电源设计需求
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电源设计需求范文第1篇
【关键词】硬件电路;原理图设计;PCB设计;设计需求
Abstract：Hardware is an important part of the circuit system.The rationality of the hardware circuit design will influence the performance of the system.This paper elaborates the processes and methods of hardware circuit design starting from anglicizing the Design process of hardware circuit，and points out the problems and solutions in the design process.It has the practical significance for hardware circuit design.
Keywords：Hardware circuit;Schematic design;PCB design;The design requirements
前言
随着集成电路设计与制造技术的不断发展，电路系统的功能越来越强大，组成却越来越简单，软件设计的重要性逐渐提高，但硬件电路设计的重要性不容忽视。软件设计得再完美，若硬件电路设计不合理，系统的性能将大打折扣，严重时甚至不能正常工作。
硬件电路的设计一般分为设计需求分析、原理图设计、PCB设计、工艺文件处理等几个阶段，本文主要阐述各阶段的设计流程与方法。
1.设计需求分析
硬件电路的设计需求是基于项目或控制平台的系统需求，设计需求的合理分析是选用电路核心元器件及其典型电路的关键。硬件电路的通用设计需求有应用环境、面积/体积限制、电源、功耗等，此外功能不同电路需求也不同。以某控制平台典型电路为例，设计前必须关注的需求如表1所示。
表1 某控制平台典型电路的设计需求
典型电路 设计需求
主控制电路 I/O口数量、数据宽度、通讯方式、电源等
数字量输入电路 输入点数、额定输入电压、输入电流、噪声容限、是否隔离、隔离电压等
数字量输出电路 输出点数、额定负载电压、输出类型、输出节点容量等
模拟量输入电路 输入类型与等级、精度要求、频率等级、输出类型等
模拟量输出电路 输入位数、精度要求、输出类型、驱动能力等
光纤输入电路 传输带宽、频率、输出接口类型、逻辑关系等
光纤输出电路 输入接口类型、频率、传输带宽、输出接口类型、逻辑关系等
脉冲功率放大电路 逻辑关系、驱动电源、驱动能力等
通讯电路 通讯接口、通讯协议、传输速率、ESD能力等
2.原理图设计
原理图设计是硬件电路设计的核心，合适的器件选型、必要的计算分析以进行参数搭配、仿真工具的运用与验证等是其常用工作流程，最终通过绘制原理图将这些技术用图形化语言表达出来。
2.1 元器件选型
元器件的选型是原理图设计过程中的一个重要环节。元器件是否合理、优质选用，将直接影响整个硬件电路的性能和可靠性，也关系到产品后期的使用与维护。
在选用元器件时，应根据电路功能要求确定元器件的关键参数，表2中给出了常用元器件选型时需要关注的参数，此外还应考虑元器件工作的可靠性、成本、供货周期等因素。
表2 常用元器件的关键参数
常用元器件 关注的参数
电阻 阻值、功率、误差、裕量等
电容 容量、耐压值、工作频率、裕量等
发光二极管 正向电流、光体颜色、正向压降等
稳压二极管 稳压值、稳定电流、精度、功率等
AD芯片 位数、采样速率、单/双极性、带宽、管脚定义、电源、串/并行、封装、典型电路等
晶振 频率范围、电源电压、工作电压、封装等
电源模块 输入/输出类型、输出功率、稳压系数等
数字IC 电源电压、逻辑关系、噪声容限等
传感器 输入/输出类型、精度、线性度等
存储器 电源电压、存储容量、最大时钟频率、访问速度、擦写次数、接口电路等
CPLD 电源电压、逻辑单元数、管脚数、最大时钟频率、接口电路等
MCU或DSP I/O口数量、片内ROM和RAM类型及大小、片上外设类型及数量、体积、功耗等
2.2 绘制原理图
在确定好元器件型号后，就可使用EDA工具软件绘制电路原理图。在绘制过程中应该注意以下问题：
（1）对于初次使用的元器件，一定要查看元器件手册，弄清楚其关键参数、封装、推荐电路等。
（2）尽量使用或借鉴成熟电路，对于不成熟电路要多测试。
（3）按照信号流向绘制原理图。对于复杂电路，可根据功能模块分多张sheet绘制，并给出必要的文字说明。
（4）网络名称的命名尽量遵循信号的含义，以增加原理图的可读性。
（5）综合考虑PCB性能和加工的效率选择电路加工流程。因为少一个工艺流程，可以有效缩短硬件电路的加工时间。加工工艺的优选顺序为：元器件面单面贴装元器件面贴、插混装双面贴装元器件面贴插混装、焊接面贴装。
（6）原理图绘制完成后要编译。这样可以检查出很多问题，如缺少网络标号、信号源属性错误等。
（7）在原理图编译通过后，需要生成网络表。这是原理图到PCB的一个必要环节，如果原理图存在错误，网络表是无法成功导入PCB中的。
3.PCB设计
PCB设计是以电路原理图为依据实现硬件电路的功能，此外还应满足可生产性、可测试性、安规、EMC、EMI等技术规范要求，以构建产品的工艺、技术、质量和成本优势。
3.1 制作物理边框
封闭的物理边框是PCB设计的基本平台，对后续的自动布局和布线起着约束作用。绘制物理边框时一定要精确，以免出现安装问题。使用圆弧边框可以减少应力导致PCB板断裂的现象，也能避免尖脚划伤人员。
3.2 引入元器件和网络
引入元器件和网络是将原理图中的元器件和网络等信息引入到物理边框内，为布局和布线做准备。在更新PCB之前，应确认原理图中与PCB关联的所有元器件的封装库均可用。
3.3 元器件布局
元器件的布局与布线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容等都有很大的影响。布局常用的规则有：
（1）元器件的放置顺序。先放置与电路结构有关的需固定位置的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接件等，最好将其位置锁定，以免被误移动;再放置电路中的特殊元器件，如发热元件、大体积元件、IC等;最后放置小元件。
（2）元器件的安放位置。首先应考虑特殊元器件的安放位置，例如发热元件要尽量靠边放置以便散热，且不宜集中放置，并远离电解电容;去耦电容要尽量靠近IC的电源管脚，并力求与电源和地之间形成的回路最短。其次应考虑信号的隔离问题，例如高电压、大电流的强信号与低电压、小电流的弱信号应完全分开;模拟信号与数字信号分开;高频信号与低频信号分开等。非特殊元器件的布局应使总的连线尽可能短，关键信号线最短。结构相同的电路可采用对称式设计以提高设计效率、减小出错率，并节省调试时电路的辨识时间。布局应留有足够的工艺边，以免干涉PCB板的正常传送。
（3）元器件的放置方向。在设计许可的条件下，同类元器件应按相同方向排列，相同封装的元器件等距离放置，以便元件贴装、焊接、测试和返修。
3.4 电路板布线
合理的布线可以有效减少外部环境对信号的干扰以及各种内部信号之间的相互干扰，提高设备运行的可靠性，同时也便于查找故障原因和维护工作，提高产品的可用性。布线常用的规则有：
（1）布线的位置。布线应尽量走在焊接面;模拟部分和数字部分的地和电源应分开布线;大电流、高电压信号与小信号之间应注意隔离;尽量少用过孔、跳线;布线也应留有足够的工艺边。
（2）布线的宽度与长度。除地线外，在同一块PCB板上导线的宽度应尽可能均匀一致，避免突然变粗或变细。电源线和地线的宽度要求可以根据1mm的线宽最大对应1A 的电流来计算，电源和地构成的环路应尽量小;由于：
b：线宽，d：厚度，l：长度，因此在可能的条件下电路的连线应尽量短，这样有利于降低线路阻抗，也可减弱由于连线引起的各种干扰效应。
（3）布线的角度。布线时应避免锐角、直角，宜采用135°或圆角布线。
3.5 工艺文件处理
布线完成后，需要对个别元器件、布线和文字的位置和大小等进行调整完善，以便进行生产、调试和维修。然后进行覆铜，推荐采用接地覆铜方式。其次核对网络是否与原理图一致，最后还可使用软件仿真功能对电路进行调试。
4.结论
总之，硬件电路设计过程中的每一个细节都可能成为导致设计成功与失败的关键。作为电路设计的硬件工程师，必须努力积累经验，不断创新，才能设计出具有推动性的产品。
参考文献
[1]朱铭锆.DSP系统硬件设计（二）――DSP系统硬件原理图、PCB设计和系统调试技巧[J].今日电子，2003（09）.
电源设计需求范文第2篇
【关键词】高层建筑；供配电系统；电气设计
高层建筑是我国建筑行业中的典型，也是城市建筑的发展趋势，为了提升高层建筑的质量水平，需要严格控制供配电系统的电气设计，规避供配电系统电气设计中潜在的安全风险，保护供配电系统的电气运行。高层建筑非常关注供配电系统的电气设计，积极做好供配电系统的电气设计工作，致力于完善高层建筑供配电系统的基础。
一、高层建筑供配电系统电气设计的要求
供配电系统电气设计是高层建筑的核心，与高层建筑用电存在直接的关系。高层建筑与普通建筑不同，其在供配电系统运行中的压力非常大，而且高层建筑的功能多、负载大，再加上现代高层建筑的多元化发展，促使供配电系统电气设计面临着严峻的挑战，在高层建筑供配电系统电气设计中提出几点要求，用于规范电气设计。
1、质量要求
高层建筑供配电系统电气设计的质量要求，主要是管控各项设备的应用，尤其是供配电系统的线路，避免线路过长而出现线损，不利于供配电系统的节能降耗。高层建筑供配电系统电气设计在质量要求的干预下，应该全面监督设备、装置及材料的应用，审核物资的规格性能，防止出现质量问题。
2、安全可靠性要求
安全可靠性是电气设计的根本要求，高层建筑供配电系统的运行压力大，电力负荷同样较大，增加了供配电系统的危险性，促使高层电气供配电系统中潜在很大的安全隐患[1]。高层建筑内人员活动量大，必须在供配电电气设计遵守安全可靠性的规定，才能提升供配电系统电气设计的安全水平，排除不良的因素影响。
3、易操作要求
高层建筑供配电系统电气设计越复杂，越不能保障安全、稳定。根据供配电系统电气设计的方式，简化设计操作，为后期供配电系统提供简易的操作方式。如果供配电系统操作难度大，高层建筑出现电力事故时，就会影响到供配电系统的操作效率，进而影响到了故障维护的时间，引起较大的安全损失。
二、高层建筑供配电系统的电气设计分析
高层建筑供配电系统的电气设计，最主要的目的是实现科学的设计，满足高层建筑供配电系统的要求。高层建筑施工中，应该深入分析供配电系统的运行状态，采取合理的电气设计方式，提高供配电系统电气运行的安全水平。
1、电力负荷设计
电力负荷是高层建筑供配电系统电气设计中的主要因素，高层建筑的楼层数越多，电力负荷的设计压力越大，促使供配电系统面临着严重的负荷损失，影响了供配电系统的安全性能[2]。电力负荷设计需要以高层建筑的实际情况为主，遵循设计规范中的要求，高层建筑供配电系统电气设计中的电力负荷，可以分为三个等级，按照等级划分电力负荷，再根据负荷等级安排电气回路设计，在此基础上完成设备的选择，最主要的是控制电源及回路，促使其满足电力负荷的设计需求，负荷高层建筑供配电系统的要求。例如：某高层建筑供配电系统电气设计中，为了强调电气设计的安全性，针对一级负荷采取独立设计的方式，提供单独的运行电源，缓解高层建筑在电力负荷中的压力，实现持续性的供电，而且该建筑设计的是两项独立电源，用于预防供配电系统故障，提供应急供电的条件，针对二级负荷选用负荷分组的设计方式，提升供配电中断再恢复的能力。
2、供电电压设计
供电电压设计的根本是电力负荷的运行方式，由于供电电压决定了供配电系统电气设计在高层建筑中的效益，所以必须严格按照电力负荷等因素的情况，设计供电电压。首先在负荷容量较小的位置，利用双路电源进行供电，达到高层建筑供电电压的设计标准，即使在紧急情况下，电源也能提供标准的供电电压；然后设计高压电源，需使用独立电源，可以选用10kv电源，直接接入控制开关；最后是低压电源设计，应该设计发电机，供应高层建筑中的消防用电，保障低压电压供应的稳定性与可靠性。
3、高压供配电系统设计
高层建筑供配电系统中的高压设计，对技术、规范的要求比较高，综合考虑高层建筑中高压供配电的运行方式，设计安全的高压供配电系统。例如：某民用高层建筑工程单位，提前分析高层建筑的性质，主要在面积、负荷等问题上进行研究，明确高层建筑高压供配电系统的设计需求，以此为基础规划变压器的数量及配置，在用电负荷相对比较集中的建筑区域，将变压器设计到顶层为主，以免变压器不能提供额定的高压电荷[3]。一般情况下，高层建筑供配电系统电气运行相对比较稳定，其在高压供配电系统设计中引用双电源，辅助高压运行，降低高压供配电系统的设计难度，体现高压设计的规范性。
4、低压供配电系统设计
低压供配电系统关系到高层建筑的日常用电，合理分配供配电系统中的运行电源，以此来提升变压器的运行，还能保障应急用电处理的可靠性。低压供配电系统设计较为复杂，其在设计过程中既要考虑高层建筑电力负荷的影响，又要分析供配电故障与低压设计的关系，确保低压供配电系统在不同故障下均能维护供配电系统的安全性，在供配电系统电气运行中实现高水平的监督管理[4]。因为高层建筑供配电系统电气设计的综合性强，其在运行中很容易受到外界因素的干扰而发生故障，所以在低压供配电系统设计时，还要规划应急电源，如：柴油发电机，最大范围的保护高层建筑供配电系统的安全，即使高层建筑供配电系统出现故障，也能快速启动应急电源，持续供应电能，某高层建筑低压应急电源应用的案例中表明，应急电源可以在15s内恢复供配电，基本不会造成任何影响。
三、高层建筑供配电系统电气设计的控制
高层建筑供配电系统电气设计中的控制方法，促使供配电系统满足高层建筑的需求。分析电气设计的控制，如：（1）供配电需求控制，高层建筑对电力负荷的需求量大，如：照明需求、空调需求等，必须合理控制供配电的消耗，才能预防电力负荷中的损失，维护供配电系统的电气性能，以免出现高效率的用电环节；（2）电气消防控制，消防是供配电系统的重要部分，考虑工程高度、体量等因素，科学规划消防用电，保护消防用电的安全；（3）电气设计中的节能降耗控制，其为高层建筑供配电系统电气设计中的首要原则，积极采取节能降耗控制，降低供配电系统的线路和负荷损失；（4）防震控制，此项控制可以排除地震对供配电系统的影响，加强供配电系统在高层建筑中的运行力度，达到安全抗震的防护要求，提高供配电系统电气设计在高层建筑中的经济效益，维护高层建筑供配电的安全性。
结束语：
高层建筑电气设计关系到供配电系统的稳定性，有利于提升高层建筑的供配电水平，而且在电气设计的干预下，高层建筑的供配电运行达到节能降耗的标准，符合现代建筑行业的根本要求，体现供配电系统电气设计的优势。高层建筑施工企业按照供配电系统电气设计的要求，落实相关的电气设计方法，同时利用设计控制的方法，优化供配电系统的电气运行。
参考文献：
[1] 饶基贤.高层建筑供配电系统的设计[J].科技资讯，2008，28：240.
[2] 张东方.高层建筑供配电系统的设计[J].科技致富向导，2012，15：248.
电源设计需求范文第3篇
电动汽车在低速行驶时，由于接近静音，使一些听力受损者、视力障碍者及老年人、儿童等特殊人群来说，难以意识到汽车的接近，可能导致交通事故的发生。美国、日本、欧洲和中国等国家都制定了相关标准和正在建立相应法律法规来保障行人安全，临近车辆行人警示声音系统（Approaching Vehicle Sound forPedestrians，简称VSP）在这种情况下应运而生，该系统在实际应用中对行人发出警示声音信号，有效地保障了盲人、老人、儿童或相关人群的安全。本文介绍了一种基于STM8的临近车辆行人警示声音系统的设计实现方案。
系统结构组成及工作原理
临近车辆行人警示声音系统主要由控制器和喇叭组件两部分构成，如图l所示。
临近车辆行人警示声音系统读取VCU发出的脉冲信号，通过计算占空比，判断出车辆的前行、倒车和充电状态，依据状态，通过喇叭组件，发出相应的特定频率的声音。其中，前行状态下，在低速0-30km/H范围内，按5km一个区间进行细分，发出相应的频率逐渐升高或降低的声音。
临近车辆行人警示声音系统硬件设计
临近车辆行人警示声音系统硬件系统结构如图2所示。
1 电源模块
VSP系统供电为12V汽车电源，而汽车电磁环境比较恶劣，要保证系统的稳定工作，必须对进入系统的电源加以严格处理。在电源模块中，以二极管实现防反接保护，通过浪涌保护、滤波处理，抑制脉冲干扰、滤除噪声，最终由DC-DC处理完成实际所需类型的电源转换。电源模块设计如图3所示。
2 控制器模块
采用ST的单片机STM8S105C6T6，该单片机具有强大的控制功能：16MHz高级STM8内核，具有3级流水线的哈佛结构；多达2k字节的RAM；多达32k字节的Flash，lOk次擦写后在55℃环境下数据可保存20年；多达IKB真正的数据EEPROM，可达30万次擦写；灵活的时钟控制，有4个主时钟源；电源管理支持低功耗模式（等待、活跃停机、停机），且外设的时钟可单独关闭；永远打开的低功耗上电和掉电复位；32个中断的嵌套中断控制器，6个外部中断向量，最多37个外部中断；16位的通用定时器及高级控制定时器；UART、SPI、I2C等通信接口。如此强大的功能特点，使硬件电路开销得以减少，产品开发周期得以缩短，从而降低系统开发成本，产品性能也更能满足汽车电子产品的行业要求。
3 语音芯片
本设计中选用广州九芯的NV080C语音芯片，其功能特点为：灵活的多种按键操作模式以及电平输出方式供选择（边沿按键触发、电平触发、随机按键播放、顺序按键播放）；简单方便的一线MCU串口控制方式，用户主控MCU可控制任意段语音的触发播放及停止；语音时长为20秒、40秒、80秒、180秒；内置一组PWM输出器可直推0.5W喇叭，支持13b的DAC输出，可外接模拟功放；灵活的放音操作，通过组合可节省语音空间，最多可播放220个语音组合；内置LVR自复位电路，保证芯片正常工作；DIP8，SOP8，以及COB三种封装可供选择，使用方便，应用灵活；支持和弦MIDI播放，音质优美；电路简单，仅需一耦合电容；工作电压范围：2-5.5V；静态电流小于2μA。总体而言，该款语音芯片具有成本低，性能稳定，音质高，控制方便，电路简单等诸多显著优点，满足产品设计需求。
4 喇叭组件
喇叭按结构可分为内磁式喇叭和外磁式喇叭。内磁式，多采用双磁体全对称屏蔽磁路系统，即在扬声器原来的磁钢之上再加装一块磁体，其极性与主磁全的极性相反，但直径和厚度往往比主磁体小，同时在扬声器磁体周围加一层防磁屏蔽铁罩；外磁式，采用单块磁体，没有防磁屏蔽铁罩，背后可以看到一圈黑色的磁铁。内磁式，受外磁场干扰较小，磁路短，铁磁材料少，重量轻，但难以形成很强的磁场，在可动线圈和游丝相同时，灵敏度较低；外磁式，铁磁材料用的较多，较重，易受外磁场干扰（但可加屏蔽以消除干扰），灵敏度较高。根据系统实际的功能需求，选用慈溪鸿昌的S24-I型外磁喇叭组件，其具备以下性能指标：额定功率：≤8W；工作温度范围：-40℃～85℃；存储温度范围：-40℃～95℃；相对湿度：30%-95%RH；声强级：20dB- 80dB；防护等级：IP56。相对于外磁式，该款内磁式喇叭组件成本低，且在性能上很好的满足了汽车级电子产品的装车要求。
临近车辆行人警示声音系统软件设计
本系统的软件开发环境为FreescalcCodeWarrior Development Studiofor S12（X） V5.0，其版本控制工具为SVN，采用的软件架构如图4所示。
软件架构为典型的前后台式，采用模块化设计，将系统功能划分成多个子模块并设置对应的状态机。系统初始化完成后进入主循环，各状态机依据自身位置次序获得CPU时间循环运行。
软件组成分Bootloader和主程序两部分。其中Bootloader功能为：上电启动，负责用户配置交互、引导主程序；主程序功能为：由Bootloadei引导成功后启动，实现系统功能。系统软件流程如图5所示。
电源设计需求范文第4篇
这些端口的输出可以用作LED驱动器，并可提供闪烁和PWM亮度控制功能。该系列产品将18个扩展端口集成在4mm2的薄型QFN封装内，而10端口扩展器则采用尺寸更小的3mm2薄型QFN封装。由于蜂窝电话、PDA、膝上型电脑需要将监视和控制功能集中在一个很小的区域内，设计人员没有足够的空间从主ASIC引出一簇I／O口线，因而只有引出两条线作为I2C总线，这就需要小尺寸、功耗极低的端口扩展芯片，而且要求这种芯片非常便宜，并具有极高的可靠性，同时还要易于使用。此外，还要占用极少的处理器资源。
1设计需求
Maxim的设计工程师经过潜心研究，开发出了一系列的模块。由于每种器件都已针对具体的应用环境进行了优化，因此，这些器件在－40～＋125℃的汽车级温度范围内可保持在1．2μA（典型值）和3．6μA（最大值）以内的静态电流。这些产品可工作在2V～＋3．6V电源电压下，同时支持热插拔。所有器件引脚（电源引脚除外）在关断模式下保持高阻状态，能够承受至少6V的电压，无论芯片是否加电，I／O端口和串口都可以处在带电模式，因而非常适合热插拔应用。
图1
2PWM亮度控制
MAX6964－5、MAX7313－6系列产品包括LED亮度控制和闪烁控制，可驱动8至18个LED，芯片集成了240级脉宽调制（PWM）亮度控制电路，适用于RGBLED的驱动或白色LED的调光。每个端口都具有I／O能力，并具有可选的中断输出（INT），当检测到有跳变发生时，器件会发出中断信号。所有端口输出都可以吸收50mA电流，足以驱动绝大多数LED。对于更大电流的LED（如用于相机闪光灯的白色LED），可以通过并联端口驱动。任何端口均可设置为静态逻辑电平（如逻辑输出）或脉冲宽度调制（PWM）输出，从而方便地调节LED负载的平均电流（亮度）。
内部32kHz振荡器产生PWM时序，这样，PWM亮度控制可以按照各输出端口逐个使能，以提供任意组合的PWMLED驱动，而无故障逻辑输出。当没有I／O端口为LED提供PWM信号时，内部振荡器将自动关闭，这样可使工作电流降至最小。
PWM时序图如图1所示。PWM亮度控制采用4比特主控制位和4比特端口独立控制位，主控制位可提供16级全局亮度控制，并可作用在所有PWM使能的输出端口。主控制位通常将最大脉冲宽度设置为PWM周期的1／15至15／15，以限制所有PWM输出对应的最大亮度。独立设置位由每路输出的另外4比特码组成，调节范围为主控窗口的1／16～15／16。如果应用时，各输出端口需要相同的PWM设置，那么，可利用一个全局PWM来控制，这样，只需对一个寄存器进行写操作即可调节LED的亮度，调节级数为240，这样，可简化控制软件的设计。
电源设计需求范文第5篇
关键词:射频技术 芯片功能 系统构成 功能实现
中图分类号:TN91 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0013-01
1 射频技术与应用芯片概述
通信技术的快速发展和普及,使数据传输问题成为了一个重要的基础性课题。当今年有线传输为基础的通信技术仍然是市场的主流,其在空间区域上布线的局限性成成为了限制其进一步拓展的客观困难,而采用无线技术就可以在某种条件下克服此种局限。在实现无线通信的时候,成品的芯片作为通信核心,可以大幅度降低后期维护的难度。因此在无线通信的领域,采用成本射频芯片作为通信系统的核心,就是为了解决此类问题。在同类型产品中,NRF24L01芯片的性价比较高,以其为核心配合简单的电路就可以有效的提高无线通信的质量和效果。再加上单机片的配合,就可以完成特定范围内的无线通信需求。
NRF24L01芯片是具有2.4GHz的内嵌有通信协议引擎功能的射频收发芯片。通过SPI结对对内部的储存器进程操作,可以在无线状态下实现最大2Mb/s的数据传输。此芯片的主要特征是具有GFSK调制技术;126RF频道可以满足多点通信设计需求;大速率的无线数据传输可达1～2Mb/s;硬件可以完成CRC检错和对点通信地址的全面控制;工作中可以利用编程发送0dBm、-6dBm、-12dBm;利用软件控制芯片的地址,确保通信的地址是双方认可,保证安全;接收方采用通道过滤器实现增益功能;主机接口设计为4根SPI接口线路,极限传输速率为8Mb/s,具有32字节的TX和RX的FIFO寄存器3个,容抗输入为5V。在此芯片条件下,硬件设计的时候应注意在SPI接口与单机片的P0引脚相连接需要10kΩ的电阻,其余接口则不用此设置。VCC引脚的电压在1.9V～3.6V之间,超出这个范围就会烧毁模块,常用的电压为3.3V。
2 射频支持下无线通信系统设计
设计通信系统时,所以需要的目标就是在一个特定范围内构建一个小型的无线网络,并针对制定范围,如:10m内,完成指定的数据传输功能。此时需要的硬件就设计到了射频芯片NRF24L01和与之相配合的硬件。系统从硬件的角度看,包括了射频装置、单机片控制装置、电源装置等。
系统的射频电路是有射频芯片和辅助元件构成。其中NRF24l01芯片采用的电源采用的是标准的电路设计,C6、C7为耦合电容。天线部分改变了原有的参考设计,变鞭型为倒F型,这是因为鞭型天线占有的空间大,而目前无线通讯经常采用的是倒F型,节约了空间。同时此种天线的结构紧密、带宽合理、寿命长,功率吸收更小。在匹配网络中由L1,L2,L3L4,C8,C9,C18,C19,C21和C22构成。为了降低成本设计采用了Cc＝12pF,ESR
在处理芯片方面采用了射频芯片相配合的51单机片。此种芯片的功耗较低,性能高,为8位CMOS单片机。内部包括了16KB Flash ROM,RAM字节1280,8位数据总线,I/O端串行端口为4个,I/O线32条,定时/计数器3个均为16位,中断源9个。另外戏弄振荡器和时钟电路的工作频率为40MHz,工作电压在2.7V～5.5V之间,常用的供电电压为5V。在设计中单机片的电源由特定的电源提供,如:MAX708,电源的作用是为单机片提供复位信号,减少微处理器系统中实现控制电压和电池功能的元件数量。电源和独立的ICs或者离散元件相比可以有效提供系统的可靠性和稳定性。如MAX708使用一个有效的电平来代替定时器。当供电电源低于设定标准时,就会产生一个脉冲信号,复位脉宽为200ms。此时发光二极管就进入工作状态。利用二极管的数量和设置可以显示不同的系统状况方便调解。
整个系统的外部电源是由电源、稳压器和控制元件组成。这个部分的设计主要是根据前面采用的芯片的型号来进行组合和设计。如采用LM1117为设计核心,就需要按照其要求对电源设计和配置。在设计输出电压为3.3V时,通常不需要对其进行外接电容设计,如果在设计中需要一定长度的连线则需要对设计进行修正,可以采用增加电容的方式来改变瞬间响应的效果,主要功能是储存能量和滤波。
另外,在系统需要与计算机进行连接的时候,应当注意以下设计细节。在单片机通信电路与单片机通信电路完成通信的时候,则可以按照单纯的硬件电路连接,不同的是在软件设计的时候应当在不同的通信端口设计不同的通信地址,以此来识别每个不同的通信端口。如果单片机要与计算机向连接,或者与有COM端口的设备相连接则需要一个转接的电路来完成。在设计的时候,主要是应当保证电平的匹配和编程的逻辑顺序,这样才能不会出现传输通信地址的错误,保证传输的准确完成。
3 基于射频的无线通信系统功能实现
在实际工作中,利用NRF24l01完成收发信息的模式有两种,一种为ShockBurst收发模式,一种为直接收发模式。在Shock Burst模式下,利用芯片内的先入先出的堆栈功能,数据低速通过为控制器,完成输入,但是在发送端则完成的是高速发射,这样就实现了节能。所以此种发射模式可以利用低速微控制器来获得高速发射数据的频率。与射频协议相关联的高速信号在处理芯片内进行处理。此种传输模式的有这样几个好处,节能效果较好;系统运行费用较低,采用低速处理器也可实现发射要求;数据在空间滞留的时间短,提高了抗干扰的能力。因此在实际的应用中可以采用ShockBurst技术,同时也可以减小整个系统在工作时的平均电流。在此种模式下,芯片自动处理字头和CRC校验码。在接收数据的时候就将字头和校验码移去。在发送数据的时候就自动添加,当发送完毕后,数据准备还引脚同时微处理器,发送的过程就此结束。
4 结语
利用射频芯片的优势可以完成在一定范围内的数据采集和通信,尤其是在NRF24l01芯片度的支持下,组成的无线通信系统可以在ShockBurst模式的支持下,完成数据的传输,并通过系统的扩展实现更加复杂的功能。
参考文献
[1] 高山,袁杰.基于射频技术的无线电传输及通信技术[J].现代电子技术,2010(18).
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