單片機(jī)在數(shù)字采控電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

宋 芳

（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 451191）

0 引言

傳統(tǒng)的數(shù)字采控電路設(shè)計(jì)要求研究人員具備豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及背景知識，設(shè)計(jì)周期較長，并且人工干預(yù)較多，從而導(dǎo)致數(shù)字采控電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)逐漸具有更高的挑戰(zhàn)性[1]。對于當(dāng)前的數(shù)字采控電路而言，經(jīng)過研究人員和技術(shù)人員長時間的研究，已經(jīng)存在許多較為成熟的自動化設(shè)計(jì)工藝以及工具，能夠在更短的時間內(nèi)將電路設(shè)計(jì)者的思想轉(zhuǎn)換為實(shí)際的電路拓?fù)浠蛭锢戆鎴D，通過相應(yīng)的先進(jìn)工藝手段完成對數(shù)字采控電路的設(shè)計(jì)[2]。單片機(jī)以其強(qiáng)大的集成功能一經(jīng)推出，便受到廣泛應(yīng)用，成為電路設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)應(yīng)用內(nèi)容。因此，本文將單片機(jī)應(yīng)用在數(shù)字采控電路設(shè)計(jì)中，提出一種新型基于單片機(jī)的數(shù)字采控電路設(shè)計(jì)方法。

1 基于單片機(jī)的數(shù)字采控電路設(shè)計(jì)方法

1.1 數(shù)字采控電路阻容濾波器設(shè)計(jì)

電路阻容濾波器是數(shù)字采控電路中的核心部分，因此在對數(shù)字采控電路設(shè)計(jì)時，第一步是對其阻容濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)。對于任何復(fù)雜濾波網(wǎng)格結(jié)構(gòu)而言，都需要若干個結(jié)構(gòu)簡單的一階和二階濾波電路的共同組成[3]。針對當(dāng)前模擬集成電路運(yùn)行特點(diǎn)，本文選用一階無源低通濾波器，將可進(jìn)行調(diào)節(jié)的參數(shù)元件數(shù)設(shè)為3個，而在濾波器的設(shè)計(jì)過程中通常選用溫度系數(shù)較小，并且精度較高的電阻。因此，在對數(shù)字采控電路阻容濾波器設(shè)計(jì)過程中，本文將其電阻的取值設(shè)定為2K～150K范圍之間。將電阻的搜索空間定義為在2K～124.6K范圍之間，步長設(shè)置為0.2K。電容選擇損耗較小的優(yōu)質(zhì)電容，將電容的取值設(shè)定在大于15pf，根據(jù)數(shù)字采控電路濾波器的截止頻率公式計(jì)算對截止頻率進(jìn)行計(jì)算，設(shè)截止頻率為公式

為k，則其計(jì)算公式，如公式（1）所示。（1）

在公式（1）中，R和R＇指的是濾波器中的兩個阻值；C指的是濾波器電容。根據(jù)公式（1）得出，本文選用的一階無源低通濾波器的截止頻率為150K左右。因此，能夠估算得出電容的取值范圍應(yīng)在15pf～1024pf范圍之間，其步長為15pf。

考慮到在模擬集成電路中通常包括多向性能兼容指標(biāo)，即多目標(biāo)，因此，本文采用將多個子目標(biāo)以加權(quán)和的形式展現(xiàn)，將多目標(biāo)問題轉(zhuǎn)換為單目標(biāo)問題。在對單目標(biāo)問題分析過程中，利用濾波器的頻率響應(yīng)曲線與理論濾波器響應(yīng)曲線擬合，從而得出針對單目標(biāo)優(yōu)化的可靠性，并得出濾波器的自適應(yīng)函數(shù)。設(shè)濾波器的自適應(yīng)函數(shù)為f，則其計(jì)算公式，如公式（2）所示：（2）

在公式（2）中，s指的是自變量；e指的是采樣頻率；p指的是常數(shù)，通常情況下為1，主要目的是為防止自適應(yīng)函數(shù)的分母為0。在公式（2）在理想濾波器的條件下，其最大數(shù)值為30000。

1.2 基于單片機(jī)的電路參數(shù)選擇

為了滿足數(shù)字采控電路的自動化程度，本文對電路中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量、元器件的種類以及組容器件數(shù)目進(jìn)行明確的規(guī)定和限制。利用單片機(jī)控制器在外接自主計(jì)算機(jī)組織的同時，可以接受7V-12V的直流輸入電壓。在模塊單獨(dú)運(yùn)行的過程中，充電控制數(shù)據(jù)保持?jǐn)?shù)字輸入狀態(tài)，且可對器件電路提供5V和3.3V兩種備選輸出電壓條件?；趩纹瑱C(jī)模塊采用BST-V51的智能集成底板，在太陽能充電線路處于閉合狀態(tài)的前提下，調(diào)整控制器電機(jī)

作者簡介： 宋芳（1981-），女，漢族，河南南陽人，講師，工程碩士，研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)、檢測技術(shù)。轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)驅(qū)動能力在短時間內(nèi)達(dá)到頂峰狀態(tài)，并以此迫使未經(jīng)完全利用的太陽能電子快速流入數(shù)字采控電路，達(dá)到減少無功監(jiān)測消耗的目的。由于本文采用的基于單片機(jī)的數(shù)字采控電路設(shè)計(jì)方法其結(jié)構(gòu)相對簡單，以此可進(jìn)行簡化。由上述得出，本文設(shè)計(jì)的數(shù)字采控電路固定節(jié)點(diǎn)共有8個，node+和node-分別占用兩個三位二進(jìn)制代碼。Value指的是對應(yīng)器件的數(shù)值，占用一個九位二進(jìn)制代碼。

1.3 控制數(shù)字采控電路數(shù)據(jù)采集誤差

由于數(shù)字采控電路數(shù)據(jù)采集誤差、監(jiān)測目標(biāo)選取誤差、運(yùn)行環(huán)境誤差是三類電路主要誤差條件，數(shù)字采控電路數(shù)據(jù)采集誤差多發(fā)生于監(jiān)測設(shè)備原件的安裝過程，受到單片機(jī)充電干擾條件χ的直接影響，取D作為數(shù)字采控電路數(shù)據(jù)采集上限條件，可將該項(xiàng)采集誤差結(jié)果設(shè)為F，則其計(jì)算公式，如公式（3）所示：

在公式（3）中，d指的是數(shù)字采控電路數(shù)據(jù)的隨機(jī)采集向量；λ指的是單片機(jī)的智能化干擾頻率；s指的是數(shù)字采控電路數(shù)據(jù)所承受的平均監(jiān)測干擾數(shù)據(jù)量。通過公式（3）本文設(shè)計(jì)的數(shù)字采控電路type與node+、node-的基因位對模擬集成電路的電路性能影響大，value基因位對電路的性能影響小。因此，在數(shù)字采控電路中每個元件占用32位二進(jìn)制染色體，則整個電路需要的染色體總長度為256位。至此，完成基于單片機(jī)的數(shù)字采控電路設(shè)計(jì)。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本次實(shí)驗(yàn)選用ongoingTKSC0.10微米工藝庫，其工作電壓為4.5V，計(jì)算機(jī)選用Uicrv-18工作站，其CPU大小為500，內(nèi)存為512M，為本文實(shí)驗(yàn)提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境。選取的種群樣本大小為100，進(jìn)行代數(shù)為200代，設(shè)置初始交叉概率為0.98，初始變異概率為0.25。本次實(shí)驗(yàn)?zāi)J(rèn)頻率參量為30Hz，在每次CC2530設(shè)備調(diào)節(jié)操作后，觸動ARM處理器，直至degee監(jiān)測器數(shù)值發(fā)生改變，分別利用本文提出的電路設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)方法對該電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，并設(shè)置傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)方法為實(shí)驗(yàn)對照組。在實(shí)驗(yàn)過程中，考慮到直流增益的問題，將電路的采集速率設(shè)置為本次對比實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證指標(biāo)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，將兩種設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的數(shù)字采控電路進(jìn)行應(yīng)用，并將其應(yīng)用效果中的采集速率指標(biāo)進(jìn)行記錄。實(shí)驗(yàn)得出的具體結(jié)果，如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比表

根據(jù)表1可以看出，本文設(shè)計(jì)電路采集速率明顯高于對照組2倍以上，采集速率更高，可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)字采控電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠充分達(dá)到預(yù)期要求效果。因此，通過對比實(shí)驗(yàn)證明，有理由將本文設(shè)計(jì)的數(shù)字采控電路廣泛投入使用。

3 結(jié)束語

考慮到數(shù)字采控電路的設(shè)計(jì)愈發(fā)的受到重視，基于單片機(jī)的數(shù)字采控電路設(shè)計(jì)方法經(jīng)歷了從起步到快速發(fā)展的階段。因此，本文對數(shù)字采控電路設(shè)計(jì)方法進(jìn)行基于單片機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是十分必要的，通過實(shí)例分析結(jié)果證明設(shè)計(jì)的數(shù)字采控電路是具有現(xiàn)實(shí)意義的，能夠?yàn)閿?shù)字采控電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論支持，為數(shù)字采控電路的發(fā)展提供更加廣闊的空間。但本文不足之處在于，沒有對基于單片機(jī)的數(shù)字采控電路的打開調(diào)試程序進(jìn)行深入分析，相信這一點(diǎn)，可以作為基于單片機(jī)的數(shù)字采控電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域日后的研究內(nèi)容之一。