我的黑莓Q10 安全擦除后ID登录时一直提示请输入有效的电子邮件地址 为何 跪求答案
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主屏尺寸3.1英寸
电池容量2100mAh
主屏分辨率720x720像素
电池类型可拆卸式电池
后置摄像头800万像素
CPU频率1.5GHz
前置摄像头200万像素
59人的综合分
性能配置5.8
电池续航7.8
外观手感8.8
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黑莓Q10 评分7.7（推荐）参考价:1500.00元
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硬件工程师入门教程
康耘电子硬件工程师培训教材 嵌入式高级班培训教材硬件工程师 培训教材西安康耘电子有限责任公司Xi’an Canwin Electronic Co.,Ltd.1版权声明本手册版权归西安康耘电子有限责任公司所有， 未经康耘电子 同意，任何单位和个人不得擅自抄录本手册或全部以任何形式用于 商业目的，但可以自由传播。本手册所介绍相关软件版权均归相关 公司所有，这里只供学习使用，若进行实际商业性开发使用请与相 关公司联系购买正版软件。 本手册编制过程中个别电路及程序参考了相关资料，在手册中 都给出了说明，感谢这些资料的提供者！版权所有 Copyright?2008 西安康耘电子有限责任公司 Copyright?2008 Xi’an Canwin Electronics Co.,Ltd. All Rights Reserved2目第一部分 扩充知识 第 1 章 常用电路元件 1.1 电阻、电容与二极管 电阻、 1.2 功率电子器件 1.2.1 功率电子器件及其应用要求 1.2.2 功率电子器件 1.3 数字电位器 1.4 基准电源芯片 1.5 多路模拟开关 1.6 可编程运算放大器 1.7 电压 电流变换器（V/I） 电压/电流变换器 电流变换器（ ） 1.8 模拟信号放大器 1.8.1 集成运算放大器 OP07 1.8.2 测量放大器 第 2 章 存储器类型及扩展 2.1 基础知识 2.2 闪存 2.3 闪存卡 2.3.1 SD 卡 2.3.2 CF 卡 第 3 章 开关电源技术 3.1 开关电源原理 3.2 开关电源的电路组成 3.2.1 输入电路的原理及常见电路 3.2.2 功率变换电路 3.2.3 输出整流滤波电路 3.2.5 短路保护电路 3.2.6 输出端限流保护 3.2.7 输出过压保护电路的原理录9 9 9 12 12 12 15 18 20 23 24 26 26 27 30 30 33 35 36 37 39 39 39 40 41 43 45 47 4733.2.8 功率因数校正电路 3.2.9 输入过欠压保护 第 4 章 总线技术 4.1 内部总线 4.2 系统总线 4.3 外部总线 4.4 CAN 总线 4.4.1 ＣＡＮ总线简介及其特点 4.4.2 ＣＡＮ总线通信介质访问控制方式 4.4.3 应用技术 4.5 以太网 4.6 无线通信技术 第 5 章 常用传感器 5.1 传感器分类 5.2 温度传感器 5.2.1 热敏电阻 5.2.2 热电偶 5.2.3 其它常用温度传感器 5.3 光电式传感器 5.3.1 光与光电效应 5.33.光敏电阻 5.3.4 光敏管 5.3.5 热释电传感器（PIR） 5.3.5 光电检测的组合形式 5.4 超声波传感器 5.5 压力传感器 5.6 气体检测电路 5.7 湿度检测技术 5.8 干扰的抑制技术 第 6 章 遥控技术 6.1 红外遥控 6.2 无线遥控449 49 51 51 52 53 54 54 55 56 58 59 64 64 65 65 66 69 70 70 72 72 73 74 75 77 79 81 83 85 85 91第二部分 PROTEL DXP 第 1 章 芯片封装形式的特点和优点 第 2 章 绘制单片机试验板 2.1 原理图设计 2.1.1 新建 PCB 工程 2.1.2 新建原理图文件 2.1.3 设置原理图纸张大小 2.1.4 放置元件 2.1.5 AT89C51 的电路连接 2.1.6 555 连接电路 2.1.7 复位电路 2.1.8 串行接口电路 2.1.9 重新编排元件序号和 ERC 检查 2.2 PCB 设计 2.2.1 元件的 PCB 封装准备 2.2.2 PCB 生成向导 2.2.3 PCB 元件布局 2.2.4 布线 2.2.5 补泪滴 2.2.6 敷铜 2.2.7 电路 DRC 检验 第 3 章 高级实例 3.1 总体方案介绍 3.2 层次原理图设计 3.3 主原理图设计 3.3.1 元件集成库的创建 3.3.2 S3C44B0 核心板的原理图设计 3.4 子原理图设计 3.4.1 “STEPMOTOR.SCHDOC”子原理图 3.4.2 CAN 总线接口子原理图绘制 3.5 PCB 设计 3.5.1 绘制 S3C44B0 芯片的 PCB 封装 3.5.2 PCB 生成向导 3.5.3 工作层面的说明和设置94 94 98 98 100 102 102 103 111 116 117 117 118 120 120 130 133 136 137 138 139 140 140 140 141 141 146 158 158 162 168 168 170 1715第 4 章 常用操作 4.1 原理图打印 4.2 自动更新功能 4.3 PCB 图的打印 4.4 生成元件清单 第 5 章 数字电路的抗干扰方法 5.1 形成干扰的基本要素 5.2 抗干扰设计的基本原则 5.2.1 抑制干扰源 5.2.2 切断干扰传播路径 5.2.3 提高敏感器件的抗干扰性能 5.3 PCB 设计的一般原则 5.4 PCB 及电路抗干扰措施 第三部分 FPGA/CPLD 技术 第 1 章 基本概念 1.1 VERILOG HDL 的基本知识 1.2 VERILOG HDL 的历史 1.3 总结 第 2 章 HDL 指南 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 模块 时延 数据流描述方式 行为描述方式 结构化描述形式 混合设计描述方式 设计模拟176 176 177 178 180 182 182 182 182 183 183 184 185 187 187 187 188 192 195 195 196 196 198 200 202 203 207 207第 3 章 VERILOG 语言要素 3.1 标识符63.2 注释 3.3 格式 3.4 系统任务和函数 3.5 编译指令 3.6 值集合 3.7 数据类型 3.7.1 线网类型 3.7.2 未说明的线网 3.7.3 向量和标量线网 3.7.4 寄存器类型 3.8 参数 第 4 章 表达式 4.1 操作数 4.2 操作符 4.3 表达式种类 第 5 章 门电平模型化 5.1 内置基本门 5.2 多输入门 5.3 多输出门 5.4 三态门 5.5 上拉、下拉电阻 上拉、 5.6 MOS 开关 5.7 双向开关 5.8 门时延 5.9 实例数组 5.10 隐式线网 5.11 简单示例 5.12 2-4 解码器举例 5.13 主从触发器举例 5.14 奇偶电路 第 6 章 用户定义的原语 6.1 UDP 的定义208 208 208 208 212 214 214 217 217 217 221 222 222 225 232 233 234 234 236 237 238 238 240 240 241 242 242 243 244 245 247 24776.2 6.3 6.4 6.5组合电路 UDP 时序电路 UDP 另一实例 表项汇总247 249 251 2518第一部分 扩充知识第1章 章1.1 电阻、电容与二极管1、电阻 在选择电阻器的阻值时，应根据设计电路时理论计算电阻值，在最靠近标称值系列中 选用。普通电阻器（不包括精密电阻器）阻值标称系列值见下表，实际电阻器的阻值是表 中的数值乘以 10n（n 为整数） 。允许偏差（％） ±5％ ±10％ ±20％ 阻 值（?） 1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、 4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1 1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2 1.0、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8常用电路元件 常用电路元件 电路电阻器额定功率标称系列值 电阻器类型 线绕电阻器 非线绕电阻器 额定功率（W） 0.05、0.125、0.25、0.5、1、2、4、8、10、16、25、40、50 、75、100、150、 250、500 0.05、0.125、0.25、0.5、1、2、5、10、25、50、1002、快速识别色环电阻 目前，国产或进口电视机、收录机广泛采用色环电阻，其优点是在装配、调试和修理 过程中，不用拨动元件，即可在任意角度看清色环，读出阻值，使用很方便。以往杂志上 都介绍过色环电阻识读法，按其方法读数时，要进行换算，较麻烦，这里介绍一种快速识 别阻值的方法。 带有四个色环的其中第一、二环分别代表阻值的前两位数；第三环代表倍率；第四环 代表误差。快速识别的关键在于根据第三环的颜色把阻值确定在某一数量级范围内，例如 是几点几 K、还是几十几 K 的，再将前两环读出的数&代&进去，这样就可很快读出数来。 下面介绍掌握此方法的几个要点： 1） 熟记第一、二环每种颜色所代表的数。 可这样记忆：棕 1，红 2，橙 3，黄 4，绿 5，蓝 6，紫 7，灰 8，白 9，黑 0。这样连 起来读，多复诵几遍便可记住。 记准记牢第三环颜色所代表的 阻值范围，这一点是快识的关键。具体是：9金色：几点几 Ω 黑色：几十几 Ω 棕色：几百几十 Ω 红色：几点几 kΩ 橙色：几十几 kΩ 黄色：几百几十 kΩ 绿色：几点几 MΩ 蓝色：几十几 MΩ 从数量级来看，大体上可把它们划分为三个大的等级，即： 金、黑、棕色是欧姆级的； 红橙、黄色是千欧级的； 绿、蓝色则是兆欧级的。 这样划分一下是为了便于记忆。 2）当第二环是黑色时，第三环颜色所代表的则是整数，即几，几十，几百 kΩ等， 这是读数时的特殊情况，要注意。例如第三环是红色，则其阻值即是整几 kΩ的。 3）记住第四环颜色所代表的误差，即：金色为 5％；银色为 10％；无色为 20％。 下面举例说明： 例 1：当四个色环依次是黄、橙、红、金色时，因第三环为红色、阻值范围是几点几 kΩ的，按照黄、橙两色分别代表的数&4&和&3&代入,，则其读数为 43 kΩ。第环是金色表 示误差为 5％。 例 2：当四个色环依次是棕、黑、橙、金色时，因第三环为橙色，第二环又是黑色， 阻值应是整几十 kΩ的，按棕色代表的数&1&代入，读数为 10 kΩ。第四环是金色，其误 差为 5％。 3、晶体二极管的种类 晶体二极管按其组成的材料分可为 : 锗二极管、 硅二极管、 砷化嫁二极管 ( 发光二极 管 ) 。而按用途分可为 : 整流二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管、检波二 极管、变容二极管等。 常用晶体二极管的电路符号如下图所示。4、电容 1）单位： 电容的基本单位是：F （法） ，此外还有 μF（微法） 、pF（皮法） ，另外还 有一个用的比较少的单位，那就是：nF（） ，由于电容 F 的容量非常大，所以我们看到的 一般都是 μF、nF、pF 的单位，而不是 F 的单位。 他们之间的具体换算如下： 1F＝ 1000000μF 1μF=1000nF=1000000pF 2）电容的耐压 单位：V（伏特） 每一个电容都有它的耐压值，这是电容的重要参数之一。普通无极性电容的标称耐压 值有：63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V 等，有极性电容的耐压值相对要比无10极性电容的耐压要低，一般的标称耐压值有：4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、 80V、100V、220V、400V 等。 3）电容的种类 电容的种类有很多，可以从原理上分为：无极性可变电容、无极性固定电容、有极性 电容等，从材料上可以分为：CBB 电容（聚乙烯） ，涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石 电容、电解电容、钽电容等。下面是各种电容的优缺点： 无感 CBB 电容 2 层聚丙乙烯塑料和 2 层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。 无感，高频特性好，体积较小 ， 不适合做大容量，价格比较高，耐热性能较差。 CBB 电容 2 层聚乙烯塑料和 2 层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。 有感，其他同上。 瓷片电容 薄瓷片两面渡金属膜银而成。 体积小，耐压高，价格低，频率高（有一种是高频电容） 易 碎！容量低 云母电容 云母片上镀两层金属薄膜 容易生产，技术含量低。 体积大，容量小， （几乎没有用 了） 独石电容 体积比 CBB 更小，其他同 CBB，有感 电解电容 两片铝带和两层绝缘膜相互层叠，转捆后浸泡在电解液（含酸性的合成溶液）中。 容 量大。 高频特性不好。 钽电容 用金属钽作为正极，在电解质外喷上金属作为负极。 稳定性好，容量大，高频特性 好。 造价高。 （一般用于关键地方） 5、集成三端稳压器型 号 08 15
+5V +6V +8V +9V +12V +15V +18V +24V 1A 1A 1A 1A 1A 1A 1A 1A 功 能 稳压器 稳压器 稳压器 稳压器 稳压器 稳压器 稳压器 稳压器 型 号 08 15
-5V -6V -8V -9V 1A 1A 1A 1A 功 能 稳压器 稳压器 稳压器 稳压器 稳压器 稳压器 稳压器 稳压器-12V 1A -15V -18V -24V 1A 1A 1A111.2 功率电子器件1.2.1 功率电子器件及其应用要求功率电子器件大量被应用于电源、伺服驱动、变频器、电机保护器等功率电子设备。 这些设备都是自动化系统中必不可少的，因此，我们了解它们是必要的。 近年来，随着应用日益高速发展的需求，推动了功率电子器件的制造工艺的研究和发 展，功率电子器件有了飞跃性的进步。器件的类型朝多元化发展，性能也越来越改善。大 致来讲，功率器件的发展，体现在如下方面： 1．器件能够快速恢复，以满足越来越高的速度需要。以开关电源为例，采用双极型 晶体管时，速度可以到几十千赫；使用 MOSFET 和 IGBT，可以到几百千赫；而采用了谐振 技术的开关电源，则可以达到兆赫以上。 2．通态压降（正向压降）降低。这可以减少器件损耗，有利于提高速度，减小器件 体积。 3．电流控制能力增大。电流能力的增大和速度的提高是一对矛盾，目前最大电流控 制能力，特别是在电力设备方面，还没有器件能完全替代可控硅。 4．额定电压：耐压高。耐压和电流都是体现驱动能力的重要参数，特别对电力系统， 这显得非常重要。 5．温度与功耗。这是一个综合性的参数，它制约了电流能力、开关速度等能力的提 高。目前有两个方向解决这个问题，一是继续提高功率器件的品质，二是改进控制技术来 降低器件功耗，比如谐振式开关电源。 总体来讲，从耐压、电流能力看，可控硅目前仍然是最高的，在某些特定场合，仍然 要使用大电流、高耐压的可控硅。但一般的工业自动化场合，功率电子器件已越来越多地 使用 MOSFET 和 IGBT，特别是 IGBT 获得了更多的使用，开始全面取代可控硅来做为新型的 功率控制器件。1.2.2 功率电子器件一、整流二极管 二极管是功率电子系统中不可或缺的器件，用于整流、续流等。目前比较多地使用如 下三种选择：121．高效快速恢复二极管。压降 0.8-1.2V，适合小功率，12V 左右电源。 2．高效超快速二极管。0.8-1.2V，适合小功率，12V 左右电源。 3．肖特基势垒整流二极管 SBD。0.4V，适合 5V 等低压电源。缺点是其电阻和耐压的 平方成正比，所以耐压低（200V 以下），反向漏电流较大，易热击穿。但速度比较快，通 态压降低。 目前 SBD 的研究前沿，已经超过 1 万伏。 二、大功率晶体管 GTR 分为： 单管形式。电流系数：10-30。 双管形式――达林顿管。电流倍数：100-1000。饱和压降大，速度慢。 实际比较常用的是达林顿模块，它把 GTR、续流二极管、辅助电路做到一个模块内。 在较早期的功率电子设备中，比较多地使用了这种器件。 这种器件的制造水平是 A/2KHz、600V/3A/100KHz 左右（参考）。 SCR） 三、晶闸管（可控硅 SCR） 晶闸管（ 晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简 称为可控硅；晶闸管是 PNPN 四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶 闸管工作条件为：加正向电压且门极有触发电流；其派生器件有：快速晶闸管，双 向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。它是一种大功率开关型半导体器件，在电 路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。 晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过 程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等 电子电路中。晶闸管的工作原理： 晶闸管 T 在工作过程中，它的阳极 A 和阴极 K 与电源和负载连接，组成晶闸管 的主电路，晶闸管的门极 G 和阴极 K 与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制 电路。 晶闸管的工作条件：131. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状 态。 2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导 通。 3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶 闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。 4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管 关断。 注意事项： ①一般小功率晶闸管不需加散热片，但应远离发热元件，如大功率电阻、大功 率三极管以及电源变压器等。对于大功率晶闸管，必须按手册申的要求加装散热装 置及冷却条件，以保证管子工作时的温度不超过结温。 ②晶闸管在使用中发生超越和短路现象时，会引发过电流将管子烧毁。对于过 电流，一般可在交流电源中加装快速保险丝加以保护。快速保险丝的熔断时间极短， 一般保险丝的额定电流用晶闸管额定平均电流的 1.5 倍来选择。 ③交流电源在接通与断开时，有可能在晶闸管的导通或阻断对出现过压现象， 将管子击穿。对于过电压，可采用并联 RC 吸收电路的方法。因为电容两端的电压不 能突变，所以只要在晶闸管的阴极及阳极间并取 RC 电路，就可以削弱电源瞬间出现 的过电压，起到保护晶闸管的作用。当然也可以采用压敏电阻过压保护元件进行过 压保护。 可控硅在大电流、高耐压场合还是必须的，但在常规工业控制的低压、中小电流控制 中，已逐步被新型器件取代。 目前的研制水平在 12KV/8000A 左右（参考）。 由于可控硅换流电路复杂，逐步开发了门极关断晶闸管 GTO。制造水平达到 8KV/8KA， 频率为 1KHz 左右。 无论是 SCR 还是 GTO，控制电路都过于复杂，特别是需要庞大的吸收电路。而且，速 度低，因此限制了它的应用范围拓宽。 集成门极换流晶闸管 IGCT 和 MOS 关断晶闸管之类的器件在控制门极前使用了 MOS 栅 ， 从而达到硬关断能力。 四．功率 MOSFET 又叫功率场效应管或者功率场控晶体管。 其特点是驱动功率小，速度高，安全工作区宽。但高压时，导通电阻与电压的平方成 正比，因而提高耐压和降低高压阻抗困难。 适合低压 100V 以下，是比较理想的器件。 目前的研制水平在 1000V/65A 左右（参考）。商业化的产品达到 60V/200A/2MHz、 500V/50A/100KHz。是目前速度最快的功率器件。 五．IGBT IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型功率管，是由 BJT(双极14型三极管)和 MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件, 兼有 MOSFET 的高输入阻抗和 GTR 的低导通压降两方面的优点。GTR 饱和压降低，载流密度大， 但驱动电流较大;MOSFET 驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT 综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为 600V 及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 这种器件的特点是集 MOSFET 与 GTR 的优点于一身。输入阻抗高，速度快，热稳定性 好。通态电压低，耐压高，电流大。 目前这种器件的两个方向：一是朝大功率，二是朝高速度发展。大功率 IGBT 模块达 到 A/V 的水平（参考）。速度在中等电压区域（370-600V），可达到 150-180KHz。 它的电流密度比 MOSFET 大，芯片面积只有 MOSFET 的 40%。但速度比 MOSFET 低。 尽管电力电子器件发展过程远比我们现在描述的复杂，但是 MOSFET 和 IGBT，特别是 IGBT 已经成为现代功率电子器件的主流。因此，我们下面的重点也是这两种器件。1.3 数字电位器目前很多的电器产品及其仪器仪表所用的电位器是通过机械滑臂改变在电阻膜或线 绕电阻体上的位置，以达到改变电位器阻值的大小，这种电位器称为模拟电位器。 数字电位器是利用微电子技术制成的集成电路，它是依靠电阻阵列和多路模拟开关的 组合来完成阻值的变化。它没有可动的滑臂，而是通过按钮输入信号，或是通过数字输入 信号来改变数字电位器的阻值。 数字电位器有易失和非易失两种，对于易失电位器，一旦器件掉电，电位器的调节位 置将丢失。这时，有可能需要使用外部EEPROM、闪存或其他类型的非易失存储器。非易失 数字电位器芯片内包含了这种存储器，一般为EEPROM，在断电时用于存储电位器的设置。 不同型号的数字电位器阻值不同，一般有１ｋ 、２ｋ 、10ｋ 、50ｋ 、100ｋ 等。 此外，数字电位器需要在加电条件下进行调节和工作，没有加电的情况下不具备电阻 功能。 非易失性数字电位器 X 是美国 XICOR 公司新近研制出的功能独特的电子数控电位器。 X9221 在一片 CMOS 集成电路内集成有 2 个非易失性数控电位器(E2POT)，其调节过程可以由微处理器(μP)或 微控制器(μC)经二线总线接口进行控制。 这种二线接口数字电位器具有如下许多优点： (1) 调节精度高；(2)不易受诸如振动、污染、潮湿等影响；(3)无机械磨损；(4)接口引脚少；(5) 集成度高；(6)数据可读写；(7)具有配置寄存器及数据寄存器；(8)多电平量存储功能，特 别适用于音频系统；(9)易于软件控制；(10)采用设计人员熟悉的 I2C 通信协议；(11)体积 小巧，易于装配。它适用于家庭影院系统、音频环绕控制、音响功放、有线电视设备等。 X9221 内含滑动端计数寄存器(WCR)及数据寄存器。它的每个 E2POT 可存储 4 个滑 动端位置；每个电位器有 64 个抽头；工作电压 Vcc 则为 4.5～5.5 或 2.7～5.5V。 内部结构15X9221 片内包含 2 个电阻阵列(或称电位器或 E2POT)和 I2C 接口电路。X9221 的功能 方框图如图 1 所示。每个电阻阵列内又包含63个电阻单元、64个电子开关、一个滑动端计数寄存器(WCR)、 4个8位数据寄存器(R0～R3)、 递增/递减逻辑电路、 级联控制逻辑电路以及64选1译码电路。 在相邻的两个电阻单元之间以及两个端点处共设64个可以被滑动端访问的抽头。滑动 端在阵列中的位置可由用户通过二线串行总线(I2C)接口控制。每个电阻阵列配置一个滑 动端计数寄存器和4个数据寄存器，这4个数据寄存器可以由用户程序直接写入和读出。 滑动端计数寄存器的内容控制滑动端在电阻阵列中的位置。数据寄存器的内容可以传 送到滑动端计数寄存器，以设置滑动端的位置。当前滑动端的位置可以被传送到与它相关 联的4个数据寄存器中的任何一个之中。也就是说，WCR可以直接被写入，或者也可以把起 辅助作用的4个数据寄存器之一的内容转移到WCR中来改变其内容。这些数据寄存器和WCR 都可以由微电脑来读出或写入。X9221 中的每一个电阻阵列的主体部分是 63 只串联连接的集成电阻器。电阻串联支路的 两端 VH 和 VL 就相当于一个机械电位器的两个固定端；串联支路中的电阻器之间的连接16点以及两个端点，都可以经过场效应管开关连通到滑动端 VW 上。在同一时刻只能有一只 开关闭合，究竟哪一只闭合由滑动端计数寄存器 WCR 内容确定。只有 WCR 中的低 6 位 被译码，才能选择和使能 64 选 1 的开关接通。 引脚功能 X9221 共有 20 个外接引脚。它有 DIP、SOIC 和 TSSOP 三种封装形式。其引脚排列如 图 3 所示。各引脚的功能如表 1 所示。表1 引 ⑨ ④、⑤、B15 ?、B16 ? ③、⑧ ②、⑦ ①、⑥ ? B20 ? ⑩ ? B11 ?、B12 ?、B17～B19 ? 脚 符 号 SCL SDA A0-A3 VH0-VH1 VL0-VL1 VW0-VW1 Vcc Vss RES2 2引脚功能 说 I C 总线串行时钟 I C 总线串行数据 设置器件从属地址低 4 位 电位器终端，等效于机械电位器的上端 电位器终端，等效于机械电位器的下端 电位器滑动端，等效于机械电位器中心抽头 系统电源正极 系统地 保留，无连接 明? B14 ?器件寻址 在开始条件的后面，主器件必须输出它所要访问的从器件的地址。从器件 的高4位地址是器件类型识别码，器件的类型不同，识别码也就不同，并且识别码是固定 不变的。对于数控电位器X9221来说，这个识别码固定为0101。格式如下： 0 1 0 1 A2 A1 A0 A0 器件类型识别码 器件地址 从器件的低4位是该器件的编程地址，该地址由A0～A3引脚的连接状态来定义。借助 于器件的编程地址，主机可以识别一个系统中类型相同的多个器件(在此可以识别16片 X9221)。每次通信的开始，X9221都把接收到的地址与自己的地址(含识别码和编程地址) 相比较。如果是所有的8位地址都相符，则X9221做出一个应答响应。 I3 I2 I1 I0 0 P0 R1 R0 指令码 电位器选择 寄存器选择 指令结构 X9221 共有 9 条指令，指令的长度为两个字节或三个字节不等。每条指令的第一个字 节为地址字节，第二个字节为指令字节。在指令字节中又包含指令码和寄存器指针信息， 即 4 个高位 I0～I3 是指令码；紧接着的两位 0 和 P0 选择 2 个电位器中的哪一个，最后两 位 R1 和 R0 选择 4 个寄存器中的哪一个。表2 指令 名 RW WW 指令字节 I3 I2 I1 I0 0 P0 R1 R0 1 0 0 1 0 1/0 N/A N/A 1 0 1 0 0 1/0 N/A N/A 读出由 P1P 0 指定 WCR 的内容 写人新值到 P1P 0 指定 WCR 中 17 指令集 操 作RDR WDR XDW XWD1 0 1 1 0 1/0 1/0 1/0 1 1 0 0 0 1/0 1/0 1/0 1 1 0 1 0 1/0 1/0 1/0 1 1 1 0 0 1/0 1/0 1/0读出由 P1P0R1R 0 指定数据寄存器内容 写入新值到 P1P 0R1R0 指定数据寄存器中 传输由 P1P 0R1R0 指定数据寄存器内容到 P1P0 指定的 WCR 中 传输由 P1P 0 指定的 WCR 内容到 P1P 0R1R0 指定的数据寄存器中GXDW 0 0 0 1 N/A N/A 1/0 1/0 传输由 R1R0 指定所有的 4 个数据寄存器的内容到与它们相关的 WCR 中 GXWD 1 0 0 0 N/A N/A 1/0 1/0 传输所有的 WCR 内容到与它们相关的由 R1R0 指定的 4 个数据寄存器中 IDW 0 0 1 0 0 1/0 N/A N/A 使能由 P1P 0 指定的 WCR 递增/递减操作注：1/0 表示数据 0 或 1；N/A 表示没有使用。应用举例 电路中，用一片 X9221 的两个电位器分别控制双声道立体声系统的左声道和右声道， 以实现对传统音响设备的模糊控制、智能控制以及遥控。控制器件选一片 89C51 单片机， 仅用 P1.0 和 P1.1 两个端口与 X9221 的 SDA 和 SCL 相连。通常在 SDA 和 SCL 线上需要设置 上拉电阻，该阻值取决于连接到总线上的所有器件的总容量。按图 4 中的情况，等效容量 约为 18pF。如果所选用的单片机具有内部上拉电阻，则外部上拉电阻可以省略。当应用系统中只 有一片X9221时，其4位地址A0～A1引脚可以都连接到地，此时编程地址定义为0000。1.4 基准电源芯片在需要高精度电压基准的场合，如高精度 A/D 转换器、D/A 转换器、传感器等应用电 路中，使用低精度的 78 系列或 79 系列集成稳压器无法满足要求，这时就需要采用基准电 压芯片来供给精密电压，以实现高精度的转换或测量。 最常用的基准电压芯片输出为±5V，因为大多数的 A/D 和 D/A 转换器采用 5V 电压 基准。也有 3V、10V 等标准。 1、 AD586 AD586 为高精度 5V 参考电压源，最大偏差为±2.0mV，其优良的性能使其得到了广 泛应用。其引脚图如下：18引脚功能如下： 1、3、7 脚为内部为内部测试端，使用该芯片时不需连接； 2 脚为正电源输入端，要求电压在 10.8V～36V 之间，推荐采用 12V 或 15V； 4 脚接地； 8 脚为噪声抑制端，使用时可在 8 脚及 4 脚之间接一个 1uF 的电容； 6 脚为精密电压输出端； 5 脚一般不用，在需要 5V 以上电压基准输出时，可采用下图方式连接，这样输出电 压最大可达 5V+300mV。AD586 应用非常简单，只需要 2、4 脚输入正确范围（10.8V～36V）的电压，6 脚就 会输出+5V 的精确电压，精度只取决于应用哪种器件类型。不同类型器件的参数见下表：型号 AD586JN AD586JQ AD586JR AD586KN AD586KQ AD586KR AD586LN AD586LR AD586MN AD586AR AD586BR 误差 20 mV 20 mV 20 mV 5 mV 5 mV 5 mV 2.5 mV 2.5 mV 2 mV 5 mV 2.5 mV 温度漂移 25 ppm/°C 25 ppm/°C 25 ppm/°C 15 ppm/°C 15 ppm/°C 15 ppm/°C 5 ppm/°C 5 ppm/°C 2 ppm/°C 15 ppm/°C 5 ppm/°C 温度范围 封装类型0°C to +70°C 0°C to +70°C 0°C to +70°C 0°C to +70°C 0°C to +70°C 0°C to +70°C 0°C to +70°C 0°C to +70°C 0°C to +70°C C40°C to +85°C C40°C to +85°CN-8 Q-8 SO-8 N-8 Q-8 SO-8 N-8 SO-8 N-8 SO-8 SO-819AD586LQ AD586SQ AD586TQ AD586JCHIPS2.5 mV 10 mV 2.5 mV 20 mV5 ppm/°C 20 ppm/°C 10 ppm/°C 25 ppm/°C0°C to +70°C C55°C to +125°C C55°C to +125°C 0°C to +70°CQ-8 Q-8 Q-82、MAX873、MAX875 和 MAX876 MAX873、MAX875 和 MAX876 分别是 2.5V、5V 和 10V 的高精度电压基准芯片，而 且功耗很低。它们的最大误差分别是 1.5mV、2mV 和 3mV，而且电压输入范围宽。引脚如下： 1、8 脚为测试脚，无需连接； 7 脚为空管脚； 2 脚为正电源输入，MAX873 的范围是 4.5V～18V，MAX875 的范围是 7V～18V， MAX876 的范围是 12V～18V； 4 脚接地； 6 脚为基准电压输出。 MAX873、MAX875 和 MAX876 应用非常简单，只需要 2、4 脚输入正确范围的电压， 6 脚就会输出所需的精确电压，精度只取决于应用哪种器件类型。1.5 多路模拟开关当需要对多个模拟量进行模数变换时，由于模数转换器（A/D 转换器）的价格 较贵，通常不是每个模拟量输入通道设置一个 A/D，而是多路输入模拟量共用一个 A/D，中间经过多路转换开关切换，即多路模拟开关。 多路模拟开关最重要的部分是电子开关 AS，它是用数字电子逻辑控制模拟信号 通、断的一种电路，通常是由双极型晶体管（BJT） 、结型场效应晶体管（J-FET）或 金属氧化物半导体场效应管（MOS-FET）等类型组成的电子开关。 多路模拟开关芯片种类很多，这里介绍两种常用的芯片。 1、CD4051 CD4051 芯片允许双向使用，即可以用于从多路到单个的转换，也可以用于从单个到 多个的转换。它有 3 个二进制控制输入端 A2、A1、A0 和一个禁止输入端 INH，用 3 位二 进制信号来选择 8 个通道中的一个通道。当 INH=1 时，通道断开，禁止模拟量输入；当20INH=0 时，通道接通，允许模拟量输入。 该多路开关的输入电平范围广，数字量输入为 3~15V，模拟量输入可达 15V。CD4051引脚图CD4051真值表 输 入 状 态 INH 0 0 0 0 0 0 0 0 1 A2 0 0 0 0 1 1 1 1 X A1 0 0 1 1 0 0 1 1 X A0 0 1 0 1 0 1 0 1 X IO0 IO1 IO2 IO3 IO4 IO5 IO6 IO7 无 被 选 通 道电源电压范围：3V～15V；输入电压范围：0V～VDD。 工作温度范围：M类：－55℃～125℃；E 类：－40℃～85℃。 模拟开关 CD4051 使用的 4 个要点 1、使用单电源时，CD4051 的 VEE 可以和 GND 相连。 2、强烈建议 A，B，C 三路片选端要加上拉电阻。 3、CD4051 的公共输出端不要加滤波电容（并联到地） ，否则不同通道转换后的电压 经电容冲放电后会引起极大的误差。 4、禁止输出端（INH）为高电平时，所有输出切断，所以在应用时此端接地。作音频 信号切换时，最好在输入输出端串入隔直电容。 2、MAX30621MAX306 是美信公司的一款高性能的 16 通道模拟多路开关。它支持很宽的电源范围： 单电源供电时 4.5V~30V；双电源供电时±4.5V~±20V。221.6 可编程运算放大器1、可编程运算放大器 X 是可编程运算放大器。它采用了 Xicor 公司的精密模拟技术将模拟电路、数字电 路及非挥发性电路集成到一个芯片上，构成了一个新颖的混合信号器件。高增益、偏置及 低功耗可编程。X9340 包括两个通用运算放大器，可通过串行外围接口(SPI)或 I2C 串行接 口写入控制字对其进行编程。 X9430 的技术指标与工业标准的 741 ， 301A 以及 OP07 相同。 X9430 的可编程参数存贮在非易失存储器中，这样即使在掉电时，也可保存数值。同时片 内含有 16 字节 E2PROM，其中 4 字节用于存放运放参数。23引 脚 SCK SI SO A0 - A1 CS HOLD RH0 - RH1, RL0 - RL1描 串行时钟 串行输入 串行输出 器件地址 片选 保持述引 脚 RW0 - RW1 VNI(0,1), VINV(0,1) VOUT0, VOUT1 WP V+,VVCC VSS描 输入电压 运放输出 硬件写保护述电位计（滑动端）运放模拟电源 数字信号电源 数字信号地电位计（终端）2、可编程低功耗运算放大器 TLC271 TLC271 是美国 TI 公司研制的运算放大器，其输入阻抗高达 1012kΩ，而输入失调电 压仅为 0.1μV/V。因此，用户可以利用 TLC271 选择功耗和交流性能的最佳组合并用于各 种电路中。 用户在使用偏置选择时，可将 TLC271 与双极－场效应晶体管以及 NFET 等一起应用 于各种电路，且可选择 TLC271（10mV）与 TLC271B（2mV）之间的各种失调电压级别。 而高输入阻抗，低位移电流及优越的共模抑制比和电源电压抑制比性能则使 TLC271 成为 用户使用不断升级的程序的最佳选择。 TLC271 的功耗很小， 具有许多与双级技术相关的性能。 TLC271 可广泛应用于各种电 路，如转换程序的连接、等效计算、信号放大块、有源滤波器以及信号缓存等。TLC271 可使用直流电源，故而是应用于遥控电路和蓄电池供电电路的理想选择。TLC271 有 C－ 后缀型装置、I－后缀型装置和 M－后缀型装置三种形式。下图所示为 TLC271 的引脚图。工作条件 C-后缀型 最小值 电源电压 VDD 共 模 输 入电压 VDD=5V 时 VDD=10V 3 -0.2 -0.2 0 最大值 16 3.5 8.5 70 4 -0.2 -0.2 -40 I-后缀型 最小值 最大值 16 3.5 8.5 85 5 0 0 -55 M-后缀型 最小值 最大值 16 3.5 8.5 125 单位 V V ℃工作温度，TA1.7 电压/电流变换器（V/I）在测控系统中，信号在远距离传输时，外部干扰非常严重。通常，采用电压/电流变换 器，将电压信号转换成电流信号（4~20mA）进行传输，以减弱信号的衰减及干扰。因为24传输线上的压降、分布电容、接触电阻等对电流信号不起作用，外部电动机、继电器、开 关等电磁干扰也不会影响传输线上的变化。 将电压变换为电流信号可采用运算放大器来实现，这里不予讨论。本节主要介绍集成 电压/电流变换器。 集成电压/电流变换器种类很多， 常用的有 XTR101、 XTR105、 XTR110、 AD420、 AD421、 AD693、AD694 等。本节主要介绍 XTR101。 XTR101 是美国 BB 公司的产品，该芯片将微弱的电压信号输入转变为标准的电流信 号（4~20mA）输出。在-40~+85℃温度范围内以 12 为精度完成电阻参数到 4~20mA 的电 流转换。 XTR101 是一种低漂移、双线输入/输出的微电路集成器件。它由精密测量放大器、压 控输出电流源和双匹配参考电流组成。这种结合非常适用于各种传感器，如热电偶、RTD、 热敏电阻和应变计电桥等的遥控信号调节。其引脚如下：引脚号 1、2 3、4 5、6 7 8 调零功能描述 电压输入 量程调节 变换电流输出 正电源引脚号 9 10 11 12、13 14功能描述 三极管发射级 恒流 1mA 输出 恒流 1mA 输出 频带控制 调零传感器的电压信号由 3、4 叫输入；5、6 脚外接电阻 Rs 可以调节输出满幅值；1、2、 14 脚外接电位器组成初始调零电路；10、11 脚分别输出两个 1mA 恒流，可用于传感器供 电；8 脚接电源正端；7 脚通过负载电阻 RL 接电源负端；12、8、9 脚可外接 NPN 功率三 极管。 下图为 XTR101 与铂热电阻传感器 RTD 的接线图。251.8 模拟信号放大器随着新技术、新工艺、新材料的发展，集成运放的精度越来越高，性能指标越来越好， 品种也越来越多。集成运放分为通用型（如 F007、uA471 等）和专用型两类。专用型有低 漂移型（如 DG725、OP07、5G7650 等） 、高阻型（如 LF356、CA 等）及低功 耗型（如 LM4250、uA735）等。此外，还有单电源的集成运放（如 LM324、DG324） 。使 用时应根据实际需要选择运放类型，选择的依据是其性能参数。运放的主要参数有：差模 输入电阻、输出电阻、输入失调电压、电流以及温漂、开环差模增益、共模抑制比和最大 输出电压幅度等。1.8.1 集成运算放大器 OP07由于经传感器变换后的模拟信号有时是很微弱的微伏级信号（如热电偶） ，而通用运 放一般都具有毫伏级的失调电压和每度数微伏的温度漂移，显然是不能用于放大微弱信号 的。在设计中，需要采用高精度运算放大器或测量放大器。下面介绍一种常用的超低失调 电压、超低温漂的典型运算放大器 OP07，供设计放大器时使用。 OP07 有 A、D、C、E 各档，它是高精度运算放大器，具有极低的失调电压（10uV） 和偏置电流（0.7nA） ，它的温漂系数为 0.2uV/℃，长期稳定性指标为 0.2uV/月。OP07 具 有较高的共模输入范围（±14V） ，共模抑制比 CMRR=126dB 以及极宽的供电电源范围（3～2618V 和-3～-18V） 。引脚图 1、8 脚：调零引脚； 2 脚：反向输入端； 3 脚：同向输入端； 4 脚：负电源； 5 脚：空引脚； 6 脚：输出引脚； 7 脚：正电源； 8 脚：调零引脚。基本连接图1.8.2 测量放大器测量放大器又叫仪表放大器（简称 IA） 。它不仅能满足放大要求，而且具有精确的增 益标定，因此又称数据放大器。 1. 通用 IA 通用 IA 由三个运算放大器 A1、A2、A3 组成，如图 12-8 所示。 其中，A1 和 A2 组27成具有对称结构的差动输入／输出级，差模增益为 1+2R1/RG，而共模增益仅为 1。A3 将 A1、A2 的差动输出信号转换为单端输出信号。 A3 的共模抑制精度取决于四个电阻 R 的 匹配精度。 通用 IA 的电压放大倍数为Au =u0 2R = ?(1 + 1 ) u11 ? u12 RG图通用 IA 的结构2. IA 的技术指标 的技术指标? 测量放大器最重要的技术指标有： 非线性度、 偏置漂移、 建立时间以及共模抑制 比等， 这些指标均为放大器增益的函数。? （1） 非线性度： 它的定义为放大器输出、 输入实际特性曲线与理想特性曲线（直线） 的相对偏差。 在增益 G=1 时，一个 12 位（bit）系统的非线性度若为±0.025％， 则在 G ＝500 时， 其非线性度可达±0.1%， 相当于系统精度降低到 10 倍以下。 （2） 偏置漂移：它是指工作温度变化 1℃时， 相应的直流偏置变化量。一个放大器的 分辨率主要被直流偏置的不可预料性所限制。 放大器的偏置漂移一般为 1～50 μV/℃， 也与增益 G 有关。如一个有 2 μV/℃漂移的放大器，当 G=1000、Δt=10℃时， 其输出端 将产生 20 mV 的偏置电压。这个数字相当于 12 位 ADC 在输入范围为 0～10 V 时的八个 LSB 值。值得注意的是，一般厂家只给出典型值，而最大值可以是典型值的 3～4 倍。 ? （3） 建立时间： 放大器的建立时间定义为从输入阶跃信号起，到输出电压达到满足 给定误差（典型值为±0.01％）的稳定值为止所需用的时间。 一般 IA 的增益 G＞200，精 度约为±0.01％， 建立时间约为 50～100 μs， 而高增益 IA 在同样精度下的建立时间可 达 350 μs。因此，在数据采集系统中决定信号传输能力的往往是 IA 而不是 ADC。 （4） 恢复时间：放大器的恢复时间是指从断掉输入 IA 的过载信号起，到 IA 的输出信 号恢复至稳定值时（与输入信号相应）的时间。 ? （5） 共模抑制比： IA 的共模抑制比定义为差模电压放大倍数 Ad 与共模电压放大倍 数 Ac 比值的对数单位，即28CMR = 20 lgAd Ac3.单片集成测量放大器 AD620 单片集成测量放大器 单片机集成测量放大器种类很多， 常用的有 AD521、 AD526、 AD620、 AD623、 AD624、 AD626 等。这里介绍 AD620。 AD620 是只用一个外部电阻就能设置放大倍数为 1~1000 的低功耗高精度测量放大 器。它体积小，为 8 脚 DIP 或 SOIC 封装，引脚排列如下： 1、8 脚：外部电阻 Rg 接入端，用于设置放大倍数； 2、3 脚：模拟信号输入端； 6 脚：放大器输出端； 5 脚：参考地； 7 脚：正电源输入端，如接+12V； 4 脚：负电源输入端，如接-12V。AD620 主要特点如下： （1）只用一只外部电阻（跨接在 1 脚和 8 脚之间）就能设置放大倍数 G=1~1000； （2）低失调电压、低失调电压漂移和低噪声性能，确保高增益精密放大。它的最大 输入失调电压为 50uV， 最大输入失调电压漂移为 1uV/℃， 最大输入偏置电流为 2nA。 G=10 时，共模抑制比大于 93dB； （3）低功耗，供电电压范围为 2.3～±18V，最大供电电流仅为 1.3mA； （4）体积小，只有 8 个引脚。29第2章 章2.1 基础知识1、半导体存储器的类型 半导体存储器的存储器类型及扩展半导体存储器按制造工艺分，可分为双极型和 MOS 型两大类；按存取方式分，又可分 为随机存取存储器 RAM 和只读存储器 ROM 两大类；RAM 根据存储电路的性质不同，又可分 为静态 RAM（SRAM）和动态 RAM（DRAM） ，ROM 按其性能不同，又可分为掩模式 ROM、熔炼 2 式可编程 PROM、可用紫外线擦除、可编程的 EPROM 和可用电擦除、可编程的 E PROM。 目前大容量存储器主要采用闪存芯片。 2、半导体存储器的主要特点及主要性能指标 半导体存储器的主要特点及 半导体存储器具有体积小、速度快、耗电少、价格低的优点。 半导体存储器主要有以下几个主要性能指标： （1） 存储容量：存储器所能存储二进制数码的数量，即所含存储元的总数 （2） 存取时间（读写周期） ：从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间 （3） 功耗：每个存储元消耗功率的大小 （4） 可靠性；对电磁场及温度变化等的抗干扰能力。 的优缺点？ 3、试比较动态 RAM 与静态 RAM 的优缺点？ 动态 RAM 集成度高、功耗低、价格低；但由于它是以电容上的电荷存储信息，必须定 时刷新，所以接口电路比较复杂； 静态 RAM 速度快，但由于是用双稳电路存储信息，集成度较低、功耗较大、成本较高。 4、设计存储器接口应考虑哪些主要问题？ 设计存储器接口应考虑哪些主要问题？ 在设计存储器接口时除了要考虑存储器的地址空间外，还要考虑 存储器与 CPU 的时序配合问题：慢速存储器要能够向 CPU 申请延长总线传输周期； CPU 总线的负载能力：大系统中，考虑到总线驱动能力不够，需要在接口中加入驱动 器/缓冲器； 存储芯片的选择：选择芯片类型时根据存储信息类型的不同决定选择 RAM 或 ROM；选 择芯片具体型号时，在满足容量要求的情况下，尽量选择容量大、集成度高的芯片。 与低速存储器接口时，通常采用什么方法进行速度匹配 举例说明。 速度匹配？ 5、当 CPU 与低速存储器接口时，通常采用什么方法进行速度匹配？举例说明。 当 CPU 与低速存储器接口时， 通常由低速存储器向 CPU 发出 “等待申请” 信号， CPU 使 在正常的读/写周期之外再插入一个或几个等待周期，这样就使指令的时钟周期数增加了。30例如，在 8086CPU 的引脚上提供了一根 READY 信号，CPU 在每个总线周期的 T3 时钟周 期和插入的等待周期 TW 中检测 READY，若 READY＝0，就在 T3 或当前的 TW 之后插入一个等 待周期，在等待周期中继续检测 READY 信号。所以慢速存储器在与 CPU 接口时，只要能在 T3 中（CPU 检测前）使 READY＝0，就可以让 CPU 延长总线传输周期。通过控制 READY 维持 为低电平的时间长短可以控制插入等待周期的个数。 6、存储芯片的选择与接口电路有何关系？挑选时应注意哪些问题？ 存储芯片的选择与接口电路有何关系？挑选时应注意哪些问题？ 存储芯片的选用和存储器接口设计直接相关：不同类型、不同型号的芯片构成的存储 器，其接口方法和复杂程度都不同。 在选择时一般要根据存储器的存放对象、 总体性能、 芯片类型和特征等方面综合考虑。 7、片选控制译码有哪几种常用方法？其中哪几种方法存在地址重叠问题？ 片选控制译码有哪几种常用方法？其中哪几种方法存在地址重叠问题？ 片选控制译码有线选法、全译码法、部分译码法和混合译码法。其中线选法、部分译 码法和混合译码法都存在地址重叠的问题。 用 1024× 16K× 位的存储器， 需要多少个芯片？分为多少组？ 8、 1024×1 位的 RAM 芯片组成 16K×8 位的存储器， 需要多少个芯片？分为多少组？ 共需多少根地址线？地址线如何分配？ 的连接框图。 共需多少根地址线？地址线如何分配？试画出与 CPU 的连接框图。 用 1024×1 位的 RAM 芯片构成 16K×8 位的存储器，共需要 16×8＝128 片；8 片为一 组，共分为 16 组；共需要 14 根地址线；其中低 10 根作低位地址，实现片内单元的选择， 高 4 位进行译码，产生片选信号，从 16 组中选中一组作为当前读写操作的对象。 首先进行芯片扩展，由 8 片 1024×1 位的芯片组成一个 1024×8 位的芯片组，除数据 线之外，将一组中 8 个芯片的同名引脚连在一起（包括：低位地址 A0～9、读写控制信号、 片选信号） ，如图 a 所示： 然后将 CPU 的存储器读写控制信号与芯片组的读写控制相连；低位地址 A0～9 与芯片组 的低位地址 A0～9 相连；再设计译码电路，产生 16 个译码输出信号，分别与 16 组的片选信 号相连，如图（b）所示。WE 1K×1 WE … （8） D D7 WE 1K×1 1K×1 … （2） CS （1） D1 D CS CS D0 D （a）芯片扩展31A 0～ 9 D 0～ 7 4-16 译码器 Y0 Y1 … Y15 MEMW A 0～ 9 A 0～ 9 A 0～ 9 D0～7 D 0～ 7 D 0～ 7 1K×8 1K×8 1K×8 CS 芯片组 CS 芯片组 … CS 芯片组 WE （1） （16） WE（2） WE …A13 A12 A11 A10D C B A（b）CPU 与芯片组的接口接口电路的主要区别是什么？ 9、DRAM 接口电路与 SRAM 接口电路的主要区别是什么？ DRAM 和 SRAM 相比，由于存储原理和芯片结构上的区别，使之在与 CPU 接口时有两个 特殊的问题要考虑：一是由于 DRAM 芯片中的存储元是靠栅极电容上的电荷存储信息的， 时间一长，信息就会丢失，所以必须定时刷新；二是由于 DRAM 芯片集成度高，存储容量 大，使得引脚数量不够用，所以地址输入一般采用两路复用锁存方式。 10、 控制器一般由哪几个主要部分组成？各自功能是什么？ 10、DRAM 控制器一般由哪几个主要部分组成？各自功能是什么？ DRAM 控制器的组成，及各部分的主要功能如下： （1） 地址多路开关：把来自 CPU 的地址转换成行地址和列地址分两次送出； （2） 刷新定时器：定时提出刷新请求； （3） 刷新地址计数器：提供刷新地址，每刷新一行，计数器自动加 1，全部行刷 新一遍后自动回零； （4） 仲裁电路：当来自 CPU 的访问存储器请求和来自刷新定时器的刷新请求同时 产生时，对二者的优先权进行裁定； （5） 时序发生器：提供行地址选通信号 、列地址选通信号 和写允许 CAS RAS 信号 。 WE 11、 当构成存储器的存储芯片容量不一致时， 如何进行地址译码电路设计？举例说明。 11、 当构成存储器的存储芯片容量不一致时， 如何进行地址译码电路设计？举例说明。 当构成存储器的存储芯片容量不一致时，有两种方法可共选择。一是用各自的译码电 路分别译码产生各自的片选信号；二是分两次译码来实现。实际中采用第 2 种方法居多， 这种方法首先按芯片容量大的进行一次译码，将一部分输出作为大容量芯片的片选信号； 另外一部分输出则与其他相关地址一起进行二次译码，产生小容量芯片的片选信号。 例如： 2KB 的 ROM 和 1KB 的 RAM 构成 4KB 的 ROM(0000H～0FFFH)和 4KB 的 RAM(2000H～ 用 2FFFH)，设系统有 16 根地址线，则芯片选择信号的产生如图所示：3212、 结构中，地址索引机构的作用是什么？一般用什么构成？ 12、Cache 结构中，地址索引机构的作用是什么？一般用什么构成？ 地址索引机构中存放着与高速缓冲存储器中内容相关的高位地址，当访问 Cache 命中 时，用来和地址总线上的低位地址一起形成访问 Cache 的地址。 为了保证 Cache 机构访问的快速性，地址索引机构一般采用按内容存取的相联存储器 （CAM） ，它是一种 TTL 器件，本身读写的时间延迟极小，且全部比较一次完成。2.2 闪存NOR 和 NAND 是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel 于 1988 年首先开发 出 NOR flash 技术，彻底改变了原先由 EPROM 和 EEPROM 一统天下的局面。紧接着， 1989 年，东芝公司发表了 NAND flash 结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且 象磁盘一样可以通过接口轻松升级。但是经过了十多年之后，仍然有相当多的硬件工程师 分不清 NOR 和 NAND 闪存。 相“flash 存储器”经常可以与相“NOR 存储器”互换使用。许多业内人士也搞不清 楚 NAND 闪存技术相对于 NOR 技术的优越之处，因为大多数情况下闪存只是用来存储少 量的代码，这时 NOR 闪存更适合一些。而 NAND 则是高数据存储密度的理想解决方案。 NOR 的特点是芯片内执行(XIP, eXecute In Place)，这样应用程序可以直接在 flash 闪存内运行，不必再把代码读到系统 RAM 中。NOR 的传输效率很高，在 1～4MB 的小容 量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。 NAND 结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也 很快。应用 NAND 的困难在于 flash 的管理和需要特殊的系统接口。 1、性能比较 flash 闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何 flash 器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行， 所以大多数情况下， 在进行写入操 作之前必须先执行擦除。NAND 器件执行擦除操作是十分简单的，而 NOR 则要求在进行 擦除前先要将目标块内所有的位都写为 0。 由于擦除 NOR 器件时是以 64～128KB 的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间 为 5s，与此相反，擦除 NAND 器件是以 8～32KB 的块进行的，执行相同的操作最多只需 要 4ms。33执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了 NOR 和 NADN 之间的性能差距，统计表明， 对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时)，更多的擦除操作必须在基于 NOR 的单 元中进行。这样，当选择存储解决方案时，设计师必须权衡以下的各项因素。 ● NOR 的读速度比 NAND 稍快一些。 ● NAND 的写入速度比 NOR 快很多。 ● NAND 的 4ms 擦除速度远比 NOR 的 5s 快。 ● 大多数写入操作需要先进行擦除操作。 ● NAND 的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。 2、接口差别 NOR flash 带有 SRAM 接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的 每一个字节。 NAND 器件使用复杂的 I/O 口来串行地存取数据，各个产品或厂商的方法可能各不相 同。8 个引脚用来传送控制、地址和数据信息。 NAND 读和写操作采用 512 字节的块，这一点有点像硬盘管理此类操作，很自然地， 基于 NAND 的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。 3、容量和成本 NAND flash 的单元尺寸几乎是 NOR 器件的一半，由于生产过程更为简单，NAND 结 构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量，也就相应地降低了价格。 NOR flash 占据了容量为 1～16MB 闪存市场的大部分，而 NAND flash 只是用在 8～ 128MB 的产品当中， 这也说明 NOR 主要应用在代码存储介质中， NAND 适合于数据存储， NAND 在 CompactFlash、Secure Digital、PC Cards 和 MMC 存储卡市场上所占份额最 大。 4、可靠性和耐用性 采用 flash 介质时一个需要重点考虑的问题是可*性。 对于需要扩展 MTBF 的系统来说， Flash 是非常合适的存储方案。可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较 NOR 和 NAND 的可靠性。 1）寿命 耐用性 耐用性) ）寿命(耐用性 在 NAND 闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次，而 NOR 的擦写次数是十万次。 NAND 存储器除了具有 10 比 1 的块擦除周期优势，典型的 NAND 块尺寸要比 NOR 器件 小 8 倍，每个 NAND 存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。 2) 位交换 所有 flash 器件都受位交换现象的困扰。在某些情况下(很少见，NAND 发生的次数要 比 NOR 多)，一个比特位会发生反转或被报告反转了。 一位的变化可能不很明显，但是如果发生在一个关键文件上，这个小小的故障可能导 致系统停机。如果只是报告有问题，多读几次就可能解决了。 当然，如果这个位真的改变了，就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法。位 反转的问题更多见于 NAND 闪存，NAND 的供应商建议使用 NAND 闪存的时候，同时使 用 EDC/ECC 算法。34这个问题对于用 NAND 存储多媒体信息时倒不是致命的。 当然， 如果用本地存储设备 来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时，必须使用 EDC/ECC 系统以确保可*性。 3）坏块处理 ） NAND 器件中的坏块是随机分布的。以前也曾有过消除坏块的努力，但发现成品率太 低，代价太高，根本不划算。 NAND 器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块，并将坏块标记为不可用。在已制 成的器件中，如果通过可*的方法不能进行这项处理，将导致高故障率。 5、易于使用 可以非常直接地使用基于 NOR 的闪存，可以像其他存储器那样连接，并可以在上面 直接运行代码。 由于需要 I/O 接口，NAND 要复杂得多。各种 NAND 器件的存取方法因厂家而异。 在使用 NAND 器件时，必须先写入驱动程序，才能继续执行其他操作。向 NAND 器件写 入信息需要相当的技巧， 因为设计师绝不能向坏块写入， 这就意味着在 NAND 器件上自始 至终都必须进行虚拟映射。 6、软件支持 当讨论软件支持的时候，应该区别基本的读/写/擦操作和高一级的用于磁盘仿真和闪 存管理算法的软件，包括性能优化。 在 NOR 器件上运行代码不需要任何的软件支持，在 NAND 器件上进行同样操作时， 通常需要驱动程序，也就是内存技术驱动程序(MTD)，NAND 和 NOR 器件在进行写入和 擦除操作时都需要 MTD。 使用 NOR 器件时所需要的 MTD 要相对少一些， 许多厂商都提供用于 NOR 器件的更 高级软件，这其中包括 M-System 的 TrueFFS 驱动，该驱动被 Wind River System、 Microsoft、QNX Software System、Symbian 和 Intel 等厂商所采用。 驱动还用于对 DiskOnChip 产品进行仿真和 NAND 闪存的管理，包括纠错、坏块处理 和损耗平衡。2.3 闪存卡闪存卡（Flash Memory Card）是利用闪存（Flash Memory）技术达到存储电子信息 的存储器，一般应用在手机，数码相机，掌上电脑，MP3，MP4，GPS 等小型数码产品 中作为存储介质，所以样子小巧，有如一张卡片，所以称之为闪存卡。根据接口标准的不 同，闪存卡大概有 SmartMedia（SM 卡）、Compact Flash（CF 卡）、MultiMediaCard （MMC 卡）、Secure Digital（SD 卡）、Memory Stick（记忆棒）、XD-Picture Card（XD 卡）这些闪存卡虽然外观尺寸各异、 但是存储的基本技术原理都是相同的。 尺寸和规格，可以参考下表：352.3.1 SD 卡SD 卡（Secure Digital Memory Card）是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设 备。SD 卡由日本松下、东芝及美国 SanDisk 公司于 1999 年 8 月共同开发研制。拥有高记 忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。相比 CF 卡，SD 卡要小 得多，它的外形跟邮票差不多大小，所以使用 SD 卡的数码单反更容易实现小型化。目前， SD 卡已经在消费类数码相机取得了绝对的市场占有率（除了索尼和奥林巴斯的数码相机， 其他品牌的数码相机都采用 SD 卡作为存储介质） ，而在数码单反领域，使用 SD 卡的数码 单反也越来越多，尤其是小型数码单反都改用 SD 卡作为存储介质。 1、结构 SD 记忆卡具有机械式写入保护开关，以免至关重要的数据被意外丢失。卡两侧的导 槽可防止其插反了方向，一个凹口可防止器械掉落或撞击时，卡跳出其插孔。肋条可保护 金属触点，以减少静电所引起的损坏可能性，或触碰损坏，如擦伤等。为了与多媒体卡向 上兼容，1.4mm 导槽可保护插孔，并可接受 SD 记忆卡或多媒体卡。 2、容量 SD 卡由于其体积较小，所以在同一时期，其最大容量总是落后于 CF 卡。目前，SD 卡的主流容量在 1GB～4GB， 而目前市面上销售的最大容量的 SD 卡则达到了 8GB。 当然，368GB 远不是 SD 卡能够达到的容量极限，未来还会出现容量更大的 SD 卡。 3、兼容性 SD 卡分为两种，一种是标准 SD 卡，另一种则是 SDHC 卡。SDHC 中的 HC 是 High Capacity（高容量）的缩写，其主要特点是：采用 FAT32 分区，所以可以制造超过 4GB 容 量的存储卡 （标准 SD 卡最大容量为 4GB， SDHC 卡的容量则从 4GB 开始起步） SDHC 而 。 与标准 SD 卡外形尺寸完全相同，但由于它采用了 FAT32 分区，所以，并不是能使用 SD 卡的数码单反都支持 SDHC 标准 （某些较老的支持 SD 卡的数码相机可能只支持较传统 SD 卡使用的 FAT12/16 分区格式。但是，随着 SDHC 的普及，新出品的数码单反都对其提供 了良好的支持。SDHC 卡在存储卡的包装和标签上都提供了显著的标识，所以识别起来并 不困难。而且，SD 卡与 MMC 卡保持着向上兼容，也就是说，MMC 可以被新的 SD 设备 存取，兼容性则取决于应用软件，但 SD 卡却不可以被 MMC 设备存取。 （SD 卡外型采用 了与 MMC 厚度一样的导轨式设计，以使 SD 设备可以适合 MMC） 另外，手机上使用的 Mini SD 和 Micro SD（又叫 TransFlash，TF 卡）可以视为 SD 卡 的一种“变形”， 它们都是 SD 卡的一种“微缩”版本， 加上各自的适配器即可和 SD 卡保持完 全的兼容。 4、速度 SD 卡的速度表示方法跟 CF 卡一样，也是以“倍数”作为衡量标准。而对于 SDHC 卡， 还定义了一种新的速度表示方法。SDHC 包括 CLASS2、4、6 三种规格，其中，CLASS2 表示其写入速度不低于 2MB/s，CLASS4 则表示写入速度不低于 4MB/s，以此类推。尽管 这个速度看上去并不是非常快，但需要注意的是，这是最低写入速度，而不是最快的写入 速度，所以是一种非常保守的表示方法。其中，最高档的 CLASS6 的 SDHC 卡主要针对专 业级的数码单反设计，在高速连拍下尤其能发挥威力。2.3.2 CF 卡CF 卡 （Compact Flash card） 1994 年由 SanDisk 最先推出的。 卡具有 PCMCIA-ATA 是 CF 功能， 并与之兼容；CF 卡重量只有 14g，仅纸板火柴般大小 （42.8mm x 36.4mm x 3.3mm） ， 是一种固态存储产品，也就是工作时没有运动部件。CF 卡采用闪存（flash memory）技术， 是一种稳定的存储解决方案，不需要电池来维持其中存储的数据。对所保存的数据来说， CF 卡比传统的磁盘驱动器安全性和保护性都更高； 比传统的磁盘驱动器及Ⅲ型 PC 卡的可 靠性高 5 到 10 倍，而且 CF 卡的用电量仅为小型磁盘驱动器的 5%。这些优异的条件使得 大多数数码相机选择 CF 卡作为其首选存储介质。 虽然最初 CF 卡是采用 Flash Memory 的存贮卡，但随着 CF 卡的发展，各种采用 CF 卡规格的非 Flash Memory 卡也开始出现，CFA（CF 标准协会）后来又发展出了 CF+的规 格， CF 卡的范围扩展到非 Flash Memory 的其它领域， 使 包括其它 I/O 设备和磁盘存贮器， 以及一个更新物理规格的 Type II 规格（IBM 的 Microdrive 就是 Type II 的 CF 卡） ，Type II 和原来的 Type I 相比不同之处在于 Type II 厚度为 5mm。37CF 卡同时支持 3.3 伏和 5 伏的电压，任何一张 CF 卡都可以在这两种电压下工作，这 使得它具有广阔的使用范围。CF 存贮卡的兼容性还表现在它把 Flash Memory 存贮模块与 控制器结合在一起，这样使用 CF 卡的外部设备就可以做得比较简单，而且不同的 CF 卡 都可以用单一的机构来读写，不用担心兼容性问题，特别是 CF 卡升级换代时也可以保证 旧设备的兼容性。 CF 卡有相当多的平台支持，包括 DOS，Windows 3.x，Windows 95，Windows 98， Windows CE，OS/2，Apple System 7，Linux 和许多种 UNIX 都能够支持。 CF 卡作为世界范围内的存储行业标准，保证 CF 产品的兼容，保证 CF 卡的向后兼容 性；随着 CF 卡越来越被广泛应用，各厂商积极提高 CF 卡的技术，促进新一代体小质轻、 低能耗先进移动设备的推出，进而提高工作效率。CFA 总部在加拿大的 Palo Alto，其成员 有权免费得到 CF 卡、CF 商标和 CF 技术详情。CFA 成员包括 3COM，佳能、柯达、惠普、 日立、IBM、松下、摩托罗拉、NEC、SanDisk、精工（爱普生）和 Socket Communications 等 120 多个。而且其中的主要数码相机生产研发厂商已经成立了一个专门组织，从事于 CF 产品的开发。 目前主流的 CF 卡都支持 CF4.0 及以上的标准，最高容量做到了 32GB，而且很多都支 持 PIO6 和 UDMA6 的传送模式，最高可以达到 300X 的读写速度；这个速度应该是存储 卡里面最出色的速度了。 CF 卡有以下缺点： 1）体积较大。与其他种类的存储卡相比，CF 卡的体积略微偏大，这也限制了使用 CF 卡的数码相机体积，所以现下流行的超薄数码相机大多放弃了 CF 卡，而改用体积更为 小巧的 SD 卡。 2）功耗较高。相对其他几种规格的存储卡，CF 卡的耗电最大，通常都在 100mA 左 右。38第3章 章3.1 开关电源原理开关电源技术 开关电源技术开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的导通与截止．将直流电转化为高频率 的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压的电源。 开关电源由以下几个部分组成： 一、主电路 从交流电网输入、直流输出的全过程，包括： 1、输入滤波器：其作用是将电网存在 的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。 2、整流与滤波：将电网交流 电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。 3、逆变：将整流后的直流电变为高 频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。 4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。 二、控制电路 一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉 宽，达到输出稳定. 开关电源省去了笨重的变压器。具有体积小，效率高，成本低。广泛用于各种电子设 备中的电源。转化为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比 50Hz 高很多．所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热！成本很低．如果不将 50Hz 变为高频那开关电源就没有意义 开关电源大体可以分为隔离和非隔离两种,隔离型的必定有开关变压器,而非隔离的 未必一定有。 开关电源的工作原理是: 1.交流电源输入经整流滤波成直流； 2.通过高频 PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上； 3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载； 4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制 PWM 占空比,以达到稳定输出的目 的。3.2 开关电源的电路组成开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电 路、PWM 控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出 过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。 开关电源的电路组成方框图如下：393.2.1 输入电路的原理及常见电路1、AC 输入整流滤波电路原理① 防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由 MOV1、MOV2、MOV3： F1、F2、F3、FDG1 组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压 时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3 会烧毁保护 后级电路。 ② 输入滤波电路：C1、L1、C2、C3 组成的双 π 型滤波网络主要是对输入电源的电 磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电 网干扰。当电源开启瞬间，要对 C5 充电，由于瞬间电流大，加 RT1（热敏电阻）就能有 效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在 RT1 电阻上，一定时间后温度升高后 RT1 阻值 减小（RT1 是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。40③ 整流滤波电路：交流电压经 BRG1 整流后，经 C5 滤波后得到较为纯净的直流电 压。若 C5 容量变小，输出的交流纹波将增大。 2、 DC 输入滤波电路原理① 输入滤波电路：C1、L1、C2 组成的双 π 型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪 声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干 扰。C3、C4 为安规电容，L2、L3 为差模电感。 ② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7 组成抗浪涌电路。 在起机的瞬间，由于 C6 的存在 Q2 不导通，电流经 RT1 构成回路。当 C6 上的电压充至 Z1 的稳压值时 Q2 导通。如果 C8 漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在 RT1 上产生的压降增大，Q1 导通使 Q2 没有栅极电压不导通，RT1 将会在很短的时间烧毁， 以保护后级电路。3.2.2 功率变换电路1、 MOS 管的工作原理： 目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是 MOSFET （MOS 管） ， 是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不 导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达 105 欧姆，MOS 管是利用栅源电压的 大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、 常见的原理图：413、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2 组成缓冲器，和开关 MOS 管并接，使开关管电 压应力减少，EMI 减少，不发生二次击穿。在开关管 Q1 关断时，变压器的原边线圈易产 生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从 R3 测得 的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当 R5 上的电压达到 1V 时，UC3842 停止工作，开关管 Q1 立即关断 。 R1 和 Q1 中的结电容 CGS、 CGD 一起组成 RC 网络， 电容的充放电直接影响着开关 管的开关速度。R1 过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1 过大，会降低开关管的开 关速度。Z1 通常将 MOS 管的 GS 电压限制在 18V 以下，从而保护了 MOS 管。 Q1 的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1 导通时间越长，变压器所储存 的能量也就越多；当 Q1 截止时，变压器通过 D1、D2、R5、R4、C3 释放能量，同时也 达到了磁场复位的目的，为变压器的下一次存储、传递能量做好了准备。IC 根据输出电压 和电流时刻调整着⑥脚锯形波占空比的大小，从而稳定了整机的输出电流和电压。 C4 和 R6 为尖峰电压吸收回路。 4、推挽式功率变换电路 Q1 和 Q2 将轮流导通。5、有驱动变压器的功率变换电路：T2 为驱动变压器，T1 为开关变压器，TR1 为电 流环。423.2.3 输出整流滤波电路1、 正激式整流电路T1 为开关变压器，其初极和次极的相位同相。D1 为整流二极管，D2 为续流二极管， R1、C1、R2、C2 为削尖峰电路。L1 为续流电感，C4、L2、C5 组成 π 型滤波器。 2、 反激式整流电路43T1 为开关变压器，其初极和次极的相位相反。D1 为整流二极管，R1、C1 为削尖峰 电路。L1 为续流电感，R2 为假负载，C4、L2、C5 组成 π 型滤波器。 3、 同步整流电路工作原理：当变压器次级上端为正时，电流经 C2、R5、R6、R7 使 Q2 导通，电路 构成回路，Q2 为整流管。Q1 栅极由于处于反偏而截止。当变压器次级下端为正时，电流 经 C3、R4、R2 使 Q1 导通，Q1 为续流管。Q2 栅极由于处于反偏而截止。L2 为续流电 感，C6、L1、C7 组成 π 型滤波器。R1、C1、R9、C4 为削尖峰电路。3.2.4 稳压环路原理1、反馈电路原理图442、工作原理： 当输出 U0 升高，经取样电阻 R7、R8、R10、VR1 分压后，U1③脚电压升高，当其 超过 U1②脚基准电压后 U1①脚输出高电平，使 Q1 导通，光耦 OT1 发光二极管发光， 光电三极管导通，UC3842①脚电位相应变低，从而改变 U1⑥脚输出占空比减小，U0 降 低。 当输出 U0 降低时，U1③脚电压降低，当其低过 U1②脚基准电压后 U1①脚输出低 电平，Q1 不导通，光耦 OT1 发光二极管不发光，光电三极管不导通，UC3842①脚电位 升高， 从而改变 U1⑥脚输出占空比增大， 降低。 U0 周而复始， 从而使输出电压保持稳定。 调节 VR1 可改变输出电压值。 反馈环路是影响开关电源稳定性的重要电路。如反馈电阻电容错、漏、虚焊等，会产 生自激振荡，故障现象为：波形异常，空、满载振荡，输出电压不稳定等。3.2.5 短路保护电路1、在输出端短路的情况下，PWM 控制电路能够把输出电流限制在一个安全范围内， 它可以用多种方法来实现限流电路，当功率限流在短路时不起作用时，只有另增设一部分 电路。 2、短路保护电路通常有两种，下图是小功率短路保护电路，其原理简述如下：当输出电路短路，输出电压消失，光耦 OT1 不导通，UC3842①脚电压上升至 5V 左右， R1 与 R2 的分压超过 TL431 基准，使之导通，UC3842⑦脚 VCC 电位被拉低，IC 停止 工作。 UC3842 停止工作后①脚电位消失， TL431 不导通 UC3842⑦脚电位上升， UC384245重新启动，周而复始。当短路现象消失后，电路可以自动恢复成正常工作状态。 3、下图是中功率短路保护电路，其原理简述如下：当输出短路，UC3842①脚电压上升,U1 ③脚电位高于②脚时，比较器翻转①脚输出 高电位，给 C1 充电，当 C1 两端电压超过⑤脚基准电压时 U1⑦脚输出低电位，C3842 ①脚低于 1V，UCC3842 停止工作，输出电压为 0V，周而复始，当短路消失后电路正常 工作。R2、C1 是充放电时间常数，阻值不对时短路保护不起作用。 4、 下图是常见的限流、短路保护电路。其工作原理简述如下：当输出电路短路或过流，变压器原边电流增大，R3 两端电压降增大，③脚电压升高， UC3842⑥脚输出占空比逐渐增大，③脚电压超过 1V 时，UC3842 关闭无输出。 5、下图是用电流互感器取样电流的保护电路，有着功耗小，但成本高和电路较为复 杂，其工作原理简述如下：输出电路短路或电流过大， TR1 次级线圈感应的电压就越高， UC3842③脚超过 1 当 伏，UC3842 停止工作，周而复始，当短路或过载消失，电路自行恢复。463.2.6 输出端限流保护上图是常见的输出端限流保护电路，其工作原理简述如上图：当输出电流过大时，RS （锰铜丝）两端电压上升，U1③脚电压高于②脚基准电压，U1①脚输出高电压，Q1 导 通，光耦发生光电效应，UC3842①脚电压降低，输出电压降低，从而达到输出过载限流 的目的。3.2.7 输出过压保护电路的原理输出过压保护电路的作用是：当输出电压超过设计值时，把输出电压限定在一安全值 的范围内。当开关电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引起输出过压现象 时，过压保护电路进行保护以防止损坏后级用电设备。应用最为普遍的过压保护电路有如 下几种： 1、可控硅触发保护电路 、如上图，当 Uo1 输出升高，稳压管（Z3）击穿导通，可控硅（SCR1）的控制端得 到触发电压，因此可控硅导通。Uo2 电压对地短路，过流保护电路或短路保护电路就会工 作，停止整个电源电路的工作。当输出过压现象排除，可控硅的控制端触发电压通过 R 对 地泄放，可控硅恢复断开状态。472、光电耦合保护电路 、如上图，当 Uo 有过压现象时，稳压管击穿导通，经光耦（OT2）R6 到地产生电流 流过，光电耦合器的发光二极管发光，从而使光电耦合器的光敏三极管导通。Q1 基极得 电导通，3842 的③脚电降低，使 IC 关闭，停止整个电源的工作，Uo 为零，周而复始。 3、输出限压保护电路 、 输出限压保护电路如下图，当输出电压升高，稳压管导通光耦导通，Q1 基极有驱动 电压而道通，UC3842③电压升高，输出降低，稳压管不导通，UC3842③电压降低，输 出电压升高。周而复始，输出电压将稳定在一范围内（取决于稳压管的稳压值）。4、输出过压锁死电路 、图 A 的工作原理是，当输出电压 Uo 升高，稳压管导通，光耦导通，Q2 基极得电导 通， 由于 Q2 的导通 Q1 基极电压降低也导通， Vcc 电压经 R1、 Q1、 使 Q2 始终导通， R2 UC3842③脚始终是高电平而停止工作。在图 B 中，UO 升高 U1③脚电压升高，①脚输 出高电平，由于 D1、R1 的存在，U1①脚始终输出高电平 Q1 始终导通，UC3842①脚 始终是低电平而停止工作。483.2.8 功率因数校正电路1、原理示意图：2、工作原理： 输入电压经 L1、L2、L3 等组成的 EMI 滤波器，BRG1 整流一路送 PFC 电感，另一 路经 R1、R2 分压后送入 PFC 控制器作为输入电压的取样，用以调整控制信号的占空比， 即改变 Q1 的导通和关断时间，稳定 PFC 输出电压。L4 是 PFC 电感，它在 Q1 导通时储 存能量，在 Q1 关断时施放能量。D1 是启动二极管。D2 是 PFC 整流二极管，C6、C7 滤波。PFC 电压一路送后级电路，另一路经 R3、R4 分压后送入 PFC 控制器作为 PFC 输 出电压的取样，用以调整控制信号的占空比，稳定 PFC 输出电压。3.2.9 输入过欠压保护1、 原理图：492、 工作原理： AC 输入和 DC 输入的开关电源的输入过欠压保护原理大致相同。保护电路的取样电 压均来自输入滤波后的电压。 取样电压分为两路，一路经 R1、R2、R3、R4 分压后输入比较器 3 脚，如取样电压高 于 2 脚基准电压，比较器 1 脚输出高电平去控制主控制器使其关断，电源无输出。另一路 经 R7、R8、R9、R10 分压后输入比较器 6 脚，如取样电压低于 5 脚基准电压，比较器 7 脚输出高电平去控制主控制器使其关断，电源无输出。50第4章总线技术任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接，但如果将各部件和每一种 外围设备都分别用一组线路与 CPU 直接连接，那么连线将会错综复杂，甚至难以实现。 为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部 件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。采用总线结构便于部件和设备的扩 充，尤其制定了统一的总线标准则容易使不同设备间实现互连。 按总线的功能分类：地址总线、数据总线、控制总线。 通常所说的总线都包括上述三个组成部分：地址总线（AB）用来传送地址信息，数 据总线（DB）用来传送数据信息，控制总线（CB）用来传送各种控制信号。 微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。内部总线是微机内部各外围芯片 与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；而系统总线是微机中各插件板与系统板之间 的总线，用于插件板一级的互连；外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机作为一 种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互连。 另外，从广义上说，计算机通信方式可以分为并行通信和串行通信，相应的通信总线 被称为并行总线和串行总线。并行通信速度快、实时性好，但由于占用的口线多，不适于 小型化产品；而串行通信速率虽低，但在数据通信吞吐量不是很大的微处理电路中则显得 更加简易、方便、灵活。串行通信一般可分为异步模式和同步模式。 随着微电子技术和计算机技术的发展，总线技术也在不断地发展和完善，而使计算机 总线技术种类繁多，各具特色。下面仅对微机各类总线中目前比较流行的总线技术分别加 以介绍。4.1 内部总线1．I2C 总线 I2C（Inter-IC）总线 10 多年前由 Philips 公司推出，是近年来在微电子通信控制领域 广泛采用的一种新型总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式 简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个 I2C 总线器件 同时接到 I2C 总线上，通过地址来识别通信对象。 2．SPI 总线 串行外围设备接口 SPI（serial peripheral interface）总线技术是 Motorola 公司推出 的一种同步串行接口。Motorola 公司生产的绝大多数 MCU（微控制器）都配有 SPI 硬件 接口，如 68 系列 MCU。SPI 总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，所以，与 SPI 有关的软件就相当简单，使 CPU 有更多的时间处理其他事务。 3．SCI 总线 串行通信接口 SCI（serial communication interface）也是由 Motorola 公司推出的。51它是一种通用异步通信接口 UART，与 MCS-51 的异步通信功能基本相同。 4．IIS 总线 IIS(Inter-ICSoundbus)又称 I2S，是菲利浦公司提出的串行数字音频总线协议。目前 很多音频芯片和 MCU 都提供了对 IIS 的支持。 IIS 总线只处理声音数据。其他信号(如控制信号)必须单独传输。为了使芯片的引出管 脚尽可能少，IIS 只使用了三根串行总线。这三根线分别是：提供分时复用功能的数据线、 字段选择线(声道选择)、时钟信号线。 5.单总线 5.单总线 近年来，美国的达拉斯半导体公司（DALLASSEMICONDUCTOR）推出了一项 特有的单总线（1－Wire Bus）技术。该技术与上述总线不同，它采用单根信号线， 既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术具有 线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线扩展和维护等优点。 单总线适用于单主机系统，能够控制一个或多个从机设备。主机可以是微控制 器，从机可以是单总线器件，它们之间的数据交换只通过一条信号线。当只有一个 从机设备时，系统可按单节点系统操作；当有多个从机设备时，系统则按多节点系 统操作。4.2 系统总线1．ISA 总线 ISA（industrial standard architecture）总线标准是 IBM 公司 1984 年为推出 PC/AT 机而建立的系统总线标准，所以也叫 AT 总线。它是对 XT 总线的扩展，以适应 8/16 位数 据总线要求。 它在 80286 至 80486 时代应用非常广泛， 以至于现在奔腾机中还保留有 ISA 总线插槽。ISA 总线有 98 只引脚。 2．EISA 总线 EISA 总线是 1988 年由 Compaq 等 9 家公司联合推出的总线标准。它是在 ISA 总线 的基础上使用双层插座， 在原来 ISA 总线的 98 条信号线上又增加了 98 条信号线， 也就是 在两条 ISA 信号线之间添加一条 EISA 信号线。在实用中，EISA 总线完全兼容 ISA 总线 信号。 3．VESA 总线 VESA（video electronics standard association）总线是 1992 年由 60 家附件卡制造 商联合推出的一种局部总线，简称为 VL(VESA local bus)总线。它的推出为微机系统总线 体系结构的革新奠定了基础。该总线系统考虑到 CPU 与主存和 Cache 的直接相连，通常 把这部分总线称为 CPU 总线或主总线， 其他设备通过 VL 总线与 CPU 总线相连， 所以 VL 总线被称为局部总线。 它定义了 32 位数据线， 且可通过扩展槽扩展到 64 位， 使用 33MHz 时钟频率，最大传输率达 132MB/s，可与 CPU 同步工作。是一种高速、高效的局部总线，52可支持 386SX、386DX、486SX、486DX 及奔腾微处理器。 4．PCI 总线 PCI （peripheral component interconnect） 总线是当前最流行的总线之一， 它是由 Intel 公司推出的一种局部总线。它定义了 32 位数据总线，且可扩展为 64 位。PCI 总线主板插 槽的体积比原 ISA 总线插槽还小，其功能比 VESA、ISA 有极大的改善，支持突发读写操 作，最大传输速率可达 132MB/s，可同时支持多组外围设备。 PCI 局部总线不能兼容现 有的 ISA、EISA、MCA（micro channel architecture）总线，但它不受制于处理器，是基 于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。 5．Compact PCI 以上所列举的几种系统总线一般都用于商用 PC 机中，在计算机系统总线中，还有另 一大类为适应工业现场环境而设计的系统总线，比如 STD 总线、 VME 总线、PC/104 总 线等。这里仅介绍当前工业计算机的热门总线之一――Compact PCI。 Compact PCI 的意思是“坚实的 PCI”，是当今第一个采用无源总线底板结构的 PCI 系 统，是 PCI 总线的电气和软件标准加欧式卡的工业组装标准，是当今最新的一种工业计算 机标准。Compact PCI 是在原来 PCI 总线基础上改造而来，它利用 PCI 的优点，提供满 足工业环境应用要求的高性能核心系统，同时还考虑充分利用传统的总线产品，如 ISA、 STD、VME 或 PC/104 来扩充系统的 I/O 和其他功能。4.3 外部总线1．RS-232-C 总线 RS-232RS-232-C 是美国电子工业协会 EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串 行物理接口标准。 是英文“推荐标准”的缩写， 为标识号， 表示修改次数。 RS 232 C RS-232-C 总线标准设有 25 条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主 通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条 地线。RS-232-C 标准规定的数据传输速率为每秒 50、75、 100、150、300、600、1200、 、 波特。RS-232-C 标准规定，驱动器允许有 2500pF 的电容负 载， 通信距离将受此电容限制， 例如， 采用 150pF/m 的通信电缆时， 最大通信距离为 15m； 若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是 RS-232 属单端 信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于 20m 以内的通信。 2．RS-485 总线 RS在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用 RS-485 串行总线标准。RS-485 采 用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度， 能检测低至 200mV 的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS-485 采用半双工工 作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。 RS-485 用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用 RS-485 可以联网构成分 布式系统，其允许最多并联 32 台驱动器和 32 台接收器。533．IEEE-488 总线 IEEE上述两种外部总线是串行总线，而 IEEE-488 总线是并行总线接口标准。IEEE-488 总线用来连接系统，如微计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表均可用 IEEE-488 总线装配起来。它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号，连接方式为 总线方式，仪器设备直接并联于总线上而不需中介单元，但总线上最多可连接 15 台设备。 最大传输距离为 20 米，信号传输速度一般为 500KB/s，最大传输速度为 1MB/s。 4．USB 总线 USB 是英文 UniversalSerialBus 的缩写，中文含义是“通用串行总线”。它是一种 应用在 PC 领域的新型接口技术。自从 1995 年 PC 机带有 USB 接口，1998 年 USB 接口逐步 走进大规模实用阶段。 这几年，随着大量支持 USB 的个人电脑的普及，USB 逐步成为 PC 机的标准接口已经 是大势所趋。在主机(host)端，最新推出的 PC 机几乎 100%支持 USB；而在外设(device) 端，使用 USB 接口的设备也与日俱增，例如数码相机、扫描仪、游戏杆、磁带和软驱、图 像设备、打印机、键盘、鼠标等等。 USB 设备之所以会被大量应用，主要具有以下优点： 1）可以热插拔，告别“并口和串口先关机，将电缆接上，再开机”的动作。 2）系统总线供电，低功率设备无需外接电源，采用低功耗设备，并可提供 5V/500mA 电源。 3）支持设备众多，支持多种设备类，例如鼠标，键盘，打印机等。 4）扩展容易，可以连接多个设备，最多可扩 127 个。 5）高速数据传输，USB1.1 是 12Mb/s，USB2.0 高达 480Mb/S。 6）方便的设备互连，USBOTG 支持点对点通信，例如数码相机和打印机直接互连，无 需 PC。 当然，USB 设备也有其缺点，包括： 1）供电能力，如果外设的供电电流大于 500mA 时，设备必须外接电源。 2）传输距离，USB 总线的连线长度最大为 5m，即便是用 HUB 来扩展，最远也不超过 30 米。4.4 CAN 总线4.4.1 ＣＡＮ总线简介及其特点 ＣＡＮ总线简介及其特点ＣＡＮ网络（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）是现场总线技术的 一种，它是一种架构开放、广播式的新一代网络通信协议，称为控制器局域网现场总线。 ＣＡＮ网络原本是德国Ｂｏｓｃｈ公司为欧洲汽车市场所开发的。ＣＡＮ推出之初是用于 汽车内部测量和执行部件之间的数据通信。例如汽车刹车防抱死系统、安全气囊等。对机 动车辆总线和对现场总线的需求有许多相似之处，即能够以较低的成本、较高的实时处理54能力在强电磁干扰环境下可靠地工作。因此ＣＡＮ总线可广泛应用于离散控制领域中的过 程监测和控制，特别是工业自动化的底层监控，以解决控制与测试之间的可靠和实时数据 交换。 ＣＡＮ总线有如下基本特点： * ＣＡＮ协议最大的特点是废除了传统的站地址编码，代之以对数据通信数据块进行 编码，可以多主 方式工作； * ＣＡＮ采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的 节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，有效避免了总线 冲突； * ＣＡＮ采用短帧结构，每一帧的有效字节数为８个（ＣＡＮ技术规范２．０Ａ）， 数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短； * ＣＡＮ的每帧数据都有ＣＲＣ效验及其他检错措施，保证了数据传输的高可靠性, 适于在高干扰环境中使用； * ＣＡＮ节点在错误严重的情况下， 具有自动关闭总线的功能， 切断它与总线的联系， 以使总线上其它操作不受影响； * ＣＡＮ可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播集中方式传送和接受数据； * ＣＡＮ总线直接通讯距离最远可达１０ｋｍ／５Ｋｂｐｓ，通讯速率最高可达１Ｍ ｂｐｓ／４０ｍ； * 采用不归零码（ＮＲＺ―Ｎｏｎ}