畢業(yè)論文---基于lpc2138無線終端控制器的硬件設計

1、<p><b>　　畢 業(yè) 設 計</b></p><p>　　設計題目：基于LPC2138無線終端控制器的硬件設計</p><p><b>　　2010年6月5日</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1

2、</b></p><p><b>　　2系統(tǒng)概況2</b></p><p>　　2.1 硬件電路邏輯圖2</p><p>　　2.2 模塊功能簡介2</p><p>　　2.3 系統(tǒng)硬件的邏輯流程3</p><p><b>　　3 電源單元3</b>&l

3、t;/p><p><b>　　3.1分析需求3</b></p><p><b>　　3.2電源類型4</b></p><p>　　3.3模擬電源電路設計4</p><p>　　3.4 LDO電源電路設計6</p><p>　　3.5電源去耦電路6</p>

4、<p>　　4 微處理器單元7</p><p>　　4.1 處理器芯片7</p><p>　　4.1.1對比分析7</p><p>　　4.1.2芯片分析8</p><p><b>　　4.1.3特性9</b></p><p>　　4.2 復位電路 ----處理器外圍電路

5、10</p><p>　　4.3 ISP控制電路----處理器外圍電路11</p><p>　　4.4 晶振電路----處理器外圍電路12</p><p>　　4.5 待機電路----處理器外圍電路13</p><p>　　5 UART通信單元14</p><p>　　5.1芯片分析14</p&g

6、t;<p>　　6 LED測試單元15</p><p>　　6.1電路分析15</p><p>　　7 EEPROM存儲單元16</p><p>　　7.1 電路分析16</p><p>　　8 GSM無線通信單元17</p><p>　　8.1 GSM芯片Q240317</p>

7、<p>　　8.2 GSM外圍電路18</p><p>　　9 輸出控制單元20</p><p>　　9.1 芯片分析20</p><p>　　9.2 電路分析21</p><p><b>　　10 總結22</b></p><p><b>　　附錄一23<

8、/b></p><p><b>　　附錄二24</b></p><p><b>　　參考文獻24</b></p><p><b>　　致 謝25</b></p><p>　　基于LPC2138無線終端控制器的硬件設計</p><p>　　摘

9、 要：本文主要介紹了以WAVECOM Q2403A GSM 為無線通信模塊，ARM7 LPC2138為微處理器的無線終端控制系統(tǒng)的硬件設計方案，描述了各主要功能單元及器件的特點，畫出了系統(tǒng)的原理圖及PCB圖，實驗結果表明該硬件設計是可行的。用戶可以用手機短信控制無線終端控制器，終端控制器再通過繼電器控制其他電氣產品，繼電器的狀態(tài)可以通過短信返還給用戶，無線終端控制器也可以進行定時設置。</p><p>　　關鍵

10、詞：ARM；Q2403；LPC2138；嵌入式系統(tǒng)；GSM無線通信模塊；</p><p>　　hardware design with wireless terminals based on LPC2138 controller </p><p>　　Abstract: In the text, I introduce mostly hardware design with wirel

11、ess terminals system based on telecommunication module of WAVECOM Q2403A GSM module based on controller of ARM7 LPC2138,describes the major functional unit and the device characteristics,draw a system diagram and the PCB

12、 map. The experimental results show that the hardware design is feasible.Users can control the wireless terminal controller with handset note, terminal controller control of other electrical products through th</p>

13、<p>　　Key Words: ARM;Q2403;LPC2138;Embedded System;GSM telecommunication module; </p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　電子行業(yè)日新月異，電子產品向著小型化，便捷化發(fā)展，方便快捷，性價比較高的無線終端控制系統(tǒng)受到重視。以GSM通信模塊為平臺，采用

14、短信收發(fā)數據，處理簡單方便，以ARM為處理器，有較高的處理運算能力，可以滿足一些常見的自動控制場合，在工業(yè)和生活中應用比較廣泛。</p><p><b>　　2系統(tǒng)概況</b></p><p>　　2.1 硬件電路邏輯圖</p><p>　　圖1 硬件邏輯電路圖</p><p>　　2.2 模塊功能簡介</p>

15、;<p>　　ARM微處理器：運算和處理數據，各模塊的控制中心；</p><p>　　電源模塊：給各個模塊供電；</p><p>　　EEPROM存儲模塊：存儲可變更的數據；</p><p>　　GSM無線通信模塊：用于兩個系統(tǒng)間的數據傳送，即實現一個系統(tǒng)對其子系統(tǒng)的控制；</p><p>　　繼電器控制模塊：將數字信號轉變?yōu)槔^

16、電器開關狀態(tài)，進而控制其它器件的電氣特性。</p><p>　　UART通信單元：給ARM下載程序。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)硬件的邏輯流程</p><p><b>　　圖2 系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　電源模塊給各部分供電，用戶用手機給控制系統(tǒng)的GSM發(fā)短信，GSM再把短息的控制數據送到子系統(tǒng)的MC

17、U，MCU把重要信息存到EEPROM中，同時給鎖存器發(fā)送數據，待信號穩(wěn)定后，向鎖存器發(fā)命令，命令它將開關控制信息傳到光電隔離器，轉化為12V的電氣信號，控制繼電器，繼電器再控制其他電氣設備。</p><p><b>　　3 電源單元</b></p><p><b>　　3.1分析需求</b></p><p>　　LPC21

18、38需要電源輸入：數字3.3V和模擬3.3V。因此，理想情況下電源系統(tǒng)需要提供2組獨立的電源，它們需要單點接地或大面積接地。GSM無線模塊系統(tǒng)部分還電源需要3.7V。因為不使用LPC2138的AD功能，或對AD的要求不高，模擬電源和數字電源可以不分開供電，且其它部分對電源沒有特殊要求。這樣，末級只需要提供兩組電源，3.3V和3.7V電源。</p><p><b>　　3.2電源類型</b>&

19、lt;/p><p>　　模擬電源：即變壓器電源，通過鐵芯、線圈來實現，線圈的匝數決定了兩端的電壓比，鐵芯的作用是傳遞變化磁場，主線圈在50HZ頻率下產生了變化的磁場，這個變化的磁場通過鐵芯傳遞到副線圈，在副線圈里就產生了感應電壓，于是變壓器就實現了電壓的轉變。[2]</p><p>　　開關電源：在電流進入變壓器之前，通過晶體管的開關功能，將我們通常50HZ的電流頻率提升到數萬HZ，在這么高的

20、頻率下，磁場變化頻率也達到幾萬HZ，那么，就可以減少線圈匝數、鐵芯體積獲得同樣的電壓轉化比，由于線圈匝數、鐵芯體積的減少，損耗大大降低，一般開關電源效率達到90%，而體積可以做的非常小，并且輸出穩(wěn)定，所以開關電源具有模擬電源難以達到的優(yōu)點。[1]</p><p>　　3.3模擬電源電路設計</p><p>　　圖3 Arm單片機電源及其他芯片電源</p><p>　

21、　LPC2138微控制器的內核和I/O使用同一電源電壓，只需單電源3.3V供電。電源板提供的5V直流電源。</p><p>　　C29,C30提供濾波功能，濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復式濾波電路。這里采用雙電容濾波，常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。此處為無源濾波，無源濾波電路的結構簡單，易

22、于設計，但它的通帶放大倍數及其截止頻率都隨負載而變化，因而不適用于信號處理要求高的場合。無源濾波電路通常用在功率電路中，比如直流電源整流后的濾波，或者大電流負載時采用LC（電感、電容）電路濾波。濾波電路盡可能減小脈動的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數降低，波形變得比較平滑。[3]</p><p>　　然后經過SPX1117M-3.3將電源穩(wěn)壓至3.3V。 LPC2138系列微控制3.3V消

23、耗電流的極限值為300mA。為了保證可靠性并為以后升級留下余量，則電源系統(tǒng)3.3V能夠提供的電流應當大于600mA。SPX1117M3-3.3是Sipex公司生產的LDO芯片，其特點為輸出電流大，輸出電壓精度高，穩(wěn)定性高。SPX1117系列LDO芯片輸出電流可達800mA,輸出電壓的精度在+-1%以內，還具有電流限制和熱保護功能，廣泛應用在手持式儀表、數字家電、工業(yè)控制等領域。使用時，其輸出端需要一個至少10uF的鉭電容來改善瞬態(tài)響應和

24、穩(wěn)定性。[4]</p><p>　　盡管SPX1117允許的輸入電壓可達20V（參考芯片數據手冊），但太高的電壓使芯片的發(fā)熱量上升，散熱系統(tǒng)不好設計，同時影響芯片的性能。這樣，就需要前級電路調整一下。如果系統(tǒng)可能使用多種電源（如交流電和電池），各種電源的電壓輸出不一樣，就更需要前級調整以適應末級的輸入。通過之前的分析，前級的輸出選擇為5V。選擇5V作為前級的輸出有兩個原因：</p><p>

25、;　　這個電壓滿足SPX1117的要求；</p><p>　　目前很多器件還是需要5V供電的，這個5V可以兼做前級和末級了。</p><p>　　開關電源：效率較高，可以減少發(fā)熱量，因而在功率較大時可以減小電源模塊的體積；</p><p>　　模擬電源：電路簡單，輸出電壓紋波較小，并且干擾較開關電源小得多。</p><p>　　C21為100

26、uF鉭電容，來改善瞬態(tài)響應和提高穩(wěn)定性。</p><p>　　L1和L2就是電源的隔離元件，將數字的高頻噪聲隔離。</p><p>　　模擬電路涉及弱小信號，但是數字電路門限電平較高，對電源的要求就比模擬電路低些。既有數字電路又有模擬電路的系統(tǒng)中，數字電路產生的噪聲會影響模擬電路，使模擬電路的小信號指標變差，克服的辦法是分開模擬地和數字地。</p><p>　　如果

27、把模擬地和數字地大面積直接相連，會導致互相干擾。不短接又不妥，有四種方法解決此問題∶1、用磁珠連接；2、用電容連接；3、用電感連接；4、用0歐姆電阻連接。</p><p>　　左邊為數字地，右邊為模擬地。此處采用第三種解決方法，用電感連接，即L2,大小為uH。</p><p>　　DP3V3為數字電源，AP3V3為模擬電源，中間有L1隔離，大小為10uH。[1]</p>&l

28、t;p>　　3.4 LDO電源電路設計</p><p><b>　　圖4 GSM電源</b></p><p>　　U1為帶低有效使能控制的LDO，通過調節(jié)R1和R1使VOUT在3.7V左右為模塊供電。模塊對電源和地的處理要求較為嚴格，要求對電源和地做相應的濾波處理，電源紋波控制在50mV左右，且不要給系統(tǒng)中的其他部分供電，否則將可能影響射頻性能，布線時電源線要大

29、于40mil, 并保證地線的完整。</p><p><b>　　3.5電源去耦電路</b></p><p>　　圖5 電源去耦電路原理圖</p><p>　　此處電容作為去耦和整形用的，可以把電源的不穩(wěn)定現象對電路的影響減弱，可以通過沖放電知識來理解。</p><p>　　在電路圖中，很多這種形式的模塊，一般接的是105

30、，104的電容，這些電容是作為芯片的去耦作用用的，一般情況下用0.01UF~0.1UF之間的電容。</p><p><b>　　4 微處理器單元</b></p><p>　　4.1 處理器芯片</p><p><b>　　4.1.1對比分析</b></p><p>　　(1) C51是8位的；AR

31、M是32位的；DSP有16位的，也有更高的。 </p><p>　　(2)所有說從運算能力上看，C51最弱，DSP最強，ARM居中。 </p><p>　　(3)結構差別較大，C51最簡單，是一般的馮諾伊曼結構；ARM9以上是哈佛結構的RISC；DSP一般使用哈佛結構。 </p><p>　　(4)C51一般芯片面積非常小，工作頻率很低（一般是10多MHz，有的是2

32、4MHz），所以功耗低。DSP則頻率很高(高的達到300MHz以上)，所以功耗大。ARM芯片面積也很小，ARM7是0.55平方毫米，功耗也比較小。頻率大約在（幾十到200MHz之間） </p><p>　　(5)所以一般C51主要應用于不需要太多計算量的控制類系統(tǒng)。一般配有豐富的外圍module。DSP則主要應用于需要進行復雜計算的高端系統(tǒng)，例如圖像處理，加密解密，導航系統(tǒng)等，外圍module一般較少。ARM是C

33、51和DSP之間的一個折衷。</p><p>　　(6)強調一點：C51的性能遠不如ARM和DSP，但仍然占據重要的一席之地，原因就是性能價格比。因為它太成熟了，太小了，太便宜了。而在一些需要復雜計算的領域，DSP也不可或缺。ARM的成功就是他找到了一個折衷點，并且建立了一個非常靈活的商業(yè)模型。</p><p>　　我們從成本和功能的角度考慮，決定采用ARM7系列中的一款芯片LPC2138

34、芯片。下面對該芯片進行分析。</p><p><b>　　4.1.2芯片分析</b></p><p>　　圖6 LPC2138芯片原理圖</p><p>　　ARM內核采用RISC體系結構，因此具有RISC的結構特點：</p><p>　　具有大量的通用存儲器；</p><p>　　獨特的裝載/保

35、存（load-store）結構；</p><p><b>　　簡單的尋址模式;</b></p><p>　　統(tǒng)一和固定長度的指令格式。</p><p>　　為了使ARM能夠更好地滿足嵌入式應用的需要，ARM體系結構還有以下特點：</p><p>　　每條數據處理指令可同時包含算術邏輯單元（ALU）的運算和移位處理，實現A

36、LU和移位器的最大利用；</p><p>　　使用地址自增和自減的尋址方式優(yōu)化程序循環(huán)；</p><p>　　裝載/保存指令對數據的批量傳輸，實現最大數據吞吐量;</p><p>　　大多數指令的條件執(zhí)行，實現最快速的代碼執(zhí)行。</p><p>　　較小的封裝和很低的功耗使LPC2131/2132/2134/2136/2138特別適用于訪問控

37、制和POS機等小型應用中；由于內置了寬范圍的串行通信接口和8/16/32kB的片內SRAM，它們也非常適合于通信網關、協(xié)議轉換器、軟件modem、語音識別、低端成像，為這些應用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強大的處理功能。多個32位定時器、1個或2個10位8路的ADC、10位DAC、PWM通道、47個GPIO以及多達9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷使它們特別適用于工業(yè)控制應用以及醫(yī)療系統(tǒng)。[3]</p><p><b&g

38、t;　　4.1.3特性</b></p><p>　　16/32位ARM7TDMI-S核，超小LQFP64封裝。</p><p>　　8/16/32kB的片內靜態(tài)RAM和32/64/128/256/512kB的片內Flash程序存儲器。</p><p>　　128位寬度接口/加速器可實現高達60MHz工作頻率。</p><p>　　

39、通過片內boot裝載程序實現在系統(tǒng)編程/在應用編程(ISP/IAP)。</p><p>　　單個Flash扇區(qū)或整片擦除時間為400ms。256字節(jié)行編程時間為1ms。</p><p>　　EmbeddedICE RT和嵌入式跟蹤接口通過片內RealMonitor軟件對代碼進行實時調試和高速跟蹤。</p><p>　　1個(LPC2131/32)或2個(LPC213

40、4/36/38)8路10位的A/D轉換器，共提供16路模擬輸入，</p><p>　　每個通道的轉換時間低至2.44us。</p><p>　　1個10位的D/A轉換器，可產生不同的模擬輸出。(LPC2132/34/36/38)</p><p>　　2個32位定時器/外部事件計數器(帶4路捕獲和4路比較通道)、PWM單元(6路輸出)和看門狗。</p>

41、<p>　　低功耗實時時鐘具有獨立的電源和特定的32kHz時鐘輸入。</p><p>　　多個串行接口，包括2個16C550工業(yè)標準UART、2個高速I2C總線(400 kbit/s)、</p><p>　　SPI和具有緩沖作用和數據長度可變功能的SSP。</p><p>　　向量中斷控制器。可配置優(yōu)先級和向量地址。</p><p>

42、;　　小型的LQFP64封裝上包含多達47個通用I/O口(可承受5V電壓)。</p><p>　　多達9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳。</p><p>　　通過片內PLL(100us的設置時間)可實現最大為60MHz的 CPU操作頻率。</p><p>　　片內集成振蕩器與外部晶體的操作頻率范圍為1～30 MHz，</p><p>　　與外

43、部振蕩器的操作頻率范圍高達50MHz。</p><p>　　低功耗模式：空閑和掉電。</p><p>　　可通過個別使能/禁止外部功能和外圍時鐘分頻來優(yōu)化功耗。</p><p>　　通過外部中斷或BOD將處理器從掉電模式中喚醒。</p><p>　　單電源，具有上電復位(POR)和掉電檢測(BOD)電路：</p><p&g

44、t;　　CPU操作電壓范圍：3.0~3.6 V (3.3 V±10%)，I/O口可承受5V的電壓。[8]</p><p>　　4.2 復位電路 ----處理器外圍電路</p><p>　　圖7 復位電路原理圖</p><p>　　DP3V3表示給復位電路提供3.3V數字電源，R23為上拉電阻，減小電流，起保護作用，采用4.7K電阻。</p>

45、<p>　　開關采用SW-PB按鈕開關，Nikkai Switches 后面板襯套安裝方式使面板尺寸十分緊湊。</p><p>　　SW-PB開關可防止觸點損壞。</p><p>　　性能 0.5A.125V.AC; 0.5A125VAC; </p><p>　　SW_PB封裝 Nikkai Pushbutton Switche

46、s;</p><p>　　FB15ANEP2-RO;FB15ANEP4-RO;</p><p>　　FB15ANEP2/U-RO;SHUNTU;FB15ANP2-RO;</p><p>　　FB15ANP2/U-RO;FB-15ANEP2;FB15ANEP2;</p><p>　　FB-15ANEP2;FB-15AN;FB15AN;FB-15

47、ANE; </p><p>　　4.3 ISP控制電路----處理器外圍電路</p><p>　　圖8 ISP控制電路原理圖</p><p>　　用跳線帽控制是否進入ISP狀態(tài)，接上跳線帽時，進入ISP狀態(tài)，如果該引腳懸空將影響程序脫機運行。R26為上拉電阻，起保護作用，采用10K歐姆電阻。</p><p>　　4.4 晶振電路----處

48、理器外圍電路</p><p>　　圖9 晶振電路原理圖</p><p>　　LPC2138系列ARM7微處理器可以使用外部晶振或外部時鐘源，內部PLL電路可調整系統(tǒng)時鐘，使系統(tǒng)運行速度更快（CPU最大操作時鐘為60MHZ）。倘若不使用片內PLL功能及ISP下載功能，則外部晶振頻率范圍是1MHZ-30MHZ，外部時鐘頻率范圍是1MHZ-50MHZ；若使用了片內PLL功能及ISP下載功能,則外

49、部晶振頻率范圍是10MHZ-25MHZ，外部時鐘頻率范圍是10MHZ-25MHZ。</p><p>　　C22和C23一般采用15-33pF,我們采用30pF的電容，晶振采用11.0592MHZ的石英晶體振蕩器，用11.0592MHZ晶振的原因是使串口波特率更精確，同時能夠支持LPC2138微處理器芯片內部的PLL功能及ISP功能。</p><p>　　第二個晶振電路是為ARM內部的實時時

50、鐘提供震蕩信號的，該晶振采用32.768MHZ，原理分析基本相同。[9]</p><p>　　4.5 待機電路----處理器外圍電路</p><p>　　圖10 待機電路原理圖</p><p>　　電池采用3.6V鋰離子電池，鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作?！?lt;/p><p><b>　　鋰離

51、子電池優(yōu)點：</b></p><p>　　電壓高，單體電池的工作電壓高達3.7-3.8V（磷酸鐵鋰的是3.2V），是Ni-Cd、Ni-H電池的3倍 　　2） 比能量大，目前能達到的實際比能量為555Wh/kg左右，即材料能達到150mAh/g以上的比容量（3--4倍于Ni-Cd，2--3倍于Ni-MH），已接近于其理論值的約88%。 　　3） 循環(huán)壽命長,一般均可達到500次以上,甚至1000次以上，

52、磷酸鐵鋰的可以達到2000次以上。對于小電流放電的電器,電池的使用期限，將倍增電器的競爭力。 　　4） 安全性能好,無公害,無記憶效應.作為Li-ion前身的鋰電池,因金屬鋰易形成枝晶發(fā)生短路,縮減了其應用領域：Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對環(huán)境有污染的元素：部分工藝（如燒結式）的Ni-Cd電池存在的一大弊病為“記憶效應”，嚴重束縛電池的使用，但Li-ion根本不存在這方面的問題。 　　5） 自放電小，室溫下充滿電的Li-ion儲存1

53、個月后的自放電率為2%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。 　　6)　可快速充放電，1C充電30分鐘容量可以達到標稱容量的80%以上，現在磷鐵電池可以達到10分鐘充電到</p><p>　　此電路還是鋰離子電池的充放電電路，當提供5V電源時，給電池充電，當不提供5V電源時，電池放電，給ARM供電，提供待機用電。</p><p>　　電路分析：C27起到濾波作用

54、，大小為0.1uF，R33,R34為限流電阻，起保護電路作用，D13,D14,D15為降壓二極管，型號為IN4148，IN4148為硅晶體結構開關二極管，反向電壓為75V,反向電流為150mA，特性：小玻璃結構確保高可靠性，快速開關，低泄漏電流，高溫焊接有保證。[9]</p><p>　　5 UART通信單元</p><p><b>　　5.1芯片分析</b><

55、;/p><p>　　圖11 SP3232原理圖</p><p>　　串口通信采用SP3232芯片，SP3232滿足EIA/TIA-232-F標準，工作電壓為+3.0V到+5.5V,滿載最小數據速率：120Kbps 1uA的低功耗關斷模式，接收器（SP3222E）有效,可與RS-232共同使用，電源低至+2.7V。[7]</p><p>　　SP3222E/3232E系列

56、有一個高效的電荷泵，工作電壓為3.3V時只需0.1μF電容就可進行操作。電荷泵允許SP3222E/3232E系列在+3.3V到+5.0V 內的某個電壓下發(fā)送符合RS-232的信號。SP3222E/3232E系列是一個2驅動器/2接收器的器件，SP3222E器件包含一種低功耗關斷模式，該模式下器件的驅動器輸出和電荷泵被禁止。關斷狀態(tài)下，電源電流低于1μA。[6]</p><p><b>　　5.2 電路分

57、析 </b></p><p>　　SP3222E/3232E系列由3個基本電路模塊組成：</p><p>　　1. 驅動器；2. 接收器；3. Sipex特有的電荷泵。 </p><p>　　電荷泵是Sipex的專利設計（5,306,954），相對其他早期產品的低效設計，它使用了一種獨特的方法。電荷泵仍然需要4個外接電容，但運用一種4相電壓轉換技術，保持

58、輸出對稱的5.5V電源。內部源電壓由一對可調節(jié)的電荷泵組成，即使輸入電壓（VCC）超過+3.0V到+5.5V的范圍，電荷泵仍提供5.5V輸出電壓，C11,C12,C18,C19為0.1uF。 </p><p><b>　　6 LED測試單元</b></p><p>　　圖12 LED電路原理圖</p><p><b>　　6.1電路分

59、析</b></p><p>　　該電路為LED測試電路，用來測試單片機的輸出電平或控制繼電器管腳的輸出電平，D1-D7為發(fā)光二極管，R1-R7為限流電阻，大小為330歐姆。</p><p>　　發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字

60、顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。</p><p>　　它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結附近數微米內分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。

61、當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管[2]。 </p><p>　　發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流。限流電阻R可用下式計算：R＝（E－UF）／IF[2] 　　</p><p>　　式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF

62、為LED的一般工作電流。 </p><p>　　7 EEPROM存儲單元</p><p>　　圖13 EEPROM存儲器電路圖</p><p><b>　　7.1 電路分析</b></p><p>　　A0,A1,A2位地址碼，R8,R9為上拉電阻，CAT1640是一種電可擦可編程只讀存儲，一種掉電后數據不丟失的存儲芯片

63、。 EEPROM 可以在電腦上或專用設備上擦除已有信息，重新編程。串行E2PROM是可在線電擦除和電寫入的存儲器，具有體積小、接口簡單、數據保存可靠、可在線改寫、功耗低等特點，而且為低電壓寫入，在單片機系統(tǒng)中應用十分普遍。支持標準和快速I2C協(xié)議、兼容SPI/Microwire總線，1~256K的高密度存儲，1.8V~6V的款電壓操作范圍。對全部存儲器進行硬件寫保護，采用低功耗CMOS工藝，可編程/擦除100萬次，數據保存期100年。

64、</p><p>　　8 GSM無線通信單元</p><p>　　8.1 GSM芯片Q2403</p><p>　　圖14 GSM無線通信電路圖</p><p>　　GSM收發(fā)模塊采用法國WAVECOM公司的Q2403A。</p><p>　　Q24是WAVECOM推出的GSM/DCS 四頻模塊，帶GPRS 功能，主要

65、為語音傳輸、短消息和數據業(yè)務提供無線接口。Q24模塊成了完整的射頻電路和GSM 的基帶處理電路，及充電電路（不包括過充、過放電路），適合于開發(fā)一些GSM/GPRS無線應用產品，如移動電話、PDA、PCMCIA 無線MODEM 卡、USB 無線MODEM、無線POS 機、無線抄表、無線數據傳輸業(yè)務，無線公用電話、無線商務電話、監(jiān)控、調度、車載、遙控、遠程測量、定位和導航等系統(tǒng)和產品，應用范圍十分廣泛。[5]</p><

66、p>　　8.2 GSM外圍電路</p><p>　　圖15 SIM卡靜電保護電路圖</p><p>　　ESDALC6V1P6是一個靜電保護芯片，內部由四個穩(wěn)壓二極管組成，并聯(lián)電路中，可以將靜電通過2,5管腳導走。</p><p>　　圖16 讀寫管腳電路圖</p><p>　　RXD1為讀管腳，TXD1為寫管腳，R4,R5為保護電阻，

67、防止電流過大。</p><p><b>　　圖17 復位電路圖</b></p><p>　　將P0.4的高電平，變?yōu)閺臀恍盘柕牡碗娖健?lt;/p><p>　　圖18 發(fā)送接收聲音提示電路</p><p>　　LS1采用BUZZER，即蜂鳴器。二極管起保護作用，當GSM突然掉電時，起放電作用，C21起高頻濾波作用，GSM3.

68、7V為模塊電源。</p><p>　　圖19 GSM工作提示電路</p><p>　　當GSM工作時二極管不停閃爍。R10,R11，R12起限流作用，當三極管基極為高電平時三極管導通，發(fā)光二極管放光，當三極管基極為低電平時，三極管截止，LED不發(fā)光。</p><p><b>　　9 輸出控制單元</b></p><p>

69、　　圖20 繼電器控制電路一</p><p><b>　　9.1 芯片分析</b></p><p>　　74HC573八進制3態(tài)非反轉透明鎖存器，器件的輸入是和標準CMOS輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和LS/ALSTTL輸出兼容。</p><p>　　當鎖存器使能端為高時，這些器件的鎖存對于數據是透明的（也就是說輸出同步）。當鎖存使能變低時，

70、符合建立時間和保持時間的數據會被鎖存。這個器件帶有保護電路，以免被高的靜電電壓或電場損壞，然而，對于高阻抗電路，必須要求采取預防以免工作在任何高于最大值范圍的條件下工作。[7]</p><p><b>　　9.2 電路分析</b></p><p>　　R36-R39為ARM管腳輸出的上拉電阻，防止對ARM產生太大的灌電流，R24為保護電阻，防止對ARM產生太大的下拉電

71、流，R14,R15,R16,R27為限流電阻，用來保護TPL181。</p><p>　　圖21 繼電器控制電路二</p><p>　　TPL181為東芝公司生產的光電隔離器，耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。光耦合器的主

72、要優(yōu)點是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高。</p><p>　　圖22 繼電器控制電路三 </p><p>　　8550是電子電路中常用到的小功率PNP型硅晶體三極管。IN4148為硅晶體結構開關二極管，利用它的單向導通性。當ARM輸出低電平，鎖存器鎖存，當鎖存器輸出使能為高電平時，輸出所存的信

73、號，光耦中的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導通，使8550基極為低電平，PNP導通，輸出12V電壓。[10] </p><p><b>　　10 總結</b></p><p>　　該系統(tǒng)以ARM為內核，對ARM的外圍電路完善，可以保證微處理器的穩(wěn)定工作，其中包括實時時鐘晶振，程序的外部晶振，待機電路，復位電路，寫程序電路，EEPROM存儲器可以讓系統(tǒng)的應用更方便靈活，GS

74、M的外圍電路有聲音提示，發(fā)光二極管提示，靜電保護等，繼電器控制方面使用了光耦，更好的實現了電氣隔離。將原理圖制成PCB圖，刻成板子焊接好器件，最終實驗結果表明該系統(tǒng)的硬件設計是可行的。</p><p><b>　　附錄一</b></p><p>　　圖23 控制板整體PCB圖</p><p><b>　　附錄二</b>&l

75、t;/p><p>　　圖24 LED電路PCB圖</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 康華光，鄒壽彬．電子技術技術基礎數字部分（第四版）[M]．高等教育出版社，2000.7.</p><p>　　[2] 康華光，陳大欽．電子技術技術基礎模擬部分（第四版）[M]．高等教育出版社，1999.

76、6. </p><p>　　[3] 程海林，劉百芬，汪利寶．ARM微控制器LPC210X的LCD接口技術[J]．單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2004，32（013）：47-49.</p><p>　　[4] 王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[5]洪利，杜耀宗．Q2406無線CPU嵌入式開發(fā)技術 [M]. 北京航空航

77、天大學出版社,2006.12.</p><p>　　[6]潘永雄．新編單片機原理與應用（第二版）[M]． 西安電子科技大學出版社，2007.2.</p><p>　　[7] 何洪波等.基于單片機的控制系統(tǒng)設計[J]. 南京: 電子工程師， 2006，（4）:23-31.</p><p>　　[8]周立功，等．ARM嵌入式系統(tǒng)基礎教程[M]. 北京：北京航空航天大學出

78、版社,2005</p><p>　　[9]周立功，等．ARM嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)實例（一）[M]. 北京：北京航空航天大學出版社,2004</p><p>　　[10] 陳伯時等.自動控制系統(tǒng)[M].北京: 機械工業(yè)出版社，1981.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本文的選題討論，方案分