电路设计范文10篇

摘要:在嵌入式环境下进行舰船电路系统设计，提高舰船控制电路的集成性，提出一种基于DSP技术的低能耗舰船嵌入式系统电路设计方法，采用ADSP21160处理器为核心控制芯片，进行舰船电路的AD模块设计、控制单元设计、信号处理模块设计和通信模块设计，实现舰船的信息采集和数据处理及远程通信功能，在ARM嵌入式系统中进行舰船电路的集成开发，降低电路的能耗，提高电路的集成性和可靠性。测试结果表明，采用该方法进行舰船电路设计，电路的功率放大能力较好，信号处理能力较强，具有很好的电路稳定性。

关键词：嵌入式系统；舰船；电路设计；DSP

随着集成电路控制技术的发展，在嵌入式系统环境下进行舰船集成电路设计，实现舰船环境信息采集、舰船目标信号处理和舰船集成控制与远程通信等，舰船的电路系统是一个综合性的集成电路系统，通过对舰船电路系统的低能耗设计，采用集成数字信号处理芯片进行舰船电路的控制系统设计，提高舰船电路系统的综合开发能力，从而保障舰船的稳定可靠运行[1]。研究嵌入式系统的低能耗舰船电路设计方法，在提高舰船的本机振荡性和功率增益方面具有重要意义，通过舰船综合电路系统设计，实现舰船电路的集成控制优化，从而降低舰船的功耗开销，相关的电路设计方法研究受到人们的极大重视。本文设计的嵌入式系统下的低能耗舰船电路系统主要包括AD模块、控制单元、信号处理模块和远程通信模块，结合嵌入式设计方案，实现舰船电路的嵌入式集成设计，并进行电路测试仿真，得出有效性结论。

1电路设计总体构架及指标分析

本文设计的低能耗嵌入式舰船电路系统主要实现对舰船声呐信号采集和多功能通信系统中，采用低能耗的嵌入式设计方案，采用DSP作为集成数字信息处理中枢，以ADSP21160处理器为核心控制芯片，采用三星公司的K9F1208UOB作为NANDFLASH进行信号滤波检测和数据缓存处理，采用多传感器信号处理和跟踪融合方法进行数据采集和包络检波处理，并与上位机通信，通过A/D转换器对采样的舰船信号和采样数据进行数字滤波和动态增益控制。在程序加载模块进行动态增益码加载控制，并通过DSP接收PCI总线的增益控制码，通过AD电路实现模拟信号预处理和信号频谱分析，采用8086及80286单片机作为计算机控制的CPU，进行舰船电路系统的总线控制[2]，本文设计的舰船电路系统主要可以实现对舰船回波信号的高频放大、混频处理、本机振荡、中频放大、低频功放、鉴频以及正交解调处理，得到本文设计的低能耗嵌入式舰船电路系统的功能模块组成如图1所示。C1=C2=CR1=R2=R根据图1所示的舰船电路系统的功能模块组成，进行系统的总体设计，本文设计的舰船电路主要包括AD模块设计、控制单元设计、信号处理模块设计和通信模块设计。通信模块实现对舰船的远程通信传输控制功能；舰船电路的信号接收机采用三级接收放大设计，根据系统设计需求，选择第一级放大电路的隔直流电容：,电阻，使用256Mbyte的DDR内存作为缓存器，嵌入式舰船电路系统的滤波模块设计中，搭建一个二阶有源低通滤波器进行隔直流放大和噪声滤波，根据上述总体设计构架分析，得到本文设计的嵌入式系统的低能耗舰船电路的总体结构构成如图2所示。

2电路模块化设计与实现

摘要：文章针对城轨车辆的编组及连挂运营现状，采用车钩装置内部可控触点来代替继电器进行安全电路的设计，实现了车辆独立运行和连挂时安全回路的形成，使之满足列车灵活编组时逻辑控制的需要。该设计可使安全回路更加简单、合理，从而提高系统的可靠性与可维护性。

关键词：城轨车辆；列车编组；继电器；安全电路

1概述

目前，绝大多数国内外城轨车辆均采用固定编组或两列车重联的运营方式。在发车间隔相同的条件下，采用固定编组的列车只有一种运营模式，若按高峰客流配置列车编组，则在客流低峰时会造成列车运力浪费，增加运营成本；若按低峰客流配置列车编组，则在客流高峰时列车运能不足，会导致人员拥挤，极易引发事故；采用两列车重联运营，可以适应高峰客流及50%高峰客流的工况，但当客流在50%~100%高峰客流之间变化时，列车必须以重联方式运营，同样造成运力的浪费和能耗的增加。另外，在遇到突发大客流（如特殊节假日客流超过普通高峰客流）的情况时，无论是固定编组列车还是重联运营列车，同样存在运力不足的问题；固定编组列车长度较长，不方便在较短的线路上存放，会造成停车场空间的浪费。因此采用可以由任意节数车辆组成的列车，不仅可以适应1/N~100%高峰客流的工况（N为列车编组车辆数），而且对于突发大客流的情况，仍然可以通过增加列车编组的形式满足运能需求。轨道交通领域使用灵活编组设计的车辆目前还为数不多，国内有上海轨道交通16号线、广州市轨道交通三号线采用三节基本编组，可以实现三三连挂编组重联运营，但没有完全实现自由连挂；在出口土耳其的IZMIRL1E项目上实现了单节车连挂。而且，可灵活编组车辆在连挂运行与解编运行时，大多采用中间继电器作为逻辑控制构成闭环控制电路，因继电器本身的特性导致其故障具有偶然性和不重复性，在继电器数量比较多的情况下，故障率将明显增加，影响系统的运行可靠性。据统计，车辆控制故障中，60%以上的故障是由继电器故障引起。针对可灵活编组列车，笔者对其安全电路进行了设计，通过车钩装置内部的可控触点来代替继电器，实现车辆独立运行和连挂时安全回路的形成，使之满足列车灵活编组时逻辑控制的需要，通过该电路可使安全回路电路更加简单、合理，从而提高系统的可靠性与可维护性。

2灵活编组列车安全电路设计

列车安全电路的设计原则是：不管是单节车运行还是连挂运行，安全电路必须形成一个闭合的回路，当此回路断开时列车将施加紧急制动。2.1单车运行时列车安全电路设计。列车单节车独立运行时安全电路原理如图1所示。车辆两端的电气车钩触点闭合，车辆“末端选择开关1”和“末端选择开关2”都置“合”位，可实现列车单节编组时安全回路的形成。列车安全回路的形成路径具体如下：车辆安全回路高电平信号通过微型断路器F→“列车末端选择开关1”的1/2触点→Ⅰ端电气车钩闭合触点→“列车末端选择开关1”的4/3触点→紧急制动按钮→“列车末端选择开关2”的2/1触点→Ⅱ端电气车钩闭合触点→信号系统设备、制动系统设备及牵引系统设备。只要列车解钩，车端电气车钩常闭触点就会闭合，安全回路自动形成，无需人工干预，方便快捷。2.2连挂运行时列车安全电路设计。列车多节车连挂运行时安全电路原理如图2所示。车辆连挂时，连挂端的电气车钩触点断开，非连挂端的电气车钩触点闭合，车辆连挂端“末端选择开关1”和“末端选择开关2”都置“否”位，车辆非连挂端“末端选择开关1”和“末端选择开关2”都置“是”位，可实现车辆连挂编组时安全回路的形成。列车安全回路的形成路径具体如下：车辆安全回路高电平信号通过车辆1非连挂端的微型断路器F→车辆1“列车末端选择开关1”的1/2触点→车辆1的Ⅰ端电气车钩闭合触点→车辆1“列车末端选择开关1”的4/3触点→车辆1紧急制动按钮→车辆1“列车末端选择开关2”的4/3触点→车辆2“列车末端选择开关1”的6/5触点→车辆2紧急制动按钮→车辆2“列车末端选择开关2”的2/1触点→车辆2的Ⅱ端电气车钩闭合触点→连挂车钩→主控车辆（ATC、车辆控制单元为主控）→信号系统设备、制动系统设备及牵引系统设备。多节车辆连挂时，列车所有可能会产生紧急制动的部件（如紧急停车按钮）或系统（如ATC系统和列车控制系统）都被串联在一个电路内，中间没有继电器的过渡转换，使系统的反应时间更快（一般继电器或接触器的反应时间为30~50ms），可靠性会更强。本设计的特点是主要针对可灵活编组车辆，在连挂时无需人为干预，只要车辆连挂完成，该安全回路就自动形成，最大限度地保障了电路的可靠性，降低人工操作过程，节省时间。

1电路设计

1．1设计思路

恒温电路设计的研究主要用于电力采集产品上，对电力采集产品来讲，安装在PT侧，需要耐受100℃的温度变化，却要求万分之五的精度。除需要从理论上进行最终的计算和分析外，还要考虑各种因素。如其中重要的一个因素高精度器件的温漂，器件稳定性、可靠性受温度变化的影响，是电子器件不可回避的问题。对于电力采集产品中高精度的AD采集模块，温漂的问题更为严重，要保证AD采集模块精度在允许的范围内，恒温电路的设计是很重要的。基于对电力采集产品应用环境的考虑，将高精度的AD采集模块放置在恒温盒中，同时配合加热电阻来稳定恒温盒温度的方法，来保证环境在－20℃～+75℃变化时，恒温盒内的温度变化在±1℃，使电力产品在万分之五的精度范围以内稳定工作。器件主要由分压电阻、热敏电阻、加热电阻、运放、三极管等组成，从设计上看电路设计简单、稳定性好。选择的运放是低价、高性能、低噪声的双运算放大器ne5532，热敏电阻选择低价，对温度反应灵敏的电阻。根据电路，为了保证恒温盒内的器件工作最佳状态，首先确定恒温盒内要保持的恒定温度，通过测试和计算，恒温盒的温度恒定在75℃为最佳，AD采集模块可以稳定的工作，电力产品可以达到万分之五的精度。当温度降低时，通过分压电阻电路、负反馈电路、恒流源控制电路，加热电阻电路使温度稳定在75℃。

1．2电路具体设计

具体分析如:当温度低于75℃时，由于热敏电阻(MF1是负温度系数的热敏电阻)的阻值变大，V0≠V1，V1＞V0，根据深度负反馈电路虚短、虚断的特点，R18上有电流，在经过负反馈电路放大，后级运算放大U2B同向输入端和反向输入端形成压差，输出电压放大，三级管基极电压大于发射极电压，三级管导通，有电流流过加热电阻，加热电阻加热，再通过三极管、运算放大U2B、电阻等组成的恒流控制源电路控制流过加热电阻电流，使恒温盒温度保持在75℃左右。在设计过程中，要理论计算配合仿真软件。下面是SaberSketch软件仿真结果，根据热敏电阻负温度系数特性，在仿真过程中给热敏电阻设定不同的参数值，从而达到模拟温度升高和温度降低环境的目的。

2应用

1跟踪解调电路的数学模型

本设计采用延迟锁定环(DLL)和科斯塔斯环(Costas)分别作为跟踪解调电路中伪码跟踪环路和载波跟踪环路的数学模型。扩频信号的同步具体包括:捕获和跟踪。捕获是完成对信号的粗同步,使伪码相位对齐到半个码片之内,载波多普勒频移落在一个多普勒频移单元之内。跟踪环路又分伪码跟踪环和载波跟踪环。伪码跟踪环可跟踪由于载体与发射机相对运动引发的伪码相位偏移,载波跟踪环则对载波相位和载波多普勒频移实现跟踪。原理框图如图1所示。具体设计实现过程中,首先将输入信号与本地载波相乘实现载波分离,然后分别与超前、滞后和对准支路的伪码相乘进行解扩,并通过积分累加器来提高信噪比,同时滤除高频分量。其中伪码跟踪环采用超前和滞后能量差检测器(DLL),载波跟踪环采用四相反正切鉴相器(PLL),得到的伪码和载波相位误差通过环路滤波器实时反馈到伪码和载波DCO,用以调整伪码和载波DCO的频率最终来达到减小误差的目的。

2跟踪解调电路设计

2.1信号相关处理电路设计。信号相关处理电路主要负责建立载波DCO、伪码DCO、乘法器和码相关及积分清洗电路,用来完成对高频信号的过滤,并产生处理器所需要的数据。2.2NiosII软核处理器设计。NiosII软核处理器的作用是配合相关处理单元实现环路跟踪算法,其通过QuartusII软件中集成的软核设计软件SOPCBuilder设计实现,主要包括CPU、片上存储器、串行调试接口JTAGUART、地址线address、双向数据线data、读写控制线r_w、中断输出线interupt。设计完成后可作为自定义元件,在QuartusII中调用。2.3处理器外围接口设计。外围接口电路是连接处理器与外围逻辑单元的桥梁,在该设计中其主要负责在控制信号的作用下完成外围逻辑电路与NiosII处理器间的数据交互,以实现扩频信号跟踪解调电路的完整功能。

3环路跟踪算法软件设计

3.1算法的总体流程。扩频信号跟踪解调电路中,环路跟踪算法主要是接收并处理相关器的累加值,以完成鉴频、鉴相和滤波、载波和码DCO控制量的调节等功能。3.2伪码跟踪环路算法设计伪码跟踪算法采用二阶超前—滞后非相干跟踪环,在伪码跟踪过程中,跟踪算法间歇性读取积分清洗电路的输出值,将其用于伪码相位的比较,并将比较结果作用于环路滤波器以产生码DCO的相位控制字。伪码相位比较时首先判断超前滞后对准支路的相关值,并将其与失锁门限LV进行比较,即：当2()PLZkV成立时,码跟踪进行归一化鉴相：这样,在信号处理的过程中,就可以避免不同强度信号的变化引起的干扰,当归一化处理结束后,程序转入环路滤波算法,环路滤波对噪声和高频分量起抑制作用,并控制着码环路的相位校正速度。当2()PLZkV不成立时,伪码失锁,置失锁标志,程序返回。3.3载波跟踪算法设计。伪码跟踪稳定后,环路转入载波跟踪阶段,依次进行频率跟踪和相位跟踪。进入载波跟踪程序后,算法实时计算平均频率误差以判断频率是否稳定跟踪,待频率跟踪稳定后则置频率稳定标志,程序进入相位跟踪。进入相位跟踪后程序流程和频率跟踪流程类似。通过实时判断相位误差来检测是否达到稳定跟踪,进而决定相位跟踪稳定标志的置与否。

AltiumDesigner电路设计的教学方式普遍采用老师演示，学生练习。这种教学方式学生学到的更多是软件的使用，无法和其他课程进行融合，无法应用到实际的项目中。为了解决这种教学方式存在的弊端，提出一种AltiumDesigner电路设计探究方案，该方案除了教会学生使用AltiumDesigner软件绘制电路原理图、PCB，结合本专业的其他课程进行互补学习，做到融会贯通，并采用金字塔项目教学和信息化考评系统，充分调动学生的学习兴趣、激发学生解决实际问题的能力。AltiumDesigner是一款应用广泛的电子线路设计软件。无论是课程设计、电子设计竞赛还是实际的项目设计，AltiumDesigner都是学生不可或缺的工具，传统的教学方式存在很多弊端，只注重软件本身学习，忽视学科间的互补学习，缺乏实际项目支撑，过于理论化。除了强化学生对软件的熟练程度，更重要的是要引导学生对学科知识进行融合，并在实际项目中提高学生的实践能力和创新能力，并采用信息化考评系统对学生课堂表现进行量化考评。

1理论知识学习

整个理论知识的学习要求学生掌握AltiumDesigner的基本功能和应用，包括项目工程创建、原理图设计、PCB图设计、元件符号设计、元件封装设计、集成库设计以及EMC、EMI电磁兼容性设计等内容。整个理论知识的学习要有一个整体的框架，不能过于注重细节而忽略整体、内容过于分散、缺乏逻辑性。有了整体思路，再来设计原理图、PCB图文件。老师讲授的内容要从简单入手，逐渐完成复杂电路的设计，老师在教师机上为学生讲完，剩余的大部分时间还是要让学生自己练习，在练习的过程中可以及时的发现学生在操作过程中的问题，能够有针对性的进行解决，这种教学方法为后面完成项目帮助很大。

1.1原理图的设计

1.1.1原理图设计原理图的设计最重要的是要教会学生电路设计的原理，各模块的功能，其次才是怎么绘制原理图，在设计过程中按照事先定好的规范进行操作。原理图绘制的大致流程是首先创建工程文件和原理图文件，进行图纸参数的设置，对元件库进行加载，然后放置和调整元件，原理图连线和注释，编译检查原理图中是否存在错误，最后是检查修改和打印输出。同时要对学生容易犯的错误进行点拨，并对每节课将所讲的内容进行总结，包括设计过程、易错点、注意事项，将这些问题总结成word文档的形式，发送给学生，让学生独立设计的时候不至于走弯路。有些工程项目比较大，需要用到层次原理图，我们需要了解层次原理图设计的相关概念、自上而下绘制层次原理图的基本方法、自下而上绘制层次原理图的基本方法、层次原理图之间的切换以及层次原理图的打印输出与报表生成。设计一个较大的原理图或项目时，不可能一次性完成，也不可能将它绘制在一张图纸上，更不可能由一个人单独完成时，需要将整个原理图划分成多个功能模块，由多组人员分层次并行设计，最后进行整个项目的规范化操作。1.1.2自建原理图元件库在我们绘制原理图的过程中，有多种创建原理图元件库的方法，从AltiumDesigner自带的原理图元器件库中复制常用的元件到自己的元器件库可以提高创建元件效率，但有的元件符号在原有的库中找不到，这就需要我们自己绘制相应的元件符号，绘制原理图符号的方式有多种。首先创建原理图库文件，新建元件之后即可绘制原理图元件。如果自己想要制作的元件和AltiumDesigner自带的某元件大同小异，则可以先从AltiumDesigner自带元件库中拷贝过一个已有元件，再稍作修改，便可创建一个新的元件，从中找到想要修改的文件，利用图形编辑工具修改元件，修改完毕保存即可。如果有现成的原理图文件，也可以把其中你想要的元器件符号添加到自己的库文件中，这便省去了自己重新绘制的麻烦，打开该原理图库文件，把想要的原理图符号拷贝到自己的原理图库文件中去，这种方法要求学生掌握如何将原理图制作成一个元件库，在学生以后的工作中，可以将自己用过的元件保存在一个库里，为自己以后参加工作积累资源，以此来节省时间，提高工作效率。1.1.3快捷键的使用原理图设计过程中，经常使用一些快捷键能够加快设计的速度，比如按着鼠标右键拖到图纸，可以对整个原理图进行移动，按着Ctrl键滚动鼠标的滚轮可以对原理图进行放大或缩小，同时按着Ctrl键和鼠标右键，并移动鼠标可快速放大和缩小绘图画布；按tab键可修改元件参数，按空格键可对元件进行旋转，按X可对元件进行左右对称，按Y可对元件上下对称；PCB中按*号键可以放置过孔，并可切换图层，按G可以对栅格大小进行切换。按数字3可将PCB切换到3D模式，在3D模式按数字0可以切换到初始状态，按数字9可以将PCB板逆时针旋转90°，按V、B可以查看PCB板的背面电路，按数字2可以切换到2D模式。将常用技巧直接教给学生，可以提高设计效率，达到事半功倍的效果。

1.2PCB图的设计

1引言

当今时代的电子产品再也不像改革开放前的电视一样，人们每隔好多年才舍得更新换代一次。现在几乎从十几岁到七八十岁的公民都是电子产品的消耗者，况且，不断发展的科技无时无刻在更新着人们消费得起的智能手机、笔记本电脑、电视等电子产品，人们差不多每年都会换上新的电子产品。而这些产品的相同之处就是采用无线技术，它非常依赖RF射频电路的技术。不过遗憾的是，该设计过程中都会出现非常多的问题，并且几乎每一个问题都影响着生产率和质量[1-2]，尤其在一些情况下，设计人员还经常被迫在设计中做出更改，去配合使用射频电路[3-4]，这些都给设计人员和设计工程师也带来巨大的设计挑战，并且需要专业的设计和分析工具。此外，尽管射频内容不断增加，但是，大多数PCB设计分析工具并不能帮助设计人员减少工作量。所以，许多年来，只有经验丰富的设计人员才能独立完成PCB的射频部分的设计。相信在未来的发展过程中，射频和微波电路进行Layout设计时还是会有一定的挑战和机遇。

2射频和微波PCB设计的技巧

本文就以上的一些问题介绍几条技巧，希望能为设计人员或者工程师们带来帮助。2.1保持完好、精准正确的射频形状。射频和微波电路设计中值得重视的几个问题周鹏（南京恒电电子有限公司,南京210049）摘要：随着现代通信技术的不断的飞速的发展，射频和微波电路越来越受到广泛的重视与高速的发展。这无疑对当今时代的设计人员和设计工程师产生着巨大的设计挑战，即使是最自信的设计人员，对于射频电路也总是望而却步。因此如果能够设计一种可以支持射频和微波设计的PCB设计和分析工具，这将变得很有意义。因为单纯的用手动建立铜箔形状、倒角或者是via模式的过程，不仅需要花费大量时间而且又不能保证正确率。但是如果能用高效率的设计工具，一方面能提高操作射频和微波元素的能力，另一方面，设计人员和工程师可以花更多精力去开发更多功能或者进一步将设备尺寸缩小，与此同时这样的工具也更能保证设计人员设计出来的产品的质量。关键词：射频；微波；电路设计；倒角；via模式DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.113师们都十分想追求的。分析设计工具在创建Gerber档时，可以通过强大的程序进行自动调节线条宽度从而达到获得尖拐角的目的（图2）。图2中，一个完美的PCB设计工具，应该满足一下几个方面，如，会自动调节形状的线型，或者可以准确的计算线条宽度，这样才能达到建立尖拐角的目的。2.3使用设计程序确保“设计即正确”一个合格的PCB设计工具需要满足多项设计规则的设定：比如可以设定不同的via类型；可以控制从铜箔区域边缘到via之间应该有的长度；via与via之间的长度；甚至via模式的类型或者产生的Faraday cage都需要能够被设定（图3）。图3中，利用PCB设计工具，设计人员可以设定产生via模式的为了尽可能的不出现错误提高正确率、并且减轻工程师的工作量，PCB设计工具可以控制各种各样的铜箔形状的导入。例如，控制DXF档中的层别，然后把它重新映像到CAD电气系统层别，这样的过程即可建立有效的铜箔形状（图1）。图1中，如果使用者能控制DXF导入过程，错误率大大降低了。2.2保留拐角形状（CORNERSSHARP）。其实工程师在设计铜箔形状时，她们应该关注的最重要的要点之一就是建立带尖拐角的Gerber档。可以简化这一过程的PCB设计工具是工程图1设计工具减少人为错误和误差图2有效的PCB设计工具能自动考虑用于绘制形状的线型规则程序，并可以全自动的进行程序，从而可以在较短的时间内完成更多的工作量并确保符合所有设计程序。

3结论

由于当今时代的飞速发展，射频和微波电路设计人员和工程师面临着很大挑战与压力，如纯手动建立的铜箔形状、倒角和via模式需要花费大量的时间并且也不能保证很高正确率。因此拥有一款能够高效率支持射频和微波设计的PCB设计工具是很有必要也是意义重大的。如果能用高效率的设计工具，一方面能让操作射频和微波元素的能力得到更大程度的提高，另一方面，设计人员和工程师也可以花更多精力去开发更多其它的功能或者进一步将设备尺寸缩小，与此同时这样的工具也更能保证设计出来的产品的质量。

薄膜晶体管液晶显示器(TFT—LCD)具有重量轻、平板化、低功耗、无辐射、显示品质优良等特点,其应用领域正在逐步扩大,已经从音像制品、笔记本电脑等显示器发展到台式计算机、工程工作站(EWS)用监视器。对液晶显示器的要求也正在向高分辨率,高彩色化发展。

由于CRT显示器和液晶屏具有不同的显示特性,两者的显示信号参数也不同,因此在计算机(或MCU)和液晶屏之间设计液晶显示器的驱动电路是必需的,其主要功能是通过调制输出到LCD电极上的电位信号、峰值、频率等参数来建立交流驱动电场。

本文实现了将VGA接口信号转换到模拟液晶屏上显示的驱动电路,采用ADI公司的高性能DSP芯片ADSP—21160来实现驱动电路的主要功能。

硬件电路设计

AD9883A是高性能的三通道视频ADC可以同时实现对RGB三色信号的实时采样。系统采用32位浮点芯片ADSP-21160来处理数据,能实时完成伽玛校正、时基校正,图像优化等处理,且满足了系统的各项性能需求。ADSP-21160有6个独立的高速8位并行链路口,分别连接ADSP-21160前端的模数转换芯片AD9883A和后端的数模转换芯片ADV7125。ADSP-21160具有超级哈佛结构,支持单指令多操作数(SIMD)模式,采用高效的汇编语言编程能实现对视频信号的实时处理,不会因为处理数据时间长而出现延迟。

系统硬件原理框图如图1所示。系统采用不同的链路口完成输入和输出,可以避免采用总线可能产生的通道冲突。模拟视频信号由AD9883A完成模数转换。AD9883A是个三通道的ADC,因此系统可以完成单色的视频信号处理,也可以完成彩色的视频信号处理。采样所得视频数字信号经链路口输入到ADSP-21160,完成处理后由不同的链路口输出到ADV7125,完成数模转换。ADV7125是三通道的DAC,同样也可以用于处理彩色信号。输出视频信号到灰度电压产生电路,得到驱动液晶屏所需要的驱动电压。ADSP-21160还有通用可编程I/O标志脚,可用于接受外部控制信号,给系统及其模块发送控制信息,以使整个系统稳定有序地工作。例如,ADSP-21160为灰度电压产生电路和液晶屏提供必要的控制信号。另外,系统还设置了一些LED灯,用于直观的指示系统硬件及DSP内部程序各模块的工作状态。

AD9883A是高性能的三通道视频ADC可以同时实现对RGB三色信号的实时采样。系统采用32位浮点芯片ADSP-21160来处理数据,能实时完成伽玛校正、时基校正,图像优化等处理,且满足了系统的各项性能需求。ADSP-21160有6个独立的高速8位并行链路口,分别连接ADSP-21160前端的模数转换芯片AD9883A和后端的数模转换芯片ADV7125。ADSP-21160具有超级哈佛结构,支持单指令多操作数(SIMD)模式,采用高效的汇编语言编程能实现对视频信号的实时处理,不会因为处理数据时间长而出现延迟。

系统硬件原理框图如图1所示。系统采用不同的链路口完成输入和输出,可以避免采用总线可能产生的通道冲突。模拟视频信号由AD9883A完成模数转换。AD9883A是个三通道的ADC,因此系统可以完成单色的视频信号处理,也可以完成彩色的视频信号处理。采样所得视频数字信号经链路口输入到ADSP-21160,完成处理后由不同的链路口输出到ADV7125,完成数模转换。ADV7125是三通道的DAC,同样也可以用于处理彩色信号。输出视频信号到灰度电压产生电路,得到驱动液晶屏所需要的驱动电压。ADSP-21160还有通用可编程I/O标志脚,可用于接受外部控制信号,给系统及其模块发送控制信息,以使整个系统稳定有序地工作。例如,ADSP-21160为灰度电压产生电路和液晶屏提供必要的控制信号。另外,系统还设置了一些LED灯,用于直观的指示系统硬件及DSP内部程序各模块的工作状态。

本设计采用从闪存引导的方式加载DSP的程序文件,闪存具有很高的性价比,体积小,功耗低。由于本系统中的闪

存既要存储DSP程序,又要保存对应于不同的伽玛值的查找表数据以及部分预设的显示数据,故选择ST公司的容量较大的M29W641DL,既能保存程序代码,又能保存必要的数据信息。

图2为DSP与闪存的接口电路。因为采用8位闪存引导方式,所以ADSP-21160地址线应使用A20-A0,数据线为D39—32,读、写和片选信号分别接到闪存相应引脚上。

系统功能及实现

1电子技术和单元电路概述

电子技术主要包括信息技术和电路技术。这其中信息技术可以实现对电子电路中的各种数据的有效传输，而电子电路技术则是对电力运行系统中模拟技术的管理和应用。近年来我国电子电路技术取得了较快的发展，这也使电路设计理念和设计方案也随之进行了相应的适应，使电力设计与当代电子技术的运行要求更具相符性。当前电子的运行特点决定了其越来越趋近于单元化模式。电子电路主要电子元件和电子器件共同组成，同时电子电路以分立电路和集成电中两种形式为主。在整个电子电路系统中，单元电路作为最为重要的组成部分，主要以放大器电路、振荡电路和数字电路等为主，通过对单元电路进行设计，可以有效的提升整体电子电路设计的水平。但由于单元电路较为复杂，因此要对单元电路设计进行详细分析，从而为单元电路设计不断累积思路。

2单元电路的设计步骤

2.1明确任务。在对单元电路设计时，需要对电路需要的功能进行明确，并制定详细的任务书，并对需要的单元电路进行确定，对电路的性能指标进行拟定，计算电压需要放大的倍数及电路中输入输出电阻的大小，进行执行流程图的绘制。在具体设计过程中需要将电路成本降至最低，以此来提升单元电路和参数的精度，全面提高单元电路设计的可靠性和稳定性。2.2参数计算。在单元电路设计时计算参数是其中必不可少的一个步骤，通过具体的计算，确保电路中各个单元电路功能指标都能够达到需要的要求。在具体进行参数计算时，需要强化的单元电路设计理论知识和电子技术相关知识作为支撑，从而做到正确的选择数据和方法。2.3绘制电路图。在具体电路设计过程中，要将单元电路与整机电路实现有效连接，设计出完整的电路图。在具体单元电路与整机电路连接过程中，需要注意单元电路间连接简化，这其中在重视电路电气连接是否能够导通并实现预定功能。比如在对单元电路间的级联设计时，当各单元电路设计完成后，需要注意输入和输入信号、控制信号间的关系，并要注意电路图的可读性。在具体绘图时，尽量在一张图纸上绘制主电路图，可以将独立的部分单元电路和次要部分在另一张图上绘制，但在注意图之间电气端口的连接和对应，标记好各图纸间的输入和输出端口。在设计时需要注意信号流向，通常从输入端和信号源开始，根据信号流向按照从左到或、从上到下的顺序来连接单元电路。并在图中加上适当的说明。另外，还要对连接线画法给予注意。在电路图中，各元件连接应以直线为主，尽量减少交叉线，以水平或是垂直来设计连接线的分布，只有在特殊情况下才可以化斜线，这种情况下需要将连续点用原点表示。

3单元电子电路的设计方法

3.1线性集成运放组成的稳压电源的设计。在进行单元电路设计时，串联反馈式稳压电路主要由调整部分、取样部分、基准电压电路等共同组成，在对线性集成运放组成的稳压电源进行设计时，需要重视过流保护和短路保护这两项功能。在具体设计时，通过整流出来的直流电，采用滤波来降低波文系数，以此来直接带动负载，但这样的电路稳压效果并不理想，因此还要根据相应的技术指标来进行稳压电源的设计。3.2单元电路之间的级联设计。在设计单元电路过程中，当对各单元电路确定后，需要充分的重视单元电路间的级联问题。在单元电路电气性能设计中，阻抗匹配和负载能力匹配是最为主要的问题，需要设计人员要综合多种因素进行认真考虑。对于驱动能力没有过高要求的情况下，具体可以采用运放构成的电压跟随器。但当对驱动能力具有较高要求时，则要运用互补对称输出电路或是功率继承电路。对于数字电路，采用单管反向器或是达林顿驱动器更为适宜。3.3对于运算放大器电路的设计。在具体进行放大器电路设计运算过程中，需要选择单双电源供电和电源电流作为基本参数，同时转换失调电压、失调电流及电阻输入的速率，并确定时间。在运用运算放大器时，尽可能的运用通用性的运算放大器。在具体设计过程中，在选择各种参数时不能以指标先进性作为唯一依据。对于运算放大器作弱信号放大时，则应选择具有极小失调和噪声系数的运算放大器，同时保持等效直流电阻运放同相端和反相端对地。为了能够有效的消除运入的高频自激，设计人员可以将适当的电容消振介入到规定的消振引脚之间，有效的预防和避免两级以上级级联的情况，以此来降低消振难度。

1EHW的机理及相关技术

计算机系统所要求解决的问题日趋复杂，与此同时，计算机系统本身的结构也越来越复杂。而复杂性的提高就意味着可靠性的降低，实践经验表明，要想使如此复杂的实时系统实现零出错率几乎是不可能的，因此人们寄希望于系统的容错性能：即系统在出现错误的情况下的适应能力。对于如何同时实现系统的复杂性和可靠性，大自然给了我们近乎完美的蓝本。人体是迄今为止我们所知道的最复杂的生物系统，通过千万年基因进化，使得人体可以在某些细胞发生病变的情况下，不断地进行自我诊断，并最终自愈。因此借用这一机理，科学家们研究出可进化硬件（EHW,EvolvableHardWare），理想的可进化硬件不但同样具有自我诊断能力，能够通过自我重构消除错误，而且可以在设计要求或系统工作环境发生变化的情况下，通过自我重构来使电路适应这种变化而继续正常工作。严格地说，EHW具有两个方面的目的，一方面是把进化算法应用于电子电路的设计中；另一方面是硬件具有通过动态地、自主地重构自己实现在线适应变化的能力。前者强调的是进化算法在电子设计中可替代传统基于规范的设计方法；后者强调的是硬件的可适应机理。当然二者的区别也是很模糊的。本文主要讨论的是EHW在第一个方面的问题。

对EHW的研究主要采用了进化理论中的进化计算（EvolutionaryComputing）算法,特别是遗传算法（GA）为设计算法，在数字电路中以现场可编程门阵列（FPGA）为媒介，在模拟电路设计中以现场可编程模拟阵列（FPAA）为媒介来进行的。此外还有建立在晶体管级的现场可编程晶体管阵列（FPTA），它为同时设计数字电路和和模拟电路提供了一个可靠的平台。下面主要介绍一下遗传算法和现场可编程门阵列的相关知识，并以数字电路为例介绍可进化硬件设计方法。

1．1遗传算法

遗传算法是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程的一种自适应全局优化算法，它借鉴了物种进化的思想，将欲求解问题编码，把可行解表示成字符串形式，称为染色体或个体。先通过初始化随机产生一群个体，称为种群，它们都是假设解。然后把这些假设解置于问题的“环境”中，根据适应值或某种竞争机制选择个体（适应值就是解的满意程度），使用各种遗传操作算子（包括选择，变异，交叉等等）产生下一代（下一代可以完全替代原种群，即非重叠种群；也可以部分替代原种群中一些较差的个体，即重叠种群），如此进化下去，直到满足期望的终止条件，得到问题的最优解为止。

1．2现场可编程逻辑阵列(FPGA)