第2周小课 嵌入式系统设计与实践 集成ICBJT.ppt

1,嵌入式系统设计与实践,复 习,1、基本元器件的特性及其作用,3,5、模拟集成电路,集成电路 在经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等工艺，将晶体管、电阻、电容等元器件及电路的连线都集成在同一块半导体基片上，最后再进行封装成一个完整的电路。,1. 集成电路的主要特点,体积小，重量轻，成本低，可靠性高，组装和调试的难度小。,(5) 是线性集成电路中发展最早、应用最广、最为庞大的一族成员。,(3) 输出电阻小，几百欧以下。,(4) 通用型和灵活性强、成本低、用途广、互换性好。,(1) 电压放大倍数高，103105倍。,(2) 输入电阻大，几十千欧到几兆欧。,第2章 模拟电子系统设计 一、常用电子元器件,4,一、常用电子元器件,5、模拟集成电路(分类),(1) 按功能分,a. 模拟集成电路,主要用于放大和变换连续变化的电压和电流信号。,b. 数字集成电路,主要用于处理数字信号，即离散的、断续的电压和电流信号。,(2) 按集成度分,a. 小规模集成电路（SSI )一块芯片上包含的元器件在100个以下。,b. 中规模集成电路（ MSI )一块芯片上包含的元器件在1001,000之间。,c. 大规模集成电路（ LSI)一块芯片上包含的元器件在1,000100,000 之间。,d. 超大规模集成电路（ VLSI)一块芯片上包含的元器件在100,000以上。,5,一、常用电子元器件,5、模拟集成电路(运放),6,一、常用电子元器件,5、模拟集成电路(电压比较器),7,一、常用电子元器件,数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。根据数字集成电路中包含的门电路或元、器件数量，可将数字集成电路分为小规模集成(SSI)电路、中规模集成MSI电路、大规模集成（LSI）电路、超大规模集成VLSI电路和特大规模集成(ULSI)电路。 数字集成电路产品的种类很多，若按电路结构来分，可分成TTL和MOS 两大系列。 TTL 数字集成电路是利用电子和空穴两种载流子导电的，所以又叫做双极性电路。MOS 数字集成电路是只用一种载流子导电的电路，其中用电子导电的称为NMOS 电路;用空穴导电的称为PMOS 电路:如果是用NMOS 及PMOS 复合起来组成的电路，则称为CMOS 电路。 CMOS 数字集成电路与TTL 数字集成电路相比，有许多优点，如工作电源电压范围宽，静态功耗低，抗干扰能力强，输入阻抗高，成本低，等等。因而， CMOS 数字集成电路得到了广泛的应用。 数字集成电路品种繁多，包括各种门电路、触发器、计数器、编译码器、存储器等数百种器件。,5、数字集成电路(54/74系列),8,一、常用电子元器件,5、数字集成电路(分类),9,一、常用电子元器件,常用的TTL5474数字电路系列,它们的电源电压都是5.0V，逻辑“0”输出电压为0.2V，逻辑“l”输出电压为3.0V而抗扰度为 1.0V。 CMOS数字集成电路比TTL型数字电路的工作电源电压范围宽，静态功耗低、抗干扰能力强、输入阻抗高。工作电压范围为 318V（也有715V的，如国产的C000系列）； 输人端均有保护二极管和串联电阻构成的保护电路，输出电流（指内部各独立功能的输出端）一般是10mA，所以在实际应用时输出端需要加上驱动电路，但输出端若连接的是CMOS电路，则因CMOS电路的输入阻抗高，在低频工作时，一个输出端可以带动50个以上的接入端。 CMOS电路抗干扰能力是指电路在干扰噪声的作用下，能维持电路原来的逻辑状态并正确进行状态的转换。,5、数字集成电路(分类),10,一、常用电子元器件,5、数字集成电路(分类举例),11,MCU选择：STCXX系列单片机 ,12,STC12C5A60S2最小应用系统,13,STC XX系列在线编程,14,MCU的选择：AVR单片机,15,MSP430系列单片机为低功耗16位的精简指令构架，在线可编程，将大量的外围模块整合到片内：片内DCO振荡器，看门狗定时器/通用目的定时器，Timer_A3（带3个捕获/比较寄存器和PWM输出的16位定时器），Timer_B7（带7个捕获/比较寄存器和PWM输出的16位定时器），I/O端口1、2（每一个有8个I/O端口，均具有中断功能）、I/O端口3、4、5、6（每一个有8个I/O端口，可以位操作），ADC12（8路12位A/D）,USART0和USART1,16位硬件乘法器等。,MCU的选择：MPS430单片机,16,MCU的选择：MPS430单片机,17,CC430系列集成了RF收发器的超低功耗MCU系统级芯片(SoC)，具有功能强大的MSP430 16位RISC CPU, 内核集成了专为低功耗无线应用设计的 CC1101 多通道射频收发器、将 10 位 ADC、16位居寄存器、AES 硬件安全模块和 96 段 LCD 驱动器以及常数发生器组合在一起，工作电压1.8V-3.6V,CPU工作时的功耗160 A/MHz, 其中多通道射频收发器，设计用于315433868915MHzISM频带的低功耗无线应用。主要用在建筑物自动化,测试测量和财产跟踪。,MCU的选择：CC430单片机,18,RF模块选择：CC2530ZigBee,二、 电源电路,1.桥式整流滤波电路,第2章 模拟电子系统设计,2.典型的单路固定稳压电源三端稳压电路,二、 电源电路,3.双路固定稳压电源,二、 电源电路,4.单路可调三端稳压电源,二、 电源电路,5.基准电压源电路,二、 电源电路,三、 模拟电子系统设计举例,（一） 湿度控制器的设计,1.任务和要求 （1）设计并制作一种湿度控制器，控制环境的相对湿度。 （2）功能要求 当环境湿度低于控制湿度的下限值时，控制执行设备自动地使环境湿度增大，并发光显示或发声示警。 当环境湿度高于控制湿度的上限值时，控制执行设备自动地使环境湿度减小，并发光显示或发声示警。 用计量表显示环境的相对湿度。,2.总体方案设计,（1）设计思路,（2）湿度控制器的原理框图如图所示(方案一)。,3.电路组成及原理,（1）湿敏传感器使用的有关知识,湿敏传感器的波形,对湿敏传感器阻抗特性的处理方法,温度补偿,线性化电路,湿敏传感器的使用,（2）采用集成运放和电压表组成放大计量电路， 其参考电路如图所示。,（3）低湿度比较器如图所示。,3.电路组成及原理,（二） 电子系统的数控直流稳压电源设计,1.概述,2.设计任务(需求分析),(1)输出电压 2V20V之间，调节单位为0.1V； (2)电压稳定度( )小于0.2%，纹波电压小于10mV；,(3)输出电流1A； (4)输出电压值由数码管显示，并由“+”、“-”二键分别控制输出电压步进增减；,(5)电源应具有输出短路保护和功率器件的过热保护功能