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關鍵詞：單片機；電子密碼鎖；安全
中圖分類號：TP309.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 14-0028-01
隨著科學技術的不斷發展，人們的安全意識也越來越高，因此，生產出安全性能更高的、操作更簡便的密碼鎖，是大勢所趨，也使時展的必然結果。電子密碼鎖以其高安全性、低廉的成本、較低的能耗、簡便的操作的特性，尤其受到消費者的歡迎。基于單片機防盜電子密碼鎖的核心是ATNEL公司的AT89C51單片機，其主要由鍵盤、液晶顯示屏幕、控制電路、報警電路等部分組成，通過精巧的電路設計，使其具有密碼改寫、保存、輸入錯誤超限報警等特性。
一、電子密碼鎖設計原理
電子密碼鎖的核心構建就是一個通過密碼輸入來控制電路的芯片，進而實現機械的開或合。市場上，電子密碼鎖的分類有許多種，有較為簡單的電路構成的產品，也有集成電路構成的芯片類產品，其較高的性價比使其應用相當廣泛。當下流行的手機鈴聲的編制就是運用以芯片為核心電子密碼鎖來實現的。
本文介紹的電子鎖的核心構建是51系列單片機（AT89s51），配合相應的應硬件電路設施，具有密碼的設置、存儲、識別和顯示等功能，同時還能夠在密碼多次輸入錯誤或是非正常入侵時自動報警，大大提升了安全性能[1]。單片機的EEPROM中儲存著設置好的密碼，當接收輸入的代碼時，將其與之比較，若密碼正確，則驅動電磁執行器開鎖；假如密碼不正確，則提示操縱人員重新輸入密碼，最多可輸入三次；若是三次之后輸入的密碼仍為錯誤，單片機就會通過通訊線路向智能監控器發出報警信號。智能監控器每次都會監控單片機的開鎖操縱和此時電磁執行器的驅動電流值，并接受單片機發來的報警信息，將這些信息及時匯總便于智能化分析。
圖1 基于單片機的電子密碼鎖的基本電路構造
二、三大控制電路基本構造
（一）開鎖控制電路
電子密碼鎖電路中最重要的結構就是開鎖控制電路，它主要是通過單片機向開鎖控制結構發送電訊號，從而電路驅動其電磁鎖的吸合，進而實現鎖的開或合。其簡單原理可見圖2所示。
開鎖控制電路主要由兩部分組成：驅動電路和執行電路。驅動電路由D1、R1、T1組成，其中T1可以選用普通的小功率三極管，D1作為開鎖的提示。執行電路是由D2、C、T2組成的，其中D2、C能夠消除電磁鎖產生的反向高電壓，并且保護電路免受電磁干擾。通常選用如8050的三極管作為T11而，電磁鎖的類別要根據情況來選擇，但基本要求就是保證足夠且有余量的吸合力[2]。要單片機發出開門信號，用戶必須滿足一下兩個條件，一是輸入正確的密碼，而是在規定的時間內（10s），鎖驅動電路，然后驅動電磁鎖，實現開鎖的操作。當滿足以上兩個要求時，單片機發出開門信號驅動電路T1導通，進而啟動D1發出開鎖提示，最后驅動T2，T2執行開鎖。
（二）斷電存儲電路
系統的掉電存儲單元采用的是ATMEL公司生產的AT24C02電可擦除存儲芯片，其內有存儲空間為2KB字節，通過串行總線與單片機連接通訊，額定電流為1mA，最低電壓可以達到2.5V。該芯片具備了有斷電儲存功能，并可將資料在短點的情況下儲存40年以上，是值得信賴的芯片。AT24C02支持總線數據傳送協議I2C，PHILIPS公司的I2C（Inter-Integrated Circuit），總線是兩線式串行總線，由于其通信速度快、接線少、控制方式簡便、體積輕巧等優點，在微控制器與設備的連接上都有廣泛的應用[3]。在本系統中，單電機還連接了時鐘電路，將其中的一個I/O口設置為輸出方式，作為串行時鐘線SCL，通過編程控制產生串行時鐘信號，在通過另一個I/O口作為串行數據線SDA，通過編程控制時鐘在低電平期間的讀入或輸出數據。當密碼被重新設定時，機器將自動將新的密碼保存在芯片內；當機器再次通電時，系統會調出存儲器程序，并在緩存單元中讀入存儲器中儲存的密碼，供主程序使用。
圖2 單片機開鎖機構電路圖
（三）LCD顯示電路
本系統中所用的顯示器是點陣字符型液晶顯示器，它主要由LCD控制器、點陣驅動器、字符存儲器組成，并將其集成在一塊印刷電路板上，這樣訥訥個夠便于拆裝和應用。這種液晶顯示器不僅能夠顯示數字、字符，還能夠顯示各種圖形符號并實現用戶對符號的自定義。此外，屏幕支持上下左右滾動、翻頁、文字閃爍等功能，人機互動界面友好，操作便捷靈活。本系統采用的LMO16L液晶顯示模塊主要有兩大類的操作：讀操作和寫操作[4]。通常情況下，液晶顯示器不需要進行讀操作，因此其主要執行的是寫操作，而寫操作又可分為寫指令和寫數據兩個步驟。通過延時的方法處理忙標志，能夠使液晶模塊有足夠時間進行內部數據處理，從而保障在寫操作程序時能夠準確無誤。
電子密碼鎖具有簡單的軟硬件設計電路、低廉的開發成本、較可靠的安全性能、簡便的操作方法，同時，還支持按鍵有效提示，輸入錯誤提示，密碼修改，密碼輸入延時或超限發出警報功能，在有突況時，能夠將安全隱患降到最低，保障物件的安全，在市場上有較大的發展前景。尤其是家庭、企事業單位辦公室、學生宿舍及賓館等場所，適合使用這款電子密碼鎖。
參考文獻：
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曲全鵬
（鄭州華信學院機電工程學院, 河南鄭州，451100）
摘要：本文詳細介紹了利用單片機結合傳感器技術開發設計的溫度控制系統中，如何采用AT89S51 單片機設計模塊電路。
關鍵詞：單片機; 溫度控制; 模塊電路
中圖法分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：
Based on the AT89S51 single-chip temperature control system
with module circuit design
Qu Quanpeng
（Machatronics Engineering Department,Zhengzhou Huaxin College,Zhengzhou,451100,China）
Abstract ：This paper introduces in detail combined with the use of single-chip sensor technology development
and design of the temperature control system,how to use the AT89S51 microcontroller design module circuit.
Keywords ：Single chip microcontroller;Temperature control;module circuit
0 引言
在工業生產的很多領域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處
理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。采用單片機對溫
度進行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優點，而且可
以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大的提高產品
的質量和數量。因此，單片機對溫度的控制問題是一個工業生產
中經常會遇到的控制問題。
1 設計要求
設計一個基于單片機的溫度控制系統，能夠對爐溫進行控
制。爐溫可以在一定范圍內由人工設定，并能在爐溫變化時實
現自動控制。若測量值高于溫度設定范圍，由單片機發出控制信
號，經過驅動電路使加熱器停止工作。當溫度低于設定值時，單
片機發出一個控制信號，啟動加熱器。通過繼電器的反復開啟和
關閉，使爐溫保持在設定的溫度范圍內。
1）溫度設定范圍為0 ～ 99℃，最小區分度為1℃，溫度控制
的誤差≤ 1℃
2）能夠用數碼管精確顯示當前實際溫度值
3）按鍵控制：設置復位鍵、加一鍵、減一鍵
4）越限處理
2 單片機選擇
本設計選擇AT89S51 作為主控芯片。AT89S51 單片機的
40 個引腳中有2 個專用于主電源引腳，2 個外接晶振的引腳，
4 個控制或與其它電源復用的引腳，以及32 條輸入輸出I/O 引
腳。
1）電源引腳Vcc 和Vss
Vcc（40 腳）：接+5V 電源正端；
Vss（20 腳）：接+5V 電源正端。
2）外接晶振引腳XTAL1 和XTAL2
XTAL1（19 腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機內部，它
是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成外部時鐘時，對于
CHMOS 單片機，該引腳接地；對于CHOMS 單片機，該引腳作為外
部振蕩信號的輸入端。
XTAL2（18 腳）：接外部晶體的另一端。在單片機內部，接至
片內振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于
CHMOS 單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于CHMOS
芯片，該引腳懸空不接。
3）控制信號或與其它電源復用引腳有RST/VPD、ALE/P、
PSEN 和EA/VPP 等4 種形式。
RST/VPD（9 腳）：RST 即為RESET，VPD 為備用電源，所以該
引腳為單片機的上電復位或掉電保護端。當單片機振蕩器工作
時，該引腳上出現持續兩個機器周期的高電平，就可實現復位操
作，使單片機復位到初始狀態。
當VCC 發生故障，降低到低電平規定值或掉電時，該引腳可
接上備用電源VPD（+5V）為內部RAM 供電，以保證RAM 中的數據
不丟失。
ALE/ P （30 腳）：當訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖
存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現在P0 口
的地址信號。
PSEN(29 腳): 片外程序存儲器讀選通輸出端, 低電平有
效。當從外部程序存儲器讀取指令或常數期間，每個機器周期
PESN 兩次有效，以通過數據總線口讀回指令或常數。當訪問外
部數據存儲器期間，PESN 信號將不出現。
EA/Vpp（31 腳）：EA 為訪問外部程序儲器控制信號，低電平
有效。當EA 端保持高電平時，單片機訪問片內程序存儲器4KB
（MS—52 子系列為8KB）。若超出該范圍時，自動轉去執行外部
程序存儲器的程序。當EA 端保持低電平時，無論片內有無程序
機，在EPROM 編程期間，該引腳用于接21V 的編程電源Vpp。
4）輸入/ 輸出（I/O）引腳P0 口、P1 口、P2 口及P3 口
P0 口（39 腳～ 22 腳）：這8 條引腳有兩種不同功能，分別適
用于兩種不同情況。第一種情況是89S51 不帶片外存儲器，P0
口可以作為通用I/O 口使用，P0.0-P0.7 用于傳送CPU 的輸入
/ 輸出數據。第二種情況是89S51 帶片外存儲器，P0.0-P0.7
在CPU 訪問片外存儲器時用于傳送片外存儲器的低8 位地址，
然后傳送CPU 對片外存儲器的讀寫數據。
P1 口（1 腳～ 8 腳）：這8 條引腳和P0 口的8 條引腳類似，
P1.7 為最高位，P1.0 為最低位。當P1 口作為通用I/O 口使用時，
P1.0-P1.7 的功能和P0 口的第一功能相同，也用于傳送用戶的
輸入和輸出數據。
P2 口（21 腳～ 28 腳）：這組引腳的第一功能和上述兩組引
腳的第一功能相同，既它可以作為通用I/O 口使用。它的第二功
能和P0 口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高8
位地址。
P3 口（10 腳～ 17 腳）：P3.0 ～ P3.7 統稱為P3 口。它為雙
功能口，可以作為一般的準雙向I/O 接口，也可以將每1 位用于
第2 功能，而且P3 口的每一條引腳均可獨立定義為第1 功能的
輸入輸出或第2 功能。P3 口的第2 功能見表1。
表1 單片機P3 口管腳第2 功能
Table 1 singlechip P3 mouth second pin function
AT89S51 單片機引腳圖如圖1 所示
3 單片機控制模塊電路設計
控制模塊是整個設計方案的核心，它控制了溫度的采集、處
理與顯示、溫度值的設定與溫度越限時控制電路的啟動。本控制
模塊由單片機AT89S51 及其外圍電路組成，電路如圖2 所示。
該電路采用按鍵加上電復位，S2 為復位按鍵，復位按鍵按
下后，復位端通過51Ω 的小電阻與電源接通, 迅速放電, 使
RST 引腳為高電平, 復位按鍵彈起后, 電源通過8.2KΩ 的電
阻對10KμF 的電容C5 重新充電,RST 引腳端出現復位正脈沖.
4 結束語
本設計采用內部時鐘方式, 利用芯片內部的振蕩器, 然后
在引腳XTAL1 和XTAL2 兩端跨接晶體振蕩器, 就構成了穩定的
自激振蕩器, 發出的脈沖直接送入內部時鐘電路,C6 和C7 的
值通常選擇為30pF 左右, 晶振Y1 選擇12MHz. 為了減小寄生
電容, 更好地保證振蕩器穩定、可靠地工作，振蕩器電容應盡可
能安裝得與單片機引腳XTAL1 和XTAL2 靠近。
參考文獻
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作者簡介
曲全鵬（1981—），男，河南周口人，實驗師，鄭州華信學院
機電工程學院，研究方向：機電一體化技術
1.1概述
紅外探測器驅動電路為紅外探測器(以下簡稱“探測器”)工作提供必須的工作電源、偏置電壓、時序電路等，同時完成對探測器模擬信號的讀取和預處理。
1.2探測器驅動電路設計
1.2.1探測器供電設計探測器所需的三個供電電源分別為VDDA、VDDO和VDDD。空間環境對電源的可靠性、體積、重量等參數都有著苛刻的要求，為了減小電源的輸出波動和開關帶來的噪聲，采用體積小、重量輕、抗干擾性強的LDO(MSK5101)直接給探測器供電。探測器驅動電路工作溫度范圍為－20～+50℃，此范圍內該LDO溫漂為1.4mV，滿足探測器使用要求，同時該芯片輸出電流可達1.5A，
1.2.2探測器偏置電壓設計探測器有7個直流偏置電壓，分別為GPOL(0.5～2V)、VPD(1.7～4.2V)、3.1V外部偏置(VR、VREF、VSREF)、2.5V外部偏置(VSWSREF、AJTREF)。這些偏置電壓對噪聲非常敏感，輸入電壓的波動會給探測器輸出信號帶來較大影響。為了保證探測器輸出信號的穩定，須保證探測器偏置電壓的穩定，同時盡量減小噪聲。設計時，選用低噪聲、低電壓調整率的LDO產生一個穩定的電壓V1，通過高精度的分壓電阻從V1分得所需電壓V2。為了增大驅動能力，同時起到隔離作用，將電壓V2通過低噪聲、高共模抑制比的運算放大器AD843(該運放在10Hz～10MHz帶寬內噪聲均方根為60μV，可滿足探測器對偏置電壓噪聲均方根的要求)進行緩沖，得到電壓V3供探測器使用。
1.2.3探測器輸出信號阻抗匹配設計探測器輸出模擬信號的典型負載要求為:R≥100kΩ，C≤10pF。在設計時，選取的運放(AD843)輸入阻抗可達1010Ω，輸入電容為6pF，可滿足探測器的負載要求。
1.2.4中心電平平移及差分傳輸設計探測器輸出信號動態范圍為1.7～4.2V，中心電平為2.95V，而A/D芯片對輸入信號中心電平的要求為0V。為了滿足A/D芯片對輸入信號的要求，在驅動電路上對探測器輸出信號進行中心電平平移。紅外信號屬于小信號，易受到復雜的空間干擾影響，這種影響對于單端信號影響較大。當采用差分電路設計時，正負兩路信號會受到相同的影響，但其差值ΔU=V+－V－變化較小，可減弱這種影響，因此采用差分傳輸設計。
1.3低噪聲設計與改進
為了對設計的電路性能進行評估，使用數據采集軟件采集探測器輸出的信號并通過MATLAB對其進行分析。探測器驅動電路與系統聯調，采集35℃時黑體數據并分析，發現約有15個DN值波動(幅值為7.3mV)。此時系統數字噪聲均方根為2.7mV，NETD為65mK。為了降低噪聲，在探測器驅動電路的供電入口、信號傳輸的關鍵路徑等位置加上濾波措施(如大容量鉭電容等)。重新采集圖像數據并分析，測得此時DN值波動約7個(幅值為3.4mV)，為了降低噪聲，在探測器驅動電路的供電入口、信號傳輸的關鍵路徑等位置加上濾波措施(如大容量鉭電容等)。重新采集圖像數據并分析，測得此時DN值波動約7個(幅值為3.4mV)
1.4空間環境適應性設計
1.4.1降額設計降額是使元器件使用中的應力低于其額定值，以達到延緩參數退化，提高使用可靠性的目的。探測器驅動電路工作于空間環境中，為了保證其安全性和可靠性，在設計過程中對元器件的參數進行了降額設計。
1.4.2抗單粒子鎖定設計探測器驅動電路工作于空間環境中，CMOS器件中的晶體管結構很容易受到空間高能粒子沖擊，進而引發單粒子鎖定效應(SEL)。發生SEL后，CMOS器件鎖定區的電流將會大幅度增加，形成SEL異常大電流，進而影響電路的正常工作。為了防止SEL的發生，在電路設計時采取以下措施:
a)運放芯片(AD8138/AD843)的供電端串聯限流電阻;
b)選用具有輸出限流功能的MSK系列LDO芯片;
c)選用抗輻照器件;通過降額設計與抗單粒子鎖定設計，保證了驅動電路工作的可靠性和空間環境適應性。
1.5性能檢測
保持相同的光學、擺鏡和數據采集設備，分別使用本文設計的探測器驅動電路和某型探測器驅動電路采集黑體圖像數據并分析。在國產探測器均勻性、一致性與進口探測器有一定差距的情況下，通過改進探測器驅動電路，最終在性能指標上趕超了某型探測器驅動電路。證明該方案設計實用、有效。通過與系統聯調，該探測器驅動電路工作穩定、可靠，可滿足空間要求。
2總結
>> 制冷紅外焦平面陣列響應特性的研究 紅外焦平面陣列非均勻校正算法的ASIC設計 320×256陣列紅外焦平面讀出電路的設計 長波576×6元紅外焦平面探測器成像系統硬件電路設計 基于TEC的大功率制冷電路設計 夜間成像紅外LED的驅動電路設計 一種232轉紅外的電路設計 基于凸優化的低復雜度平面陣列綜合方法 紅外線遙控器檢測儀的電路設計與制作 載人航天器儀表系統紅外觸摸屏硬件電路設計 基于熱釋電紅外線傳感器的電路設計 試論紅外傳感器CO2氣體檢測的電路設計 電子電路設計 電路設計與開關 模式轉換電路設計 基于89c52的紅外密集度立靶測試系統測時電路設計 一種帶電流檢測非互補式PWM產生電路設計 基于最小二乘法的非均勻加權平面陣振動定位算法研究 DDQ測試電路設計'> CMOS電路IDDQ測試電路設計 函數發生器電路設計 常見問題解答 當前所在位置：
關鍵詞：非制冷紅外焦平面陣列；讀出電路；柵調制積分
DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.3.007
引言
紅外焦平面陣列（IRFPA）可以獲取目標紅外輻射信息，利用光電信息轉換、信號處理等手段，實現對目標成像。傳統制冷型紅外探測系統，需要較低溫度的工作環境，然而由于制冷設備復雜，攜帶不方便，且價格比較昂貴，難以實現大范圍推廣。非制冷紅外焦平面陣列（UIRFPA）能夠工作在室溫條件下，降低了對工作環境的要求，被廣泛應用在軍事及民用領域[1]。非制冷紅外焦平面陣列根據探測器元件的不同物理機理，可以分為：熱釋電型、熱敏電阻型、雙材料懸臂梁型[2]、熱電堆型、二極管型[3]。二極管型非制冷紅外探測器，是根據PN結二極管在恒定偏置電流下的導通電壓―溫度特性[4]制成的。它可采用標準的CMOS工藝完成探測器制作，大大降低生產成本，減小設備復雜程度，有利于紅外成像技術的規模化應用。
讀出電路（ROIC）是非制冷紅外焦平面陣列的重要組成部分，其性能直接影響紅外探測系統整體表現。目前關于SOI二極管型UIRFPA讀出電路的研究文獻比較少。本文提出一種針對SOI二極管原理非制冷紅外探測器的讀出電路。探測器陣列規模為384×288，幀頻為40Hz，輸出信號變化范圍0～5mV。讀出電路使用CHRT 0.35μm CMOS 工藝完成設計，仿真結果顯示該設計讀出電路輸出動態范圍達到2V，數據輸出頻率5MHz。
1 SOI二極管探測器工作原理
由肖克萊方程式[5]可知，理想二極管中，電流If與正向導通電壓Vf之間的關系如下：
2 讀出電路架構
非制冷紅外焦平面陣列讀出電路，主要由探測器陣列、列積分放大電路、采樣保持電路、輸出緩沖器、多路選擇開關以及時序控制電路組成，讀出電路的系統框圖如圖1所示。
電路采用行讀出方式，在時序電路控制下，某一行的探測器被選通，該行探測器全部工作，各列讀出電路單元同時對選通行的探測器信號進行讀取及積分放大，采保電路將已被放大的信號進行采樣保持，等待列選通開關依次選通，并通過輸出緩沖器輸出。這種電路結構比較簡單，每列只需要一個讀出電路，有益于實現低功耗、低噪聲設計。讀出電路結構圖及工作時序如圖2和圖3所示：
3 柵調制積分（GMI）電路設計
傳統非制冷紅外探測器的基本原理是紅外輻射引起探測器阻值改變，在恒定偏置電壓條件下，探測器的電流發生變化，對電流積分得到相應的電壓信號。而SOI二極管紅外探測器偏置電流為恒定值，在紅外照射下，正向導通電壓改變。因此，傳統的非制冷紅外陣列讀出電路不適合用作對SOI二極管探測器信號的讀取。
對單個柵調制積分電路進行仿真，模擬探測器受紅外輻射，輸出信號范圍2.000～2.005V，幀頻為40Hz，選取積分時間為60μs，調制積分電路瞬時仿真結果如圖5所示：
仿真結果顯示，輸入信號為2.000～2.005V時，輸出信號范圍1.409～1.910V，分析得到積分電壓擬合曲線為y=-100.78*x+203.47，最大非線性點為0.32%。
由于受到積分電路增益的限制，積分電路輸出電壓動態范圍只有501mV，不滿足2V動態輸出范圍的要求，因此，設計中增加一級電荷轉移放大電路實現對輸出電壓信號進一步放大。
4 仿真結果與分析
電路采用CHRT 0.35μm CMOS工藝設計，版圖結構如圖6所示。提取版圖參數，利用Hspice仿真軟件對讀出電路進行仿真，仿真結果如圖7所示。其中，圖7（a）是讀出電路單元輸出波形，圖7（b）是讀出電路陣列輸出波形。從圖中可以看出，輸出信號幅值3.441～1.437V，動態輸出范圍超過2V，數據輸出頻率5MHz，信號建立時間小于20ns，符合紅外成像系統設計要求。
5 結論
針對SOI二極管紅外探測器陣列，本文提出了一種新型讀出電路，仿真結果顯示：該讀出電路能夠實現對384×288非制冷紅外焦平面探測器微弱信號的讀取，動態輸出范圍超過2V，線性度99.68%，功耗116mW。該讀出電路具有結構簡單，輸出動態范圍大，線性度高，功耗小等特點，具有較高的實用價值。
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[關鍵詞]低噪聲放大器；射頻識別；噪聲系數；增益；穩定系數
中圖分類號：TN722.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）44-0072-02
1 引言
射頻識別（RFID）是一種利用射頻通信實現非接觸的自動識別技術，LNA作為RFID系統的關鍵器件之一， 主要功能是放大從天線接收到的信號，用于后級電路處理，同時抑制噪聲干擾，提高系統的靈敏度，在實現數據無線傳輸過程中起重要作用。為了減少射頻前端電路及天線的體積，目前針對RFID系統的研究主要集中于5.8GHz的高頻段。本文采用ATF-541m4晶體管，利用ADS軟件通過電路級以及版圖級聯合仿真，設計了一種可用于RFID系統的5.8GHz單級低噪聲放大器。
2 電路設計
設計LNA電路時，需要綜合考慮放大器的增益、噪聲系數與輸入輸出匹配等參數。本文采用ATF-541m4晶體管實現低噪聲放大器的設計，放大器晶體管的靜態工作點將決定所設計的放大器的工作狀態，偏置狀態不同，晶體管的阻抗特性差別會很大，需要在選定器件后根據設計指標來獲得偏置電壓信息，設置ATF-541m4晶體管的直流工作點為。所設計的LNA電路原理如圖1所示。
其中，R1、R2、R3為直流偏置電阻，Vdc為工作電壓，C1、C2為隔直電容，L1、L2為扼流電感，C3、C4為旁路電容，C5、C6、C7為去耦電容。TL1、TL2和Tee1組成了輸入端的微帶線匹配電路，Tee2、Tee3、TL3、TL4和TL5組成了輸出端的微帶線匹配電路。電路的穩定性是放大器能夠正常工作的前提，因此需要對晶體管進行增強穩定性的設計。仿真結果表明在3GHz-8GHz頻帶內，穩定性因子k=1.004，大于1，放大器保持絕對穩定。偏置電路是射頻電路的設計中不可缺少的一部分，其主要作用是為放大器等有源器件提供合適的靜態工作點，以保證整個電路能夠正常工作。根據晶體管的直流工作點可以計算出，R1=28Ω，R2=222Ω，R3=33Ω。輸入、輸出匹配網絡的作用是減小信號反射。若電路不匹配，則會形成反射，降低效率。對于低噪聲放大器而言首先需要考慮的是最小噪聲，再根據最佳噪聲匹配來設計輸入端的匹配電路。輸出匹配網絡的設計主要考慮LNA的駐波比和增益，輸出端一般采用共軛匹配以獲得最小駐波比和最大增益。通過仿真優化得出本文設計的LNA輸出阻抗ZL=73.17-j16.719Ω。
3 電路及版圖級聯合仿真結果
針對圖1所示的電路原理圖，利用計算出的各元件參數進行ADS仿真，得出LNA的增益、噪聲系數、輸入/輸出反射系數等的電路仿真結果。再根據原理圖生成版圖，在版圖設計中，需增加一定數量的接地過孔，如果缺少接地過孔，會導致無法得到S參數理想結果。優化后得到的電路版圖如圖2所示。
圖3所示為利用版圖進行的聯合仿真以及原理圖級仿真結果對比。當工作頻率為5.8GHz時，聯合仿真中增益為10.25dB，滿足大于10dB的設計指標，與電路仿真結果相比略有減小；聯合仿真中放大器的噪聲系數與電路仿真結果良好吻合，約為0.95dB；聯合仿真的輸入反射系數S11 = -30.16dB，輸出反射系數S22 = -15.72dB，說明該放大器的輸入匹配較好，但由于輸出匹配中微帶線的長度較長等原因，輸出匹配沒有輸入匹配的效果好，但滿足設計要求。
4 總結
本文以ATF-541m4晶體管為核心，通過設計靜態工作點、增益反饋、輸入/輸出匹配等電路，仿真實現了一種單級低噪聲放大器，利用ADS進行了電路級、版圖級聯合仿真優化，結果表明在5.8 GHz處，放大器增益為10.25dB，噪聲系數為0.95 dB，輸入與輸出的反射系數分別為-30.16 dB和-15.72 dB，穩定系數大于1。
參考文獻
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關鍵詞:帶隙基準 溫度補償 電源抑制比 正溫度系數電流
中圖分類號: TN7文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973 (2010) 03-070-02
1引言
近年來,隨著CMOS工藝技術的進步,模擬集成電路設計技術得到了飛速發展。現在受到學術界和工業界廣泛關注的系統芯片集成(system on chip)、數模混合電路、模擬集成電路等對芯片內集成的基準電壓源的要求比以往更高。在諸多電壓基準源中,帶隙式基準源的應用最為廣泛。而在功放等集成電路中由于功率較大,系統的溫度變化也較大,因此過溫保護電路也必不可少。本文設計了帶自啟動和過溫保護電路的帶隙式基準電路,并使用了負反饋的方法使輸出基準電路與電源電壓基本無關,從而提高了電源抑制比。
2帶隙基準原理
帶隙基準是一種幾乎不依賴溫度和電源的基準技術,一般的帶隙基準在0~70℃溫度范圍內有10ppm/℃的溫度系數,圖1所示的是帶隙基準源的原理示意圖。pn結二極管的電壓降為VBE,其溫度系數在室溫時大約為-2.2mV/K.而熱電壓VT(VT=kT/q)在室溫時的溫度系數為+0.085mV/K,將VT電壓乘以常數K并和VBE電壓相加可得輸出電壓為:
(1)
將式(1)對溫度微分并代入VBE和VT的溫度系數就可求得K,它可以使得VREF的溫度系數在室溫時理論上為0。由于VBE受電源電壓變化的影響很小,帶隙基準源受電源的影響也很小。本文中T定為溫度參數,單位為K。
圖1帶隙基準電壓產生原理
3傳統的帶隙基準
圖2所示為傳統的帶隙基準的核心電路圖,圖中運算放大器工作在深度負反饋情況下,使A、B兩點的電位相等。選取R2、R3兩電阻的阻值相等,可以得到兩個BJT晶體管支路上的電流相等。Q2的發射極面積為Q1的n倍,則由雙極型晶體管的電流公式:
(2)
得:
(3)
(4)
電阻R1上的電壓降為:
(5)
這樣:
(6)
適當調整R1,R2,R3的電阻比例可以得到在室溫時溫度系數為0的輸出電壓Vref。
圖2傳統帶隙基準原理圖
4減小失調電壓的影響
由于輸入MOS管的非對稱性,運算放大器存在有輸入失調電壓,也就是當運放的輸入電壓為零時,其輸出電壓不為零。當運放的輸入電壓為Vos時,我們可以得到基準電壓的輸出如(7)式所示:
(7)
等效的失調電壓Vos在運放的輸入端產生的影響被量化為:
(8)
得出:
(9)
由式(7)可見,如果同相比增大,即可減小失調對輸出基準電壓的影響。如圖3所示為本文高精度CMOS帶隙基準核心電路及其啟動和保護電路,Q1、Q2面積是Q3、Q4的n倍,將Q1和Q2、Q3和Q4串聯,將提高為2,減小運放失調的影響。
圖3高精度CMOS帶隙基準電路
核心電路產生一個和溫度成正比的電流(PTAT電流)為:
(10)
仿真結果為4uA。
經過上方的電流鏡,將PTAT電流鏡像后流過電阻R4,得到一個PTAT電壓,再與VBE5相加后得到輸出電壓Vref:
(11)
取VBE為0.7V,求得Vref=1.25V,由于所使用工藝模型的差異,仿真結果為1.23V。
5過溫保護
過溫保護由鏡像管M16,M17,R7,R8,Q6,上拉電阻R9,以及反相器inv1,inv2組成。
PTAT電流經過鏡像管M13,M16放大10倍后變成40uA從M16管漏端流出。正常情況下電阻R7,R8上的壓降較低,不至于使Q6導通,因此OTout輸出電位為“0”,M17柵極電位為“1”,管子導通,使R8短接,這樣可以降低Q6基極的電位,使其截止。
當溫度上升到大約125℃時,R7上的壓降升高到Q6管BE結開啟電壓以上,Q6導通,輸出OTout為“1”,從OTout輸出的過溫信號送到偏置部分的使能管柵端,用于關斷電路。M17和R8起過溫遲滯作用,當發生過溫保護時,M17管關斷,Q6基極點位進一步升高,溫度必須降低到82℃左右,過溫保護才被取消,電路進入正常工作狀態。
帶隙基準的過溫保護遲滯效果如圖4所示。
圖4過溫保護特性
電路采用CSMC 0.35um N阱CMOS工藝模型進行Spectre仿真,得到良好的溫度掃描特性:
圖5帶隙基準的溫度掃描特性
6電源抑制比
一般的帶隙基準都要求較高的電源抑制比,但是如果帶隙基準中的運放采用外加偏置,必然會受到電源電壓紋波的影響,特別是隨著工作頻率的提高,電容耦合使得輸出電壓受到電源電壓的影響更大。因而使得傳統帶隙基準電壓源電路的性能指標的進一步提高受到很大限制。本文中的帶隙基準采用負反饋自偏置電路,不僅簡化了電路,而且利用一個負反饋使輸出偏置電壓受電源電壓的影響更低。本電路考慮這個因素,采用了運放自偏置結構,將運放輸出電壓作為基準核心電路的偏置,形成一個負反饋自偏置環路,使電源電壓對輸出基準電壓的影響進一步降低,在4V到7V范圍內電源抑制比為0.01V/V,如圖6所示。
圖6帶隙基準的電源電壓掃描特性
7結束語
本文介紹了一種基于0.35um CMOS工藝設計的低溫漂CMOS帶隙基準源,常溫下輸出電壓為1.23V;在-20℃~80℃溫度范圍內,溫漂為10PPM/℃;在4V到7V范圍內電源抑制比為0.01V/V;達到了設計的預期目標。整個電路結構簡單,有一定的實用價值。
參 考文獻:
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關鍵詞：EDA；電工技術；電路設計
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）09-0029-02
一、引言
電工技術是一門非電專業，例如機械類、汽車類等學科中某些專業的基礎或選修課程。但是，該門課程所包含的內容較多，跨度較大。上冊主要有電路分析和電動機的基本原理，還包括電力電子技術；下冊主要內容為模擬電子技術和數字電子技術。本課程開設的初衷是為這些非電專業的學生提供一個窗口，使其能夠在短時間內對電子技術的基本原理有一個整體的把握，以具備對其專業的相關電子設備有一定的了解能力。因此，這種非專業性課程的定位，加之課程內容本身理論性較強，使學生不了解學習該課程的意義與實際的應用，導致學生學習興趣不高，大多數以獲得學分為目的。但是，隨著現代科技的發展，電子技術及其相關的學科，幾乎已經對各門學科產生了極大的影響，最明顯的例子體現在現代汽車工業中。目前，汽車已經不再單純是一個機械裝置，它是綜合了最新機械與電子技術發展水平的高科技產品。同時，隨著電子和信息技術的飛速發展，市場上出現了各種各樣的電子設計自動化（EDA：Electronics design automation）軟件，改變了以往全部需要手工工作來設計電路的局面。目前，幾乎所有的電子電路設計任務都是在EDA軟件的協助下完成的，而且，是否具備熟練的EDA軟件使用能力已經成為大多數公司招聘員工的先決條件。因此，在電工技術課程中引入EDA技術[1-5]，不僅能夠為學生提供更為豐富的教學內容，也是幫助學生更好就業的一個重要手段。
二、EDA技術在模擬電路教學中的應用舉例
模擬電路通常是電工技術教學中的難點，一是電路結構復雜，學生難以理解；其次，學生不了解該部分內容在實際工作中的應用，導致學習興趣不高。為此，可以適當將EDA技術穿插在這部分的教學中，從實際電路設計的過程中引出與課程關鍵知識點相關的內容，以達到提高學生學習興趣的目的。以下用一個實際的例子來表明如何將EDA設計過程與電工課程中相關知識點進行結合。
例：使用ADS（Advanced design system）軟件實現共射極放大電路的靜態分析與直流偏置設計。
共射極基本放大電路是電工技術中模擬電路部分接觸的第一個重要的知識點，課程要求學生熟練使用計算法與圖解法來確定放大電路的靜態工作點。學生對這一部分的掌握情況直接影響到其對后續知識點的掌握，因此，本例從電路設計的實際過程出發，引出相應的知識點。
在講解例子之前，需要給學生明確的是在實際的有源電路設計中，通常情況下，晶體管靜態工作點的選擇與設計是第一步，也是至關重要的一步。實現不同功能的電路，可能在電路圖上區別不大，重要的是其靜態工作點的選擇。例如，低噪聲功率放大器需要無失真地放大微弱信號，因此它的靜態工作點需要選擇在輸出曲線的中點，而高功率放大電路為了盡可能提高輸出效率，通常靜態工作點選擇到靠近截止區，而混頻器、倍頻器等電路，主要為了使用其非線性性能，因此，它們的靜態工作點通常要靠近飽和區。其次，需要強調的是電路設計是電路分析的逆過程，遵循的步驟是根據輸入輸出關系，確定靜態工作點，再得到直流偏置電路，與課程中計算直流工作點的順序正好相反，但是，它們所反映出的基本原理都是相同的。
確定靜態工作點，就是根據電路所要實現的功能，確定基極電流IBB和集電極電流IC，集射電壓UCE。因此，首先需要得到晶體管的輸入輸出曲線。在ADS中，輸入輸出關系是通過對晶體管做直流掃描得到的。實驗步驟是先建立一個新的工程項目（Project）和一個新的設計（Design），然后選擇晶體管直流工作點掃描模板（ADS中常用的功能都做成了模板，可以直接調用），并在其提供的元器件庫中選擇合適的元件，加入到模板中，如圖1所示。
其次，需要設定晶體管的工作范圍，就是IBB和VCE的范圍，可以通過掃描參數設置得到，如圖2所示。本例中，IBB的掃描范圍是從20uA到100uA，掃描步長為10uA。VCE的掃描范圍從0V到5V，掃描步長為0.1V。當掃描參數確定后，點擊仿真按鈕，就會產生圖3的輸入輸出曲線。
圖3所示的輸入輸出關系曲線與課本上的曲線幾乎是一致的，它表明在不同的基極電流IBB作用下，集電極電流IC與集射電壓VCE的關系。通過輸入輸出曲線，可以選擇合適的靜態工作點，以實現電路的功能。在本例中，為與教材保持一致，將靜態工作點選擇在輸出曲線的中點，大致對應于圖3中光標m1的位置，軟件會自動顯示出此處的參數，即IBB=60uA，VCE=3V，IC=6mA。當靜態工作點確定后，可以據此設計直流偏置電路。由于本例是設計共射極基本放大電路，因此需要計算基極和集電極電阻的大小。在ADS中，偏置電阻的大小可以自動計算，但是需要手動輸入相關的公式，如圖4所示：
根據圖4的計算公式，可以得到圖5的計算結果。從圖中可以看到，當選擇Ibb=60uA時，對應的基射電壓和基極電阻在一個范圍內變動，因此只能選擇一個近似的值VBE=0.8V，Rb=60K。用同樣的方法，可以得到的集電極電阻Rc=340。當所有的參數都計算得到后，需要對該電路進行驗證，并根據驗證結果進行調整。驗證電路及其參數如圖6所示。
根據共射極放大電路的基本計算結果，可以設計出圖6所示電路。驗證該電路的方法是對其做直流仿真，并將仿真計算的結果直接顯示在電路圖中對應的元件和支路上。從圖中可以看出，基極的電位為809mV，電流為69.9uA，而集電極電位VCE=2.74V，Ic=6.64mA。對比前面得到的靜態工作點參數（IBB=60uA，VCE=3V，IC=6mA），可以發現它們之間存在一個小的偏差，這是因為在電路設計中，無論是在靜態工作點還是元件參數的選擇上，都存在近似的過程，因此，任何電路的設計，都是一個近似的設計，由此得到的實際電路都需要經過調試合格后才能夠實際使用。
以上的例子為學生展示了一個電路設計的基本過程以及設計方法。當課程進一步深入后，可以對本例進行擴展，例如在分析放大電路動態特性時，可以加入不同幅度的輸入信號，觀察在不同靜態工作點，放大電路的輸入輸出波形和非線性失真，有助于學生理解設計靜態工作點的意義。
三、結語
通過在電工技術課堂上增加EDA設計的過程，可以使課程從純理論教學轉向理論與實際設計相結合的教學方式，不僅能夠提高學生的學習興趣，還能夠培養他們的實際動手能力，并極大增加了教師和學生間的互動。同時，課本上的理論與公式不再需要死記硬背，它們已經融合到設計過程中，學生通過一兩個簡單的設計就可以熟練掌握，使學生能夠輕松完成課程的學習和考試。
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關鍵詞：交流過零；橋式整流；光耦；三極管
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A文章編號：1009-3044（2016）11-0214-02
交流電源在我們日常生活和工業生產的各行各業中是最常用的一種能源，因此，我們需要在不同的使用場合對它有不同的有效控制手段，才能正確、高效地使用它。目前，各種對交流電的有效控制手段層出不窮，控制電路也是各種各樣，如各種各樣的交流調壓電路就是交流電的有效控制電路之一。在交流電的控制電路中經常需判斷交流電的過零時刻，下面介紹一種經過調試后，證明能有效地在交流信號過零時產生一個脈沖信號的交流過零信號產生電路，供大家參考使用。
1電路組成
交流過零信號產生電路電路原理圖如圖1所示：
電路由以下幾部分電路組成：
1）降壓電路
降壓電路由降壓變壓器T承擔，它把220V交流電壓變換為各種場合所需的低壓交流電，供其他低壓交流電路使用。這里轉換為9V，供后面的全波橋式整流電路使用。
2）全波橋式整流電路
全波橋式整流電路由四個IN4001整流二極管組成，其作用是把交流電的負半周也轉換為正半周，使交流信號的一個周期中，有兩個正半周期信號，即把正弦交流信號波形轉換為均為正向的脈動直流電波形。
3）光耦隔離電路
光耦隔離電路由光耦EL817、輸入限流電阻R1、輸出集電極偏置電阻R2和+5V直流偏置電源組成。
EL817是臺灣億光公司生產的一體化光電耦合器，其作用是使輸入端與輸出端的信號完全隔離，避免輸入信號與輸出信號之間的互相干擾，，增加電路安全性，簡化電路設計。
限流電阻R1的作用是使EL817輸入端工作電流小于60mA，保證光耦輸入端的正常工作，使電光轉換正常，從而實現輸入輸出的光隔離作用。
偏置電阻R2和+5V直流偏置電源是光耦輸出電路光敏三極管的偏置電路，使光耦正常
進行光電轉換，從而輸出與輸入信號成正比的集電極信號。
4）三極管開關電路
三極管開關電路由電阻R2、R3、三極管9013和+5V直流偏置電源組成，其作用是在交流信號過零時刻產生一脈沖信號，以供后續電路判斷交流信號的過零時刻。
2電路工作原理
當220V交流電和+5V直流電接通后，220V交流電經變壓器T后轉換為9V的交流電，經全波橋式整流后波形轉換為脈動直流電（波形由圖2所示），然后經限流電阻R1限流后送到光耦EL817輸入端的內部發光器件LED上，使其發光，把脈動直流電轉換為強弱變化的光信號，經光耦EL817內部的光敏接收三極管將光信號轉換成電信號，然后將電信號經光敏三極管的集電極輸出，送到三極管9013組成的開關電路的輸入端，使開關電路在交流信號過零時刻產生一個負脈沖信號從開關電路的輸出端（三極管的集電極）輸出（波形由圖3所示），供需判斷交流過零時刻的電路使用。
光耦EL817實現了“電-光-電”的轉換及傳輸，光是傳輸的媒介，因而輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，也稱為電隔離，從而使輸入端與輸出端信號相互隔離，避免互相干擾。
當正弦交流信號電壓接近零時，信號電壓較小，光耦EL817內部的發光二極管截止，光耦內部光敏三極管也截止，其集電極輸出端輸出的集電極電流為0，使三極管9013組成的開關電路的輸入端被反向分流最小，三極管9013處于飽和工作狀態，使開關電路的輸出端輸出低電平（+0.3V）。
當正弦交流信號電壓增大到使較大值時，信號電壓較大，光耦EL817內部的發光二極管開始發光，光耦內部光敏三極管因接收到較強光線而開始工作，其集電極輸出端輸出的集電極電流較大，使三極管9013組成的開關電路的輸入端被反向分流增大，迫使三極管9013退出飽和工作狀態而開始進入截止工作狀態，使開關電路的輸出端輸出高電平（+5V）。
從以上分析可知，在正弦交流電過零時，電路就會產生一個較窄的負脈沖，供需判斷交流過零時刻的電路使用。
3元器件參數選擇和電路調試
要使電路正常產生一過零脈沖，則元器件的參數選擇及電路的調試極其重要，具體選擇和調試過程介紹如下：
因為我們選的降壓變壓器次級輸出電壓有效值為9V，相對較低，所以，整流二極管選擇IN4001就可以了。從百庫文庫和百庫百科中查到EL817光耦的輸入LED發光二極管的最大正向電壓為1.4 V，最大輸入電流為60mA，輸出接收光敏三極管最大集電極、發射極耐壓為35 V，最大集電極電流為50mA。所以，光耦輸入端的限流電阻R1的阻值選擇220Ω，輸出端的直流偏置電壓選擇5V，集電極偏置電阻R2（同時也作為開關電路三極管的基極偏置電阻）的阻值選擇1kΩ，開關電路的三極管選擇9013，其集電極偏置電阻R3阻值也選擇1kΩ。
元器件參數選擇后，按照圖1正確連接好電路，接通交流220V和+5V直流電源，然后，用雙蹤示波器測得全波整流電路u1和u2的波形如圖2所示，u2經光耦和開關電路后，u2和開關電路的輸出uo的波形如圖3所示。
4結束語
文章介紹的交流過零信號產生電路是一個經過驗證的、實用的電路，該電路設計簡單明了、制作方便，工作可靠性高，使用的元器件取材容易，性價比均較高，可應用于各種需判斷正弦交流過零的場合，特別是晶閘管交流調壓的場合。
參考文獻：
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【關鍵詞】直流電子負載；恒流恒壓模式；蜂鳴器報警系統
0 引言
在電源、通信、蓄電池、能源等領域中，需要使用一些靜態負載，通常采用電阻、電容、電感等或將它們的串并聯組合來模擬實際負載情況，其缺點是負載占用較大的空間、精度差、形勢單一且負載大小不能進行連續調節。直流電子負載的基本原理是利用功率場效應管（MOS），絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等功率半導體電子元件吸收電能并消耗電能。依靠功率半導體器件作為載體，實現了負載參數可調的功能，具有體積小和很高的調節精度和穩定性，能很好地模擬實際的負載，在電源設備測試中得到了廣泛的應用。本文針對傳統負載的弊病，提出了以STC12C5A60S2微控制器為核心，盡可能通過軟件替代硬件，使其具有硬件結構簡單、功能強、控制靈活的特點。
1 系統整體方案設計
基于單片機控制的直流電子負載系統結構框如圖1所示：
圖1 單片機控制的系統結構框圖
本系統由以下部分組成：核心控制電路（單片機）、電子負載電路、采樣電路、LCD顯示電路和電源電路。
該系統方案的整體結構簡易明了，將恒壓電流、恒流電路有機的結合在了一起，并接入電子開關，操作時只需通過電子開關對模式進行手動切換，以STC12C5A60S2單片機為控制核心，通過程序實現恒壓恒流值的調節、端口電壓的采集及顯示等核心功能。硬件電路中含有的運算放大器具有很大的電源電壓抑制化，可以大大減小輸出端的紋波電壓。
2 硬件電路設計
本智能控制系統由以下部分組成：核心控制電路（單片機）、功率控制電路、采樣電路、運放比較電路、LCD顯示電路和電源電路。
2.1 核心控制電路設計
采用STC12C5A60S2單片機作為核心控制單元，STC12C5A60S2系列單片機是宏晶科技生產的單時鐘、機器周期（1T）的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代單片機。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換（250K/S），包含8位A/D、D/A轉換功能，精確度高。通過軟件編程可以實現對電壓、電流預設置、A/D采樣比較、D/A輸出、LCD顯示等多種功能，并且電路簡單，控制效果好。
2.2 功率控制電路
選用N溝道增強型MOS管作為功率管。功率MOS管具有正溫度系數，當結溫升高時通態電阻增大，導通電阻小，自帶保護二極管，有自限流作用，噪聲系數小，所以功率MOS管熱穩定性好。
2.3 恒壓電路設計
選用運放OP07，該運放器是一種低噪聲，低輸入失調電，低輸入偏置電流，開環增益高，穩定度很高的雙極性運算放大器。在反饋電路中加入電阻，使得取樣電阻上的電流可以微調，實現輸出電流與理論值相同，大大提高了輸出電流的精度，又由于運放的同相輸入端的信號來自與數模轉換模塊的運放輸出，穩定度很高。
恒壓電路原理圖如圖2所示：
圖2 恒壓電路原理圖
選用運放OP07，將同相輸入端與輸出端采用正反饋電路，在反饋電路中加入電阻R2，R3與R4并聯實現分壓。使得取樣電阻上的電壓穩定，實現輸出電壓與理論值相同。又由于運放的反相輸入端的信號來自于單片機的輸出，穩定度與精度均很高。
2.4 恒流電路設計
選用運放OP07，該運放具有低噪聲特點，低輸入偏置電流，開環增益高，是穩定度很高的雙極性運算放大器。該方案優于以上兩個方案，故采用此方案。
恒流電路原理圖如圖3所示：
圖3 恒流電路原理圖
選用運放OP07，將反相輸入端與輸出端采用負反饋電路，運放的同相輸入端的信號來自于單片機的輸出，穩定度與精度均很高。圖5中輸出端取樣電阻為2歐大功率電阻，受熱情況下其阻值改變不大。通過單片機設定負載參數。測試點的電流恒滿足表達式：Itest=U/R1，其中U為采樣電壓。
2.5 LCD顯示電路設計
傳統設計方案：選用LED數碼管顯示，LED是筆劃顯示方式，雖然直觀性好，視角大，但是該方式只能顯示特定漢字和數字，若進行多位顯示，需要多個數碼管，功耗較大，體積大。
本設計方案：選用LCD12864液晶顯示，LCD是點陣式的顯示，可以有漢字、數字、波形等多種方式顯示，靈活性大，且同一界面可以同時顯示電壓、電流、功率等多種參數，并且功耗低，體積小。
2.6 電源電路設計
變壓器通過整流、濾波、穩壓產生所需電壓。圖4中電路提供的±15V，±12V電源主要用于運放電路，+5V電源用于單片機、液晶顯示、鍵盤。
3 系統軟件設計及流程
此設計使用低功耗單片機STC12C5A60S2，利用該單片機通過程序可以實現以下三個功能：
（1）設定恒壓、恒流運行模式及參數。通過鍵盤設定以步進方式設置預設值送給單片機，單片機通過 D/A（DAC0832）將數字量轉換成相應的模擬量輸出給硬件電路，以提供所需電壓，并在LCD液晶上顯示DA步進值。
（2）采樣輸出電壓、電流并在LCD液晶上顯示。單片機通過A/D（ADC0832）對等效負載的電壓和電流進行采樣，將采集回來的數值在單片機內部進行處理后送液晶屏進行電壓、電流的顯示。
（3）當電流大于3A時，單片機就會啟動過流提示，蜂鳴器發出報警信號，在恒流模式下減小DA輸出電壓以減小電路電流，實現過載保護。
系統程序流程圖如圖5所示。
【參考文獻】
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