硬件设计

LIN是一种串行通信协议,旨在作为汽车分层网络的最底层,当不需要CAN的所有功能时,LIN可以低成本地实现与传感器和执行器的通信。

UART模块的特性包括:

·全双工异步通信

·标准NRZ格式

·可配置的过采样率(8x 或16x)

·便捷的波特率编程

·自动波特率检测

·可编程的数据字长度(8-bit / 9-bit)

·可编程的数据位排序 MSB / LSB

·可配置的停止位宽度(1 / 2 bits)

·单线半双工通信

·使用DMA连续通信

·单独使能发送和接收功能

·可单独控制的发送和接收的信号极性

·硬件流控和RS-485收发器控制

·通信错误检测

·硬件奇偶校验位生成和检测

·多节点通信

·地址不匹配自动进入mute模式

·Mute模式唤醒

-Idle line检测

-地址匹配检测

·接收管脚的有效边沿(为系统唤醒设置的异步)

·LIN break(间隔场)检测

·间隔场生成

·1,2,4,8,16,32,64,128位长度可配置的idle字符检测

·独立的数据发送和接收FIFO

-接收和发送的标记值可分别独立配置

·Loop模式

·支持寄存器32位、16位和8位的访问

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表1 UART信号描述

LIN总线拓扑结构包含一个主机节点和多个从机节点,如下图所示。将应用模块连接到车辆网络,使它们可以用于诊断和服务。

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图1 LIN总线拓扑结构

LIN发送器是一个低边MOSFET,具有电流限制和过流关断功能。此外还集成了一个可选择的内部上拉电阻与一个串联二极管,因此在从机的应用中不需要外部上拉元件。而当作为主机使用,必须在VBAT[电池电压]和LIN总线之间连接一个1 kΩ的外部电阻并串联一个二极管。从隐性到显性的下降时间和从显性到隐性的上升时间是可以选择和控制的,以保证通信质量并减少EMC辐射。

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图2 LIN接口的电路图

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围观 127

比较器(CMP)模块用于对CVM01xx微控制器的两个模拟输入电压进行比较。该比较器电路被设计成在整个电源电压范围内工作,即所谓的轨到轨操作。当非反相输入大于反相输入时,CMPO为高电平;当非反相输入小于反相输入时,CMPO为低电平。

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△图1  CMP总体框图

由于MCU引脚之间的电感/电容耦合,高速接口或任意GPIO的开关都可能给模拟或比较器输入引入一些噪声,交叉串扰可能是由PCB上相互靠近的走线或相互交叉的走线引起的。为避免和减轻高频噪声和信号耦合,需确保模拟比较器的输入信号阻抗不超过50KΩ,见图2。

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△图2  模拟信号的屏蔽

将接地平面和接地铺铜区放在敏感的模拟信号旁边,可在PCB上提供屏蔽。同时应注意尽量减少此类信号在PCB上的走线长度,可防止干扰和I/O交叉串扰影响信号。大面积的金属采用大而扁平化的导体模式,使其具有最低电阻和最低电感。

接地平面作为一个低阻抗的返回路径,用于对快速数字逻辑引起的高频电流进行去耦,还最大限度地减少了电磁干扰/射频干扰(EMI/RFI)。另一方面,接地平面也允许高速数字或模拟信号通过传输线(微带或带状线)技术进行传输,该技术需注意控制阻抗。

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围观 58

01、RESET系统

复位MCU可使MCU从已知的初始条件下开始运行。系统复位开始时,片上稳压器处于完全工作状态,系统时钟由内部参考时钟产生。

外部引脚RESET

对于所有的复位源,RESET_B引脚都会被MCU驱动为低电平,时长至少维持128个总线时钟周期,直到闪存初始化完成。在闪存初始化完成后,RESET_B引脚被释放,芯片内部复位信号失效。外部保持RESET_B引脚被拉低,会延迟芯片内部复位信号的失效时间。如果发生外部引脚复位,复位模块的状态寄存器中相应的标志位会被置位。因此,应用软件可以通过读取该寄存器来检测外部引脚的复位。

复位引脚,与其他一些GPIO类似,有一个弱的内部上拉。如果环境和客户的应用存在噪声影响,就必须在复位引脚上直接加一个外部上拉电阻到VDD,以避免发生随机的或意外的复位。关于该引脚允许的电压和电流水平,请参考器件的数据手册。

尽管复位线中的电容对MCU来说不是必须项,但在某些情况下,为了进一步增加ESD保护,会在RESET引脚和地之间添加一个外部电容。上拉电阻和电容的值须根据应用的设计要求选择。关于MCU可检测到的最小RESET脉冲值,请参考器件的数据手册。 

02、RJTAG和TRACE接口

本章节列举了一些常用的调试连接器,大多数ARM开发工具都会使用这些引脚。当开发ARM电路板时,建议使用标准的调试信号排列,以使与调试器的连接更容易。SWD/SWV引脚叠加在JTAG引脚之上,如下所示。

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△表1  CVM01xx – JTAG和SWD信号描述

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△表2  CVM01xx – JTAG和SWD接口

注意:可以为JTAG信号添加外部上拉/下拉电阻,以增加调试器连接的稳定性。

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△图1  JTAG/SWD信号连接

03、调试连接器引脚布局

3.1 20针 Cortex Debug D ETM 连接器

部分较新的ARM微控制器板使用一个1.27mm间距的20针头(Samtec FTSH-110),用于调试和跟踪,20针Cortex Debug D ETM连接器支持JTAG和Serial-Wire调试协议。当使用Serial-Wire调试协议时,TDO信号可用于Serial-Wire观测器的输出,用于跟踪捕获。该连接器还提供了一个4位宽的跟踪端口,用于捕获有更高带宽需求的跟踪调试(例如,当ETM跟踪被启用时)。

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△图2  20针Cortex Debug D ETM连接器引脚布局

3.2 10针 Cortex 调试连接器

对于没有ETM的设备,可使用更小的1.27毫米间距的10针连接器(Samtec FTSH-105)进行调试。与20针的Cortex Debug D ETM连接器类似,10针版本的连接器同样支持JTAG和Serial-Wire调试协议。

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△图3  10针Cortex调试连接器引脚布局

3.3 传统的20针 IDC 连接器

ARM开发板中常用的调试连接器是20针IDC连接器,20针IDC连接器支持JTAG调试、Serial-Wire调试(SWIO和SWCLK)、串行线输出(SWO)。

nICEDETECT引脚允许目标系统检测是否有调试器连接。当没有调试器连接时,该引脚被拉高,而调试器连接时将该引脚连接到地,常被使用在支持多种JTAG配置的开发板;nSRST连接是可选的,调试器可通过系统控制块(SCB)复位Cortex-M系统,所以此连接在做微控制器顶层设计时常被省略。

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△图4  20针的IDC连接器

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围观 89

GD32F30x 和 GD32F403 系列硬件为参考。

一. 硬件设计 

1.电源

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2.复位

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注意:

1. 内部上拉电阻40kΩ,建议外部上拉电阻建议10kΩ,以使得电压干扰不会导致芯片工作异常;

2. 若考虑静电等影响,可在NRST管脚处放置ESD保护二极管;

3. 尽管MCU内部有硬件POR电路,仍推荐外部加NRST复位阻容电路;

4. 如果MCU启动异常(由于电压波动等),可适当增加NRST对地电容值,拉长MCU复位完成时间,避开上电异常时序区。

3.时钟

GD32F30x/GD32F403系列内部有完备的时钟系统,可以根据不同的应用场合,选择合适的时钟源,时钟主要特征:

4-32MHz外部高速晶体振荡器(HXTAL);

8MHz内部高速RC振荡器(IRC8M);

32.768KHz外部低速晶体振荡器(LXTAL);

48 MHz内部高速RC振荡器(IRC48M);

40kHz内部低速RC振荡器(IRC40K);

PLL时钟源可选HXTAL、IRC8M或IRC48M;

HXTAL时钟可监控;

时钟树如下:

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4.启动配置

GD32F30x/GD32F403系列提供三种启动方式,可以通过BOOT0和BOOT1来进行相关的配置。

用户可以配置BOOT0和BOOT1,进行上电复位或系统复位,从而确定启动选项。电路设计时,运行用户程序,BOOT0不能悬空,建议通过一个10kΩ电阻到GND;运行System Memory进行程序更新,需要将BOOT0接高,BOOT1接低,更新完成后,再将BOOT0接低上电才能运行用户程序;SRAM执行程序多用于调试状态下。

嵌入式的 Bootloader 存放在系统存储空间,用于对 FLASH 存储器进行重新编程。在GD32F305xx/ GD32F307xx/ GD32F403xx设备中,Bootloader可以通过USART0 (PA9 and PA10),USART1 (PD5 and PD6),USBFS (PA9, PA11 and PA12)和外界交互。在GD32F303xx(Flash<512kB)设备中,Bootloader可以通过USART0 (PA9 and PA10) 和外界交互, 在GD32F303xx(Flash>512kB)设备中,Bootloader可以通过USART0 (PA9 and PA10) USART1 (PA2 and PA3)和外界交互。




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5.下载调试

GD32F30x/GD32F403系列内核支持JTAG调试接口和SWD接口。JTAG接口标准为20针接口,其中5根信号接口,SWD接口标准为5针接口,其中2根信号接口。

注意:复位后,调试相关端口为输入PU/PD模式,其中:

PA15:JTDI为上拉模式;

PA14:JTCK / SWCLK为下拉模式;

PA13:JTMS / SWDIO为上拉模式;

PB4:NJTRST为上拉模式;

PB3:JTDO为浮空模式。

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有以下几种方式可以提高SWD下载调试通信的可靠性,增强下载调试的抗干扰能力。

1. 缩短SWD两个信号线长度,最好15cm以内;

2. 将SWD两根线和GND线编个麻花,缠在一起;

3. 在SWD两根信号线对地各并几十pF小电容;

4. SWD两根信号线任意IO串入100Ω~1KΩ电阻。

6.典型外设

ubs外设电路

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二. PCB Layout

1.电源去耦电容

GD32F30x/GD32F403系列电源有VDD、VDDA、VREF+和VBAT四个供电脚,100nF去耦电容采用陶瓷即可,且需要保证位置尽可能地靠近电源引脚。电源走线要尽量使得经过电容后再到达MCU电源引脚,建议可通过靠近电容PAD处打Via的形式Layout。

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2.时钟电路

GD32F30x/GD32F403系列时钟有HXTAL和LXTAL,要求时钟电路(包括晶体或晶振及电容等)靠近MCU时钟引脚放置,且尽量时钟走线由GND包裹起来。

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注意:

1. 晶体尽量靠近MCU时钟Pin,匹配电容等尽量靠近晶体;

2. 整个电路尽量与MCU在同层,走线尽量不要穿层;

3. 时钟电路PCB区域尽量禁空,不走任何与时钟无关走线;

4. 大功率、强干扰风险器件及高速走线尽量远离时钟晶体电路;

5. 时钟线进行包地处理,以起到屏蔽效果。

3.复位电路

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注意:复位电路阻容等尽可能地靠近MCU NRST引脚,且NRST走线尽量远离强干扰风险器件及高速走线等,条件允许的话,最好将NRST走线做包地处理,以起到更好的屏蔽效果。

4.USB 电路

USB模块有DM、DP两根差分信号线,建议PCB走线要求做特性阻抗90ohm,差分走线严格按照等长等距规则来走,且尽量使走线最短,如果两条差分线不等长,可在终端用蛇形线补偿短线。

由于阻抗匹配考虑,串联匹配电阻建议50Ω左右即可。当USB终端接口离MCU较远的时候,需要适当增大该串联电阻值。

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注意:

1. 布局时摆放合理,以缩短差分走线距离;

2. 优先绘制差分线,一对差分线上尽量不要超过两对过孔,且需要对称放置;

3. 对称平行走线,保证两根线紧密耦合,避免90°、弧形或45°走线方式;

4. 差分走线上所接阻容、EMC等器件,或测试点,也要做到对称原则。

对于USB HS模块,MCU与外部HS PHY之间的数据线与信号控制线也尽量走短,需要用蛇形线做等长处理,注意事项如下:

1. 布局时摆放合理,USB HS-PHY芯片与MCU之间尽量紧凑;

2. 布线时,以信号线中最长的一根线长度为目标,将其他信号线通过蛇形走线补偿即可。

5.BGA 走线

GD32F403x 系列中包含 BGA100 的封装,对应的型号为 GD32F403VxH6,该芯片走线和其它 BGA 芯片类似,先对各个球型焊盘进行扇出,再进行布线操作。对于 0.5 mm Pitch 的 BGA封装,若将 BGA 焊盘大小设置为 0.25/0.35,过孔距焊盘以及线宽线距为 3 mil 时,可以使用Dog bone 型扇出,扇出后如图 3-5. BGA100 封装的扇出方式所示,过孔距焊盘距离为 4.5mil;但此种布线对 PCB 制造商工艺要求较高,需与 PCB 制造商沟通后再进行布线,若制造商工艺达不到要求,可对此 BGA 封装打盘中孔以及盲埋孔

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参考:

https://gd32mcu.com/cn/download/10?kw=

来源: 嵌入式学习与实践

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围观 95

(1)存储器扩展:容量需求,在选择时就考虑到单片机的内部存储器资源,如能满足要求就不需要进行扩展,在必须扩展时注意存储器的类型、容量和接口,一般尽量留有余地,并且尽可能减少芯片的数量。选择合适的方法、ROM和RAM的形式,RAM是否要进行掉电保护等。

(2)I/O接口的扩展:单片机应用系统在扩展I/O接口时应从体积、价格、负载能力、功能等几个方面考虑。应根据外部需要扩展电路的数量和所选单片机的内部资源(空闲地址线的数量)选择合适的地址译码方法。

(3)输入通道的设计:输入通道设计包括开关量和模拟输入通道的设计。开关量要考虑接口形式、电压等级、隔离方式、扩展接口等。模拟量通道的设计要与信号检测环节(传感器、信号处理电路等)结合起来,应根据系统对速度、精度和价格等要求来选择,同时还需要和传感器等设备的性能相匹配,要考虑传感器类型、传输信号的形式(电流还是电压)、线性化、补偿、光电隔离、信号处理方式等,还应考虑A/D转换器的选择(转换精度、转换速度、结构、功耗等)及相关电路、扩展接口,有时还涉及软件的设计。高精度的模数转换器价格十分昂贵,因而应尽量降低对A/D转换器的要求,能用软件实现的功能尽量用软件来实现。

(4)输出通道的设计:输出通道设计包括开关量和模拟量输出通道的设计。开关量要考虑功率、控制方式(继电器、可控硅、三极管等)。模拟量输出要考虑D/A转换器的选择(转换精度、转换速度、结构、功耗等)、输出信号的形式(电流还是电压)、隔离方式、扩展接口等。

(5)人机界面的设计:人机界面的设计包括输入键盘、开关、拨码盘、启/停操作、复位、显示器、打印、指示、报警等。输入键盘、开关、拨码盘应考虑类型、个数、参数及相关处理(如按键的去抖处理)。启/停、复位操作要考虑方式(自动、手动)及其切换。显示器要考虑类型(LED,LCD)、显示信息的种类、倍数等。此外还要考虑各种人机界面的扩展接口。

(6)通信电路的设计:单片机应用系统往往作为现场测控设备,常与上位机或同位机构成测控网络,需要其有数据通信的能力,通常设计为RS-232C、RS-485、红外收发等通信标准。

(7)印刷电路板的设计与制作:电路原理图和印刷电路板的设计常采用专业设计软件进行设计,如Protel,OrCAD等。设计印刷电路板需要有很多的技巧和经验,设计好印刷电路板图后应送到专业化制作厂家生产,在生产出来的印刷电路板上安装好元件,则完成和制作。

(8)负载容限的考虑:单片机总线的负载能力是有限的。如MCS-51的P0口的负载能力为4mA,最多驱动8个TTL电路,P1~P3口的负载能力为2mA,最多驱动4个TTL电路。若外接负载较多,则应采取总线驱动的方法提高系统的负载容限。常用驱动器有:单向驱动器74LS244,双向驱动器74LS245等。

(9)信号逻辑电平兼容性的考虑:在所设计的电路中,可能兼有TTL和CMOS器件,也有非标准的信号电平,要设计相应的电平兼容和转换电路。当有RS-232,RS-485接口时,还要实现电平兼容和转换。常用的集成电路有MAX232,MAX485等。

(10)电源系统的配置:单片机应用系统一定需要电源,要考虑电源的组数、输出功率、抗干扰。要熟悉常用三端稳压器(78хх系列、79хх系列)、精密电源(AD580,MC1403,CJ313/336/385,W431)的应用。

(11)抗干扰的实施:采取必要的抗干扰措施是保证单片机系统正常工作的重要环节。它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。

来源:面包板社区
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围观 89

一般来说,系统总是由多个子系统组成,而子系统又是由更小的子系统组成,直到细分到电阻器、电容器、电感、晶体管、集成电路、机械零件等小元件的复杂组合,其中任何一个元件发生故障都会成为系统出现故障的原因。

因此,硬件可靠性设计在保证元器件可靠性的基础上,既要考虑单一控制单元的可靠性设计,更要考虑整个控制系统的可靠性设计。

1、影响硬件可靠性的因素

(1)元件失效。

元件失效有三种:一是元件本身的缺陷,如硅裂、漏气等;二是加工过程、环境条件的变化加速了元件、组件的失效;三是工艺问题,如焊接不牢、筛选不严等。

(2)设计不当。

在计算机控制系统中,许多元器件发生的故障并不是元件本身的问题,而是系统设计不合理或元器件使用不当所造成。

在设计过程中,如何正确使用各种型号的元器件或集成电路,是提高硬件可靠性不可忽视的重要因素。

(1)电气性能:

元器件的电气性能是指元器件所能承受的电压、电流、电容、功率等的能力,在使用时要注意元器件的电气性能,不能超限使用。

(2)环境条件:

计算机控制系统的工作环境有时相当恶劣,由于环境因素的影响,不少系统的实验室试验情况虽然良好,但安装到现场并长期运行就频出故障。

其原因是多方面的,包括温度、干扰、电源、现场空气等对硬件的影响。因此,设计系统时,应考虑环境条件对硬件参数的影响,元件设备须经老化试验处理。

(3)组装工艺:

在硬件设计中,组装工艺直接影响硬件系统的可靠性。由于工艺原因引起的故障很难定位排除,一个焊点的虚焊或似接非接很可能导致整个系统在工作过程中不时地出现工作不正常现象。

另外,设计印制电路板时应考虑元器件的布局、引线的走向、引线的分类排序等

2、提高硬件可靠性的一般方法

在计算机控制系统的整体设计中,如何提高系统硬件的可靠性是整个系统设计的关键,系统硬件设计时常需采用必要的可靠性措施:

(1)电路设计。

据统计,影响计算机控制系统可靠性的因素约45%来自系统设计。为了保证系统的可靠性,在对其电路设计时应考虑最极端的情况。

各种电子元器件的特性不可能是一个恒定值,总是在其额定(典型)参数的某个范围内;同时,电源、电压也有一个波动范围。

最坏的设计方法是考虑所有元件的公差,并取其最不利的数值核算电路每一个规定的特性。如果这一组参数值能保证电路正常工作,那么在公差范围内的其他所有元件值都能使电路可靠地工作。

在设计应用系统电路时,还要根据元器件的失效特征及其使用场所采取相应的措施,对容易产生短路的部件以串联方式复制,对容易产生开路的部分以并联方式复制。

(2)元器件选择。

在确定元器件参数之后,还要确定元器件的型号,这主要取决于电路所允许的公差范围。由于制造工艺所限,有些元器件参数的公差范围可能较大,如电容器电容量等。

另外,元件或器件的额定工作条件包括多个方面(如电流、电压、频率、机械参数以及环境温度等),设计时要考虑参数裕量,并在运行时尽量保证接近元器件的设计工作温度。

(3)结构设计。

结构可靠性设计是硬件可靠性设计的最后阶段。结构设计时,首先应注意元器件及部件的安装方式,其次是控制系统工作环境的条件(如通风、除湿、防尘等)。

(4)噪声抑制。

噪声对模拟电路的影响会直接影响系统精度,噪声对数字电路也会造成误动作。因此,在工程设计中必须采用噪声抑制和屏蔽措施。

对于模拟应用系统,可在电源端增加一些低通滤波电路来抑制由电源引入的干扰;对于数字系统,通常采用滤波器和接地系统;同时,在整体结构布局时应注意元器件的位置和信号线的走向。

对于电磁干扰、电场干扰可采用电磁屏蔽、静电屏蔽来隔离噪声,也可采用接地、去耦电容等措施来减少噪声的影响。

(5)冗余设计。

硬件冗余设计可以在元件级、子系统级或系统级上进行,必然增加硬件和成本。因此,设计时应仔细权衡采用硬件冗余的利弊关系。

在计算机控制系统中,主要采用控制单元冗余和控制系统冗余来提高系统硬件可靠性。

3、单元可靠性设计

控制与接口单元是指能独立完成某些测控功能的功能模块,其可靠性设计主要包括微处理器系统的冗余设计、输入输出通道干扰的抑制、电源系统干扰的抑制、控制单元运行状态的监视等。

(1)I/O通道干扰的抑制

模拟量输入通道常态干扰的频率通常高于被测信号的频率,因此可考虑采用滤波网络对模拟量输入信号进行滤波。

可采用各种形式的金属屏蔽层做好信号传送线路的屏蔽工作,将信号线与外界电磁场有效地隔离开来;在系统既有模拟电路又有数字电路时,数字地与模拟地要分开,最后只在一点相连,以防相互干扰。

I/O通道一般应采用光电耦合器进行电气隔离,既可避免构成地环路,还可有效地抑制噪声。另外,在输入输出通道上应采用一定的过压保护电路。

(2)电源系统干扰的抑制

同一电源网路上有较多大功率设备时,在控制单元与供电电源之间可加入三相隔离变压器,以防止电网干扰侵入控制系统。

在整机的电源线入口处,可通过增加电源滤波器来防止其他电子设备与本系统之间产生相互干扰。在机内独立的印刷板上应安装小型电源滤波器,以防止板与板之间的相互干扰。

由于开关电源具有较强的抗工频电压波动和频率波动能力,同时能隔离从电源线进入的传导干扰,适当场合可选用开关电源。

必要时,系统输入输出通道和其他设备可考虑采用独立的供电电源,实行电源分组供电。另外,逻辑电路板上的直流电源线和接地线要注意合理布线。

(3)控制单元运行状态监视

可使用看门狗定时器(WDT)监视控制单元的运行状态。WDT的输出直接连到CPU的中断请求端或控制单元的复位端,WDT的每次“定时到”溢出脉冲信号均能引起CPU的中断或复位。WDT受CPU控制,可对其重新设置时间常数或刷新。

定时器重新开始计时,只要程序正常运行就不会产生定时中断或系统复位。一旦程序执行出错或发生程序乱飞、死机现象,看门狗定时器就会产生溢出脉冲信号,引起定时中断或复位,从而使控制单元重新启动或进入中断服务程序进行纠错处理。

(4)控制单元的掉电保护

对付电网瞬间断电或电压突然下降的有效方法就是掉电保护,对计算机测控系统可外加不间断电源(UPS),对测控系统中的控制单元可增加掉电保护电路,并慎重设计。掉电信号由硬件电路检测,加到控制单元CPU的外部中断输入端。

软件中断将掉电中断规定为高级中断,使控制单元CPU能及时对掉电做出反应。在掉电中断子程序中,首先进行现场保护,保存当时重要的状态参数。当电源恢复正常时,CPU重新复位,恢复现场并继续未完成的工作。

(5)控制单元冗余设计

常用的控制单元冗余设计包括热备份并联冗余和冷备份并联冗余,两者都是以增加成倍的硬件投资来换取系统硬件的可靠性。

① 热备份并联冗余是将若干功能相同的控制单元并联运行,同步执行相同的处理程序,当并联系统中至少有一个控制单元工作正常时,整个系统即维持正常工作。

为了提高控制单元的可靠性和经济性,常采用双机热备份并联方式。对受控系统而言,双机热备份并联方式只是其中一个控制单元完成测控任务,另一个控制单元处于并行工作的待命状态。

但两个控制单元同步执行同样的程序,一旦自检系统发现主控单元有故障时,则待命状态的备控单元自动切换上去,代替主控单元使系统继续正常运行。在设计双机热备份系统时,要解决以下两个主要问题:

a. 双机同步。双机同步一般是以事件作为同步令牌,其中事件可由设计者定义。如系统的工作过程为:输入接口采集由传感器送来的数据,在CPU内将采集到的数据和设定值进行比较、处理,最后得到本次的控制量输出。那么,事件可划分为数据采集和数据处理两个事件。

当应用系统启动时,两机同时执行第一事件,即采集状态数据。当第一事件完成后,再将两结果进行比较,如果相同则继续第二事件;若有错误,则主控单元自动切换,用备控单元代替主控单元。只要主控单元工作正常,则备控单元一直处于待命状态。

当事件进行数据处理时,若超出精度范围,则认为其中一个数据可能有错误,这时可以让双机重新转到本事件的首地址再执行一遍。若仍有差错,则再转到故障检测程序。这种软件回卷方法可以消除某些偶然性因素的影响。

b. 故障检测。可以利用两机各自的自检程序分别进行自检,找出发生故障的控制单元。如果故障机是主控单元,则可进行自动切换,使程序继续执行下一个事件。为了能及时切换,可以根据任务的特点多设置一些事件,使得双机同步校验次数增多。

所谓切换是指通过输入输出接口相互交换双机状态,一旦某控制单元出错,另一控制单元就可及时知道。当备控单元发现主控单元有故障时,就可以发出控制信号,使主控单元自动退出控制,备控单元代替主控单元使系统继续正常运行。

② 冷备份并联冗余设计中,备份的控制单元平时不加电工作,只在发现主控单元出故障时才用其代替主控单元。冷备份的控制单元在硬件结构、软件实现上都与主控单元完全一样,各种联机设备都安置到位,处于接通电源即可投入正常工作的冷备份状态。

冷备份并联系统中的冷热切换可以用人工操作转换,也可以自动切换。在设计成自动切换时,主控单元必须设置各路(或关键几路)报警信号。若发现超限现象,则及时输出切换信号去触发冷备份系统的电源触点,使备份单元投入正常运行。

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围观 18

硬件设计时那些未用的管脚如何处理?

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随着集成电路规模的越来越大,如今的大规模芯片都集成了很多功能模块,但是在实际的电路设计中我们又不可能把芯片所有的功能模块(或者说接口)全部用上,因此总会有或多或少的管脚会“用不上”,那这些未用的管脚一般怎么处理呢?

来自jacky大神整理的硬件基础知识问答20例。

1、半导体或芯片的 0.25um、 0.18um、 90nm、 7nm工艺指的是什么?

这些数字表示制作半导体或芯片的技术节点,也称作工艺节点。实际物理意义有“半节距”、“物理栅长”、“制程线宽”等。

半导体业界通常使用“半节距”、“物理栅长( MOS管栅极的长度)”和“结深”等参数来描述芯片的集成度,这些参数越小,芯片的集成度越高。

举个例子,某种芯片采用 90nm工艺,其中半节距为 90nm,而晶体管的物理栅长为 37nm。半节距,是指芯片内部互联线间距离的一半, 也即光刻间距的一半。

由于历年来每一个新的技术节点总是用于制造 DRAM芯片, 因此最新的技术节点往往是指 DRAM的半节距。

另外, 在技术文章中还有两种与“半节距”意义相近的表达方式,就是“线宽”、“线距”和“特征尺寸”,如果线宽等于线距,则半节距就等于线宽、线距,它们不过是对同一个数据的不同表达。

2、绿色发光二极管的导通压降大概是多少伏?

2V 左右。

3、变容二极管和稳压二极管正常工作状态下,应该加什么样的电压:正向、反向、前者正向后者反向、前者反向后者正向?

均应加反向电压。

4、如果一个 LED指示灯没有定义颜色,红、绿、黄、橙、蓝、白色你会选择哪一种,为什么?

按照使用习惯,电源指示灯用红色,信号指示灯用绿色,这两种颜色的LED灯技术最成熟,价格最便宜。

5、请简述 TVS瞬态电压抑制二极管的工作原理。

当 TVS上的电压超过一定幅度时,器件迅速导通,从而将浪涌能量泄放掉,并将浪涌电压限制在一定的幅度。

6、现今最流行的两类可编程逻辑器件是什么,他们有什么区别?

FPGA(现场可编程门阵列)和 CPLD(复杂可编程逻辑器件)是现今最流行的两类可编程逻辑器件。 FPGA是基于查找表结构的, CPLD是基于乘积项结构的。

7、请列举您知道的二极管类型?

开关二极管(小信号二极管)、肖特基二极管、整流二极管、稳压二极管(齐纳二极管)、瞬态电压抑制二极管( TVS)、变容二极管、发光二极管( LED)。

8、请简要说明基尔霍夫电流定律( KCL)和基尔霍夫电压定律( KVL)。

基尔霍夫电流定律( KCL)是指集总电路中任何时刻流进任一电路节点的电流等于流出该节点的电流。基尔霍夫电压定律( KVL)是指集总电路中任何时刻任一闭合电路支路的电压之和都为零。

9、模拟集成电路的输入一般采用何种电路:共发射极电路、共基极电路、差分电路、共集电极电路?

为了抑制温飘和提高精度,一般采用差分输入电路。

10、什么是反馈?反馈的作用是什么?

反馈是将放大器输出信号 ( 电压或电流 ) 的一部分或全部, 回收到放大器输入端与输入信号进行比较 ( 相加或相减 ) , 并用比较所得的有效输入信号去控制输出, 负反馈可以用来稳定输出信号或者增益, 也可以扩展通频带, 特别适合于自动控制系统。正反馈可以形成振荡, 适合振荡电路和波形发生电路。

11、三极管的 β 参数反映的是什么能力:电流控制电流、电流控制电压、电压控制电流、电压控制电压?

β 值反映的是基极电流对集电极和发射极电流的控制能力, 所以属于电流控制电流的能力。

12、为什么 OD(开漏)门和 OC(开集)门输出必须加上拉电阻?

因为 MOS管和三极管关闭时,漏极D和集电极 C是高阻态,输出无确定电平,实际应用必须通过电阻上拉至确定电平。

13、电路产生自激振荡的幅值条件和相位条件是什么?

幅值条件是: |AF| ≥1

相位条件是: φ A+φ F=2nπ ( n=0,1,2,... )

14、请列举三种典型的ESD模型。

人体模型( HBM)、机器模型(MM)、带电器件模型(CDM)。

15、请简述一下 DC-DC和 LDO的区别。

DC-DC 通过开关斩波、电感的磁电能量转换、电容滤波实现基本平滑的电压输出。

关电源输出电流大,带负载能力强,转换效率高,但因为有开关动作,会有高频辐射。

LDO是通过调整三极管或MOS管的输入输出电压差来实现固定的电压输出,基本元件是调整管和电压参考元件,电压转换的过程是连续平滑的,电路上没有开关动作。

LDO电路的特点是输出电压纹波很小,带负载能力较弱,转换效率较低。

16、请问电荷泵升压电路一般应用在什么场合?电荷泵可以胜任大电流的应用吗, 为什么?

电荷泵通过开关对电容充放电实现升压,因为电路没有电感元件储能,驱动能力较弱,只可以用于小电流场合。

17、常规 EMC测试项目有哪些?

1) 传导发射干扰测试

2) 辐射发射干扰测试

3) 传导干扰抗扰度测试

4) 辐射干扰抗扰度测试

5) ESD 抗扰度测试

6) 电快速瞬变脉冲群抗扰度测试

7) 浪涌抗扰度测试

8) 工频磁场抗扰度测试

9) 谐波与闪烁测试

10) 电压跌落、短时中断和电压变化抗扰度测试

18、请列举您知道的各国电子产品电气安全认证标准?

美国: FCC、欧洲: CE、德国: TUV-GS、中国: CCC、台湾: BSMI、日本: VCCI、澳洲: C-Tick。

19、请问RoHS指令限制在电子电气设备中使用哪六种有害物质?

限制使用铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯( PBB)和多溴二苯醚(PBDE)等六种有害物质。

20、请解释 WatchDog(看门狗)的工作原理。

看门狗有两个重要信号:时钟输入和复位输出。电路工作时, CPU送出时钟信号给看门狗,即喂狗。

如果系统出现故障, CPU无法送出连续的时钟信号,看门狗即输出复位信号给 CPU,复位系统。

本文转自:EDA365(微信号:eda365wx),转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

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51. 通讯方向:在串行通讯中,把通讯接口只能发送或接收的单向传送方法叫单工传送;而把数据在甲乙两机之间的双向传递,称之为双工传送。在双工传送方式中又分为半双工传送和全双工传送。半双工传送是两机之间不能同时进行发送和接收,任一时该,只能发或者只能收信息。

52. 串行口:方式1:移位寄存器方式 外接一个串入并出的移位寄存器CD4094 74LS164,就可以扩展一个并行口

53. 软件去掉按键抖动,发现按键按下之后10ms再次判断是否按下。

54. 单片机在通电复位后8051内的程序计数器(PC)中的值为‘0000’,所以程序总是从‘0000’单元开始执行

55. 碳膜电阻:

功率小1/6,1/4W

1Ω~22M

精度5%

便宜 1~2分钱

精密电阻

功率小1/6,1/4W

1Ω~22M

精度高1%

5 分钱

氧化膜电阻:

1~2W

0.1Ω~22M

精度5%

5 分钱

水泥电阻:

5~50W

0.11~1K

精度5%

不到1元

陶瓷电阻:

50~200W

0.1Ω-1K

精度5%

几十元

2W高压电阻

270M

精度5%

5元

压敏电阻

精度5%

不到1元

排 阻(5脚-12脚)

100Ω~1M

精度5%

5分/脚

可调电阻(卧.立式)

100Ω-1M

精度5%

不到1元

小功率电阻一般选精密电阻,因为其价格不贵。

一般按功率选择电阻:1~2W氧化膜电阻 5~50W水泥电阻 50~200W 陶瓷电阻(太贵了)

56. 电容:

瓷片电容:0.5p~0.1u 耐压最高可达30KV 一般都是50V的

涤纶电容:100p~4.4u 耐压一般是50~100V 最高也就630V

电解电容:0.1u~22万u 耐压等

6.3v 10v 16v 25v 35v 50v 160v 250v 400v(无15,20)

耐压超过100v的都很贵 甚至几百元

钽电容:0.1u~100u 耐压 最高50V 类似电解电容

独石电容:10p~2u 耐压一般50~100V

安规 用于交流250V 0.01u~2.2u

树脂 用于交流250V 0.1u~47u

电容容量越小耐压越高:容量的大小瓷片<独石<涤纶<钽<电解 钽和电解都属于大容量的电容.

57. 二极管:

整流:1N40系列(1A) 1N54系列(3A)1N52 6A系列(6A)

开关:1N4148

快速恢复:FR系列 (1A~6A)FR10*(1A) FR15* (1.5A) FR20*(2A) FR30*()3A FR60*(5A)

都很便宜 不超过5角

硅整流桥 从1A~40A 耐压100V~1000V 不超过10元

稳压二极管:2CW 2DW

58. 三极管:

型号太多了 2N(日本 美国) B××(欧洲)。

中小功率(小于1W 电流不到1A 电压一般不超过100V):国半的90系列 8050 8550(功率稍大是90的派生) 2SC1815 2SC945

2N5400 2N5550(耐压较高 超过100V)

中功率的比较少(1~1.5W 电压较高200V以上 电流不超过0.5A)。用于彩电 相机中。

大功率(5W以上)低耐压(不到100V 电流10A以上):2N3050 MJM2955(用于电源的扩流)

中耐压的很少

高耐压(几百伏,电流2A以上):用于彩电和显示器

2SD820 2SD1403(用于电源) 2SD951(用于行输出)

稳压电源:78, 79系列 (固定输出,最大输入电压35V 输出5V~24V)

LM317 LM337 (输出电压可调1.25~37V 能提供1.5V电流,输入输出差不能大于40V) LM350(3A)

TL431 三端可调 做基准源用 因为输出功率太小

59. 光耦:4N TLP PC MOC

60. 拨码开关:

在单片机中一般用于设置初始参数,而且不经常改变的场合。开关一般直接接到地上,还有加上拉电阻,单片机内部有上拉电阻时,可是省略(p1.p2.p3为准双向口,输入时,被内部上来成高电平)

XLF:微型打印机。

一体化红外接收器: 集红外线接收和放大于一体,不需要任何外接元件,就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容

DM-162 液晶显示模块 可直接和单片机相连。

ARP9600:语音录放芯片。

UPC1651高增益高频放大集成电路 用于音频信号 可直接接电线

MOC3041:光耦,双向可控硅

97A6:可控硅

TWH8778(8751):功率快关,工作电压3~24V,开关电流1A。输入

TTL兼容,可取代常规继电器

LM324:四集成运放

HT7150: 电源稳压器最大输入电压24V 输出为5V 输出电流只有30mA

LA4425:功放 能驱动8欧 5W的喇叭。LM384 TDA2030 能驱动8欧 12W的喇叭 LM386

LM1875 TDA1514 TDA1521(大功率)

61. LED数码管显示很简单:

① 先把16进制换算成10进制,放入a, b 中

② 调显示码(无译码电路)

③ 从输出端口输出

④ 开控制位

⑤ 延时

⑥ 关控制位

62. 单片机直接驱动8050 是用低电平驱动的。

63. 电阻的标定功率一般是最大功率,使用的时候远远小于这个功率 其他器件的功率是指额定功率,设备要在其额定功率附近工作。

驱动能力不足含有两种情况:

① 器件的输入电阻太小,输出波形会变形。如TTL电平驱动不了继电器

② 器件输入电阻够大,但是达不到器件的功率,如小功率的功放,驱动大功率的喇叭,喇叭能响,但音量很小,其实是输出的电压不够大。

64. 模拟集成电路可以分为:线性、非线性、功率、和微波(频率超过300MHz)四种。

65. 著名芯片厂家:

日本:NEC(日电)

HITACHI(日立)

TOSHIBA(东芝)

MITSUBISHI(三菱)

NATIONAL PANISONIC(松下)

FUJITSU(富士通)

SANYO(三洋)

SONY(索尼)

SHARP(夏普)

SANKEN(三肯)

JRC(JRC系列)

ROHM

美国:

INTEL(因特儿)

MOTOROLA(摩托罗拉)

NATIONAL SEMICONDUCTOR(国半 标志是个F 或者一个水波)

TI(德克撒斯仪器公司 生产TL系列)

SIGNETICS(西格尼蒂克斯 生产NE555 NE系列)

HARRIS(哈里斯是RCA(CA系列)

GE INTERSIL三家合一 (生产ICL ICM系列芯片))

AD——PMI(模拟器件公司 AD OP DG ADG系列 )

AMD

SPRAGUA(史普拉格 生产ULN系列)

IR(国际整流器公司)

LT(LINAR TECHNOLOGY生产LT系列) RATHEON(雷声公司 生产RC系列)

CYPRESS SEMICONDUCTOR (图标为一个柏树)

欧洲:

PHILIPS(菲利普)

ST(SGS THOMSON)

SIMENS(西门子)

韩国:

SAMSVNG(三星)

GOLDSTAR(高士达)

DAEWOO(大宇)

HYUNDAI(现代)

台湾:UMC

66. 74,40系列各个生产厂家的都可互换。61××,62××表示ROM 27××EPROM 28××E2PROM

67. 通用运放:LM741,LM833,LM324,LF411,LF347,LF358,TL071,TL081,MC34081,MC34071,MC33078,RC4558,RC4560,NE5532,AD711

68. 比较器:模拟量到数字量,并且输出于TTL兼容。LM311,LM339(239,139),LM319

69. 乘法器:可构成低通滤波器,频率变换,有效期测量。。。。AD538

70. PC上用DRAM(型号多以4开头 如4164) 单片机上用SRAM(以62,65,66,67开头 HM日立公司的存储器 HY现代 GM金星 ) EPROM上有个小窗口(以27开头)E2PROM(29开头)

flash ROM:存取速度快,断电保持

71. 电源:单片电源式:固定:78 79系列 可调:LM337

稳压器专用集成电路:不带功率模块,稳定性好,输出电压自己配置 LM723

用开关方式进行稳压:TL494 SG3524

基准源:输出电流很小,作为AD的参考电压 精度很高 AD580 LM113/313

72. 模拟开关:小信号的开关,不是大电流的开关 40系列里的4066 还有AD75××(性能好 太贵,不用)

73. V/F F/V 在无线电领域广泛使用 锁相环,在通讯电路使用比较多,应用复杂。

74. 驱动阵列:ULN2003 (史普拉格公司)

75. A/D D/A (ADC DAC系列是国半生产的) AD574(A/D) AD7520(D/A)

采样保持器:LF198/298/398

76. PIC单片机是General Instrument公司生产的单片机

77. 光耦:东芝的TIL系列 摩托罗拉的MOC系列 公认命名的4N系列 仅十几种。

78. 多圈(单圈)电位器:墨西哥BOVREN牌的 3006,3296 功率不超过1W 阻值10欧~5M欧

79. 氧化锌压敏电阻:抑制浪涌电压,保护电路。

80. 可控硅与三极管相比 :放大倍数高 达到上万 功率大 能达到几十安 几千伏。

81. 数码管 流行EDTECH公司产品 型号以LA LC LD LE LM LN 开头 还有BSR BSG系列

82. 家电专用芯片:

欧洲的:DTA系列

东芝: TA

松下: AN

NEC :uPC

三洋:LA

日立:HA HM

东洋电具:BA

三菱:M

SHARP:IX

SONY:CXA

三星:KA

83. 数字万用表:3位半的就可以 示波器:双踪20M的就可以

逻辑分析仪:有很多通道,用于数字电路 使用的很少

信号发生器:高频达到2MHz就可以了

频率计:专门测量频率 除非经常测量频率 一般不用

扫频仪:测量器件的频率特性曲线

图示仪:测量晶体管特性曲线 因为三极管质量日趋稳定 所以用处不大

功率计,场强仪,频谱分析仪:很专用的仪器

开关电源与普通电源相比:体积小 便宜 但是抗干扰差 纹波大 使用的很多

84. 通用运放(如LM324,需要+—电源)的应用

① 信号的放大,可代替三极管 运放接成反馈形式

② 信号多路分配,接成射极跟随形式 输入阻抗大

③ 带通滤波器,用在音响设备中,选择不同的频率并进行处理

④ 比较器,运放不接反馈电阻。比较器的应用:可以做成电压过限指示。

⑤ 单稳态触发器:其实是加电容接成比较器形式

85. 比较器(LM339)的应用:LM39输出是OC门,需要加上拉电阻。

LM339主要用于门限的指示,报警等。LM339加正反馈形成迟滞比较器。还可以组成振荡器。

4060是计数/分频/振荡器 用6反相器4069可以做成方波发生器

4047 振荡器

4033 十进制记数/7段译码器 输入脉冲 输出编码 需要加驱动

4544 BCD-7段译码/驱动 输入是4位的BCD码 输出的是7段码

4518 两个4位BCD码计数器 输入是脉冲 输出是4位的BCD码

4017 计数器/分配器 输入是脉冲 输出10个通道,每个通道一个脉冲

86. 利用三极管的温度系数,可以把它做成感温探头,三极管接成二极管形式 既基极和集电极接在一起 三极管可用3DG6

87. 设计功率不是很大的电源时:变压器选择220/15(18),电流1.5A(3A 决定了电源的功率)

可用现成的整流桥(看容量 5A足够了吧)或者用4个二极管自己搭建

滤波电容是几千u的

稳压电路:滤波之后用7805生成自己要的电压5V 有的用LM337做成可调的电流不够大, 可以加三极管扩流 2N3055

88. Y992:直流电源,可输出占空比可调的波形,需要加晶振,驱动能力不大 只有10mA 可以做成波形发生器,振荡器。用6反相器4069可以做成方波发生器

89. ICL7660,MAX870,MAX828 可以把+5V变成-5V

ICL7107 3位半的AD 做数字表头用 接共阳的LED

90. 变容二极管(几百皮法)变容二极管 用于收音机选台用。

91. 红外遥控:发射端:1 编码器 2 振荡器 3 红外发射管

接收端 1 解码器 2 红外接收组件。

92. LM35D 集成温度传感器 它是把测温传感器与放大电路做在一个起

93. 电源设计中 滤波电容大小的选择,一般1A左右在2000~3000u左右

94. 集成温度传感器,典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135

95. 三极管驱动是把驱动器件直接放到集电极(NPN),驱动能力受三极管Ic的影响 如果在集电极加电阻然后输出驱动,那驱动能力受电阻的影响

三极管基极和集电极可以加不同的电压 实现电压变换

射极跟随形式输出 输出端电压小于输入控制脉冲 输出电压受输入的影响 但是驱动能力强

96. 对于NPN管 发射结截止 三极管截止

发射结导通正偏 集电结反偏 三极管放大

发射结导通正偏 集电结正偏 三极管饱和 输出点的电压不是固定的 这时的输出点电压很低

① 所以集电结正偏了 饱和时 Vce很小 输出最大电压为Vc

② 射极跟随形式时发射结正偏 集电结反偏 所以一直工作在放大区 输出最大电压为Vb

这种接法不用作开关驱动 用作输出增大驱动能力 不能进行电平转换。

③ 如果射极和集电极都接电阻,输出点在集电极输出,结果三极管截止时 输出Vc 有输入信号时 三极管放大 输出电压为 Vb-0.7-Vb*(Rb/(Rb+rb+(1+β)Re)), Re不是很小的情况下,输出比Vc小些 不可能输出0电平。所以这种接法不能用作开关

NPN形式的时候 一般Rb一般大于Rc Re

④ 一般接法 集电极加一个电阻(电阻可换成驱动器件)用作开关形式。

97. Protel 设计分3部分:原理图 、生成网络表、生成PCB

98. 双极性晶体管是电流控制器件 场效应晶体管是电压控制器件 分为MOSFET(绝缘栅)JFET(结型)

99. 1度=1千瓦时 1千瓦(功率)=1.36马力

电灯、家用电器用的是单相交流电

同容量的电机 三相的比单相的体积小

100. 电压高于60V 试电笔发亮 试电笔遇地线不亮 遇火线亮

氖管两极都亮 是交流电 氖管只亮一极 是直流电。氖管两端有两个灯泡 测直流的时候 氖管接负极的一端发亮

兆欧表是用来测量大电阻的

101.

102. CD4001 或非门 用途:

① 可以构成RS触发器(如果没有4043的话):s为1的时候输出1 s变回0 输出不变 这时需要r输入1 才能复位

② 可以构成精度不高的谐震荡器

103. 对于音频信号,初始很小,只有5mV,经过前置放大器放大到500mV,最后经过功率放大器输出。

104. 电子管是通过固体加热释放出电子原理做成的

105. 粗略估计 对于输入阻抗为10K的器件 0.1u能滤掉1000HZ以上的波 10u能滤掉10HZ以上的波

106. 对于三极管来说9013用于放大 输入信号电压为为mv级 电流uA级 输出信号电压1V左右 输出电流mA级

电压、电流放大倍数大约100 功率放大大约10000

107. 低频信号指的是几Hz到十几KHz的信号

108. 两个电容和两个二极管可以构成倍压电路

109. 振荡信号是由正反馈产生的 LC振荡电路产生射频信号 RC振荡电路产生音频信号 晶体振荡电路是通过晶体的压电效应来产生振荡的。

多谐振荡器:能输出含有多次谐波信号的振荡器

110. DTL是指IC由二极管和三极管构成 TTL是IC只由三极管构成。

111. 过程控制指控制量为压力,液位,流量,温度等,伺服控制的对象是位置。

112. 稳压二极管比普通二极管比较起来 他的反相击穿电压(稳定电压)一般小于40V 并且反相动态电阻变化比较小

113. 三极管用作放大作用时,Rb/Rc 因该略微小于电流放大倍数β

基极必须接电阻,不然的话,三极管的输入电阻相当于0两个二极管连接的时候,第一个的Rc应该是第二个的Rb的十分之一,这样才不会波形变形

基极可以不接电阻,这样的话,但是前一级必须有上拉电阻,这样造成,前一级的集电极输出总是为0,前一级输出0时,电流从前一级流过,前一级为高的时候,电流从后面流过,后面的三极管导通,但不便于测量观察波形,所以建议基极要加电阻,而且,电阻做好比前一级的Rc大,这样便于用示波器观察波形

本文转自:张飞实战电子,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

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