
2TOPSwitch在單端正激變換器中的應(yīng)用
由式（1）可知，TOPSwitch不能在典型單端正激變換器中應(yīng)用的關(guān)鍵問題，是其在關(guān)斷期間所承受的電壓應(yīng)力超過了允許值，如果能降低關(guān)斷期間的電壓應(yīng)力，使它小于700V，則TOPSwitch仍可在單端正激變換器中應(yīng)用。
2.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理
本文提出的TOPSwitch的單端正激變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。它與典型的單端正激變換器電路結(jié)構(gòu)完全相同,只是變壓器的去磁繞組的匝數(shù)為初級(jí)繞組匝數(shù)的2倍,即NS=2NP。
TOPSwitch關(guān)斷時(shí)的等效電路如圖2所示。
若NS與NP是緊耦合，則，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繞組每個(gè)開關(guān)周期正負(fù)V·s平衡原理，有
VNPon(Dmax/T)=VNPoff[(1-Dmax)/T]（4）
式中：VNPon為TOPSwitch開通時(shí)變壓器初級(jí)電壓，VNPon=E；
VNPoff為TOPSwitch關(guān)斷時(shí)變壓器初級(jí)電壓，VNPoff=（1/2）E。
解式（4）得
Dmax=1/3（5）
為保險(xiǎn)，取Dmax≤30％
2.3去磁繞組電流分析
改變了去磁繞組與初級(jí)繞組的匝比后，變壓器初級(jí)繞組仍應(yīng)該滿足A·s平衡，初級(jí)繞組最大勵(lì)磁電流為
im(t)|t=DmaxT=Ism=DmaxT=(E/Lm)DmaxT（6）
式中：Lm為初級(jí)繞組勵(lì)磁電感。
當(dāng)im(t)=Ism時(shí)，B=Bmax，H=Hmax，則去磁電流最大值為
Ism==(Hmaxlc/Ns)=1/2Ipm(7)
式中：lc為磁路長度；
Ipm為初級(jí)電流的峰值。
根據(jù)圖2（b）去磁電流的波形可以得到去磁電流的平均值和去磁電流的有效值Is分別為
下面討論當(dāng)NP=NS，Dmax=0.5與NP=NS，Dmax=0.3時(shí)的去磁電流的平均值和有效值。設(shè)上述兩種情況下的Hmax或Bmax相等，即兩種情況下勵(lì)磁繞組的安匝數(shù)相等，則有
Im1NP1=Im2NP2（10）
式中：NP1為Dmax=0.5時(shí)的勵(lì)磁繞組匝數(shù)；
NP2為Dmax=0.3時(shí)的勵(lì)磁繞組匝數(shù)；
設(shè)Lm1及Lm2分別為Dmax=0.5和Dmax=0.3時(shí)的初級(jí)繞組勵(lì)磁電感，則有
Im1=E/Lm1×0.5T為Dmax=0.5時(shí)的初級(jí)勵(lì)磁電流；
Im2=E/Lm2×0.3T為Dmax=0.3時(shí)的初級(jí)勵(lì)磁電流。
由式（10）及Lm1，Lm2分別與NP12，NP22成正比，可得兩種情況下的勵(lì)磁繞組匝數(shù)之比為
(NP1)/(NP2)=0.5/0.3
及(Im1)/(Im2)=(Np2)/(Np1)=0.3/0.5(12)
當(dāng)NS1=NP1時(shí)和NS2=2NP2時(shí)去磁電流最大值分別為
Ism1=Im1=Im（13）
Ism2=Im2=(0.5/0.6)Im（14）
將式（10）～（14）有關(guān)參數(shù)代入式（8）～（9）可得到，當(dāng)Dmax=0.5時(shí)和Dmax=0.3時(shí)的去磁電流平均值及與有效值Is1及Is2分別為
Is1=1/4ImImIs1=0.408Im（Dmax=0.5）
Is2≈0.29ImIs2=0.483Im（Dmax=0.3）
從計(jì)算結(jié)果可知，采用NS=2NP設(shè)計(jì)的去磁繞組的電流平均值或有效值要大于NS=NP設(shè)計(jì)的去磁繞組的電流值。因此，在選擇去磁繞組的線徑時(shí)要注意。
3高頻變壓器設(shè)計(jì)
由于電路元件少,該電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是高頻變壓器,下面給出其設(shè)計(jì)方法。
3.1磁芯的選擇
按照輸出Vo=15V，Io=1.5A的要求，以及高頻變壓器考慮6％的余量，則輸出功率Po=1.06×15×1.5=23.85W。根據(jù)輸出功率選擇磁芯，實(shí)際選取能輸出25W功率的磁芯，根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)選用EI25，查表可得該磁芯的有效截面積Ae=0.42cm2。
3.2工作磁感應(yīng)強(qiáng)度ΔB的選擇
ΔB=0.5BS，BS為磁芯的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，由于鐵氧體的BS為0.2～0.3T，取ΔB=0.15T。
3.3初級(jí)繞組匝數(shù)NP的選取
選開關(guān)頻率f=100kHz（T=10μs），按交流輸入電壓為最低值85V，Emin≈1.4×85V，Dmax=0.3計(jì)算則
取NP=53匝。
3.4去磁繞組匝數(shù)NS的選取
取NS=2NP=106匝。
3.5次級(jí)匝數(shù)NT的選取
輸出電壓要考慮整流二極管及繞組的壓降，設(shè)輸出電流為2A時(shí)的線路壓降為7％，則空載輸出電壓VO0≈16V。
取NT=24匝。
3.6偏置繞組匝數(shù)NB的選取
取偏置電壓為9V，根據(jù)變壓器次級(jí)伏匝數(shù)相等的原則，由16/24=9/NB，得NB=13.5,取NB=14匝。
3.7TOPSwitch電流額定值ICN的選取
平均輸入功率Pi==28.12W（假定η=0.8），在Dmax時(shí)的輸入功率應(yīng)為平均輸入功率，因此Pi=DmaxEminIC=0.3×85×1.4×IC=28.12，則IC=0.85A，為了可靠并考慮調(diào)整電感量時(shí)電流不可避免的失控，實(shí)際選擇的TOPSwitch電流額定值至少是兩倍于此值，即ICN>1.7A。所以，我們選擇ILIMIT=2A的TOP225Y。
4實(shí)驗(yàn)指標(biāo)及主要波形
輸入AC220V，頻率50Hz，輸出DCVo=15(1±1％)V，IO=1.5A，工作頻率100kHz，圖3及圖4是實(shí)驗(yàn)中的主要波形。
圖3中的1是開關(guān)管漏源電壓VDS波形，2是輸入直流電壓E波形，由圖可知VDS=1.5E；圖4中的1是開關(guān)管漏源電壓VDS波形，2是去磁繞組電流is波形，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析是完全吻合的。
在新技術(shù)、新設(shè)備不斷更新的今天，供電企業(yè)對(duì)安全的要求越來越高，不同層次、不同崗位的員工，隨時(shí)面臨著巨大的壓力，安全教育培訓(xùn)是滿足員工渴望在一個(gè)安全、舒適的環(huán)境中工作的自身需求，維護(hù)員工權(quán)益的基礎(chǔ)保障。對(duì)于個(gè)人來說，員工應(yīng)通過企業(yè)提供的各種安全教育培訓(xùn)，將接受和參與安全教育培訓(xùn)作為企業(yè)最大的福利，進(jìn)行安全知識(shí)和安全防護(hù)技能的補(bǔ)充、更新、拓寬，提高安全素質(zhì)，增強(qiáng)新形勢(shì)下對(duì)企業(yè)安全需求的適應(yīng)能力，維護(hù)自己最大的權(quán)益。
當(dāng)前供電企業(yè)安全教育培訓(xùn)工作中存在的問題
1.對(duì)安全教育培訓(xùn)重要性認(rèn)識(shí)不足。部分基層單位、班組負(fù)責(zé)人，對(duì)安全教育培訓(xùn)工作重要性和緊迫性的認(rèn)識(shí)存在盲區(qū)，導(dǎo)致員工崗位安全教育培訓(xùn)工作沒有被納入單位、班組日常工作計(jì)劃的現(xiàn)象出現(xiàn)，受經(jīng)濟(jì)效益、工作進(jìn)度等客觀因素的影響，顯現(xiàn)出員工崗位安全教育培訓(xùn)缺乏的現(xiàn)象。
2.安全教育培訓(xùn)制度尚不健全。隨著供電企業(yè)快速發(fā)展和企業(yè)員工對(duì)安全教育培訓(xùn)滿意度的變化，現(xiàn)有安全培訓(xùn)制度顯現(xiàn)出安全教育培訓(xùn)管理制度或標(biāo)準(zhǔn)的缺失，可操作性欠缺，安全教育培訓(xùn)職能交叉加重了基層的負(fù)擔(dān)等方面的問題。
3.安全教育培訓(xùn)覆蓋面不足?；鶎訂挝弧嘟M受培訓(xùn)能力限制，導(dǎo)致員工安全教育培訓(xùn)有名無實(shí)，流于形式，造成基層員工安全教育培訓(xùn)嚴(yán)重缺失，在不斷積累之后造成員工整體安全素質(zhì)和安全意識(shí)偏低。
4.安全教育培訓(xùn)針對(duì)性不強(qiáng)。當(dāng)前，安全培訓(xùn)多以理論講解為主，由于與現(xiàn)場安全工作實(shí)際出現(xiàn)脫節(jié)，開展安全教育培訓(xùn)工作之前沒有開展前期調(diào)研，廣泛征求員工對(duì)安全教育培訓(xùn)的需求，導(dǎo)致安全教育培訓(xùn)沒有真正按照不同專業(yè)、不同層次員工的工作特點(diǎn)把握安全教育培訓(xùn)需求，有針對(duì)性的擬定安全教育培訓(xùn)計(jì)劃和實(shí)施方案，使基層單位、班組的安全教育培訓(xùn)顯現(xiàn)出走過場，為了培訓(xùn)而培訓(xùn)，缺乏針對(duì)性等方面的問題。
5.安全教育培訓(xùn)評(píng)價(jià)管理機(jī)制還不夠完善。目前，供電企業(yè)員工安全培訓(xùn)體系建設(shè)逐步趨于完善，但培訓(xùn)評(píng)價(jià)管理體系相對(duì)滯后，導(dǎo)致基層單位、班組安全培訓(xùn)開展情況的監(jiān)督、檢查和培訓(xùn)質(zhì)效的考核、認(rèn)證欠缺規(guī)范。
6.安全教育培訓(xùn)師資較薄弱。一是基層單位、專業(yè)班組培訓(xùn)員由于長期從事繁忙的現(xiàn)場工作、接觸的專業(yè)前沿信息較少、時(shí)間和精力有限等原因，導(dǎo)致教育理念更新不及時(shí)，教育理論知識(shí)相對(duì)欠缺；二是由于基層單位、專業(yè)班組培訓(xùn)員在承擔(dān)現(xiàn)場培訓(xùn)教學(xué)任務(wù)的同時(shí)還要面對(duì)和處理復(fù)雜、動(dòng)態(tài)的現(xiàn)場作業(yè)工作，導(dǎo)致培訓(xùn)人員投入到培訓(xùn)教學(xué)上的時(shí)間、精力很難保證；三是一些基層單位將培訓(xùn)人員承擔(dān)的培訓(xùn)任務(wù)劃為義務(wù)勞動(dòng)，缺乏有效的激勵(lì)機(jī)制，導(dǎo)致培訓(xùn)人員在開展安全教育培訓(xùn)教學(xué)工作中的積極性受挫，培訓(xùn)效能感下降，從而影響了安全生產(chǎn)教育培訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量。
做好企業(yè)安全教育培訓(xùn)工作的對(duì)策研究
1.企業(yè)要健全和完善安全教育培訓(xùn)體系的基礎(chǔ)建設(shè)。企業(yè)在完善三級(jí)安全教育培訓(xùn)體系的同時(shí)，一是在硬件設(shè)施的投入和配備等方面要安排專用資金，落實(shí)具體部門，建設(shè)并完善企業(yè)員工安全教育培訓(xùn)基地，配置必要的培訓(xùn)設(shè)備和設(shè)施，深入基層開展培訓(xùn)課題調(diào)研，根據(jù)企業(yè)安全生產(chǎn)管理要求，制定安全教育培訓(xùn)計(jì)劃；二是加強(qiáng)企業(yè)安全教育培訓(xùn)師資隊(duì)伍的建設(shè)，通過基層選拔、自主培養(yǎng)，專業(yè)人員引進(jìn)等多種方式，做好安全教育培訓(xùn)師資資源的儲(chǔ)備，建立能滿足企業(yè)安全教育培訓(xùn)要求的師資隊(duì)伍，保證安全教育培訓(xùn)工作的質(zhì)效，使安全教育培訓(xùn)計(jì)劃能夠得到有效落實(shí)。
2.企業(yè)要將安全教育培訓(xùn)與企業(yè)安全目標(biāo)愿景進(jìn)行有效結(jié)合。安全教育培訓(xùn)具有形式和載體多元化的特征，但無論是通過企業(yè)安全文化建設(shè)，還是通過安全知識(shí)和技能培訓(xùn)、競賽、演講、論壇、專題講座等形式開展安全教育培訓(xùn)，始終都要同企業(yè)安全發(fā)展的安全目標(biāo)愿景相結(jié)合。一是企業(yè)要將安全教育培訓(xùn)與員工個(gè)人的崗位追求、價(jià)值追求相結(jié)合。從關(guān)心員工各方面利益的角度出發(fā)，通過安全教育培訓(xùn)使員工樹立正確的安全價(jià)值觀，能夠發(fā)自內(nèi)心的真正認(rèn)識(shí)到只有保證了安全，才能得到個(gè)人利益，實(shí)現(xiàn)個(gè)人追求，真正實(shí)現(xiàn)“要我安全”到“我要安全”的轉(zhuǎn)變，主動(dòng)接受安全教育培訓(xùn)，自覺汲取安全知識(shí)、提升安全技能。二是安全教育培訓(xùn)要納入企業(yè)的教育培訓(xùn)總體規(guī)劃中，與專業(yè)技能培訓(xùn)、學(xué)歷教育培訓(xùn)有機(jī)融合，確定專責(zé)部門和人員統(tǒng)一管理，形成完善的安全教育培訓(xùn)體系，避免安全教育培訓(xùn)流于形式的現(xiàn)象出現(xiàn)，使安全教育培訓(xùn)在培訓(xùn)資金、培訓(xùn)時(shí)間、培訓(xùn)場所、培訓(xùn)設(shè)施、培訓(xùn)質(zhì)效等方面從組織結(jié)構(gòu)和管理上得到保障。
3.企業(yè)要形成安全教育培訓(xùn)的閉環(huán)管理流程。安全教育培訓(xùn)的閉環(huán)流程包括全面掌握企業(yè)和員工安全技能和素質(zhì)提升需求，做好安全教育培訓(xùn)需求分析；根據(jù)安全教育培訓(xùn)需求有針對(duì)性的編制安全教育培訓(xùn)計(jì)劃，設(shè)置培訓(xùn)課程；安全教育培訓(xùn)實(shí)施過程和安全教育培訓(xùn)質(zhì)效評(píng)價(jià)等四個(gè)方面。企業(yè)和員工安全技能和素質(zhì)提升需求調(diào)查，是確定安全教育培訓(xùn)目標(biāo)、制定安全教育培訓(xùn)計(jì)劃的基礎(chǔ)，是進(jìn)行安全教育培訓(xùn)實(shí)施過程和安全教育培訓(xùn)質(zhì)效評(píng)價(jià)的前提，也是加強(qiáng)培訓(xùn)工作計(jì)劃性、針對(duì)性、可控性和預(yù)見性的關(guān)鍵。企業(yè)和員工安全技能和素質(zhì)提升需求調(diào)查主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：一是安全教育培訓(xùn)部門和基層單位、班組對(duì)企業(yè)安全教育培訓(xùn)制度的落實(shí)情況；二是企業(yè)安全水平和缺陷、隱患、事故狀況，員工安全意識(shí)、安全技能水平和“三違”現(xiàn)象發(fā)生率；三是員工對(duì)崗位新工藝、新設(shè)備、新技能的認(rèn)知狀況，應(yīng)急處置技能和水平。
編制安全教育培訓(xùn)計(jì)劃和設(shè)置培訓(xùn)課程，應(yīng)根據(jù)各級(jí)安全教育培訓(xùn)體系組織機(jī)構(gòu)實(shí)際，結(jié)合安全教育培訓(xùn)需求調(diào)查制定。計(jì)劃要做到有目標(biāo)、有內(nèi)容、有措施，注重針對(duì)性、實(shí)效性、可行性和操作性。
安全教育培訓(xùn)實(shí)施過程首先是要明確培訓(xùn)要求，科學(xué)合理的控制培訓(xùn)進(jìn)度，著重從員工安全意識(shí)的提升、安全知識(shí)的完善、安全技能的補(bǔ)缺等方面提高員工整體安全素質(zhì)?；鶎拥膯挝缓桶嘟M在安全教育培訓(xùn)工作的實(shí)施中，可從制度、規(guī)范、常態(tài)、學(xué)用結(jié)合等方面出發(fā)，采用安全知識(shí)和技能培訓(xùn)、競賽、演講、論壇、專題講座等多種形式，喚起員工參與安全教育培訓(xùn)積極性；把握好安全理念、安全啟迪、事故警示、人機(jī)互動(dòng)等環(huán)節(jié)，對(duì)員工進(jìn)行全方位的安全教育培訓(xùn)；結(jié)合工作實(shí)際和安全實(shí)踐經(jīng)歷，緊貼本單位和班組安全生產(chǎn)工作實(shí)際，開展安全知識(shí)和技能學(xué)習(xí)、討論分析事故案例等，真正做到有的放矢。
安全教育培訓(xùn)質(zhì)效評(píng)價(jià)是安全教育培訓(xùn)取得實(shí)效的保障，包括評(píng)估確定、評(píng)估方案制定、評(píng)估實(shí)施和評(píng)估反饋四個(gè)步驟。一是利用聽課、座談、問卷調(diào)查等方式，對(duì)參培人員進(jìn)行培訓(xùn)計(jì)劃安排、培訓(xùn)內(nèi)容、培訓(xùn)教材、培訓(xùn)進(jìn)度、培訓(xùn)環(huán)境、后勤服務(wù)、授課技巧等方面認(rèn)可程度的評(píng)價(jià)；二是利用試卷答題、技能實(shí)操以及撰寫培訓(xùn)心得體會(huì)等方式，掌握參培人員對(duì)培訓(xùn)內(nèi)容的掌握情況和安全知識(shí)與技能的提升情況；三是通過對(duì)參訓(xùn)者行為觀察及訪談其主管或同事，評(píng)定參訓(xùn)者接受培訓(xùn)后在工作行為上的變化；四是評(píng)估培訓(xùn)后帶來的組織相關(guān)產(chǎn)出的變化效果。
關(guān)鍵詞：低功耗；無線供能；電荷泵整流器；低壓差線性穩(wěn)壓器；帶隙基準(zhǔn)電壓源；電源抑制
中圖分類號(hào)：TM44；TN722；TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）12-00-04
0 引 言
近幾年，受益于集成電路工藝技術(shù)與片上系統(tǒng)（System on Chip，SOC）的不斷發(fā)展，射頻識(shí)別、微傳感網(wǎng)絡(luò)以及環(huán)境感知等智能技術(shù)得到了飛速發(fā)展。其中，對(duì)于無線供能植入式芯片的能量管理、功耗等問題受到了持續(xù)關(guān)注與研究。當(dāng)能量采集完成后，如何管理該能量是下一代被動(dòng)與半被動(dòng)植入式醫(yī)療設(shè)備的要點(diǎn)之一。
在低功耗植入式芯片中，如低噪聲放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等對(duì)工作電壓及其紋波都有一定的要求，因此須通過無線能量管理單元（Wireless Power Management Unit，WPMU）將其電源性能優(yōu)化。在被動(dòng)式芯片中，電荷泵整流器（Charge Pump Rectifier，CPR）、帶隙基準(zhǔn)源（Bandgap Reference，BGR）、低壓差線性穩(wěn)壓器（Low Dropout Regulator，LDO）是WPMU的重要組成單元[1]。芯片工作時(shí)，人體各種低頻信號(hào)（EEG、ECG）會(huì)通過相應(yīng)的耦合方式傳輸?shù)诫娫赐飞希瑥亩a(chǎn)生低頻噪聲，因此必須采用相關(guān)技術(shù)獲得高電源抑制比電源。論文首先通過電荷守恒定理對(duì)傳統(tǒng)Dickson電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析及能量轉(zhuǎn)換效率的改進(jìn)；然后采用電源抑制增強(qiáng)（Power Supply Rejection Boosting，PSRB）與前饋消除（Feed-forword Cancellation，F(xiàn)WC）等技術(shù)分別提高BGR、LDO在運(yùn)放工作帶寬內(nèi)的電源抑制力（Power Supply Rejection，PSR），并在輸出節(jié)點(diǎn)并聯(lián)電容以濾除超高頻紋波；最后為保證LDO在負(fù)載變化時(shí)的穩(wěn)定性，利用零極點(diǎn)追蹤補(bǔ)償來滿足相位裕度的要求。
論文對(duì)高性能無線能量管理單元預(yù)設(shè)指標(biāo)為：
（1）CPR在輸入500 mV交流小信號(hào)時(shí)能輸出2 V電壓并驅(qū)動(dòng)200 A的電流。
（2）BGR輸出電源抑制比在LDO的工作范圍內(nèi)盡可能大于60 dB，以減小對(duì)LDO的影響。
（3）LDO輸出電源抑制比在生物信號(hào)頻率處（01 kHz）及CPR輸入信號(hào)處大于60 dB，從而提供負(fù)載電路高性能的工作電壓。
（4）在滿足以上性能的情況下，盡可能減小電路工作時(shí)的靜態(tài)電流。
1 無線能量管理單元的基本原理
圖1所示為論文采用的無線供能能量管理單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由圖1可知，WPMU主要包含CPR、BGR、LDO及保護(hù)電路（PRO）等模塊。芯片通過片外天線采集到由基站發(fā)射的高頻無線能量信號(hào)，CPR將信號(hào)整流后進(jìn)行升壓，產(chǎn)生紋波較大的電壓，并將該能量儲(chǔ)存到Cs中。由BGR與LDO所組成的環(huán)路通過負(fù)反饋輸出紋波較小的VDD來驅(qū)動(dòng)負(fù)載電路。其中BGR為LDO提供一個(gè)精準(zhǔn)穩(wěn)定的參考電壓，因此BGR的性能影響著LDO輸出電壓的性能。芯片中的保護(hù)電路包括過溫保護(hù)電路、過壓保護(hù)電路、限流電路，其主要目的在于意外情況下對(duì)電路關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的保護(hù)。
設(shè)計(jì)能量管理單元時(shí)，在無線供能的環(huán)境下要注意相關(guān)性能的優(yōu)化，而這又伴隨著其它性能的犧牲，下面將詳細(xì)分析論文采用的CPR、BGR、LDO設(shè)計(jì)原理及電路結(jié)構(gòu)。
3 版圖及后仿真結(jié)果
采用SMIC 0.18 m CMOS工藝，在Cadence下對(duì)電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證，無線能量管理單元的版圖如圖7所示，其中包含了CPR、BGR、LDO及PRO等模塊，芯片的尺寸大小為277 m×656 m。
電路在工作時(shí)要避免反饋環(huán)路發(fā)生震蕩，必須保證LDO環(huán)路的相位裕度，論文在tt、ff、ss三個(gè)工藝角下對(duì)其進(jìn)行不同負(fù)載電流（0200 A）的仿真，仿真結(jié)果如表1所列。該結(jié)果表明在負(fù)載電流0200 A內(nèi)，由于零極點(diǎn)追蹤補(bǔ)償?shù)淖饔?，相位裕度均大?0度，根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)，LDO環(huán)路能在負(fù)載變化的范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。
圖8所示為BGR、LDO的PSR仿真波形，從圖中可以看出，BGR采用PSRB技術(shù)后，PSR在低頻降低了近25 dB。當(dāng)LDO采用FWC技術(shù)時(shí)，電源抑制在低頻段得到了顯著提升，電路空載時(shí)，在100 Hz內(nèi)提升了近20 dB，滿載時(shí)提升了近40 dB。
圖912給出了WPMU中CPR與LDO的相關(guān)瞬態(tài)仿真結(jié)果，當(dāng)輸入頻率為500 MHz、幅度為0.5 V的正弦波時(shí)，電路建立時(shí)間約為13 s，CPR的紋波約為5 mV，而LDO的輸出電壓紋波減小至2.3 V，即高頻處PSR約為-66 dB。因此論文采用的LDO在生物信號(hào)頻率處（DC-10 kHz）與輸入信號(hào)頻率處（100 MHz以上）具有較好的PSR。表2對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)與本文設(shè)計(jì)進(jìn)行性能比較，可以看出，該電源管理單元能輸出性能更好的工作電壓。
4 結(jié) 語
論文針對(duì)CPR、LDO、BGR進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于低功耗無線供能植入式醫(yī)療芯片的能量管理單元。采用SMIC 0.18 m CMOS工藝提供的本征MOS管使CPR的效率得到提升。利用PSRB將BGR的PSR在低頻處從-75 dB降低到-95 dB，這是優(yōu)化LDO電源抑制能力的基本前提。通過FWC、零極點(diǎn)追蹤補(bǔ)償改善LDO的PSR與穩(wěn)定度，在驅(qū)動(dòng)0.2 mA的負(fù)載電流時(shí)，PSR為-85 dB@DC，而相位裕度在負(fù)載范圍內(nèi)均大于60度，該性能可適用于對(duì)電源性能要求較高的模塊。
參考文獻(xiàn)
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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(diǎn)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(hào)的設(shè)備之間產(chǎn)生誤操作，人們?cè)诓煌脑O(shè)備中使用不同的傳輸規(guī)則或者識(shí)別碼，這就使得各個(gè)型號(hào)的遙控器都只適用于各自的遙控對(duì)象，容易造成實(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)方案。
1 研究內(nèi)容及目標(biāo)
本設(shè)計(jì)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(duì)接收到的紅外信號(hào)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(hào)1和0的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，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(hào)，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(chǔ)的基本原理及設(shè)計(jì)思路。
2 學(xué)習(xí)型紅外遙控器硬件電路的設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
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(chǔ)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(hào)的接收及存儲(chǔ)功能。首先一體化紅外接收頭可以完成對(duì)其它遙控器發(fā)出的紅外信號(hào)的接收并對(duì)其進(jìn)行解調(diào)、整形、放大，然后把信號(hào)送入單片機(jī)AT89S52中，單片機(jī)定時(shí)采集一體化紅外接收頭發(fā)出的紅外線信號(hào)，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(chǔ)器AT24C16以及指定鍵盤的數(shù)據(jù)區(qū)，從而完成對(duì)一個(gè)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(duì)存儲(chǔ)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(shí)單位輸出給振蕩器74F132，調(diào)制頻率為38KHz，送入放大器，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射二極管進(jìn)行發(fā)射，以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)
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(hào)檢出電路、記憶及驅(qū)動(dòng)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(hào)時(shí)，它將紅外光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)并送入前置放大器進(jìn)行放大，再經(jīng)解調(diào)器后，由指令信號(hào)檢出電路將指令信號(hào)檢出，最后由記憶和驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路，實(shí)現(xiàn)各種操作。
紅外接收電路一般要做成一個(gè)獨(dú)立的整體，稱為紅外接收頭，這主要是因?yàn)樗鼘?duì)外界干擾十分敏感，為了保證可靠的接收，必須對(duì)其嚴(yán)格屏蔽，只留出一個(gè)接收紅外光的小孔，以防止干擾信號(hào)進(jìn)入。
2.2.2紅外發(fā)射單元
本設(shè)計(jì)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(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U7A和U7B級(jí)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(shí)，U7A、U7B 處于穩(wěn)態(tài)，74F132的1腳、4腳為低電平，不驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外載波信號(hào)。當(dāng)P1.4跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，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(shí)，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(shí)，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(hào)，經(jīng)Q1三極管大后送紅外發(fā)射管，發(fā)送紅外光信號(hào)。
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(hào)轉(zhuǎn)變成一定頻率的紅外光信號(hào)。它是一種高頻紅外脈沖信號(hào)，但脈沖串時(shí)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(jì)因?yàn)檫b控按鍵較多的原因，采用行列式鍵盤。
鍵盤識(shí)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(shí)別方法，其按鍵識(shí)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(gè)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(chǔ)單元
為了保證系統(tǒng)意外斷電時(shí)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?；驹硎抢昧藛纹瑱C(jī)與存儲(chǔ)器AT24C16的I2C通信過程。存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)器（AT24C16）的存儲(chǔ)空間有限，因而系統(tǒng)目前只能對(duì)8個(gè)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(chǔ)容量更大的存儲(chǔ)芯片，并且修改相關(guān)讀寫程序就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)。
在遙控器中，遙控信號(hào)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(dòng)電路可以增大該系統(tǒng)的遙控距離。將單片機(jī)與計(jì)算機(jī)通過RS-485進(jìn)行總線通信，則可通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)紅外遙控對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。
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關(guān)鍵詞：搶答器,中央控制單元USB通信
傳統(tǒng)的搶答器一般利用數(shù)字邏輯電路做成，功能單一，已不適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，單片機(jī)與串口通信的結(jié)合已廣泛應(yīng)用到各個(gè)電子系統(tǒng)。本文是基于單片機(jī)為核心的搶答系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過串口通信動(dòng)態(tài)傳輸數(shù)據(jù)，使搶答系統(tǒng)具有電路簡單、操作方便、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。特別是搶答系統(tǒng)與PC通信相聯(lián)系，使整個(gè)搶答系統(tǒng)功能更完善。
1、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)搶答器功能過于單一，因此，可將其功能進(jìn)行擴(kuò)展，設(shè)計(jì)出以單片機(jī)為核心的搶答器系統(tǒng)，總體框圖如圖1所示。
搶答系統(tǒng)由控制開關(guān)、搶答開關(guān)、加/減分電路、計(jì)時(shí)電路、顯示電路、報(bào)警電路、PC通信等幾部分構(gòu)成，如圖1所示。
圖1、總體方案電路圖
完成功能如下：
a、搶答開始時(shí)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，最先按動(dòng)搶答按鈕的選手應(yīng)具優(yōu)先權(quán)，搶答系統(tǒng)應(yīng)能準(zhǔn)確迅速地判斷出第一搶答者并將其信號(hào)鎖存，同時(shí)將輸入端關(guān)閉而使其它搶答信號(hào)無效。選手編號(hào)/得分情況能夠在顯示屏上顯示。此功能由中央控制單元,譯碼、顯示電路完成。
b、問題回答完畢，主持人應(yīng)根據(jù)回答的準(zhǔn)確性給予不同分值的加/減。此功能由加/減分電路完成。
c、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)若有人搶答，搶答有效，終止定時(shí)，若無人搶答，此次無效。此功能由計(jì)時(shí)，中央控制單元完成。
d、每次問題回答結(jié)束，主持人應(yīng)通過復(fù)位按鈕進(jìn)行復(fù)位，各種程序又回到初始狀態(tài)。為進(jìn)行下一輪的搶答工作做準(zhǔn)備。
搶答開始之前，賦予選手一定的初始分，若選手違例搶答，報(bào)警電路工作，提醒有人違例搶答，同時(shí)編號(hào)牌顯示違例選手號(hào)碼，該違例選手會(huì)被自動(dòng)扣分。搶答開始時(shí)，記分牌顯示選手初始值，此時(shí)，主持人根據(jù)需要，選定不同分值的題目讓選手回答。當(dāng)主持人宣布搶答開始，同時(shí)按下開始鍵的時(shí)候，選手搶答，編號(hào)牌顯示選手編號(hào)。這時(shí)只能有第一位選手優(yōu)先搶答成功，其他搶答無效。與此同時(shí)，倒計(jì)時(shí)就開始計(jì)時(shí)，在剩下最后幾秒的時(shí)候，報(bào)警電路工作，提醒選手。搶答時(shí)間結(jié)束，本題搶答無效。選手回答問題完畢，主持人應(yīng)根據(jù)回答問題的情況，對(duì)選手成績做出相應(yīng)的處理。每一題搶答結(jié)束后，主持人進(jìn)行電路復(fù)位功能，為下一題做準(zhǔn)備。而每一題的搶答過程中，編號(hào)顯示牌和各選手的得分情況會(huì)自動(dòng)的送到PC機(jī)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示?？萍颊撐?。
1.1 硬件電路設(shè)計(jì)
1.1.1、中央控制單元
中央控制單元是控制系統(tǒng)的中樞，是系統(tǒng)的信息處理部分，鍵盤開關(guān)，控制開關(guān)等發(fā)出信號(hào)，中央控制單元收到信號(hào)后做出分析、響應(yīng)，完成電路功能的執(zhí)行。科技論文。
系統(tǒng)選用ISP-Flash系列單片機(jī)AT89S8252，它是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，功能強(qiáng)大，它可向輸出單元輸出控制信號(hào)。
1.1.2、鍵盤輸入及加/減分電路
選手通過按鍵進(jìn)行搶答，單片機(jī)識(shí)別到有按鍵按下時(shí)，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序，控制譯碼顯示器顯示選手的編號(hào)或分?jǐn)?shù)。而開始鍵，加/減分鍵也是通過鍵盤轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)功能。
鍵盤作為輸入設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，通過程序可實(shí)現(xiàn)很多功能。搶答器按如圖2所示的矩陣結(jié)構(gòu)連接，可有效減少單片機(jī)的I/O口。用單片機(jī)位處理指令來判斷是否有鍵按下，若有鍵按下，則有電平輸入。轉(zhuǎn)到相應(yīng)程序，顯示有效選手的號(hào)碼，而其他選手再按“搶答鍵”也無效。若無人搶答，報(bào)警電路工作，表示本次搶答無效。若選手違例提前搶答，報(bào)警電路提醒選手注意，顯示牌顯示違例選手號(hào)碼，單片機(jī)通過程序指令讓該違例選手減去一定分值。
加/減分電路與搶答鍵工作原理一樣，當(dāng)按下加/減分按鍵，單片機(jī)控制程序指令，給選手加/減相應(yīng)的分值，每一題只能給與搶答選手一次的加減分機(jī)會(huì)，若有特殊情況，主持人可在控制臺(tái)進(jìn)行操作。
若搶答鍵太少，可通過增加I/O口數(shù)量或者在中央處理單元外再外擴(kuò)一片可編程I/O接口芯片。
圖2、鍵盤結(jié)構(gòu)圖
1.1.3、選手編號(hào)/分?jǐn)?shù)顯示電路
譯碼顯示：利用單片機(jī)串行口加外圍芯片74LS164，構(gòu)成多個(gè)并行輸出口，用于串－并轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)CD4511鎖存-譯碼器進(jìn)行LED數(shù)碼管顯示。科技論文。數(shù)據(jù)從單片機(jī)輸出經(jīng)74LS04反相器進(jìn)入74LS164的輸入端，而時(shí)鐘脈沖經(jīng)74LS04反相器連接到74LS164的CLK脈沖信號(hào)端，在LED顯示相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)字，從而完成選手編號(hào)的顯示。
選手得分顯示電路與編號(hào)顯示電路原理一樣，可將多片74LS164芯片相連，增加其顯示位數(shù)。
1.1.4計(jì)時(shí)、報(bào)警等電路
倒計(jì)時(shí)器電路中，選用四位十進(jìn)制減法定時(shí)/計(jì)數(shù)專用集成電路EC9410和7448TTLBCD--7段譯碼器組成可預(yù)置數(shù)的十進(jìn)制減法器。在時(shí)鐘脈沖的作用下，倒計(jì)時(shí)開始。若某組搶答有效，計(jì)時(shí)停止并顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)刻。若一直無人搶答.則倒計(jì)時(shí)到“00”自然停止。
報(bào)警輸出單元如圖3所示，數(shù)據(jù)輸入端與單片機(jī)相連，電路由三極管外加揚(yáng)聲器等外圍電路構(gòu)成，當(dāng)中央控制單元通過分析確定存在違例搶答或是倒計(jì)時(shí)停止，便通過指令給報(bào)警電路數(shù)據(jù)輸入端一個(gè)高電平，三極管就導(dǎo)通，產(chǎn)生信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出警報(bào)，從而形成一個(gè)報(bào)警電路，可通過調(diào)節(jié)報(bào)警聲長短來判斷是倒計(jì)時(shí)停止報(bào)警還是違例搶答報(bào)警。
圖3、報(bào)警電路
1.2單片機(jī)與PC機(jī)的通信
搶答過程中，顯示數(shù)據(jù)需要傳入PC機(jī)內(nèi)。單片機(jī)與PC機(jī)間的通信選用USB串口通
信，將單片機(jī)采集的信息傳送到PC機(jī)中，由PC機(jī)進(jìn)行處理。該系統(tǒng)使用Phillps公司的PDIUSBD12芯片作為USB接口芯片。PDIUSBD12通常用于微控制器系統(tǒng)并與微控制器通過高速通用接口進(jìn)行通信，也支持本地DMA傳輸。該器件采用模塊化的方法實(shí)現(xiàn)一個(gè)USB接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統(tǒng)微控制器，性能較好。
USB接口芯片PDIUSD12的八位I/O口線DATA0至DATA7具有可控的三態(tài)門電路，故而PDIUSBD12芯片可以直接與AT89S8252的數(shù)據(jù)總線相連，掛在系統(tǒng)總線上。當(dāng)系統(tǒng)將采樣得到的信息通過USB總線上傳給PC時(shí)，AT89S8252選通PDIUSBD12芯片，將單片機(jī)內(nèi)的采樣信息通過系統(tǒng)總線傳給USB接口芯片，繼而傳給上位機(jī)，完成數(shù)據(jù)的傳輸。
USB串口通信可采用控制傳輸模式，塊傳輸模式，同步傳輸模式，中斷傳輸模式等4種傳輸模式，根據(jù)本設(shè)計(jì)電路特點(diǎn)，采用中斷傳輸模式。其傳輸模式圖如圖4、圖5所示。
圖4、中斷輸入事務(wù)
圖5、中斷輸出事務(wù)
中斷服務(wù)子程序處理由PDIUSBD12產(chǎn)生，在中斷服務(wù)子程序中把數(shù)據(jù)從PDIUSBD12芯片的緩沖區(qū)中轉(zhuǎn)移到單片機(jī)環(huán)形緩沖區(qū)中，并清除該芯片內(nèi)部緩沖區(qū)的使能，以便PDIUSBD12芯片接受新的數(shù)據(jù)包。而后建立正確的時(shí)間標(biāo)志，通知主程序進(jìn)行正確的處理。
2、結(jié)束語
文章創(chuàng)新點(diǎn)在于（1）以ISP-Flash系列單片機(jī)AT89S8252為核心的搶答器功能強(qiáng)大，（2）采用USB串口通信，使功能進(jìn)一步得以完善。整個(gè)方案較好地完成了搶答器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，此外，還需考慮需報(bào)警，增加語音報(bào)警等情況，功能強(qiáng)大的AT89S8252中央控制單元配合USB串口通信，使整個(gè)搶答器反映快，功能齊全，使用性強(qiáng)，可靠運(yùn)行。
參 考 文 獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：FPGA；原理；硬件設(shè)計(jì)；應(yīng)用技術(shù)
1 FPGA的簡介
當(dāng)前使用硬件的描述語言完成電路設(shè)計(jì)，都可以通過簡單的匯總和合理的布局，然后快速燒錄到FPGA器件上進(jìn)行基本的測試，這也是當(dāng)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)的主流技術(shù)。這些可編程器件可以用來實(shí)現(xiàn)基本邏輯門的電路，也可以實(shí)現(xiàn)一些更復(fù)雜的組合功能例如數(shù)學(xué)的方程式、解碼器等等。大多數(shù)的FPGA器件里，包含著一些記憶性元件，如觸發(fā)器，或者一些其它的更為完整、性能更為優(yōu)越的記憶塊。
設(shè)計(jì)師可以根據(jù)自己的需要按照可編輯的鏈接將FPGA器件內(nèi)部的邏輯模塊連接在一起，仿佛一整個(gè)電路的實(shí)驗(yàn)板被裝在一個(gè)電子芯片內(nèi)，這些出廠后的FPGA器件的連接方式以及邏輯塊的使用都可以根據(jù)設(shè)計(jì)者不同的設(shè)計(jì)而進(jìn)行改變，從而能完成不同的邏輯功能。
當(dāng)你在進(jìn)行的電子設(shè)計(jì)使用到FPGA器件時(shí)，你不得不需要努力地解決好電源管理、器件配置、IP集成、完整信號(hào)輸出等硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題。在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)時(shí)，你需要注意以下幾個(gè)問題：
1.1合理分配I/O信號(hào)
無論是哪種情況，在進(jìn)行I/O信號(hào)分配時(shí)，都必須牢記以下共同的步驟：
1）用表格列出所有需要分配的I/O信號(hào)，并按照他們的重要性依次進(jìn)行排列，比如電壓、端接方法、I/O標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)時(shí)鐘等；
2）檢查校驗(yàn)?zāi)K之間的兼容性；
3）利用以上的表格和兼容準(zhǔn)則，先把受限制最大的信號(hào)分配到引腳上，最后分配那些受限最小的信號(hào)。因?yàn)槭芟拗拼蟮男盘?hào)往往只能分配到特定的引腳上；
4）將剩余的信號(hào)分配到較為合適的地方。
1.2注意靜態(tài)功耗的降低
雖然靜態(tài)電流所帶來的功耗和動(dòng)態(tài)功耗相比可以忽略不計(jì)，但對(duì)一些供電設(shè)備卻十分重要。引發(fā)靜態(tài)電流因素眾多，比如沒有完全接通或關(guān)斷的I/O 端口、三態(tài)電的驅(qū)動(dòng)器的下拉或上拉電阻，除此之外，保持編程信息也會(huì)需要一定靜態(tài)功率。
2 FPGA應(yīng)用技術(shù)的設(shè)計(jì)原則
從上文中對(duì)FPGA內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)分析可看出，F(xiàn)PGA器件的時(shí)序邏輯非常豐富，不同于其他的可編程器件。因而對(duì)于FPGA來說，應(yīng)該有一整套能夠有效利用其內(nèi)部豐富的時(shí)序邏輯功能的技術(shù)，而不同于其他一般的可編程器件的設(shè)計(jì)技術(shù)。由于其獨(dú)特的優(yōu)越性，F(xiàn)PGA被越來越多的設(shè)計(jì)人員所使用，其設(shè)計(jì)技術(shù)被許多的設(shè)計(jì)者所掌握。在FPGA的實(shí)際應(yīng)用中，使用最合理的設(shè)計(jì)方法，能很大程度的改善FPGA在應(yīng)用中出現(xiàn)的漏洞和問題，進(jìn)而全面提高設(shè)計(jì)性能。
2.1使用層次化的設(shè)計(jì)技術(shù)
使用層次化的設(shè)計(jì)的系統(tǒng)一般分成若干頂層模塊，而每一個(gè)頂層的模塊下又有若干個(gè)小模塊，并以此類推。層次化的設(shè)計(jì)模塊，可以是描述原理圖的結(jié)構(gòu)圖，也可以是經(jīng)過邏輯語言所描述、表現(xiàn)的實(shí)體。
使用層次化的設(shè)計(jì)對(duì)于系統(tǒng)的模塊劃分非常的重要，模塊劃分的不合理，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不合理，從而使系統(tǒng)的性能下降，這樣層次化的系統(tǒng)甚至要比沒有經(jīng)過層次化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)效果更差。
使用層次化設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)有以下兩個(gè)方面：增強(qiáng)設(shè)計(jì)可讀性，增加設(shè)計(jì)重復(fù)使用的可能性。
2.2使用同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)
所有時(shí)序電路具有同一個(gè)性質(zhì)――如果要使所設(shè)計(jì)的電路正常工作，必須嚴(yán)格的執(zhí)行事先定義好的邏輯順序。如果不按照此順序執(zhí)行，將會(huì)把錯(cuò)誤數(shù)據(jù)寫進(jìn)存儲(chǔ)單元，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的操作。同步系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，也就是使用全分布周期性的同步信號(hào)使系統(tǒng)中所有的存儲(chǔ)單元進(jìn)行同時(shí)更新，這是執(zhí)行這一時(shí)序有效進(jìn)行的普遍的設(shè)計(jì)方法。電路的設(shè)計(jì)功能是通過產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)并按照時(shí)序嚴(yán)格執(zhí)行來實(shí)現(xiàn)的。
對(duì)于靜態(tài)的同步設(shè)計(jì)，必須滿足下面的兩個(gè)條件：
1.每一個(gè)邊緣敏感的部件其時(shí)鐘的輸入應(yīng)該是一次輸入時(shí)鐘的某一個(gè)函數(shù)；并仍和一次時(shí)鐘輸入的時(shí)鐘信號(hào)。
2.所有的存儲(chǔ)單元都應(yīng)該是具有邊緣敏感特性，在該系統(tǒng)中不存在電平敏感的存儲(chǔ)單元。
我們對(duì)于FPGA器件的同步設(shè)計(jì)的理解就是全部狀態(tài)的改變都是由主時(shí)鐘所觸發(fā)，同一個(gè)系統(tǒng)不同的功能模塊可以是部分異步的，但是模塊與模塊之間必須是同步的。正如CPU的設(shè)計(jì)一樣，所有的電路都和系統(tǒng)的主時(shí)鐘是同步的。相比于異步設(shè)計(jì)，同步設(shè)計(jì)具有很多的優(yōu)點(diǎn)，但進(jìn)行同步設(shè)計(jì)時(shí)仍然需要考慮很多方面的因素。例如，在選取時(shí)鐘時(shí)，需要考慮以下幾點(diǎn)：首先，由于大部分的器件都是由時(shí)鐘的上跳沿觸發(fā)，這要求時(shí)鐘信號(hào)的延差要很??；其次，時(shí)鐘信號(hào)的頻率通常很高；第三，時(shí)鐘信號(hào)一般是負(fù)載較重的信號(hào)，因此合理地進(jìn)行負(fù)載分配是很重要的。除此之外，在進(jìn)行FPGA器件的應(yīng)用時(shí)，還要考慮模塊的復(fù)位電路、時(shí)序同步電路等實(shí)際問題。
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