集成电路与集成系统范文第1篇

关键词：数字；集成电路；构成；系统；测试技术

高新技术的快速发展，带来的是产品质量的提升和成本的降低。对于现阶段的工作而言，测试的具体流程、测试的具体方法，都对产品的质量和成本产生了较大的影响。数字集成电路系统作为现阶段的主流系统，其基本的构成涉及功能的实现，其测试技术的进步涉及产品的质量和生产效率。为此，在分析数字集成电路系统的过程中，需要在不同的模块，投入相应的时间和精力，完成系统的阶段性进步。在此，本文主要对数字集成电路系统的基本构成与测试技术展开讨论。

1数字集成电路系统基本构成

数字集成电路系统在目前的应用是比较广泛的，其在很多方面都具有较大的积极作用。随着时间的推移，现有的数字集成电路系统，集合了过去的很多优点，在多方面均表现出了较大的积极作用。从构成来看，数字集成电路系统主要是将元器件以及连线，有效地集成于同一个半导体的芯片之上，从而完成的数字逻辑电路或者系统。在划分数字集成电路系统的过程中，可根据数字集成电路中，包含的具体门电路、具体的器件数量，划分为小规模的集成电路、中规模的集成电路、大规模的集成电路等。

数字集成电路系统在组成方面主要包括2个内容，分别为组合逻辑和寄存器（触发器）。组合逻辑经过分析后，发现其是由基本门组成的一系列函数，在输出的工作中，仅仅与当前的输入具有密切的关联。倘若表现为组合逻辑，那么在运行的过程中，就只能完成逻辑的运算。在时序电路方面，除了包含基本门之外，还包含存储元件用例，保存过去的信息。因此，时序电路的稳态输出，不仅仅与当前的输入具有密切的关系，同时还与过去的输入所形成的状态具有比较密切的关系。在时序电路方面，其在有效完成逻辑运算的同时，还可以将具体的处理结果进行暂时的存储，以此对下一次的运算提供便利。

2数字集成电路系统测试技术

对于数字集成电路系统而言，其在目前的发展中，除了基本构成不断丰富外，测试技术也在很大程度上取得了提升。目前，数字集成电路系统的测试技术广泛应用于各个领域，不仅获得了较多的数据和资料，同时在多方面实现了数字系统本身的进步。

2.1功能测试

在数字集成电路系统的测试技术当中，功能测试是比较重要的组成部分，其在很多方面都具有较大的积极作用。从客观的角度来分析，功能测试的实施，其目的在于验证电路的设计和使用是否完成了预期的效果。功能测试在开展时，其基本过程如下：（1）从输入端施加若干的激励信号，也就是常说的测试图形。（2）在操作当中，需要按照电路规定的具体频率，有效地施加到被测试的器件当中，这一操作需要仔细进行，避免出现任何形式上的纰漏。（3）要根据两者的相同情况、差异情况等，对具体的数据和信息进行分析，以此来更好地判定电路功能是否达到了正常的状态。

测试图形在应用过程中是检验器件功能的重要途径，获得了业内的高度认可。从理论上来分析，一个比较好的测试图形，本身所具有的特点是非常突出的：（1）测试图形必须具有较高的故障覆盖率，这样才能更好地测试不同类型的故障。（2）测试图形必须具有较短的测试时间。以往的测试花费大量的精力和时间，得到的结果却不精确。因此，针对测试图形的测试时间，要求是比较严格的。（3）测试图形必须针对被测器件的故障、工艺缺陷进行检测，提高被测器件的功能测试准确度。

由此可见，在功能测试过程中，测试电路的具体质量，会与测试矢量的精度具有比较密切的关系。例如，组合电路测试生成算法，其主要包括穷举法、代数法等等。可根据实际的需求，选择合理的方法来完成。

2.2直流参数的测试

数字集成电路系统的测试技术还能够针对较多的重要指标，完成相应的测试工作。直流参数的测试是目前比较关注的问题。从测试技术的角度来分析，直流测试是用来确定器件点参数的稳态，确保器件可以更加稳定的运行。从方法上来分析，直流参数的测试方法比较多样化，目前常用的包括接触测试、漏电电流测试、转换电平测试等。

接触测试在应用过程中，虽然操作比较简单，但需要在细节上有所把握。例如，该测试在具体的应用当中，需要充分的保证测试的接口与器件可以正常的连接。同时，在测量输入和输出方面，应根据管脚保护二极管的具体压降情况，观察连接性是否达到了标准的要求。如果要求未满足，则要重新连接。

漏电测试是一种比较特殊的测试方法，其在应用过程中表现出了很大的优异性。在实际的工作当中，漏电流的出现，主要是由于器件内部和输入管脚之间出现了问题，多数情况下，二者的绝缘氧化膜在生产过程中，表现为特别薄的状态，进而引起了类似短路的情况。最终，导致电流通过，形成漏电流。漏电测试的方法会针对该项参数的具体测试，以此来更好地对器件输入、输出的负载特性进行较好的分析，实现从源头测试。

转换电平测试在目前的应用中，隶属于针对性较强的一类测试方法。转换电平测试在应用当中，会通过反复的运行功能测试的方法，针对导致功能测试失效的临界电压值进行测试和分析，确定转换电平。从技术上来分析，转换电平测试的应用，在很多方面都充分反映了器件抗噪声的能力水平，是一项非常重要的测试技术。

2.3交流参数的测试

数字集成电路系统在现阶段的研究中，获得了很多的积极成果，将成果广泛应用，实现了测试技术的较大提升。交流参数的测试，是数字集成电路系统测试技术的重点表现，其在很多方面都是非常重要的一项指标。

从具体的测试层面来分析，交流参数的测试工作主要是测量器件晶体管转换状态时所表现出的时序关系。执行该项测试的目的在于，确保器件能够在规定的时间内发生正常的状态转换。操作过程中，比较常用的交流测试方法、包括传输延时测试的方法、建立和保持时间测试的方法等。

3测试技术的应用

数字集成电路系统在基本构成获得不断的深化后，测试技术也获得了较大的提升。二者互相辅助造成了良性循环，并且创造出了较大的价值。相对而言，测试技术在获得了深化后，应在具体的应用上作出足够的努力，仅仅在理论上进行研究，并不能创造太多的价值。我国目前对技术的研究是非常重视的，很多工作都达到了较为重要的阶段。数字集成电路系统测试技术作为影响多领域发展的重点技术，必须得到广泛的应用。

例如，现在使用的泰瑞达（Teradyne）公司生产的J750，HILEVEL生产的ETS770。这些都是非常先进的半导体自动测试系统。其中泰瑞达可为半导体电路提供测试解决方案，它拥有模拟、混合信号、存储器及VLSI器件测试所有领域的测试设备。并且该机器是低成本高性能并行测试机，采用windows操作系统，人机界面友好、简单；基于板卡的硬件架构，维护性好；配上MSO，基本能满足SoC的测试需求，有着较高的测试性价比。而HILEVEL生产的ETS770的优点是器件可以通过测试小板很方便地与测试系统相连，并且可以实现对芯片进行快速的逻辑功能验证，测试编程界面全为窗口式，快速简捷，易于掌握。总之，每个测试系统都有各自的硬件配置和程序开发环境，需要测试工程师根据每个测试器件的逻辑结构和电特性制定合理的测试流程，最大限度地发挥每个测试系统的资源优势。

由此可见，数字集成电路系统测试技术在应用层面，表现出了较大的积极作用，总体上创造出的价值是非常值得肯定的。今后，应该在多方面针对数字集成电路系统的基本构成，针对测试技术，开展深入的研究。一方面要不断地健全数字集成电路系统的基本组成，丰富内容；另7y面需健全测试技术体系，从多个方面来提高技术的功能性和可操作性。

集成电路与集成系统范文第2篇

【关键词】MCU技术；数据采集；单片机；级联

数据采集系统起始于20世纪50年代，数据采集系统[1]是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。数据采集是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。70年代初，随着计算机技术及大规模集成电路的发展，特别是微处理器及高速A/D转化器的出现，数据采集系统结构发生了重大变革。原来由小规模集成的数字逻辑电路及硬件程序控制器组成的采集系统被微处理器控制的采集系统所代替。由微处理器去完成程序控制，数据处理及大部分逻辑操作，使系统的灵活性和可靠性大大地提高，系统硬件成本和系统的重建费用大大地降低。

本文设计了一种基于MCU级联技术的数据采集硬件系统，该数据采集系统采集的是开关量，此系统采用C8051F040作为采集芯片，对于C8051F040单片机而

言有64个I/O端口，通过多片C8051F040级联可以灵活扩展采集路数。这样的设计大大增加了系统的灵活性，可以满足大多数的应用，用户不必为采集路数不够用而担心。数据采集技术是一种流行且实用的电子技术，广泛应用于信号检测、信号处理、仪器仪表等领域[2]。随着数字化技术的不断发展，数据采集技术也呈现出速度更快、通道更多、数据量更大的发展趋势。

1.数据采集系统功能与硬件总体设计

1.1 数据采集系统功能需求

数据采集（DAQ），是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统[3]。

数据采集系统的任务，具体地说，就是传感器从被测对象获取有用信息，并将其输出信号转换为计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的处理，得出所需的数据。同时，将计算得到的数据进行显示、储存或打印[4]，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来进行某些物理量的控制。

基于MCU级联的数据采集系统主要实现两方面的功能：一方面通过单片机编程采集IO端口的高低电平即数字量，再经过单片机内部处理将数据打包通过串口的方式发送给上位机进行处理。上位机将传上来的数据进行拆包，将相应的高低电平转换为灯泡的亮与暗，实现一种实时监测的作用，可广泛用于报警、监控等设备中。另一方面利用单片机定时器的外部计数功能来采集信号频率，并打包发给上位机，上位机拆包进行文本显示。

1.2 硬件总体方案设计

该数据采集系统用C8051F040作为采集控制芯片，但是如果能构成一个完整的采集系统光有芯片是不够的，还要有电路，其中包括电源电路、晶振电路、复位电路、JTAG调试下载电路、串口通信电路和IO端口采集电路。图1.1是数据采集系统硬件的结构图。

图1.1 数据采集系统硬件结构图

2.数据采集硬件设计与实现

2.1 C8051F040控制芯片

Cygnal公司的51系列单片机C8051F040是集成在一块芯片上的混合信号系统级单片机[5]，在一个芯片内集成了构成一个单片机数据采集或控制的智能节电所需要的几乎所有模拟和数字外设以及其他功能部件，代表了目前8位单片机控制系统的发展方向。芯片上有1个12位多通道ADC，2个12位DAC，2个电压比较器，1个电压基准，1个32KB的FLASH存储器，与MCS-51指令集完全兼容的高速CIP-51内核，峰值速度可达25MIPS，并且硬件实现的UART串行接口和完全支持CAN2.0A和CAN2.0B的CAN控制器[6]。

该数据采集系统采用C8051F040单片机作为采集控制器，通过两片MCU级联的方法来增加采集路数。C8051F040最大的优点就是IO端口数目多，一片C8051F040就有高达60路的IO端口[7]，而该设计通过两个C8051F040级联将采集路数提高到120路，这是本设计最大的亮点。这样该数据采集系统将符合大多数应用环境，也大大提高了该采集系统的广泛性和灵活性。

2.2 电源电路

图2.1是一个典型的电压转换和稳压电路，如果5V电源是从开关电源引出来的，那么肯定有很多的交流成分，因此必须先经过一个低通滤波器滤掉交流成分输入到稳压芯片AMS1117-3.3的输入端。电容的阻值越大滤掉的交流成分越多，因此一般都选uf级的电解电容来滤波。

图2.1 电源电路

AMS1117-3.3是一个集成稳压芯片，它可以将5V的稳压芯片变为3.3V以供单片机工作，因为C8051F040单片机要求的工作电压在2.7～3.6V。经过AMS1117-3.3输出的电压仍然会有交流和杂波，再经过电容滤波就可以得到芯片需要的数字电压了。

2.3 晶振电路

晶振结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，为单片机指令的执行提供了基础。晶振提供的时钟频率越高，单片机的运行速度也就越快。

晶振在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络。电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路， 由于晶振等效为电感的频率范围很窄所以即使其他元件的参数变化很大。晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值。选择与负载电容值相等的并联电容就可以得到晶振标称的谐振频率。一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容。

2.4 串口通信电路

图2.2是串口通信电路。由于普通的台式电脑的串口都是RS232电平协议的，而单片机的串口是TTL电平协议的，因此需要MAX232芯片将电平做一下转换。所谓RS232电平就是发送端驱动器输出正电平在+5～+15V，负电平在-5～-15V电平。当无数据时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS232电平再返回TTL电平。

图2.2 串口通信电路

MAX232芯片是一款电压转换芯片，可以将RS232电平和TTL电平互相转换，符合所有RS-232C技术标准，只需要单一+5V电源供电，片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+、V-。内部集成2个RS-232C驱动器，具有高集成度，片外最低只需4个电容级可工作[8]。

3.数据采集硬件调试

3.1 硬件调试过程

将单片机元器件按照PCB板焊接完成之后按照以下步骤完成了调试。

（1）检查电源电路，看是否给单片机供电，以及电压的幅值和稳定性。

（2）检查晶振电路，看是否正常起振，给单片机提供时钟。

（3）检查下载调试电路，将一个测试LED小程序下载到单片机中，并调试成功。

（4）将串口调试程序下载到单片机中，在PC串口助手中查看单片机串口是否工作正常。

3.2 数据采集系统硬件实物

C8051F040主控芯片加上电路，整个数据采集系统硬件部分就完成了。电源电路给芯片提供电源，晶振电路给芯片提供程序运行的时钟，复位电路可以使程序从头执行而不必上电复位，JTAG下载调试电路供编程调试下载时使用，串口通信是我们必不可少的，主要用于命令和数据的交互。图3.1是整个数据采集系统的硬件实物。

图3.1 系统硬件实物图

4.结束语

本文设计了一种基于MCU级联技术的数据采集硬件系统，该数据采集系统采用C8051F040单片机作为采集控制器，通过两个C8051F040级联将采集路数提高到120路，这样该数据采集系统将符合大多数应用环境，也大大提高了该采集系统的广泛性和灵活性。数据采集技术在自动测试、自动控制、通信、信号处理等领域得到广泛的应用。

参考文献

[1]祝常红.数据采集与处理技术[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2]王琳，商周，王学伟.数据采集系统的发展与应用[J].电测与仪表，2004，41（464）：4-8.

[3]孙伟超，尹德强，汪定国.基于C8051F040的环境数据采集系统设计[J].电子测量技术，2011，34（10）：91-95.

[4]于丽娜，秦丽.C8051F单片机信号采集系统[J].仪表技术与传感器，2011，7：53-55.

[5]Ya-fei Yin，Ting Liang，Yu Han.Design of Data Acquisition and Processing System of Photoionization Signal Based on C8051F040[A].2010 International Conference on Computer Application and System Modeling[C].Tai Yuan，2010：108-111.

[6]张培仁.C8051F040系列单片机原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2013.

[7]谭秋林，马游春，翟成瑞.C8051F040在多路数据采集以及CAN传输中的应用[J].弹箭与制导学报，2006，26（1）：610-612.

[8]马斌，韩忠华，王长涛.单片机原理及应用——C语言程序设计与实现[M].北京：人民邮电出版社，2009.

集成电路与集成系统范文第3篇

关键词：微电子科学技术；集成电路；小型化电路模式；方案设计

从目前微电子科学技术和集成电路产业发展基础条件来说，我国成为世界上经济发展和进步最快的国家之一，加上现阶段我国集成电路产业的核心发展水平得到了不断提升和优化，能够进一步为我国微电子科学技术和集成电路产业的发展提供了良好环境。

一、微电子与集成电路技术特点

（一）集成电路特点

集成电路技术又被稱为微电路系统、微芯片系统以及芯片系统等，并且在电子技术应用过程中，主要将电路结构，比如：半导体装置等小型设备化装置，所以该电子元件一般应用和制造在半导体元件的表面结构上。电路集成板在生产和制造过程中，其半导体芯片表面结构上的电路模式又被称为薄膜集成电路。而另外结构板的厚膜将混合成为集成电路结构，进而由相对独立的半导体结构设备以及被动生产元件共同构成，最终集合成小型化电路模式。其中集成电路设备和系统自身具备体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等相关优势，除此之外，由于集成电路自身经济支出成本相对较低，有利于大面积生产，所以其设备不仅在工业生产、民用电子设备等，比如：收录机、电视机、计算机等相关设备的到了广泛的应用和技术操作。

（二）微电子技术特点

与传统电子生产技术相比较，微电子技术自身具有显著特点，其主要特点表现为以下几个方面。

第一，现代化微电子技术主要利用自身设备固态结构体内部的微电子设备运作，进而实现信息处理和系统加工。其中信号在实际传输过程中，能够在绩效尺寸内开展一系列设备生产[1]。第二，微电子技术在实际应用过程中，能够将子系统以及电子零部件集成为统一芯片内部结构中，所以其设备普遍具备较高的集成性和功能性特点。

二、微电子与集成电路发展现状

现阶段我国微电子科学技术和集成电路产业发展起步相对较晚，并且经过长时间的技术研究和发展，我国电子科学技术行业已经从初级自主创业环节转变为系统化、规模化的环境建设。同时随着科学技术的不断发展和优化，我国在集成电路生产行业中始终保持优质的的发展趋势和方向，同时从销售经济角度来看，自动进入90年代后，集成化电路生产产业的始终保证在经济前端，其中集成电路生产产业的基础集中程度同样的到了有效提升，但是由于我国经济得到了不断提升，企业在集成电路生产过程中，同样无法有效满足市场的基础要求，逐渐出现了产业与经济无法平衡现状。

根据现阶段我国经营实际情况进行综合分析，无论是国家发展还是社会进步，始终重视集成电路以及微电子经营发展，因此在国家的大力发展和支持条件下，我国在集成电路研究和探索领域中开始培养和引进高精尖技术人才，许多高校同样开设相关的课程内容和技术培训，进而为我国微电子以及集成电力培养大量人才。然而与发达国家相比较，我国微电子和集成电路产业上仍然存在着较大的技术和经济差距。

第一，我国微电子以及集成电路行业起步相对较晚，最终导致市场技术拓展能力较差，致使整体行业出现了记性问题[2]。除此之外，我国在集成电路产业以及微电子科学技术方面上，极少能够进入世界范围内的平台中，因此大多数电子产品属于自产自销，严重缺少国际方面的竞争能力，第二，现阶段我国大多数集成电路在研究过程中普遍属于初级阶段，但是由于集成电路以及微电子产品生产过程中明显缺少基础技术，最终造成集成电路产业明显缺少核心竞争能力，致使研究技术人员以及技术水平明显落后，一定程度上限制和约束了我国集成电路产业的创新和进步，最终无法构成一定良性循环。

三、微电子与集成电路优化途径

（一）优化产品方案设计

在微电子科学技术和集成电路产业发展过程中，应该不断优化和完善产品方案设计，进而将高经济收益、高生产效率作为产品发展和生产的主要方向目标。而在产品方案设计过程中，需要以芯片设计方案作为重点内容，进而有效符合经济生产的核心需求。加上现阶段集成化产品芯片在方案设计上，还需要具备较大得技术创新空间，并且在其他产品的投入上，由于产品芯片自身属于高收入、低投入的产品，所以从产品生产市场的总体需求量方面来看，集成芯片在行业应用过程中的基础需求不断增加，进而成为我国集成电路发展的主要优势和机遇。所以在产品方案设计上，还需要不断进行产业优化，进而成为微电子与集成电路的核心技术优势。近几年，我国产品在方案设计方面上，其发展力度和趋势已经远远超出了产品生产方案的预期水平，甚至部分公司已经具有较高的发展实力。但是及时我国集成电路技术发展不断提升，我国在行业内部工作核心效率以及质量水平仍然达到标准要求，致使我国的集成电路产业面临的巨大的压力。

（二）完善集成产业发展重点

在微电子科学技术和集成电路产业在实际发展和运转过程中，其外部环境因素同样成为重要环境因素之一，因此只有构建出优质的发展环境和条件，才能有利于我国集成电力产业的核心发展和技术进步[3]。

1.优惠政策

在我国集成产业以及微电子科学技术应用过程中，为了进一步推动集成电路行业的全面进步，我国相继出台了集成电路行业以及微电流技术发展文件，进而保证集成电路生产行业水平，其中政府在行业政策的优惠和支持对于整体产业发展来说，起到了激励作用和现实意义，从根本上强化了集成生产和制造企业技术水平，尤其是在生产以及应用方向，能够得到最大限度的优惠。比如：政府在行业发展政策中，对于税收方向的规定中，企业实际产生的税收一旦超过百分之六，就可以有效实现了即征即退发展目标，但是在实际操作过程中，对于芯片生产和制造厂家来说，企业实际产生的增值税最高已经达到60%左右，远远高于国际上其他国家的增值税收，因此实际操作过程中，其效果无法达到标准要求。

2.审批流程

近几年，由于我国大型集成电力再生产过程中，审批和操作手续相对比较复杂，致使无论是外部独资，还是中外合资的企业，在审批和操作过程中过于繁琐和复杂，难以快速通过正常的系统审批。为了进一步有效解决政府审批问题，政府应该在审批流程上，最大限度减少流程限制，从根本上推动我国集成电路产业的全面发展。

集成电路与集成系统范文第4篇

关键词：无线抄表系统；集中器；nRF2401；智能小区

随着电子技术、计算机技术和通信技术的不断发展，各个行业的自动化进程正在逐渐加快，以至于在自动抄表中对数据采集的实时性、可靠性、信息量提出了更高的要求。目前的抄表系统主要有：有线抄表系统，掌上抄表系统和无线抄表系统。其中有线抄表系统增加了综合布线的费用和难度，降低了系统的应用灵活性，限制了有线抄表系统的推广和应用。掌上抄表系统需抄表部门用掌上抄表器抄取数据，因此降低了自动化程度。无线抄表系统采用无线收发设备传输数据，不需专门架线，系统结构简单，节省了人力和物力，相对有线抄表系统和掌上抄表系统有着更大的优势。本文提出了一种基于无线网络技术的无线抄表系统，重点研究了基于nRF2401的无线通信的集中器的设计，通过该集中器可以实现采集数据快速、可靠的传递。 文章内容：

无线抄表系统方案

智能小区无线抄表系统主要由三表数据采集终端、集中器和物业中心的计算机组成。三表数据采集终端和集中器(下层)，集中器和物业中心(上层)的计算机均采用星型结构。智能小区无线抄表系统结构如图1所示。

上层通过以nRF2401无线通信模块与分散在小区内各栋楼内集中器上的nRF2401无线通信模块相连接，形成1对多的连接形式，实现集中器和小区物业中心的计算机的实时在线连接。下层通信包括集中器通过无线方式对三表数据的采集、存储、转发，以及转发上位机下达的指令和对三表进行控制操作等。集中器是整个无线抄表系统的通信桥梁，它的工作情况决定了系统的可靠性和稳定性，其实现功能有：每个月按约定时间循环查询终端三表的数据，并把采集到的数据进行累加保存起来，当接收到物业中心的计算机的采集命令后，立即打包数据并传送；也可主动向物业中心的计算机发送数据、报告紧急情况等。

集中器硬件设计

在无线抄表系统中，集中器处于信息传递通路的中间位置，该系统中的集中器采用无线方式传输数据，是整个系统的核心。无线数据集中器主要有无线数据传输模块nRF2401、外部存储单元、本地通信接口、微处理器(MCU)和电源模块等组成。数据集中器硬件结构框图如图2所示，数据集中器电路原理图如图3所示。

考虑到无线数据集中器的低功耗、经济高效、性能稳定、接口电路简单和自动化程度高等特点，因此选择合适的电路芯片至关重要。

无线数据传输模块nRF2401

nRF2401是挪威Nordic公司的单片2.4GHz无线收发一体芯片。它将射频、8051MCU、9通道12位ADC、元件、电感和滤波器全部集成到单芯片中，可提供ShockBurst、DuoCeiver、片上CRC以及地址计算编码等功能。nRF2401无线收发一体芯片和蓝牙一样，都工作在2.4GHz自由频段。nRF2401支持多点间通信，最高传输速率超过1Mbit／s，而且比蓝牙具有更高的传输速度。与蓝牙不同的是，户透明，同种产品之间可以自由通信。更重要的是，nRF2401比蓝牙产品更便宜。所以nRF2401是业界体积最小、功耗最少、元件最少的低成本射频系统级芯片。

电源模块

在集中器电路中电源是能源中心，在集中器中起着非常重要的作用，特别是在无线通信系统中，电源不光是能源的基地，它也直接影响通信的质量。器件对加到输入引脚或输出引脚的电压通常是有限制的。这些引脚由二极管或分离元件接到Vcc。如果接入的电压过高，电流将会通过二极管或分离元件流向电源。例如3V器件的输入端接上5V信号，则5V电源将会向3V电源充电，持续的电流将会损坏二极管和电路元件。在等待或掉电方式时3V电源降落到0V，大电流将流到地，这使总线上的高电平电压被下拉到地。这些情况将引起数据丢失和元件损坏。由于本集中器系统所采用的芯片需用+3V或+5V的直流供电，所以在电源部分首先使用AC-DC模块将220V交流电转化为+5V的直流电，在该系统中，选用专为通信控制芯片提供转换电压的LM1117为转换芯片，它具有功耗低，体积小等优点。又因为电压中含有许多高频干扰源，这些高频成分很容易经过电源进入通信系统中。另外系统自身的发送频率也会经过电源感应反馈到通信系统造成干扰。因而在电源电路中加入220gH的电感，与并入多个不同容值的电容所构成的滤波电路来抑制各种高频信号。使集中器能够得到稳定可靠且低干扰的电源，保证其可靠运行。该电源的电路原理图如图4所示。

集中器电路设计注意事项

射频部分的电路设计是集中器设计的重点与难点，也是集中器设计成功的关键。抗干扰设计直接关系到射频性能和整个集中器的运转情况。在射频部分布线时，合理的布局与布线及采用多层板既是布线所必须的也是降低电磁干扰提高抗干扰能力的有效手段。

布线时需要注意以下几点：一是射频部分电路没有用做布线的面积均需用铜填充并连接到地，以提供RF屏蔽达到有效抗干扰的目的，二是nRF2401芯片底部应接地，为了降低延迟、减少串扰，确保高频信号的传输，要使用多个接地过孔将nRF2401芯片底部和地层相连，三是尽可能地减少串扰，减少分布参数的影响，器件要紧密地分布在nRF2401的四周，并使用较小封装。

集中器软件设计

集中器的主要任务是完成与小区物业中心和三表数据采集终端的通信。集中器的通信包括两部分：与小区物业中心的计算机通过nRF2401无线通信模块与集中器进行通信；集中器通过nRF2401无线通信模块与三表数据采集终端进行通信。集中器主程序流程图如图5所示。

在集中器与小区物业中心和三表数据采集终端的无线数据传输中，数据必须进行规定格式的处理才能有效的降低数据传输过程中的误码率。本系统采用的数据包格式由数据序列号、目标地址、源地址、所发数据长度、数据正文及校验码组成，发送时的数据包格式(见图6)。

当接收端收到一个数据包后，向发送端发送确认信号，若校验无误，则开始判断过程之后对该数据包进行处理。在数据包前加数据序列号是为了及时的发现丢包、漏包的现象。

集成电路与集成系统范文第5篇

关键词：用电信息采集系统；低压电力线载波；通信技术

用电信息采集系统作为电网的智能组成部分，不仅为智能用电服务提供技术保障，还可促进我国电网技术的发展。实现电力系统用户的全面支持预付费、全信息采集以及全覆盖是用电信息采集系统建设的主要目标。低压电力线载波能够采集用电信息，经处理后推送数据，有助于国家电网公司实现数据共享。低压电力线载波通信技术的使用保障用电信息采集系统的正常运行。

一、低压电力线载波通信技术的含义及应用的必要性

低压电力线载波通信技术是指采用电力线实现用电通信，其具有使用方便、覆盖范围广以及条件要求低等优点，不仅降低通信线路铺设，还可降低用电信息采集系统运行成本。无论是频率资源还是电力线路，都要充分利用。但在用电信息采集系统中应用低压电力载波通信技术进行信息传输时，易受到噪声、线路变化以及低压配电网信号弱等多种因素的干扰，影响了信息正常传输。窄带载波技术是低压电力线载波常用的技术。由于低压配电网信号相对较弱，阻滞了信息通信，致使低压电力线载波进行通信时，存在局限性，因此，可以采用路由机制，促进通信成功率的提升。就目前而言，低压电力线载波技术已经被广泛应用于用电信息采集系统中，其通过降低用电信息采集系统的电能损耗，进而降低运行成本，采用低压电力线载波技术使用电信息采集系统的操作更加简单、方便、快捷，不仅有利于用电信息采集系统的发展，还改善目前用电采集系统存在的问题，促进我国电力事业的发展。

二、用电信息采集系统应用低压电力线载波的原理

用电信息采集系统应用低压电力线载波的原理主要包括载波路由技术以及载波调制技术。当低压电力线载波进行数据发送时，采用高频率信号完成数据调制，放大成功率后，实施电力线耦合，在传输过程中，与接送方传输的媒介为电力线路，接收方经耦合电路对高频率信号进行接收，并通过电路解调后将高频率信号还原成数字信号。由于低压电力线载波物理层的性能在一定程度上存在局限性，而且传输信息距离相对较短，因此，可以将中继技术和路由机制应用其中，促进载波通信能力的提升。用电信息采集系统成功率的高低与路由技术的优劣有关，分布式动态路方式、动态路由方式以及静态路由方式是路由运行的三种主要方式。

三、低压电力线载波的实际应用

为了充分发挥低压电力线载波在用电信息采集系统的作用，依据低压电力线载波技术的内含、原理以及特点等，将低压电力线载波应用于用电信息采集系统，并从四个方面进行分析，具体如下。

1组网方案分析。低压电力线载波的组网方案是用电信息采集系统应用低压电力线载波技术的具体体现。通常情况下，采集器、电能表和集中器共同组成了低压电力线载波的抄表系统，而电能表又可分成载波电能表和普通电能表，载波电能表比普通电能表在通信方面更具有优势，其主要是采用集中器和载波线进行通信。普通电能表需要在有线的条件下采用集中器进行信息采集，从而经电力线载波将信息传输至系统集中器。

2低压电力线载波的信息数据抄表分析。进行低压电力线组网时，通常情况下，会在变压器的附近安装集中器，从而实现用户所需要的用电提供，而采集器和载波电表的安装通常会在电力用户处，实现变压器输出三项供电。在通信过程中，电网系统中的集中器会发出信息抄读指令，而采集器及载波电表也会根据指令做出相应的反映，并通过电力线相集中器传递信息，随后在集中器的总结分析后，对信息数据进行保存。

3低压电力线载波通信模块的应用分析。低压电力线载波通信模块是用电信息采集系统中载波电表、集中器和采集器的重要部分。通常情况下，载波电表、采集器及集中器都应用各自相应的专用载波通信模块。单相通信载波模块常应用于采集器和载波电表，进行信息传输时，实现三相间的相互通信是通过集中器中的主载波模块完成的，由此可见，要想实现三相间相互通信，就必须同时发送三相数据。而半双向问答是用电采集系统常用的通信方式，因此，需要完善用电采集系统低压电力线载波通信模块，并保证在相同时间内，有某一模块与之相应。

4低压电力线载波技术的优化措施。在电能表的位置分散、用电负荷特性变化较小以及电能表布线存在困难的台区更加实用低压电力线载波通信技术。而对于城市公寓小区、城乡公变台供电区以及别墅区，采用低电压电力线载波技术，不仅能够保证电力通信网络简单、快捷的延伸至低压用户侧，还可有效的采集用户电表数据，并对其进行控制，具有良好的适应性。但在用户信息采集系统中低压电力线载波技术存在负载重、信号弱、干扰性强以及噪声大等问题，导致低压电力线载波技术在信息传输过程中信息准确性较差，给通信信息的可靠性带来不良影响。在用电信息采集系统应用低压电力线载波技术时，相关系统操作人员要对低压电力线的组网进行优化，可以采用低压电力载波的硬技术和软技术，实现优化升级，进而提高低压电力线载波技术信息数据传递的可靠性和准确性。

四、结语

低压电力线载波技术的应用，促进我国用电信息采集系统水平的提升。但低压电力线载波技术仍存在一些问题，影响了其在用电信息采集系统的作用。电力企业相关人员要采用科学合理的技术对低压电力线载波技术进行优化，最大限度降低用电信息采集系统电能的损耗，降低其运行成本，在用电信息采集系统中采用低压电力线载波技术对我国电力事业的发展具有重要意义。

参考文献