偏置電路設計模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇偏置電路設計，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）13?0159?03

Design and application of low?price bias circuit for Si?PIN photodiodes

JIA Mu?lin1， ZENG Guo?qiang2， MA Xiong?nan3

（1. Guangxi Radiation Environment Supervision and Management Station， Naning 530222， China； 2. Chengdu University of Technologe， Chengdu 610059， China；

3. China Institude For Radiation Protection， Taiyuan 030006， China）

Abstract： The Si?PIN photodiodes have been more and more widely used in the areas of weak light signal detection， but the result of detection is more likely affected by bias voltage and other factors. The high?stability bias voltage with low ripple coefficient is essential for accurately achieving the detected weak light singal. A Si?PIN photodiode bias circuit based on TPS61040 DC/DC boost converting chip was design and applied to the weak light signal detection of the NaT （Tl） scintillator. A good result was achieved.

Keywords： Si?PIN photondiode； bias circuit； electronic filter； scintillator detector

硅PIN光電二極管（以下簡稱SPD）作為一種成熟的半導體光電器件，因其特有的優勢在自控、通信、環保、醫療及高能物理研究等領域得到了越來越廣泛的應用，但其使用極易受所加偏置電壓的影響。因此，在實際應用中對SPD上所加的偏置電壓的要求非常苛刻，必須具備很低的紋波系數和良好的穩定性，這也就造成常用的SPD偏置電路成本較高。針對這一情況，本文將介紹一款基于TPS61040電壓轉換芯片的偏壓電路設計，并將其應用于NaI（Tl）+SPD輻射探測器的信號檢測。

1 硅PIN光電二極管與偏置電壓關系

1.1 SPD及其偏置電壓簡介

與普通光電二極管相比，SPD是由中間隔著本征層的PN結構成。當在PN兩端外加反向偏壓時，內建電場幾乎集中于I層，使得耗盡層厚度加大，增大了對光子的吸收和轉換有效區域，提高了量子效率；同時，PN節雙電層間距加寬，降低了器件本身的結電容，如圖1所示。使得器件的響應速度提高，有利于在微弱光脈沖信號檢測領域的運用；此外，結電容的降低減小了信號電荷在其上的分配，有利于為前置放大電路輸入更多的原始信號電荷。

圖1 偏置電壓與結電容關系

1.2 偏置電壓電平選擇

但偏置電壓不是越高越好，原因是SPD的暗電流隨偏壓的增加而增加，如圖2所示。當偏壓超過一定值時，暗電流隨偏壓呈線性增長趨勢，使得整個系統的信噪比迅速降低。在進行微弱光信號檢測時，若所加偏壓自身噪聲較大，將直接影響到有用信號的提取，甚至可能將有用信號完全湮沒。綜合SPD的特性曲線和實驗結果，一般將偏置電壓設定在24 V。

圖2 偏置電壓與暗電流關系

2 偏置電路設計

2.1 升壓芯片確定

通常，便攜式儀器配用的電源電壓為較低，無法滿足SPD偏置電壓電平24 V的要求，須進行升壓處理。目前，主要選用APD（雪崩光電二極管）專用升壓芯片（如：MAX5026，MAX1932等）構成SPD的偏置電路，但成本相對較高，且這類芯片升壓幅度遠超過SPD的需要，造成了一定的浪費。因此，設計一款低成本的SPD專用偏置電路是非常有必要的。

本文選用的TPS61040升壓芯片是一款由德州儀器公司生產的電感式DC/DC升壓轉換器，其主要特點是價格低、功耗低、轉換效率高。該芯片采用脈沖頻率調制（FPM）模式，開關頻率高達1 MHz；輸入電壓范圍為1.8～6 V，可選用的供電電源較為豐富，適用性強；最高輸出電壓可達28 V，可滿足絕大部分SPD的偏壓電平要求。

2.2 TPS61040工作原理

TPS61040的內部功能結構如圖3所示，其脈沖頻率調制模式（PFM）工作原理如下：轉換器通過FB腳檢測輸出電壓，當反饋電壓降到參考電壓1.233 V以下時，啟動內部開關，使電感電流增大，并開始儲能；當流過外部電感的電流達到內部設定的電流峰值400 mA或者開關啟動時間超過6 μs時，內部開關自動關閉，電感所儲能量開始釋放；反饋電壓低于1.233 V或內部開關關閉時間超過400 ns，開關再次啟動，電流增大。通過PFM峰值電流控制的調配，轉換器工作在不間斷導通模式，開關頻率取決于輸出電流大小。這種方式使得轉換器具有85%的轉換效率。芯片內部集成的MOSFET開關，可使輸出端SW與輸入端隔離。在關斷過程中輸入電壓與輸出電壓間無聯接，可將關斷電流減小到0.1 μA量級，從而大大降低了功率。

圖3 TPS61040的功能模塊

2.3 升壓電路設計

本文設計（圖4所示）采用5 V電池作為電源，輸出電壓+24.5 V。根據TPS61040的數據手冊可知反饋電平決定了輸出電壓的值，反饋電平又與分壓電阻直接相關，輸出電壓[Vout]可按如下公式計算：

[Vout=1.233*（1+RTRB）]

式中：[RT]和[RB]分別為上下分壓電阻，在電池供電的情況下，二者的最大阻值分別為2.2 MΩ與200 kΩ。在選擇反饋電阻時，應綜合考慮阻值與反饋電平的關系，較小的阻值有利于減小反饋電平的噪聲，本文中[RT]和[RB]分別選用阻值1 MΩ與51 kΩ的電阻，根據上式可得輸出的電壓電平為24.5 V。為減小輸出電壓的紋波，可在[RT]上并聯一補償電容。三極管[Q1]用于隔離負載與輸入電源。

圖4 升壓轉換器原理圖

2.4 濾波電路設計

根據PFM模式的工作原理可知，流過儲能電感的電流呈現周期性的變化，從而將其內貯存的磁能轉化為電能輸出，造成了偏置電路的輸出電平也呈周期性變化，波形近似為三角波，如圖5所示。這使得升壓轉換器輸出的電壓不能直接用于的SPD偏置。

要得到理想的偏置電壓，必須對其進行處理。本文采用電子濾波器來完成偏壓的濾波，電路原理如圖6所示。根據電子濾波器有放大電容的作用，可以用容量和體積均較小的電容來實現超大電容的功能，基本設計如圖6所示。通過濾波處理后，成功將偏置電壓的紋波控制在2 mV以內（見圖7），且整個偏壓電路體積較小，而且成本較低。

圖5 升壓轉換器輸出電壓波形

圖6 偏壓濾波原理圖

圖7 濾波后的偏壓

3 應用實例

本文選用的SPD為濱淞公司S3590?08型大面積硅PIN光電二極管，可用于閃爍探測器中光電轉換功能，選用的閃爍體為一塊體積Φ30 mm×25 mm的圓柱形NaI（Tl）晶體，通過一塊聚光光錐將NaI（Tl）晶體發出微弱光線匯集到S3590?08的受光面進行探測，并采用本文設計的升壓電路為S3590?08提供偏壓；選用的放射源核素為Cs?137。SPD輸出信號經過前置放大器（原理如圖8所示）處理后，輸出信號的波形如圖9所示，可見本文設計的偏置電路基本達到輻射信號檢測的需要。

圖8 前放原理圖

圖9 加有偏壓核脈沖信號波形

4 結 論

本實驗表明，基于TPS61040升壓轉換器的升壓電路是可以用作對偏壓要求較高的SPD的偏置電源，與采用APD專用偏壓芯片構成的同類電路相比，成本更低，且電路結構簡單、功耗較低、體積較小，具有一定的實際運用價值。

參考文獻

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篇2

1概述

顯示驅動芯片是一款規模大、電源系統復雜、數模混合的SoC芯片。在驅動芯片中，數字電路起著很重要的作用，芯片各模塊的上下電及工作時序均由其控制。而邏輯電路在上電過程中很容易出現錯誤狀態，需要在電源電壓達到電路的正常工作電平后，利用復位電路對邏輯電路進行初始化，以保證數字邏輯的正確性。

驅動芯片的外接電源有兩個，分別是鋰電池電源VDDA和10電源VDDI，芯片所需的其他電源均在片內通過LDO或電荷泵產生。在芯片的啟動過程中，各電源需要按照一定的先后順序陸續上電。在外接電源VDDA和VDDI上好電后，提供數字電源DVDD的LDO就需要啟動，并在上電完成后給數字電路提供一個復位信號，對觸發器、寄存器及鎖存器等單元電路進行復位，保證電路在上電過程中能正常啟動。其他電源及電路模塊則在數字電路正常工作后，在其控制下按照一定的時序分別啟動。因此，上電控制電路對顯示驅動芯片正常上電啟動起著重要的作用。

2芯片上電控制電路

2.1上電檢測電路

只有當驅動芯片的兩個外接電源VDDA和VD-DI都上電之后，芯片才能啟動。在芯片設計中，采用了電源上電檢測電路，對VDDA和VDDI進行檢測，當上電檢測完成后，才啟動后續電路。上電檢測電路的電路結構如圖1所示，分為三個部分，分別是VDDI檢測電路，VDDA檢測電路以及VDDA延遲檢測電路，其中VDDA延遲檢測電路采用的就是常見的RC結構。在VDDA上電結束，檢測電路會輸出低電平信號VDDA_ON，經過一段時間延遲，輸出信號VDDA OELAY翻轉為高電平；VDDI上電結束，檢測電路會輸出低電平VDDI_ON，作為后續電路的使能信號。

由于芯片電源VDDA和VDDI上電沒有先后順序，分兩種情況考慮上電檢測電路：一種VDDA先上電，另一種是VDDI先上電，上電檢測波形如圖2所示。由上電檢測波形可以看出電源上電結束后，上電檢測信號會發生相應的變化。從上電檢測波形可以看出，VDDA ON與VDDI 0N都輸出低電平時，VDDA與VDDI兩電源完成上電。

2.2系統上電控制電路

外部電源（VDDI、VDDA）上電完成以后，即可進行內部數字電路上電及芯片復位操作，具體可通過圖3電路實現。在電路中，VDDA OELAY和VDDl 0N為上電檢測電路的輸出信號，其中VDDA DELAY在VDDA上電之后經t1時間延時后由低變高，而VDDI_ON則在VDDI上電結束輸出低電平。VDDI_ON為電平轉換電路的使能信號，電平轉換電路結構如圖4所示。在VDDI未上電時，VDDI_ON為高電平，電平轉換電路的輸出為低電平，不受輸入信號影響。在VDDI上電之后，電平轉換電路才能正常進行電壓轉換。

DVDD_EN為DVDD_LDO的使能信號，高電平有效。當該信號為高時，DVDD LDO⒖始工作，產生數字供電電源DVDD。圖5所示DVDD延遲檢測電路對DVDD電壓進行檢測，在DVDD上好電后經t2時間延時，DVDD_DELAY由低跳高。RESX信號為主機配置的復位信號，通過10接口到該電路，經過兩個電平轉換電路從VDDI電壓域分別轉換至VDDA和DVDD電壓域，其中VDDA電壓域的RESX信號用于控制帶隙基準（BGR）的使能，并與VDDA_DELAY信號相與之后作為觸發器的清零信號。DVDD電壓域的RESX信號則與DVDD_DE-LAY信號相與之后作為硬復位信號hw給數字電路，在數字電路中與軟復位信號sw相與之后作為整個系統的復位信號。觸發器的D端和觸發端信號由數字控制，在芯片接收到深睡眠指令時，觸發端產生一個上升沿，將Q端信號變為高電平。

下面從以下六種情況考慮芯片復位。

（a） VDDA與VDDI上電啟動

VDDI上電后，檢測信號VDDI_ON立即輸出低電平。VD-DA上電后，經過時間t1延時后，檢測信號VDDA_DELAY輸出高電平。在時間t1內，DVDD使能信號直接有效，DVDD開始建立并穩定，數字電路上電；同時VDDA DELAY的低電平對D觸發器清零。

在以上過程進行的同時，主機配置復位信號RESX為低脈沖，數字電路開始復位。RESX變高的時刻，帶隙基準開始正常工作。但是數字電路的復位信號由RESX和DVDD_DELAY共同作用的。只有當數字電路上電t2時間后，DVDD_DELAY才會翻轉為高電平，此時RESX和DVDD_DELAY同時為高，數字電路復位完成。

在數字電路復位期間，D觸發器的觸發信號一直維持低電平，且復位結束，觸發信號輸出默認值低電平，這樣即可保證DVDD一直有效，即數字電路持續供電。

（b）RESX硬復位

若RESX為低電平，即硬復位信號有效，則數字電路復位，帶隙基準電路重啟。注意的是，RESX硬復位并沒有使數字電路掉電。

（c）軟復位

當數字電路接收到軟復位命令時，反映到電路上sw端為低電平，則Reset信號直接對數字電路復位。

（d）VDDI掉電，再啟動

若VDDI掉電，VDDA不掉電，這時檢測信號VDDA_DE-LAY保持高電平，但是VDDI_ON由低電平翻轉為高電平，導致DVDD LDO關閉，即數字電路掉電。一旦數字電路掉電，芯片不能自啟動，必須在VDDI重新上電后，配置RESX一個低電平脈沖，才能使DVDD LDO重新啟動，即數字電路重新上電。同（a）一樣，本電路會重啟帶隙基準，并完成數字電路復位。

（e）VDDA掉電，再啟動

若VDDA掉電，VDDI不掉電，這時檢測信號VDDI_ON保持低電平，VDDA_DELAY翻轉為低電平，并且VDDA是DVDDLDO的電源，VDDA的掉電使得數字電路無電。值得注意的是：處于此種狀態的芯片不能自啟動。只有VDDA重新上電，才能讓數字電路上電；接著通過配置RESX為低電平脈沖，使帶隙基準重啟、數字電路復位。

（f）芯片深睡眠及喚醒

當芯片接收到深睡眠模式的指令時，一方面反映在圖3中D觸發器輸人為高電平，觸發信號由低到高電平翻轉，將D端的高電平輸出至Q端，導致DVDD_EN變為低電平，DVDD LDO關閉，數字電路掉電，同時，觸發器的輸出信號還控制SRAM的電源開關，當其變為高電平時，SRAM的電源將斷開，節省系統功耗；另一方面，芯片內部DC-DC電路、振蕩器、驅動電路及MPU接口與寄存器均不工作，芯片進入深睡眠模式。

這種模式下，芯片同樣不能自啟動。主機必須通過配置RESX，才能使數字電路重新上電與復位、帶隙基準重啟。深睡眠狀態失效，即芯片深睡眠模式被喚醒。

3電路仿真

該電路采用umcl62ehv工藝設計，并利用Cadence Spectre對其進行仿真。

圖6為VDDA和VDDI上電以及VDDI掉電仿真，從圖中可以看到，在VDDA上電后，DVDD_EN為高電平，DVDD LDO開始工作，DVDD電壓上電。VDDA_DELAY經過約130us延時后，跳為高電平，DVDD_DELAY在DVDD上電后，經大約240us延時后跳為高電平。VDDI_ON在VDDI上電后即變為低電平。在VDDI掉電時，VDDI_ON變為高電平，同時DVDD_EN變為低電平，DVDD LDO關閉，DVDD開始掉電。

篇3

本次設計采用選擇PHILIPS半導體公司帶手動復位功能的產品MAX708。MAX708還可以監視第二個電源信號，為處理器提供電壓跌落的預警功能，利用此功能，系統可在電源跌落時到復位前執行某些安全操作，保存參數，發送警報信號或切換后備電池等。

另外，系統還擴展了可編程外圍芯片PSD303。由于系統的 I/O口數量與實際所需數量還有很大的差距，故系統又擴展了兩片8255A，一片用于接鍵盤和顯示電路，一片用于接觸發信號、緊急停車信號等。

一、鍵盤與顯示電路

在本次設計中，設置了一個9按鍵的操作電路，以代替實際現場的操作按鈕。6位的LED顯示電路用于顯示轉速、電流、以及調試時的相關項的顯示。

另外，為了便于現場工作之便，設置了5×4的矩陣式鍵盤，用于當系統軟件等出現錯誤，而又不便直接對程序進行修改時的調試之用。

二、變頻系統設計

現代變頻技術中主要有兩種變頻技術：交-直-交變頻技術和交-交變頻技術。交-直-交變頻技術為交-直-交變頻調速系統提供變頻電源。交-直-交變頻的組成電路有整流電路和逆變電路兩部分，整流電路將工頻交流電整流成直流電，逆變電路再將直流電逆變為頻率可調的交流電。根據變頻電源的性質可分為電壓型和電流型變頻。

本次設計用交-交變頻電路是不通過中間直流環節，而把電網固定頻率的交流電直接變換成不同頻率的交流電的變頻電路。這種變頻電路廣泛應用于大功率交流電動機調速傳動系統，實際使用的主要是三相輸出交-交變頻電路。這種電路的特點：（1）因為是直接變換，沒有中間環節，所以比一般的變頻器效率要高；（2）有與其交流輸出電壓是直接由交流輸入電壓波的某些部分包絡所構成，因而其輸出頻率比輸入交流電源的頻率低，輸出波形也好；（3）因受電網頻率限制，通常輸出電壓的頻率較低，為電網頻率的三分之一左右；（4）功率因數較低，特別是在低速運行時更低，需要適當補償。

三相變頻電路就較單相復雜，其電路接線方式主要有公共交流母線進線方式和輸出型聯結方式。具體說來，其主電路型式有：3脈波零式電路、6脈波分離負載橋式電路、6脈波非分離負載橋式電路、12脈波橋式電路、3脈波帶中點三角形負載電路、3脈波環形電路。

本次設計選用較為簡單的一種—3脈波零式電路。

三、同步電路設計

同步電路的功能是，在對應的晶閘管承受正向陽極電壓的初始點（即控制角α的起算點）發出一個CPU能識別是哪一相同步信號的中斷脈沖Utpi和要求的α角進行延時控制，輸出相應的觸發脈沖。三相同步電壓信號經同步變壓器、濾波、穩壓、放大和光電隔離后分別接至單片機的P2.5、P2.6和P2.7管腳。另外，由于此處直流電源和觸發電路中所用的電源不能共用，且光電耦合器輸入輸出端的地端亦不能共用，為了以示區別，它們的符號均有不同。

Ua、Ub、Uc 與可控硅組件的三相交流電壓同相位。Ua、Ub、Uc經R3，C3濾波電路波形變換光耦隔離整形電路后輸出三相方波電壓，記為 KA、KB、KC，三相方波分別送給 80C196單片機的P2口的 P2.5、P2.6、P2.7端。CPU根據KA、KB、KC的值判斷三相交流電源的相位。

四、觸發電路

在設計中，三相電路中每相均有正反兩組晶閘管，每組均采用三相半波式接法，即每組用三個管子，所以一共有18個晶閘管，這樣，觸發脈沖也應有18路。三極管V為輸出級功率放大晶體管；電容C為加速電容，與R構成微分電路，可提高脈沖前沿的陡度；為兼顧抗干擾能力和脈沖前沿陡度，一般取C為0.1μF。為保護脈沖變壓器，在脈沖變壓器兩端并聯電阻R和二極管D的串聯電路，一般R阻值取為1K。電阻R為假性電阻負載。另外，為了隔離輸入輸出信號，加入了光電耦合器，考慮到應有足夠的脈沖強度使晶閘管導通，輸出極電壓設為15V。在出發電路中，為了得到足夠的脈沖寬度，而且使脈沖前沿盡量陡，后沿下降快，故采用了脈沖變壓器T～T。另外，為了達到電氣隔離作用，亦加入了光電偶合器。再者，為便于單片機對觸發電路的控制，在同步變壓器1~18的輸入端，分別引入了緊急封鎖信號（由HSO.0 引入）和 555 定時器構成的多諧振蕩器信號，而多諧振蕩器的控制信號則由單片機的HSO.1 控制。這樣，當電機輸入緊急停車信號時，單片機通過其 HSO.0 輸出高電平，這樣就使得觸發電路輸入端口的或非門被封鎖，也即封鎖了變頻裝置的觸發脈沖，使電機快速停車。

五、保護電路設計

為了提高控制系統的可靠性和安全性，在交流電力系統的設計和運行中，都必須考慮到有發生故障和不正常工作情況的可能性。在三相交流電力系統中，最常見和最危險的故障是各種形式的短路，其中包括三相短路、兩相短路、一相接地短路以及電機和變壓器一相繞組上的匝間短路，當然也有其它形式的保護措施。具體保護形式有：電流型保護，電壓型保護等。為簡單起見，這里僅采用電流型保護中的短路保護和過電流保護，并在每個電機的定子輸入端均接入了正反向交流接觸器。另外，為防止意外情況的發生，引入了緊急停車信號，當按下緊急停車按鍵時單片機通過中間繼電器關斷接觸器 KM2-KM8。

六、反饋環節設計

本系統中引入了電流反饋。電流反饋采用三相交流互感器，經三相橋式整流電路及濾波電路，最后經限流、濾波及限幅電路反饋回單片機的 P0.1口。 【參考文獻】

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篇4

中圖分類號：TM461文獻標識碼：A文章編號：10053824（2013）04006707

0引言

數控直流穩壓電源應用非常廣泛，是學習電子信息工程、通信工程、機電一體化、電氣自動化等電類專業學生必然涉及到的一個電工電子課程設計項目。全國大學生電子設計競賽曾于第一屆A題、第二屆A題和第七屆F題（電流源），全國首屆高職院校技能競賽樣題以及省級院校競賽都有涉及，用來檢驗學生的電子設計能力，可見其普遍性。

雖然較多論文都涉及，但電路設計的多樣性以及制作經驗篇幅鮮少，不足以使讀者完成作品并舉一反三。筆者參閱數十篇關于數控直流電源系統的設計，發現許多很難讀懂的問題。例如，給出參數設計輸出達20 V電壓，但運放直接驅動達林頓管明顯無法輸出達22 V以上。又如，通篇無關緊要的內容，唯獨缺少比較放大環節設計及關鍵電路的完整連接，也就是說DAC輸出到調整管之間內容匱乏，這也是本文解決問題的初衷。

直流穩壓電源按照功率管工作狀態，分為線性穩壓電源、開關穩壓電源2種。鑒于電類專業課程設計的需要，本文重點解析線性穩壓電源之關鍵設計，如與OP放大器設計聯系密切的部分，希望對讀者制作該項目或寫論文有所幫助。

1設計要求的性能指標與測試方法

1）輸出電流IL（即額定負載電流），它的最大值決定調整管（三端穩壓器）的最大允許功耗PCM和最大允許電流ICM，要求：IL （Vimax-Vomin）

2）根據輸出電壓范圍和最大輸出電流的指標，U/I可計算出等效負載阻值。例如，輸出電壓要求達30 V，最大輸出電流1 A，因此模擬負載應滿足從幾Ω到30 Ω之間，調整管耗散功率應滿足30 W以上，考慮加散熱片。

1.2質量指標

紋波電壓：是指疊加在輸出電壓Uo上的交流分量。在額定輸出電壓和負載電流下，用示波器觀測其峰一峰值，Uo（p-p）一般為毫伏量級，也可以用交流電壓表測量其有效值。紋波系數是紋波電壓與輸出電壓的百分比。設計中主要涉及濾波電路RLC充放電時間常數的計算。一般在全波式橋式整流情況下，根據下式選擇濾波電容C的容量：RL?C=（3-5）T/2，式中T為輸入交流信號周期，因而T=1/f=1/50=20 ms；RL為整流濾波電路的等效負載電阻。

穩壓系數Su和電壓調整率Ku均說明輸入電壓變化對輸出電壓的影響[2]，因此只需測試其中之一即可。電源輸出電阻ro和電流調整率Ki均說明負載電流變化對輸出電壓的影響[2]，因此也只需測試其中之一即可，具體操作參照指標的定義來實施。

2.2DAC接口電路的設計

2.3調整管控制電路、電壓采樣與電流采樣電路的

2.4ADC接口電路的設計、同時具備電壓源與電流源功能的設計

2.6具備電壓預置記憶存儲部分的設計

2.7保護電路的設計

2.8.2濾波電路的設計

3結語

曾經查閱數十篇類似穩壓電源電路圖，深感模擬電路設計的重要性。本文將電壓源與電流源的設計方案同時羅列，便于讀者理解設計要領。重點解析DAC輸出后的電路設計，圖中電壓、電流數據全部基于proteus交互式仿真完成。電路設計的連貫性、采樣電路取值、運放電路與驅動電路設計等，是同類論文較少論述的環節，可以有效解決目前存在的諸多問題，有助于讀者提高電路解析能力。僅此拋磚引玉，希望本文的設計能對讀者在實際工作中有所幫助，不當之處請多指教。

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1 概述

隨著我國城市化進程的不斷加快，城市發展規模越來越大，路燈作為城市基礎設施的重要組成部分，在城市的照明和美化中發揮著舉足輕重的作用。目前大多數城市的路燈控制主要依靠人力，經濟成本高，能耗大，與當前綠色、環保的現代社會生活理念不符。一款使用成本低、節能性好的路燈控制系統，已成為現代城市路燈控制的必需。文章基于單片機設計的節電型路燈控制系統，經過測試，能滿足城市路燈管理需求。

2 控制系統硬件設計

本設計采用AT89C52單片機作為控制器，通過總線與各個模塊相連。利用按鍵設定時間，在LCD上顯示實時時間、路燈狀態。用光敏電阻檢測環境亮暗程度，通過模數轉換芯片轉換后傳輸給單片機。單片機對時間和環境光線信號進行判斷并處理，并通過繼電器等相關的執行元件來控制路燈。路燈的開關模式為：0時至次日6時為節能時間段，路燈在半電壓下工作；19時至0時，路燈在全電壓下工作，其它時間段根據環境光線明暗程度來控制路燈的亮暗。系統總體結構如圖1所示。

2.1 單片機最小系統

單片機最小系統主要包括復位電路、時鐘電路和電源電路組成。硬件電路圖如圖2所示。

2.2 實時時鐘模塊

本設計采用DS1302實時時鐘芯片，利用時鐘模塊電路產生時鐘及定時等功能，實現路燈開關定時控制。電路如圖3所示。BT1是電壓為3V的紐扣電池，作為DS1302的備用電源。Y2是頻率為32.768 KHz晶振。DS1302的5、6、7引腳分別同單片機的P2.1、P2.2、P2.3的引腳相連。

2.3 環境光線檢測模塊

本設計使用光敏電阻和ADC0832模數轉換器結合的方式檢測，工作原理是當照射在光敏電阻上的光線亮度發生變化時，光敏電阻的阻值也隨之相應的發生變化，其變化是光線變強阻值減小，反之亦是，此時ADC0832的通道0得到的電壓值隨光線的變強而減小，ADC0832將電壓信號轉換成數字信號，送給單片機，使得單片機能對環境明暗程度信號分析和處理。

2.4 路燈控制單元

本設計采用LM317穩壓器，輸出電壓變化范圍是Vo=1.25V-37V，CD1、CD2起到濾波的作用。穩壓電路圖如圖4所示。

路燈控制電路如圖5所示，Q1為PNP性三極管；RL1、RL2為繼電器；D5為續流二極管；D1、D2、D3、D4為發光二極管。當L1為低電平，則RL1閉合，燈是全電壓工作；當L1為高電平、L2為低電平，則RL2閉合，燈是半電壓工作；當L1、L2、L3都為高電平，則燈全部不亮。

3 軟件設計

根據控制需要，系統軟件主要分為五部分，分別是：（1）主程序，以一定的邏輯及方式調用功能模塊，配置硬件資源。（2）LCD顯示程序，對時間信息和狀態信息的顯示。（3）ADC0832光線采集程序，對環境光線信號的采集，將光信號轉換成電信號再轉成數字信號，便于單片機分析處理。（4）DS1302操作程序，處理時間信息，負責路燈開關定時控制。（5）定時中斷程序。

軟件流程圖如圖6所示。

4結束語

文章基于AT89C52單片機設計了一種路燈控制系統，實現了路燈按時間和光線雙重控制，經實驗檢測，該系統工作穩定、性能可靠、便于擴展，自動化、智能化程度高，有助于大幅度節省電力資源，降低管理成本，契合當前城市發展需求，具有較高的應用價值和良好的商業前景。

參考文獻

[1]辛智廣，于春榮，王樹彬.LED路燈智能控制系統設計方案[J].科技傳播，2016（5）：178.

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1.2OLED驅動電路研究的意義

我們正在經歷一個顯示器世代交替的時期,平面顯示器以一定速度逐漸取代,未來進入電視、電腦一體化的數字時代后更會使顯示技術迅猛發展。在顯示技術的未來競爭中,尤其是中小尺寸的產品,誰會在競爭中勝出,取決于誰了解顧客的需求,顧客會選擇可以展現生命力的顯示器。而有源有機電致發光顯示則具有終極顯示器的特質,其相關的產業化工作正迅速展開。我國具有一定的機電致發光顯示產業化基礎,有機發光材料的制備技術也有良好的趨勢,所以一定要充分利用顯示市場,加大研發力度,全面實現產業化。

..........

第二章灰度控制原理及方式

2.1OLED的顯示原理

電致發光,又稱為電場發光,是自然界中一種普遍的物理現象,是光電變換中的一個基本步驟。對于電致發光物質而言,可以劃分為有機電致發光和無機電致發光兩種。其中有機電致發光又可以分為發光物質為高分子聚合物的聚合物發光和發光物質為小分子有機突光材料的小分子發光器件,OLED典型結構如圖2.1所示。有機發光二極管的發光原理為當對元件施加正向偏壓時,電子與空穴受電壓能量的驅動分別由陰極與陽極注入到器件中,此時電子和空穴在運動中相遇并結合,就形成了電子一空穴對。而當分子受到外來能量激發后,若電子自旋和基態電子成對,則為単重激發態,那么所釋放的光為突光;相反,若激發態電子和基態電子自旋不成對并且平行,則稱作雙重激發態,其所釋放的光為磷光。

2.2OLED的工作特性

圖2.4所示為OLED的電壓一亮度關系曲線圖。從圖中可以看出OLED的電壓和亮度屬于非線性關系,不利于緩慢而穩定的控制亮度,因此如果用電壓驅動控制法來控制顯示屏的亮度,則需要有一定控制精度的驅動屯壓。而電壓控制法由于電阻的作用會導致不同像素點的開啟電壓也不盡相同,再加上面陣屏幕制備工藝的限制,會造成畫面顯示不均勻、圖像質量低下等問題。圖2.5所示為OLED器件中亮度與電流密度的關系。從圖中可以看出OLED器件的亮度和電流之間保持著良好的線性特性,想要控制屏幕上各個二極管的亮度,只要能夠很好的控制各個像素點電流就可以,所以像素電流能夠保持穩定的恒定電流驅動是現階段使用較為普遍的方式。釆用恒定電流驅動的方法可以解決OLED顯示圖像不均勻的問題,只是其缺點是不容易實現灰度等級較低的顯示,但對于本論文中的設計,不構成影響。此外,OLED的老化屬于庫企型的,OLED器件的老化原因是驅動器件時產生的熱效應,對于驅動OLED器件而言,器件壽命受電流密度的強度影響,電流密度越大壽命越短,電流密度越小壽命越長。盡可能減小OLED的驅動電流,可以盡量減小這種焦耳熱的影響。

第三章灰度控制模塊的設計....................14

3.1灰度掃描系統...................14> 3.2優化灰度掃描結構..................15

第四章面OLED陣顯示系統設計...............24

4.1系統的硬件設計...............24

第五章實驗結果及分析.....................35

5.1系統調試.................35

5.2實驗結果分析................................36

第五章實驗結果及分析

5.1系統調試

系統調試主要是電路方面的測試,對理論設計和實際操作之間出現的問題進行整改,最終使系統實現設計中所要求的功能。在設計階段用繪制電路板,根據圖制作電路板完成后,先進行簡單的檢查,主要是各個接口及各模塊之間的連接。檢查電路中元器件之間是否連接正確,各連線之間有無連接錯誤的情況;查看電路板在實際中布線位置是否合理,元器件之間有無短路;檢查電源和各個元器件極性有無接反的情況,對地是否短路。經過基本的檢查之后,接通電源,在通電情況下對電路板進行硬件調試:接通電路后檢查各個器件及連線有無溫度過高等異常現象;沒有燒程序到時,使用萬用表檢測電位,以此判斷系統是否正常工作;將程序燒錄到中,檢查各個接口是否正常驅動。系統調試完成后,通過計算機對進行操作,編寫程序,在數據存儲器中存儲顯示數據,通過向電路提供顯示的行、列偏移信號和各種顯示信號。控制信號到達顯示面板的同時,產生顯示所需的行列驅動信號,從而控制的顯示區域、灰度等顯示參數。

5.2實驗結果分析

這里計算的只是單色顯示時的時鐘頻率,對于高灰度的彩色屏,時鐘要求也要相應的提高。顯而易見,本方案的時鐘頻率與傳統掃描方式的比較,具有明顯的優勢,并且這種差距隨著灰度等級的提高和顯示面積的增大而更加顯著。相對靜態圖像顯示而言,顯示動畫中的每幀圖像時,首先需要更新緩存中的顯示數據,同時驅動電路從接收顯示所需的各種控制信號,從而達到動畫圖像顯示的目的。在屏幕進行靜態圖像顯示時,將顯示數據從單片機的數據存儲器中輸出到緩存之后,顯示屏通過驅動電路以的頻率刷新。因此,對于動態圖像顯示和靜態圖像顯示,前者要低于后者的刷新頻率。

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豆漿是現代科學公認的營養品，隨著家庭生活條件的改善、生活水平的提高以及出于對食品安全的考慮，富含植物性蛋白的豆漿正以無可阻擋的魅力走進千家萬戶，本論文即采用 嵌入式單片機設計的一款豆漿機。

1 LM3S811單片機介紹

TI公司的Stellaris系列的單片機，能夠使用戶以傳統的8位和16位器件的價位來享受32位的性能。該系列單片機是針對工業應用方案而設計的，包括遠程監控、電子售貨機、測試和測量設備、網絡設備和交換機、工廠自動化、建筑控制、運動控制、醫療器械、以及火警安防等。

LM3S811單片機的優勢還在于能夠方便的運用多種ARM的開發工具和片上系統（SoC）的底層IP應用方案，能夠滿足各種需求。另外，該單片機使用了兼容ARM的Thumb?指令集的Thumb2指令集來減少存儲容量的需求，并以此達到降低成本的目的。因此，本設計采用LM3S811單片機作為控制芯片。

2 豆漿機工作流程與硬件設計

2.1 豆漿機工作流程

正常上電后按豆漿按鈕，蜂鳴器“嘀”一聲，指示燈亮。

（1）延時2秒、隨后加熱到80℃，打豆10秒后停5秒。

（2）自動加熱掛泡，停止加熱10秒。

（2）打豆10秒，停10秒如此循環6次。

（3）加熱到掛泡，如此循環3次。

（4）打豆10秒，停6秒如此循環6次。

（5）加熱到掛泡，如此循環6次。

完成后蜂鳴器提示音1秒一聲，一分鐘后轉至每間隔10秒蜂鳴器“嘀”一聲提示音，表示工作進程結束。

2.2 豆漿機硬件電路設計

全自動豆漿機硬件電路包括溫度傳感器電路、單片機最小系統以及輸出控制電路。

由于單片機內部有上拉電阻，所以按鈕電路沒有連接上拉電阻；用單片機引腳直接控制繼電器的方式驅動電加熱器與電機；溫度傳感器采用熱敏電阻KTY81-110，采用電阻串聯分壓法直接將熱敏電阻兩端的電壓輸入到單片機LM3S811的ADC中；采用變壓器降壓、整流、濾波后，經過3.3V穩壓器1117（3.3V）輸出，為豆漿機提供電源。通過這些電路設計，能夠實現全自動豆漿機系統。

3 基于LM3S811單片機的豆漿控制電路機程序框架

本設計為全自動豆漿機，采用狀態機描述進行編程。按照狀態機描述豆漿機不同得工作狀態，程序由C語言寫出，主程序由單片機初始化、溫度傳感器初始化、鍵盤初始化等等，程序框架如下：

include " LM3S811.h"

定義數碼管譯碼數組；

定義數碼管位選數組；

定義LED燈數組；

定義保存在FLASH中數據的數組；

定義定時標記變量；

定義其他全局數組與變量； //例如定時變量dsbl等

函數原型聲明；

void main（void）

{

定時器0初始化； //實現時間標記

定時器1初始化； //對定時變量定時

引腳初始化； //按鈕、水位電極、ADC、繼電器等引腳初始化

ADC初始化；

其他初始化語句；

while（1）

{

//按鍵處理語句；

{

功能選擇等按鈕語句； //按鈕變量anbl隨按下按鈕不同而不同

豆漿按鈕按下時，anbl=1； //對應指示燈亮，表示工作狀態

燒水按鈕按下時，anbl=2；

攪拌按鈕按下時，anbl=3；

若沒有按鈕按下，anbl=4；

需要按鈕抬起判斷語句；

}

//低水位電極、防溢出電極、溫度檢測

if（sample_time= =1）

{

檢測水位電極； //設置低水位標志，若是低水位，低水位標志為1

檢測防溢出電極； //設置防溢出標志，若是溢出，防溢出標志為1

ADC轉換溫度值、數字濾波語句，轉換成溫度值。

sample_time= =0；

}

//狀態機

if （state_time= =1）

{

狀態機語句；

state_time=0；

按鈕變量=0

}

//輸出語句：

4 結論

TI公司的Stellaris系列的單片機，LM3S811單片機與Stellaris系列的所有成員是代碼兼容的，這為用戶提供了靈活性，能夠適應各種精確的需求，必將得到越來越廣泛的應用。

參考文獻

[1]都業弘.我國大豆磨{行業現狀及發展[J].食品科學，1999（02）：28-29.

[2]李延鵬.ARM嵌入式系統開發與應用完全手冊[M].北京：中國鐵道出版社，2013.

通訊作者簡介

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在這個知識爆炸的時代，課本知識的局限性和滯后性更加明顯，高中地理教學已進入多媒體教學時代，地理教師重視多媒體教學資源已經形成共識，尤其是由聲音、影像、畫面和文字等元素組成的地理視頻資源能真切地展現自然風光、人文環境等各類地理現象，給人一種身臨其境的感覺。將“有趣、有用、生活化”的地理視頻信息融入地理教學中，使學生感覺到地理就在身邊，地理是鮮活、有趣的，這不僅符合新課改的要求，同時也符合傳播理論、多元智能理論和建構主義理論。紀錄片《舌尖上的中國》跨越中國天南海北的地域觀，具體描述神州大地的美食文化，并彰顯美食文化背后的海洋、山岳、森林、平原、荒漠等自然風光，揭示美食文化中滲透的各形各色的生產生活習慣、民俗風情、民族文化和古老的農耕文化等中國文化及其演化歷程，同時，又是能幫助學生豐富地理學科知識、拓展地理視野，從而激發學生學習熱情、培養地理素養、樹立正確人地觀的良好素材。本文將結合具體的教學實例，從區域與區域差異、農業生產活動、自然環境的整體性和差異性、可持續發展等角度探析《舌尖上的中國》在高中地理教學中的應用前景和教學參考價值。

一、豐富學生的地理知識、拓展地理視野、激發學習熱情

隨著影視傳播技術的發展，視頻資源對身心處在巨變時期的青少年所產生的影響越發明顯，僅僅依靠現有的教材資源、教師語言或者少量圖片的地理課堂往往難以激發學生的學習興趣。充實課堂資源，豐富教學內容，提升或喚醒學生學習地理的“興趣”，提升學生的學業水平和地理素養已迫在眉睫。

在中圖版必修三第一章的第一節“區域與區域差異”中，主要的教學重點是比較中國三大自然區自然環境特征及對人類生產、生活的影響。教材中只提供了有關三大自然區的文字資料和幾張圖片，要求學生完成三大自然區地理特征表。因為本節內容沒有難點，大多數教師往往采用的是閱讀教材，引導學生完成填表，致使教學枯燥無味，無法拓展學生的視野，更無法激發學習熱情。這種重結論、輕過程的教學排斥了學生的思考，淹沒了學生的個性，把教學過程庸俗化到無需智慧努力只需聽講和記憶就能掌握知識的那種程度，這實際是對學生思維的扼殺和個性的摧殘。

《舌尖上的中國》展示了一幅幅炫麗多彩的畫面：層層梯田、片片竹林、一池荷花一湖蓮藕的江南景色；翻滾的麥浪、火紅的高梁、金黃的玉米地所展現的北國風光；一馬平川大草原回蕩著悠揚的馬頭琴聲，充滿滄桑的塔克拉瑪干沙漠中亭亭玉立的綠洲少女的西域之光……在欣賞風光的同時，主持人帶領你“品嘗”南方的各色米粉、米糕；北方的刀削面、蘭州拉面、馕，還有民族風隋濃郁的手抓飯和烤全羊等。將這些優美的視頻內容整合滲透到課堂教學中，學生不僅能感悟到祖國廣袤的地域環境與區域差異，而且還能感悟到各色環境下的生產、生活等人類文明。在畫面、聲音和文字的多重沖擊下，學生體會到的中國三大自然區就不再是單調、粗糙、乏味的課本教料，而是直觀、靈動、富有生命的動態畫卷和多媒體文化大餐。

隨著城市化的發展和不斷推進，學生的生活也越來越城市化，即使是生活在農村的學生，接觸農業生產活動的機會也越來越少。單一的文字和圖片材料已經不能讓學生真正意義上理解農業生產的特色，而活靈活現的視頻能給我們親臨的感受，能夠更加有效地輔助學生理解深奧的農業文化。在“農業的地域類型”一課中，水稻種植業是東亞、南亞、東南亞等地區的主要農業地區類型。影響水稻種植業的一個重要的社會經濟因素是亞洲這些地區人口稠密，勞動力豐富。亞洲的水稻種植業也是我國南方的水稻種植業具有“一大一小一高三低”的特點。即：小農經營、水利工程量大、單產高但商品率低、機械化水平低、科技水平低。一般情況下，學生很難理解為什么水稻種植區要勞動力豐富？為什么我國南方的水稻種植機械化水平低、水利工程量大？如果能導入《舌尖上的中國》中視頻內容“春種的季節，江西上堡鄉的農民正在層層的梯田里犁田，插秧”，“盛夏，由于雨帶一路向北移，長江地區出現罕見的持續40多天的伏旱天氣，缺水讓稻子停止灌漿，只留下干癟的谷殼，農民為了挽救自己的稻田，用盡各種辦法給農田澆水、引水灌溉”， “秋天是水稻豐收的季節，黑龍江五常龍鳳山鎮的黑土地上，大型機器正在忙碌著收割，而江西上堡鄉的農民們卻是在梯田里割稻，打稻，肩挑稻谷回家”，這些畫面能讓學生理解到水稻種植業是一項勞動力密集型的農業，需要大量的勞動力精耕細作；我國季風氣候的特點，雨帶的推移與夏季風進退息息相關，而夏季風進退異常往往容易給我國東部季風氣候區帶來旱澇災害，水利工程量大就無可厚非了；南方受到地形和技術的限制，導致南方的水稻田難以實施機械化作業。這樣的滲入不僅能擴充學生對農業的了解，豐富學生的生活閱歷，同時能有效輔助學生理解相關知識點的來龍去脈，避免出現過多的死記硬背。

二、養成以地理視角分析問題的能力，提高地理科學素養

地理視角作為地理科學素養的重要組成部分，是地理學中觀察、認識事物的切入點和分析、解決問題的思維方式，從地理課程標準和基礎地理教育的實際看，區域的視角、綜合的視角、動態的視角和生態的視角是地理視角培養的重點。

1．養成以區域的視角分析問題的能力

《舌尖上的中國》紀錄片以我國不同地區的地域文化為背景，講述了我國青藏高原、西北、東北、華南、中原等區域的特色美食，畫面中同時還展示了中國最富戲劇性的自然景觀，熱帶（季）雨林，南方竹林、北國冰雪、內蒙古大草原、塔克拉瑪干沙漠及綠洲……這些畫面的自然特征基本涵蓋了我國不同區域，是培養學生區域地理視角的良好素材。

在“地理環境的整體性和差異性”一課中，引用《舌尖上的中國》視頻中“東北一內蒙古一新疆”一線植被類型由森林向草原、草原向荒漠過渡、“自南向北”植被的差異和自然環境的遞變，不僅能直觀的表達出經度地帶性和緯度地帶性地域分異規律，還能調動學生自主學習的積極性。結合視頻，請學生分析相關問題：①東北一內蒙古一新疆一線的植被出現了怎樣的變化？這些變化主要是什么因素影響而形成的？②我國由南向北分別出現了哪些地帶性植被？這些植被的遞變是受什么因素影響形成的？引導學生分析出水分、熱量分別是經度地帶性和緯度地帶性地域分異規律的主因。如果進一步播放視頻“陽光直射赤道，已是春分時節，但這里（東北），寒冷還未遠離，到處還覆蓋著厚厚的積雪。3月的夜晚，零下15攝氏度，制作凍豆腐最適宜的溫度。而向南2000多公里，同樣的春分時節，冷暖空氣激烈對峙。天目山，春雷喚醒土壤中的生命，江西上堡鄉已經進入播種、等待萌芽的季節”這直觀的地理景觀感受可以幫助學生進一步加強理解同一時間不同緯度的自然地理環境也存在差異性，從不同的角度體現緯度地帶性地域分異規律。在多角度、直觀且接近現實生活的教學中不斷滲透區域地理環境的學習，使學生不斷養成以區域的視角分析地理問題的能力。

《舌尖上的中國》中還有很多畫面、視頻例子可以作為區域分析良好素材。如視頻中提到的“中國最好的大米在東北，因為水稻在東北需要經歷138天的漫長生長期，而南方的水稻生長期遠遠短于東北地區”，水稻生長期的區域差異可以作為分析區域地理環境由于緯度差異引起的熱量差對農業的不同影響。又如“西藏林芝從峽谷到雪峰有7000多米的高差，集中了西藏80%的森林，也是我國物種最豐富的地區之一”可以用來分析地形對區域地理環境的影響及分析區域物種豐富的原因。

2．養成以綜合的視角分析問題的能力

“地理環境的整體性”一課中要求學生學會用整體性的原則理解地理環境中五要素：氣候、地貌、水文、植被、土壤之間相互作用、演變的關系。“這是地球上最遠離海洋的沙漠，中國的干極——塔克拉瑪干，沙漠中的綠洲——亞曼拜克村離沙漠最近的村莊。塔克拉瑪干南緣年平均降雨量只有15.6毫米，極為典型的大陸荒漠氣候。小麥比任何一種禾本植物，更能適應生態環境，就像這里的沙漠居民，總能在極端條件下，獲取生存能量。流沙對村莊和土地的侵蝕從未停止，但頑強的西北民族世代堅守。吐魯番，極度干旱，是中國最炎熱的地區，貧瘠的礫石戈壁并未滅絕生機，天山冰川融水帶來生命的奇跡。這里，是中國最甜蜜的所在。吐魯番，常年少有云層遮擋，充足的日照，活躍的光合作用，讓葡萄積累豐富的糖分。夜晚熱量消散，呼吸作用微弱，糖分得到很好的保存。中國最甜葡萄的秘密，就隱藏在這巨大的晝夜溫差之間。”《舌尖上的中國》中的關于我國西北地區各自然環境的一幅幅畫卷，是引導學生運用綜合的視角分析地理問題的良好素材，借此可引導學生分析以下幾個問題：①本區域最明顯的特征是什么？②請結合視頻展現的主要氣候特征，描述本區域所具有的地貌、水文、植被和土壤特征？③如果新疆過度發展灌溉農業，該區域的自然環境特征會產生怎樣的變化？使學生初步形成以綜合的地理視角分析問題的能力。接著，還可進一步延伸教學內容，引導學生開展小組討論：運用整體性的原則，說明珠三角地區的自然環境特征及全球氣候變暖對該地區自然環境有哪些影響。這一教學過程，不僅能積極調動學生的學習熱情，激發學生的思維，也能讓學生不斷養成綜合分析地理問題的能力。

同樣， “寧夏平原人口的快速增長，人們為了滿足需求，在寧夏山地間過度放牧，羊的數量遠超植被的再生能力，植被無法恢復，地表陜速沙化，荒漠化使得寧夏的環境變得無比脆弱”，這段視頻材料也可以用來培養學生綜合分析問題的能力。觀看視頻后要求學生從整體性的原則出發，運用“牽一發而動全身”的理論分析過度放牧對寧夏地區自然環境的影響。

3．養成以動態的視角分析問題的能力

地理事象是不斷發展和變化的，這就需要學生要以發展的眼光、動態的視角分析地理問題。在“農業的區位選擇”一課中，要求學生學會分析影響農業生產的主要區位因素、主導因素、限制性因素，并分析出變化中的農業區位。影響農業的區位因素包括自然條件和社會經濟條件，這些因素隨著經濟技術進步不斷變化。自然因素相對穩定，而社會經濟因素發展變化較陜，在現代農業發展中社會經濟因素的影響往往占主導地位，這就要求學生具備發展的眼光，以動態的視角分析問題。在“不斷變化的農業區位”這部分內容的教學中，可融入《舌尖上的中國》中“以前人們不喜歡吃松茸，原來只要幾毛錢一斤。現在松茸的身價飛升，廠商以最陜的速度對松茸進行精致的加工，這樣的一只松茸在產地的收購價是80元，6個小時之后它就會以700元的價格出現在東京的超級市場中”， “產自內蒙古錫林郭勒草原的口蘑和產自距此2000公里的江南的冬筍相逢，江南冬筍邂逅塞北口蘑， ‘燴南北’不僅造就一種美味，更帶來無限的空間想象”， “麥客，中國古老的職業割麥人，他們踩著麥子成熟的節奏，用雙手挑戰機械。在效率面前，麥客已經不屬于這個時代，馬萬全一行也許就是中國最后的職業割麥人。古老的職業和悠久的傳說，正被收割機一茬茬收割殆盡”這些內容。引導學生根據視頻材料．分析問題：材料中的事例有沒有體現出農業區位因素的變化？如果有，請分析出主要是哪些農業區位因素發生了變化？通過對視頻有關材料和事例的分析，能培養學生以動態的視角看待問題的能力，彰顯與時俱進的新人類特征，尤其是能更深刻地理解現代社會中不斷變化的市場、交通、技術等農業區位因素，同時也可以為“工業區位的變化”的學習奠定動態視角的基礎。

三、理性思考人地關系，樹立“天人合一”的可持續發展觀

高中必修二中的“人類與地理環境的協調發展”和必修三中的“區域的可持續發展”等章節中的課文內容，都在探討人地關系演變和如何走可持續發展的道路。自然環境決定了人類的生產生活方式，同時人類的生產生活也會反作用于自然。人地關系是貫穿整個地理課程的主線，理性思考人地關系，樹立富有中國文化內涵的“天人合一”的可持續發展觀是地理學科永恒的主題。因此，樹立正確的人地關系是學生必備的地理素養之一。

在“人地關系思想的歷史演變和通向可持續發展的道路”一課中，課文內容只是一些枯燥的文字敘述，文縐縐的向學生表述人地關系的歷史階段、可持續發展的含義、內容、原則及謀求可持續發展道路，很容易讓學生對學習產生厭倦之情，容易讓學生對科學發展觀嗤之以鼻，這樣就達不到培養正確的人地觀的教學效果。盡管本節課的知識點沒有難點，完全可以讓學生自主閱讀課文完成可持續發展“大道理”的學習。但是，空洞的大道理并不容易讓人深刻的理解并運用，因此，在閱讀課文后，教師可以引入《舌尖上的中國》的視頻內容，如：在香格里拉的深山里，藏民們為了延續自然的饋贈，松茸出土后，會立刻用地上的松針把菌坑掩蓋好，只有這樣，菌絲才可以不被破壞；吉林查干湖的冬捕，漁民們有一個世世代代嚴格的相傳—一獵殺不絕，冬捕只用稀疏的網眼，小魚成為漏網之魚回歸自然，每年的春天漁民還將50萬魚苗投回湖里；內蒙古達里諾爾，為了保持湖魚的種群數量，漁民們規定每年冬捕不會超過30萬公斤，春天華子魚洄游產卵，華子魚伸手可得，但漁民不會在這個時節捕撈，還鋪設2000米的草把作為華子魚的產房，追尋著人與魚的平衡之道；美食依賴于環境的支持，人的需求曾讓寧夏山地間羊的數量遠超植被的再生能力，快速沙化的地表變得無比脆弱，荒漠化讓人在美食之間尋找新的平衡；有科學家預言，50年內海里的魚會被全部吃光。而浙江漁民楊世櫓認為，靠海吃海的日子，只能再維持10年。借此可以請學生對比分析：①視頻中的例子哪些體現了可持續發展，哪些違背了可持續發展？②請學生根據課本內容和視頻的材料總結出應該如何謀求可持續發展道路。《舌尖上的中國》呈現人與自然環境和諧相處的人文景觀的同時，也向我們展現了中國脆弱的生態環境，審視了應如何維持人與自然的平衡之道。在學生感性的觀看視頻的同時，還可以引導學生談談家鄉可持續發展面臨的問題及實現可持續發展的措施等，變感性觀看為理性分析，進一步加深對人地關系的認識，樹立正確的人地觀。

在大數據的信息時代，教材中的案例已遠不能滿足教學的需求。而《舌尖上的中國》在各種美食的背后還有自然風光、人文風情和地域文化等地理元素，為地理教學提供了一場饕餮大宴。地理教師可以從中吸取大量的“營養”用于充實地理教學，豐富地理素材，這不僅能激發學生的學習興趣，還能培養學生的以區域的視角、綜合的視角、動態的視角和生態的視角分析地理問題的能力，同時還能提升學生的地理情操、樹立“天人合一”的可持續發展觀。

參考文獻：

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中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0087-02

在無線通信技術領域中，GaN高電子遷移率晶體管作為最新的半導體功率器件，由于其本身具有寬禁帶以及擊穿場強高、功率密度高等特征優勢，在高頻以及高功率的功率器件中具有較為突出的適用性，在電子信息系統性能提升方面具有較為明顯和突出的作用優勢，在無線通信技術領域的應用比較廣泛。針對這一情況，本文在進行射頻功率放大器及其電路的設計中，專門采用ADS仿真軟件對于射頻功率放大器及其電路的設計進行研究分析，并對于仿真設計實現的射頻功率放大器在無線通信技術領域中的應用和參數設置進行分析論述，以提高射頻功率放大器的設計水平，促進在無線通信技術領域中的推廣應用。

1 射頻功率放大器的結構原理分析

結合功率放大器在無線通信系統中的功能作用以及對于無線通信技術的影響，在進行射頻功率放大器的設計中，結合要進行設計實現的射頻功率放大器的工作頻帶以及輸出功率等特點要求，以滿足射頻功率放大器的設計與應用要求。在進行本文中的射頻功率放大器設計中，主要通過分級設計與級聯設置的方式，首先進行射頻功率放大器的功率放大級以及驅動級設計實現，最終通過電路設計對于射頻功率放大器的兩個不同級進行連接，以在無線通信中實現其作用功能的發揮，完成對于射頻功率放大器的設計。需要注意的是，在進行射頻功率放大器的功率放大級結構模塊設計中，主要應用GaN高電子遷移率晶體管進行射頻功率放大器功率放大級結構模塊的設計實現，同時在功率放大級結構模塊的電路設計中，注重對于輸出功率保障的設計；其次，在進行射頻功率放大器的驅動級結構模塊設計中，以C波段的功率放大模塊設置為主，電路設計則以增益提升設計為主，并對于增益平坦度和輸出輸入駐波進行保障。如圖1所示，即為射頻功率放大器的功率放大級模塊設計示意圖。

2 射頻功率放大器及其電路的設計分析

結合上述對于射頻功率放大器的結構原理分析，在進行射頻功率放大器的設計中，主要包括射頻功率放大器的功率放大級設計和驅動級水，此外，對于射頻功率放大器電路的設計，也需要結合兩個結構模塊的實際需求進行設計實現的。

2.1 射頻功率放大器的功率放大級模塊設計

在進行射頻功率放大器的功率放大級模塊設計中，主要采用GaN高電子遷移率晶體管進行該結構模塊的設計實現，需要注意的是，在應用GaN高電子遷移率晶體管進行該結構模塊的設計實現中，由于GaN高電子遷移率晶體管目前還不具有較大的信號模型，因此，在進行該結構模塊設計中，注意結合實際設計需求進行選擇應用。在進行射頻功率放大器的功率放大級結構模塊設計中，通過直流偏置仿真設計對于氮化鎵管子的靜態工作點進行確定，也就是實現氮化鎵管子的漏極電流以及漏極偏置電壓、柵極偏置電壓等參數的確定，在對于上述氮化鎵管子靜態工作點進行確定后，通過ADS仿真軟件實現場效應管直流的仿真設計，同時注意在仿真設計中進行二端口模型的添加，并結合上述GaN高電子遷移率晶體管的信號模型情況，進行S參數信號的編輯導入，同時進行直流偏置仿真控件的加入，進行相關數值的確定，以實現射頻功率放大器的功率放大級設計。

此外，在進行射頻功率放大器功率放大級負載阻抗的設計中，根據相關理論，在負載阻抗與網絡匹配良好的情況下，負載阻抗的共軛復數與網絡的輸出阻抗值是相同的，因此，就可以通過計算對于射頻功率放大器功率放大級負載阻抗值進行分析得出，實際上也就是它的共軛復數值。同時，在進行功率放大級設計中，結合封裝參數輸出端的阻抗模型，設計中為了實現場效應管輸出電路匹配的優化，以為輸出電路進行準確的負載阻抗提供，還需要在設計過程中將場效應管的封裝參數在輸出匹配電路中進行設計體現，因此就需要對于Cds參數值進行求取。

最后，在射頻功率放大器功率放大級設計中，偏置電路主要是用于將直流供電結構模塊中所提供的電壓附加在功率放大器的柵極與漏極中，并實現射頻信號以及濾波的隔離和電路穩定實現。在進行功率放大級的電路設計中，注意使用ADS軟件工具對于微帶線尺寸進行計算，病毒與全匹配電路進行微帶線設計，同時通過柵極偏置電路與漏極饋電電路，以實現功率放大級的電路設計。此外，在進行功率放大級模塊設計中，還應注意對于模塊中的任意功率放大芯片，都需要進行相關的穩定性分析，以避免對于射頻功率放大器的作用性能產生影響。

2.2 射頻功率放大器的驅動級模塊設計

在進行射頻功率放大器的驅動級模塊設計中，主要通過C波段功率放大模塊進行該結構模塊的設計應用。其中，在對于驅動級模塊的參數設置中，對于輸出、輸入參數均以內匹配方式進行匹配獲取。對于射頻功率放大器的驅動級設計來講，進行功率放大模塊偏置電路的合理設計，是該部分設計的關鍵內容。

最后，在進行射頻功率放大器的電路設計中，在進行功率放大模塊電路設計中，GaN HEMT結構部分需要進行柵壓的增加設置，并且需要注意柵壓多為負壓，在此基礎上還需要進行漏壓增加設置。值得注意的是，在進行射頻功率放大器的偏置電路設計斷開同時，對于柵壓和漏壓的斷開順序剛好相反，以避免對于功放管造成損壞。

3 結語

總之，射頻功率放大器作為無線通信技術領域的重要器件，對于無線通信技術的發展以及通信質量提升都有重要作用和影響，進行射頻功率放大器及其電路的設計分析，具有積極作用和價值意義。

參考文獻

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【關鍵詞】長波576×6元探測器 偏置電壓 模數轉換 非均勻性校正

高分辨率紅外成像系統在機載光電雷達、紅外搜索與跟蹤系統、全天候偵察監控等領域的需求越來越迫切。本系統電路設計采用了制冷型長波576×6元紅外焦平面探測器，采用線列掃描的方式產生紅外圖像。探測器包括16 通道模擬信號輸出，平均峰值探測率D*不低于2.2×1011cmHz1/2/W，最高讀出速率5MHz，適用于各種先進的掃描型紅外成像系統。

本文介紹了采用制冷型長波576×6元紅外焦平面探測器設計的紅外掃描成像系統。該系統使用低噪聲高精度的電壓基準源提供探測器偏置電壓，用FPGA實現整個系統的時序同步及紅外信號AD轉換采集和圖像數據排序，使用DSP實現非均勻性校正、圖像增強處理以及視頻信號輸出。該系統最終可輸出標準的PAL制視頻信號，圖像分辨率為576×512 像元，經試驗能夠滿足紅外目標的掃描搜索和實時跟蹤需要。

1 探測器介紹

長波576×6元碲鎘汞紅外焦平面探測器杜瓦制冷機組件，探測響應波段為7.5μm～10.3μm，該探測器杜瓦制冷機組件（DDCA）主要包括兩大部分：高靈敏度的長波576×6元紅外焦平面探測器和斯特林制冷機。光伏陣列由576列組成，每列6個像元，讀出電路對每一列的6個像元進行時間延遲積分（TDI）。光電二極管陣列由兩組個數為288列的通道模塊組成。

探測器積分時間可調，多種增益可調，可進行雙向TDI掃描。微杜瓦采用金屬密封結構、吸氣劑用來保持長時間的真空度、高效冷屏設計。制冷機制冷效率高，整機振動和噪音小，可靠性高。

1.1 紅外焦平面電學接口

紅外焦平面探測器的電學接口主要包括3部分：輸入偏置電壓，輸入時序，輸出紅外模擬信號。見下表1。

1.2 時序要求

紅外焦平面探測器運行需要3個時序信號：主時鐘MC，積分信號INT，串行接口設置輸入數據。主時鐘MC具有最大頻率5MHz和50%的占空比，主時鐘是整個電路同步工作的基礎。每個時鐘周期輸出一列信息。作為最佳選擇，最小幀周期應為38個主時鐘周期。積分信號INT，為積分時間和讀出時間控制信號。積分時間由經過2.5個主時鐘周期移位的INT高電平決定。INT的下降沿控制積分信號的采樣。2.5MC周期后，積分電容被復位到VR，積分結束。

紅外焦平面探測器的工作時序如圖1-1所示

串行接口SERDAT是在每一幀中，加載到控制寄存器的串行輸入數據。30位的控制寄存器用于建立和保持對芯片的配置。每次上電時，需要重新加載一次SERDAT信息。控制寄存器位定義見下表2。

2 硬件電路設計

紅外成像系統的硬件電路組成如圖2所示，主要包括探測器電壓偏置電路、探測器時序驅動，紅外模擬信號預處理電路、紅外信號AD轉換電路、圖像數據FIFO暫存電路，紅外數字圖像處理電路、數字圖像輸出接口電路等。其中紅外數字圖像處理電路由DSP+FPGA紅外數字視頻處理電路實現探測器的時序驅動、AD采樣時序、掃描成像時序、圖像數據排序整理、非均勻性校正、圖像增強等功能，設計采用FPGA+DSP相結合的方式來完成。

2.1 偏置電壓及時序驅動設計

要得到紅外焦平面探測器的紅外輸出模擬信號，首先要給探測器提供滿足要求的偏置電壓和時序驅動，由表1可知，探測器需要5個偏置電壓，其中Gpol電壓可調，其他電壓為固定值，所有偏置電壓都有精度高，噪聲低的要求，一般的LDO電壓轉換電路滿足不了精度和噪聲要求，需要專門設計。可調偏置電壓Gpol先用低功耗高精度的數模轉換器DAC7311產生，再濾波加射隨電路以提高驅動能力，DAC7311的輸入端由DSP程序控制，可在調試階段通過編程改變輸出電壓值。固定偏置電壓全部采用了電壓基準源供電，VDDA和VDD分別用LT1461AIS8-5提供，LT1461是一款高精度，低溫漂的電壓基準源，電壓準確度不超過0.04%，能夠滿足±0.05V的偏差要求，并且能提供至少50mA的輸出電流，可以滿足探測器40mA的要求，不用另外加射隨電路驅動。VR的電壓值不是常用的電壓基準值，所以先用LT1461AIS8-5產生5.000V的基準電壓，再分別用1%精度的電阻分壓得到相應的電壓值，再使用射隨電路提供給探測器。例如VR電壓的生成，如圖3所示。

探測器的時序信號包括兩部分，時序信號和控制寄存器，用FPGA實現。硬件電路設計采用ACTEL公司的A3P1000電路，輸入時鐘為20MHz，四分之一分頻后得到整個系統的主時鐘MC，再用Verilog編程語言以主時鐘為基礎產生探測器的積分信號。

探測器的控制寄存器用于增益、掃描方向、像元替代選擇，數據字及地址字。每次上電后，用DSP將設置數據寫入FPGA的RAM寄存器，數據在MC時鐘下的同步下順序寫入探測器的SERDAT管腳。

2.2 AD采樣及存儲電路設計

制冷機將溫度制冷到約80K并穩定后，給探測器送偏置電壓和時序信號，探測器會在時序信號驅動下輸出紅外模擬信號，16路模擬信號在同一個主時鐘MC同步下同時輸出，模擬信號先使用運放電路處理，再經過低通濾波進入AD轉換電路。為降低噪聲，提高信噪比，運放電路和AD電路的供電都經過了濾波處理，數字地與模擬地進行隔離，防止數字地上的噪聲進入模擬地。

本設計的運放電路選用LT公司低噪聲低失真，高速軌至軌運放電路LT1806，噪聲低至3.5nV/ 。AD轉換電路選用了AD公司14位的模數轉換電路AD9240，最高采樣時鐘10MSPS，信噪比77.5dB，數據在輸入時鐘的上升沿采集，轉換時間需要3個時鐘周期，轉換后的16路AD數據先緩存在FIFO存儲器中，等待FPGA排序處理。電路設計見圖4所示。

AD數據存儲電路選用IDT公司的IDT72T7295，IDT72T7295是高速大容量FIFO電路，能夠兼容多種數字電平，并且輸入輸出數據總線多種可選，該設計中使用了4片FIFO，每片使用X72inX18out的模式，這樣可以將每4路64位的AD數據合并為一路數據，16路AD數據在進入FPGA之前最終被合并為4路，再經過FPGA排序，形成含有576個像素的一行圖像。

2.3 數字圖像處理電路

數字信號處理器DSP選用TI公司的TMS320DM648，該處理器時鐘頻率高達1.1GHz，具有千兆以太網接口，外部DDR2存儲器接口，數據傳輸速度快。增強的EDMA3控制器提高了讀取數據速度。DM648對EDMA讀入內部RAM的圖像進行非均勻性校正，直方圖統計，壞像元檢測及替換，然后進行圖像增強后，送到FPGA中緩存用于顯示。FPGA產生探測器需要的時序驅動外，還產生整個系統的時序同步信號，并將視頻的行場同步信號送給掃描控制電路。

2.4 視頻顯示電路設計

數模轉換電路選用AD公司的ADV7123，ADV7123包含3路10bits的視頻D/A轉換器，行場同步信號，行場復合消隱信號，時鐘信號。因為紅外圖像反映的是目標熱輻射分布情況，只有灰度值。ADV7123的行場同步信號和消隱信號是疊加在綠色通道上的，所以FPGA將DSP處理好的紅外數字圖像送ADV7123電路的G[9：0]通道，紅色和藍色通道接地。DA轉換后的實時圖像如圖5所示。

3 結論

經過實時測試和實際驗證，設計的硬件電路完全滿足系統的要求，探測器偏置電壓設計產生的電壓噪聲低，精度高，時序驅動信號穩定。AD轉換及存儲電路能夠實時轉換16路視頻信號并存儲下來，高速DSP+FPGA的數字處理電路能夠實時完成數字紅外圖像處理，將處理好的圖像送DA電路顯示或者通過千兆網口送給上位機做圖像跟蹤監控。該電路系統設計最終輸出的圖像清晰穩定，達到了預期的目的。

參考文獻

[1]簡獻忠等. MCT1024 紅外線列掃描成像系統[J].紅外技術，2001.

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