基于PC机的电子琴设计 一、实验目的１．掌握利用pc机扬声器发出声音的方法。２．学习利用系统功能调用从键盘上读取字符的方法。 二、实验内容与要求利用PC机和扬声器实现简易电子琴的功能。 １．基本要求（1）电子琴功能，编写程序，程序运行时使pc机成为一架可弹奏的“钢琴”。当按下PC机键盘数字键1-8时，依次发出1,2,3,4,5,6,7,i八个音调。（2）音乐盒功能，内部存储至少2首以上的乐曲，根据菜单选择播放。２．提高要求（1）使一组放光二极管随音调变化而改变，实现音乐彩灯 （2）能够实现高、中、低音的选择。 （3）能够存储弹奏的内容，进行回放。 三、实验报告要求 １．设计目的和内容 ２．总体设计 ３．硬件设计：原理图（接线图）及简要说明 ４．软件设计框图及程序清单 ５．设计结果和体会（包括遇到的问题及解决的方法） 四、设计原理要使扬声器发出不同的音调，就得输入不同频率的波形。通过给8253定时/计数器装入不同的计数值，可以使其输出不同频率的方波。经过放大器的放大作用，便可驱动扬声器发出不同的音调，只要插入一段延时程序之后，再将扬声器切断，音调的声音就可以持续一端时间。通过计算机的不同按键输出不同的音调，需要使用系统调用功能以接收键入字符，并且要建立一张表，使键入字符与频率构成一个对应关系。
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当拿到一张CASE单时，首先得确定的是能用什么母体才能实现此功能，然后才能展开对外围硬件电路的设计，因此首先得了解每个母体的基本功能及特点，下面大至的介绍一下本公司常用的IC：单芯片解决方案• SN8P1900 系列– 高精度 16-Bit 模数转换器– 可编程运算放大器 (PGIA)• 信号放大低漂移: 2V• 放大倍数可编程: 1/16/64/128 倍– 升压- 稳压调节器 (Charge-Pump Regulator)• 电源输入: 2.4V ~ 5V• 稳压输出: e.g. 3.8V at SN8P1909– 内置液晶驱动电路 (LCD Driver)– 单芯片解决方案 • 耳温枪 SN8P1909 LQFP 80 Pins• 5000 解析度量测器 SN8P1908 LQFP 64 Pins• 体重计 SN8P1907 SSOP 48 Pins单芯片解决方案• SN8P1820 系列– 精确的12-Bit 模数转换器– 可编程运算放大器 (PGIA)• Gain Stage One: Low Offset 5V, Gain: 16/32/64/128• Gain Stage One: Low Offset 2mV, Gain: 1.3 ~ 2.5– 升压- 稳压调节器• 电源输入: 2.4V ~ 5V• 稳压输出: e.g. 3.8V at SN8P1829– 内置可编程运算放大电路– 内置液晶驱动电路 – 单芯片解决方案 • 电子医疗器 SN8P1829 LQFP 80 Pins 高速/低功耗/高可靠性微控制器• 最新SN8P2000 系列– SN8P2500/2600/2700 系列– 高度抗交流杂讯能力• 标准瞬间电压脉冲群测试 (EFT): IEC 1000-4-4• 杂讯直接灌入芯片电源输入端• 只需添加1颗 2.2F/50V 旁路电容• 测试指标稳超 4000V (欧规)– 高可靠性复位电路保证系统正常运行• 支持外部复位和内部上电复位• 内置1.8V 低电压侦测可靠复位电路• 内置看门狗计时器保证程序跳飞可靠复位– 高抗静电/栓锁效应能力– 芯片工作温度有所提高: -200C ~ 700C 工规芯片温度： -400C ~ 850C 高速/低功耗/高可靠性微控制器• 最新 SN8P2000 系列– SN8P2500/2600/2700 系列– 1T 精简指令级结构• 1T: 一个外部振荡周期执行一条指令• 工作速度可达16 MIPS / 16 MHz Crystal– 工作消耗电流 < 2mA at 1-MIPS/5V– 睡眠模式下消耗电流 < 1A / 5V额外功能• 高速脉宽调制输出 (PWM)– 8-Bit PWM up to 23 KHz at 12 MHz System Clock– 6-Bit PWM up to 93 KHz at 12 MHz System Clock– 4-Bit PWM up to 375 KHz at 12 MHz System Clock• 内置高速16 MHz RC振荡器 (SN8P2501A)• 电压变化唤醒功能• 可编程控制沿触发/中断功能– 上升沿 / 下降沿 / 双沿触发• 串行编程接口
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单片机应用技术选编(1) 第一章 单片机系统综合应用技术 11.1 且使用 8098单片机的几点体会 2 1.2 单片机的冷启动与热启动 31.3 大容量动态存储器在单片机系统中的应用111.4 MCS－51单片机系统中动态 RAM的刷新技巧141.5 MCS－51单片机系统中外RAM空间超64KB的扩展方法161.6 8031单片机P0口和P2口的应用开发 181.7 74LＳ164在 8031单片机中的两种用法261.8 用于 8031单片机的快速I/O接口281.9 MCS－51定时器定时常数初值的精确设定法301.10 8253的翻转问题及 MC6840的替代方法321.11 MCS－51单片机外部中断源的扩展设计351.12 MCS－51单片机多外中断扩展方法401.13 用优先权编码器74LＳ348扩展51系列单片机的外中断源421.14 用优先权编码器74LＳ148扩展51系列单片机的外中断源471.15 8031单片机与 BＧ5119A汉字库的接口方法521.16 可背插 ＳRAM的日历时钟 DＳ1216及其应用551.17 实时日历时钟集成电路MＳM5832及其时序601.18 实时日历时钟集成电路MＳM5832的接口技术631.19 实时时钟/日历芯片MC146818及其应用671.20 与 ＳICE仿真器通讯的IBM-PC机通讯程序的改进741.21 代码形式参数汇编子程序的应用821.22 单片机应用系统中的查表程序设计861.23 用状态综合法设计键盘监控程序901.24 单片机系统程序的加密技术961.25 MCS－96单片机程序保密的几种方法1001.26 ＧAL输出宏单元原理及使用105 1.27 通用阵列逻辑 ＧAL应用于步进电机控制实例110 第二章 传感器与前向通道接口技术1172.1 集成温度传感器 LM134及其应用1182.2 AD590集成温度一电流传感器原理及应用1242.3 集成温度传感器 AD590的应用1292.4 GS－800和 GS－130可燃气体传感器1332.5 集成化霍尔开关传感器1352.6 一种新颖实用的氧气/频率转换电路1392.7 MCS－51单片机与数字式温度传感器的接口设计1422.8 数字式温度传感器 ＳWC与 8031的接口及应用1452.9 低成本高精度压力传感器微机接口设计1472.10 峰值检测电路原理及应用1512.11 用 LF398制作的实用峰值和谷值保持电路1532.12 AD637集成真有效值转换器1562.13 传感器信号调理模块 ＺB311622.14 2B31模块在称重智能仪表中的应用1662.15 传感器信号调理模块 2B30/2B31及其应用1692.16 高精度光纤位移测量系统的电路设计1752.17 集成电压一电流转换器 XTR100的工作原理及应用1792.18 传感器信号变送器 F693及其应用1852.19 一种用两片 VFC32构成的隔离放大器电路1912.20 实用线性隔离放大器1922.21 电桥放大电路中 7650的一些应用问题1942.22 A/D转换器 ICL7109的应用研究1962.23 5Ｇ14433模数转换器的启停控制2002.24 ADC1130模数转换器及其使用2042.25 16位 A/D转换器 ADC1143及其与 80C31单片机的接口2082.26 串行 I/O D/A A/D转换器与单片机的接口2132.27 单片机应用系统中的数字化传感器接口技术2162.28 ADVFC32 A/D转换接口技术2202.29 V/F和 F/V转换器 TD650原理与应用2242.30 AD650与 MC－51单片机的接口技术2302.31 利用VCＯ电路与单片机接口实现A/D转换2352.32 LM2907/2917系列F/V变换器在汽车检测中的应用2382.33 单信号多通道输入法改善 A/D转换器性能2412.34 用多片 A们转换芯片提高 A/D转换速度2452.35 实时数控增益调整与浮点 ADC电路2492.36 电荷耦合器件的单片机驱动2532.37 电荷耦合器件的结构原理与单片机的软件定时驱动2582.38 利用模数转换器提高转换信号的线性度2622.39 利用微型机解决转换中的非线性问题2682.40 利用非线性曲线存储实现线性化的方法2702.41 输出无非线性误差的可变电压源单臂电桥274 第三章 控制系统与后向通道接口技术2793.1 DAC1231与单片机 8031的接口技术2803.2 单路及多路 D八的光电隔离接口技术2843.3 光电隔离高压驱动器2903.4 TRAIC型光耦在 8031后向通道接口的应用分析2913.5 ＧD－L型光控晶闸管输出光耦合器2963.6 用于晶闸管过零触发的几种方式3003.7 固态继电器3043.8 固态继电器在交流电子开关中的应用3083.9 JCＧ型参数固态继电器3123.10 JCＧ型参数固态继电器的应用315 3.11 介绍几种适用于印刷电路板的超小型电磁继电器3193.12 用TWＨ8751集成电路构成微机控制的三步进电机驱动电源3223.13 3－4相步进电机控制器 5Ｇ87133253.14 5Ｇ0602报警电路及应用3283.15 两种新型温控光控兀的应用330 第四章 人机对话通道接口技术3334.1 单片机键盘接口设计3344.2 由电话机集成电路构成的单片机键盘接口电路3364.3 用 GAL设计的一种编码键盘接口3384.4 用 CMOS电路构成的非编码触摸键盘3424.5 设计薄膜开关应注意的一些问题3454.6 触摸式电子开关集成电路 5Ｇ673及其应用3504.7 8279用于拨码盘及显示器的接口设计3544.8 LED数码管的构造与特点3584.9 LED数码管的集成驱动器及配套器件3624.10 8279芯片的显示接口分析及32位数码管显示驱动电路设计366 4.11 用三端可调稳压块代替LED显示器的限流电阻3704.12 液晶显示器件的构造与特点3714.13 LCD七段显示器与单片机的接口3744.14 液晶显示器与单片机的接口技术3764.15 可编程LCD控制驱动器PPD72253814.16 微机总线兼容的四位 LCD驱动电路 TSC7211AM3874.17 使用8255的双极性归零脉冲驱动液晶显示器接口3914.18 DMC16230型 LCD显示模块的接口技术3954.19 点阵式液晶显示器原理及应用4034.20 实用液晶显示电路4094.21 8031控制的 CRT显示控制接口4144.22 用 8031控制多台彩色显示器的实现方法4194.23 高级语言处理器--T6668的结构与典型电路4234.24 延长 T6668语言电路录放时间的方法4294.25 T6668高级语音开发站4324.26 语言处理器 T6668在电话报警系统中的应用4354.27 新型语音处理器YYH16439 第五章 网络、通讯控制与多机系统4415.1 IBM－PC/XT和单片机通讯系统的设计4425.2 IBM－PC/XT微机与单片机的两种通讯接口4485.3 MCS－51单片机与 IBMPC微机的串行通讯4525.4 中央控制端与 MCS－51单片机间的数据通讯4595.5 IBMPC机与 MCS－51单片机的快速数据通讯4665.6 8031单片机与 PC－1500计算机的通讯4735.7 多片 MCS－51系统的一种串行通讯方式4775.8 多单片机处理系统并行通讯的实现4815.9 半双工远距离电流环多机通讯接口电路4855.10 多微机系统共享 RAM电路4905.11 串行通讯中的波特率设置4925.12 在MCS－51单片机的串行通讯中实现波特率的自动整定4965.13 J274和 J275在微机分布式测控系统中的应用5005.14 单电缆传送双向数据5045.15 新颖的多路遥控兀编译码器5055.16 DTMF在单片机无线数据通讯中的应用5085.17 MCS－8031单片机在红外遥控装置中的应用5155.18 一种实用光纤数字遥测系统5185.19 智能仪表通讯系统中一种冗余通道的设计5245.20 EIARＳ－232－C接口使用中的几个问题528 第六章 电源、电源变换与电源监视5316.1 电源扩展电路5326.2 一种简单的直流三倍压电路533 6.3 直流电源变换集成电路5356.4 直流电压变换器ICL7660的应用5376.5 一种廉价高精密基准电压源5406.6 精密可调基准电压源及其应用5416.7 引脚可编程精密基准电压源AD584及其应用5496.8 几种新型恒流源集成电路5536.9 CW334三端可调恒流源及应用5576.10 电源电压监视用芯片TL7705CP简介5606.11 电源电压监视用芯片TL7700简介5646.12 WMＳ7705B电源监视用芯片简介5676.13 具有HMOS结构的MCS－51系列单片机提供后备电源的方法570 第七章 系统抗于扰技术5757.1 微型计算机系统的抗干扰措施5767.2 计算机应用系统抗干扰问题5797.3 微机在工业应用中的抗干扰措施5867.4 利用电源监视TL7705芯片的抗电源于扰新方法5917.5 利用电源监视芯片WMＳ7705的抗电源干扰新方法5947.6 具有浪涌抑制能力的 TVP 6017.7 瞬变电压抑制M极管TVP的特性及应用6047.8 单片机实时控制软件抗干扰编程方法的探讨6077.9 一种简单实用的微机死机自复位抗干扰技术6107.10 单片机程序的监视保护6127.11 软件 WATCHDOG系统615 7.12 一种实用的"看门狗"电路6187.13 高电压下测量系统的抗干扰措施619 第八章 应用实例6218.1 单片机在多功能函数发生器中的应用6228.2 单片机波形发生器6298.3 单片机控制的调幅波发生器6338.4 用 8031单片机解调时统信号6368.5 具有 114DB动态范围的浮点数据采集系统6418.6 电热恒温箱单片微机控制系统6468.7 智能 I一、C丑测试仪的原理及设计6528.8 采用 LMＳ算法的单片机数字交流电桥6568.9 单片微机的数字相位测试仪6598.10 单片机的气体流量测量6628.11 单片机的相关流量仪6688.12 723型可见分光光度计6758.13 多功能微电脑电子秤6798.14 智能路面回弹检测仪6838.15 使用 CCD的单片机动态布面检测系统6878.16 使用 CCD的单片机激光衍射测径系统6908.17 使用 CCD的单片机动态线径测量仪6958.18 使用CCD的单片机中型热轧圆钢直径检测仪7018.19 用 MCS－51单片微机实现织布机的监测7058.20 单片机在工频参量测试中的应用7098.21 单片机 8098在直线电机控制中的应用715?
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C8051F040/1/2/3/4/5/6/7混合信号ISP FLASH 微控制器数 据 手 册 C8051F04x 系列器件是完全集成的混合信号片上系统型MCU，具有64 个数字I/O 引脚（C8051F040/2/4/6）或32 个数字I/O 引脚（C8051F041/3/5/7），片内集成了一个CAN2.0B 控制器。下面列出了一些主要特性；有关某一产品的具体特性参见表1.1。 高速、流水线结构的8051 兼容的CIP-51 内核（可达25MIPS） 控制器局域网（CAN2.0B）控制器，具有32 个消息对象，每个消息对象有其自己的标识 全速、非侵入式的在系统调试接口（片内） 真正12 位（C8051F040/1）或10 位（C8051F042/3/4/5/6/7）、100 ksps 的ADC，带PGA 和8 通道模拟多路开关 允许高电压差分放大器输入到12/10 位ADC（60V 峰-峰值），增益可编程 真正8 位500 ksps 的ADC，带PGA 和8 通道模拟多路开关（C8051F040/1/2/3） 两个12 位DAC，具有可编程数据更新方式（C8051F040/1/2/3） 64KB（C8051F040/1/2/3/4/5）或32KB（C8051F046/7）可在系统编程的FLASH 存储器 4352（4K+256）字节的片内RAM 可寻址64KB 地址空间的外部数据存储器接口 硬件实现的SPI、SMBus/ I2C 和两个UART 串行接口 5 个通用的16 位定时器 具有6 个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列 片内看门狗定时器、VDD 监视器和温度传感器具有片内VDD 监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F04x 系列器件是真正能独立工作的片上系统。所有模拟和数字外设均可由用户固件使能/禁止和配置。FLASH 存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051 固件。片内JTAG 调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU 进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。在使用JTAG 调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。每个MCU 都可在工业温度范围（-45℃到+85℃）工作，工作电压为2.7 ~ 3.6V。端口I/O、/RST和JTAG 引脚都容许5V 的输入信号电压。C8051F040/2/4/6 为100 脚TQFP 封装（见图1.1 和图1.3的框图）。C8051F041/3/5/7 为64 脚TQFP 封装（见图1.2 和图1.4 的框图）。
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单片机应用系统抗干扰技术:第1章 电磁干扰控制基础. 1.1 电磁干扰的基本概念1 1.1.1 噪声与干扰1 1.1.2 电磁干扰的形成因素2 1.1.3 干扰的分类2 1.2 电磁兼容性3 1.2.1 电磁兼容性定义3 1.2.2 电磁兼容性设计3 1.2.3 电磁兼容性常用术语4 1.2.4 电磁兼容性标准6 1.3 差模干扰和共模干扰8 1.3.1 差模干扰8 1.3.2 共模干扰9 1.4 电磁耦合的等效模型9 1.4.1 集中参数模型9 1.4.2 分布参数模型10 1.4.3 电磁波辐射模型11 1.5 电磁干扰的耦合途径14 1.5.1 传导耦合14 1.5.2 感应耦合（近场耦合）15 .1.5.3 电磁辐射耦合（远场耦合）15 1.6 单片机应用系统电磁干扰控制的一般方法16 第2章 数字信号耦合与传输机理 2.1 数字信号与电磁干扰18 2.1.1 数字信号的开关速度与频谱18 2.1.2 开关暂态电源尖峰电流噪声22 2.1.3 开关暂态接地反冲噪声24 2.1.4 高速数字电路的EMI特点25 2.2 导线阻抗与线间耦合27 2.2.1 导体交直流电阻的计算27 2.2.2 导体电感量的计算29 2.2.3 导体电容量的计算31 2.2.4 电感耦合分析32 2.2.5 电容耦合分析35 2.3 信号的长线传输36 2.3.1 长线传输过程的数学描述36 2.3.2 均匀传输线特性40 2.3.3 传输线特性阻抗计算42 2.3.4 传输线特性阻抗的重复性与阻抗匹配44 2.4 数字信号传输过程中的畸变45 2.4.1 信号传输的入射畸变45 2.4.2 信号传输的反射畸变46 2.5 信号传输畸变的抑制措施49 2.5.1 最大传输线长度的计算49 2.5.2 端点的阻抗匹配50 2.6 数字信号的辐射52 2.6.1 差模辐射52 2.6.2 共模辐射55 2.6.3 差模和共模辐射比较57 第3章 常用元件的可靠性能与选择 3.1 元件的选择与降额设计59 3.1.1 元件的选择准则59 3.1.2 元件的降额设计59 3.2 电阻器60 3.2.1 电阻器的等效电路60 3.2.2 电阻器的内部噪声60 3.2.3 电阻器的温度特性61 3.2.4 电阻器的分类与主要参数62 3.2.5 电阻器的正确选用66 3.3 电容器67 3.3.1 电容器的等效电路67 3.3.2 电容器的种类与型号68 3.3.3 电容器的标志方法70 3.3.4 电容器引脚的电感量71 3.3.5 电容器的正确选用71 3.3.6 电容器使用注意事项73 3.4 电感器73 3.4.1 电感器的等效电路74 3.4.2 电感器使用的注意事项74 3.5 数字集成电路的抗干扰性能75 3.5.1 噪声容限与抗干扰能力75 3.5.2 施密特集成电路的噪声容限77 3.5.3 TTL数字集成电路的抗干扰性能78 3.5.4 CMOS数字集成电路的抗干扰性能79 3.5.5 CMOS电路使用中注意事项80 3.5.6 集成门电路系列型号81 3.6 高速CMOS 54/74HC系列接口设计83 3.6.1 54/74HC 系列芯片特点83 3.6.2 74HC与TTL接口85 3.6.3 74HC与单片机接口85 3.7 元器件的装配工艺对可靠性的影响86 第4章 电磁干扰硬件控制技术 4.1 屏蔽技术88 4.1.1 电场屏蔽88 4.1.2 磁场屏蔽89 4.1.3 电磁场屏蔽91 4.1.4 屏蔽损耗的计算92 4.1.5 屏蔽体屏蔽效能的计算99 4.1.6 屏蔽箱的设计100 4.1.7 电磁泄漏的抑制措施102 4.1.8 电缆屏蔽层的屏蔽原理108 4.1.9 屏蔽与接地113 4.1.10 屏蔽设计要点113 4.2 接地技术114 4.2.1 概述114 4.2.2 安全接地115 4.2.3 工作接地117 4.2.4 接地系统的布局119 4.2.5 接地装置和接地电阻120 4.2.6 地环路问题121 4.2.7 浮地方式122 4.2.8 电缆屏蔽层接地123 4.3 滤波技术126 4.3.1 滤波器概述127 4.3.2 无源滤波器130 4.3.3 有源滤波器138 4.3.4 铁氧体抗干扰磁珠143 4.3.5 贯通滤波器146 4.3.6 电缆线滤波连接器149 4.3.7 PCB板滤波器件154 4.4 隔离技术155 4.4.1 光电隔离156 4.4.2 继电器隔离160 4.4.3 变压器隔离 161 4.4.4 布线隔离161 4.4.5 共模扼流圈162 4.5 电路平衡结构164 4.5.1 双绞线在平衡电路中的使用164 4.5.2 同轴电缆的平衡结构165 4.5.3 差分放大器165 4.6 双绞线的抗干扰原理及应用166 4.6.1 双绞线的抗干扰原理166 4.6.2 双绞线的应用168 4.7 信号线间的串扰及抑制169 4.7.1 线间串扰分析169 4.7.2 线间串扰的抑制173 4.8 信号线的选择与敷设174 4.8.1 信号线型式的选择174 4.8.2 信号线截面的选择175 4.8.3 单股导线的阻抗分析175 4.8.4 信号线的敷设176 4.9 漏电干扰的防止措施177 4.10 抑制数字信号噪声常用硬件措施177 4.10.1 数字信号负传输方式178 4.10.2 提高数字信号的电压等级178 4.10.3 数字输入信号的RC阻容滤波179 4.10.4 提高输入端的门限电压181 4.10.5 输入开关触点抖动干扰的抑制方法181 4.10.6 提高器件的驱动能力184 4.11 静电放电干扰及其抑制184 第5章 主机单元配置与抗干扰设计 5.1 单片机主机单元组成特点186 5.1.1 80C51最小应用系统186 5.1.2 低功耗单片机最小应用系统187 5.2 总线的可靠性设计191 5.2.1 总线驱动器191 5.2.2 总线的负载平衡192 5.2.3 总线上拉电阻的配置192 5.3 芯片配置与抗干扰193 5.3.1去耦电容配置194 5.3.2 数字输入端的噪声抑制194 5.3.3 数字电路不用端的处理195 5.3.4 存储器的布线196 5.4 译码电路的可靠性分析197 5.4.1 过渡干扰与译码选通197 5.4.2 译码方式与抗干扰200 5.5 时钟电路配置200 5.6 复位电路设计201 5.6.1 复位电路RC参数的选择201 5.6.2 复位电路的可靠性与抗干扰分析202 5.6.3 I/O接口芯片的延时复位205 5.7 单片机系统的中断保护问题205 5.7.1 80C51单片机的中断机构205 5.7.2 常用的几种中断保护措施205 5.8 RAM数据掉电保护207 5.8.1 片内RAM数据保护207 5.8.2 利用双片选的外RAM数据保护207 5.8.3 利用DS1210实现外RAM数据保护208 5.8.4 2 KB非易失性随机存储器DS1220AB/AD211 5.9 看门狗技术215 5.9.1 由单稳态电路实现看门狗电路216 5.9.2 利用单片机片内定时器实现软件看门狗217 5.9.3 软硬件结合的看门狗技术219 5.9.4 单片机内配置看门狗电路221 5.10 微处理器监控器223 5.10.1 微处理器监控器MAX703～709/813L223 5.10.2 微处理器监控器MAX791227 5.10.3 微处理器监控器MAX807231 5.10.4 微处理器监控器MAX690A/MAX692A234 5.10.5 微处理器监控器MAX691A/MAX693A238 5.10.6 带备份电池的微处理器监控器MAX1691242 5.11 串行E2PROM X25045245 第6章 测量单元配置与抗干扰设计 6.1 概述255 6.2 模拟信号放大器256 6.2.1 集成运算放大器256 6.2.2 测量放大器组成原理260 6.2.3 单片集成测量放大器AD521263 6.2.4 单片集成测量放大器AD522265 6.2.5 单片集成测量放大器AD526266 6.2.6 单片集成测量放大器AD620270 6.2.7 单片集成测量放大器AD623274 6.2.8 单片集成测量放大器AD624276 6.2.9 单片集成测量放大器AD625278 6.2.10 单片集成测量放大器AD626281 6.3 电压/电流变换器（V/I）283 6.3.1 V/I变换电路..283 6.3.2 集成V/I变换器XTR101284 6.3.3 集成V/I变换器XTR110289 6.3.4 集成V/I变换器AD693292 6.3.5 集成V/I变换器AD694299 6.4 电流/电压变换器（I/V）302 6.4.1 I/V变换电路302 6.4.2 RCV420型I/V变换器303 6.5 具有放大、滤波、激励功能的模块2B30/2B31305 6.6 模拟信号隔离放大器313 6.6.1 隔离放大器ISO100313 6.6.2 隔离放大器ISO120316 6.6.3 隔离放大器ISO122319 6.6.4 隔离放大器ISO130323 6.6.5 隔离放大器ISO212P326 6.6.6 由两片VFC320组成的隔离放大器329 6.6.7 由两光耦组成的实用线性隔离放大器333 6.7 数字电位器及其应用336 6.7.1 非易失性数字电位器x9221336 6.7.2 非易失性数字电位器x9241343 6.8 传感器供电电源的配置及抗干扰346 6.8.1 传感器供电电源的扰动补偿347 6.8.2 单片集成精密电压芯片349 6.8.3 A/D转换器芯片提供基准电压350 6.9 测量单元噪声抑制措施351 6.9.1 外部噪声源的干扰及其抑制351 6.9.2 输入信号串模干扰的抑制352 6.9.3 输入信号共模干扰的抑制353 6.9.4 仪器仪表的接地噪声355 第7章 D/A、A/D单元配置与抗干扰设计 7.1 D/A、A/D转换器的干扰源357 7.2 D/A转换原理及抗干扰分析358 7.2.1 T型电阻D/A转换器359 7.2.2 基准电源精度要求361 7.2.3 D/A转换器的尖峰干扰362 7.3 典型D/A转换器与单片机接口363 7.3.1 并行12位D/A转换器AD667363 7.3.2 串行12位D/A转换器MAX5154370 7.4 D/A转换器与单片机的光电接口电路377 7.5 A/D转换器原理与抗干扰性能378 7.5.1 逐次比较式ADC原理378 7.5.2 余数反馈比较式ADC原理378 7.5.3 双积分ADC原理380 7.5.4 V/F ADC原理382 7.5.5 ∑Δ式ADC原理384 7.6 典型A/D转换器与单片机接口387 7.6.18 位并行逐次比较式MAX 118387 7.6.28 通道12位A/D转换器MAX 197394 7.6.3 双积分式A/D转换器5G14433399 7.6.4 V/F转换器AD 652在A/D转换器中的应用403 7.7 采样保持电路与抗干扰措施408 7.8 多路模拟开关与抗干扰措施412 7.8.1 CD4051412 7.8.2 AD7501413 7.8.3 多路开关配置与抗干扰技术413 7.9 D/A、A/D转换器的电源、接地与布线416 7.10 精密基准电压电路与噪声抑制416 7.10.1 基准电压电路原理417 7.10.2 引脚可编程精密基准电压源AD584418 7.10.3 埋入式齐纳二极管基准AD588420 7.10.4 低漂移电压基准MAX676/MAX677/MAX678422 7.10.5 低功率低漂移电压基准MAX873/MAX875/MAX876424 7.10.6 MC1403/MC1403A、MC1503精密电压基准电路430 第8章 功率接口与抗干扰设计 8.1 功率驱动元件432 8.1.1 74系列功率集成电路432 8.1.2 75系列功率集成电路433 8.1.3 MOC系列光耦合过零触发双向晶闸管驱动器435 8.2 输出控制功率接口电路438 8.2.1 继电器输出驱动接口438 8.2.2 继电器—接触器输出驱动电路439 8.2.3 光电耦合器—晶闸管输出驱动电路439 8.2.4 脉冲变压器—晶闸管输出电路440 8.2.5 单片机与大功率单相负载的接口电路441 8.2.6 单片机与大功率三相负载间的接口电路442 8.3 感性负载电路噪声的抑制442 8.3.1 交直流感性负载瞬变噪声的抑制方法442 8.3.2 晶闸管过零触发的几种形式445 8.3.3 利用晶闸管抑制感性负载的瞬变噪声447 8.4 晶闸管变流装置的干扰和抑制措施448 8.4.1 晶闸管变流装置电气干扰分析448 8.4.2 晶闸管变流装置的抗干扰措施449 8.5 固态继电器451 8.5.1 固态继电器的原理和结构451 8.5.2 主要参数与选用452 8.5.3 交流固态继电器的使用454 第9章 人机对话单元配置与抗干扰设计 9.1 键盘接口抗干扰问题456 9.2 LED显示器的构造与特点458 9.3 LED的驱动方式459 9.3.1 采用限流电阻的驱动方式459 9.3.2 采用LM317的驱动方式460 9.3.3 串联二极管压降驱动方式462 9.4 典型键盘/显示器接口芯片与单片机接口463 9.4.1 8位LED驱动器ICM 7218B463 9.4.2 串行LED显示驱动器MAX 7219468 9.4.3 并行键盘/显示器专用芯片8279482 9.4.4 串行键盘/显示器专用芯片HD 7279A492 9.5 LED显示接口的抗干扰措施502 9.5.1 LED静态显示接口的抗干扰502 9.5.2 LED动态显示接口的抗干扰506 9.6 打印机接口与抗干扰技术508 9.6.1 并行打印机标准接口信号508 9.6.2 打印机与单片机接口电路509 9.6.3 打印机电磁干扰的防护设计510 9.6.4 提高数据传输可靠性的措施512 第10章 供电电源的配置与抗干扰设计 10.1 电源干扰问题概述513 10.1.1 电源干扰的类型513 10.1.2 电源干扰的耦合途径514 10.1.3 电源的共模和差模干扰515 10.1.4 电源抗干扰的基本方法516 10.2 EMI电源滤波器517 10.2.1 实用低通电容滤波器518 10.2.2 双绕组扼流圈的应用518 10.3 EMI滤波器模块519 10.3.1 滤波器模块基础知识519 10.3.2 电源滤波器模块521 10.3.3 防雷滤波器模块531 10.3.4 脉冲群抑制模块532 10.4 瞬变干扰吸收器件532 10.4.1 金属氧化物压敏电阻（MOV）533 10.4.2 瞬变电压抑制器（TVS）537 10.5 电源变压器的屏蔽与隔离552 10.6 交流电源的供电抗干扰方案553 10.6.1 交流电源配电方式553 10.6.2 交流电源抗干扰综合方案555 10.7 供电直流侧抑制干扰措施555 10.7.1 整流电路的高频滤波555 10.7.2 串联型直流稳压电源配置与抗干扰556 10.7.3 集成稳压器使用中的保护557 10.8 开关电源干扰的抑制措施559 10.8.1 开关噪声的分类559 10.8.2 开关电源噪声的抑制措施560 10.9 微机用不间断电源UPS561 10.10 采用晶闸管无触点开关消除瞬态干扰设计方案564 第11章 印制电路板的抗干扰设计 11.1 印制电路板用覆铜板566 11.1.1 覆铜板材料566 11.1.2 覆铜板分类568 11.1.3 覆铜板的标准与电性能571 11.1.4 覆铜板的主要特点和应用583 11.2 印制板布线设计基础585 11.2.1 印制板导线的阻抗计算585 11.2.2 PCB布线结构和特性阻抗计算587 11.2.3 信号在印制板上的传播速度589 11.3 地线和电源线的布线设计590 11.3.1 降低接地阻抗的设计590 11.3.2 减小电源线阻抗的方法591 11.4 信号线的布线原则592 11.4.1 信号传输线的尺寸控制592 11.4.2 线间串扰控制592 11.4.3 辐射干扰的抑制593 11.4.4 反射干扰的抑制594 11.4.5 微机自动布线注意问题594 11.5 配置去耦电容的方法594 11.5.1 电源去耦595 11.5.2 集成芯片去耦595 11.6 芯片的选用与器件布局596 11.6.1 芯片选用指南596 11.6.2 器件的布局597 11.6.3 时钟电路的布置598 11.7 多层印制电路板599 11.7.1 多层印制板的结构与特点599 11.7.2 多层印制板的布局方案600 11.7.3 20H原则605 11.8 印制电路板的安装和板间配线606 第12章 软件抗干扰原理与方法 12.1 概述607 12.1.1 测控系统软件的基本要求607 12.1.2 软件抗干扰一般方法607 12.2 指令冗余技术608 12.2.1 NOP的使用609 12.2.2 重要指令冗余609 12.3 软件陷阱技术609 12.3.1 软件陷阱609 12.3.2 软件陷阱的安排610 12.4 故障自动恢复处理程序613 12.4.1 上电标志设定614 12.4.2 RAM中数据冗余保护与纠错616 12.4.3 软件复位与中断激活标志617 12.4.4 程序失控后恢复运行的方法618 12.5 数字滤波619 12.5.1 程序判断滤波法620 12.5.2 中位值滤波法620 12.5.3 算术平均滤波法621 12.5.4 递推平均滤波法623 12.5.5 防脉冲干扰平均值滤波法624 12.5.6 一阶滞后滤波法626 12.6 干扰避开法627 12.7 开关量输入/输出软件抗干扰设计629 12.7.1 开关量输入软件抗干扰措施629 12.7.2 开关量输出软件抗干扰措施629 12.8 编写软件的其他注意事项630 附录 电磁兼容器件选购信息632
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软件名称：Commix混合串口调试工具软件版本：1.0 软件作者：周陈平作者邮件：ggenien@163.com 软件容量：193KB 软件语言：简体中文授权形式：免费软件应用平台：Win95/98/NT/2000 发布日期：2001年11月06日软件介绍： 很好的串口调试工具，能够混合输入、显示16进制数、10进制数、ASCII字符，能按多种常用方法（如Modbus等）自动加入校验，还可将设定好的参数保存为注册表文件，尤其适合做工业控制方面的通讯调试。使用说明按界面上的“?”就能看到。只有一个执行文件，不用安装。 打开程序后，有16个串口可供选择 Commix 混合输入串口调试工具 Commix设计为串口调试工具，最大特点是：能够混合输入16进制数、10进制数、ASCII字符，这种功能通过转义符“\”实现。 界面说明： 1、 HEX： 输入数据看作16进制字节，不区分大小写 ASCII： 输入数据看作ASCII字符 忽略空格输入： 是否忽略用户输入数据中的空格 自动换行： 是否在接收与发送的数据之间自动换行显示 2、 在HEX和ASCII方式输入时，转义符输入都有效 3、 在ASCII方式，20h到7Eh的字符直接显示，其他字符显示为转义符形式 4、 如果改变显示区的光标位置，新的显示将插入在光标处 5、 用户输入（从串口输出）的数据显示为绿色，从串口输入的数据显示为蓝色，发送到接收之间的间隔时间（毫秒）显示为灰色，用户在显示区输入的字符显示为黑色 6、 程序不检测串口状态，因此也能用于最简单的3线制（第2、3、5针）RS232通讯 7、 串口打开后，修改通讯参数时不必关闭，新参数立即生效 8、 程序结束时，参数自动保存到注册表；点击注册表图标，可将当前设置保存到注册表文件 校验使用： 1、 主界面上，“校验”复选框被选中时，会出现校验设置窗口 2、 选择不同的校验方式，会有不同的选项出现 HEX/ASCII： 选择校验结果的存放方式 3、 如果校验被允许，程序将按“数据 校验 结束符”的顺序发送，结束符的默认格式与主界面上的HEX/ASCII设置相同 转义符使用： 1、 16进制输入： \xhh 2、 10进制输入： \ddd 3、 预定义字符输入： \ccc 或 \cc 或 \\ 4、 显示字符输入： \ra 5、 转义符输入长度必须与上述相符，不区分大小写 转义符使用举例： \x1B 、\027 、\ESC 的值是 1Bh \x0d 、\013 、\cr 的值是 0Dh \rA 、\065 的值是 41h \\ 、\r\ 、\x5C 的值是 字符\ ASCII输入： \stx011234R01\etx57\cr\lf 与HEX输入：02 30 31 31 32 33 34 \rR 30 31 03 \r5 \r7 \cr\lf 是相同的 转义符中的预定义字符： 输入 值 \\ 字符\ \LF 0Ah \CR 0Dh \NUL 0 \SOH 1 \STX 2 \ETX 3 \EOT 4 \ENQ 5 \ACK 6 \NAK 15h \CAN 18h \ESC 27h
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软件名称：Commix混合串口调试工具软件版本：1.0 软件作者：周陈平作者邮件：ggenien@163.com 软件容量：193KB 软件语言：简体中文授权形式：免费软件应用平台：Win95/98/NT/2000 发布日期：2001年11月06日软件介绍： 很好的串口调试工具，能够混合输入、显示16进制数、10进制数、ASCII字符，能按多种常用方法（如Modbus等）自动加入校验，还可将设定好的参数保存为注册表文件，尤其适合做工业控制方面的通讯调试。使用说明按界面上的“?”就能看到。只有一个执行文件，不用安装。 打开程序后，有16个串口可供选择 Commix 混合输入串口调试工具 Commix设计为串口调试工具，最大特点是：能够混合输入16进制数、10进制数、ASCII字符，这种功能通过转义符“\”实现。 界面说明： 1、 HEX： 输入数据看作16进制字节，不区分大小写 ASCII： 输入数据看作ASCII字符 忽略空格输入： 是否忽略用户输入数据中的空格 自动换行： 是否在接收与发送的数据之间自动换行显示 2、 在HEX和ASCII方式输入时，转义符输入都有效 3、 在ASCII方式，20h到7Eh的字符直接显示，其他字符显示为转义符形式 4、 如果改变显示区的光标位置，新的显示将插入在光标处 5、 用户输入（从串口输出）的数据显示为绿色，从串口输入的数据显示为蓝色，发送到接收之间的间隔时间（毫秒）显示为灰色，用户在显示区输入的字符显示为黑色 6、 程序不检测串口状态，因此也能用于最简单的3线制（第2、3、5针）RS232通讯 7、 串口打开后，修改通讯参数时不必关闭，新参数立即生效 8、 程序结束时，参数自动保存到注册表；点击注册表图标，可将当前设置保存到注册表文件 校验使用： 1、 主界面上，“校验”复选框被选中时，会出现校验设置窗口 2、 选择不同的校验方式，会有不同的选项出现 HEX/ASCII： 选择校验结果的存放方式 3、 如果校验被允许，程序将按“数据 校验 结束符”的顺序发送，结束符的默认格式与主界面上的HEX/ASCII设置相同 转义符使用： 1、 16进制输入： \xhh 2、 10进制输入： \ddd 3、 预定义字符输入： \ccc 或 \cc 或 \\ 4、 显示字符输入： \ra 5、 转义符输入长度必须与上述相符，不区分大小写 转义符使用举例： \x1B 、\027 、\ESC 的值是 1Bh \x0d 、\013 、\cr 的值是 0Dh \rA 、\065 的值是 41h \\ 、\r\ 、\x5C 的值是 字符\ ASCII输入： \stx011234R01\etx57\cr\lf 与HEX输入：02 30 31 31 32 33 34 \rR 30 31 03 \r5 \r7 \cr\lf 是相同的 转义符中的预定义字符： 输入 值 \\ 字符\ \LF 0Ah \CR 0Dh \NUL 0 \SOH 1 \STX 2 \ETX 3 \EOT 4 \ENQ 5 \ACK 6 \NAK 15h \CAN 18h \ESC 27h
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系统组成.......................................................................................................................................................... 31.1 库 ...................................................................................................................................................... 31.2 原理图输入 ...................................................................................................................................... 31.3 设计转换和修改管理 ....................................................................................................................... 31.4 物理设计与加工数据的生成 ........................................................................................................... 31.5 高速 PCB 规划设计环境.................................................................................................................. 32 Cadence 设计流程........................................................................................................................................... 33 启动项目管理器.............................................................................................................................................. 4第二章 Cadence 安装................................................................................................ 6第三章 CADENCE 库管理..................................................................................... 153.1 中兴EDA 库管理系统...................................................................................................................... 153.2 CADENCE 库结构............................................................................................................................ 173.2.1 原理图（Concept HDL）库结构：........................................................................................ 173.2.2 PCB 库结构：............................................................................................................................. 173.2.3 仿真库结构： ............................................................................................................................. 18第四章 公司的 PCB 设计规范............................................................................... 19第五章常用技巧和常见问题处理......................................................................... 19
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第一部分 信号完整性知识基础.................................................................................5第一章 高速数字电路概述.....................................................................................51.1 何为高速电路...............................................................................................51.2 高速带来的问题及设计流程剖析...............................................................61.3 相关的一些基本概念...................................................................................8第二章 传输线理论...............................................................................................122.1 分布式系统和集总电路.............................................................................122.2 传输线的RLCG 模型和电报方程...............................................................132.3 传输线的特征阻抗.....................................................................................142.3.1 特性阻抗的本质.................................................................................142.3.2 特征阻抗相关计算.............................................................................152.3.3 特性阻抗对信号完整性的影响.........................................................172.4 传输线电报方程及推导.............................................................................182.5 趋肤效应和集束效应.................................................................................232.6 信号的反射.................................................................................................252.6.1 反射机理和电报方程.........................................................................252.6.2 反射导致信号的失真问题.................................................................302.6.2.1 过冲和下冲.....................................................................................302.6.2.2 振荡：.............................................................................................312.6.3 反射的抑制和匹配.............................................................................342.6.3.1 串行匹配.........................................................................................352.6.3.1 并行匹配.........................................................................................362.6.3.3 差分线的匹配.................................................................................392.6.3.4 多负载的匹配.................................................................................41第三章 串扰的分析...............................................................................................423.1 串扰的基本概念.........................................................................................423.2 前向串扰和后向串扰.................................................................................433.3 后向串扰的反射.........................................................................................463.4 后向串扰的饱和.........................................................................................463.5 共模和差模电流对串扰的影响.................................................................483.6 连接器的串扰问题.....................................................................................513.7 串扰的具体计算.........................................................................................543.8 避免串扰的措施.........................................................................................57第四章 EMI 抑制....................................................................................................604.1 EMI/EMC 的基本概念..................................................................................604.2 EMI 的产生..................................................................................................614.2.1 电压瞬变.............................................................................................614.2.2 信号的回流.........................................................................................624.2.3 共模和差摸EMI ..................................................................................634.3 EMI 的控制..................................................................................................654.3.1 屏蔽.....................................................................................................654.3.1.1 电场屏蔽.........................................................................................654.3.1.2 磁场屏蔽.........................................................................................674.3.1.3 电磁场屏蔽.....................................................................................674.3.1.4 电磁屏蔽体和屏蔽效率.................................................................684.3.2 滤波.....................................................................................................714.3.2.1 去耦电容.........................................................................................714.3.2.3 磁性元件.........................................................................................734.3.3 接地.....................................................................................................744.4 PCB 设计中的EMI.......................................................................................754.4.1 传输线RLC 参数和EMI ........................................................................764.4.2 叠层设计抑制EMI ..............................................................................774.4.3 电容和接地过孔对回流的作用.........................................................784.4.4 布局和走线规则.................................................................................79第五章 电源完整性理论基础...............................................................................825.1 电源噪声的起因及危害.............................................................................825.2 电源阻抗设计.............................................................................................855.3 同步开关噪声分析.....................................................................................875.3.1 芯片内部开关噪声.............................................................................885.3.2 芯片外部开关噪声.............................................................................895.3.3 等效电感衡量SSN ..............................................................................905.4 旁路电容的特性和应用.............................................................................925.4.1 电容的频率特性.................................................................................935.4.3 电容的介质和封装影响.....................................................................955.4.3 电容并联特性及反谐振.....................................................................955.4.4 如何选择电容.....................................................................................975.4.5 电容的摆放及Layout ........................................................................99第六章 系统时序.................................................................................................1006.1 普通时序系统...........................................................................................1006.1.1 时序参数的确定...............................................................................1016.1.2 时序约束条件...................................................................................1063.2 高速设计的问题.......................................................................................2093.3 SPECCTRAQuest SI Expert 的组件.......................................................2103.3.1 SPECCTRAQuest Model Integrity .................................................2103.3.2 SPECCTRAQuest Floorplanner/Editor .........................................2153.3.3 Constraint Manager .......................................................................2163.3.4 SigXplorer Expert Topology Development Environment .......2233.3.5 SigNoise 仿真子系统......................................................................2253.3.6 EMControl .........................................................................................2303.3.7 SPECCTRA Expert 自动布线器.......................................................2303.4 高速设计的大致流程...............................................................................2303.4.1 拓扑结构的探索...............................................................................2313.4.2 空间解决方案的探索.......................................................................2313.4.3 使用拓扑模板驱动设计...................................................................2313.4.4 时序驱动布局...................................................................................2323.4.5 以约束条件驱动设计.......................................................................2323.4.6 设计后分析.......................................................................................233第四章 SPECCTRAQUEST SIGNAL EXPLORER 的进阶运用..........................................2344.1 SPECCTRAQuest Signal Explorer 的功能包括：................................2344.2 图形化的拓扑结构探索...........................................................................2344.3 全面的信号完整性(Signal Integrity)分析.......................................2344.4 完全兼容 IBIS 模型...............................................................................2344.5 PCB 设计前和设计的拓扑结构提取.......................................................2354.6 仿真设置顾问...........................................................................................2354.7 改变设计的管理.......................................................................................2354.8 关键技术特点...........................................................................................2364.8.1 拓扑结构探索...................................................................................2364.8.2 SigWave 波形显示器........................................................................2364.8.3 集成化的在线分析(Integration and In-process Analysis) .236第五章 部分特殊的运用...............................................................................2375.1 Script 指令的使用..................................................................................2375.2 差分信号的仿真.......................................................................................2435.3 眼图模式的使用.......................................................................................249第四部分：HYPERLYNX 仿真工具使用指南............................................................251第一章 使用LINESIM 进行前仿真.......................................................................2511.1 用LineSim 进行仿真工作的基本方法...................................................2511.2 处理信号完整性原理图的具体问题.......................................................2591.3 在LineSim 中如何对传输线进行设置...................................................2601.4 在LineSim 中模拟IC 元件.....................................................................2631.5 在LineSim 中进行串扰仿真...................................................................268第二章 使用BOARDSIM 进行后仿真......................................................................2732.1 用BOARDSIM 进行后仿真工作的基本方法...................................................2732.2 BoardSim 的进一步介绍..........................................................................2922.3 BoardSim 中的串扰仿真..........................................................................309
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减小电磁干扰的印刷电路板设计原则 内 容 摘要……1 1 背景…1 1.1 射频源.1 1.2 表面贴装芯片和通孔元器件.1 1.3 静态引脚活动引脚和输入.1 1.4 基本回路……..2 1.4.1 回路和偶极子的对称性3 1.5 差模和共模…..3 2 电路板布局…4 2.1 电源和地…….4 2.1.1 感抗……4 2.1.2 两层板和四层板4 2.1.3 单层板和二层板设计中的微处理器地.4 2.1.4 信号返回地……5 2.1.5 模拟数字和高压…….5 2.1.6 模拟电源引脚和模拟参考电压.5 2.1.7 四层板中电源平面因该怎么做和不应该怎么做…….5 2.2 两层板中的电源分配.6 2.2.1 单点和多点分配.6 2.2.2 星型分配6 2.2.3 格栅化地.7 2.2.4 旁路和铁氧体磁珠……9 2.2.5 使噪声靠近磁珠……..10 2.3 电路板分区…11 2.4 信号线……...12 2.4.1 容性和感性串扰……...12 2.4.2 天线因素和长度规则...12 2.4.3 串联终端传输线…..13 2.4.4 输入阻抗匹配...13 2.5 电缆和接插件……...13 2.5.1 差模和共模噪声……...14 2.5.2 串扰模型……..14 2.5.3 返回线路数目..14 2.5.4 对板外信号I/O的建议14 2.5.5 隔离噪声和静电放电ESD .14 2.6 其他布局问题……...14 2.6.1 汽车和用户应用带键盘和显示器的前端面板印刷电路板...15 2.6.2 易感性布局…...15 3 屏蔽..16 3.1 工作原理…...16 3.2 屏蔽接地…...16 3.3 电缆和屏蔽旁路………………..16 4 总结…………………………………………17 5 参考文献………………………17
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