低功耗設(shè)計論文精選(九篇)

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第1篇：低功耗設(shè)計論文范文

關(guān)鍵詞：MSP430單片機 低功耗 硬件設(shè)計

1.設(shè)計的意義

本次設(shè)計的溫度采集報警系統(tǒng)是一種能夠長期自動工作的設(shè)備，它使用的電源為電池也可為充電電池，因此其功耗的大小直接決定了其使用的時間的長短。而且一般情況下這類系統(tǒng)的工作環(huán)境都比較惡劣，因此，對該系統(tǒng)進行低功耗設(shè)計不僅便于延長使用壽命，便與安裝、管理與維護，而且由于該系統(tǒng)具有其他無人值守自動設(shè)備相似的特點，對該系統(tǒng)進行低功耗設(shè)計的方式方法可以應(yīng)用到其他設(shè)計中，這具有非常重要的社會效益和經(jīng)濟效益。本設(shè)計的應(yīng)用性比較強，如稍加改裝可做實驗室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)、倉儲溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)等。

2.系統(tǒng)的設(shè)計

2.1總體設(shè)計方案

本系統(tǒng)對溫度數(shù)據(jù)進行采集，溫度傳感器通過某種關(guān)系的換算，就可以得到溫度與輸出電壓的關(guān)系，單片機通過模擬口采集得到傳感器輸出電壓，通過設(shè)置的參考電壓就可以得到傳感器的輸入帶電壓，再通過一定關(guān)系的轉(zhuǎn)換就獲得溫度參數(shù)，將得到的溫度參數(shù)進行分析后進行相應(yīng)的處理，比如顯示或者報警。另外系統(tǒng)通過鍵盤輸入來完成對報警溫度的上、下限設(shè)置；通過顯示電路將得到的數(shù)據(jù)顯示出來；當溫度超過上限和下限的時候，系統(tǒng)進行報警，報警通過驅(qū)動一個蜂鳴器來實現(xiàn)。

本設(shè)計的系統(tǒng)硬件部分主要包括CPU處理模塊、傳感器采集模塊、鍵盤輸入模塊、電源及復(fù)位模塊[1]、報警模塊[2]、顯示模塊[3]以及串口通信模塊等。整個系統(tǒng)的原理框圖如圖2-1所示：

2.2設(shè)計的基本思路

2.2.1系統(tǒng)的低功耗設(shè)計

一個單片機系統(tǒng)的功耗受多因素的影響，主要有系統(tǒng)的技術(shù)指標，芯片和元器件的選擇，及系統(tǒng)的工作方式等。本次設(shè)計的溫度采集報警系統(tǒng)是作為工業(yè)用表，故采用干電池或鋰電池供電，而電池的容量有限，因此本系統(tǒng)的功耗問題成為設(shè)計的重點問題。具體設(shè)計方案如下：

（1）選擇低功耗的CPU

在一個系統(tǒng)中CPU是核心控制部分，主要工作均由其完成。其能耗也是整個系統(tǒng)中最大的一部分。目前51系列單片機[4]技術(shù)成熟，且其功能強大，性價比高。但相對MSP430單片機來說51系列的接口功能有限，外設(shè)電路較復(fù)雜，尤其是其功耗較大（功耗是MSP430系列的3倍左右），所以51系列不適合用在低功耗系統(tǒng)中。因此，本系統(tǒng)選用TI公司的MSP430F149型16位單片機[5]，該單片機的功能十分強大、開發(fā)方便而且其功耗極低是市場上倍受好評、應(yīng)用最多的一類低功耗單片機。

（2）選擇低的供電電壓[6]

在單片機控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的功耗往往和電源電壓的大小成一定比例關(guān)系，電源電壓高，系統(tǒng)的功耗相應(yīng)的也會增大，因此在功耗要求比較嚴格的低功耗溫度采集報警系統(tǒng)中，在保證功能的前提下，盡量選擇低的電源電壓。本系統(tǒng)中選用三節(jié)干電池4.5V供電。

（3）選擇低功耗器件

除選用低功耗的CPU外，其余器件也應(yīng)為低功耗型，如選用 COMS器件，它最大的優(yōu)點是微功耗（靜態(tài)功耗幾乎為零），其次是輸出邏輯電平范圍大，因而抗干擾能力強，所以 COMS 器件是低功耗電路和便攜式儀器的最佳搭檔。同時器件參數(shù)也應(yīng)低功耗。本系統(tǒng)中用的元器件都具有低壓供電、低功耗的性能。如MAX6613型溫度傳感器[7] [8]。

（4）系統(tǒng)低功耗的運行管理

在軟件編程時選用合適的工作模式，合理利用單片機提供的閑置、掉電工作方式，盡量避免循環(huán)、查詢、動態(tài)掃描等工作方式；對電路中的其它用電模塊進行電源管理，即根據(jù)工作需要才接通相應(yīng)模塊的電源。

2.2.2 系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計

目前， 許多智能儀表均使用微機（包括單片機）作為控制系統(tǒng)。在使用時，不可避免地會受到電磁干擾。電磁干擾不但會降低儀表的使用精度， 而且常常使系統(tǒng)失靈或死機。因此， 抗干擾設(shè)計[7]是智能儀表設(shè)計的重要部分。本系統(tǒng)中抗干擾設(shè)計從兩方面來考慮，一是在硬件設(shè)計上采取適當?shù)拇胧﹣硪种坪拖蓴_， 例如合理的屏蔽、隔離、濾波、接地、布線等。另一方面是從系統(tǒng)軟件設(shè)計上采取一定措施來提高系統(tǒng)的抗干擾能力， 即使系統(tǒng)受到干擾， 也能自動地快速恢復(fù)正常工作。

3.總結(jié)及展望

溫度的測量控制廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活中，特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中具有舉足重輕的作用。結(jié)合超低功耗技術(shù)，本文運用多種技術(shù)手段，包括電子電路技術(shù)，溫度傳感器技術(shù)，數(shù)據(jù)采集技術(shù)，單片機控制技術(shù)及數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，綜合采用電子、控制等多方面的知識設(shè)計了低功耗溫度采集報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)以MAX6613溫度傳感器為溫度采集器，MSP430F149單片機為主控芯片，實現(xiàn)溫度的自動采集報警。本設(shè)計僅是對低功耗溫度采集報警系統(tǒng)的一個探索性方案，經(jīng)開發(fā)還可以在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)遠程操控的溫度采集報警系統(tǒng)或其他系統(tǒng)等，具有很大的開發(fā)潛力。

參考文獻：

[1]秦龍.MSP430單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實例[M].北京：中國電力出版社，2005：119～141.

[2]王巍，蔣大明.基于MSP430F449單片機的超溫報警系統(tǒng)[J].中國科技信息，2006（3）：10、12.

[3]楊凌志，張愛玲.單片機的鍵盤顯示系統(tǒng)[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用，2004，17（7）：14～15.

[4]毛謙敏.單片機原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].國防工業(yè)出版社，2005，

125～149.

[5]秦建民，曾小平.MSP430F149單片機在便攜式智能儀器中的應(yīng)用[J].微計算機信息，2002，18（12）：43～44.

[6]胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機[M].北京航空航天大學(xué)出社，2001.

第2篇：低功耗設(shè)計論文范文

關(guān)鍵詞：觸發(fā)器；電路設(shè)計；低功耗；性能優(yōu)化

中圖分類號：TN783文獻標識碼：B

文章編號：1004373X(2008)2001005

Analysis and Comparison of Performance and Energy of Flip-flop

ZHANG Xuan，ZHANG Minxuan,LI Shaoqing

(School of Computer Science,National University of Defense Technology,Changsha,410073,China)

Abstract：The development of flip-flop′s performance and energy plays animportant part in the design of total circuit,In order to design the circuit of high performance and low energy,it seems very important to make an optimization of flip-flop's performance and energy.This paper describes all kinds of parameters of flip-flop,analyses and compares some typical flip-flops,makes a comparison of several low-energy flip-flops referred in correlative paper and makes a prospect for flip-flops.It makes a matting for reasonable utilizing flip-flop existed in the standard cell and developing flip-flop of higher performance.

Keywords：flip-flop;circuit design;low energy;performance optimization

1 引 言

時序邏輯電路由存儲電路和組合邏輯電路構(gòu)成，存儲部件保持系統(tǒng)的狀態(tài)，組合邏輯電路負責計算時序邏輯電路的下一狀態(tài)及電路輸出。觸發(fā)器作為一種存儲電路，在數(shù)字電路系統(tǒng)中起著重要作用。

依據(jù)不同的標準，觸發(fā)器可以劃分為多種不同類型。從采樣的頻率進行劃分，觸發(fā)器可分為主從觸發(fā)器和脈沖觸發(fā)器；從時鐘控制位置的角度進行劃分觸發(fā)器可分為動態(tài)觸發(fā)器和靜態(tài)觸發(fā)器；從時鐘信號的多少角度進行劃分觸發(fā)器可分為單時鐘電平和多時鐘電平觸發(fā)器；從時鐘的采樣邊沿的多少的角度進行劃分觸發(fā)器可分為單邊沿觸發(fā)器和雙邊沿觸發(fā)器。

隨著VLSI技術(shù)的不斷進步，數(shù)字系統(tǒng)的運行速度和功耗要求不斷提高，對觸發(fā)器性能參數(shù)的要求也更為苛刻,要求觸發(fā)器應(yīng)該具有低功耗、短延時、較少的晶體管數(shù)目，較大的噪聲容限和比較強的抗干擾性等特征，這些要求中，對延時和功耗的要求尤為重要。

本文從主從觸發(fā)器和脈沖觸發(fā)器的角度，闡述各種觸發(fā)器的性能，并對一些典型的觸發(fā)器進行分析和比較,對有關(guān)論文中提出的幾種低功耗的觸發(fā)器進行介紹。為以后選擇使用寄存器和寄存器的優(yōu)化工作做一定的理論鋪墊。

2 觸發(fā)器性能參數(shù)及幾種典型觸發(fā)器的介紹

2.1 時間參數(shù)

描述觸發(fā)器的主要時間參數(shù)有建立時間，保持時間以及時鐘到輸出的延遲。時鐘到輸出的延時是指時鐘跳變沿到輸入數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷敵龅难訒r；建立時間是指時鐘跳變之前數(shù)據(jù)必須有效的時間；保持時間是在時鐘跳變之后數(shù)據(jù)必須仍然有效的時間。如果數(shù)據(jù)建立時間太接近時間有效邊沿，觸發(fā)器將會失真，T為時鐘周期,必須大于等于最差的時鐘到輸出的延時的總和。

T>=TCLK-Q+TSETUP+TLOGIC+TSKEW（1）

其中，TCLK-Q為觸發(fā)器的傳播延時；TSETUP為觸發(fā)器的建立時間；TLOGIC為最大的組合CLK邏輯的延時；TSKEW為時鐘的相對的時間偏移，如圖1所示。

2.2 功耗參數(shù)

觸發(fā)器的功耗由4部分組成：短路電流功耗，亞域漏流功耗，開關(guān)過程功耗，靜態(tài)功耗。電壓越低時,短路功耗的消耗就越少；電壓越高，亞域漏流功耗越少。但是隨著電壓的增高，短路功耗的增加的程度比亞域漏流功耗減少的程度要大；對于開關(guān)功耗，當轉(zhuǎn)換頻率一定時，電壓越高，消耗的功耗越高；在觸發(fā)器中靜態(tài)功耗相對比較小，可以忽略。所以，總的來說降低電壓能減少功耗。

上面的描述可以用下式表示：把energy-per-transition定義為單個時鐘周期觸發(fā)器的能量消耗。ai－j是從狀態(tài)轉(zhuǎn)換概率；ei－j是狀態(tài)轉(zhuǎn)換消耗的能量；功耗可以通過公式表示為:

E=a0－0*e0－0+a0－1*e0－1+

a1－0*e1－0+a1－1*e1－1（2）

從上式分析可以看出，可以分別通過改變a和e來降低功耗。改變a的措施有減少觸發(fā)器的節(jié)點的冗余跳變，改變e的措施有降低電壓、減少電路節(jié)點電容以及縮減晶體管的大小。

2.3 主從觸發(fā)器

主從觸發(fā)器由2個鎖存器組成,前一級鎖存器在低（高）電平時將輸入傳至輸出,后一級鎖存器在高（低）電平時將輸入傳至輸出。典型的主從觸發(fā)器有傳輸門觸發(fā)器（TGFF）,帶門控的傳輸門觸發(fā)器（GTGFF），真單向觸發(fā)器（TSPC）和對時鐘偏差不敏感的觸發(fā)器（C2mos,MC2mos）等。TGFF的輸入信號通過反向器隔離加強，它是功耗、噪聲容限、速度的最好折衷，用傳輸門實現(xiàn)主從觸發(fā)器是很好的選擇。GTGFF是在TGFF的基礎(chǔ)上在主站加1個內(nèi)部時鐘控制門得來的，因為有了時鐘控制門，GTGFF的功耗相對于TGFF要小些。內(nèi)部時鐘控制門減少功耗的關(guān)鍵在于內(nèi)部時鐘門邏輯和時鐘功耗開銷的折衷與平衡。TSPC避免了因時鐘偏差引起的各種問題，只用單相位時鐘來實現(xiàn)主從拓撲結(jié)構(gòu)，使電路不產(chǎn)生競爭，單相位時鐘觸發(fā)器對局部時鐘偏差不敏感，其動態(tài)實現(xiàn)導(dǎo)致高開關(guān)頻率和低時鐘負載， TSPC邊沿觸發(fā)器依賴于足夠陡直的時鐘斜率以限制觸發(fā)器的透明時間（例如保持時間，在透明時間輸入可以直接傳到輸出），其上升時間必須仔細優(yōu)化。兩相設(shè)計會引起競爭問題，但也可以采用C2MOS這樣的電路技術(shù)來消除，C2MOS觸發(fā)器是把傳輸門鎖存器中連接到頂端PMOS和底端NMOS晶體管的連線去掉而得到的；偽靜態(tài)C2MOS 觸發(fā)器是在動態(tài)C2MOS 觸發(fā)器中主從鎖存器的輸出端分別添加一個弱C2MOS 反饋而得到的；MC2MOS是通過C2MOS改進而來，它的低功耗的反饋保證了它的全靜態(tài)操作。 PowerPC603觸發(fā)器，如圖2所示，使用傳輸門結(jié)構(gòu)，有比較快的上拉能力，反饋傳輸門用一個鐘控反相器替換，powerpc603電路結(jié)構(gòu),是傳輸門觸發(fā)器（TGMS flip-flop）和MC2mos的組合。

2.4 脈沖觸發(fā)器

脈沖觸發(fā)器也是雙站的觸發(fā)器，第一站是脈沖產(chǎn)生器，第2站是一個鎖存器。

圖3所示是半動態(tài)觸發(fā)器SDFF的原理圖，前端是動態(tài)的，產(chǎn)生一個時鐘脈沖，觸發(fā)后端一個靜態(tài)的鎖存器，當CP為0時，X為1，脈沖觸發(fā)器需要在電平無效的時候，把X點預(yù)充為高電平。當CP為1，CP的信號還沒有傳到與非門時，S點還是打開的，如果此時D為1，X的值就可傳出去。當3個反向器的時間過去后，CP的新值傳到與非門上，S關(guān)斷，D的值就傳不出去，這就是一個取值脈沖?；旌湘i存的觸發(fā)器（HLFF），在結(jié)構(gòu)上與SDFF相似，有一個靜態(tài)的脈沖產(chǎn)生器，此電路的建立時間可以為負，所以寄存器本身的延時很短，但是其在上升沿附近輸出可以有多次翻轉(zhuǎn)，因此不應(yīng)使用這一寄存器的輸出來驅(qū)動動態(tài)邏輯或作為其他寄存器的時鐘。靈敏放大器（MSAFF）是一個完全不同的脈沖觸發(fā)器，它在需要高性能或者傳送低擺幅的時候使用，它可能成為未來發(fā)展的方向之一。

主從觸發(fā)器相對脈沖觸發(fā)器來說有較好的內(nèi)部抗競爭能力，消耗較低的功耗，但是其他參數(shù)都高于脈沖觸發(fā)器。

3 比 較

在電路和系統(tǒng)級對觸發(fā)器的延時和功耗進行優(yōu)化,對觸發(fā)器性能的提高有極其重要的作用。本文研究了幾種典型觸發(fā)器的性能，圖4［1］是對各種典型觸發(fā)器功耗的比較，該圖顯示了主從觸發(fā)器比脈沖觸發(fā)器消耗更少的能量，TGFF是消耗功耗最少的觸發(fā)器，在低能量的設(shè)計中，它是最好的選擇，它的功耗延時積比較小，TGFF是和帶內(nèi)部時鐘門觸發(fā)器比較的標準。圖5［2］是對各種觸發(fā)器毛刺功耗的比較，由于采樣時間短，脈沖觸發(fā)器消耗的毛刺功耗最??；而當主站是透明時，主從觸發(fā)器對毛刺非常敏感；時鐘門電路要消耗很大的毛刺功耗，這是因為時鐘門邏輯不斷地比較輸入與輸出，它忽略了時鐘沿的跳變，傳播毛刺（時鐘的毛刺不影響觸發(fā)器的時序競爭的抗干擾性，時鐘的滯后問題是產(chǎn)生競爭的原因，解決時序競爭的辦法就是采用比較高的電壓）。圖6［3］是對幾種典型觸發(fā)器跳變概率的功耗延時積的比較，它顯示了在高跳變概率的電路中，SDFF和MSAFF擁有最好的功耗延時積，雖然它們的功耗延時積很好，但是在設(shè)計中更傾向于使用TGFF，因為TGFF的內(nèi)部競爭力很好，很適合在有時鐘滯后的大規(guī)模的電路設(shè)計中使用。（在很多的低功耗設(shè)計中，觸發(fā)器很少處在關(guān)鍵路徑上，當建立時間沒有包含在觸發(fā)器的延時中時，觸發(fā)器的EDP的排序就會改變）。相對于主從觸發(fā)器，脈沖觸發(fā)器有更小的延時，這是因為它的建立時間很小，有的甚至為負，這使得脈沖觸發(fā)器的競爭力比較好。帶有內(nèi)部時鐘控制門的脈沖觸發(fā)器和沒有內(nèi)部時鐘控制門的脈沖觸發(fā)器相比，競爭能力（race immunity）不太好。帶有內(nèi)部時鐘門的主從觸發(fā)器和沒有內(nèi)部時鐘門的主從觸發(fā)器相比，競爭能力比較好。例如：GTGFF和TGFF相比有更好的競爭能力，而這是以增加延時為代價的。

通過對各種觸發(fā)器進行比較，考慮到結(jié)構(gòu)、可靠性、管子數(shù)目，以功耗延時積作為重要指標，可以知道傳輸門觸發(fā)器（TGMS）和PowerPC603觸發(fā)器是功耗延時性能最好的全靜態(tài)觸發(fā)器，并且它們在功耗延時空間覆蓋了相對較寬的范圍，PowerPC603和傳輸門觸發(fā)器具有最優(yōu)的功耗延時積；在追求高速時可考慮脈沖觸發(fā)器，例如HLFF和SDFF，SDFF因為建立時間短而成為最快的觸發(fā)器，但是它們消耗了可觀的功耗，約為傳輸門觸發(fā)器（TGMS）的2倍。而真單向TSPC和動態(tài)傳輸門觸發(fā)器在性能上和SDFF差不多，在功耗上與傳輸門觸發(fā)器差不多，但是它們的內(nèi)部結(jié)點X對于漏電流和其他噪聲來源很敏感，可靠性不高，在調(diào)試模式下容易出錯。

同時也有研究表明PowerPC603和HLFF的PDP值差不多，但是HLFF比PowerPC603更快。此電路的建立時間可以為負，所以寄存器本身的延時很短，但是其在上升沿附近輸出可以有多次翻轉(zhuǎn)，因此不應(yīng)使用這一寄存器的輸出來驅(qū)動動態(tài)邏輯或作為其他寄存器的時鐘。

PowerPC603和C2MOS具有最好的低功耗設(shè)計的風(fēng)格，SAFF可能是未來設(shè)計的主流，雖然SAFF在輸出端速度有瓶頸，但是它是功耗速度的好的折衷。

4 幾種改進的觸發(fā)器的介紹

針對傳統(tǒng)的寄存器的缺陷，通過對傳統(tǒng)寄存器進行功耗和性能上的優(yōu)化，提出了如下一些解決方案：通過避免不必要的結(jié)點的傳遞減小功耗、優(yōu)化性能。避免不必要的結(jié)點的傳遞方法主要有數(shù)據(jù)前瞻、條件預(yù)沖、條件放電、條件占有、自適應(yīng)方法等；另一種方案就是采用雙邊沿的技術(shù)，通過減少時鐘系統(tǒng)的功耗減少觸發(fā)器的功耗，雙邊沿觸發(fā)器的性能是單邊沿觸發(fā)器性能的2倍，而功耗和單邊沿觸發(fā)器的功耗一樣，采用雙邊沿技術(shù)對功耗和性能的提高具有深遠的影響。

第3篇：低功耗設(shè)計論文范文

論文關(guān)鍵詞：ZigBee,數(shù)據(jù)采集,無線傳感器網(wǎng)絡(luò),單片機

Zigbee是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備[1]。

ZigBee 是一種近距離、低功耗、低速率、低成本的無線傳感器網(wǎng)絡(luò), 已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用, 如溫度、濕度、氣體濃度、亮度、壓力等各種各樣小數(shù)據(jù)量信息的采集, 及傳輸可以采用這種低功耗、低傳輸速率的無線傳感器網(wǎng)絡(luò).在這些應(yīng)用場合中, ZigBee 網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有的各種無線網(wǎng)絡(luò)相比, 有著獨特的優(yōu)勢, 即低功耗、低速率、低成本[2]。 由于ZigBee 設(shè)備工作時間較短, 收發(fā)信息功耗較低且采用休眠模式, 使得它非常省電, 電池可使用長達6 個月至2 年左右. ZigBee 工作在250 kbps 的通信速率, 足已滿足低速率通信傳輸?shù)男枰? 且2.4 GHz 的工作頻段是免費頻段[3].

設(shè)計原理

目首先，從整體來看，我們可以將目標設(shè)計分為幾個模塊：電源模塊、主芯片模塊、天線模塊調(diào)試接口和外圍擴展模塊[4]。其中，電源模塊、天線模塊、調(diào)試接口和主芯片模塊是必須的，可以用通常所說的”最小系統(tǒng)”來描述。外圍擴展模塊是根據(jù)用戶的實際需求自行添加。

無線傳感器節(jié)點一般由傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和電源管理模塊四部分組成。其中，傳感器模塊負責采集監(jiān)視區(qū)域的信息并完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，采集的信息可以包含溫度、濕度、光強度、加速度和大氣壓力等；數(shù)據(jù)處理 模塊負責控制整個節(jié)點的處理操作、路由協(xié)議、同步定位、功耗管理以及任務(wù)管理等；數(shù)據(jù)傳輸模塊負責與其他節(jié)點或Sink節(jié)點進行無線通信，交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；電源管理模塊選通所用到的傳感器，節(jié)點電源采用微型紐扣電池，以減小節(jié)點的體積[5]。

我們設(shè)計的節(jié)點實現(xiàn)機理是以ZigBee傳輸模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)的串行通信模塊，將采集到的信息數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)送出去。該節(jié)點包含ZigBee無線傳輸模塊、微控制器模塊、傳感器模塊及接口電路、直流電源模塊以及外部存儲器等。為了降低傳感器節(jié)點的成本，減小傳感器節(jié)點的體積，我們采用Chipcon公司推出的高度整合的SoC芯片CC2430實現(xiàn)傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸和處理功能。圖3是設(shè)計的無線傳感器節(jié)點的結(jié)構(gòu)框圖。下面將分別介紹無線傳感器節(jié)點中的幾個主要功能模塊。

功能研究

CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架構(gòu)，在單個芯片上整合了ZigBee 射頻前端、內(nèi)存和微控制器。它使用1個8位8051 MCU，具有128 KB可編程閃存和8 KB的RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、幾個定時器(Timer)、AES128協(xié)同處理器、看門狗定時器、32 kHz晶振的休眠模式定時器、上電復(fù)位電路、掉電檢測電路，以及21個可編程I/O引腳。CC2430芯片采用0.18 μm CMOS工藝生產(chǎn)，工作時的電流損耗為27 mA；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應(yīng)用[6]。

當 FFD 設(shè)備(Full Function Device)在第1 次被激活后, 首先搜索其通信范圍內(nèi)已存在的網(wǎng)絡(luò), 如果找到相應(yīng)網(wǎng)絡(luò), 則通過一系列對話后, 該設(shè)備就可成為此網(wǎng)絡(luò)中的普通設(shè)備。

協(xié)調(diào)器應(yīng)用層生成的 NIME-NETWORK-FORMATION。

request 原語發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)層請求建立網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)層再通過MLME-SCAN.request 原語向MAC層請求檢測信道能量及掃描信道, 收到確認后, 為新網(wǎng)絡(luò)設(shè)置1 個PANId (網(wǎng)絡(luò)號), 通過MLME-SET原語將PANId 設(shè)置為MAC 層macPANId, 網(wǎng)絡(luò)層再通過MLME START.request 原語向MAC 層請求運行網(wǎng)絡(luò), 收到確認后運行網(wǎng)絡(luò), 網(wǎng)絡(luò)建立成功[7]。

節(jié)點被激活后, 如果找到已存在的網(wǎng)絡(luò), 本節(jié)點將根據(jù)所獲得的網(wǎng)絡(luò)信息選定1 個父節(jié)點, 并提出入網(wǎng)申請, 同時等待父節(jié)點的請求響應(yīng). 當?shù)玫皆试S后, 子節(jié)點將得到父節(jié)點分配給它的1 個網(wǎng)絡(luò)地址(也稱為短地址)作為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的身份標識, 成功建立鏈接. 加入網(wǎng)絡(luò)后, 該節(jié)點可以接受新節(jié)點的入網(wǎng)請求. 通過一級一級的地址分配, 可以構(gòu)成較大的網(wǎng)絡(luò)[8]。

由于 CC2430 內(nèi)置了溫度傳感器, 在實驗中搭建溫度采集的ZigBee 采用星型網(wǎng)絡(luò). 星型網(wǎng)絡(luò)的末端節(jié)點負責進行數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送, 中心節(jié)點將實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收與顯示. 為使各個節(jié)點采集的。數(shù)據(jù)同時使中心節(jié)點接收, 需要將末端節(jié)點的目標地址都設(shè)置為中心節(jié)點的本機地址. 實驗中, 該溫度采集系統(tǒng)通信良好, 在有障礙物環(huán)境下的通信距離明顯低于在空曠的環(huán)境下, 此時可通過增模塊的射頻功率和增加中繼點的方法來解決.當檢測到的溫度準確度也不太高, 則需要采用更高準確度的傳感器.

結(jié)語

基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有低功耗、低成本、體積小的顯著優(yōu)點，可在特殊環(huán)境下實現(xiàn)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信號的采集傳輸與處理。伴隨無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和新的能量解決方案的提出，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用必將從軍事、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療保健、空間探索和災(zāi)害預(yù)測普及到生活中的各個領(lǐng)域。

參考文獻：

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第4篇：低功耗設(shè)計論文范文

【關(guān)鍵詞】單片機；溫濕度；液晶顯示；數(shù)據(jù)存儲；數(shù)據(jù)監(jiān)控

1.系統(tǒng)總體方案設(shè)計

本系統(tǒng)以STCLE5A32S2單片機為控制核心，以數(shù)字溫濕度傳感器SHT15作為測量元件，構(gòu)成智能溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；同時可把采集到的數(shù)據(jù)通過RS-232傳到上位機進行監(jiān)測和進一步處理，并且通過外擴EEPROM對采集的數(shù)據(jù)進行存儲，系統(tǒng)設(shè)計方案如圖1所示。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計包括傳感器檢測和單片機模塊設(shè)計。其中傳感器檢測模塊的設(shè)計為SHT15的硬件電路設(shè)計，單片機模塊的設(shè)計包括時鐘電路、復(fù)位電路、顯示電路、存儲電路和串口電路設(shè)計等。

2.1 傳感器檢測電路

SHTI5型傳感器是單片、多用途的智能傳感器，其中不僅包含基于濕敏電容器的微型相對濕度傳感器和基于帶隙電路的微型溫度傳感器，而且還有14位的A/D轉(zhuǎn)換器和2線串行接口，能輸出經(jīng)過校準的相對濕度和溫度的串行數(shù)據(jù)，所以系統(tǒng)中不再使用傳統(tǒng)設(shè)計需要的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器及信號調(diào)理電路，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較緊湊和簡單，SHTI5能在同一位置測量相對濕度和溫度。內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電路連接如圖2所示。

2.2 單片機模塊電路

單片機最小系統(tǒng)模塊電路包括時鐘電路、復(fù)位電路、顯示電路，如圖3所示。

2.3 串口電路設(shè)計

串口電路設(shè)計是為了程序燒寫和與上位機串口通信而設(shè)計，如圖4所示。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)采用層次化、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要包括主程序和具有特定功能模塊的子程序，如溫濕度采集及轉(zhuǎn)換處理子程序、顯示子程序、數(shù)據(jù)存儲子程序、串口發(fā)送子程序等。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

4.系統(tǒng)調(diào)試與實驗結(jié)果

圖6所示為整個溫濕采集系統(tǒng)實物連接圖，數(shù)據(jù)采集端采集數(shù)據(jù)經(jīng)單片機處理后，一方面送往OLED進行顯示，另一方面通過IIC總線送往EEPROM進行數(shù)據(jù)存儲和經(jīng)過RS232串口送往上位機進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，圖7（a）所示為OLED顯示值，圖7（b）為上位機接收值。整個系統(tǒng)經(jīng)過了嚴格的高低溫試驗低溫做到-40℃，高溫做到80℃，經(jīng)過試驗測試后整個系統(tǒng)在高低溫環(huán)境下工作正常。

電路中每個模塊如圖中所示，整個系統(tǒng)工作在3.3V電壓下，系統(tǒng)可以定時進入休眠狀態(tài)以實現(xiàn)低功耗。

圖7（a）中的液晶顯示為當前環(huán)境下的溫濕度，溫度值為17.7℃，濕度為19.4%RH，串口接收區(qū)中的接受到的數(shù)據(jù)為16進制數(shù)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后B1（16）=177（10），經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后為17.7，C2（16）=194（10），經(jīng)過處理后為19.4。經(jīng)過實驗調(diào)試該系統(tǒng)可以準確實時的檢測當前環(huán)境的溫濕度，并對采集數(shù)據(jù)準確無誤的上傳與保存。

5.結(jié)束語

本設(shè)計以STCLE5A32S2單片機為核心器件，結(jié)合SHT15溫濕度傳感器成功實現(xiàn)了溫濕度的智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計，整個系統(tǒng)采用3.3V電源供電，實時采集、顯示、存儲和監(jiān)測集于一體，并設(shè)有定時休眠模式確保系統(tǒng)的低功耗。整機經(jīng)過高低溫試驗，該系統(tǒng)可以應(yīng)用在各種需要監(jiān)測溫濕度的環(huán)境下，在工業(yè)測試領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

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第5篇：低功耗設(shè)計論文范文

關(guān)鍵詞 單片機；無線傳感器；WiFi

中圖分類號TP212 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）45-0213-02

1 基于WiFi的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）技術(shù)是指將傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸、儲存、處理與分析技術(shù)集成的現(xiàn)代信息技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量分布式傳感器節(jié)點組成的面向任務(wù)型的自組織網(wǎng)絡(luò)，主要由存儲器、處理器、傳感器、無線通訊和電池等硬件組成。

1.2WiFi無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

WiFi（Wireless Fidelity）是類似Zigbee的一種WLAN的技術(shù)標準，是一種短程無線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百米范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無線電信號。

事實上WiFi是比Zigbee更早出現(xiàn)的一種技術(shù)標準，技術(shù)比較成熟，覆蓋范圍廣于Zigbee。另外Zigbee傳輸速率通常在250Kbps以下，而WiFi速率則可達11Mbps，這是WiFi功耗更大需要外接電源的原因，從而限制了其發(fā)展。但是近年來這一缺點利用休眠-喚醒或是能量捕獲技術(shù)得到了有效解決，所以基于WiFi技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正在重新快速發(fā)展起來。

2 基于WiFi的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建主要是指無線網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點的構(gòu)建，傳感器部分主要負責信息的采集并將其他信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⑺徒o微控制器；微控制器需要接受傳感器的信號并進行相應(yīng)的處理；射頻模塊負責發(fā)送數(shù)據(jù)，電源模塊則為系統(tǒng)的工作提供穩(wěn)定可靠的能源。

基于單片機的無線傳感器產(chǎn)品最大特點即是將微處理模塊和RF收發(fā)模塊集成，一般可通過內(nèi)部的單片機實現(xiàn)無線射頻傳輸。比如GainSpan公司的GS1010芯片，它內(nèi)部集成了兩塊ARM，其中一片用于數(shù)據(jù)處理，另外一片用于無線傳輸。GS1010 的APP CPU 對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，隨后再將數(shù)據(jù)進行打包，再通過WLAN CPU 將數(shù)據(jù)打包成符合IEEE802.11 協(xié)議的數(shù)據(jù)無線發(fā)送出去；接收端用符合IEEE802.11b/g 協(xié)議的接入點接收無線載波發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。

3 基于單片機技術(shù)的WiFi產(chǎn)品

嵌入式WiFi產(chǎn)品形式各異，基于單片機設(shè)計的WiFi無線產(chǎn)品主要有NPE公司的 WiFi-IT!，GainSpan公司的GS1010，RFM公司的WSN802G等。下面我們將選擇這幾個具有代表性的產(chǎn)品進行介紹，并對部分產(chǎn)品進行性能測試。

3.1 GS1010芯片簡介

3.1.1 GS1010結(jié)構(gòu)

GS1010是一個高度集成、超低功耗WiFi無線片上系統(tǒng)，它包含一個802.11射頻前端、媒體控制器（MAC）和基帶處理器，片上FLASH 和片上SRAM，兩個ARM7 處理器，和豐富的IO 外設(shè)。

3.1.2 產(chǎn)品的主要特點

1）體積小：所有資源都集中在一個體積是10mm×10mm×0.85mm的芯片內(nèi)，極大的節(jié)約了PCB的面積；

2）極低功耗：采用休眠-喚醒技術(shù)極大降低了傳輸功耗；

3）高傳輸速率：數(shù)據(jù)最高傳輸速率可達11Mbps；

4）開發(fā)簡單：使得從有線到無線的技術(shù)過渡中，將不再需要重新學(xué)習(xí)和熟悉ARM單片機的結(jié)構(gòu)/指令系統(tǒng)/編譯開發(fā)工具和實時操作系統(tǒng)。

3.1.3 GEPS

GS1010所特有的開發(fā)環(huán)境GEPS使得第三方公司或是用戶能夠更加系統(tǒng)地開發(fā)自己需要實現(xiàn)的功能，為了幫助客戶縮短開 發(fā)周期， GainSpan還提供了一整套包括SDK、評估平臺、開發(fā)平臺在內(nèi)的軟硬件工具。其軟件棧包括了各種I/O驅(qū)動和WLAN固件、RTOS、網(wǎng)絡(luò)棧、系統(tǒng)服務(wù)、WLAN和I/O服務(wù)模塊、各種應(yīng)用編程接口以及應(yīng)用軟件。GS1010的SDK能夠幫助工程師節(jié)省大量的時間。 而硬件開發(fā)平臺則能夠支持溫度、濕度、光敏、壓力、加速度等各種傳感器，并預(yù)留了客戶自選的傳感器接口和調(diào)試以及程序燒錄接口。

3.2 NPE WiFi-IT!

WiFi-IT! 802.11 WLAN module具有自己的開發(fā)語言WiFi-IT! Basic，這一開發(fā)語言是基于其他基礎(chǔ)語言而專門為無線通訊設(shè)計的。另外與之配套的開發(fā)環(huán)境IDE類似于其他普通單片機的開發(fā)環(huán)境，安裝過程簡單，用戶自己可通過創(chuàng)建工程、編寫代碼、編譯程序和下載調(diào)試程序等過程完成軟件的設(shè)計。

3.3 RFM WSN802G

WSN802G 是由RFM公司在采用GainSpan公司GS1010系列芯片的基礎(chǔ)上開發(fā)的功能比較具有針對性的產(chǎn)品。其僅有兩個可以采集信號的輸入接口DIN0和DIN1，一個主要是用于測試，另外一個可供用戶直接測量信號。下文將使用DIN1來測試環(huán)境溫度，用戶需要做的即是將溫度傳感器輸出的信號數(shù)字化后送入DIN1中，通過本產(chǎn)品自帶測試軟件WSNConfig.exe配置好無線路由以及芯片的IP地址即可實現(xiàn)測試。

本產(chǎn)品的不足之處是所能同時采集的信號種類較少，因其僅有兩個輸入接口，另外內(nèi)部集成的兩個ARM并沒有物盡其用，因為用戶不能自主地開發(fā)這一功能。被產(chǎn)品適用對象較為固定，一般不適合欲重新開發(fā)更多功能的研發(fā)者使用，主要適用于如檢測某幾個特定環(huán)境中的溫度變化等比較直觀的信息。

4 WSN802G測溫系統(tǒng)測試

本設(shè)計購買RFM公司的WSN802G芯片，自行設(shè)計出一套環(huán)境測溫系統(tǒng)，本系統(tǒng)利用溫度傳感器測量溫度，傳輸給WSN802G芯片，經(jīng)過處理再無線傳輸至上位機系統(tǒng)。上位機我們是用支持WiFi無線傳輸?shù)腜C機實現(xiàn)的，只要加入無線路由器，動態(tài)地給下位機和上位機配置好IP地址，即可實現(xiàn)二者之間的通訊。

我們將傳感器置于室溫下，測量系統(tǒng)和PC機距離10m左右時得到測試結(jié)果如下圖所示：

進一步將測試距離增大，或者是經(jīng)過障礙物，在產(chǎn)品給定條件下測試結(jié)果仍然比較精確。

5結(jié)論及展望

伴隨著關(guān)于WiFi技術(shù)的一些問題的解解決，基于WiFi的嵌入式微處理器片上系統(tǒng)今年來發(fā)展蒸蒸日上，本文在分析構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要技術(shù)要點之上，詳細介紹了幾款國外應(yīng)用較為廣泛具有代表性的產(chǎn)品，對比了各類產(chǎn)品要點，并對部分產(chǎn)品進行了性能測試，能夠為開發(fā)者開發(fā)新產(chǎn)品提供一定的依據(jù)。

參考文獻

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[4]/.

第6篇：低功耗設(shè)計論文范文

本期推薦配置欄目的主題是3000元液晶宿舍機，單就“宿舍”二字大家就會發(fā)現(xiàn)這款配置是專門為“窮學(xué)生”打造的。雖然學(xué)生錢不多，但對電腦應(yīng)用的需求可是不少，上網(wǎng)、看片玩游戲、作論文樣樣都少不了它。而3000元左右且配備液晶顯示器的電腦則意味著整個主機的預(yù)算不會超過2000元，紛繁的應(yīng)用點與拮據(jù)的預(yù)算使得整個電腦的配置難度驟然增加。此次我們感謝小耿與Ioooto兩位網(wǎng)友為我們提供的配置單，他們二人一個側(cè)重視頻播放另一個則側(cè)重游戲體驗。

最后公布一下我們下期的攢機主題是6000元家庭娛樂電腦。

雙魚點評：對于預(yù)算3000元的命題來說，小耿的這個配置的價格可能略為有些超出預(yù)算啊，不過小編認為其配置的確是非常有特點的。這是一臺典型的以高清視頻應(yīng)用為出發(fā)點的電腦。22英寸的大尺寸液晶屏幕無論是網(wǎng)上沖浪還是欣賞大片都能帶給人非同一般的體驗，特別是長城L228顯示器還擁有10000:1的動態(tài)對比度技術(shù)，可謂是目前市面上最有性價比的22英寸液晶顯示器之一。而隨著高分辨率的視頻文件體積越來越夸張。該配置里采用的西部數(shù)據(jù)WD3200AAKS硬盤足以滿足相當長一段時間內(nèi)的應(yīng)用需求。而為了滿足上面的亮點，配置不得不在顯卡和內(nèi)存方面做出了一定的妥協(xié)，梅捷SY-AM690-RL主板集成的是X1250集成顯示核心。3D性能非常一般，在硬件解碼方面雖有ATI的AVIVO技術(shù)助力但依然不能實現(xiàn)全程解碼，可謂是一個非常無奈的選擇。硬解碼不行那只能看CPU的了，65nm技術(shù)的×24000+處理器性能足以滿足軟解碼的需求。另外它的功耗相當?shù)?。再加上采用了幾乎可以忽略功耗的集成顯卡，整套配置的功耗水準被控制在了一個相當合理的范圍之內(nèi)，因此電源選用300W的長城電源就足以了。富士康機箱均嚴格執(zhí)行38度標準設(shè)計，能夠為內(nèi)部配件提供出色的散熱環(huán)境。低功耗價上良好的散熱條件，也就自然而然讓整臺電腦達到了“靜音”的效果。而內(nèi)存市場目前價格一路走低，暫時配置完全夠用的1GB內(nèi)存，未來再升級到2GB或更大容量不失為一個比較好的選擇。

雙魚點評：這套配置基本上可以看出是在均衡的前提下重點強化了游戲性能。奔騰E系列雙核處理器可謂是目前低端處理器中的明星產(chǎn)品線。而其中E2140則更是明星中的明星。與之相配的精英主板雖然是945P芯片組，但已能完美的支持酷睿2內(nèi)核的奔騰E系列處理器。只是由于945P芯片組的外頻只支持到200MHz，對以超頻性能著稱的E2140來說可能會是個不小的限制。顯卡方面，支持最新的DirectX 10.1的祺祥HD3650同樣也是以性價比著稱，全新的統(tǒng)一架構(gòu)讓HD3650能夠提供接近X1950Pro的3D性能表現(xiàn)，但是價格和功耗方面卻得到了大幅降低。顯示器方面使用了較低端的17英寸普屏LCD，初看上去好像有些不合時宜，但仔細考慮下就會覺得這樣的配置才可謂恰到好處。畢竟憑借HD3650的性能想在更高的分辨率上拖動大型游戲還是有些吃力，反不如再較低分辨率下流暢運行來得更舒服些。而17英寸和19英寸LCD具有相同的分辨率，但明顯點距更加致密，在降低分辨率運行游戲時可以讓畫面保持較出色的視覺效果。由于E2140和HD3650都是絕對的“節(jié)電”標兵，所以自然在電源的配置方面不用下太多工本。盲目的選擇大功率電源只能造成浪費，大水牛PP400EAA電源能夠提供300W額定功率，足以為這一套配置提供充沛動力。雙飛燕的KB-9620D鍵鼠套裝雖然算不上什么游戲利器，但對一般玩家來說也已經(jīng)足夠。

第7篇：低功耗設(shè)計論文范文

【關(guān)鍵詞】單片機；紅外傳感器；數(shù)據(jù)采集；報警電路

1. AT89S51單片機的結(jié)構(gòu)

AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。在AT89S51單片機的基本組成芯片上，集成了一臺微型計算機的主要組成部分，其中包括CPU、存儲器、可編程I/O口、定時器/計數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。

2. 主要特性

與MCS-51 兼容。4K字節(jié)可編程閃爍存儲器。壽命：1000寫/擦循環(huán)。數(shù)據(jù)保留時間：10年。全靜態(tài)工作：0Hz～24Hz。三級程序存儲器鎖定。128*8位內(nèi)部RAM。32可編程I/O線。兩個16位定時器/計數(shù)器。5個中斷源?？删幊檀型ǖ馈５凸牡拈e置和掉電模式。片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。

3. 系統(tǒng)概述

該設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警和顯示等模塊子函數(shù)。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地顯示、本地報警等功能。

單片機應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸出設(shè)備、以及應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、在線調(diào)試等幾個階段。

4. 硬件總體設(shè)計

處理器采用51系列單片機AT89S51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出TTL電平至AT89C51單片機。在單片機內(nèi)，經(jīng)過軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動電路將控制信號放大并推動聲光報警設(shè)備完成相應(yīng)動作。當報警延遲10s一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號，然后通過LED顯示報警次數(shù)，當警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報警10s鐘后有定時器實現(xiàn)自動消除報警。

5. 軟件設(shè)計

本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當單片機檢測到外部熱釋電傳感器送來的脈沖信號后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過單片機內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動聲光報警點路開始報警，報警持續(xù)10秒鐘后自動停止報警，同時顯示出報警次數(shù)以便人們查詢，工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如圖2所示：然后程序開始循環(huán)工作，檢測是否還有下次觸發(fā)信號，等待報警從而使報警器進入連續(xù)工作狀態(tài)。同時，利用中斷方式可以實現(xiàn)報警持續(xù)時間未到10秒時，用手工按鍵停止的聲光報警的作用。

6. 結(jié)論

本論文研究設(shè)計了一種基于單片機技術(shù)的無線智能防盜報警器。該防盜報警器通過以AT89S51單片機為工作處理器核心，外接熱釋電紅外傳感器，它是一種新穎的被動式紅外探測器件，能夠以非接觸方式探測出人體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號輸出，同時能有效的抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾。

平時傳感器輸出低電平，當有人在探測區(qū)范圍內(nèi)移動時輸出低電平變?yōu)楦唠娖?，此高電平輸入單片機，作為單片機的外部觸發(fā)信號處理，經(jīng)單片機內(nèi)部軟件編程處理后，單片機輸出控制信號，驅(qū)動聲光報警電路開始報警，同時通過顯示電路顯示出報警次數(shù)，以便人們識別了解報警情況。

該報警器的最大特點就是使用戶能夠操作簡單、易懂、靈活、且安裝方便、智能性高、誤報率低，同時它的信號經(jīng)過單片機系統(tǒng)處理后方便和PC機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。隨著現(xiàn)代人們安全意識的增強以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相信報警器必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。

參考文獻

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[2] 劉仁宇.單片微型計算機原理及應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社[M]，2003.

[3] 馬忠梅.單片機電路設(shè)計.北京：北京航空航天大學(xué)出版社[M]，2005.

第8篇：低功耗設(shè)計論文范文

【論文摘要】：從節(jié)能的角度介紹了大中型商業(yè)建筑照明的分類要求，建議使用高光效光源及低功耗、長壽命、優(yōu)性能的整流器。

一、引言

隨著改革開放的不斷深入和發(fā)展，各行各業(yè)正在發(fā)生著日新月異的變化，建筑行業(yè)的崛起和變化更是來勢迅猛、內(nèi)容紛繁，現(xiàn)代化的建筑千姿百態(tài)、造型各異并逐步呈現(xiàn)出高、大、全、新的特點。現(xiàn)代建筑的層數(shù)越來越高，占地面積越來越大，內(nèi)部設(shè)施越來越完善，功能越來越齊全，所用設(shè)備和材料則越來越新。商業(yè)建筑的發(fā)展必然伴隨著照明創(chuàng)新的繁榮，現(xiàn)代商業(yè)建筑照明設(shè)計的發(fā)展趨勢是多方化、情趣化、藝術(shù)化和節(jié)能化。

二、商業(yè)照明的種類

(1)商場立面照明

各個商業(yè)建筑都有它的一般商業(yè)性和各自的特征。對商場的立面照明除如何將它的一般性和特征展現(xiàn)得更有藝術(shù)性之外，應(yīng)該有意識地將臨街的立面和門廳照得更明亮，更具藝術(shù)性，令路人對商場有深刻印象。另外，還需有渲染商店形象的廣告照明。

(2)商場廣告照明

上述的商場立面照明是最有效的廣告，但各個商場還有其名稱和標志。對于名稱和標志，常采用下列方式：①用霓虹燈將名稱或標志逐筆逐畫圈起來，霓虹燈或長明、或多種顏色輪換閃爍或卷地毯式閃爍。②商場的名稱或標志是實體的藝術(shù)雕塑，用支架離墻，在其后面依其形狀布燈，讓燈光將名稱或標志浮現(xiàn)起來，多用長明的霓虹燈。

(3)商品廣告照明

①用霓虹燈造出商品名稱、形狀、商標，或勾邊、或沿廣告形狀制造，燈光或長明、或閃爍。有的廣告底層尚配以卷地毯式的閃爍的霓虹燈襯托。②透明廣告畫、圖片制成燈箱，在畫或圖片后面用光管列照射，使畫面色彩透射出來。③不透明廣告畫面，用投光燈照射，將畫面的色彩和層次顯現(xiàn)出來。其中②、③項采用高顯色性的光源。

(4)商場的一般照明

①選用高光效的光源，如節(jié)能燈、熒光燈。②選用高效率的燈具，如高效熒光燈具或其他高效燈具。③光源的光色，應(yīng)既與商場空間協(xié)調(diào)，又能將商品質(zhì)感最確切、最真實地顯示給顧客。此外，還要圍繞商品建筑照明周圍的光環(huán)境(如裝修材料及其色澤等)和商品內(nèi)容確定。④根據(jù)商場所在地區(qū)的經(jīng)濟、電力供應(yīng)、環(huán)境，確定合適照度。有時為了引起顧客對一些商品的注目，要使重點照明的照度增加幾倍，增加了耗電量。在有空調(diào)的商場也增加了空調(diào)耗電量，照度高低，必須慎重分析，適合當?shù)貤l件。⑤除水平照度，還應(yīng)合理設(shè)計垂直照度。一般選用寬光束或蝙蝠型配光曲線的燈具。⑥一般照明的照度，主要是均勻度，以適應(yīng)商品陳列方式和陳列場所的變動。若貨架為長條式排列，則采用蝙蝠配光曲線高效熒光燈具，燈具應(yīng)沿兩貨架中間布置，避免主光束投射到貨架頂上。

(5)商場的重點照明

為了重點地把主要商品或主要場所照亮，以突出商品，激發(fā)顧客的購買欲望。照度應(yīng)隨商品種類、形狀、大小、展出方式而定，同時必須和商場內(nèi)一般照明相平衡出良好的照度。在選擇光源及照明方式時，不能忽視商品的立體感、光澤及色彩等。

(6)應(yīng)急照明的分類

應(yīng)急照明是在正常照明系統(tǒng)因電源發(fā)生故障，不再提供正常照明的情況下，供人員疏散、保障安全或繼續(xù)工作的照明。應(yīng)急照明不同于普通照明，它包括備用照明、疏散照明、安全照明三種。

備用照明--在正常照明電源發(fā)生故障時，為確保正?；顒永^續(xù)進行而設(shè)的應(yīng)急照明部分。包括：①照明熄滅將妨礙消防救援工作進行的場所。如消防控制室、應(yīng)急發(fā)電機房、廣播室及配電室等。重要的地下建筑，因照明熄滅將無法工作和活動的場所，如大中型地下商場、地下餐廳、地下車庫與地下娛樂場所等。②照明熄滅將造成現(xiàn)金、貴重物品被竊的場所，如大中型商場的貴重物品銷售區(qū)、收款臺及銀行出納臺等。

疏散照明--在正常電源發(fā)生故障時，為使人員能快速且準確無誤地找到建筑物出口而設(shè)的應(yīng)急照明部分。通常在下列場所應(yīng)設(shè)疏散照明：人員眾多、密集的公共建筑，如大會議室、劇院、電影院、大型展覽館、大中型商場、大型候車廳等；高層公共建筑、超高層建筑；人員眾多的地下建筑。

安全照明--在正常電源發(fā)生故障時，為確保處于潛在危險中人員的安全而設(shè)的應(yīng)急照明部分。通常在下列場所應(yīng)設(shè)置安全照明：正常照明因電源故障而熄滅后，由于眾多人員聚集，且又不熟悉環(huán)境條件，容易引起驚慌而可能導(dǎo)致人身傷亡的場所，或人們難以與外界聯(lián)系的電梯內(nèi)等；應(yīng)急照明既要滿足作為照明的一般要求，又要滿足應(yīng)急作用的特殊要求，既要在緊急狀態(tài)下照明，同時又要保證常年安裝在建筑物內(nèi)安全、可靠地處于良好的應(yīng)急狀態(tài)。這除了選擇合適的光源外，選擇安全、可靠、經(jīng)久、耐用的應(yīng)急照明電源也是至關(guān)重要的。三、推廣使用高光效光源

眾所周知，照明光源有白熾燈、日光燈、高壓汞燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈等。按照光效高低的排列，高壓鈉燈的光效為最高，白熾燈為最低，各光源的技術(shù)指標如表1所示。一只75W的白熾燈，節(jié)電效率高達80％。所以，為節(jié)s電能，應(yīng)積極推廣使用高光效、長壽命光源。

四、開發(fā)并使用低功耗、長壽命、優(yōu)性能的鎮(zhèn)流器

鎮(zhèn)流器的作用是提供瞬間的高電壓及高電流，并且在起動后限制日光燈管內(nèi)的電流，以避免日光燈管內(nèi)的電流激增，而縮短日光燈管的壽命。日光燈用傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器一般功率為燈管額定功率的20％，高強度氣體放電燈(HID)的鎮(zhèn)流器功耗為額定功率的15％-16％。因此，開發(fā)生產(chǎn)低功耗、長壽命、優(yōu)性能的新型鎮(zhèn)流器，對我國"綠色照明工程"的實施也必將起到巨大的推進作用。表2為各種鎮(zhèn)流器技術(shù)指標比較。

五、對商場照明的要求

(1)創(chuàng)造良好的視覺條件，保證足夠的照度和必要的照明質(zhì)量，包括良好的顏色顯現(xiàn)，合理地限制眩光等。

(2)滿足吸引顧客、渲染商品特色等促銷手段的特殊需要。

(3)確保使用安全，包括防止照明系統(tǒng)運行引起火災(zāi)和電擊事故，還需提供商場中發(fā)生意外事故時保證人員安全疏散所必需的照明。

(4)具有足夠的靈活性，以適應(yīng)商場內(nèi)部因銷售策略變化、商品變換、季節(jié)更替等引起的對照明要求的相應(yīng)變化。

(5)節(jié)約能源，從使用高效光源、燈具和設(shè)計手法、運行管理等多方面措施人手，在滿足視覺條件的前提下，使照明耗電量最小。

六、結(jié)束語

商場的電氣照明不同于其他場所的照明，對新建商場的綠色照明可以通過采用高光效的光源、高效率的照明器來實現(xiàn)，當采用熒光燈作為主光源時應(yīng)采用低功耗、高性能的整流器來實現(xiàn)，對已建成或改建商場的綠色照明除更換原照明光源、照明器及附件外，還可以通過采用分相無功功率自動補償裝置來改善供電系統(tǒng)功率因數(shù)，以達到節(jié)能的目的。在考慮綠色照明的同時，還應(yīng)著重注意視覺環(huán)境。不僅要解決光源與燈具的品種、類型和數(shù)量的問題，而且要解決照明質(zhì)量的問題，應(yīng)把照度水平、亮度分布、照度均勻度、陰影、眩光、光色與照度的穩(wěn)定性等統(tǒng)一考慮。因為這些將直接影響商場的經(jīng)營和效益，影響消費者的購物欲望，甚至影響到消費者的身心健康。

參考文獻

[1]北京照明學(xué)會照明設(shè)計專業(yè)委員會編,照明設(shè)計手冊，北京：中國電力出版社，1998.

第9篇：低功耗設(shè)計論文范文

    隨著人們對各種磁電材料特性的深入研究,新型存儲器—磁電存儲器以其所特有的精巧設(shè)計和便于操作的優(yōu)點,已經(jīng)成為快速存儲器的最佳選擇。半導(dǎo)體存儲器的控制柵和懸浮金屬柵之間存在著庫侖電荷,它們之間較強的庫侖斥力使得兩個柵必須用一層很厚的絕緣層隔離起來才能保證泄露電流降至最小,從而延長電荷在釋放或存儲時通過氧化層勢壘的時間,增加讀取和存儲功耗。磁電存儲器的這種工作機理不僅提高了存儲器的速度、可靠性,降低了功耗,而且在存儲單元尺寸、存儲速度方面也完全可以與DRAM相比擬。

    磁電存儲器根據(jù)其工作機制的不同,大致可以分為三類:混和鐵磁-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),磁隧道結(jié)結(jié)構(gòu)以及全金屬自旋晶體管,

    電子通信論文《一種新型存儲器件—磁電存儲器》目前研究最多的是自旋電子管、準自旋電子管存儲器以及磁隧道結(jié)存儲器。盡管以上幾種結(jié)構(gòu)存儲器的工作機制在某種程度上均依賴于鐵磁元件的磁化方向,但是在讀取機制方面卻存在著差異;其次,在生產(chǎn)高密度、低功耗、高速RAM的難易程度以及需要解決的技術(shù)問題等方面存在著不同。

    2 磁電存儲器的基本工作原理

    磁電存儲器中的數(shù)據(jù)存儲是通過直接附著于鐵磁薄膜上具有電感耦合效應(yīng)的導(dǎo)線來完成的。當電流脈沖通過導(dǎo)線時,將會在導(dǎo)線近表面形成一個平行于導(dǎo)線平面的磁場,此時電流的大小以其所耦合的磁場大于轉(zhuǎn)換磁場為標準,從而滿足其狀態(tài)設(shè)置為1或0的需要。由于對二維序列的存儲器要采用寫數(shù)據(jù)線的二維排布,因此,分別給字線和位線施加一定大小的脈沖電流,即可改變交匯處存儲單元里的磁化狀態(tài)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲,同時改變字線電流方向即可存入相反的數(shù)據(jù)(如圖1)。由于字線電流過大會對字線下方所有存儲單元產(chǎn)生影響,因此通常采用二分之一電流尋址方式(即字線電流和位線電流分別為IS /2,其中Is為轉(zhuǎn)換存儲器狀態(tài)所需的電流值)。

    2.1 磁隧道結(jié)存儲器

    磁隧道結(jié)的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示,其中上下兩層為鐵磁材料CoFe、Co或NiFe,中間是絕緣勢壘層Al2O3。這種結(jié)構(gòu)的器件在電偏置條件下,電子電流可以通過隧穿效應(yīng)穿過勢壘層,而此時電子電流的大小依賴于鐵磁薄膜的磁化方向,因此它是一種磁阻器件。勢壘上的偏置電壓不同,器件阻值也不同。當偏置電壓較低時,電阻為歐姆量級,隨著偏置電壓的逐漸升高,該阻值將快速下降。這種存儲器的主要特點是底部鐵磁層的磁化方向始終不變,而存儲器則主要是根據(jù)頂部鐵磁層磁化方向的不同來實現(xiàn)信息存儲的;由于在讀取信息時,讀取信號線上的電流會有一部分垂直流過夾層,因此根據(jù)電阻的變化或者電壓的變化(與標準電阻或電壓相比)就可獲得數(shù)據(jù)。