偏置电路设计模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇偏置电路设计，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）13?0159?03

Design and application of low?price bias circuit for Si?PIN photodiodes

JIA Mu?lin1， ZENG Guo?qiang2， MA Xiong?nan3

（1. Guangxi Radiation Environment Supervision and Management Station， Naning 530222， China； 2. Chengdu University of Technologe， Chengdu 610059， China；

3. China Institude For Radiation Protection， Taiyuan 030006， China）

Abstract： The Si?PIN photodiodes have been more and more widely used in the areas of weak light signal detection， but the result of detection is more likely affected by bias voltage and other factors. The high?stability bias voltage with low ripple coefficient is essential for accurately achieving the detected weak light singal. A Si?PIN photodiode bias circuit based on TPS61040 DC/DC boost converting chip was design and applied to the weak light signal detection of the NaT （Tl） scintillator. A good result was achieved.

Keywords： Si?PIN photondiode； bias circuit； electronic filter； scintillator detector

硅PIN光电二极管（以下简称SPD）作为一种成熟的半导体光电器件，因其特有的优势在自控、通信、环保、医疗及高能物理研究等领域得到了越来越广泛的应用，但其使用极易受所加偏置电压的影响。因此，在实际应用中对SPD上所加的偏置电压的要求非常苛刻，必须具备很低的纹波系数和良好的稳定性，这也就造成常用的SPD偏置电路成本较高。针对这一情况，本文将介绍一款基于TPS61040电压转换芯片的偏压电路设计，并将其应用于NaI（Tl）+SPD辐射探测器的信号检测。

1 硅PIN光电二极管与偏置电压关系

1.1 SPD及其偏置电压简介

与普通光电二极管相比，SPD是由中间隔着本征层的PN结构成。当在PN两端外加反向偏压时，内建电场几乎集中于I层，使得耗尽层厚度加大，增大了对光子的吸收和转换有效区域，提高了量子效率；同时，PN节双电层间距加宽，降低了器件本身的结电容，如图1所示。使得器件的响应速度提高，有利于在微弱光脉冲信号检测领域的运用；此外，结电容的降低减小了信号电荷在其上的分配，有利于为前置放大电路输入更多的原始信号电荷。

图1 偏置电压与结电容关系

1.2 偏置电压电平选择

但偏置电压不是越高越好，原因是SPD的暗电流随偏压的增加而增加，如图2所示。当偏压超过一定值时，暗电流随偏压呈线性增长趋势，使得整个系统的信噪比迅速降低。在进行微弱光信号检测时，若所加偏压自身噪声较大，将直接影响到有用信号的提取，甚至可能将有用信号完全湮没。综合SPD的特性曲线和实验结果，一般将偏置电压设定在24 V。

图2 偏置电压与暗电流关系

2 偏置电路设计

2.1 升压芯片确定

通常，便携式仪器配用的电源电压为较低，无法满足SPD偏置电压电平24 V的要求，须进行升压处理。目前，主要选用APD（雪崩光电二极管）专用升压芯片（如：MAX5026，MAX1932等）构成SPD的偏置电路，但成本相对较高，且这类芯片升压幅度远超过SPD的需要，造成了一定的浪费。因此，设计一款低成本的SPD专用偏置电路是非常有必要的。

本文选用的TPS61040升压芯片是一款由德州仪器公司生产的电感式DC/DC升压转换器，其主要特点是价格低、功耗低、转换效率高。该芯片采用脉冲频率调制（FPM）模式，开关频率高达1 MHz；输入电压范围为1.8～6 V，可选用的供电电源较为丰富，适用性强；最高输出电压可达28 V，可满足绝大部分SPD的偏压电平要求。

2.2 TPS61040工作原理

TPS61040的内部功能结构如图3所示，其脉冲频率调制模式（PFM）工作原理如下：转换器通过FB脚检测输出电压，当反馈电压降到参考电压1.233 V以下时，启动内部开关，使电感电流增大，并开始储能；当流过外部电感的电流达到内部设定的电流峰值400 mA或者开关启动时间超过6 μs时，内部开关自动关闭，电感所储能量开始释放；反馈电压低于1.233 V或内部开关关闭时间超过400 ns，开关再次启动，电流增大。通过PFM峰值电流控制的调配，转换器工作在不间断导通模式，开关频率取决于输出电流大小。这种方式使得转换器具有85%的转换效率。芯片内部集成的MOSFET开关，可使输出端SW与输入端隔离。在关断过程中输入电压与输出电压间无联接，可将关断电流减小到0.1 μA量级，从而大大降低了功率。

图3 TPS61040的功能模块

2.3 升压电路设计

本文设计（图4所示）采用5 V电池作为电源，输出电压+24.5 V。根据TPS61040的数据手册可知反馈电平决定了输出电压的值，反馈电平又与分压电阻直接相关，输出电压[Vout]可按如下公式计算：

[Vout=1.233*（1+RTRB）]

式中：[RT]和[RB]分别为上下分压电阻，在电池供电的情况下，二者的最大阻值分别为2.2 MΩ与200 kΩ。在选择反馈电阻时，应综合考虑阻值与反馈电平的关系，较小的阻值有利于减小反馈电平的噪声，本文中[RT]和[RB]分别选用阻值1 MΩ与51 kΩ的电阻，根据上式可得输出的电压电平为24.5 V。为减小输出电压的纹波，可在[RT]上并联一补偿电容。三极管[Q1]用于隔离负载与输入电源。

图4 升压转换器原理图

2.4 滤波电路设计

根据PFM模式的工作原理可知，流过储能电感的电流呈现周期性的变化，从而将其内贮存的磁能转化为电能输出，造成了偏置电路的输出电平也呈周期性变化，波形近似为三角波，如图5所示。这使得升压转换器输出的电压不能直接用于的SPD偏置。

要得到理想的偏置电压，必须对其进行处理。本文采用电子滤波器来完成偏压的滤波，电路原理如图6所示。根据电子滤波器有放大电容的作用，可以用容量和体积均较小的电容来实现超大电容的功能，基本设计如图6所示。通过滤波处理后，成功将偏置电压的纹波控制在2 mV以内（见图7），且整个偏压电路体积较小，而且成本较低。

图5 升压转换器输出电压波形

图6 偏压滤波原理图

图7 滤波后的偏压

3 应用实例

本文选用的SPD为滨淞公司S3590?08型大面积硅PIN光电二极管，可用于闪烁探测器中光电转换功能，选用的闪烁体为一块体积Φ30 mm×25 mm的圆柱形NaI（Tl）晶体，通过一块聚光光锥将NaI（Tl）晶体发出微弱光线汇集到S3590?08的受光面进行探测，并采用本文设计的升压电路为S3590?08提供偏压；选用的放射源核素为Cs?137。SPD输出信号经过前置放大器（原理如图8所示）处理后，输出信号的波形如图9所示，可见本文设计的偏置电路基本达到辐射信号检测的需要。

图8 前放原理图

图9 加有偏压核脉冲信号波形

4 结 论

本实验表明，基于TPS61040升压转换器的升压电路是可以用作对偏压要求较高的SPD的偏置电源，与采用APD专用偏压芯片构成的同类电路相比，成本更低，且电路结构简单、功耗较低、体积较小，具有一定的实际运用价值。

参考文献

[1] 尼曼（美）.半导体物理与器件[M].3版.北京：电子工业出版社，2005.

[2] 凌球，郭兰英.核辐射探测[M].北京：原子能出版社，1992.

[3] 侯振义.直流开关电源技术及应用[M].北京：电子工业出版社，2006.

篇2

1概述

显示驱动芯片是一款规模大、电源系统复杂、数模混合的SoC芯片。在驱动芯片中，数字电路起着很重要的作用，芯片各模块的上下电及工作时序均由其控制。而逻辑电路在上电过程中很容易出现错误状态，需要在电源电压达到电路的正常工作电平后，利用复位电路对逻辑电路进行初始化，以保证数字逻辑的正确性。

驱动芯片的外接电源有两个，分别是锂电池电源VDDA和10电源VDDI，芯片所需的其他电源均在片内通过LDO或电荷泵产生。在芯片的启动过程中，各电源需要按照一定的先后顺序陆续上电。在外接电源VDDA和VDDI上好电后，提供数字电源DVDD的LDO就需要启动，并在上电完成后给数字电路提供一个复位信号，对触发器、寄存器及锁存器等单元电路进行复位，保证电路在上电过程中能正常启动。其他电源及电路模块则在数字电路正常工作后，在其控制下按照一定的时序分别启动。因此，上电控制电路对显示驱动芯片正常上电启动起着重要的作用。

2芯片上电控制电路

2.1上电检测电路

只有当驱动芯片的两个外接电源VDDA和VD-DI都上电之后，芯片才能启动。在芯片设计中，采用了电源上电检测电路，对VDDA和VDDI进行检测，当上电检测完成后，才启动后续电路。上电检测电路的电路结构如图1所示，分为三个部分，分别是VDDI检测电路，VDDA检测电路以及VDDA延迟检测电路，其中VDDA延迟检测电路采用的就是常见的RC结构。在VDDA上电结束，检测电路会输出低电平信号VDDA_ON，经过一段时间延迟，输出信号VDDA OELAY翻转为高电平；VDDI上电结束，检测电路会输出低电平VDDI_ON，作为后续电路的使能信号。

由于芯片电源VDDA和VDDI上电没有先后顺序，分两种情况考虑上电检测电路：一种VDDA先上电，另一种是VDDI先上电，上电检测波形如图2所示。由上电检测波形可以看出电源上电结束后，上电检测信号会发生相应的变化。从上电检测波形可以看出，VDDA ON与VDDI 0N都输出低电平时，VDDA与VDDI两电源完成上电。

2.2系统上电控制电路

外部电源（VDDI、VDDA）上电完成以后，即可进行内部数字电路上电及芯片复位操作，具体可通过图3电路实现。在电路中，VDDA OELAY和VDDl 0N为上电检测电路的输出信号，其中VDDA DELAY在VDDA上电之后经t1时间延时后由低变高，而VDDI_ON则在VDDI上电结束输出低电平。VDDI_ON为电平转换电路的使能信号，电平转换电路结构如图4所示。在VDDI未上电时，VDDI_ON为高电平，电平转换电路的输出为低电平，不受输入信号影响。在VDDI上电之后，电平转换电路才能正常进行电压转换。

DVDD_EN为DVDD_LDO的使能信号，高电平有效。当该信号为高时，DVDD LDO⒖始工作，产生数字供电电源DVDD。图5所示DVDD延迟检测电路对DVDD电压进行检测，在DVDD上好电后经t2时间延时，DVDD_DELAY由低跳高。RESX信号为主机配置的复位信号，通过10接口到该电路，经过两个电平转换电路从VDDI电压域分别转换至VDDA和DVDD电压域，其中VDDA电压域的RESX信号用于控制带隙基准（BGR）的使能，并与VDDA_DELAY信号相与之后作为触发器的清零信号。DVDD电压域的RESX信号则与DVDD_DE-LAY信号相与之后作为硬复位信号hw给数字电路，在数字电路中与软复位信号sw相与之后作为整个系统的复位信号。触发器的D端和触发端信号由数字控制，在芯片接收到深睡眠指令时，触发端产生一个上升沿，将Q端信号变为高电平。

下面从以下六种情况考虑芯片复位。

（a） VDDA与VDDI上电启动

VDDI上电后，检测信号VDDI_ON立即输出低电平。VD-DA上电后，经过时间t1延时后，检测信号VDDA_DELAY输出高电平。在时间t1内，DVDD使能信号直接有效，DVDD开始建立并稳定，数字电路上电；同时VDDA DELAY的低电平对D触发器清零。

在以上过程进行的同时，主机配置复位信号RESX为低脉冲，数字电路开始复位。RESX变高的时刻，带隙基准开始正常工作。但是数字电路的复位信号由RESX和DVDD_DELAY共同作用的。只有当数字电路上电t2时间后，DVDD_DELAY才会翻转为高电平，此时RESX和DVDD_DELAY同时为高，数字电路复位完成。

在数字电路复位期间，D触发器的触发信号一直维持低电平，且复位结束，触发信号输出默认值低电平，这样即可保证DVDD一直有效，即数字电路持续供电。

（b）RESX硬复位

若RESX为低电平，即硬复位信号有效，则数字电路复位，带隙基准电路重启。注意的是，RESX硬复位并没有使数字电路掉电。

（c）软复位

当数字电路接收到软复位命令时，反映到电路上sw端为低电平，则Reset信号直接对数字电路复位。

（d）VDDI掉电，再启动

若VDDI掉电，VDDA不掉电，这时检测信号VDDA_DE-LAY保持高电平，但是VDDI_ON由低电平翻转为高电平，导致DVDD LDO关闭，即数字电路掉电。一旦数字电路掉电，芯片不能自启动，必须在VDDI重新上电后，配置RESX一个低电平脉冲，才能使DVDD LDO重新启动，即数字电路重新上电。同（a）一样，本电路会重启带隙基准，并完成数字电路复位。

（e）VDDA掉电，再启动

若VDDA掉电，VDDI不掉电，这时检测信号VDDI_ON保持低电平，VDDA_DELAY翻转为低电平，并且VDDA是DVDDLDO的电源，VDDA的掉电使得数字电路无电。值得注意的是：处于此种状态的芯片不能自启动。只有VDDA重新上电，才能让数字电路上电；接着通过配置RESX为低电平脉冲，使带隙基准重启、数字电路复位。

（f）芯片深睡眠及唤醒

当芯片接收到深睡眠模式的指令时，一方面反映在图3中D触发器输人为高电平，触发信号由低到高电平翻转，将D端的高电平输出至Q端，导致DVDD_EN变为低电平，DVDD LDO关闭，数字电路掉电，同时，触发器的输出信号还控制SRAM的电源开关，当其变为高电平时，SRAM的电源将断开，节省系统功耗；另一方面，芯片内部DC-DC电路、振荡器、驱动电路及MPU接口与寄存器均不工作，芯片进入深睡眠模式。

这种模式下，芯片同样不能自启动。主机必须通过配置RESX，才能使数字电路重新上电与复位、带隙基准重启。深睡眠状态失效，即芯片深睡眠模式被唤醒。

3电路仿真

该电路采用umcl62ehv工艺设计，并利用Cadence Spectre对其进行仿真。

图6为VDDA和VDDI上电以及VDDI掉电仿真，从图中可以看到，在VDDA上电后，DVDD_EN为高电平，DVDD LDO开始工作，DVDD电压上电。VDDA_DELAY经过约130us延时后，跳为高电平，DVDD_DELAY在DVDD上电后，经大约240us延时后跳为高电平。VDDI_ON在VDDI上电后即变为低电平。在VDDI掉电时，VDDI_ON变为高电平，同时DVDD_EN变为低电平，DVDD LDO关闭，DVDD开始掉电。

篇3

本次设计采用选择PHILIPS半导体公司带手动复位功能的产品MAX708。MAX708还可以监视第二个电源信号，为处理器提供电压跌落的预警功能，利用此功能，系统可在电源跌落时到复位前执行某些安全操作，保存参数，发送警报信号或切换后备电池等。

另外，系统还扩展了可编程外围芯片PSD303。由于系统的 I/O口数量与实际所需数量还有很大的差距，故系统又扩展了两片8255A，一片用于接键盘和显示电路，一片用于接触发信号、紧急停车信号等。

一、键盘与显示电路

在本次设计中，设置了一个9按键的操作电路，以代替实际现场的操作按钮。6位的LED显示电路用于显示转速、电流、以及调试时的相关项的显示。

另外，为了便于现场工作之便，设置了5×4的矩阵式键盘，用于当系统软件等出现错误，而又不便直接对程序进行修改时的调试之用。

二、变频系统设计

现代变频技术中主要有两种变频技术：交-直-交变频技术和交-交变频技术。交-直-交变频技术为交-直-交变频调速系统提供变频电源。交-直-交变频的组成电路有整流电路和逆变电路两部分，整流电路将工频交流电整流成直流电，逆变电路再将直流电逆变为频率可调的交流电。根据变频电源的性质可分为电压型和电流型变频。

本次设计用交-交变频电路是不通过中间直流环节，而把电网固定频率的交流电直接变换成不同频率的交流电的变频电路。这种变频电路广泛应用于大功率交流电动机调速传动系统，实际使用的主要是三相输出交-交变频电路。这种电路的特点：（1）因为是直接变换，没有中间环节，所以比一般的变频器效率要高；（2）有与其交流输出电压是直接由交流输入电压波的某些部分包络所构成，因而其输出频率比输入交流电源的频率低，输出波形也好；（3）因受电网频率限制，通常输出电压的频率较低，为电网频率的三分之一左右；（4）功率因数较低，特别是在低速运行时更低，需要适当补偿。

三相变频电路就较单相复杂，其电路接线方式主要有公共交流母线进线方式和输出型联结方式。具体说来，其主电路型式有：3脉波零式电路、6脉波分离负载桥式电路、6脉波非分离负载桥式电路、12脉波桥式电路、3脉波带中点三角形负载电路、3脉波环形电路。

本次设计选用较为简单的一种—3脉波零式电路。

三、同步电路设计

同步电路的功能是，在对应的晶闸管承受正向阳极电压的初始点（即控制角α的起算点）发出一个CPU能识别是哪一相同步信号的中断脉冲Utpi和要求的α角进行延时控制，输出相应的触发脉冲。三相同步电压信号经同步变压器、滤波、稳压、放大和光电隔离后分别接至单片机的P2.5、P2.6和P2.7管脚。另外，由于此处直流电源和触发电路中所用的电源不能共用，且光电耦合器输入输出端的地端亦不能共用，为了以示区别，它们的符号均有不同。

Ua、Ub、Uc 与可控硅组件的三相交流电压同相位。Ua、Ub、Uc经R3，C3滤波电路波形变换光耦隔离整形电路后输出三相方波电压，记为 KA、KB、KC，三相方波分别送给 80C196单片机的P2口的 P2.5、P2.6、P2.7端。CPU根据KA、KB、KC的值判断三相交流电源的相位。

四、触发电路

在设计中，三相电路中每相均有正反两组晶闸管，每组均采用三相半波式接法，即每组用三个管子，所以一共有18个晶闸管，这样，触发脉冲也应有18路。三极管V为输出级功率放大晶体管；电容C为加速电容，与R构成微分电路，可提高脉冲前沿的陡度；为兼顾抗干扰能力和脉冲前沿陡度，一般取C为0.1μF。为保护脉冲变压器，在脉冲变压器两端并联电阻R和二极管D的串联电路，一般R阻值取为1K。电阻R为假性电阻负载。另外，为了隔离输入输出信号，加入了光电耦合器，考虑到应有足够的脉冲强度使晶闸管导通，输出极电压设为15V。在出发电路中，为了得到足够的脉冲宽度，而且使脉冲前沿尽量陡，后沿下降快，故采用了脉冲变压器T～T。另外，为了达到电气隔离作用，亦加入了光电偶合器。再者，为便于单片机对触发电路的控制，在同步变压器1~18的输入端，分别引入了紧急封锁信号（由HSO.0 引入）和 555 定时器构成的多谐振荡器信号，而多谐振荡器的控制信号则由单片机的HSO.1 控制。这样，当电机输入紧急停车信号时，单片机通过其 HSO.0 输出高电平，这样就使得触发电路输入端口的或非门被封锁，也即封锁了变频装置的触发脉冲，使电机快速停车。

五、保护电路设计

为了提高控制系统的可靠性和安全性，在交流电力系统的设计和运行中，都必须考虑到有发生故障和不正常工作情况的可能性。在三相交流电力系统中，最常见和最危险的故障是各种形式的短路，其中包括三相短路、两相短路、一相接地短路以及电机和变压器一相绕组上的匝间短路，当然也有其它形式的保护措施。具体保护形式有：电流型保护，电压型保护等。为简单起见，这里仅采用电流型保护中的短路保护和过电流保护，并在每个电机的定子输入端均接入了正反向交流接触器。另外，为防止意外情况的发生，引入了紧急停车信号，当按下紧急停车按键时单片机通过中间继电器关断接触器 KM2-KM8。

六、反馈环节设计

本系统中引入了电流反馈。电流反馈采用三相交流互感器，经三相桥式整流电路及滤波电路，最后经限流、滤波及限幅电路反馈回单片机的 P0.1口。 【参考文献】

[1]方荣惠，邓先明，上官璇峰．电机原理及拖动基础[M]．中国矿业大学出版社，2001．

[2]余发山，郑征，王清灵，李辉，王玉中．自动控制系统[M]．中国矿业大学出版社，2005．

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中图分类号：TM461文献标识码：A文章编号：10053824（2013）04006707

0引言

数控直流稳压电源应用非常广泛，是学习电子信息工程、通信工程、机电一体化、电气自动化等电类专业学生必然涉及到的一个电工电子课程设计项目。全国大学生电子设计竞赛曾于第一届A题、第二届A题和第七届F题（电流源），全国首届高职院校技能竞赛样题以及省级院校竞赛都有涉及，用来检验学生的电子设计能力，可见其普遍性。

虽然较多论文都涉及，但电路设计的多样性以及制作经验篇幅鲜少，不足以使读者完成作品并举一反三。笔者参阅数十篇关于数控直流电源系统的设计，发现许多很难读懂的问题。例如，给出参数设计输出达20 V电压，但运放直接驱动达林顿管明显无法输出达22 V以上。又如，通篇无关紧要的内容，唯独缺少比较放大环节设计及关键电路的完整连接，也就是说DAC输出到调整管之间内容匮乏，这也是本文解决问题的初衷。

直流稳压电源按照功率管工作状态，分为线性稳压电源、开关稳压电源2种。鉴于电类专业课程设计的需要，本文重点解析线性稳压电源之关键设计，如与OP放大器设计联系密切的部分，希望对读者制作该项目或写论文有所帮助。

1设计要求的性能指标与测试方法

1）输出电流IL（即额定负载电流），它的最大值决定调整管（三端稳压器）的最大允许功耗PCM和最大允许电流ICM，要求：IL （Vimax-Vomin）

2）根据输出电压范围和最大输出电流的指标，U/I可计算出等效负载阻值。例如，输出电压要求达30 V，最大输出电流1 A，因此模拟负载应满足从几Ω到30 Ω之间，调整管耗散功率应满足30 W以上，考虑加散热片。

1.2质量指标

纹波电压：是指叠加在输出电压Uo上的交流分量。在额定输出电压和负载电流下，用示波器观测其峰一峰值，Uo（p-p）一般为毫伏量级，也可以用交流电压表测量其有效值。纹波系数是纹波电压与输出电压的百分比。设计中主要涉及滤波电路RLC充放电时间常数的计算。一般在全波式桥式整流情况下，根据下式选择滤波电容C的容量：RL・C=（3-5）T/2，式中T为输入交流信号周期，因而T=1/f=1/50=20 ms；RL为整流滤波电路的等效负载电阻。

稳压系数Su和电压调整率Ku均说明输入电压变化对输出电压的影响[2]，因此只需测试其中之一即可。电源输出电阻ro和电流调整率Ki均说明负载电流变化对输出电压的影响[2]，因此也只需测试其中之一即可，具体操作参照指标的定义来实施。

2.2DAC接口电路的设计

2.3调整管控制电路、电压采样与电流采样电路的

2.4ADC接口电路的设计、同时具备电压源与电流源功能的设计

2.6具备电压预置记忆存储部分的设计

2.7保护电路的设计

2.8.2滤波电路的设计

3结语

曾经查阅数十篇类似稳压电源电路图，深感模拟电路设计的重要性。本文将电压源与电流源的设计方案同时罗列，便于读者理解设计要领。重点解析DAC输出后的电路设计，图中电压、电流数据全部基于proteus交互式仿真完成。电路设计的连贯性、采样电路取值、运放电路与驱动电路设计等，是同类论文较少论述的环节，可以有效解决目前存在的诸多问题，有助于读者提高电路解析能力。仅此抛砖引玉，希望本文的设计能对读者在实际工作中有所帮助，不当之处请多指教。

参考文献：

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[11]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

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1 概述

随着我国城市化进程的不断加快，城市发展规模越来越大，路灯作为城市基础设施的重要组成部分，在城市的照明和美化中发挥着举足轻重的作用。目前大多数城市的路灯控制主要依靠人力，经济成本高，能耗大，与当前绿色、环保的现代社会生活理念不符。一款使用成本低、节能性好的路灯控制系统，已成为现代城市路灯控制的必需。文章基于单片机设计的节电型路灯控制系统，经过测试，能满足城市路灯管理需求。

2 控制系统硬件设计

本设计采用AT89C52单片机作为控制器，通过总线与各个模块相连。利用按键设定时间，在LCD上显示实时时间、路灯状态。用光敏电阻检测环境亮暗程度，通过模数转换芯片转换后传输给单片机。单片机对时间和环境光线信号进行判断并处理，并通过继电器等相关的执行元件来控制路灯。路灯的开关模式为：0时至次日6时为节能时间段，路灯在半电压下工作；19时至0时，路灯在全电压下工作，其它时间段根据环境光线明暗程度来控制路灯的亮暗。系统总体结构如图1所示。

2.1 单片机最小系统

单片机最小系统主要包括复位电路、时钟电路和电源电路组成。硬件电路图如图2所示。

2.2 实时时钟模块

本设计采用DS1302实时时钟芯片，利用时钟模块电路产生时钟及定时等功能，实现路灯开关定时控制。电路如图3所示。BT1是电压为3V的纽扣电池，作为DS1302的备用电源。Y2是频率为32.768 KHz晶振。DS1302的5、6、7引脚分别同单片机的P2.1、P2.2、P2.3的引脚相连。

2.3 环境光线检测模块

本设计使用光敏电阻和ADC0832模数转换器结合的方式检测，工作原理是当照射在光敏电阻上的光线亮度发生变化时，光敏电阻的阻值也随之相应的发生变化，其变化是光线变强阻值减小，反之亦是，此时ADC0832的通道0得到的电压值随光线的变强而减小，ADC0832将电压信号转换成数字信号，送给单片机，使得单片机能对环境明暗程度信号分析和处理。

2.4 路灯控制单元

本设计采用LM317稳压器，输出电压变化范围是Vo=1.25V-37V，CD1、CD2起到滤波的作用。稳压电路图如图4所示。

路灯控制电路如图5所示，Q1为PNP性三极管；RL1、RL2为继电器；D5为续流二极管；D1、D2、D3、D4为发光二极管。当L1为低电平，则RL1闭合，灯是全电压工作；当L1为高电平、L2为低电平，则RL2闭合，灯是半电压工作；当L1、L2、L3都为高电平，则灯全部不亮。

3 软件设计

根据控制需要，系统软件主要分为五部分，分别是：（1）主程序，以一定的逻辑及方式调用功能模块，配置硬件资源。（2）LCD显示程序，对时间信息和状态信息的显示。（3）ADC0832光线采集程序，对环境光线信号的采集，将光信号转换成电信号再转成数字信号，便于单片机分析处理。（4）DS1302操作程序，处理时间信息，负责路灯开关定时控制。（5）定时中断程序。

软件流程图如图6所示。

4结束语

文章基于AT89C52单片机设计了一种路灯控制系统，实现了路灯按时间和光线双重控制，经实验检测，该系统工作稳定、性能可靠、便于扩展，自动化、智能化程度高，有助于大幅度节省电力资源，降低管理成本，契合当前城市发展需求，具有较高的应用价值和良好的商业前景。

参考文献

[1]辛智广，于春荣，王树彬.LED路灯智能控制系统设计方案[J].科技传播，2016（5）：178.

篇6

1.2OLED驱动电路研究的意义

我们正在经历一个显示器世代交替的时期,平面显示器以一定速度逐渐取代,未来进入电视、电脑一体化的数字时代后更会使显示技术迅猛发展。在显示技术的未来竞争中,尤其是中小尺寸的产品,谁会在竞争中胜出,取决于谁了解顾客的需求,顾客会选择可以展现生命力的显示器。而有源有机电致发光显示则具有终极显示器的特质,其相关的产业化工作正迅速展开。我国具有一定的机电致发光显示产业化基础,有机发光材料的制备技术也有良好的趋势,所以一定要充分利用显示市场,加大研发力度,全面实现产业化。

..........

第二章灰度控制原理及方式

2.1OLED的显示原理

电致发光,又称为电场发光,是自然界中一种普遍的物理现象,是光电变换中的一个基本步骤。对于电致发光物质而言,可以划分为有机电致发光和无机电致发光两种。其中有机电致发光又可以分为发光物质为高分子聚合物的聚合物发光和发光物质为小分子有机突光材料的小分子发光器件,OLED典型结构如图2.1所示。有机发光二极管的发光原理为当对元件施加正向偏压时,电子与空穴受电压能量的驱动分别由阴极与阳极注入到器件中,此时电子和空穴在运动中相遇并结合,就形成了电子一空穴对。而当分子受到外来能量激发后,若电子自旋和基态电子成对,则为単重激发态,那么所释放的光为突光;相反,若激发态电子和基态电子自旋不成对并且平行,则称作双重激发态,其所释放的光为磷光。

2.2OLED的工作特性

图2.4所示为OLED的电压一亮度关系曲线图。从图中可以看出OLED的电压和亮度属于非线性关系,不利于缓慢而稳定的控制亮度,因此如果用电压驱动控制法来控制显示屏的亮度,则需要有一定控制精度的驱动屯压。而电压控制法由于电阻的作用会导致不同像素点的开启电压也不尽相同,再加上面阵屏幕制备工艺的限制,会造成画面显示不均匀、图像质量低下等问题。图2.5所示为OLED器件中亮度与电流密度的关系。从图中可以看出OLED器件的亮度和电流之间保持着良好的线性特性,想要控制屏幕上各个二极管的亮度,只要能够很好的控制各个像素点电流就可以,所以像素电流能够保持稳定的恒定电流驱动是现阶段使用较为普遍的方式。釆用恒定电流驱动的方法可以解决OLED显示图像不均匀的问题,只是其缺点是不容易实现灰度等级较低的显示,但对于本论文中的设计,不构成影响。此外,OLED的老化属于库企型的,OLED器件的老化原因是驱动器件时产生的热效应,对于驱动OLED器件而言,器件寿命受电流密度的强度影响,电流密度越大寿命越短,电流密度越小寿命越长。尽可能减小OLED的驱动电流,可以尽量减小这种焦耳热的影响。

第三章灰度控制模块的设计....................14

3.1灰度扫描系统...................14> 3.2优化灰度扫描结构..................15

第四章面OLED阵显示系统设计...............24

4.1系统的硬件设计...............24

第五章实验结果及分析.....................35

5.1系统调试.................35

5.2实验结果分析................................36

第五章实验结果及分析

5.1系统调试

系统调试主要是电路方面的测试,对理论设计和实际操作之间出现的问题进行整改,最终使系统实现设计中所要求的功能。在设计阶段用绘制电路板,根据图制作电路板完成后,先进行简单的检查,主要是各个接口及各模块之间的连接。检查电路中元器件之间是否连接正确,各连线之间有无连接错误的情况;查看电路板在实际中布线位置是否合理,元器件之间有无短路;检查电源和各个元器件极性有无接反的情况,对地是否短路。经过基本的检查之后,接通电源,在通电情况下对电路板进行硬件调试:接通电路后检查各个器件及连线有无温度过高等异常现象;没有烧程序到时,使用万用表检测电位,以此判断系统是否正常工作;将程序烧录到中,检查各个接口是否正常驱动。系统调试完成后,通过计算机对进行操作,编写程序,在数据存储器中存储显示数据,通过向电路提供显示的行、列偏移信号和各种显示信号。控制信号到达显示面板的同时,产生显示所需的行列驱动信号,从而控制的显示区域、灰度等显示参数。

5.2实验结果分析

这里计算的只是单色显示时的时钟频率,对于高灰度的彩色屏,时钟要求也要相应的提高。显而易见,本方案的时钟频率与传统扫描方式的比较,具有明显的优势,并且这种差距随着灰度等级的提高和显示面积的增大而更加显着。相对静态图像显示而言,显示动画中的每帧图像时,首先需要更新缓存中的显示数据,同时驱动电路从接收显示所需的各种控制信号,从而达到动画图像显示的目的。在屏幕进行静态图像显示时,将显示数据从单片机的数据存储器中输出到缓存之后,显示屏通过驱动电路以的频率刷新。因此,对于动态图像显示和静态图像显示,前者要低于后者的刷新频率。

篇7

豆浆是现代科学公认的营养品，随着家庭生活条件的改善、生活水平的提高以及出于对食品安全的考虑，富含植物性蛋白的豆浆正以无可阻挡的魅力走进千家万户，本论文即采用 嵌入式单片机设计的一款豆浆机。

1 LM3S811单片机介绍

TI公司的Stellaris系列的单片机，能够使用户以传统的8位和16位器件的价位来享受32位的性能。该系列单片机是针对工业应用方案而设计的，包括远程监控、电子售货机、测试和测量设备、网络设备和交换机、工厂自动化、建筑控制、运动控制、医疗器械、以及火警安防等。

LM3S811单片机的优势还在于能够方便的运用多种ARM的开发工具和片上系统（SoC）的底层IP应用方案，能够满足各种需求。另外，该单片机使用了兼容ARM的Thumb?指令集的Thumb2指令集来减少存储容量的需求，并以此达到降低成本的目的。因此，本设计采用LM3S811单片机作为控制芯片。

2 豆浆机工作流程与硬件设计

2.1 豆浆机工作流程

正常上电后按豆浆按钮，蜂鸣器“嘀”一声，指示灯亮。

（1）延时2秒、随后加热到80℃，打豆10秒后停5秒。

（2）自动加热挂泡，停止加热10秒。

（2）打豆10秒，停10秒如此循环6次。

（3）加热到挂泡，如此循环3次。

（4）打豆10秒，停6秒如此循环6次。

（5）加热到挂泡，如此循环6次。

完成后蜂鸣器提示音1秒一声，一分钟后转至每间隔10秒蜂鸣器“嘀”一声提示音，表示工作进程结束。

2.2 豆浆机硬件电路设计

全自动豆浆机硬件电路包括温度传感器电路、单片机最小系统以及输出控制电路。

由于单片机内部有上拉电阻，所以按钮电路没有连接上拉电阻；用单片机引脚直接控制继电器的方式驱动电加热器与电机；温度传感器采用热敏电阻KTY81-110，采用电阻串联分压法直接将热敏电阻两端的电压输入到单片机LM3S811的ADC中；采用变压器降压、整流、滤波后，经过3.3V稳压器1117（3.3V）输出，为豆浆机提供电源。通过这些电路设计，能够实现全自动豆浆机系统。

3 基于LM3S811单片机的豆浆控制电路机程序框架

本设计为全自动豆浆机，采用状态机描述进行编程。按照状态机描述豆浆机不同得工作状态，程序由C语言写出，主程序由单片机初始化、温度传感器初始化、键盘初始化等等，程序框架如下：

include " LM3S811.h"

定义数码管译码数组；

定义数码管位选数组；

定义LED灯数组；

定义保存在FLASH中数据的数组；

定义定时标记变量；

定义其他全局数组与变量； //例如定时变量dsbl等

函数原型声明；

void main（void）

{

定时器0初始化； //实现时间标记

定时器1初始化； //对定时变量定时

引脚初始化； //按钮、水位电极、ADC、继电器等引脚初始化

ADC初始化；

其他初始化语句；

while（1）

{

//按键处理语句；

{

功能选择等按钮语句； //按钮变量anbl随按下按钮不同而不同

豆浆按钮按下时，anbl=1； //对应指示灯亮，表示工作状态

烧水按钮按下时，anbl=2；

搅拌按钮按下时，anbl=3；

若没有按钮按下，anbl=4；

需要按钮抬起判断语句；

}

//低水位电极、防溢出电极、温度检测

if（sample_time= =1）

{

检测水位电极； //设置低水位标志，若是低水位，低水位标志为1

检测防溢出电极； //设置防溢出标志，若是溢出，防溢出标志为1

ADC转换温度值、数字滤波语句，转换成温度值。

sample_time= =0；

}

//状态机

if （state_time= =1）

{

状态机语句；

state_time=0；

按钮变量=0

}

//输出语句：

4 结论

TI公司的Stellaris系列的单片机，LM3S811单片机与Stellaris系列的所有成员是代码兼容的，这为用户提供了灵活性，能够适应各种精确的需求，必将得到越来越广泛的应用。

参考文献

[1]都业弘.我国大豆磨{行业现状及发展[J].食品科学，1999（02）：28-29.

[2]李延鹏.ARM嵌入式系统开发与应用完全手册[M].北京：中国铁道出版社，2013.

通讯作者简介

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在这个知识爆炸的时代，课本知识的局限性和滞后性更加明显，高中地理教学已进入多媒体教学时代，地理教师重视多媒体教学资源已经形成共识，尤其是由声音、影像、画面和文字等元素组成的地理视频资源能真切地展现自然风光、人文环境等各类地理现象，给人一种身临其境的感觉。将“有趣、有用、生活化”的地理视频信息融入地理教学中，使学生感觉到地理就在身边，地理是鲜活、有趣的，这不仅符合新课改的要求，同时也符合传播理论、多元智能理论和建构主义理论。纪录片《舌尖上的中国》跨越中国天南海北的地域观，具体描述神州大地的美食文化，并彰显美食文化背后的海洋、山岳、森林、平原、荒漠等自然风光，揭示美食文化中渗透的各形各色的生产生活习惯、民俗风情、民族文化和古老的农耕文化等中国文化及其演化历程，同时，又是能帮助学生丰富地理学科知识、拓展地理视野，从而激发学生学习热情、培养地理素养、树立正确人地观的良好素材。本文将结合具体的教学实例，从区域与区域差异、农业生产活动、自然环境的整体性和差异性、可持续发展等角度探析《舌尖上的中国》在高中地理教学中的应用前景和教学参考价值。

一、丰富学生的地理知识、拓展地理视野、激发学习热情

随着影视传播技术的发展，视频资源对身心处在巨变时期的青少年所产生的影响越发明显，仅仅依靠现有的教材资源、教师语言或者少量图片的地理课堂往往难以激发学生的学习兴趣。充实课堂资源，丰富教学内容，提升或唤醒学生学习地理的“兴趣”，提升学生的学业水平和地理素养已迫在眉睫。

在中图版必修三第一章的第一节“区域与区域差异”中，主要的教学重点是比较中国三大自然区自然环境特征及对人类生产、生活的影响。教材中只提供了有关三大自然区的文字资料和几张图片，要求学生完成三大自然区地理特征表。因为本节内容没有难点，大多数教师往往采用的是阅读教材，引导学生完成填表，致使教学枯燥无味，无法拓展学生的视野，更无法激发学习热情。这种重结论、轻过程的教学排斥了学生的思考，淹没了学生的个性，把教学过程庸俗化到无需智慧努力只需听讲和记忆就能掌握知识的那种程度，这实际是对学生思维的扼杀和个性的摧残。

《舌尖上的中国》展示了一幅幅炫丽多彩的画面：层层梯田、片片竹林、一池荷花一湖莲藕的江南景色；翻滚的麦浪、火红的高梁、金黄的玉米地所展现的北国风光；一马平川大草原回荡着悠扬的马头琴声，充满沧桑的塔克拉玛干沙漠中亭亭玉立的绿洲少女的西域之光……在欣赏风光的同时，主持人带领你“品尝”南方的各色米粉、米糕；北方的刀削面、兰州拉面、馕，还有民族风隋浓郁的手抓饭和烤全羊等。将这些优美的视频内容整合渗透到课堂教学中，学生不仅能感悟到祖国广袤的地域环境与区域差异，而且还能感悟到各色环境下的生产、生活等人类文明。在画面、声音和文字的多重冲击下，学生体会到的中国三大自然区就不再是单调、粗糙、乏味的课本教料，而是直观、灵动、富有生命的动态画卷和多媒体文化大餐。

随着城市化的发展和不断推进，学生的生活也越来越城市化，即使是生活在农村的学生，接触农业生产活动的机会也越来越少。单一的文字和图片材料已经不能让学生真正意义上理解农业生产的特色，而活灵活现的视频能给我们亲临的感受，能够更加有效地辅助学生理解深奥的农业文化。在“农业的地域类型”一课中，水稻种植业是东亚、南亚、东南亚等地区的主要农业地区类型。影响水稻种植业的一个重要的社会经济因素是亚洲这些地区人口稠密，劳动力丰富。亚洲的水稻种植业也是我国南方的水稻种植业具有“一大一小一高三低”的特点。即：小农经营、水利工程量大、单产高但商品率低、机械化水平低、科技水平低。一般情况下，学生很难理解为什么水稻种植区要劳动力丰富？为什么我国南方的水稻种植机械化水平低、水利工程量大？如果能导入《舌尖上的中国》中视频内容“春种的季节，江西上堡乡的农民正在层层的梯田里犁田，插秧”，“盛夏，由于雨带一路向北移，长江地区出现罕见的持续40多天的伏旱天气，缺水让稻子停止灌浆，只留下干瘪的谷壳，农民为了挽救自己的稻田，用尽各种办法给农田浇水、引水灌溉”， “秋天是水稻丰收的季节，黑龙江五常龙凤山镇的黑土地上，大型机器正在忙碌着收割，而江西上堡乡的农民们却是在梯田里割稻，打稻，肩挑稻谷回家”，这些画面能让学生理解到水稻种植业是一项劳动力密集型的农业，需要大量的劳动力精耕细作；我国季风气候的特点，雨带的推移与夏季风进退息息相关，而夏季风进退异常往往容易给我国东部季风气候区带来旱涝灾害，水利工程量大就无可厚非了；南方受到地形和技术的限制，导致南方的水稻田难以实施机械化作业。这样的渗入不仅能扩充学生对农业的了解，丰富学生的生活阅历，同时能有效辅助学生理解相关知识点的来龙去脉，避免出现过多的死记硬背。

二、养成以地理视角分析问题的能力，提高地理科学素养

地理视角作为地理科学素养的重要组成部分，是地理学中观察、认识事物的切入点和分析、解决问题的思维方式，从地理课程标准和基础地理教育的实际看，区域的视角、综合的视角、动态的视角和生态的视角是地理视角培养的重点。

1．养成以区域的视角分析问题的能力

《舌尖上的中国》纪录片以我国不同地区的地域文化为背景，讲述了我国青藏高原、西北、东北、华南、中原等区域的特色美食，画面中同时还展示了中国最富戏剧性的自然景观，热带（季）雨林，南方竹林、北国冰雪、内蒙古大草原、塔克拉玛干沙漠及绿洲……这些画面的自然特征基本涵盖了我国不同区域，是培养学生区域地理视角的良好素材。

在“地理环境的整体性和差异性”一课中，引用《舌尖上的中国》视频中“东北一内蒙古一新疆”一线植被类型由森林向草原、草原向荒漠过渡、“自南向北”植被的差异和自然环境的递变，不仅能直观的表达出经度地带性和纬度地带性地域分异规律，还能调动学生自主学习的积极性。结合视频，请学生分析相关问题：①东北一内蒙古一新疆一线的植被出现了怎样的变化？这些变化主要是什么因素影响而形成的？②我国由南向北分别出现了哪些地带性植被？这些植被的递变是受什么因素影响形成的？引导学生分析出水分、热量分别是经度地带性和纬度地带性地域分异规律的主因。如果进一步播放视频“阳光直射赤道，已是春分时节，但这里（东北），寒冷还未远离，到处还覆盖着厚厚的积雪。3月的夜晚，零下15摄氏度，制作冻豆腐最适宜的温度。而向南2000多公里，同样的春分时节，冷暖空气激烈对峙。天目山，春雷唤醒土壤中的生命，江西上堡乡已经进入播种、等待萌芽的季节”这直观的地理景观感受可以帮助学生进一步加强理解同一时间不同纬度的自然地理环境也存在差异性，从不同的角度体现纬度地带性地域分异规律。在多角度、直观且接近现实生活的教学中不断渗透区域地理环境的学习，使学生不断养成以区域的视角分析地理问题的能力。

《舌尖上的中国》中还有很多画面、视频例子可以作为区域分析良好素材。如视频中提到的“中国最好的大米在东北，因为水稻在东北需要经历138天的漫长生长期，而南方的水稻生长期远远短于东北地区”，水稻生长期的区域差异可以作为分析区域地理环境由于纬度差异引起的热量差对农业的不同影响。又如“西藏林芝从峡谷到雪峰有7000多米的高差，集中了西藏80%的森林，也是我国物种最丰富的地区之一”可以用来分析地形对区域地理环境的影响及分析区域物种丰富的原因。

2．养成以综合的视角分析问题的能力

“地理环境的整体性”一课中要求学生学会用整体性的原则理解地理环境中五要素：气候、地貌、水文、植被、土壤之间相互作用、演变的关系。“这是地球上最远离海洋的沙漠，中国的干极——塔克拉玛干，沙漠中的绿洲——亚曼拜克村离沙漠最近的村庄。塔克拉玛干南缘年平均降雨量只有15.6毫米，极为典型的大陆荒漠气候。小麦比任何一种禾本植物，更能适应生态环境，就像这里的沙漠居民，总能在极端条件下，获取生存能量。流沙对村庄和土地的侵蚀从未停止，但顽强的西北民族世代坚守。吐鲁番，极度干旱，是中国最炎热的地区，贫瘠的砾石戈壁并未灭绝生机，天山冰川融水带来生命的奇迹。这里，是中国最甜蜜的所在。吐鲁番，常年少有云层遮挡，充足的日照，活跃的光合作用，让葡萄积累丰富的糖分。夜晚热量消散，呼吸作用微弱，糖分得到很好的保存。中国最甜葡萄的秘密，就隐藏在这巨大的昼夜温差之间。”《舌尖上的中国》中的关于我国西北地区各自然环境的一幅幅画卷，是引导学生运用综合的视角分析地理问题的良好素材，借此可引导学生分析以下几个问题：①本区域最明显的特征是什么？②请结合视频展现的主要气候特征，描述本区域所具有的地貌、水文、植被和土壤特征？③如果新疆过度发展灌溉农业，该区域的自然环境特征会产生怎样的变化？使学生初步形成以综合的地理视角分析问题的能力。接着，还可进一步延伸教学内容，引导学生开展小组讨论：运用整体性的原则，说明珠三角地区的自然环境特征及全球气候变暖对该地区自然环境有哪些影响。这一教学过程，不仅能积极调动学生的学习热情，激发学生的思维，也能让学生不断养成综合分析地理问题的能力。

同样， “宁夏平原人口的快速增长，人们为了满足需求，在宁夏山地间过度放牧，羊的数量远超植被的再生能力，植被无法恢复，地表陕速沙化，荒漠化使得宁夏的环境变得无比脆弱”，这段视频材料也可以用来培养学生综合分析问题的能力。观看视频后要求学生从整体性的原则出发，运用“牵一发而动全身”的理论分析过度放牧对宁夏地区自然环境的影响。

3．养成以动态的视角分析问题的能力

地理事象是不断发展和变化的，这就需要学生要以发展的眼光、动态的视角分析地理问题。在“农业的区位选择”一课中，要求学生学会分析影响农业生产的主要区位因素、主导因素、限制性因素，并分析出变化中的农业区位。影响农业的区位因素包括自然条件和社会经济条件，这些因素随着经济技术进步不断变化。自然因素相对稳定，而社会经济因素发展变化较陕，在现代农业发展中社会经济因素的影响往往占主导地位，这就要求学生具备发展的眼光，以动态的视角分析问题。在“不断变化的农业区位”这部分内容的教学中，可融入《舌尖上的中国》中“以前人们不喜欢吃松茸，原来只要几毛钱一斤。现在松茸的身价飞升，厂商以最陕的速度对松茸进行精致的加工，这样的一只松茸在产地的收购价是80元，6个小时之后它就会以700元的价格出现在东京的超级市场中”， “产自内蒙古锡林郭勒草原的口蘑和产自距此2000公里的江南的冬笋相逢，江南冬笋邂逅塞北口蘑， ‘烩南北’不仅造就一种美味，更带来无限的空间想象”， “麦客，中国古老的职业割麦人，他们踩着麦子成熟的节奏，用双手挑战机械。在效率面前，麦客已经不属于这个时代，马万全一行也许就是中国最后的职业割麦人。古老的职业和悠久的传说，正被收割机一茬茬收割殆尽”这些内容。引导学生根据视频材料．分析问题：材料中的事例有没有体现出农业区位因素的变化？如果有，请分析出主要是哪些农业区位因素发生了变化？通过对视频有关材料和事例的分析，能培养学生以动态的视角看待问题的能力，彰显与时俱进的新人类特征，尤其是能更深刻地理解现代社会中不断变化的市场、交通、技术等农业区位因素，同时也可以为“工业区位的变化”的学习奠定动态视角的基础。

三、理性思考人地关系，树立“天人合一”的可持续发展观

高中必修二中的“人类与地理环境的协调发展”和必修三中的“区域的可持续发展”等章节中的课文内容，都在探讨人地关系演变和如何走可持续发展的道路。自然环境决定了人类的生产生活方式，同时人类的生产生活也会反作用于自然。人地关系是贯穿整个地理课程的主线，理性思考人地关系，树立富有中国文化内涵的“天人合一”的可持续发展观是地理学科永恒的主题。因此，树立正确的人地关系是学生必备的地理素养之一。

在“人地关系思想的历史演变和通向可持续发展的道路”一课中，课文内容只是一些枯燥的文字叙述，文绉绉的向学生表述人地关系的历史阶段、可持续发展的含义、内容、原则及谋求可持续发展道路，很容易让学生对学习产生厌倦之情，容易让学生对科学发展观嗤之以鼻，这样就达不到培养正确的人地观的教学效果。尽管本节课的知识点没有难点，完全可以让学生自主阅读课文完成可持续发展“大道理”的学习。但是，空洞的大道理并不容易让人深刻的理解并运用，因此，在阅读课文后，教师可以引入《舌尖上的中国》的视频内容，如：在香格里拉的深山里，藏民们为了延续自然的馈赠，松茸出土后，会立刻用地上的松针把菌坑掩盖好，只有这样，菌丝才可以不被破坏；吉林查干湖的冬捕，渔民们有一个世世代代严格的相传—一猎杀不绝，冬捕只用稀疏的网眼，小鱼成为漏网之鱼回归自然，每年的春天渔民还将50万鱼苗投回湖里；内蒙古达里诺尔，为了保持湖鱼的种群数量，渔民们规定每年冬捕不会超过30万公斤，春天华子鱼洄游产卵，华子鱼伸手可得，但渔民不会在这个时节捕捞，还铺设2000米的草把作为华子鱼的产房，追寻着人与鱼的平衡之道；美食依赖于环境的支持，人的需求曾让宁夏山地间羊的数量远超植被的再生能力，快速沙化的地表变得无比脆弱，荒漠化让人在美食之间寻找新的平衡；有科学家预言，50年内海里的鱼会被全部吃光。而浙江渔民杨世橹认为，靠海吃海的日子，只能再维持10年。借此可以请学生对比分析：①视频中的例子哪些体现了可持续发展，哪些违背了可持续发展？②请学生根据课本内容和视频的材料总结出应该如何谋求可持续发展道路。《舌尖上的中国》呈现人与自然环境和谐相处的人文景观的同时，也向我们展现了中国脆弱的生态环境，审视了应如何维持人与自然的平衡之道。在学生感性的观看视频的同时，还可以引导学生谈谈家乡可持续发展面临的问题及实现可持续发展的措施等，变感性观看为理性分析，进一步加深对人地关系的认识，树立正确的人地观。

在大数据的信息时代，教材中的案例已远不能满足教学的需求。而《舌尖上的中国》在各种美食的背后还有自然风光、人文风情和地域文化等地理元素，为地理教学提供了一场饕餮大宴。地理教师可以从中吸取大量的“营养”用于充实地理教学，丰富地理素材，这不仅能激发学生的学习兴趣，还能培养学生的以区域的视角、综合的视角、动态的视角和生态的视角分析地理问题的能力，同时还能提升学生的地理情操、树立“天人合一”的可持续发展观。

参考文献：

篇9

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0087-02

在无线通信技术领域中，GaN高电子迁移率晶体管作为最新的半导体功率器件，由于其本身具有宽禁带以及击穿场强高、功率密度高等特征优势，在高频以及高功率的功率器件中具有较为突出的适用性，在电子信息系统性能提升方面具有较为明显和突出的作用优势，在无线通信技术领域的应用比较广泛。针对这一情况，本文在进行射频功率放大器及其电路的设计中，专门采用ADS仿真软件对于射频功率放大器及其电路的设计进行研究分析，并对于仿真设计实现的射频功率放大器在无线通信技术领域中的应用和参数设置进行分析论述，以提高射频功率放大器的设计水平，促进在无线通信技术领域中的推广应用。

1 射频功率放大器的结构原理分析

结合功率放大器在无线通信系统中的功能作用以及对于无线通信技术的影响，在进行射频功率放大器的设计中，结合要进行设计实现的射频功率放大器的工作频带以及输出功率等特点要求，以满足射频功率放大器的设计与应用要求。在进行本文中的射频功率放大器设计中，主要通过分级设计与级联设置的方式，首先进行射频功率放大器的功率放大级以及驱动级设计实现，最终通过电路设计对于射频功率放大器的两个不同级进行连接，以在无线通信中实现其作用功能的发挥，完成对于射频功率放大器的设计。需要注意的是，在进行射频功率放大器的功率放大级结构模块设计中，主要应用GaN高电子迁移率晶体管进行射频功率放大器功率放大级结构模块的设计实现，同时在功率放大级结构模块的电路设计中，注重对于输出功率保障的设计；其次，在进行射频功率放大器的驱动级结构模块设计中，以C波段的功率放大模块设置为主，电路设计则以增益提升设计为主，并对于增益平坦度和输出输入驻波进行保障。如图1所示，即为射频功率放大器的功率放大级模块设计示意图。

2 射频功率放大器及其电路的设计分析

结合上述对于射频功率放大器的结构原理分析，在进行射频功率放大器的设计中，主要包括射频功率放大器的功率放大级设计和驱动级水，此外，对于射频功率放大器电路的设计，也需要结合两个结构模块的实际需求进行设计实现的。

2.1 射频功率放大器的功率放大级模块设计

在进行射频功率放大器的功率放大级模块设计中，主要采用GaN高电子迁移率晶体管进行该结构模块的设计实现，需要注意的是，在应用GaN高电子迁移率晶体管进行该结构模块的设计实现中，由于GaN高电子迁移率晶体管目前还不具有较大的信号模型，因此，在进行该结构模块设计中，注意结合实际设计需求进行选择应用。在进行射频功率放大器的功率放大级结构模块设计中，通过直流偏置仿真设计对于氮化镓管子的静态工作点进行确定，也就是实现氮化镓管子的漏极电流以及漏极偏置电压、栅极偏置电压等参数的确定，在对于上述氮化镓管子静态工作点进行确定后，通过ADS仿真软件实现场效应管直流的仿真设计，同时注意在仿真设计中进行二端口模型的添加，并结合上述GaN高电子迁移率晶体管的信号模型情况，进行S参数信号的编辑导入，同时进行直流偏置仿真控件的加入，进行相关数值的确定，以实现射频功率放大器的功率放大级设计。

此外，在进行射频功率放大器功率放大级负载阻抗的设计中，根据相关理论，在负载阻抗与网络匹配良好的情况下，负载阻抗的共轭复数与网络的输出阻抗值是相同的，因此，就可以通过计算对于射频功率放大器功率放大级负载阻抗值进行分析得出，实际上也就是它的共轭复数值。同时，在进行功率放大级设计中，结合封装参数输出端的阻抗模型，设计中为了实现场效应管输出电路匹配的优化，以为输出电路进行准确的负载阻抗提供，还需要在设计过程中将场效应管的封装参数在输出匹配电路中进行设计体现，因此就需要对于Cds参数值进行求取。

最后，在射频功率放大器功率放大级设计中，偏置电路主要是用于将直流供电结构模块中所提供的电压附加在功率放大器的栅极与漏极中，并实现射频信号以及滤波的隔离和电路稳定实现。在进行功率放大级的电路设计中，注意使用ADS软件工具对于微带线尺寸进行计算，病毒与全匹配电路进行微带线设计，同时通过栅极偏置电路与漏极馈电电路，以实现功率放大级的电路设计。此外，在进行功率放大级模块设计中，还应注意对于模块中的任意功率放大芯片，都需要进行相关的稳定性分析，以避免对于射频功率放大器的作用性能产生影响。

2.2 射频功率放大器的驱动级模块设计

在进行射频功率放大器的驱动级模块设计中，主要通过C波段功率放大模块进行该结构模块的设计应用。其中，在对于驱动级模块的参数设置中，对于输出、输入参数均以内匹配方式进行匹配获取。对于射频功率放大器的驱动级设计来讲，进行功率放大模块偏置电路的合理设计，是该部分设计的关键内容。

最后，在进行射频功率放大器的电路设计中，在进行功率放大模块电路设计中，GaN HEMT结构部分需要进行栅压的增加设置，并且需要注意栅压多为负压，在此基础上还需要进行漏压增加设置。值得注意的是，在进行射频功率放大器的偏置电路设计断开同时，对于栅压和漏压的断开顺序刚好相反，以避免对于功放管造成损坏。

3 结语

总之，射频功率放大器作为无线通信技术领域的重要器件，对于无线通信技术的发展以及通信质量提升都有重要作用和影响，进行射频功率放大器及其电路的设计分析，具有积极作用和价值意义。

参考文献

篇10

【关键词】长波576×6元探测器 偏置电压 模数转换 非均匀性校正

高分辨率红外成像系统在机载光电雷达、红外搜索与跟踪系统、全天候侦察监控等领域的需求越来越迫切。本系统电路设计采用了制冷型长波576×6元红外焦平面探测器，采用线列扫描的方式产生红外图像。探测器包括16 通道模拟信号输出，平均峰值探测率D*不低于2.2×1011cmHz1/2/W，最高读出速率5MHz，适用于各种先进的扫描型红外成像系统。

本文介绍了采用制冷型长波576×6元红外焦平面探测器设计的红外扫描成像系统。该系统使用低噪声高精度的电压基准源提供探测器偏置电压，用FPGA实现整个系统的时序同步及红外信号AD转换采集和图像数据排序，使用DSP实现非均匀性校正、图像增强处理以及视频信号输出。该系统最终可输出标准的PAL制视频信号，图像分辨率为576×512 像元，经试验能够满足红外目标的扫描搜索和实时跟踪需要。

1 探测器介绍

长波576×6元碲镉汞红外焦平面探测器杜瓦制冷机组件，探测响应波段为7.5μm～10.3μm，该探测器杜瓦制冷机组件（DDCA）主要包括两大部分：高灵敏度的长波576×6元红外焦平面探测器和斯特林制冷机。光伏阵列由576列组成，每列6个像元，读出电路对每一列的6个像元进行时间延迟积分（TDI）。光电二极管阵列由两组个数为288列的通道模块组成。

探测器积分时间可调，多种增益可调，可进行双向TDI扫描。微杜瓦采用金属密封结构、吸气剂用来保持长时间的真空度、高效冷屏设计。制冷机制冷效率高，整机振动和噪音小，可靠性高。

1.1 红外焦平面电学接口

红外焦平面探测器的电学接口主要包括3部分：输入偏置电压，输入时序，输出红外模拟信号。见下表1。

1.2 时序要求

红外焦平面探测器运行需要3个时序信号：主时钟MC，积分信号INT，串行接口设置输入数据。主时钟MC具有最大频率5MHz和50%的占空比，主时钟是整个电路同步工作的基础。每个时钟周期输出一列信息。作为最佳选择，最小帧周期应为38个主时钟周期。积分信号INT，为积分时间和读出时间控制信号。积分时间由经过2.5个主时钟周期移位的INT高电平决定。INT的下降沿控制积分信号的采样。2.5MC周期后，积分电容被复位到VR，积分结束。

红外焦平面探测器的工作时序如图1-1所示

串行接口SERDAT是在每一帧中，加载到控制寄存器的串行输入数据。30位的控制寄存器用于建立和保持对芯片的配置。每次上电时，需要重新加载一次SERDAT信息。控制寄存器位定义见下表2。

2 硬件电路设计

红外成像系统的硬件电路组成如图2所示，主要包括探测器电压偏置电路、探测器时序驱动，红外模拟信号预处理电路、红外信号AD转换电路、图像数据FIFO暂存电路，红外数字图像处理电路、数字图像输出接口电路等。其中红外数字图像处理电路由DSP+FPGA红外数字视频处理电路实现探测器的时序驱动、AD采样时序、扫描成像时序、图像数据排序整理、非均匀性校正、图像增强等功能，设计采用FPGA+DSP相结合的方式来完成。

2.1 偏置电压及时序驱动设计

要得到红外焦平面探测器的红外输出模拟信号，首先要给探测器提供满足要求的偏置电压和时序驱动，由表1可知，探测器需要5个偏置电压，其中Gpol电压可调，其他电压为固定值，所有偏置电压都有精度高，噪声低的要求，一般的LDO电压转换电路满足不了精度和噪声要求，需要专门设计。可调偏置电压Gpol先用低功耗高精度的数模转换器DAC7311产生，再滤波加射随电路以提高驱动能力，DAC7311的输入端由DSP程序控制，可在调试阶段通过编程改变输出电压值。固定偏置电压全部采用了电压基准源供电，VDDA和VDD分别用LT1461AIS8-5提供，LT1461是一款高精度，低温漂的电压基准源，电压准确度不超过0.04%，能够满足±0.05V的偏差要求，并且能提供至少50mA的输出电流，可以满足探测器40mA的要求，不用另外加射随电路驱动。VR的电压值不是常用的电压基准值，所以先用LT1461AIS8-5产生5.000V的基准电压，再分别用1%精度的电阻分压得到相应的电压值，再使用射随电路提供给探测器。例如VR电压的生成，如图3所示。

探测器的时序信号包括两部分，时序信号和控制寄存器，用FPGA实现。硬件电路设计采用ACTEL公司的A3P1000电路，输入时钟为20MHz，四分之一分频后得到整个系统的主时钟MC，再用Verilog编程语言以主时钟为基础产生探测器的积分信号。

探测器的控制寄存器用于增益、扫描方向、像元替代选择，数据字及地址字。每次上电后，用DSP将设置数据写入FPGA的RAM寄存器，数据在MC时钟下的同步下顺序写入探测器的SERDAT管脚。

2.2 AD采样及存储电路设计

制冷机将温度制冷到约80K并稳定后，给探测器送偏置电压和时序信号，探测器会在时序信号驱动下输出红外模拟信号，16路模拟信号在同一个主时钟MC同步下同时输出，模拟信号先使用运放电路处理，再经过低通滤波进入AD转换电路。为降低噪声，提高信噪比，运放电路和AD电路的供电都经过了滤波处理，数字地与模拟地进行隔离，防止数字地上的噪声进入模拟地。

本设计的运放电路选用LT公司低噪声低失真，高速轨至轨运放电路LT1806，噪声低至3.5nV/ 。AD转换电路选用了AD公司14位的模数转换电路AD9240，最高采样时钟10MSPS，信噪比77.5dB，数据在输入时钟的上升沿采集，转换时间需要3个时钟周期，转换后的16路AD数据先缓存在FIFO存储器中，等待FPGA排序处理。电路设计见图4所示。

AD数据存储电路选用IDT公司的IDT72T7295，IDT72T7295是高速大容量FIFO电路，能够兼容多种数字电平，并且输入输出数据总线多种可选，该设计中使用了4片FIFO，每片使用X72inX18out的模式，这样可以将每4路64位的AD数据合并为一路数据，16路AD数据在进入FPGA之前最终被合并为4路，再经过FPGA排序，形成含有576个像素的一行图像。

2.3 数字图像处理电路

数字信号处理器DSP选用TI公司的TMS320DM648，该处理器时钟频率高达1.1GHz，具有千兆以太网接口，外部DDR2存储器接口，数据传输速度快。增强的EDMA3控制器提高了读取数据速度。DM648对EDMA读入内部RAM的图像进行非均匀性校正，直方图统计，坏像元检测及替换，然后进行图像增强后，送到FPGA中缓存用于显示。FPGA产生探测器需要的时序驱动外，还产生整个系统的时序同步信号，并将视频的行场同步信号送给扫描控制电路。

2.4 视频显示电路设计

数模转换电路选用AD公司的ADV7123，ADV7123包含3路10bits的视频D/A转换器，行场同步信号，行场复合消隐信号，时钟信号。因为红外图像反映的是目标热辐射分布情况，只有灰度值。ADV7123的行场同步信号和消隐信号是叠加在绿色通道上的，所以FPGA将DSP处理好的红外数字图像送ADV7123电路的G[9：0]通道，红色和蓝色通道接地。DA转换后的实时图像如图5所示。

3 结论

经过实时测试和实际验证，设计的硬件电路完全满足系统的要求，探测器偏置电压设计产生的电压噪声低，精度高，时序驱动信号稳定。AD转换及存储电路能够实时转换16路视频信号并存储下来，高速DSP+FPGA的数字处理电路能够实时完成数字红外图像处理，将处理好的图像送DA电路显示或者通过千兆网口送给上位机做图像跟踪监控。该电路系统设计最终输出的图像清晰稳定，达到了预期的目的。

参考文献

[1]简献忠等. MCT1024 红外线列扫描成像系统[J].红外技术，2001.

[2] 范宏波等.288×4热像仪扫描速度与系统积分时间的匹配研究[J].红外技术，2007.

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