• 郭 靖:[原创]光控、单按键开关壁座电路

         在白天时，由于室内亮度较高，按下按键开关负载（继电器）不工作。    在夜晚或室内亮度较暗时，按下按键开关，负载才能启动工作，这也就是说，按下按键后负载是否启动，需视乎于室内的亮度，而一旦负载启动后，无论室内的亮度如何，再按动按键开关也能将负载关闭。    PR是亮度起控调节电阻，也可以根据需要增大或减少该电阻值。    光敏电阻要注意安装在按动按键时不被遮挡的位置上（如可能的话，尽量安装在无法人为遮挡的地方），否则，在室内亮度较高时，按下按键后负载会误启动。

    时间：2004-12-02 关键词： 光控 按键开关 电路

  • 可编程逻辑控制器在机顶盒中的应用

    机顶盒市场概览 机顶盒市场正经历着前所未有的快速增长，预计在2002年以前每年的需求量都将以百万台的数量级增长。 目前机顶盒市场依据网络类型来分有三大应用市场：卫星电视、有线电视和天线电视。除按电视信号发射系统划分外，机顶盒还可按功能不同分为低端、中端和高端。其中：低端机顶盒可将解码后的音频和视频输出到模拟电视或数字电视上；中端机顶盒加入了有限的交互性，可以实现交互式广告和节目安排程序；高端机顶盒可实现高水平的交互功能，如网页浏览和硬盘视频存贮。 机顶盒市场是一个变化快，对成本异常敏感的市场。为了提供竟争对手所没有的特性，广播公司必须不断为自己的机顶盒加上新的特征并迅速推向市场。Xilinx的大容量FPGA和CPLD器件为系统设计者提供了性能价格比很高的解决方案，同时还保持了传统PLD快速推向市场的优势。虽然很多功能最终会被吸收用在特殊应用标准产品ASSP(Application Specific Standard Products)器件中. 但不断提出的很多新功能或标准芯片组目前还不能提供，或者还不能完全利用ASSP完成，因此可编程逻辑的应用非常重要。 机顶盒的基本结构 构成机顶盒系统的功能块主要有： 连接卫星接收器或线缆调制解调器的连接块； 天线电视接收器或可并发解调数据流的xDSL调制解调器； 可作进一步MPEG-2解码的密码操作系统； 中央处理器，如ARM，MIP或是嵌入其他功能的x86处理器； 带音频、视频输出的MPEG-2解码器； 外部标准接口，如RS232，USB； 用于连接由广播公司控制的拨号系统的低数据率的调制解调器。 在这些设计中，Xilinx器件主要用于完成各主要模块间的接口功能。大多数接口都很类似，只是简单的逻辑改变。图2和图3给出了用到Xilinx器件的主要模块示意。 为市面上所有不同类型的系统分别开发接收器代价很高，但机顶盒的主要处理部分是很通用的。可编程逻辑器件可以在数据通道上提供所需的接口逻辑。 利用可编程逻辑使机顶盒制造商不必依赖于某一个芯片组供应商。另外，广播公司对机顶盒功能的要求，很大程度上影响到机顶盒中不同模块芯片的选用。所以，多数情况下使用单一厂商芯片组的机顶盒方案不能满足所有需要。可编程逻辑器件是实现这一点的理想选择。 Xilinx芯片应用的另一个重要方面是密码操作（Conditional Access,CA）系统(见图2)。 在系统的这一部分信号被解码。为顺利进行解码，信号发送时要使用适当的算法。算法可用软件或包含在智能卡上的硬件实现。然而，多数广播公司有自己独特的算法，因此目前应用的解码方法种类很多。在密码操作系统中采用可编程逻辑器件可以简化制造过程，机顶盒的制造过程完全统一，只是针对不同广播公司的特殊加密要求对可编程器件进行编程就行了。这样机顶盒就成为可以批量制造的标准产品，从而可以体现出大批量制造的优势。 在保证广播公司可以使用自己喜欢的方法的同时，却能够得到单一解码系统的好处，这就是设计通用接口（Common Interface）标准的目的。“通用接口”定义了主处理模块与解码电路间的连接标准。它是在欧洲电子技术标准协会（CENELEC）的支持下标准化的，并被数字音频及视频委员会（DAVIC）采纳，以CA0接口的名义出现在DAVIC规范中。同样这一接口也构成了美国国家可更新安全标准（NRSS）委员会相应标准的基础。 预计新出现的机顶盒设计将会逐渐采用通用接口标准。这样可使机顶盒以很好的性价比支持多种解码标准。Xilinx Spartan和CPLD器件被广泛地用在此类设计中，以实现机顶盒与加密智能卡间的桥接。 硬盘存储技术 Xilinx器件在标准的机顶盒系统中有用武之地，特别是前面介绍过的方面。但其主要应用还是在那些具有先进特性的新机顶盒设计中。其中最有意思的发展之一可能是硬盘存储技术在机顶盒中的应用。ReplayTV、NDS和Pace Technologies公司都开发了此类产品。 Xilinx同计划在机顶盒中采用硬盘存储技术的一些制造商进行了合作。由于硬盘每10GB存储的价格已降低到100美元以下，所以此类合作使双方都受益非浅。利用硬盘存储电影比视频录像机存储有很多优点。例如，可以同时进行读写。消费者可以将节目录下来稍后再看。 对于录像机来说，一边录制节目，一边播放15分钟前该节目播放的内容是不可能的。采用硬盘技术则可以让观看者在接电话或为人开门后回来再观看原来正在看的节目，就象什么也没做一样，只是实际上，他们看到的节目比实际传输的时间向后推迟了。同样，观众可以拥有即时回放和慢动作播放能力。这对广告业的影响也是深远的。有10-15分钟的灵活时间，观众可能会快速跳过播放的广告。电视公司非常关注这一点。这就是为什么大多数机顶盒都有一个回送通道的原因之一。该通道一般利用相对较低速率的调制解调器。晚上，特定客户的观看习惯被送回广播公司。广播公司可以建立该客户的档案，将来技术的发展可能允许只发送针对该客户需求的广告。 硬盘技术的应用发展很快。毫无疑问，将来会有很多专门为此开发的硬盘控制专用芯片组，但目前Xilinx的Spartan器件提供了实现这一功能的有效且低价的方法。带有片上RAM的Spartan器件可以相对方便地构成控制电路以及数据传输所需的先进先出（FIFO）缓冲。可编程功能允许机顶盒制造商针对不同的厂家的硬盘进行优化。这样，机顶盒制造商可以支持不同厂家采用最新技术的硬盘，其好处是显然的。 硬盘制造商Western Digital最近推出了一系列针对机顶盒市场的硬盘产品。其它硬盘制造商也发布了类似的产品。与PC不同，机顶盒要求极高的可靠性和较小的运行噪声。视频流对硬盘的要求也与PC不同。Western Digital发展了称为StreamWeaver的指令集，专门为音频/视频性能进行了优化。它允许数据流可以同时写入和读出，满足了机顶盒制造商的要求。 Internet和电子商务 根据预测，机顶盒可能会成为消费者在Internet上利用电子商务购买商品和服务的主要方式。一些厂商正寻求在机顶盒上实现可附加的智能卡读取器，利用智能信用付费卡可以保证网上消费时的安全。 值得注意的是PC业的很多厂商都在迅速地转向机顶盒市场，希望能占领一席之地。 目前，机顶盒的Web功能还很有限。诸如MP3播放器和文件阅读器之类的功能，目前的机顶盒也还不支持。这种情况将来会有改变。微处理器厂商在机顶盒市场的竟争非常激烈。可编程逻辑使机顶盒厂商可以很容易地将微处理器应用到机顶盒系统中。在基本的机顶盒中合并更多的功能是一个趋势，然而灵活性可能是一个更关键的要求，至少在开发阶段是如此。Xilinx XC9500系列和CoolRunner器件非常广泛地应用于微处理器和系统芯片的接口。两个系列的芯片都是可在系统编程的（ISP），可以在开发周期的各个阶段进行修改，甚至已经现场应用的情况下也可以。这为设计人员带来很大的灵活性，可以满足由于微处理器、外围芯片协议的迅速变化对系统的要求。 视频游戏 机顶盒和视频游戏机间的很多电路是共同的。最新的视频游戏机也整合了Web能力。主要的区别在于3D图像处理能力。可以想象这一功能将来也会集成到机顶盒芯片组中。ST MicroElectronics公司计划集成Nvidiar RIVA-128核心以增强其3D性能。这样强大的3D图像处理能力是提供大众游戏所需要的。 高分辨率电视（HDTV） 现在几乎所有的机顶盒设计都是针对标准分辨率电视的，如PAL、SECAM和NTSC。可以预见，特别是在美国，将来对高分辨率（HDTV）电视服务的要求会不断增强。消费者对高质量电影和体育节目的要求会推动HDTV的发展。 但在可预期的将来，对HDTV的需求还比不上标准分辨率电视。由于HDTV额外的处理要求，有限的市场需求以及不明确的目标市场，只有利用可编程逻辑才可以为产品开发提供最大的灵活性。 未来的机顶盒中可编程逻辑技术将会扮演更重要的角色。原因之一就是可以提供先进的网络集中管理功能，如Xilinx Internet重配置逻辑（IRL）。利用IRL，机顶盒制造商甚至可以在产品售出后进行升级以增加新特性。关键的是，这些操作并不需要服务人员到现场，而是通过机顶盒接收数据信号的同一个信道进行的。

    时间：2004-12-01 关键词： 机顶盒 中的应用 可编程逻辑控制器

  • MC68300系列微控制器的特点和应用

    随着各相关技术的发展和市场需求的拉动，微控制器出现了强劲的发展势头和广泛应用。据悉，1999年微控制器的市场将比1998年增长21%，2000年的增长率可能达到21.6%。Motorola是世界上最大的微控制器生产厂商，其产品具有种类全、可选择余地大、新产品多等特点，市场占有率达27%以上。MC68300系列是第一个推出的高性能微控制器，现已达几十个品种，近期又有了新的发展，适合于更广泛的应用范围。 MC68300系列微控制器的特点 MC68300系列微控制器采用模块化设计，可以根据用户的要求，选择不同的模块，以适应不同的应用场合。现在广泛使用的已有十余种产品，一般其组成如图1所示。 它们具有以下共同的特点或模块： ⑴ 中央处理单元（CPU）：采用在MC68020基础上形成的32位CPU，称作CPU32。它与MC68020的指令系统基本相同，并且还增加了多条适合于微控制器应用的指令，这样，在开发过程中就可以充分利用已有的成果。最高工作频率已达25MHz。 ⑵ 由于采用了全静态设计、高速互补金属氧化物半导体（HCMOS）工艺制造，所以MC68300系列微控制器都具有较低的功耗。工作频率可以从131kHz到25.17MHz变化。当使用低功耗停机指令完全停止系统时钟时，仍可保存所有寄存器的内容不变。 ⑶时钟频率较其它微控制器低很多。它采用32.768kHz的石英晶体，由片内的锁相环（PLL）电路产生所需的时钟频率，这就使得高频噪声低，抗干扰能力强，容易满足电磁兼容性（EMC）的要求。 ⑷ MC68300系列微控制器均有系统集成模块（SIM）。该模块由外部总线接口（EBI）、片选控制、系统保护子模块、测试子模块和系统时钟组成。 外部总线基于MC68020总线，提供24根地址线、16根数据线及用于数据传送和中断请求等功能的控制信号线。数据总线允许8位或16位访问方式，并允许动态改变总线宽度。 片选控制具有12根独立的可程控的片选信号输出，用于系统扩展、增加外部设备和外部芯片。 ⑸ 一般均有队列串行模块（QSM）。该模块为MC68300系列微控制器提供两个独立的串行通信接口，它们分别是队列串行外围接口QSPI和串行通信接口SCI。 除具有上述共同特点或模块外，MC68300系列微控制器的主要产品还分别有如下特点或模块： ⑴ MC68331 除包括CPU32、SIM和QSM模块外，还含有通用定时（GPT）单元。GPT可以实现输入捕捉（IC）、输出比较（OC）、脉冲宽度累加（PAI）、脉冲宽度调制（PWM）、辅助定时器时钟输入（PCLK）等功能。 近期Motorola还公布了MC68331的低电压（工作电压2.7V-3.6V）芯片MC68CK331。它的工作频率仍可达16MHz，但功耗已大大降低，特别适合于由电池供电的便携式产品。 ⑵ MC68332 MC68332除包括MC68300系列共有的模块外，还包括2KB RAM、半智能化的定时处理单元（TPU）。 TPU是MC68332最具特色的模块之一。它有自己的执行单元、3级优先级控制器、数据RAM、双定时基准和微程序ROM等。它可独立于CPU之外，执行各种定时、脉冲生成、电机（特别是步进电机）控制、频率测量等与时间有关的操作，可大大减轻CPU的负担。 Motorola最近已可提供MC68332的低电压（工作电压3.0V-3.6V）版本产品MC68LK332，在实现低功耗的同时，其工作频率仍可达16MHz，适合便携式产品。 ⑶ MC68336 除具有MC68332的所有模块和功能外，还有5.5k BRAM、可重构定时器模块4（CTM4）、16通道的10位队列化模/数转换器（QADC）。 MC68336共有7.5kB RAM，分为4kB和3.5kB两个部分，均具有MC68332的2kB RAM的全部特性。 ⑷ MC68376 除具有MC68336全部功能外，还包括8k BROM模块、CAN2.0B控制器模块（TouCAN）两个部分。 ⑸ MC68CK338 MC68CK338与MC68331相比，主要区别为：把MC68331中的GPT改为可重构定时模块6（CTM6）；中央处理单元CPU32和系统集成模块SIM均为低功耗模块，工作电压为2.7V-3.6V，工作频率上限为14.4MHz，所以较适合于用电池供电的便携式产品。 ⑹ MC68F333 MC68F333与上述产品相比，主要区别为：增加了64k E2PROM。 ⑺ MC68334 MC68334与前述的微控制器相比，其主要差别是：把2kB RAM改为1kB RAM；去掉了串行外围接口（QSM）模块；但输入输出引脚增加到47。 ⑻ MC68360 MC68360适合于通信类产品应用。与其它产品相比，它有较大变化：使用增强型CPU32，即CPU32+；带4个高速同步HDLC接口，2个异步串行口，14路DMA，32条地址线；4个定时器，8个片选端。 除上述产品外，还有MC68340、MC68349、MC68328、MC68356等产品，在此不再一一列举。 MC68300系列微控制器的开发 MC68300系列微控制器普遍采用了流水线结构、24位地址线和16位数据线，寻址能力可达16M～32M。有些片内的各种存储器可做到68kB以上。所以，程序复杂程度和开发难度都有较大的增加。为此，开发工具和开发手段都必须相应变化。 用于开发MC68300系列微控制器的开发工具主要有如下几种： ⑴ CDS32高性能仿真系统 CDS32包括仿真器和总线状态分析器，可对MC68300系列微控制器的性能进行实时仿真。在PC机上开发的目标码能装入到CDS32上运行。它有1M字节以上的仿真存储器，8k×64位分析器缓冲器具有跟踪实时事件的能力。CDS32还具有断点操作灵活、硬件调试简单等特点，仿真速度高达33MHz。CDS32有一个仿真头，用该仿真头取代目标系统上的MCU。 ⑵ MMDS1632 它是一种较高级的仿真器，提供了高速、实时的软件和硬件仿真，可以完全替代MCU。 ⑶ M68MEVB1632 该系统的硬件由底板M68MPFB1632和名片卡计算机M68MPB33X组成，软件包括ICD32、IASM32、PROG32等部分。ICD32是在线调试程序，界面友好，可同时显示6个窗口，系统运行情况一目了然。支持多种运行方式和丰富的调试命令，并可进行反汇编，对调试程序很方便。IASM32是针对CPU32的交叉汇编程序，具有丰富的汇编命令、宏指令和控制运算，支持多窗口程序编辑和多层子程序嵌套，可以进行模块化程序设计。PROG32是对MCU片内的E2PROM进行编程，利用程序也可对片外的EPROM进行编程。 在实际开发时，首先在开发器上进行程序编写和调试，然后利用事先在目标板上设置的BDM（10Pin）插座和开发器所带的扁平电缆，把目标系统和PC机连接起来就可以用ICD32对系统进行调试。我们在用MC68332研制经济型数控系统时就采用了这种方法和工具，完成了项目的开发。 基于MC68332的经济型机床数控系统 以MC68332为主组成的经济型数控系统如图2所示。 在这个系统中，64K RAM采用非易失RAM，128K ROM选用EPROM，它们与MC68332的SIM模块相连，各种接口控制信号均由SIM产生。ROM中存放各种系统程序，RAM中存放系统参数和用户编写的加工程序。 I/O口是该系统的离散输入输出口，它由MC68B21实现。键盘由8279键盘专用控制电路控制，它由48个薄膜键组成。LCD采用256×128点阵的图形液晶显示器，其控制器为SED1330。MC68B21、8279和LCD均连接到SIM模块，所需片选信号和其它接口信号由SIM产生。 驱动电路连接到TPU模块，由TPU模块根据CPU32写入的数据对步进电机的旋转速度、转动方向进行控制。TPU可以同时控制4台4相步进电机，提供的信号最高频率为22.5kHz，而且加减速度、旋转方向和速度都可以编程控制，应用十分方便。 通信接口由QSM模块实现。电平转换分别由MAX3232和MAX487完成，前者是TTL/232电平转换电路，后者是TTL/485电平转换电路，这样就使系统具有RS－232C和RS－485通信能力，可以方便的与上位计算机或其它设备通信，提高了系统的性能。 复位电路由IMP811等组成，可以接受面板上的手动复位信号。由于MC68332的RESET信号是双向信号，所以IMP811的输出经过74HC03隔离。IMP811可以提供可靠的上电和手动复位信号，因此可以提高系统的可靠性。 结束语 MC68300系列微控制器采用全静态设计、模块化结构、HCMOS工艺制造，因此，具有结构清晰、功耗低、功能强、抗干扰性能好、可靠性高、开发简单、容易满足电磁兼容性、数据处理能力强、价格较低等优点，值得推广应用。 由于MC68300系列微控制器具有许多优点，所以应用范围十分广泛。例如，使用较普遍的惠普激光打印机中就采用了这类微控制器；在汽车及其发动机控制、数控系统和智能测硫仪中采用了MC68332；在机器人中，可以采用MC68376或MC68332，利用其CAN或QSM模块实现多MCU控制,提高控制系统并行处理能力、控制性能和可靠性；在通信领域，广泛采用了MC68356、MC68360等。

    时间：2004-12-01 关键词： 微控制器 mc 68300

  • WorldFip-现场总线的又一颗新星

    一、 概述     WorldFip现场总线组织成立于1987年。目前已有一百多个成员，其中许多是工控领域的世界著名大公司，如Honeywell、西技来克(Cegelec)、阿尔斯通(Alstom)、施耐德(Schneider)等。前期产品是Fip(Factory Instrumentation Protocol)。Fip是法国标准，后来采纳了IEC国际标准(61158-2)改名为WorldFip。相应的欧州标准是EN50170-3。不久前国内也成立了“WorldFip技术推广中心”。我国引进的一些大型工程，如上海地铁、岭奥核电站、军粮城电厂等都可以看到这种现场总线。目前正在建造的世界上能量最高的大型强子对撞机已选定WorldFip为工程标准总线之一。该加速器周长27公里，耗资数十亿美元，将于2004年建成。笔者在参与该工程现场总线评估和应用过程中，对该总线的特点有所了解，简介如下。     由于篇幅的限制，这里只介绍其有特色之处。网络管理、远程服务、远程下载、出错处理、广播方式、重新同步、应答方式等等与其它网络协议差不多的部分不在这里介绍。 二、 WorldFip的特点     WorldFip总线是面向工业控制的，其主要特点可归纳为实时性、同步性、可靠性。     WorldFip 目前使用的传输速率是31.5K，1M和2.5M。典型速率为1M bit/s。典型的传输介质是工业级屏蔽双绞线。对接线盒、9针D型插头座等都有严格的规定。每个网段最长为1公里。加中继器(Repeater)以后可扩展到5公里。     WorldFip与Internet类似，使用曼彻斯特码传输。但它是一种令牌网。网络由仲裁器和若干用户站组成。     WorldFip 使用信息生产者和消费者的概念，和通常意义上的输出量、输入量略有区别。每个生产者或消费者变量有一个IP地址。每个用户站可以有例如16个生产者/消费者变量。任何时候，生产者只能有一个，而消费者可以是1个或多个。     WorldFip的设计思想是，按一定的时序，为每个信息生产者分配一个固定的时段，通过总线仲裁器诸个呼叫每个生产者，如果该生产者已经上网，应在规定时间内应答。生产者提供必要的信息，同时提供一个状态字，说明这一信息是最新生产的，还是过去传送过的老信息。消费者接收到信息时，可根据状态字判断信息的价值。     WorldFip 将信息分为：周期性同步数据、周期性异步数据和非周期性消息包。同步数据严格地按确定的时序呼叫，接下去是周期性异步数据，用于对同步性要求不太高的数据传送。最后呼叫消息包。周期性同步数据、异步数据用于时序要求严格，数据包不大的信息(8~128字节)，消息包指时序要求不严格，数据量大的信息，例如每包256字节。形象地比喻，网线可以看成一个流水的管道。一半(或1/3、2/3,由用户设计)流的是水，是不可压缩的。即周期性同步和异步数据。另一半可以看成是空的，留给非周期性消息包的传送。     网络仲裁器是整个网络通信的主宰者。网络仲裁器轮番呼叫每一个生产者变量。整个网线上总是有信号的。如果若干时间间隔内(例如几十毫秒)没有监听到网上的信号、则可以诊断为网络故障，此时可以自动将冗余热备份网线切换上去，也可以设计成各用户站回本质安全态。WorldFip 在网络安全性方面的考虑有其独到之处。在一个网络中可以有一个或多个网络仲裁器。在任意给定时刻，只有一个在起作用，其他处于热备份态，监听网络状态。而每个用户站的网络冗余则是通过一个控制器驱动两路驱动器，接入两个独立的网线实现的。当一个网线被破坏，自动切换到另一网线。 三、 WorldFip 协议     除用户层外，WorldFip使用以下三层通信协议：应用层、数据链路层、物理层。     用户层指有用的信息，一个变量(生产者或消费者)，可以是8字节，也可以是16、32、48......乃至128字节。一则消息，则可以长至256字节。以下三层是在WorldFip网络控制器中自动实现的，不需要用户CPU干预。它相应于7层网络通信协议的1、2和7层。     应用层在用户层信息的前面加上两个字节的识别码（ID）。这两个字节第一个是变量类型即所谓PDU类型。第二个字节是数据长度。     数据链路层则在应用层基础上加上一头一尾。头上是一个字节的状态字，表示该信息是最近刷新的，还是重复以前的数据。尾上加两个字节，用于CRC校验。     到物理层，则在数据链路层基础上再加上头尾。头上加两个字节，一个是前同步字符，由10101010组成，第二个是帧开始分界符，由1、高电平、低电平、1、零、高电平、低电平、零组成。尾部加一个帧结束字节，由1、高电平、低电平、高电平、低电平、1、零、1、组成。     综上所述，三层协议一共在有用信息两端增加了8个字节。当速率为1M时，帧与帧之间的间隔可设定在10～70μS之间。如果每个数据都是8字节，有用通量在200K～300 Kbit/s之间。如果数据长度为128字节，有用通量可达800K bit/s。     在1M速率下，如果扫描周期为10mS。假设5mS用于周期性同步和异步数据，5mS用于传送信息包，则5mS中可以扫描23个8字节变量或4个128字节变量。如果网上真的有250个用户站，每站有16个变量，即总共4000个变量，一半的时间留给消息包传输，则一次扫描约需要2秒。 四、 WorldFip总线典型器件     1、 用于总线仲裁器的典型IC是VLSI公司的FullFip2。这是一个84引脚的芯片，使用时需要外扩独享存储器(Private memory)。有最多2M寻址空间，可主管最多4000个用户站，6万个以上变量。考虑到上述扫描周期不宜太长，用户站不可能这么多。     该芯片可方便地与Intel CPU或Motorola 单片机接口。可设计成PC机内的一块总线仲裁卡，也可以方便地与Motorola 16/32位单片机接口，例如MC68HC3XX、MC68HC16等。     FullFip2与WorldFip的连接是通过总线驱动器经变压器耦合实现的。     FullFip2主要用于总线仲裁，也可用于用户站。FullFip2内部有近100个寄存器，编程时较为复杂。一些公司提供C语言的函数库用于总线仲裁器的编程与开发。     2、 MicroFip是一种低价位、用于用户站的IC，也是VLSI产品。对于I/O端口≤16的用户站，MicroFip可独立工作(Stand alone 方式)。用户事先定义的，网络故障时各输出端口应该输出的值、初值等参数可远程下载。这是一个100引脚的表面贴芯片。     作为单片机接口芯片，它可以方便地与8051、68HC11/12/16等单片机接口，此时该用户站可处理16个变量(生产者或消费者)。由于片内有512字节的变量缓冲区，每个数据变量的大小可为n×8字节(0≤n≤7)。而最长的消息包可以大到256字节。     3、 总线驱动与变压器。WorldFip用的总线驱动器与其它总线驱动器的不同之处在于，除了实现曼彻斯特编码、解码功能之外，它还提供总线监听与看门狗功能，这为总线的热备份、总线冗余提供了方便，提高了总线的安全性。     总线驱动芯片是一个28引脚的表面贴芯片。     变压器用于驱动器与传输介质的隔离，驱动器与变压器之间应加上保护与抗干扰措施。     符合WorldFip协议的芯片还有一些，如FIPIU2、FIPCOI等。不在此详述。 五、 开发工具     除一些公司提供用于FullFip2和MicroFip编程的C语言程序库以外，最值得一提的是WorldFip协议分析器。其硬件是插在PC机内的一块卡。用于采集WorldFip网线上的信号。软件名为Fip Watcher。在Windows下运行。开发者给定触发条件以后，Fip Watcher在屏幕上显示数据包的内容和每个数据包之间的时间关系。这个工具硬件相当简单，而使用起来比示波器、逻辑分析仪都方便、直观，价格也便宜许多。     另外，一些公司还提供开发散件，包括主要控制器芯片，驱动器芯片，变压器等。也有PC机上的演示板，用于总线仲裁器。或者一块PC 机上的卡，使某一PC机成为一个用户站。还有以MicroFip芯片加驱动、变压器耦合等三部分组成的评估板可供使用。该板可单独使用，也可以方便地与Intel 8051或各种Motorola 单片机接口。 六、 目前存在的一些问题和应用前景     由于WorldFip的发展经历了一个十余年的发展过程，而最终被国际上认可成为国际标准还是最近几年的事。各公司都声称支持WorldFip现场总线协议，而不少公司使用的是他们自己设计的专用芯片。使用的类似标准有Fip、FipIO等等。如果全部使用某公司的产品，一般不会有什么问题。这些公司还提供上层的编程工具等。如果同时使用两家不同公司的产品，或将根据WorldFip协议自行开发的设备连入从某公司购得的网络，则会出现数据格式不一致，不能接入的问题。     在大型强子对撞机工程中，欧洲核子研究中心希望购买施耐德公司的PLC，用于总线仲裁，而用户站则将根据需要自行开发，结果出现了上述问题。目前此类问题正在解决之中。     由于WorldFip现场总线依照工业控制系统的要求，不但严格定义了通信协议，也严格定义了符合工业标准的传输介质、接线盒、插头座等。在实时性、同步性、冗余性方面独具特色。速度更高的、以光纤为介质的高速网也不断推出。预计将来的几年中，在工控领域，WorldFip总线将会得到越来越广泛的应用。

    时间：2004-12-01 关键词： 现场总线 worldfip

  • 中国CRT电视发展史

    CRT显示技术经过一百多年的发展，现在已经十分成熟，要想有大的技术突破十分困难。近年来，CRT的生存与发展受到平板显示器（FPD）的严峻挑战。目前CRT唯一的价格优势也正在逐渐变的不明显。随着全球一些公司纷纷退出CRT领域，CRT技术的发展受到了严重的制约，尽管剩余的CRT生产企业正在竭尽全力研发新的超薄型CRT，但也难以摆脱持续衰落的困境。 中国是目前全球发展CRT技术的主要地区之一，但中国目前的CRT产品品种和品位还处于中档水平，高档彩管的研发刚刚开始，还未大批量生产。目前中国市场上，FPD 电视，尤其是LCD电视和PDP电视和CRT电视几乎平分秋色，甚至FPD的势头更猛，超越CRT电视只是时间问题。CRT显示技术的发展只是为了生存而不是为了兴旺。 数字高清晰电视的发展限制了CRT技术的应用，因为FPD 比CRT显示器件容易数字化和高分辨率化，因此数字高清晰电视首选显示器是FPD而不是CRT。CRT产品除用作电视机和显示器之外，很少涉及到其它应用领域，在系列化方面受到一定限制，使用范围局的限性也是制约其发展的因素。 总之，FPD 显示技术的高速发展是对CRT技术发展的极大挑战。CRT产业有无必要继续扩大规模？有无必要再进行高档产品的研发投入？值得业界认真思考。2005年，韩国三星和LG－Philips 研发成功并上市了厚度达35cm 的超薄型彩管，其中21英寸和32英寸CRT厚度都为35cm，似乎给CRT产业带来了希望，注入了新的活力。但看到的画面质量正如韩国媒体报道的那样：画面扭曲,水平线和垂直线弯曲不直，屏幕边缘更差，整体画质不如普通型彩管。如果对超薄型彩管进一步研究与改进，必然增加成本。“超薄型彩管的市场有多大？有没有必要化大力气进行研发，这需要我们深入调研。” 1958年，我国第一台黑白电视机北京牌14英寸黑白电视机在天津712厂诞生。 1970年12月26日，我国第一台彩色电视机在同一地点诞生，从此拉开了中国彩电生产的序幕。 1978年，国家批准引进第一条彩电生产线，定点在原上海电视机厂即现在的上广电集团。1982年10月份竣工投产。不久，国内第一个彩管厂咸阳彩虹厂 成立。这期间我国彩电业迅速升温，并很快形成规模，全国引进大大小小彩电生产线100多条，并涌现熊猫、金星、牡丹、飞跃等一大批国产品牌。 1985年，中国电视机产量已达1663万台，超过了美国，仅次于日本，成为世界第二的电视机生产大国。 1987年，我国电视机产量已达1934万台，超过了日本，成为世界最大的电视机生产国。 1985－1993年，中国彩电市场实现了大规模从黑白电视替换到彩色电视的升级换代。 1993年，TCL在上半年就开始推出“TCL王牌”大屏幕彩电，29英寸彩电的市场价格在6000元左右，到年底已经售出10多万台。 1996年3月，长虹向全国发布了第一次大规模降价的宣言———降低彩电价格8％至18％，两个月后，康佳随后跟进，打响了彩电业历史上规模空前的价格战。 同年4月，长虹的销售额跃居市场第一，国产品牌通过价格战将国外品牌大量的市场份额夺在了手中。这场降价战后来也导致整个中国彩电业的大洗牌，几十家彩电生产厂商从此退出。 2001年，中国彩电业大面积亏损，康佳、厦华、高路华亏损，长虹每股盈利只有1分钱，这种局面直到2002年才通过技术提升得以扭转。 2002年，长虹宣布研制成功了中国首台屏幕最大的液晶电视，屏幕尺寸达到了30英寸，当时被誉为“中国第一屏”。 2003年4月，倪润峰掀起背投普及计划，背投电视最高降幅达40％。 2004年，美国开始对中国彩电实施反倾销，导致中国彩电无法直接进入美国市场。 2004年，中国彩电总销量是3500万台，其中平板电视销量不过区区40万台，占整个彩电产品的1.14％。 2006年，国产CRT电视销量为3112万台，首度出现下滑，比上一年下降3%。 2007年，国产CRT电视销量下滑到2400万台，液晶和等离子电视出现大幅增长。

    时间：1970-01-01 关键词： 发展 电视 crt

  • 基于无线传感器网络的LED路灯远程控制系统

     基于ZigBee技术和LED光源的路灯系统，是一种自动化成度高、高效节能的城市照明系统。LED光源是一种高效能、环保、安全、耐用的新型照明光源，而无线控制技术其可以对于路灯照明系统进行科学高效的控制和资源整合，合理调整照明时间，不仅可以节省照明系统的用电量，而且可以延长照明灯具的使用寿命，减少日常维护的开支。 1. 系统方案与设计 系统由三大部分构成：控制中心的监控系统，负责实现终端控制节点和控制中心通信的路由节点，固定在路灯杆上的终端控制节点。无线路灯远程控制系统结构如图1.1所示。     图1.1 无线路灯远程控制系统结构 控制中心的监控系统由计算机与无线收发模块构成，主要负责建立和管理路灯控制网络，显示路灯状况信息和发送控制命令，协调整个路灯系统的运作。路灯终端节点包括LED电源驱动，为大功率LED提供电力，并能根据微控制器的控制信号控制LED的工作情况;光敏传感器、温度传感器，直接将LED工作状况传输给控制模块;功率检测模块，检测LED功率情况、供电故障并向上报警，无线模块，负责传输数据。将本系统模型与无线传感器网络模型进行对应，不难发现，安置在路灯杆上的终端控制节点即为无线传感器网络中的终端节点(RFD)，控制中心监控系统就是协调器(COORD)，实现COORD与RFD之间无线通信的为路由转发节点(ROUTER)。远程网络使用ZigBee与GRPS混合组成的网络。子网和中央控制中心使用GPRS网络来传输数据。下面具体介绍终端节点硬件电路设计方案。 1.1 LED节点驱动控制设计 LED节点驱动方案使用UCC28810EVM，它是一款恒流非隔离式电源，适用于街道、停车场或区域范围照明等高亮度LED照明应用。该设计可将通用电源(90~265VRMS)转换成0.9A恒流源，能够驱动100W LED负载。UCC28810EVM电路如图2.1所示。     图2.1 UCC28810EVM电路图 此电路使用双级设计，第一级是UCC28810的转换模式电路，将AC电源转换成36V的DC电源。第二级也采用UCC28811的转换模式，将恒压源转换为0.9A恒流源。电路中使用的UCC28810 和UCC28811芯片是通用照明电源控制器，具有PFC(功率因数校正)功能，确保设计方案满足各种标准设定的谐波电流或功率因数要求。并且UCC28810/11控制器提供如电流峰值限制、复位定时器、过压保护(OVP)和使能等特性，UCC28810/11控制器引脚如表2.1所示。 表2.1 UCC28810/11控制器引脚     第一级在低负荷状态运行下，升压跟随器可跟踪AC输入的峰值电压，实现更高效率。第二级将PFC输出电压转换为0.9A的固定电流，以驱动LED负载。第二级不仅可接受 PWM调光输入(从外部或从板级电路均可)，而且还可相应开启或关闭，从而实现LED电流的PWM调光。此方案的优势在于，使用了高效的专用驱动IC，电源转化效率更高了，在低负荷线路(low-line)运行状态下，升压跟随器可跟踪AC输入的峰值电压，在输入电压±15%的变动时，仍能保持输出电流变动稳定在±10%内。 1.2 状态检测与报警 状态报警与检测主要包括温度感测和感光检测两部分内容。 1.2.1 温度感测 由于大功率白光LED照明和驱动器发热量都很大，所以需要一个温度感测传感器，实时监控路灯的温度，并向控制中心反映，如果温度超过警戒温度，控制器进入报警模式，将自动关闭路灯，并向控制器发送报警命令。温度传感器使用DS18B20。DS18B20是DALLAS生产的一款数字温度传感器。其特点有：独特的一线接口，只需要一个端口即可通信。电路无需外部元件，可用数据总线供电，也可外接VCC。工作电压范围广，为3.0V～5.5V，无需备用电源。测量温度范围为-55°C～+125℃，在-10°C～+85°C范围内精度为±0.5°C。DS18B20具有工作电路简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点。DS18B20应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统。 1.2.2 感光检测 系统终端节点使用光敏电阻传感器测量周围环境的光亮度，当傍晚时周围环境还有余光时，将路灯开启为单双灯模式，当晚上天全黑了以后，将路灯全部打开，当凌晨4点左右出现晨光时将路灯调节成半功率工作模式。在阴天和沙尘暴天气时，光敏传感器坚持到道路能见度低，路灯也可自动打开，保证道路正常照明。本设计使用光敏三极管作为感光元件测量周围环境的亮度，处理器实时将周围环境的亮度通过无线模块反馈给控制中心，由控制中心决定是否打开路灯。电路图如图2.2所示。     图2.2 光敏三极管电路图 1.3 无线模块设计 无线通信模块使用CC2480/ZigBee模块，在单个芯片上集成了ZigBee射频前端、模拟数字转换器、定时器，支持2.4GHzIEEE802.15.4协议。CC2480/无线性能出色，功耗很低。CC2480电路图如图2.3所示。     图2.3 CC2480/ZigBee模块电路图 在CC2480的内部整合了ZigBee射频前端和内存，片内具有128 KB Flash、8 KB SRAM、2路12位的ADC、4个软件计时器、复位电路、SPI和UART通信端口等硬件资源。CC2480采用CMOS工艺，工作电流仅为27 mA。当系统处于空闲时，CC2480能自动进入休眠状态，并能实现休眠与主动模式的超短时间转换，电路晶振XTAL1选用32MHz，晶振XTAL2选用32.768kHz。32.768kHz的晶振用于睡眠模式给期间提供时序，这样降低电流、可以减少功耗。这样特别适合对功耗和电池寿命要求严格的应用场合。CC2480采用7mm×7mm QLP封装，共有48个引脚。可分为I/O端口线引脚、电源线引脚和控制线引脚3类。CC2480模块可以直接与上位机之间通过串口通信，本系统选用异步串口模式。 1.4 微控制器电路设计 MSP430是一类具有16位总线的带FLASH的单片机，由于其性价比和集成度高，受到广大技术开发人员的青睐.它采用16位的总线，外设和内存统一编址，寻址范围可达64K，还可以外扩展存储器.具有统一的中断管理，微控制器具体连接电路图如图2.4所示。     图2.4 控制模块MSP430电路图 MSP430具有丰富的片上外围模块，片内有精密硬件乘法器、两个16位定时器、一个14路的12位的模数转换器、一个看门狗、6路P口、两路USART通信端口、一个比较器、一个DCO内部振荡器和两个外部时钟，支持8MHz的时钟。因为是FLASH型，则可以在线对单片机进行调试和下载，且JTAG口直接和FET(FLASH EMULATION TOOL)的相连，不须另外的仿真工具，方便实用，而且，可以在超低功耗模式下工作，对环境和人体的辐射小，测量结果为100mw左右的功耗(电流为14mA左右)，可靠性能好，加强电干扰运行不受影响，适应工业级的运行环境。MSP430单片机的P3.4、P3.5端口设置成串口0(ΜSART0)的收发口与CC2480的异步串口相连，它们之间实现串口通信。单片机发送数据给CC2480，CC2480就可以无线发送出去，CC2480接收到无线数据也透明传送给单片机。 2 软件流程设计 在本系统中，ZigBee协议可以应用于所有的节点，因为ZigBee协议具有很多的实用函数，例如设备离开或者加入网络，创建一个新的网络，父节点和子结点的搜索，网络信标帧的发送，数据包的发送和接受等等。系统工作的过程中，协调器主要进行无线传感器网络的创建和负责接收节点发送回来的路灯信息，依据路灯的状况将控制信号发送给路灯节点。路由器节点处在监控状态，负责获取其他节点发送来的信息并判断是不是需要进行转发，与此同时把自身路灯的信息传送给协调器;接受协调器的控制信号来控制路灯的工作状态。终端节点功能是最简单的，只需要负责随时接收协调器发送的控制命令，并向上一级返回路灯当前的状态。 系统投入运行时，首先对CC2480进行初始化，协调器运行初始化协议，同时打开中断。此后软件程序运行创建新网络，一旦网络能够成功创建，就对相应的网络协调器物理地址、当前建立网络的ID号以及频道号进行显示。协调器软件流程图如图3.1所示。对于路由器节点，首先对CC2480进行初始化，此后传感器的电源接通，并且对协议栈进行初始化，同时发送信号以请求加入网络，等待网络协调器或前面的路由器节点进行响应，将网络地址分配给自身。假如成功加入了网络，通过串口扩展口能够获取网络的网络地址、路由节点自己的物理地址和接入网络协调器或前面路由节点的物理地址等数据。路由器节点软件流程图如图3.2所示。在终端节点上程序同样首先对CC2480进行初始化，传感器电源接通，此后初始化协议栈，与此同时发送信号请求加入网络，并且等待前面的路由器节点进行响应，将网络地址分配给自身。假如成功的加入了网络，也能够通过串口扩展口获取所加入网络的网络地址、自己的物理地址和加入的路由节点的物理地址等所有数据信息。终端节点程序流程图如图3.3所示。     图3.1 协调器程序流程图     图3.2 路由器流程图     图3.3 终端节点程序流程图 3 路灯控制模式 根据不同上位机的不同控制命令，路灯节点有如下几种不同的控制模式。 3.1 单双灯开启模式 这个模式有两种情况，编号是奇数的灯开启或者编号是偶数的灯开启。当路灯节点接收到单双灯开启命令以后，路灯会根据自身的ID编号，选择开启还是关闭。这种模式应用于傍晚能见度较高或者阴雨天或沙尘暴等恶劣天气城市能见度不佳时。一般是单双灯轮流开启关闭，保证LED路灯工作时间大致相同以延长其寿命。 3.2 全功率开启模式 当路灯节点接收到全功率开启模式以后，路灯开始工作，并会以全功率打开，亮度最大。这种模式一般在晚上人车流量大时和节假日开启。 3.3 半功率开启模式 当路灯节点接收到全功率开启模式以后，路灯开始工作，但不会以全功率模式工作，而是通过LED驱动 模块的PWM调光机制，将LED的功率控制在额定值的一半，这样起到了节约电力的作用。 3.4 随机选择关闭模式 这种模式也是为了节约电力和延长路灯寿命的方法。在人流不大的道路上发给路灯随机关闭模式命令，路灯节点接收命令后，以一定概率(如20%)自行熄灭30分钟，由于路灯是随机熄灭的，不会影响到整体的照明情况。 3.5 功率异常报警模式 这种模式不是上位机发给的命令。当路灯节点检测到功率故障的时候(如LED二极管短路、功率过小或过大)，路灯将自行切断照明电源，并向上位机报警 4 结束语 本文主要分析了ZigBee协议组网技术，设计了一种无线路灯远程控制系统，事实证明本系统该网络经一次性布置之后，可以在长期可靠运行。路灯节点的数量、位置可随时变更，使得调控路灯变得更加方便、科学。无线LED路灯远程控制系统为解决诸多问题提供一个良好平台。 参考文献 【1】郭佑民.基于ZigBee的智能型LED路灯照明系统设计[J].兰州交通大学学报，2010(4)：36-39. 【2】李善仓，张克旺.无线传感器网络原理与应用[M]. 北京：机械工业出版社，2008. 【3】吴淑梅，霍彦明.LED光源在照明中的应用[J].现代显示，2008(4)：55-58. 【4】王殊.无线传感器网络的理论及应用.北京：北京航空航天大学出版社，2007. 【5】王雅芳.大功率LED照明电路特性与驱动设计[J].电子与封装，2009(4)：20-24. 【6】王立刚，建天成.智能LED照明系统的研究与设计[J].黑龙江大学自然科学学报，2009，26(4)：543-545. 【7】李善仓，张克旺.无线传感器网络原理与应用[M]. 北京：机械工业出版社，2008. 【8】李文峰. 无线传感器网络与机器人控制[M]. 北京：科学出版社，2009.

    时间：1970-01-01 关键词： 无线传感器 led路灯远程控制

首页 上一页 5221 5222 5223 5224 5225 5226 5227 5228 5229 5230 下一页  尾页 
发布文章

活动预告

更多

论坛

更多

相关标签

课程视频

更多