TOP1 ARM7內核微控制器LPC2148以太網接口電路

　　嵌入式主控模塊采用了基于ARM7TDMI-S內核的微控制器LPC2148，集成度非常高。內嵌40kB的片內靜態RAM和512kB的片內 Flash存儲器，片內集成ADC、DAC轉換器，看門狗，實時時鐘RTC，2個UART，2個I2C還有SPI等多個總線接口，及USB2.0全速接口。方便擴展USB接口、JTAG調試接口、觸摸屏，外擴芯片少，而且采用超小的LQFP64封裝，使得儀器的微型化得到了保證。而且電路相對簡單，降低了開發和生產的成本。芯片可以實現最高60MHz的工作頻率，有著較強的功能，能夠滿足嵌入式系統μC/OS—II及人性化的人機界面的要求。本設計中 LPC2148所有的接口都有使用。

　　圖2 以太網接口電路圖

　　LED模塊采用了20個6種波長的LED。多波長的設計使得測量更有針對性，測量數據更有效。我們的設計能夠通過CCD測量的每個LED的亮度，然后由 LPC2148通過點校正功能控制通過LED電流的大小，從而使LED之間的亮度保持一致，進一步提高測量的準確性。本設計使用的網絡芯片是帶SPI接口的獨立以太網控制器，占用MCU的I/O口較少。CCD模塊主要包括整機電源、CPLD、線陣CCD傳感器、運算放大器和高精度AD轉換器。

　　智能門禁控制以太網接口電路設計

　　數字安防系統綜合利用了現代傳感技術、數字信息處理技術、計算機技術、多媒體技術和網絡技術，能夠實現社區各種安防信息的采集、處理、傳輸、顯示和高度集成共享。數字安防系統包括門禁、CCTV視頻監控及防盜報警3個子系統，各子系統通過監控網、信息網、電話網、電視網等不同類型的網絡互聯互通，達到協調運行、綜合管理的目的。

　　智能門禁控制系統由上位機、控制器、讀卡器、電鎖、門磁、識別卡和出門按鈕等組成。系統結構如圖1所示。

　　圖1 門禁控制系統示意圖

　　門禁控制系統的工作過程是：從控制中心即上位機經通信接口向控制器傳輸事先設置好的各項運行參數，如使用人員信息、出/入門方式等，完成系統初始化工作；通常情況下門禁控制器處于等待狀態，當有人刷卡時讀卡器通過標準的Wiegand接口將卡號傳輸到門禁控制器，控制器中采集數據的中斷服務程序將當前卡號、卡片狀態、當前時間、控制模式等信息與初始化信息進行比較，得出準許與否的結果，該結果又被送到讀卡器中，向讀卡人發出聲光指示。當比較結果為準許時，控制器通過繼電器驅動電控鎖使之退出鎖門狀態。依據以上工作過程設計出的門禁控制器總體框架如圖2所示。

　　圖2 門禁控制器總體結構

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　　TOP2 智能門禁控制器以太網接口硬件電路

　　本文采用由S3C44B0X和RTL8019AS組成的智能門禁控制器以太網接口方案。作為一款優秀的網絡控制器，基于S3C44B0X處理器的系統必須要有以太網接口電路才能發揮其網絡應用的特長。以太網接口電路主要由MAC控制器和物理層接口（physical layer， PHY）組成。S3C44B0X片內已有帶MII（media independent interface）接口的MAC控制器，故只需再外接一片物理層芯片，以提供以太網的接入通道。這里選擇Realted公司生產的高度集成的以太網控制器芯片RTL8019AS。此芯片支持IEEE802.3；支持8bit或16bit數據總線；內置16KB的SRAM，用于收發緩沖；全雙工，收發同時達到10Mb/s；支持10Base5、10Base2、10BaseT，并能自動檢測所連接的介質。數據的發送校驗，總線數據包的碰撞檢測與避免是由 RTL8019AS自己完成的。設計出的以太網接口電路圖如圖3所示。

　　圖3 以太網接口電路

　　揭秘LPC2294泵艙以太網信號轉換電路設計圖

　　本文提出一種基于LC2294 處理器的泵艙信號轉換電路，實現了對3 路4～20 mA電流信號的采集處理，并將4～20 mA 電流信號轉化為0～1.6 MPa 壓力信號，當壓力信號超過設定門限后進行壓力超限光報警，轉化誤差≤0.01 MPa，同時壓力數據通過10/100 Mbit·s-1 自適應雙冗余以太網上傳到上位機，數據發送頻率≥5 次/s。

　　模數轉換電路

　　本設計中采用標準5 V 電源對AD7888 進行供電，并將已轉換為電壓形式的模擬壓力信號分別送入模擬信號1～3 引腳。由于LPC2294 芯片的電平為3.3 V，而AD7888 的電平為5 V。因此，LPC2294 對AD7888 的控制信號需要進行電平轉換，這才能穩定的對AD7888 進行控制。設計中使用74LVC245 進行電平轉換，將來自LPC2294 芯片的片選信號、時鐘信號以及數據輸入信號送入74LVC245，經電平轉換后分別輸入給AD7888。因LPC2294 可承受5 V 電壓，所以將模數轉換后的輸出數據直接送入LPC2294 的P0.28 引腳。其具體電路如圖2 所示。

　　圖2 模數轉換電路

　　以太網接口電路設計

　　以太網接口電路主要由DM9000E 以太網控制器及HR601860 網卡變壓器組成。DM9000E 是由Davicom 公司設計的一款低功耗、高集成、高速以太網控制芯片，其可與CPU 直接相連，并支持10/100 Mbit·s-1 以太網連接，且接口支持8位、16 為32 位不同的處理器。系統設計為兩個網口，一個主網口，另一個為冗余網口。系統中LPC2294 與DM9000E 采用16 位總線方式進行控制連接，并將其設定在100 MHz 全雙工模式下。通過對LPC2294 的CS2、CS3 引腳進行控制以實現輸出片選信號對兩個網口進行選擇。電路設計方面將CS2、CS3 與74HC245 的引腳A2、A1 進行連接，并將74HC245B1、B2 引腳分別與冗余網卡芯片及主網卡芯片的ANE 引腳相連。再將兩個DM9000E 芯片的CMD 引腳與LPC2294 的A2 相連?？蓪⒅骶W卡芯片和冗余網卡芯片的數據端口地址與索引端口地址分別配置成為0x83800000、0x83800004 和0x83400000、0x83400004。DM9000E 的物理層發送和接收端口TXO+、TXO-、RXI+、RXI-分別與HR601680的TPOUT+、TPOUT-、TPIN+、TPIN-相連。如圖 3 所示。

　　在對船舶安全關注度日益提高的前提下，本文提出一種船舶泵艙信號轉換電路設計，該設計方便對船用泵的工作狀態進行實時監測，以達到對異常狀態的提前預警。設計以ARM7 系列LPC2294 為核心控制器，配合其他芯片實現了將壓力傳感器輸出的壓力數據通過網卡傳送至以太網的通信功能。并通過實驗驗證了信號轉換系統的可靠性。此外，針對自動化采集技術的誤判問題，下一步的研究方向可將采集到的數據進行有效地數據融合，用以提高數據準確性，并減少誤判的發生。

　　TOP3 CAN總線與以太網嵌入式網關電路

　　提出一種工業現場總線與以太網互聯方法，介紹以太網與CAN 現場總線之間協議轉換網關的設計與實現，采用AT89C55 作為主處理器，通過兩個接口芯片實現CAN總線與以太網的互連，分別給出其硬件結構和軟件設計思想。目前，對于CAN 和以太網相連的嵌入式網關設計主要有兩種方法：一種是低檔MCU 加接口芯片的設計方法，另一種是高檔MCU 加EOS（實時多任務操作系統）再加接口芯片的設計方法。因CAN 只采用了ISO／OSI 參考模型的一、二層，協議相對簡單，比較適合用于低成本、速率要求不高的離散控制系統。從合理的成本和有效利用處理能力這兩方面考慮，該設計采用低檔 MCU 加接口芯片的方法，其硬件框圖見圖。

　　主控芯片及以太網接口模塊

　　根據要求，該系統選擇了性能價格比較高的AT89C55 單片機。它是面向測控對象和嵌入式應用的，所以它的體系結構以及CPU、指令系統、外圍單元電路都是按照這種要求專門設計的。它內部帶高達20 KB 的FLASH 程序存儲器，AT89C55 完全兼容8051 指令集，片上FLASH 方便了使用者進行在線編程，工作速率最高可達33 MHz，256 B 的內部RAM，32 個可編程的I／O口，3 個16 位的定時／計數器，8 個中斷源，支持低功耗的空閑工作模式。以太網接口選用的是RTL8019AS 芯片，它是一種高度集成的以太網控制器，能實現以太網媒介訪問層（MAC）和物理層（PHY）的全部功能。RTL8019AS 內部有兩個RAM 區域：一是16 KB，地址為0x4000～0x7fff，要接收和發送數據包必須通過DMA 讀寫RTL8019AS 內部的16 KB 的RAM，它實際上是雙端口RAM，即有兩條總線與其連接，一條總線用于RTL8019AS讀／寫或寫／讀該RAM，即本地DMA；另一條總線用于單片機讀或寫該RAM，即遠程DMA；二是32 個字節，地址為0x0000～0x001F，用于存儲以太網物理地址。主控芯片和以太網接口芯片的硬件接口原理圖見圖2。值得注意的是由于以太網的包最大可以超過1 500 個字節，AT89C55 的片內RAM 只有256 個字節，因此無法存儲這么大的包，所以這里擴展了一個32 KB 的外部RAM，這樣同時也能提高單片機的數據傳輸速度。

　　圖2 以太網接口電路原理圖

　　CAN 接口模塊

　　組成CAN 系統的主要器件是CAN 控制器和收發器。該設計中，CAN 接口模塊選用SJA1000 芯片和PCA82C250 芯片。SJA1000 是一個獨立的CAN 控制器，它是Philips 公司另一個CAN 控制器PCA82C200 的替代產品，且增加了一種新的工作模式（Peli CAN），這種模式支持CAN 2．0B 協議。SJA1000 主要完成CAN 的通信協議，實現報文的裝配和拆分、接收信息的過濾和校驗等。PCA82C250 是CAN 控制器與物理總線之間的接口，主要用于增強系統的驅動能力。采用收發器的系統中，節點數至少可以達到110 個，同時還具有降低射頻干擾（RFI）和很強的抗電磁干擾（EMI）能力。

　　圖3 CAN 接口模塊的硬件電路圖

　　這里介紹的是一種低成本、高可靠性、快捷的CAN 以太網網關的硬件設計方案，通過實際應用證明，該設計可以作為CAN 總線節點的一個模塊，能夠與儀器儀表等設備相結合，使其具有網絡通信的能力，比較同類產品的設計，該設計能大大提高其性價比。

　　TOP4 以太網供電檢測和分級接口電路

　　工作方式：R31 提供檢測阻抗。為了在檢測電壓范圍內正確操作，穩壓管VR31在輸入電壓低于11 V時禁止分級電路。通過R33和Q31基極-射極電壓的一起作用，Q32、Q31和R32形成一個350 mA的偏置電流源。通過R34和1.24 V電壓參考U31的一起作用，三極管Q33形成分級電流源。當穩壓管VR32導通時（當輸入電壓超過大約28 V時），三極管Q34關閉分級電流源。

　　圖1. PoE接口電路 — 級別2

　　PoE檢測和分級

　　在網絡和電信應用中PoE越來越被廣泛采用。典型用電設備方案如圖1所示，包括了一個PoE接口電路和DPASwitch，DC-DC轉換器框圖，PoE規格要求PD完成三個功能：檢測、分級和通路開關。當輸入電壓從2.5 V上升到10 V時，開始進入檢測，PD內的電阻R31向PSE發送檢測阻抗。當輸入電壓從14.5上升到20.5 VDC時，開始進入分級。在這個階段，發送裝置通過監控PD所吸收的電流量來決定PD的級別。對于1、2和3級，分級電流（ICL）通過電阻R34設定。

　　MCU與以太網控制器通信電路

　　由MCU控制器、1602 LCD液晶顯示器、外部數據 存儲 器24C04、穩壓電源、時鐘振蕩電路、蜂鳴器、鍵盤矩陣和由繼電器控制的空調機等組成。MCU采用8位C51單片機AT89S52，片內含8 KB的E2PROM和256 B的RAM。該處理控制模塊的工作過程為：上電完成初始化后，MCU讀取存儲在外存24C04中的上次已設置好的溫度上下限值和保存的采樣間隔值，然后進入主循環。根據采樣間隔時間，MCU讀取各數字溫度傳感器DS1825內溫度數據，同時點亮LCD以便顯示當前所測溫度值，并根據已設置好的溫度上下限值來確定是否驅動蜂鳴器報警且控制空調機工作進行溫度調節。本模塊有良好的交互性能，利用鍵盤中斷可在線隨時設置溫度上下限值、采樣間隔時間值并可將這些數據保存至外存中。該模塊電路圖如圖2所示。

　　網絡通信模塊：要使單片機 嵌入式 系統接入Internel網絡，必須解決以太網的接入問題，就要用到專門的以太網控制器。本系統采用MCU+TCP／IP 協議 芯片相結合的接入方案。具體來說：采用RTL8019AS以太網控制芯片，利用10Base-T布線標準通過雙絞線進行和上位機的以太網通信。 RTL8019AS芯片是臺灣ReaLTEk公司的基于ISA總線的10Mb／s以太網控制器芯片，它集成了介質訪問控制子層（MAC）和物理層的功能，可以方便地設計基于ISA總線的通信系統，也可以比較簡單地與單片機進行接口。RTL8019AS內嵌TCP／IP網絡通信 協議 ，具有耗電量低、接口簡單、程序設計量少的優點，是用來進行以太網接入Internet通信的理想芯片。系統上電后，MCU對RTL8019AS內部寄存器進行設置和控制，完成復位和初始化后，就能正常地通過以太網進行數據的收發，電路結構如圖3所示。

　　基于Internet的嵌入式多點溫度監控系統靈活性高、交互性強，可在線根據需要隨時修改溫度上下限值，系統設計開發過程中充分利用了網絡技術與多點溫度監控技術相結合的方法及軟硬件協同設計的思想，采用模塊化設計，稍加裁剪改造可適用于多種不同場合的分布式遠程多點溫度智能監控系統。該系統經實驗 測試 ，穩定可靠，測量精度高，實時性強且充分利用了現有網絡，利于傳統的基于RS 485溫度監控系統快速改造為以太網遠程智能監控系統，取得更好的社會經濟效益。

　　TOP5 千兆位以太網光纖收發器應用電路

　　數據線互連

　　該收發器可直接與+5V PECL信號互連。發射器輸入是直流耦合至激光器驅動電路的，亦即在輸入處，并未設置電容耦合終端電阻。激光器的驅動電路也是直流耦合的，使各種占空比數據圖形的輸出光功率相對地平衡。如果數據具有長又連續的狀態時間，輸出光功率則會漸漸地將其平均值改變至它的預設值。

　　在接收器部分，前置放大器與后置放大器之間是交流耦合的，而后置放大器輸出的實際數據是直流耦合至各自的輸出引腳。信號檢測輸出是單端、+5V PECL信號，也是直流耦合至它的輸出引腳。當然，在收發器與支持的物理層集成電路之間應設置正確的互連電路，圖1是推薦的接口電路。

　　電子部件符合各項有關的法規，讓用戶在使用時更安全、更可靠。靜電放電（ESD）。防止ESD損壞有兩件重要的事項。一是對ESD敏感的器件應采取相應的預防措施，采用接地的跨接線，操作臺和地板是防靜電的。二是機殼中暴露在外部的元件，如雙ISC連接器應符合強制性的系統級ESD測試標準。電磁干擾（EMI）。高速收發器應滿足抗電磁干擾要求，如美國的FCC、歐洲的CENELEC EN55022（CISPR22）、日本的VCCI等。電子部件要控制電磁輻射來減少對鄰近設備的干擾。EMI性能還依賴于機殼的設計和電路板在機殼內的正確安裝。

　　CO2128以太網信號轉換系統電路

　　如今，單一的信號形式已經沒有辦法滿足實際工程的需要，網絡信號、USB總線信號、RS232總線信號以及CAN總線信號等形式是目前應用比較廣的總線形式， 但它們之間的互換仍然存在問題， 一直受到復雜的網絡協議所限。而對于網絡信號的轉換， 都得通過復雜的算法才能實現， 因而無法滿足對時實性要求較高的場合。

　　本文給出的基于CO2128器件的網絡信號轉換平臺主要通過CO2128提供的端口來實現CAN總線、RS232總線、USB總線及網絡端口間的相互轉換。設計在保證數據準確的前提下， 減少系統開銷和提高速度是本設計的重點。通過設計，進而能夠構成一個中型/大型的遠程監控/數據傳輸網絡， 其中CAN-以太網設備的功能是實現從CAN總線數據到以太網數據的“透明” 傳輸。本設計的總體結構如圖1所示。

　　圖1 系統總體結構框架。

　　但在設計網絡接口時， 要十分注意PCB板的信號線布局。通常要把網絡變壓器放在距離DM9161 和RJ45 插座盡量近的地方， 且距離DM9161不能超過20 mm; 把50Ω的終端電阻放在離網絡變壓器和DM9161的RX+-， TX+-引腳盡量近的地方。50歐電阻和RX、TX的接地電容需放在DM9161附近， 不能超過10 mm; 25 MHz晶體不能放在重要信號周圍。從DM9161的RX到網絡變壓器和RJ45的走線必須對稱、直接、平行并靠攏。不要走直角、走45度。布RX和TX 時， 應避免使用過孔。RX、TX、CLK和電源走線要求盡量短。RX和TX不能交叉， 相距要在3 mm以上，最好在之間布根地線。從DM9161的RX和TX對到RJ45之間不要走任何數字線路。要保持這兩對信號遠離其它信號和大地。在網絡變壓器和 RJ45下面決不能有地平面或電源平面。所有RJ45的終端引腳和網絡變壓器必須緊靠在一起并通過一顆電阻和0.01 uF/2 kV 電容接地。

　　BANDGAP電阻必須布在盡量靠近47和48腳旁邊。應避免讓任何高速信號位于這個電阻附近。圖2所示是本系統物理層和網絡接口的硬件電路。

　　圖2 物理層及網絡接口的硬件電路。

　　本設計中的網絡信號接收模塊電路和RS232轉CAN總線模塊電路還可以分別將信號處理后的數據直接送到顯示設備輸出。另外，本設計的可移植性較強，各個模塊電路可以分別安裝調試， 因而具有很好的靈活性。

　　TOP6 以太網供電應用電路設計攻略

　　以太網供電（PoE）是利用現有的網絡5類數據電纜傳輸直流電源，在傳遞信號的同時也將電源傳遞給用電設備（PD），如IP電話、無線接入點及網絡監控攝像頭等，省去了本地電源。在PoE系統中，為PD提供電源的設備叫供電設備（PSE）。PD的功耗限制在12.95W，PSE輸出功率限制為每個RJ-45端口15.4W?？紤]到沿CAT-5以太網線（最長可達 100米）傳輸的電壓降，IEEE標準為PD和PSE規定了不同的額定功率。較長的電纜將產生較大的電壓降，因此PSE的輸出電壓要高于標稱的48V，以使PD獲得足夠的功率。

　　供電設備

　　PSE提供PD檢測、分級、限流以及電源控制功能。一個有效PD需要具備25kΩ的探測特征，PSE控制器進行 PD檢測時，按照檢測條件用一個2.8～10V的限流電壓對信號線進行探測。通過測量V-I，利用斜率計算出端口電阻，對端口連接設備做出判斷：有效 PD、開路、低阻負載、高阻負載、大電容負載、正電源、負電源。為了避免損壞非PD設備，同時也為了防止輸出短路時損壞PSE控制器，PSE在PD檢測過程中需要限制電流，通常在2mA以內。另外，PSE還需要累計多個交流周期以便抑制50Hz/60Hz的電力線耦合噪聲。

　　以太網供電技術的最初推動力是VoIP，由于越來越多的以太網設備，如RFID閱讀器、PDA充電器、移動電話、筆記本電腦等可以采用這種方便的供電方式，IEEEE802.3af標準定義了五個不同的功率級別，以便PSE高效地管理功率分配。完成PD檢測后，PSE控制器將進入PD分級模式，為端口提供15.5V～20.5V電壓，并檢測進入端口的電流，根據表2所示IEEE 802.3af規定的PD分級標準，可確定PD的功率等級。Maxim推出的MAX5945網絡供電控制器可以控制四個獨立的端口，采用36引腳SSOP 封裝，能夠實現PD檢測、PD分級及AC/DC負載斷接檢測功能。圖1給出了MAX5945的典型應用電路。

　　PoE網絡可以采用端點或中跨式PSE實現。端口PSE存在于網絡連接的終端。對端點PSE和PD設備來說，電源是通過信號線對兒傳輸的。因為電源已經通過了以太網連接的端點上，這種PSE類型提供了一種簡便的PoE方案，非常適合用來布署新的基礎網絡。需要對現有以太網進行升級時，可以用中跨PSE方式將電源插入到以太網中。中跨PSE可以通過CAT-5電纜中的“空閑線對兒”傳輸電源，如果只有幾個以太網設備需要供電，這是一個最具成本效益的方法。MAX5945既可用于端點 PSE，也可用于中跨PSE，如圖2所示。

　　具有以太網供電能力的PD應用電路

　　對于從以太網供電系統獲得電源，用電設備必須符合IEEE802.3af標準規范，要求能夠提供PD檢測及可編程分級特性信號。PSE進行PD檢測時，PD必須提供25kΩ和小于150nf的識別特征，以便PSE將PD從不需要供電的以太網設備中識別出來。分級特征代表PD的峰值功率損耗，要求在 PSE向端口提供PD分級檢測電壓時能夠吸收特定的電流，PD的分級電流對應于所示的5個功率等級。當端口電壓達30V～40V時，PD處于欠壓閉鎖狀態，以防產生檢測和分級干擾。

　　Maxim針對PD端提供了集PD接口和DC-DCPWM控制器于一體的MAX5941，可用于隔離或非隔離的反激和正激轉換器。 MAX5941A/MAX5941B的PD接口符合IEEE 802.3af標準，可以為PD提供檢測特征信號、分級特征信號和一個具有可編程浪涌電流控制功能的集成隔離開關，還具有寬滯后的供電模式欠壓鎖定（UVLO）以及“電源好”狀態輸出等功能。在檢測和分級期間，集成的MOSFET提供PD隔離。 MAX5941A/MAX5941B保證檢測階段的泄漏電流偏差小于10μA?？删幊滔蘖鞴δ芊乐股想娖陂g產生很高的浪涌電流。這些器件的供電模式 UVLO具有寬滯后和長故障消隱時間等特性，以補償電壓在雙絞電纜上的阻性衰減，并確保系統在檢測、分級和上電/掉電諸狀態間無擾動轉換。

　　電路分析：MAX5941A/MAX5941B 中的PWM電流模式控制器可用于設計反激式或正激式電源。電流模式簡化了控制環的設計，同時提高了環路的穩定性。集成了高壓啟動調節器允許器件直接連接至輸入電源，而無需外接啟動電阻器。內部調節器提供的電流使控制器啟動并開始工作。一旦第三繞組的電壓建立起來，內部調節器就被關閉，而由第三繞組提供 PWM控制器運行所需的偏置電流。內部振蕩器被設定在275khz，并被微調至額定偏的±10%以內。允許使用比較小的磁性元件以縮小電路板空間。圖3所示為MAX5941的典型應用電路。圖中，上半部分電路用來分離出PSE輸送的-48V直流電源，兩個二極管橋整流器（DF02SA）分別從端點或中跨 PSE網絡配置中獲取電源。電阻器RDISC用于設置PD探測特征，當二極管橋的阻抗較高時，應采用較小阻值的 RDIES來進行補償。電阻器RCL用于確定PD的分級特征。柵極電容器CGATE用于設定浪涌電流。正激式DC-DC轉換器提供5V輸出電壓。

　　TOP7 工業以太網交換機電源系統電路

　　目前主流的工業以太網交換機均采用雙電源冗余供電，輸入一般比較常見的輸入的電壓為直流24V、48V或者交直流110V，220V。通過模塊電源（AC-DC，或者DC-DC）隔離變換到12V，由冗余芯片合并到一路接入片上DC-DC。

　　工業以太網交換機片上冗余和片上DC-DC電源的選擇

　　作為用于電力配網或者變電站的電源，未來保證系統的絕對可靠性，一般選擇凌特、TI等廠家的電源芯片。LTC4352IMS#PBF和 LTC3850GN組成的冗余電源和板上DC-DC作簡單的介紹。LTC4352 采用一個外部 N 溝道 MOSFET 產生一個近理想的二極管。它可替代一個高功率肖特基二極管和相關聯的散熱器，從而節省了功率和電路板面積。理想二極管功能實現了低損耗電源 “或” 和電源保持應用。LTC4352 負責調節 MOSFET 兩端的正向電壓降，以在二極管 “或” 應用中確保平滑的電流轉換?？焖俳油p小了電源切換期間的負載電壓降。如果輸入電源發生故障或被短路，則快速關斷將最大限度地減小反向電流。

　　該控制器可采用 2.9V 至 18V 的工作電源。當電壓較低時，需要在 VCC 引腳上布設一個外部電源。在欠壓或過壓條件下，電源通路被禁用。這款控制器還具有一個開路 MOSFET 檢測電路，如果在接通狀態中傳輸晶體管兩端的電壓降過大，則該檢測電路將發出指示信號。一個 REV 引腳用于啟用反向電流，在需要的時候可取代二極管的作用。

　　下面是兩片LTC4352組成雙冗余電路：

　　采用此芯片既可以實現低壓的雙冗余輸入，又可以大大的減小損耗。另外，LTC3850GN 是一款高性能、雙通道同步降壓型開關穩壓控制器，用于驅動全 N 溝道功率 MOSFET 級。該器件所運用的一種恒定頻率電流模式架構提供了一個高達 780kHz 的可鎖相頻率。通過使兩個控制器輸出級異相操作，最大限度地降低了功率損失和電源噪聲。OPTI-LOOP補償使得能夠在一個寬輸出電容和 ESR 數值范圍內優化瞬態響應。LTC3850GN 具有一個精準的 0.8V 基準和一個電源良好輸出指示器。其 4V 至 30V 的寬輸入電源范圍涵蓋了大多數電池化學組成和中間總線電壓。

　　用于每個控制器的獨立 TK/SS 引腳負責在啟動期間使輸出電壓斜坡上升。電流折返可以對短路條件下的 MOSFET 熱耗散加以限制。MODE/PLLIN 引腳負責在突發模式 （Burst Mode） 操作、脈沖跳躍模式或連續電感器電流模式之間進行選擇，并允許將該 IC 同步至一個外部時鐘。

　　下面由一片LTC3850GN組成的DC-DC電路圖：

　　根據板上DC電壓的路數和電流需求，可以由一片或者多片LTC3850GN組成多路DC-DC來滿足板上的需求。同時可以根據需求每路可以輸出0-20A的電流。

　　TOP8 雙CAN總線與以太網監控電路

　　目前最常用的現場總線為CAN總線，CAN總線以可靠性高、成本低、應用靈活等諸多優點，已廣泛應用于智能通信網絡中，但收發器驅動能力的限制不適合遠距離數據傳輸及遠程控制。而以太網技術成熟、通信速度快、軟硬件產品豐富和外圍技術支持全面，可以利用網絡進行遠距離通信，但在工業控制中仍然存在部分問題尚未解決。結合CAN總線與以太網自身的優缺點，本文研究了適用于船舶監控系統基于雙CAN總線與以太網的現場監控模塊，該模塊可安裝于配電開關柜內，能夠就近進行電流、電壓及開關狀態信息的采集，獨立進行數據處理，實現測量、保護、控制等功能。能夠通過冗余雙CAN總線與其他智能節點進行通信，并且通過以太網上傳重要數據給監控臺，協助監控臺完成監測和控制功能。作為配電網絡與監控網絡連接的紐帶，具有很好的開發應用前景。

　　在現場監控模塊中，大量的現場實時數據需要采集和處理，并及時、迅速地向集中監控臺傳輸，即向集中監控臺提供整個控制過程的具體數據，同時還要完成判斷處理并通過輸出模塊發送各種控制命令，考慮到其功能復雜程度，采用了DSP+FPGA雙控制器的硬件方案，其硬件結構原理參見圖1。

　　1） A/D芯片 該系統采用AD7865作為A/D芯片，該芯片為高速14位A/D轉換器，同時采樣4個輸入通道，并具有4個采樣、保持放大器。其優點在于能夠真正實現多路信號的同步采樣，并保持各通道信號的相位關系。具有片內時鐘、讀寫允許邏輯、多種通道選擇方式以及內部精確的2.5V參考電壓，使得其與高速處理器的接口變得非常簡單。本系統共配置了4片AD7865，能同步采樣多達16路模擬量數據。

　　2） 電磁隔離 所有開關量的輸入輸出均采用電磁隔離技術，可有效提高抗干擾能力，本系統選擇了16片4路集成電磁隔離芯片ADUM1410，使得該模塊能同時完成多達32輸入，32路輸出的數據采集。

　　3） FPGA 該系統以EP1C6PQ240作為系統的輔控制芯片，該芯片有5980個邏輯單元，嵌入式存儲塊有一列M4K塊，每個M4K塊可以組成各種存儲器，包括雙端口、單端口RAM、ROM和FIFO等，I/O單元包含一個雙向I/O緩沖器和三個寄存器，具有2個鎖相環和8個獨立系統時鐘，芯片管腳數為240個， 可用管腳數為185個。FPGA主要完成數據輸入輸出控制及數據預處理功能。所有的開關量信號送入FPGA，所有的模擬量信號經A/D芯片轉換為數字信號后也送入FPGA，FPGA需要向A/D芯片提供控制信號來控制A/D芯片的讀寫，所有的數據由FPGA預處理后供DSP讀取。

　　4） DSP 該系統以TMS320LF28335作為主控制芯片［4~5］，該芯片為低功耗、高性能的32位芯片，其內部集成了多種功能模塊，不但包括多種通信接口， 且同一種通信接口的數量不止一個，如SCI串口有3個，CAN口有2個，只需增加簡單的外圍器件即可實現擴展功能。DSP主要完成數據處理、邏輯控制及通訊功能。由于FPGA已將大量數據做了預處理，且本系統中DSP與FPGA的16位地址線和16位數據線均相連，采用并行數據傳輸，DSP只要通過簡單的指令即可快速讀取所需要的開關量和模擬量值，為狀態監控及故障診斷功能提供基礎。

　　5） CAN通信 大多數嵌有CAN控制器的控制芯片只有一個CAN控制器，如果希望系統具有雙CAN接口，則需要外接一個CAN控制芯片，增加了硬件成本，電路結構更復雜。

　　而本系統使用的DSP芯片中嵌有兩個CAN控制器，因此只要將兩個CAN控制器分別外接CAN驅動器就可以實現與兩條獨立的CAN總線連接。圖2以 CANA為例顯示了TMS320LF28335的CAN通信接口電路，CANB的電路設計與此相同。CAN總線收發器82C250是驅動CAN控制器和物理總線間的接口，提供對總線的差動發送和接收功能。利用高速光耦6N137，實現收發信號的隔離和DSP與82C250之間的電平匹配。

　　6） 以太網通信 本系統選用了W5100作為以太網接入芯片。W5100包含了TCP/IP、UDP等網絡協議和DLC、MAC以太網協議。它提供多種總線，包括兩種并行總線以及SPI串行總線等接口方式。內置16KB數據緩沖雙口RAM，可快速進行數據交換。圖3為以太網通信接口電路圖。

　　W5100供電電壓為3.3V和1.8V，其中1.8V可由芯片內部線性穩壓電源產生，外接濾波電路后供回芯片。L1、L2均為1μH的電感，C3、 C4均為0.1μF的電容。根據 W5100的工作頻率要求，需在XTLP和XTLN引腳間接25MHz晶振及接地電容C1和C2，均為22pF。W5100的內部模擬電路需要在 RSET_BG引腳與地之間外接精度為1%的電阻R4和R5，阻值分別為12k和300Ω。為了實現電氣隔離，消除部分諧波（根據結構的不同可以消除不同次的諧波），有效降低零地電壓，需要在W5100與外部接口之間接網絡變壓器。本系統網絡變壓器選11FB-05NL，網絡變壓器的RXPI與RXIN、 TXOP與TXON各需要2個51Ω（精度為1%）的電阻和1個0.1μF的電容與特定端相連。DSP通過片選信號DSP_CS選中W5100芯片，通過直接總線模式讀（/WR）、寫（/RD）信號和數據（DATA）、地址（ADDR）總線可以簡單的將W5100看做一個外部存儲器來實施控制。

　　設計了現場監控模塊可應用于船舶配電網絡中的開關柜或重要設備，配電單元內所有電壓、電流、開關狀態量等利用現場監控模塊就地采集及處理，節省了大量電纜，減輕了集中監控臺的控制負擔，雙冗余CAN及以太網等通信接口，使其與集中監控臺的通信變得便利而可靠，為整個監控系統采取靈活而簡便的網絡拓撲結構提供基礎，具有廣泛的應用前景。