第2周小课-嵌入式系统设计与实践-集成ICBJT课件.ppt

1、1嵌入式系统设计与实践嵌入式系统设计与实践复复 习习u1、基本元器件的特性及其作用、基本元器件的特性及其作用35、模拟集成电路、模拟集成电路 集成电路集成电路 在经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等工在经过氧化、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。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。体积小，重量轻，成本低，可靠性高，组装和调试的难度小。(5)是

2、线性集成电路中发展最早、应用最广、最为庞大的一族成员。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。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。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，电压放大倍数高，103105倍。倍。(2)输入电阻大，几十千欧到几兆欧。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、常用电子元器件一、常用电子元器件5、模拟集成电路、模拟集成电路(分类分类)(1)按功能分按功能分a.模拟集成电路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。主

3、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。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)按集成度分按集成度分 a.小规模集成电路（小规模集成电路（SSI)一块芯片上包含的元器件在一块芯片上包含的元器件在100个以下。个以下。b.中规模集成电路（中规模集成电路（MSI)一块芯片上包含的元器件在一块芯片上包含的元器件在1001,000之间。之间。c.大规模集成电路（大规模集成电路（LSI)一块芯片上包含的元器件在一块芯片上包含的元器件在1,000100,000 之间。之间。d.超大规模集成电路（超大规模

4、集成电路（VLSI)一块芯片上包含的元器件在一块芯片上包含的元器件在100,000以上。以上。5一、常用电子元器件一、常用电子元器件(b)外形 123456714(a)引脚分布(c)电路符号uuouCCUEEU+-A5、模拟集成电路、模拟集成电路(运放运放)6一、常用电子元器件一、常用电子元器件5、模拟集成电路、模拟集成电路(电压比较器电压比较器)+-LM339A+-1D2D1R2RCCUTHUTLUiu3D4DLRou双限比较器双限比较器1ou2ouCCU3R4RLM339BTHUTLUiu0ou(b)电压传输特性OPPU(a)电路图7一、常用电子元器件一、常用电子元器件u 数字集成电路是将

5、元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数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量，可将数字集成电路分为小规模集成(SSI)电路、中规模集成电路、中规模集成MSI电电路、大规模集成（路、大规模集成（LSI）电路、超大规模集成）电路、超大规模集成VLSI电路和特大规模集电路和特大规模集成成(ULSI)电路。电路。u 数字集成电路产品的种类很多，若按电路结构来分，可分成数字集成电路产品的种类很多，若按电路结构来分，可分成T

6、TL和和MOS 两大系列。两大系列。u 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。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中用电子导电的称为NMOS 电路电路;用空穴导电的称为用空穴导电的称为PMOS 电路电路:如果如果是用是用NMOS 及及PMOS 复合起来组成的电路，则称为复合起来组成的电路，则称为CMOS 电路。电路。u CMOS 数字集成电路与数字集成电路与TTL 数字集成电路相比，有许多优点，如工数字集成电路相比，

7、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，低，等等。因而，CMOS 数字集成电路得到了广泛的应用。数字集成电路得到了广泛的应用。u 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。器、存储器等数百种器件。5、数字集成电路、数字集成电路(54/74系列系列)8一、常用电子元器件一、常用电子元器件5、数字集成电路、数字集成电路(分类分类)9一、常用电子元器件一、常用电子元器件u常用的常用的TTL

8、5474数字电路系列数字电路系列,它们的电源电压都是它们的电源电压都是5.0V，逻辑逻辑“0”输出电压为输出电压为0.2V，逻辑，逻辑“l”输出电压为输出电压为3.0V而抗而抗扰度为扰度为 1.0V。uCMOS数字集成电路比数字集成电路比TTL型数字电路的工作电源电压范围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。工作电压范宽，静态功耗低、抗干扰能力强、输入阻抗高。工作电压范围为围为 318V（也有（也有715V的，如国产的的，如国产的C000系列）；系列）；u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（

9、指内部各独立功能的输出端）一般是流（指内部各独立功能的输出端）一般是10mA，所以在实际，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，则因电路，则因CMOS电路的输入阻抗高，在低频工作时电路的输入阻抗高，在低频工作时，一个输出端可以带动，一个输出端可以带动50个以上的接入端。个以上的接入端。uCMOS电路抗干扰能力是指电路在干扰噪声的作用下，能维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。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、数字集成电路(分类分类)10

10、一、常用电子元器件一、常用电子元器件5、数字集成电路、数字集成电路(分类举例分类举例)11MCU选择：选择：STCXX系列单片机系列单片机12STC12C5A60S2最小应用系统最小应用系统13STC XX系列在线编程系列在线编程14MCU的选择：的选择：AVR单片机单片机15uMSP430系列单片机为低功耗系列单片机为低功耗16位的精简指令构架，在位的精简指令构架，在线可编程，将大量的外围模块整合到片内：片内线可编程，将大量的外围模块整合到片内：片内DCO振振荡器，看门狗定时器荡器，看门狗定时器/通用目的定时器，通用目的定时器，Timer_A3（带（带3个捕获个捕获/比较寄存器和比较寄存器和

11、PWM输出的输出的16位定时器），位定时器），Timer_B7（带（带7个捕获个捕获/比较寄存器和比较寄存器和PWM输出的输出的16位位定时器），定时器），I/O端口端口1、2（每一个有（每一个有8个个I/O端口，均具有端口，均具有中断功能）、中断功能）、I/O端口端口3、4、5、6（每一个有（每一个有8个个I/O端口端口，可以位操作），可以位操作），ADC12（8路路12位位A/D）,USART0和和USART1,16位硬件乘法器等。位硬件乘法器等。MCU的选择：的选择：MPS430单片机单片机16MCU的选择：的选择：MPS430单片机单片机17uCC430系列集成了系列集成了RF收发器的

12、超低功耗收发器的超低功耗MCU系统级系统级芯片芯片(SoC)，具有功能强大的，具有功能强大的MSP430 16位位RISC CPU,内核集成了专为低功耗无线应用设计的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、将多通道射频收发器、将 10 位位 ADC、16位居位居寄存器、寄存器、AES 硬件安全模块和硬件安全模块和 96 段段 LCD 驱动器以驱动器以及常数发生器组合在一起，工作电压及常数发生器组合在一起，工作电压1.8V-3.6V,CPU工作时的功耗工作时的功耗160 A/MHz,u其中多通道射频收发器，设计用于其中多通道射频收发器，设计用于315433868915

13、MHzISM频带的低功耗无线应用。主要用在建筑频带的低功耗无线应用。主要用在建筑物自动化物自动化,测试测量和财产跟踪。测试测量和财产跟踪。MCU的选择：的选择：CC430单片机单片机18RF模块选择：CC2530ZigBee二、二、电源电路电源电路1.桥式整流滤波电路桥式整流滤波电路TrLRouoI 桥式整流电路1u2u充电放电LC+-+-1D2D3D4D第第2 2章章 模拟电子系统设计模拟电子系统设计2.典型的单路固定稳压电源典型的单路固定稳压电源三端稳压电路三端稳压电路二、二、电源电路电源电路LM78052UoU1C2C3C4C 三端集成稳压电路的典型应用123LM79052UoU1C2C

14、3C4C123INOUTGNDINOUTGNDDF 33.0F 202F 001F 1.0D3.双路固定稳压电源双路固定稳压电源二、二、电源电路电源电路LM7805V 51C2C3C4C 三端集成稳压组成的正、负双路输出稳压电源123INOUTGND5DF 33.0F 2002F 202F 1.0LM79055C6C7C8C123INOUTGND6D1D2D3D4D+-2uF 2002F 33.0F 1.0F 202V 5LM3172UoU1C2C3C4C 可调稳压器扩展电流的方法之一1231RwRINOUTADJ 4024RF 01k 51T2T3R2R 01F 704F 0.1F 1D1I

15、1BI1CI3DD5BS8550.21 51*4.单路可调三端稳压电源单路可调三端稳压电源二、二、电源电路电源电路LM3172UoU1C2C3C4C 三端集成可调稳压电路的典型应用1231RwRINOUTADJ 201k 1.5F/50V 011DF/50V 2002F.3302DF/50V 2025.基准电压源电路基准电压源电路二、二、电源电路电源电路阴极阳极参考121233V 42IUV 425.2oU1R2R1T2TwRTL431TL431 基准集成电路TL431及其应用电路1I2I10k(a)(b)三、三、模拟电子系统设计举例模拟电子系统设计举例（一）（一）湿度控制器的设计湿度控制器的

16、设计1.任务和要求任务和要求（1）设计并制作一种湿度控制器，控制环境的相对湿度。）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）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。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。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。用计量表显示环境的相对湿度。2.总体方案设计总体方案设计（1

17、）设计思路）设计思路（2）湿度控制器的原理框图如图所示）湿度控制器的原理框图如图所示(方案一方案一)。3.电路组成及原理电路组成及原理（1）湿敏传感器使用的有关知识）湿敏传感器使用的有关知识湿敏传感器的波形湿敏传感器的波形对湿敏传感器阻抗特性的处理方法对湿敏传感器阻抗特性的处理方法温度补偿温度补偿线性化电路线性化电路 湿敏传感器的使用湿敏传感器的使用（2）采用集成运放和电压表组成放大计量电路，）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。其参考电路如图所示。AVVOUTR1R2R3R4RP/Ov（3）低湿度比较器如图所示。）低湿度比较器如图所示。3.电路组成及原理电路组成及原理+

18、5VA3JRPR1R2+5V/Ov（二）（二）电子系统的电子系统的数控直流稳压电源数控直流稳压电源设计设计1.概述概述2.设计任务设计任务(需求分析需求分析)(1)输出电压输出电压 2V20V之间，调节单位为之间，调节单位为0.1V；(2)电压稳定度电压稳定度()小于小于0.2%，纹波电压小于，纹波电压小于10mV；(3)输出电流输出电流1A；(4)输出电压值由数码管显示，并由输出电压值由数码管显示，并由“+”、“-”二键分别控制二键分别控制输出电压步进增减；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。电源应具有输出短路保护和功率器件的过热保护功能。ooVV3.方案论证与框图方案论证与框图整流滤波电路DAC逻辑控制误差放大显示单元保护电路调整管输出 数控稳压电源方框图(1)方案一方案一(2)方案二方案二（3）方案三）方案三4.主要单元电路参数的选定和方案的实现主要单元电路参数的选定和方案的实现(1)整流滤波电路及整流滤波电路及+5V辅助电源辅助电源(2)稳压器和电阻网络稳压器和电阻网络(3)接口和驱动电路接口和驱动电路(4)控制部分控制部分5.采用开关电源方案简述采用开关电源方案简述6.开关电源与线性电源性能比较开关电源与线性电源性能比较u下次课主要内容下次课主要内容u电路的基本理论电路的基本理论