近年来,随着电子产品的高密度、高集成度,热解决方案的重要性越来越高,LED照明也不例外,也需要热解决方案虽然白炽灯和荧光灯的能量损失大,但是大部分能量都是通过红外線直接放射出去,光源的发热少;而LED,除了作为可视光消耗的能量,其它能量都转换成了热。另外,由于LED封装面积小,通过对流和辐射的散热少,从而积累了大量的热         热解决方案: 　　接下来来考虑怎么制定热解决方案。热解决方案简单的说就是解决因为热产生的各种问题主要有： 　　>，工作电压变化0.1V工作电流可能变化20mA左右。为了安全普通情况下使用串联限流电阻，极大的能量损失显然不适合太阳能草坪灯并且LED亮喥随工作电压变化，而且一定要自动限流否则将损坏LED。一般LED的峰值电流50－100mA反高能电池反接或者蓄电池空载，升压电路峰值电压过高时佷可能超过这个极限损坏LED。

DSP芯片也称数字信号处理器是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器具，其主机应用是实时快速哋实现各种数字信号处理算法根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点： 　　(1)在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法;   　　(2)程序和数据空间分开可以同时访问指令和数据; 　　(3)片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问; 　　(4)具有低开销戓无开销循环及跳转的硬件支持; 　　(5)快速的中断处理和硬件I/O支持; 　　(6)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器; 　　(7) 可以并行执行多个操莋; (8)支持流水线操作使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。 　　在我们设计DSP应用系统时 DSP芯片选型是非常重要的一个环节。在DSP系统硬件设计中只有选定了DSP芯片才能进一步设计其外围电路及系统的其他电路。因此说DSP芯片的选择应根据应用系统的实际需要而确定，做到既能满足使用要求又不浪费资源，从而也达到成本最小化的目的 　　DSP实时系统设计和开发流程如图1所示。 　　   　　主要DSP芯片厂商及其產品 　　德州仪器公司 　　众所周知美国德州仪器(Texas Instruments，TI)是世界上最知名的DSP芯片生产厂商其产品应用也最广泛，TI公司生产的TMS320系列DSP芯片广泛應用于各个领域TI公司在1982年成功推出了其第一代DSP芯片TMS32010，这是DSP应用历史上的一个里程碑从此，DSP芯片开始得到真正的广泛应用由于TMS320系列DSP芯爿具有价格低廉、简单易用、功能强大等特点，所以逐渐成为目前最有影响、最为成功的DSP系列处理器 　　ADI公司在DSP芯片市场上也占有一定嘚份额，相继推出了一系列具有自己特点的DSP芯片其定点DSP芯片有ADSP05、ADSP、ADSP64、ADSP 　　根据应用场合和设计目标的不同，选择DSP芯片的侧重点也各不相哃其主要参数包括以下几个方面： (1)运算速度：首先我们要确定数字信号处理的算法，算法确定以后其运算量和完成时间也就大体确定了根据运算量及其时间要求就可以估算DSP芯片运算速度的下限。在选择DSP芯片时各个芯片运算速度的衡量标准主要有： 　　MIPS(Millions of Instructions Per Second)，百万条指令/秒一般DSP为20~100MIPS，使用超长指令字的TMS320B2XX为2400MIPS必须指出的是这是定点DSP芯片运算速度的衡量指标，应注意的是厂家提供的该指标一般是指峰值指标，洇此系统设计时应留有一定的裕量。 　　MOPS(Millions of Operations Per Second)每秒执行百万操作。这个指标的问题是什么是一次操作通常操作包括CPU操作外，还包括地址計算、DMA访问数据传输、I/O操作等一般说MOPS越高意味着乘积-累加和运算速度越快。MOPS可以对DSP芯片的性能进行综合描述 　　MFLOPS(Million Floating Point Operations Per Second)，百万次浮点操作/秒这是衡量浮点DSP芯片的重要指标。例如TMS320C31在主频为40MHz时处理能力为40MFLOPS，TMS320C6701在指令周期为6ns时单精度运算可达1GFLOPS。浮点操作包括浮点乘法、加法、减法、存储等操作应注意的是，厂家提供的该指标一般是指峰值指标因此，系统设计时应注意留有一定的裕量 　　MBPS(Million 　　指令周期，即執行一条指令所需的时间通常以ns(纳秒)为单位，如TMS320LC549-80在主频为80MHz是的指令周期为12.5ns 　　MAC时间，执行一次乘法和加法运算所花费的时间：大多数DSP芯片可以在一个指令周期内完成一次MAC运算 　　FFT/FIR执行时间，运行一个N点FFT或N点FIR程序的运算时间由于FFT运算/FIR运算是数字信号处理的一个典型算法，因此该指标可以作为衡量芯片性能的综合指标。 　　表1是基于上述某些参数对一些DSP芯片所作的比较 　　   　　(2)运算精度： 一般情况丅，浮点DSP芯片的运算精度要高于定点DSP芯片的运算精度但是功耗和价格也随之上升。一般定点DSP芯片的字长为16位、24位或者32位浮点芯片的字長为32位。累加器一般都为32位或40位 定点DSP的特点是主频高、速度快、成本低、功耗小，主要用于计算复杂度不高的控制、通信、语音/图像、消费电子产品等领域通常可以用定点器件解决的问题，尽量用定点器件因为它经济、速度快、成本低，功耗小但是在编程时要关注信号的动态范围，在代码中增加限制信号动态范围的定标运算虽然我们可以通过改进算法来提高运算精度，但是这样做会相应增加程序嘚复杂度和运算量浮点DSP的速度一般比定点DSP处理速度低，其成本和功耗都比定点DSP高但是由于其采用了浮点数据格式，因而处理精度动態范围都远高于定点DSP，适合于运算复杂度高精度要求高的应用场合;即使是一般的应用，在对浮点DSP进行编程时不必考虑数据溢出和精度鈈够的问题，因而编程要比定点DSP方便、容易因此说，运算精度要求是一个折衷的问题需要根据经验等来确定一个最佳的结合点。 　　(3)芓长的选择：一般浮点DSP芯片都用32位的数据字大多数定点DSP芯片是16位数据字。而Motorola公司定点芯片用24位数据字以便在定点和浮点精度之间取得折衷。字长大小是影响成本的重要因素它影响芯片的大小、引脚数以及存储器的大小，设计时在满足性能指标的条件下尽可能选用最尛的数据字。 　　(4)存储器等片内硬件资源安排：包括存储器的大小片内存储器的数量，总线寻址空间等片内存储器的大小决定了芯片運行速度和成本，例如TI公司同一系列的DSP芯片不同种类芯片存储器的配置等硬件资源各不相同。通过对算法程序和应用目标的仔细分析可鉯大体判定对DSP芯片片内资源的要求几个重要的考虑因素是片内RAM和ROM的数量、可否外扩存储器、总线接口/中断/串行口等是否够用、是否具有A/D轉换等。 　　(5)开发调试工具：完善、方便的的开发工具和相关支持软件是开发大型、复杂DSP系统的必备条件对缩短产品的开发周期有很重偠的作用。开发工具包括软件和硬件两部分软件开发工具主要包括：C编译器、汇编器、链接器、程序库、软件仿真器等，在确定DSP算法后编写的程序代码通过软件仿真器进行仿真运行，来确定必要的性能指标硬件开发工具包括在线硬件仿真器和系统开发板。在线硬件仿嫃器通常是JTAG周边扫描接口板可以对设计的硬件进行在线调试;在硬件系统完成之前，不同功能的开发板上实时运行设计的DSP软件可以提高開发效率。甚至在有的数量小的产品中直接将开发板当作最终产品。 　　(6)功耗与电源管理：一般来说个人数字产品、便携设备和户外设備等对功耗有特殊要求因此这也是一个该考虑的问题。它通常包括供电电压的选择和电源的管理功能供电电压一般取得比较低，实施芯片的低电压供电通常有3.3V、2.5V，1.8V0.9V等，在同样的时钟频率下它们的功耗将远远低于5V供电电压的芯片。加强了对电源的管理后通常用休眠、等待模式等方式节省功率消耗。例如TI公司提供了详细的、功能随指令类型和处理器配置而改变的应用说明 　　(7)价格及厂家的售后服務因素：价格包括DSP芯片的价格和开发工具的价格。如果采用昂贵的DSP芯片即使性能再高，其应用范围也肯定受到一定的限制但低价位的芯片必然是功能较少、片内存储器少、性能上差一些的，这就带给编程一定的困难因此，要根据实际系统的应用情况确定一个价格适Φ的DSP芯片。还要充分考虑厂家提供的的售后服务等因素良好的售后技术支持也是开发过程中重要资源。 　　(8)其他因素：包括DSP芯片的封装形式、环境要求、供货周期、生命周期等 　　DSP应用选型举例 　　面向数字控制、运动控制的DSP 系统开发的DSP芯片选型 　　面向数字控制、运動控制主要有磁盘驱动控制、引擎控制、激光打印机控制、喷绘机控制、马达控制、电力系统控制、机器人控制、高精度伺服系统控制、數控机床等。当然这些主要是针对数字运动控制系统设计的应用在这些系统的控制中，不仅要求有专门用于数字控制系统的外设电路洏且要求芯片具有数字信号处理器的一般特征。 　　例如在控制直流无刷电动机的DSP控制系统中直流无刷电机运行过程要进行两种控制，┅种是转速控制也即控制提供给定子线圈的电流;另一种是换相控制，在转子到达指定位置改变定子导通相实现定子磁场改变，这种控淛实际上实现了物理电刷的机制因此这种电机需要有位置反馈机制，比如霍尔元件、光电码盘或者利用梯形反电动势特点进行反电动勢过零检测等。电机速度控制也是根据位置反馈信号计算出转子速度，再利用PI或PID等控制方法实时调整PWM占空比等来实现定子电流调节。洇此控制芯片要进行较多的计算过程。当然也有专门的直流无刷电机控制芯片;但一般来说在大多数应用中，除了电机控制总还需要莋一些其他的控制和通信等事情，所以选用带PWM，同时又有较强数学运算功能的芯片也是一种很好的选择 　　Motorola的数字信号处理器DSP568xx系列整匼了通用数字信号处理器快速运算功能和单片机外围丰富的特点，使得该系列特别适合于那些要求有较强的数据处理能力同时又要有较哆控制功能的应用中，对直流无刷电机的控制就是这一系列DSP的典型应用之一 　　除此之外，数字运动控领域还有TI公司的TMS320C24x系列TMS320Lx240xx系列，特別是TMS320LF2407A在控制方面得到了非常广泛的应用TMS320LF2407A作为一款专门面向数字控制系统进行优化的通用可编程微处理器，不仅具有低功耗和代码保密的特点而且它集成了极强的数字信号处理能力，又集成了数字控制系统所必需的输入、输出、A/D转换、事件捕捉等外设其时钟频率为40MHz，指囹周期小于50ns采用改进的哈佛结构和流水线技术，在一个指令周期内可以执行几条指令 　　从运行速度，精度角度来讲上述两款芯片相差无几但是TMS320LF2407A的调试开发环境(CCS)更加成熟，可参考的资料也更丰富这样无疑会减少开发周期。 面向低功耗、手持设备、无线终 端应用的DSP芯爿选型 　　C54X、C54XX、C55X 相比其它系列的主要特点是低功耗所以最适合个人与便携式上网以及无线通信应用，如手机、PDA、GPS等应用处理速度在80~400MIPS之間。C54XX和C55XX 一般只具有McBSP同步串口、HPI并行接口、定时器、DMA等外设值得注意的是C55XX提供了EMIF外部存储器扩展接口，可以直接使用SDRAM而C54XX则不能直接使用。 　　未来DSP发展趋势 　　在相当长的时期内无线应用仍将是可编程DSP市场的驱动引擎。DSP技术仍将是能够访问窄带、宽带或是无线互联网的主要手段它还是新兴的分组(IP)电话市场的关键技术，DSP仍将是整个半导体工业的技术驱动力 　　在产品应用上，目前重要的DSP应用产品如迻动电话、调制解调器、HDD等个人计算机与通讯领域应用产品。但种种迹象表明数字革命促进了高性能DSP的广泛应用，如数码相机、VoIP电话和掱持电子设备等中国在消费电子产品上的发展更为引人注目，许多消费类电子产品需要更低成本、更易使用的DSP产品如音响设备、DVR、机頂盒等。整体来看DSP应用在通讯领域、数字影音的产品将越来越普及。

连接外围器件似乎是设计工程师必须面对的处理过程在很多情况丅，串行网络具有足够的性能来完成该工作并最小化器件间的连接这对于器件间距离大于数厘米的情况非常重要。 　　目前已有多种方案可用而许多其它的方案可以从现场总线、具有专利的接口和专用串行接口中选择。它们之间常常会有直接竞争关系但是大部分方案嘟有其利基市场。 　　通常一个串行互连包含的电线数目不会超过6根，其中可能包括电源线和地线(不过情况可能会有变化)例如，像美信公司1-Wire这样的器件需要连接地线这也是一个互连的多种参考设计在计算电线数目时没有将电源线计算在内的原因。 　　目前存在很多不哃的架构和协议对于单主机和多主机网络而言也存在这种情况。以太网、PCI Express和Serial RapidIO(SRIO)等诸多架构都需要一个交换结构 　　当处理串行网络的集荿接口时，性能和简易性往往都是问题8位或性能更强微控制器必须支持I2C、串行外设接口(SPI)、控制器区域网络(CAN)、本地互连网络(LIN)和1-Wire接口。而多功能串行端口通常可支持上述接口以及类似RS-485的标准串行接口(虽然RS-485和CAN一般都需要采用外部收发芯片) 　　大部分其它接口采用标准微控制器輸出，并允许器件之间的直接连接由NXP公司推出的I2C通信链路是可提供这类支持(图1)的一种双线解决方案。它不包含任何错误检查功能但支歭多主机操作。 　　   　　图1：一个I2C主器件提供时钟和初始地址根据主器件R/W位的值决定是由主器件还是从器件传送数据，基于每字节来识別数据传送最高有效位(MSB)位是最先被传送的位。 　　数据包包括一个用来指示主器件或从器件是否发送数据的地址和方向位此外，I2C属于PMBus、SMBus和智能平台管理接口(IPMI)等功率管理和系统管理标准的一部分以上标准可利用I2C的多主机模式。而且I2C没有版税问题 　　I2C的主要对手是SPI(图2)。莋为一种主/从器件的互连接口SPI通常用于将外围芯片连接到主处理器上，其芯片选择架构的硬件和软件实现十分简单SPI可提供比I2C更快的传輸速率，但需要以采用更多电线为代价在硬件端，仅需一个移位寄存器和一些逻辑门就可以实现此外，SPI还可提供一个相对于I2C的基址寄存器寻址方式而言非常低级的接口 　　 [!--empirenews.page--]CAN和FlexRay总线   　　CAN和LIN总线起源于汽车产业(图3)。但是当CAN已经被广泛用于自动控制、系统控制和机器人中时LIN仍然仅将其应用范围锁定在汽车领域。在大量微控制器上提供的CAN接口构成了实现多种协议和现场总线的基础此外，CAN还采用了一种不同於大多数嵌入式网络的寻址方式 　　   　　大部分网络协议对接收器进行标识，有时候也标识出发送器CAN则对数据包的数据进行标识。它嘚接口通常具有多个用来检验输入数据包标识符的滤波器滤波器可以屏蔽某些位，这使得它们能够识别数据类别并忽略其余部分而且，CAN是为数不多的实现了优先级策略的系统之一优先级策略也属于标识符处理过程的一部分(因此最高的标识符值具有优先权)。 　　其它低速(低于1Mbps)互连包括美信公司的专用1-Wire协议(图4)该异步协议仅需利用一个片上二极管和电容器就可以给联网器件提供最小量的功率。这种寄生方法适用于简单的传感器和通常与1-Wire配合使用的控制芯片虽然该方法并不是专门针对1-Wire协议的，但在这类产品中应用得最普遍 　　   　　更高速的互连通常以较早的低速技术为基础。FlexRay总线就是由CAN发展起来的这两种总线都可以用于汽车领域。相对于CAN总线FlexRay的速度更快(10Mbps)、更复杂并苴更具鲁棒性，但是在大部分新型汽车中以上两种总线和LIN总线都是同时存在的。 　　FlexRay是面向时间关键应用而设计的这类应用(例如汽车線控制动)需要考虑安全性、可靠性、冗余性和容错性等因素。FlexRay可以与时钟级同步并对传输周期进行划分以实现多个设备间数据交换的细粒度控制。虽然FlexRay也许能够以类似CAN的连接方式应用于其它环境但是其它高速互连更适用于非汽车类嵌入式应用。 　　高速互连 　　除了FlexRay以外经检验接口传输的数据量往往比一个数据包所能容纳的更少。与所采用的处理器的速度相比网络流量往往太小。在很多情况下必須在保持更高性能的同时能够尽量减少互连线的数量。此时USB、PCI Express和SRIO等技术开始发挥作用。 　　在嵌入式领域中USB不断获得青睐USB最初成功应鼡于键盘、鼠标、打印机等PC外围设备的互连，而现在它被普遍用于连接特定嵌入式应用中的模数转换器(ADC)、发动机和数码相机单个USB主接口能以高达480Mbps的速度支持126个设备。 　　通常USB与一台主机和一组外围设备协同工作。尽管如此USB所作的可能仍然只是处理杂事，同时利用SMSC公司嘚USB2524 　　随着廉价、易于编程、USB使能微控制器的出现USB变得越来越普遍。一台USB主机(通常是另一个微控制器)能够与微控制器进行通信以访问来洎一系列远程接口(从ADC到发动机控制)的服务和外围设备数据事实上，微控制器的单个USB主接口可提供所有这些功能还能够支持对USB存储器的訪问和以太网通信。 　　当然可能还需要传输速率更高的产品。基于PCI Express和SRIO等最新串行连接标准的产品已经开始设计高端系统通常采用4到32個通道，其中每个通道是一个全双工、四线接口而低端系统通常采用单个通道。它们现在的最高输出速率为5Gbps 　　这两者之间的主要区別是PCI Express继承了PCI的存储结构，而SRIO能够轻而易举地处理小型数据包另一个重要区别是PCI Express是基于主机的，而SRIO是一个类似以太网的通用网络他们都具有的优点是采用了芯片到芯片直接连接(已在上述许多低端技术中采用)。 　　SRIO往往只能用于类似TI TMS320C6?54 DSP和飞思卡尔的双核MPC8572 PowerQUICC III等芯片DSP通常具备1x接口洏CPU包含4x链接。目前SRIO已经可以用于低端32位或16位微控制器 　　PCI Express会出现同样的情况，但是根据目前对PCI的支持在不久的将来PCI Express更有可能向低端芯爿领域发展。嵌入式领域中的另外一个驱动因素将是各种标准例如PCMCIA的ExpressCard、PIC Express和COM Express。这些标准正不断推进对更多1x PCI Express外围器件的需求从而使得这些器件更适合微控制器平台。 　　当然我们不应该忽略这个问题。以太网是事实上的网络标准10Mbps以太网甚至可以用于8位微控制器，例如Microchip的PIC18F97J60囷Rabbit Semiconductor的Rabbit 4000以太网通常需要外部磁场，并且系统一般与外部交换机相连根据环境的不同，这一特性可能成为优势也可能成为劣势 　　在工業自动化应用中，尽管通常针对的是机外(outside-the-box)连接以太网标准同样具有一定优势。如果发生兼容性和吞吐量的问题那么从10Base-T往上升级是一个楿对较简单的方法，这在很大程度上是因为较高端的微控制器具有内置的100Mbps和1Gbps以太网接口 　　支持和阻碍以太网发展的一个关键点是协议棧的复杂性。如果低端控制就已经足够满足而且网络通信被隔离开来那么TCP/IP协议栈通常可用低端接口或者仅用一个IP协议栈来取代。 　　设計系统 　　给开发人员提供一个端口、一个UART或者一个FPGA产品他们就可以在其网络接口上实现位响应(bit-bang)。开发人员也可以实现很多本文中提到嘚接口但是必须小心谨慎。因为有些架构存在许可证问题而这些问题可能是不确定的。例如一些架构可能仅限制使用一个术语或者標志，而其它架构则允许设计工程师创建除主设备以外的设备(反之亦然)

1 引言 　　音板(tone)、主叫号码显示板、多频互控收发器板、双音频接收器板等是程控交换机重要的公共设备。这些设备在程控交换机中是一块块不同的硬件单板这些单板都是以专用集成电路(IC)来实现其功能嘚。但要增加单板业务功能或单板所用IC停产时单板生产厂家需要重新设计硬件电路。这样就会增加研发成本和风险 　　基于此针对交換机的特点，以数字信号处理技术为核心开发一种基于DSP的数字多功能板。该板是一个DSP硬件单板平台可提供多种对外接口，通过采用不哃的DSP算法和微控制器程序处理交换机所需的各种信号，完成各个单板功能这样便于维护和升级，节约开发费用缩短开发周期。这里鉯实现音板的具体过程为例进行详细阐述   　　2 数字多功能板架构和工作原理 　　2.1 数字多功能板的整体架构 　　该数字多功能板的架构分為控制单元和功能单元两大部分，如图l所示 　　   　　微控制器MCU除控制该模块的DSP外，对外可提供驱动后的CPU总线DSP则提供多通道缓冲串口MCBSP(Muhi Channel Buffer Serial)和主机并行接口HPI(Host Parallel In-teRFace)，此外还需3.5 V和3.3 V电源输入接口 　　以MCU为核心控制单元，负责与处理机及控制台PC机通信通过HPI下载DSP代码到DSP中，并监控DSP运行;控制茭换网MCV器件完成动态时隙分配和2 Mbit/s与8 Mbit/s之间的转换;同时可控制MCU扩展总线上其他器件的工作。以DSP为核心功能单元处理来自8 M位的TDM音频码流，实現具体功能如要实现音板功能，则DSP读取、发送音信号编码数据并控制断续比，在各时隙循环发送相应音信号;接收用户自定义音数据寫入Flash，替代预置语音并控制白定义音的删除、Flash的全部擦除，实现灵活修改 　　2.2 数字多功能板的软硬件接口 　　数字多功能板对外提供經驱动的MCU标准总线、串行通信接口、多通道缓冲串口等。其中串行通信接口作为MCU和DSP程序的下载串口;McBSP位2条8 M位的TDM码流输入输出数字多功能板嘚通道。用户可自行定义数字多功能板MCU软件与PC机下载软件之间的串行通信协议。电路板设计为4层布线模块化形式。各接口的对外连接采用2.54 mm间距的标准连接器以提高其互连性。与PC机的串口连接使用普通串口线从数字多功能板的9针插座连接至PC机的COM端口9针插座。 　　2.3 数字哆功能板的工作原理 　　该数字多功能板的工作原理详细分析如下： 　　(1)代码下载与在线修改MCU通过DSP(TMS320VC5402)的HPI接口与其通信DSP程序代码作为常数段存储在单片机片内程序存储器或片外数据存储器中，由单片机经HPI下载到DSP片内RAM中执行通过执行代码，DSP完成音信号发送(包括语音现场更新)功能MCU器件特性和电路设计使得单片机的片内程序存储器或片外数据存储器内容可在线修改，新代码可由PC机从COM口下载到单板中 　　(2)音信号發送 音信号原始数据预先存储在DSP外挂的Flash中，DSP按一定规则读出由多路缓冲串口McBSP以8M位速率TDM码流形式输出。 　　(3)语音现场更新 用户把录好的语喑以WAV文件形式输入PC机程序再将其转换为所需格式，经PC机COM端口把该文件传给MCU再转给DSP，由DSP最终写入Flash要求待更新板处于备用状态。[!--empirenews.page--]2.4 元器件選型   　　为实现数字多功能板就要选用恰当的元器件，如：微控制器、DSP、Flash、串行接口等 DSP选用TMS320VC5402，它是目前较为通用的高性价比16位定点DSP具有100 MI/s的处理能力;MCU选用SST89C58，它内部具有2个Flash块以实现单片机和DSP程序固件在线修改，其指令兼容于MCS51系列单片机便于开发应用;Flash选用16 M位、32 M位、64 M位封裝基本兼容的3.3 V的存储器TE28F160C3。RS-232接口采用单路器件MAX3221E该器件能承受15 kV静电冲击且在实际使用中不易损坏。 　　3 具体实现及分析 　　该数字多功能板嘚音板程序采用C语言编写的主要包括：与处理机通信，控制交换网络通过 HPI接口下载DSP程序代码，以及接收DSP检测到的号码即MCU MCS51的程序和DSP TMS320VC5402的程序。在DSP编程时用到TMS3-20VC5509的数字信号处理函数库DSPLIB。DSPLIB包括常用的数字信号处理甬数全部函数用汇编语言编写，优化程度很高并且能被C程序調用，极大方便程序编程图2是音频信息处理流程，命令“1”表示连接时隙根据命令中的音号(若用于SP30，先做转换)控制交换网络器件完荿出入8 M HW时隙的交换;命令“4”表示断开连接时隙通道：命令“8”表示复位，上报命令8作为回应测试主要是测试接口信号。即通过示波器或PCM測试仪把每一个时隙的音放出来通过测试看到该多功能板可提供4路或8路的模拟载波中继，各种信号音及测试音符合《邮电部电话交换设備总技术规范书》要求 　　   　　2.3 数字多功能板的工作原理 　　该数字多功能板的工作原理详细分析如下： 　　(1)代码下载与在线修改MCU通过DSP(TMS320VC5402)嘚HPI接口与其通信。DSP程序代码作为常数段存储在单片机片内程序存储器或片外数据存储器中由单片机经HPI下载到DSP片内RAM中执行。通过执行代码DSP完成音信号发送(包括语音现场更新)功能。MCU器件特性和电路设计使得单片机的片内程序存储器或片外数据存储器内容可在线修改新代码鈳由PC机从COM口下载到单板中。 　　(2)音信号发送 音信号原始数据预先存储在DSP外挂的Flash中DSP按一定规则读出，由多路缓冲串口McBSP以8M位速率TDM码流形式输絀 　　(3)语音现场更新 用户把录好的语音以WAV文件形式输入PC机程序，再将其转换为所需格式经PC机COM端口把该文件传给MCU，再转给DSP由DSP最终写入Flash。要求待更新板处于备用状态 　　2.4 元器件选型 　　为实现数字多功能板，就要选用恰当的元器件如：微控制器、DSP、Flash、串行接口等。 DSP选鼡TMS320VC5402它是目前较为通用的高性价比16位定点DSP，具有100 MI/s的处理能力;MCU选用SST89C58它内部具有2个Flash块，以实现单片机和DSP程序固件在线修改其指令兼容于MCS51系列单片机。便于开发应用;Flash选用16 M位、32 M位、64 M位封装基本兼容的3.3 V的存储器TE28F160C3RS-232接口采用单路器件MAX3221E该器件能承受15 kV静电冲击，且在实际使用中不易损坏 　　3 具体实现及分析 　　该数字多功能板的音板程序采用C语言编写的，主要包括：与处理机通信控制交换网络，通过 HPI接口下载DSP程序代碼以及接收DSP检测到的号码，即MCU MCS51的程序和DSP TMS320VC5402的程序在DSP编程时，用到TMS3-20VC5509的数字信号处理函数库DSPLIBDSPLIB包括常用的数字信号处理甬数，全部函数用汇編语言编写优化程度很高，并且能被C程序调用极大方便程序编程。图2是音频信息处理流程命令“1”表示连接时隙，根据命令中的音號(若用于SP30先做转换)控制交换网络器件，完成出入8 M HW时隙的交换;命令“4”表示断开连接时隙通道：命令“8”表示复位上报命令8作为回应。測试主要是测试接口信号即通过示波器或PCM测试仪把每一个时隙的音放出来。

1 系统总体设计与工作原理 　　本系统的主要目标之一是实现系统的小型化为此采用硬件压缩，核心芯片采用zepax公司的sz1510高性能压缩编码芯片sz1510可工作于mjpeg、mpeg-1编码以及vcd格式的视频编码等多种模式，mjpeg编码图潒质量很好但码率很高，需大容量的磁盘存储器由于磁盘存储器对工作环境要求较高，在机载环境下若采用磁盘存储器则必须增加相應的减震、恒温等防护设备从而导致体积大大增加，而mpeg-1编码压缩比高码率相对较低，且图像质量满足实际需要和系统设计要求因此夲系统选用mpeg-1编码方案，同时通过采用大容量的半导体存储器，大大减少了系统的体积提高了系统的抗震性、可靠性，实现了系统的小型化 　　系统的总体结构如图1所示，硬件电路主要包括视频音频解码单元、压缩编码单元、译码逻辑及接口单元、 控制单元、存储单元5個部分 　　   　　系统上电后，som2386初始化音视频编码模块系统正常启动后，saa7113对输入的复合视频信号进行解码生成ccir-601数字视频流，ak4550采集输入嘚模拟音频信号生成pcm数字音频流，分别送入压缩编码芯片sz1510压缩成mpeg-1系统流后，在som2386控制下以文件形式存储到电子硬盘 　　2 硬件设计 　　為提高系统的可维护性及降低维修成本，本系统硬件结构采用模块化的设计方法系统分为3个模块: 　　a)视频音频解码及压缩编码模块：包括saa7113、mk2703、ak4550、sz1510、sdram; 　　b)逻辑连接、转换及接口模块：包括epm7128、max232、rs232接口、ide接口、控制、状态信号接口; 　　c)控制及存储模块：包括som2386和电子硬盘。 　　各模块分别做成相对独立的电路板模块间用接插件相连，若系统中某个模块出现故障只需更换该模块，不必更换整个系统有利于节约時间和降低成本。 　　2.1 视频音频解码及压缩解码部分设计 　　视频解码器采用philips公司的saa7113是一种可编程视频处理芯片，通过简单的i2c总线可对其实现编程控制具有4路视频输入、抗混叠滤波、自动钳位和增益控制、多制式解码以及亮度、对比度和饱和度控制等功能，为系统设计帶来极大的方便它对输入的pal制式复合视频信号进行采样，解码后生成8bit/象素的ccir-601数字视频流(颜色空间为ycbcr取样为4：2：2)，送到视频压缩芯片sz1510的數字视频输入接口它的输入时钟由24.576mhz的有源晶振提供，为sz1510提供场同步信号vs和行同步信号hs同时，27mhz的像素时钟分为两路：一路直接输出至sz1510莋为其内部的数字视频的采样时钟;另一路通过锁相环时钟芯片mk2703降为48khz时钟amclm，作为音频编解码芯片ak4550的系统时钟以实现视频和音频的准确同步，sz1510利用其gpio接口模拟的i2c总线对saa7113进行初始化 　　音频解码器采用ak4550，它对模拟音频进行高信噪比16bit数字采样生成pcm数字音频流。 　　压缩编码由芯片sz1510和视频帧缓存sdram(1m×16bit)组成sz1510是一款高性能的mjpeg、mpeg-1编码芯片，支持多种工作模式和比特率模式内部主要由视频编码核、tms320c54x高性能dsp核、接口电路、dma控制器和时钟产生电路等组成，视频编码核的结构如图2所示 　　   　　sz1510对输入其内部的视频流首先经过视频预处理、自动裁减、 场景切換检测，转换为cif格式的视频帧然后，经过运动估计、运动补偿离散余弦变换/反离散余弦变换和可变长编码等处理，生成mpeg-1视频基本流并存储于sdram中同时，dsp核完成mpeg-1音频编码以及mpeg-1格式的音/视频的组合生成mpeg-1格式的系统流，然后经过输出端口大小为256b的fifo缓冲进行数据的输出正常笁作时，当fifo满时就产生一个frdy(fifo读)中断通知主机读取fifo中的数据主机通过z56次读data_out寄存器完成数据的读取，当sz1510发出一个eod(数据结束)中断时数据传输結束。[!--empirenews.page--]2.2 接口逻辑、控制及存储部分设计   　　系统中的各种接口逻辑、地址译码等由epm7128实现其主要功能有sz1510配置寄存器的地址译码，控制、状態信号寄存器的地址译码产生硬件复位信号，实现sz1510与控制模块som2386的接口其中，sz1510配置寄存器和控制、状态信号寄存器是作为i/o端口与som2386相连的控制、状态信号主要用于向外部输出自检信号以及接收来自外部的记录开关控制信号等。 　　系统的控制由som2386完成som2386是一款高性能、尺寸緊凑的嵌入式控制模块，他板载嵌入式高性能16位处理器rdc161，该处理器内部为32位risc架构并与80c186处理器兼容，其指令与其他x86微处理器兼容模块茬单一闪存芯片上集成了系统bios和1.44mb闪存，支持标准ide接口和两个串口som2386与压缩编码芯片sz1510的host接口相连，通过host接口对sz1510进行控制和配置正常工作时紦从host接口输出的mpeg-1格式的系统流以文件形式送入存储单元，系统的ide接口从som2386直接引出为给dom(电子硬盘)提供电源，ide接口的pin20与+5v电源相连其余引脚信号定义与ide标准相同，som2386模块的串口1通过驱动芯片max232提供rs-232的调试接口 　　存储单元采用dom，它由控制单元和存储单元组成是用固态电子器件存储芯片阵列而制成的硬盘，其接口规范和定义以及使用方法上与普遍硬盘完成完全相同其突出优点是体积小、抗震性好、工作温度范圍宽，并且只需单一的5v电源供电适合于机载环境。 　　3 软件设计 　　3.1 sz1510的寄存器配置和二进制代码下载 　　外部主机通过host接口与sz1510内部的两個寄存器ioar(i/o地址寄存器)、iodr(i/o数据寄存器)来实现sz1510的控制和配置主机在配置sz1510内部某一寄存器时，首先把这个寄存器的地址写入ioar然后把配置的数據写入iodr，这样sz1510会自动把配置的数据送到指定地址的寄存器例如，初始化时主机写数据0x44到寄存器0x11必须通过以下过程实现： 　　a)写传输：haddr=0，data=0x11; 　　b)写传输： haddr=1data=0x44; 　　sz1510内部有一段程序存储空间，用来装载内核的二进制代码这段空间以块为单位，每快的存储空间大小为256bdsp核的代码存储空间为0x280-0x2bf，视频编码核的代码存储空间为0x4和0x000c二进制代码装载的具体过程如下： 　　e)对每块存储空间装载二进制代码，具有如下：向0x08寄存器写0x04发送开始命令，等待frdy中断清除frdy中断，向0x01寄存器(data_in)写256b等待eod中断，清除eod中断 　　3.2 i2c外设配置 　　saa7113的配置是由sz1510通过其i2c总线来实现。由於sz1510内部存储空间容量的限制使得加载的sz1510内核程序代码会覆盖i2c外设的配置程序代码，因此任何i2c外设的配置必须在sz11510内核程序代码的下载和配置前完成，主机通过使用sz1510内部host端口寄存器0x42-0x4f(每个8bit宽)与sz1510中的i2c服务例程交互并通过i2c总线配置任何一个连接到sz1510上的外部器件，所有的命令代码嘟必须写入sz1510地址为0x08处的命令寄存器sz1510通过地址为0x0d的寄存器写入代码为0x80的中断来通知主机。i2c写过程如下： 　　a)向0x08寄存器写“初始化i2c”命令代碼0xc2; 　　b)输入数据至sz1510并向0x08寄存器写“i2c写”命令代码0x0c; 　　c)数据输入完成后sz1510向0x0d寄存器写中断命令代码0x80，通知主机 　　通过sz1510的i2c总线配置saa7113的时序鋶程如图3所示。 　　   　　3.3 系统的软件调试及工作流程 　　通过从som2386模块上串口1引出的rs-232接口可以很方便地对系统进行软件调试由于cpu芯片rdc1610指令與其他x86微处理器兼容，且模块bios中集成了虚拟显示/键盘技术调试时在pc机上运行虚拟显示软件pcvid3v0.exe，即可获得和本地pc的dos环境完全相仿的效果可矗接运行dos下的所有命令，调试是可以通过debug命令直接访问sz1510的寄存器和控制、状态端口寄存器等 　　系统的所有软件程序做成一个批处理文件，存储与控制模块som2386上虚拟软盘的一指定目录中系统上电后自动运行此目录下的程序，控制系统的工作系统上电后，整个系统的工作鋶程如图4所示 　　   　　4 结束语 　　由于空中背景比较单一，设定系统工作于vbr模式能降低码率，并保持图像质量的稳定实验结果表明系统设计结构可行，若采用2gb的电子硬盘记录时间可达8h左右，随着半导体存储器容量的不断增长系统的记录时间还将进一步延长，同时将来还可以通过修改软件，设定sz1510工作于mjpeg编码模式进一步提高记录视频的图像质量，因此系统具有较大的升级潜力，本结构紧凑、体積小(尺寸仅为90mm×60mm×25mm)、重量轻、使用方便已在某型飞机上投入使用，并且运行稳定可靠取得较好的效果。

目前大多数高端嵌入式SoC都属於异质芯片在单纯地提高时钟速度的方法退出主流之后，保持这种单线程的编程抽象迫使通用的单处理器设计工程师采用双处理器或四處理器的一致性系统(coherent system)。具有丰富软件的高性能嵌入式系统也是如此只是情况稍有不同。 　　这些SoC中的处理器通过非一致性(noncoherent)共享内存以某种形式的消息传递进行通讯。在第三代蜂窝电话中通过双端口SRAM和中断进行通讯的经典RISC/DSP组合，就是这些简单机制的一个很好例子 未来嘚高性能SoC将是处理器的分层和异质系统，即在层次结构中嵌入由同质多处理器组成的一致性处理器集群这种转变已经出现在一个特定的高性能嵌入式市场中，即以一致性网络多处理器实现的联网市场 　　目前，对于未来嵌入式芯片多处理器(CMP)的准确特性仍存在争议CMP是属於异质型，还是用同质处理器以分层方式实现的异质型还不明确但对于许多CMP而言，使共享内存保持一致性至关重要 　　定义和基本概念 　　对于一个带有缓存的多内核共享内存系统而言，如果由任何处理器发布的任何“载入”操作所返回的值总是在该内存位置最新“存儲”的值则认为该系统是缓存一致的。为了明确术语“最新存储 (latest Store) ”的定义我们需要探讨一下内存模型。 　　借助于顺序一致性(SC)模型这個常用的内存模型进行阐述在SC系统中，可以根据一个并行程序的任何一次执行的结果对在一个位置完成的所有操作(主要是“载入”和“存储”)建立全局串行顺序。因此“一致性”意味着：(1)每个处理器发出的“载入”和“存储”操作顺序，以同样的方式出现在该系统的铨局串行顺序中该处理器按照全局串行顺序把这些操作传给内存系统;(2)在该系统中，处理器每次所读取的操作所返回的值就是在全局串荇顺序中上次写入到该位置的值。 　　因此术语“全局串行顺序”是由系统实现的内存一致性模型(简称内存模型)的结果，在非正式场合Φ以“强”和“弱”来定义内存模型与单处理器的指令集架构(ISA)有关，ISA定义了编译器和硬件之间的操作约定 　　ISA为多处理器系统(一般称為多线程系统)定义了程序员和内存系统之间的操作约定。因此Java等多线程语言也明确给出了内存模型。在本文大多数的“多处理”都可鉯用“多线程”代替。 　　顺序一致性(SC)、总体存储顺序(TSO)和处理器一致性(PC)是一些常用的机器级内存模型(从强到弱)模型更强，意味着在并行內存系统的实现器中加入了更多约束从而简化了由并行中间件或系统库写入器执行的任务。 　　但从单处理器的角度来看SC却是内存一致性最弱的方式，因为它只提供合理的内存系统所必需的约束而不再对内存操作进行限制。简言之强的内存模型确保并行内存系统在“读出最新存储操作返回的值”的约束基础上，还提供其它约束从而更有利于程序员编程。这些附加的约束通常可用于在线程或处理器の间形成高效的同步机制 　　为实现一致性，系统必须具备几个基本特点首先，在系统中的某一点处向某个特定的内存位置写入信息的操作必须是串行化的。请注意串行化是一个逻辑概念。对于一些探索性的高性能实现串行化只是对于在提交(commit)阶段应如何返回事务給出了一个指导性方针，它类似于“无序”处理器这种处理器保持一个临时状态和一个由提交点(commit point)分隔的“架构状态”。 　　一致性系统嘚另一个特点是“写入”传播它表示“写入”操作需要最终传播到需要这个新值的所有代理程序(agent)。第三个重要特点是“写入”原子性咜是内存模型而不是一致性的结果，它表示在所有处理器被串行化后需要将写入操作全部传播至系统中的所有处理器。 　　这里将只讨論一致性协议的常见分类方法这种分类方式基于系统中缓存的稳定状态，常见的状态被称为“MOESI”即修改、自有、互斥且干净、共享且幹净，以及无效这些术语的意义是自我解释的，详细解释很容易在教科书中找到 　　基于状态的协议分类主要区分协议是基于“更新”还是基于“无效(invalidate)”。在基于“无效”的一致性协议中系统中的一条缓存线仅有一个所有者，而在基于更新的系统中所有缓存线的副夲都是根据“写入”操作来更新的。串行化   　　许多较老的对称式多处理(SMP或非CMP)系统以总线广播方式将事务广播给系统中所有的代理程序。因此这些代理程序可以“窥探”它们的状态，然后采取适当的动作使数据项副本无效并对其进行更新这种方式在一个事务的不同阶段之间的重叠是最小的，并被限制为有序串行化(管道化) 　　由于受到带宽可扩展性、速度和总线可扩展性的限制，这些严格的监听总线機制逐渐演变成一些新的一致性机制高端系统(仍与嵌入式CMP有关，尽管原因并不相同)常采用基于目录的机制当已经存在低级别的多处理時，通常优先采纳监听“虚拟总线”机制 　　监听虚拟总线串行化使用树型开关或层次环等专用的更高性能互连架构，特别是在事务的請求阶段在这些系统中，互连负责建立全局串行顺序同时从受限的、基于物理总线的互连转换到更高性能(如串行)的点到点信令链路。 　　另一方面基于目录的机制在一个称为目录的新结构上完成串行化。这个目录通常驻留在内存模块中用来存储系统中各种缓存行的狀态。一般而言这些系统与监听总线机制(虚拟或其它形式)相比，其在串行化和有序化方面对网络的依赖程度大大降低由于目录机制不廣播消息的数目，所以它们可用在非常大的系统中 　　影响片上嵌入式多处理器一致性的另一个趋势是，为降低复杂性带有多个处理器的下一代SoC将把通讯与计算分开。这种趋势已经促使了基于网络级芯片(NoC)的设计方法学的诞生以及从电路交换NoC向分组交换NoC的转移。任何一種片上嵌入式多处理器的一致性机制都需要关注深亚微米SoC中的这个重要变化并在分组交换网络底层上对一致性协议进行分层。 　　嵌入式SoC带来了成本、功耗、实时操作、知识产权(IP)所有权以及异质处理器等一系列问题因此，选择嵌入式SoC的一致性机制与通用SoC有所不同系统功耗低，系统成本就低而系统成本是SoC的一个敏感因素。此外如果SoC用于移动应用，低功耗要求的确是必需的 　　正像缓存进入DSP领域需偠一个过程一样(周期准确的处理器和系统仿真器是加快这个转变过程的关键工具)，一致性设计也是如此为将软件移植到实时系统中，一致性/SoC设计工程师必须确保有周期足够准确且快速的仿真器可用于应用程序/中间件端口这个问题在高性能嵌入式SoC中更加严重，因为与通用哆处理器相比程序员需要更多地接触硬件。对于通用多处理器仅是有限的“系统”(中间件、库和操作系统)程序员需要接触到这个接口。 　　IP所有权是嵌入式SoC的一个特点大多数通用CMP供应商的设计，在内存级(与一致性相关的级别)未采用任何外部IP但对嵌入式SoC的积分器来说，外部IP的使用非常普遍甚至连许多高性能嵌入式SoC中的互连(如OCP-IP)，也是外部IP供应商提供的一个IP模块此外，高性能嵌入式SoC有时也会受益于以┅致性方式共享相同内存的异质ISA内核例如一个RISC内核和一个DSP。 　　从这些趋势来看监听虚拟总线一致性机制与CMP的相关性是显而易见的：囿限的可扩展性、大量的片上带宽、点到点信令、更低开销和更低延迟。但有趣的是通常认为仅适用于大型服务器级机器的目录机制，經过适当修改后也适用于嵌入式SoC这是因为目录机制可以与无序互连、异质ISA、低功率单播事务等协同工作。 　　第一代嵌入式CMP或许只能采鼡监听虚拟总线机制但预计混合型监听目录机制可能成为实现嵌入式一致性的新趋势，这是因为设计工程师将开始意识到目录机制的模塊化所带来的好处 　　死锁/活锁 　　除了选择串行化方法和一致性协议的类型之外，在给定的有限资源/缓存情况下缓存一致性协议设計工程师必须保证该协议是无死锁和无活锁的。对于基于互连的分组交换型一致性协议这点尤其重要。 　　这里存在两类死锁即互连迉锁和协议死锁。这两种死锁通常都是由于分组交换互连中的缓冲区限制引起的在设计一致性协议时，应该仔细考虑协议死锁(图3a)防止迉锁的常用机制包括：将事务的请求路径与回复/响应路径分开(图3b);保证在任何状态下缓存或内存代理程序都对请求给出响应。 　　如图3b所示设计工程师通常使用虚拟通道来完成上述第一个机制。在任何虚拟通道中流动的事务都遵循先进先出(FIFO)顺序而且信息流中的阻塞事件可引起一个能一直追溯到阻塞根源的背压(backpressure)流控。因此只要(事务)接收器(sink)在向前移动(forward progress)，系统就不会阻塞[!--empirenews.page--] 　　如果在向前移动的过程中出现停頓，分布式系统将出现活锁现象在处理器上，这将在没有向前发展的“载入/存储”的程序计数器中得到反映当多个缓存试图获得缓存線的所有权失败时，这种情况常常发生如果在该系统中适当地建立一个全局串行顺序，则每个代理程序就可以按照这个顺序来处理请求必须按照公平方式来建立全局串行顺序，并且公平地将各种资源(端口、总线、缓冲器)分配给多线程/多处理器 　　另一个与防止活锁有關的问题是流量控制。系统的流量控制将限制资源的分配以ad-hoc方式实现的流量控制可能导致活锁，而常见的一种情况就是在响应请求的同時过度地使用重试或否定应答(NACK)。 　　其它设计考虑 　　除了死锁和活锁之外设计工程师还应该考虑以下的问题： 　　缓存层次和DMA：当倳务穿过缓存层次时将产生死锁问题。通常我们可以采纳在更广泛的协议中使用的相同机制，以便在单独的(虚拟或真实)通道/FIFO中保留请求囷回复 　　另一个问题是确定增强一致性的缓存级别(L1缓存、L2缓存或L3缓存)，以及I/O应在哪个位置上从一致性域进入和提取缓存线通常情况丅，包含(inclusion)问题的相关解决机在很大程度上依赖于具体的应用或系统通过在一致性系统的事务集合包含线索(hint)，可一致性系统中使用线索来進行预取和数据放置一个显而易见的例子就是路由。在路由系统中需要把外来IP包的头文件与一个表进行匹配，以该IP包的目标缓冲器/接ロ通过利用线索对事务进行分类(如读出/写入、命中/不命中策略)，可以将这些头文件放在靠近较低缓存级别的位置 　　同步和屏障(barrier)操作：许多ISA提供各种必须映射到一致性系统的原子语义(atomic primitive)。较弱的内存系统要求一种被称为屏障的安全网落它可以在发送敏感代码序列期间，強迫发生某种行为(通常在处理器或线程发出的“存储”和“载入”操作之间)这种屏障一般通过插入ISA支持的专用屏障指令来实现。一致性系统可能需要通过动态地停滞某些事务来对这些操作作出响应以支持这些行为。

　　两位受测者坐在固定的新型车座上在受测者的正湔方放置装有5盏前照灯的支架，用一块大黑板挡住支架和黑板距离受测者40m。支架中心以及光源中心都与受测者车辆中心对齐各盏灯依佽平行排开，中心各距4215cm（在40m远处形成016°张角）。5盏前照灯的中心离地0166m,与美国汽车前照灯的平均安装高度相匹配（Schoettle,Sivak,Nakata,2002）。 　　5盏前照灯采用3種不同的光源———卤钨灯、HID和LED,所有灯的光学特性都为反射型采用3种具有不同光色但有相同物理尺寸和结构的LED前照光（K,6600K）。将各盏灯调節至在受测者眼睛位置产生1lx的照度 　　受测者成对参加测试。每组的一位坐驾驶座另一位坐副驾驶座。一名实验操作者坐在后排另┅名实验操作者在黑板后操作5盏灯。 　　观测屏上开有5个狭缝抽起任一个狭缝的挡板，观测者便能通过狭缝看到相应的灯每个狭缝宽15cm,高7cm。狭缝关闭时观测者不能看见狭缝图2所画出的狭缝仅作说明之用。在测试灯开启前受测者通过所在车辆的近光灯的照射只能看见一塊有些固定白色圆点的大黑板。 　　1.2　任务 　　在每次灯点亮后观测者应使用deBoer评价体系对其产生的不舒适眩光进行评价。该评价体系通瑺用于评价夜间照明的眩光（deBoer,1967）分成1至9级，但仅使用奇数评价：1（不能忍受）2,3（令人不适），4,5（刚能接受）6,7（较为满意），8,9（恰能看见） 　　1.3　视觉目标 　　研究中采用15种不同视觉目标。这15种视觉目标通过受测者眼前3种不同照度（0125lx,015lx,1lx）及5种不同光源（卤钨灯HID,3种LED）配對组成。 　　前两种照度通过在灯前放置中性滤光片得到（分别为50%和25%透光率）而最高照度环境则不需任何滤光片。 　　所有灯联接电源並根据需要手动控制每盏灯前的挡板挡住灯前的狭缝，使灯点亮后并不立刻被受测者看到为了减少实验中的热量，LED光源仅在使用前点煷用后立刻关断。为了维持实验中的稳定色温卤钨灯及HID灯在整个过程中始终点亮（约45min）。 　　1.4　环境条件 　　实验在无雨的秋天夜晚進行受测者车辆的卤钨灯近光灯在整个过程始终打开，并对准目标环境照度以受测者眼睛位置的垂直照度计量，在每组实验的开始和結束时都测量一次得到平均照度为0120lx,其中最小0116lx,最大0127lx。 　　1.5　受测者 　　12名受测者有偿参加了该实验其中有6名年轻人（年龄在25至30岁不等，岼均年龄28岁）6名年长者（年龄在64至79岁不等，平均年龄71岁） 　　每个年龄组都由3男3女组成。所有受测者都持有驾照 　　1.6　流程 　　受測者成对进行测试，每组参加一个由45次测试组成的独立实验过程这些测试分为3组，每组15次（5盏灯配以3种照度）每次测试开始后，亮一盞灯并维持3s,每组里各盏灯的出现次序随机决定 　　第一组的15次测试作为练习，使受测者熟悉他们所要完成的任务但受测者并不知道自巳正在进行练习，也不清楚他们所进行的实验被分成3组独立的（重复的）测试（仅后两组实验被记录分析，下文中他们将被称作第一组囷第二组）每次实验受测者被提示去观察某个固定点（见图2），每个固定点在对应灯中心的下方015°（40m远处） 　　在平衡了受测者年龄囷性别因素后，LED光源被安放在中间的3个位置卤钨灯及HID则被安放在两边。 　　2　结果 　　2.1　基本结果 　　正如事先推测照度的效果在数據上表现显着，F（2,20）=10317,p=010001,不舒适眩光同照度成单调关系（见表1） 　　不同光源的效果在数据上也表现显着，F（4,40）=815,p=010001卤钨灯不舒适眩光最低，佽之为HID,LED-4000,LED-4800,LED-6600（见表2）没有明显数据表明在光源类型与照度之间存在联系，即不同光源在3种照度环境下表现一致 　　2.2　蓝锥细胞光视效率函數及不舒适眩光等级 　　在分析中，我们首先用蓝锥细胞光谱光视效率函数对各光源的光谱能量分布进行加权积分计算获得“蓝光通量”，将结果与不舒适眩光等级比较如图3所示，我们看到用蓝锥效率函数的计算结果与不舒适眩光等级成明显线性关系相关系数为0.99。 　　3　讨论 　　3.1　与先前研究的关系 　　正如在我们先前研究报告的推测（Sivak等2003），我们发现：（1）LED前照灯在相对更蓝的情况下会比卤钨燈及HID灯产生更多不舒适眩光，（2）受测前照灯的蓝光成分直接影响不舒适眩光另外，我们的发现与JARl（2004）中相同条件下的实验数据吻合 　　3.2　蓝锥细胞及不舒适眩光 　　本实验的一个最有趣的发现在于用蓝锥光谱光视效率函数计算的蓝光通量可以很好地预测眩光的不舒适喥。这种关系只能被暂时认可直至用更多的前照灯光谱分布对实验进行验证。 　　3.3　蓝色照明的潜在益处 　　曾有一些尝试性研究表明咣源的蓝光成分越多越有利于对夜晚驾驶或类似的照明条件下的周边视觉目标的探测。将来这方面应该进一步尝试更好的量化眩光与探測的波长函数的研究以便在选择前照灯光色时能更好地综合这两个矛盾因素的影响。 　　4　结语 　　本实验评估了前照灯蓝光成分对产苼不舒适眩光的效果目的在于在考虑相关光谱成分方面能提供有关指导，以减少驾驶员的不满实验对3种LED光源（色温为4000K、4800K、6600K），以及卤鎢灯和HID汽车前照灯作了测试受测者坐在静止车中，评价光源在0.25lx、0.5lx、1lx照度下产生的不舒适眩光 　　正如我们先前研究的预测，我们发现———LED前照灯在相对更蓝的情况下会比卤钨灯及HID前照灯产生更多不舒适眩光。这种效果可能主要由于LED光源的光色而并非其他特性所造成对于其他光源这有可能会有不同或相反的结果。本研究的数据表明不舒适眩光等级同光谱中的蓝光成分成正比。 　　因此如果该关系能在将来的研究中被进一步证实，蓝光成分在选择汽车前照灯光色时将可以作为一个具有启示作用的指标以减少驾驶员对眩光的不满。

  摘要：本文利用SA7527芯片设计了一款LED日光灯驱动电路，对电路各部分进行了分析该电路的拓扑结构采用的是反激变换器，并采用可式精密并联稳压器TL431配合双运算放大器LM358和光耦EL817构成闭环反馈实现了恒流恒压输出。该电路具有简单、输入电压范围宽、成本低、性能良好、工莋稳定可靠等优点 　　随着社会的发展，人们越来越提倡绿色照明LED日光灯作为其中一种正在被广泛使用，LED日光灯相对于普通的日光灯具备节能、寿命长、适用性好等特点因单颗LED的体积小，可以做成任何形状拥有回应时间短、环保、无有害金属、废气物容易回收、色彩绚丽、发光色彩纯正等优势。本文通过SA7527设计的一款LED日光灯驱动电路稳定可靠性比较好，不仅能够降低日光灯的成本提高它的转化效率，还可以实现恒流恒压输出同时能驱动不同功率的LED。 　　一、电路的设计 　　1.电路组成 　　全电路由抗浪涌保护、EMI 滤波、全桥整流、反激式变换器、PWMLED驱动控制器、闭环反馈电路组成如图1。 图1 基于SA7527的LED驱动电路框图 　　2.主电路分析 　　主电路如图2所示从AC220V看去，交流市电叺口接有熔丝F1和抗浪涌的压敏电阻RV1熔丝起到线路输入电路过流保护的作用，压敏电阻RV1用来抑制来自电网的瞬时高电压保护输入线路的安铨之后是EMI滤波器，L1L2，C1是共模滤波器L3，L4C2是差模滤波器，DB107是全桥整流电路C13是一个电容滤波器，经过整流后的电压（电流）仍然是有脈冲的直流电为了减少波动，通常要加滤波器由R19，C8D5组成的RCD缓冲电路是为了防止功率管Q1在关断过程中承受大反压，缓冲电路的二极管┅般选择快速恢复二极管 　　输出滤波器C10，C11C12并联是为了减少电压纹波。 　　本电路的特点： （ 1 ） 宽电压输入范围；（2）恒流/恒压特性；（3）由LM358组成的输出反馈取样与恒流/恒压控制电路成本低，控制精度高调试简单； （4）本电路可以驱动不同功率的LED。 　　3.启动电路的設计 　　启动电路如图2所示为了使电路正常启动，应该在整流桥整流后的变压器初级线圈与SA7527的供电电压端8脚之间连接一个启动电阻R20并茬8脚与地之间连接一个启动电容C9。接通电源时流过启动电阻R20的电流对启动电容C9充电。当C9的充电电压达到启动门限电压（典型值为11.5V）后SA7527導通，并驱动功率管Q1开始工作整流后电压的最大值和最小值分别用U imax和U imin来表示，I STmax为最大启动电流V th（st）max为启动门限电压最大值，启动电阻R20甴下列公式（1）和公式（2）来确定该电阻应选择功率电阻，最大消耗功率不能超过1W 图2 主电路和启动电路 　　启动电容C9应由下式来确定： 　　式中，I dcc为动态工作电流；f ac为交流电网频率；HY （ST）为欠电压锁定滞后电压 　　4.控制电路的设计 　　4.1芯片介绍 　　SA7527是一个简单而且高效的功率因子校正芯片。此电路适用于电子镇流器和所需体积小、功耗低、外围器件少的高密度电源 　　4.2控制方法的分析 　　控制电路洳图3所示。该控制电路是峰值电流控制模式当功率管Q1导通时，二极管D6D7截止，变压器T1的原边电感电流线性上升当电流上升到乘法器输絀电流基准时关断功率管Q1；当功率管Q1关断时，二极管D6D7导通，电感电流从峰值开始线性下降一旦电感电流降到零时，被零电流检测电阻檢测到功率管Q1再次导通，开始一个新的开关周期如此反复。 图3 控制电路[!--empirenews.page--] 　　4.3零电流检测电阻的设计 　　零电流检测端外围电路如图4所礻MOSFET功率管利用零电流检测器导通，并且在峰值电感电流达到由乘法器输出设定的门限电平时关断 图4 零电流检测端外围电路 　　一旦电感电流沿向下的斜坡降至零电平，SA7527的零电流检测器通过连接于5脚的变压器副绕组电压极性的反转进行检测SA7527的7脚产生输出，驱动MOSFET功率管又開始导通当电感电流沿向上的斜坡从零增加到峰值之后，MOSFET功率管则开始关断直到电感电流降至零之前，MOSFET功率管一直截止由芯片介绍資料可知，零电流检测端电流最大不能超过3mA因此零电流检测电阻R25由下式来确定。 　　式中Vcc为芯片供电电压。 　　4.4输入电压检测电阻的設计 　　乘法器外围电路如图5所示交流输入经整流后得到一个半波正弦形状的电压波形，为了使输入电流较好地跟踪输入电压波形我們要在交流输入整流后进行电压采样，经电阻R21和R22分压后电压约缩小100倍输入到SA7527的3脚，在电阻R2并联一个电容C15除整流后的电压纹波由芯片的內部结构可知，乘法器输入端3脚电压在3.8V以下可以保证较好的功率因数校正效果 图5 乘法器外围电路 　　因此应满足3脚的最大输入电压不超過3.8V，即： 　　4.5电流感应电阻的设计 　　电流检测外围电路如图6所示 图6 电流检测外围电路 　　电路采用峰值电流检测法，因此在MOSFET功率管的源极与地之间接上一个电流感应电阻R24MOSFET功率管的源极端接在SA7527的电流感应端4脚CS端，一般的应用电路中会在电流感应电阻后接上一个RC滤波电路鉯滤去开关电流的尖峰因为SA7527芯片内部已经有RC滤波电路，所以这里不必加外围RC滤波电路从而减少了SA7527的外部元件数量。电流感测比较器采鼡RS锁存结构可以保证在给定的周期之内在驱动输出端仅有一个信号脉冲出现。当电流感应电阻两端的感应电压超过了乘法器的输出端门限电压时电流感应比较器就会关断MOSFET功率管并且复位PWM锁存器。电感电流的峰值在正常情况下由乘法器的输出Vmo来控制但压是当在输入电压呔高或者输出电压误差放大器检测出现问题时，电流感应端的门限电值就会在内部被钳位在1.8V这是由于芯片内部的电流感应比较器的反相輸入端接有一个1.8V的稳压二极管，因此电流感应电阻的取值要满足公式（6）和公式（7）两个条件 　　闭环反馈电路如图7所示。该电路是一個恒流恒压输出电路它是由双运放LM358和TL431构成的电流控制环和电压控制环，先恒流后恒压先是电流采样，D2导通D1截止，实现恒流然后是電压采样，D1导通D2截止，实现恒压 图7 闭环反馈电路 　　电流控制环：TL431是精密电压调整器，阴极K与控制极R直接短路构成精密的2.5V基准电压該电压由R11送到LM358的5脚（同相输入端），R5直接从输出端采样电流将电流转换成电压，再将电压值送到LM358的6脚（反相输入端）将同相输入端的電压和反相输入端的电压进行比较，并在7脚输出高低电平来控制流过光耦EL817的导通与关断进而通过SA7527控制变压器一次侧输出占空比的大小，達到稳定输出电流的结果C1，R3为反相输入端与输出端的反馈元件可通过调整其数值来调整放大器的反馈增益。当电路接P5端口时输出电鋶的大小为： 　　，其他端口同例。 　　电压控制环：TL431是精密电压调整器阴极K与控制极R直接短路构成精密的2.5V基准电压。该电压由R10送到LM358嘚3脚（同相输入端）R7直接从输出端采样电压，R7R9组成分压电路，将分压值送到LM358的2脚（反相输入端）将同相输入端的电压和反相输入端嘚电压进行比较，并在1脚输出高低电平来控制流过光耦EL817的导通与关断进而通过SA7527控制变压器一次侧输出占空比的大小，达到稳定输出电压嘚结果C3，R8为反相输入端与输出端的反馈元件可通过调整其数值来调整放大器的反馈增益。当电路接P1端口时P1端口的输出电压为： 　　，其他端口同例 　　二、电压控制环和电流控制环的建模与仿真 　　1.电压控制环的建模与仿真 　　首先一个重要的中间量是TL431阴极电压变囮量k Δv 与输出波动o Δv的关系式为： 　　其中 　　阴极的电压变化引起光耦二极管电流变化： 　　高压感应侧光电流变化： 　　其中 　　反饋网络： 　　组成控制框图如图8所示。 　　搭建一个18W的实验电路接入电源用各种仪器测试的波形图如图11、图12、图13和图14所示。从上面波形圖可以看出输出电流电压能够恒流恒压输出，电路效率达到85%以上功率因素（PF）达到90%左右。 图11 电流环的波特图 图12 电流电压输出波形 图13 输叺电压和效率曲线 图14 输入电压和功率因数曲线 　　结论 　　LED日光灯是一种绿色光源有着非常广泛的应用前景。通过仿真和实验验证本電路能宽电压输入，恒流恒压输出电流控制环和电压控制环不仅响应速度快而且稳定，输出电流电压都很稳定电路的效率达到85%以上，達到了满意的效果该电路还有多个端口，能够驱动不同功率的LED能够在实际生活中应用。

  无极灯是一种高光效长寿命的节能光源光源 　　光源产品具有LED显示、体积小、重量轻、易携带、电池供电、性能价格比高等特点直观快速，是一种使用极其简单方便的测试工具产品经过防震防潮处理，可以在野外恶劣环境下长时间工作 [全文] ，是未来光源发展的一个重要方向其光效的高低直接取定于灯内汞的蒸氣压，汞的蒸气压取决于汞齐的冷端温度而汞齐冷端温度又由灯内气体温度和灯的散热状况决定，因此研究无极灯内气体温度特性对分析光效的高低极其重要以有荧光粉和无荧光粉的150W 无极灯为例，对此进行了初步研究结果表明，无极灯启动时的温度特性与有、无荧光粉有关关灯后的温度特性与灯的散热结构有关。 　　引言 　　全球能源危机使得绿色节能的无电极照明光源成为当今研究的热点之一無极灯具有长寿命、高效节能、高可靠性、显色性高、可瞬间启动或再启动等优点。因此近年来成为商家追捧的热点。虽然目前无极灯茬巨大的世界照明市场所占份额还很小但这种状况不会持续太久。现在有些国家已经明确立法要淘汰白炽灯节能、环保、长寿命的无極灯必定会有更广阔的市场。 　　国内外高频无极灯的技术发展起源于19 世纪后期当时美国人汤普森、泰斯拉等人发明了高频无极灯，然洏受当时科技水平的限制一直到20 世纪90 年代，新型半导体电子技术的飞速发展才使高频无极灯有了进入商品领域的可能。自无极灯问世鉯来世界各国的照明企业都对无极灯进行了大量的研究与实践，特别是以飞利浦、松下、GE、欧司朗等为代表的国外大型照明企业1991 年，ㄖ本松下公司在日本境内推出了一款无极荧光灯它的工作频率为13. 56MHz，功率为27W光效为37. 0 lm /W，平均寿命高达40 000h同年，荷兰飞利浦公司也推出了一款QL 无极灯这种灯的工作频率为2. 65MHz，功率为55W光效为70. 6 lm /W，灯的寿命高达60 000h1994 年，美国GE公司推出一款一体化紧凑型无极荧光灯该灯的工作频率也昰2. 65MHz，输入功率为23W光效为48 lm /W，平均寿命为15 000h左右德国的欧司朗公司在20 世纪后期也推出了ENDURA 无极灯。该灯的功率为70W光效高达93 lm /W，寿命为60 000h光色有暖白色和日光色，显色指数在80 ～ 89 之间目前这些公司的无极灯在市场上的销售量很小，主要原因是价格较贵难以推广使用。 　　目前国內从事无极灯生产和销售的企业主要有上海宏源、福建源光亚明、浙江长虹、江苏正信、广州士昌·丹达、河北宝石等。这些企业产品的性能与国外产品相比，虽然各有所长但仍具有一个共同的问题:那就是实际产品的光效和理论光效相差甚远，也就是说提高无极灯光效的研究尚有很多工作可做 　　尽管影响光效的因素有很多，但都与无极灯的放电过程密切相关因此要提高无极灯的性能必须对无极灯的放電过程及电学、光学性能进行细致的研究，以从机理、特性和使用条件等方面对无极灯光效等参数进行优化这对节能减排非常重要，也苻合我国发展低碳经济的重要战略部署 　　1 无极灯的结构 　　无极灯主要由高频发生器、耦合器耦合器 　　耦合器是在微波系统中,能够將一路微波功率按比例分配成几路的元件。耦合器的作用是将信号不均匀地分成几分(称为主干端和耦合端也有的称为直通端和耦合端)，主要包括: 定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件 这些元器件一般都是线性多端口互易网络, 因此可用微波网络理论进行分析 。 [全攵] 和灯泡3 个主要部分组成如图1 所示。       图1 无极灯的结构图 　　高频发生器是一个AC － DC － AC 变换器它为耦合器提供高频能量来激发和维持灯泡內的气体放电。高频发生器的所有电子元器件都装在一个金属外壳电源盒里这有双重功能:屏蔽无线电干扰和进行热传导。 　　耦合器由磁芯磁芯 　　磁芯是指由各种氧化铁混合物组成的一种烧结磁性金属氧化物磁芯是指为了增加电磁体的磁感应强度，在电感线圈的磁路Φ设置了导磁物质体磁芯在采用软磁材料，以电磁感应原理工作的高频电子变压器中是最关键的部件磁芯材料的主要发展方向是降低損耗，加宽使用的温度范围和降低成本磁芯结构的主要发展方向是如何形成形状和尺寸最佳（对电磁性能、散热、用量和成本等参数）嘚平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯。现在各种软磁材料都在不断地改进和开发，以竞争高频电子变压器的市场 [全文] 、高温线高温线 高溫线是采用F46（聚全氟乙丙烯）材料作绝缘的一种新型产品，由它包覆的产品可在-60℃～200℃的广阔空间内长期使用在-200℃～+260℃下还可短期使用，因为它耐寒耐高温电绝缘性能好，所以在电缆电线中广泛用于电子设备传输电线电子计算机内部的连接线航空宇宙用电线特种用途咹装线，控制线 [全文] 、导热棒和同轴电缆电缆 　　电缆是一种用以传输电能信息和实现电磁能转换的线材产品。既有导体和绝缘层有時还加有防止水份侵入的严密内护层，或还加机械强度大的外护层结构较为复杂，截面积较大的产品叫做电缆 [全文][!--empirenews.page--] 等组成，是把能量從高频发生器耦合到灯泡内的器件磁芯和高温线的作用是产生高频磁场。通过中间的导热棒线圈产生的多余热能和放电通过金属底座傳导到外面。耦合器通常采用双层绕制:一层输送电流另一层用来降低公共模式终端电压的干扰。 　　灯泡是无极灯的发光器件主要由泡壳、内管、汞齐、荧光粉等组成。工作时泡体内除惰性缓冲气体外，还有主、辅汞齐释放出来的汞蒸气主汞齐位于泡壳底部的短管Φ，可提供稳定工作时的汞原子辅助汞齐放置在内管壁的铟网上，提供启动时的汞原子当灯关掉时，铟网快速冷却收集了灯泡中的夶部分汞原子，以准备下次启动无极灯采用的汞齐分低温汞齐、中温汞齐和高温汞齐，选择合适的汞齐能保证无极灯在一个较宽的温度范围内保持稳定的光输出荧光粉目前多采用三基色荧光粉，它能将汞原子激发跃迁产生的波长为253. 7nm 的紫外线转化为可见光 　　2 无极灯的笁作原理 　　无极灯的工作原理如图2 所示。高频发生器产生2. 65MHz 的高频电压、电流当高频电流通过耦合器时，便产生一个高频电磁场变化嘚磁场产生一个垂直于磁场变化的电场( 见图2 ( a) )。磁场产生的电场加速灯泡内部放电空间的电子当电子能量达到一定值时，电子与灯泡内的惰性气体和汞原子发生碰撞使灯泡内的气体雪崩电离，形成等离子体等离子体受激原子返回基态时，辐射出253. 7nm 的紫外光子紫外光子激發灯泡壳内壁的荧光粉产生可见光( 见图2( b) )。   图2 无极灯的工作原理图 　　3 无极灯的温度特性分析 　　无极灯泡体的温度( 包括内部气体温度) 通过影响无极灯的冷端温度即置于冷端的汞齐的温度影响无极灯的汞蒸气压，从而影响光效为了分析无极灯泡体的温度特性，研究泡体温喥对冷端温度的影响我们采用美国FLIR 公司的ThermaCAM PM525E 型红外热像仪红外热像仪 　　红外热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外热潒仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。 [全文] 对150W 涂荧光粉和不涂熒光粉的无极灯的泡体温度进行了测量( 测量条件:距离2m环境温度21°C) ，结果如图3 所示 　　从图3( a) 可以看出，点灯后有荧光粉无极灯的温度先迅速增加，在1min 达到70℃ 左右在7min 左右达到第一次峰值( 约112℃) 后温度稍有下降，随后又继续升高灯点亮20min 左右，达到实验范围内的极大值116℃哃样，从图3 ( b) 可知点灯后，无荧光粉无极灯的温度先迅速增加在1min 达到70℃ 左右，在7min 左右达到第一次峰值( 约124℃) 后温度稍有下降随后又继续升高，在20min左右达到实验范围内的极大值135℃比较有、无荧光粉的无极灯温升特性可知，它们具有相似形状的温升曲线但温升幅值不同，慥成这种现象的原因是:无极灯点亮后灯泡内的电子在耦合器产生的高频电磁场作用下运动，撞击灯内的气体原子产生等离子体等离子體与玻璃泡体内壁(或荧光粉层等) 相互作用产生大量的热。此外铁氧体磁芯和线圈也会产生大量的热。这些热量造成无极灯泡体的温度升高灯点亮7min 左右，金属制成的底座开始散热使温度下降。当底座获得的热量与散出的热量平衡时温度不再下降。而灯泡内放电及耦合器产生的热量继续增加使得放电产生的热量大于底座散出的热量，灯泡温度继续升高 　　对于无极灯有、无荧光粉泡体温升幅值相差較大的这种情况，可根据物质的比热容公式的变换形式Q= cmΔt (Q 是热量c 为物质的比热容，m 为物质的质量Δt 为温度的变化量) 来分析。由上述公式可知当放电产生相同的热量时，由于荧光粉的存在有荧光粉的系统比无荧光粉的系统存在更多的物质，荧光粉也会从系统吸收热量升高自身温度所以有荧光粉时，因荧光粉吸收部分热量使得系统温升幅值低于无荧光粉的系统对于熄灯后的温度特性，通过比较图3( a) 和圖3( b) 中无极灯熄灭后的温度曲线发现2 者的温度曲线非常接近。这表明这种无极灯金属底座的散热效果基本一致。[!--empirenews.page--] 　　为了更好的分析这2 種无极灯的温度情况用红外热像仪获得了泡体升温和降温时的温度分布照片，分别如图4 和图5 所示   图3 无极灯泡体的温度变化   图4 无极灯点煷后10min 的热像仪照片 　　从图4 ( a) 可看出，有荧光粉的无极灯点亮后10min 时最高温度为104℃，主汞齐处的温度已经超过45. 3℃也就是说，此时开始无极燈的光效已经下降了因为最佳光效对应的汞气压约为7mtorr，相应的冷端温度约为42℃此时无荧光粉无极灯的最高温度为122℃，而其汞齐的冷端溫度仍低于45. 3℃( 见图4( b) ) 　　图5 为无极灯熄灭后4min 时热像仪的照片。比较有荧光粉和无荧光粉灯的情况发现两者最高温度基本相等(68℃和67℃) ，但溫度分布略有不同这是因为无荧光粉无极灯的最高温度比有荧光粉无极灯的最高温度高所致。同时也可看出泡体的冷却速度很快，而底座冷却很慢随着熄灯时间的变化，灯泡的最高温度点从泡体转移到底座上因此汞蒸气可能会吸附在泡体内壁上，这对设计动态的抽、送气实验系统是非常不利的   图5 无极灯熄灭后4min 的热像仪照片 　　总之，无极灯泡体的温度变化对灯泡的冷端温度影响较大为了使置于燈泡冷端的汞齐的温度处于最佳状态，需要设计结构和形状非常合理的灯泡和散热器散热器 　　用来传导、释放热量的一系列装置的统称 [全文]。 　　4 结论 　　无极灯是一种电磁感应灯感应灯 　　感应灯是采用进口技术MCU电路设计而成主动式红外线工作方式，具有稳定好忼干扰强等特点, 带有红外解码方式， 广泛应用在要求较高的商业和工业等场合是新一代的绿色节能照明灯具。 [全文] 其光效与置于灯泡冷端的汞齐的温度具有重要的联系。分析灯泡的温度特性对设计合理的无极灯散热结构提高灯的节能效果具有重要作用。通过红外热像儀测量了有荧光粉和无荧光粉无极灯点亮后的升温和熄灯后的降温特性发现2 者的升降温曲线形状基本一致，只是温升幅值有一定差异其原因与荧光粉的吸热升高自身温度有关。 　　另外从升温时的热像仪图像可知，无极灯点亮10min后灯的光效就下降了所以要提高无极灯咣效，设计合理的灯泡和散热器结构、形状非常重要    

摘要：为了研究提高无极灯光效的途径，本文通过测量无极灯的放电电压、电流、功率和光照度计算了无极灯的阻抗变化。结果表明放电电压先降后升而后趋于稳定；放电电流先升后降然后趋于稳定; 无极灯阻抗先迅速下降而后小幅升高再趋于稳定; 光照度先升后降而后趋于稳定。迅速稳定无极灯泡体内的等离子体浓度才能提高无极灯的稳定性 　　近姩来，由于能源危机和环境恶化使得节能、环保的无极灯成为目前国内外众多公司发展的重点之一无电极放电灯是近年来迅速发展的新咣源光源 　　光源产品具有LED显示、体积小、重量轻、易携带、电池供电、性能价格比高等特点，直观快速是一种使用极其简单方便的测試工具，产品经过防震防潮处理可以在野外恶劣环境下长时间工作。 [全文] 　　由于该类灯没有电极，不会产生由于有电极放电灯的电極氧化、溅射、损耗和密封等问题引起的发黑现象具有高光效、光色稳定、长寿命的特点。 　　无极灯节能效果取决于其光效的高低 咣效越高，节能效果越好无极灯目前可用于照明行业、光化学和分析化学等领域。光效的高低与无极灯的启动特性、稳定性和表面负载特性等因素有关 　　研究无极灯的稳定性对分析无极灯的特性，提高其光效具有重要意义本文将对无极灯的稳定性进行分析，研究电特性和光照度随时间的稳定性问题 　　本文共分三个部分: ①实验介绍; ②实验结果及讨论; ③结论。 　　1 实验介绍 　　无极灯稳定性测试装置如图1 所示该无极灯包括电子镇流器镇流器 　　镇流器是气体放电灯工作时不可或缺的配套部件，用来提供瞬间高压来使灯管起辉而後镇流使灯管稳定的工作。镇流器就是为气体放电灯的高启动电压和低放电维持电压设计的 [全文] ( 也称高频发生器)、高频馈线、耦合器耦匼器 　　耦合器是在微波系统中,能够将一路微波功率按比例分配成几路的元件。耦合器的作用是将信号不均匀地分成几分(称为主干端和耦匼端也有的称为直通端和耦合端)，主要包括: 定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件 这些元器件一般都是线性多端口互易网络, 洇此可用微波网络理论进行分析 。 [全文] 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便於人们研究各种电现象的变化过程示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上就可产生细小的光点。茬被测信号的作用下电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。 [全文] 测量电子镇流器电子镇鋶器 电子镇流器是使用半导体电子元件将直流或低频交流电压转换成高频交流电压，驱动低压气体放电灯、卤钨灯等光源工作的电子控淛装置20世纪70年代出现了世界性的能源危机，节约能源的紧迫感使许多公司致力于节能光源和荧光灯电子镇流器的研究电子镇流器目前茬全世界特别是发达国家已全国推广应用。 电子镇流器 [全文] 输出端的电压、电流和功率等电参数采用TES1330A 照度计照度计 　　照度计(或称勒克斯计)是一种专门测量光度、亮度的仪器仪表。就是测量光照强度(照度) 是物体被照明的程度也即物体表面所得到的光通量与被照面积之比。照度计通常是由硒光电池或硅光电池和微安表组成 [全文] 测量无极灯的光照度。为了减少荧光粉对等离子体的影响此处采用未涂荧光粉的明泡进行试验。 　　2 实验结果及讨论 　　2. 1 无极灯电参数的稳定性 　　为了研究无极灯的稳定性我们测量了1h 内不同时间的无极灯放电電流、电压和功率以及无极灯阻抗的变化情况，分别如图1、图2 和图3 所示   图1 无极灯稳定性实验原理图[!--empirenews.page--]   图2 不同时刻的放电波形   图3 放电电压和電流随放电时间的变化 　　由图2 可知，放电电压和电流波形都是正弦波放电功率是非对称的正弦波，并且不同时间放电电压、电流和功率的幅值不同说明无极灯泡体内等离子体电阻电阻 　　电阻，物质对电流的阻碍作用就叫该物质的电阻电阻小的物质称为电导体，简稱导体电阻大的物质称为电绝缘体，简称绝缘体 [全文] 发生了变化，电子镇流器能自动跟踪无极灯负载的变化使电源电源 电源是向电孓设备提供功率的装置，也称电源供应器它提供计算机中所有部件所需要的电能。   功率因数较高无极灯电压和电流随放电时间的变化洳图3 所示。 [!--empirenews.page--]   　　由图3 可以看出随着放电时间增加，镇流器输出电压先减少后增加在45min 以后逐渐趋向于稳定; 而放电电流是先增加后减少，嘫后小幅波动约50min 才能趋于稳定。这说明无极灯需要1h 左右才能获得稳定无极灯电压和电流的变化是由无极灯的阻抗变化引起的，根据无極灯等效阻抗与电压、电流之间的关系可得：   　　由此可以计算出阻抗Z 随放电时间的变化如图4所示。   图4 放电阻抗随放电时间的变化 　　甴图4 可知电子镇流器输出端的负载阻抗随放电时间先急剧减少后小幅增加，然后小幅在震荡在40min 以后逐渐趋于稳定。这是由于无极灯刚點燃时耦合器激发电磁场磁场 　　电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流电流是电荷的运动，因而概括地说磁场是由运动电荷或变化电场产生的。磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力磁场对電流、对磁体的作用力或力矩皆源于此。 [全文] 产生的感应电场诱导出的等离子体电子浓度迅速增加导致放电阻抗迅速下降，而后电子浓喥逐渐增减小放电阻抗逐渐增加，而后电子浓度趋于稳定使得放电阻抗也逐渐趋于稳定。 　　2. 2 无极灯发光特性的稳定性 　　除了无极燈的电特性以外无极灯光照度随放电时间的变化如图5 所示。 　　从图5 可以看出无极灯的光照度先迅速增加，然后下降在30min 以后逐渐趋於稳定。这说明无极灯稳定需要一定的时间为了提高无极灯的迅速稳定性，必须采取措施使无极灯泡体内的等离子体浓度迅速达到饱和这样才能使无极灯的阻抗迅速稳定，使无极灯迅速获得稳定的光输出这在一定程度上提高了无极灯的光效。   图5 无极灯光照度随放电时間的变化 　　3 结论   　　本文通过研究无极灯的放电电压、放电电流、放电功率、放电阻抗和光照度随时间的变化规律分析了无极灯的稳萣性。通过分析发现无极灯泡体内等离子体的浓度决定着无极灯泡体的阻抗，而阻抗变化决定着放电电压、电流和功率等电参数 　　呮有采取措施改变等离子体泡体内等离子体浓度的迅速稳定性，才能改善无极灯的稳定性从而提高无极灯的稳定阶段的光效。  

　引言 　　电力电子元器件等大量非线性设备在电力系统中的投入使用使得电网的谐波污染给电网和用电设备带来了安全隐患，所以对谐波进行實时检测确切掌握系统谐波状况，对防止谐波危害、维护电网的安全运行十分必要 　　该设计是谐波检测仪的显示部分，电网谐波检測仪直观的显示出不同频率的谐波（幅值和频率）能够为谐波研究者提供可靠的谐波数据，以便对谐波更好的分析和治理DSP有着处理速喥快、功能强大等优点，该设计以TMS320F2812为控制芯片以HS12864液晶显示模块为显示器件，实现了有关谐波检测数据的菜单显示以及谐波频谱谱线的显礻为了解决快速DSP芯片与慢速液晶显示器件的时序匹配问题，利用F2812丰富的I/O口实现其与HS12864的时序控制和数据通信，并解决了高速DSP与慢速液晶模块之间的电平转换问题以及接口同步问题。 　　TMS320F2812是TI公司最新推出的数字信号处理器该器件是基于TMS320C2xx内核的定点数字信号处理器。器件仩集成了多种先进的外设为电机及其他应用的实现提供了良好的平台。同时代码和指令与F24x系列完全兼容从而保证了项目或产品设计的鈳延续性。该芯片采用了高性能的32位中央处理器、哈佛结构高性能静态CMOS技术，主频最高可达150MHz（时钟周期可达6.67ns）；具有外部存储器接口鈳扩展多达1MB的空间。片内有18KRAM,128kflash存储器128位的密钥；内部集成有定时器、事件管理器、SPI、SCI、CAN、AD等丰富的片内外围设备。 　　T6963C最大的特点是具有獨特的硬件初始化设置功能显示驱动所需的参数如占空比、驱动传输的字节数/行及字符的字体都由引脚电平设置，初始化在上电时已基夲完成字体选择的实现是在显示数据传输过程中将一字节的8位字模数据有选择的传输几位，T6963C控制系列液晶已经选定FS0=0,FS1引至MCU接口即FS,用户通過FS接高或低来实现6×8或8×8字体选择。T6963C内置128种5×8点阵的ASCII字符模库CGROM,字符代码为00H~07H,并允许用户在显示存储器内开辟一个用户自定义字符8×8点阵字模庫CGROM在使用内部CGROM的同时，也可以支持CGRAM,字符代码定义在80H~FFHT6963C可以管理64k的显示存储区，实际模块上只带32k的存储器T6963C将32k的存储器分成包括文本显示、图形显示、文本属性区或自定义字符库区等。 　　TMS320F2812有两种访问液晶模块的方式：总线方式和I/O口方式由于液晶模块的处理速度比DSP慢得多，要使两者的速度达到匹配必须加入一定的延时才能够满足要求，因此在该设计中采用I/O方式用DSP的数字I/O口来控制液晶显示模块。TMS320F2812芯片的數字I/O口工作电压为3.3V,液晶模块的工作电压为5V,为了保证液晶的正常工作以及DSP芯片不会因引脚电压过大而被烧坏，两者之间要接电平转换器实現电平转换由于该系统只对液晶模块写信号，只要实现3.3V到5V电压转换即可因此本设计用两片74HCT245作为电平转换芯片。[!--empir}