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关键词: 正交编码器，传感器，PLC

问：配置正交编码器 Modicon PLC

什么是正交编码器?

正交编码器是一种传感器，用于测量与轴旋转相关的参数。通过编程，相关的可编程逻辑控制器(PLC)可以跟踪轴的旋转方向、位置和旋转速度。在工业环境中，正交(增量)编码器通常作为一个独立的传感器出售，可以附加到电机或机械上。这种组合便于对机器的运动进行精细测量。

在这篇短文中，我们将探讨一个采用Schneider Modicon M221 1 PLC型号TM221CE24T 1的正交编码器应用，以及一个采用Banner DS18VP6LP 1反向反射传感器的演示正交编码器。这些组件如图1所示。

小贴士 :正交(增量)编码器总是作为数字系统的一部分使用。相应的PLC或微控制器通过计算编码器A和B线上的相变来确定位置。该设备的硬件和软件速度至关重要，因为错过的转换将破坏位置的计算。

正交编码器有多流行?

将正交编码器与PLC结合是一种常见的应用。事实上，它是如此普遍，PLC制造商包括软件和硬件，以适应传感器。这简化了机器的设计和集成。它还允许高性能和高速应用。有了高质量的编码器，这就可以对快速移动的机构进行精细的分辨率测量。例如，工业机器可能包括电机驱动的线性床。结合正交编码器可实现该机构的亚毫米级定位，其性能受机械部件的间隙限制。

正交编码器如何物理连接到PLC?

正交编码器和PLC之间的物理连接是最小的。最简单的配置需要4根电线，包括24个VDC和一个返回到传感器的电源，以及a和B编码器输出的电线。可能有屏蔽线。一些正交编码器具有第三个 “索引” 输出，指示编码器轴的零度(顶部中心)位置。

许多正交编码器直接连接到PLC的24个直流输入。因此，选择具有PNP输出的编码器很方便，因为这允许直接连接到大多数PLC输入。

Modicon M221的属性

Modicon M221 PLC专为运动应用而设计。它包含专用高速计数器，可配置为监控和跟踪正交编码器。例如，PLC可以连接到然后编程来控制伺服电机。这个伺服电机可能有一个正交编码器直接耦合到它的轴，传动，或其他机械部件。

当PLC根据来自正交传感器的反馈控制电机时，可以构造伺服反馈回路。PLC的速度对于这样的应用至关重要，因为错过计数(识别A和B信号的上升沿和下降沿)将导致位置损坏，并且极有可能损坏设备或对人员造成伤害。错误的设备可能会撞到机器端停止或不稳定的高机械应力运动。

为了防止这个问题，Modicon具有高速计数器(HSC)，将响应频率高达100 kHz。该计数器可以配置几种不同的正交模式之一，以满足您特定机器的需求。位置计数可以使用一个字 (0到65535计数) 或双字 (0到4294967295) 。

关于Modicon高速计数器的配置，请参考下面帖子

如何配置正交编码器 Modicon PLC 

当涉及到自动化一台具有正交编码器的机器时，这个工程简介只是触及表面。我们还没有探索电机驱动和控制系统。也许更重要的是，我们还没有探索机器的行为，以及如何设计一种机器来补充操作员和技术人员。

关于Modicon PLC，本笔记提供了一个简单的正交编码器演示。作为一个类比，我们尽可能快地从A点到b点。一定要回去闻一下众所周知的玫瑰和HSC的所有配置选项。

更多可编程逻辑控制器 PLC相关技术内容, 请参考下面帖子：

• PLC是什么，PLC的功能是什么？
• 在 Arduino Opta PLC中的阶梯逻辑（Ladder Logic）UDFB 
• PLC 编程语言介绍
• 选择工业控制继电器的初学者指南 

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作者：Hammond Manufacturing

关键词：元器件外壳，外壳选择，电磁兼容性，外壳定制

在开始一个新项目时，需要考虑许多因素，其中最重要的是该用什么样的外壳来容纳用户的元器件。外壳是产品的门面并是消费者与之互动的界面，用户希望确保外壳的品质能够完全满足应用的需求。

根据外壳制造商 Hammond Manufacturing 的经验，选择外壳时应牢记 10 个常见却非常重要的标准。

1.尺寸

理想情况下，外壳将在设计 PCB 之前选定。这样就能确保电路板的尺寸正好合适，如果外壳有安装柱，还能确保安装孔的位置正好合适。有时难免会出现相反的情况，用户必须为其电路板挑选外壳。

印刷电路板有多大？是水平安装还是垂直安装？许多塑料外壳的侧面有模制插槽，用于直接垂直安装，或者顶部和底部有模制安装凸台，用于水平安装。挤制铝外壳的侧面通常有全长插槽，用于水平安装印刷电路板。此外，还要考虑是否要在外表面上为指示灯、开关、连接器、电缆入口和类似元器件预留空间，以及预留多少空间？安装在电路板上的元器件或多个水平电路板的高度要求是多少？

2.安装环境

产品将用在什么地方？室内、室外，还是内外兼有？安装在室外时，紫外线稳定性对塑料外壳而言是一个潜在问题，因此默认选择聚碳酸酯。对于公路和铁路等移动应用，是否需要考虑冲击和振动问题？是否有水或灰尘入侵的风险（见下文第 5 点）？是否可能存在污染物，如油或化学品？是否可能存在冲击损坏问题？是否预计存在极端高温或极端低温？

ABS 非常适合室内和手持使用。聚碳酸酯具有优秀的耐温性、紫外线稳定性和抗冲击能力，是室外和更多工业用途的理想材料。压铸铝等金属具有出色的抗冲击性和耐温性。

3.材料

对于小型外壳，通常在塑料（包括 ABS 和聚碳酸酯）和金属（包括压铸、折叠或挤制铝和钢）之间进行选择。聚碳酸酯通常专门用于室外，因为其不像 ABS 那样容易因阳光照射而变脆或褪色。

铝外壳具有优秀的抗冲击性并且固有导电性，但为了保持整个外壳的连续性，涂漆或阳极化表面不得覆盖配接区域。某些挤制外壳采用特殊设计，例如使用多个散热片以增加表面积，从而改善散热。压铸铝外壳坚固耐用；耐腐蚀、具有导电性、固有高电磁衰减性，并且易于加工。对于需要良好的防震能力、电磁兼容性，或预计会面临高温、灰尘或水的应用，压铸外壳是理想的低成本选择。

4.EMC（电磁兼容性）

塑料外壳有一个特定的缺点，即缺乏 EMC 衰减能力。如果内部电子元件发射的 EMI 或 RFI 或这些电子元件对外部电场的敏感性是一个隐患，则缺少屏蔽措施就可能会出现问题。为解决此问题，可根据项目要求，在塑料外壳内表面涂上各种材料的内涂层，以提供相应的衰减度。通过涂上不同厚度的材料，可以提供最具成本效益和技术上最合适的解决方案。

而对于金属外壳，只要能保证顶部、底部和可拆卸面板之间的电气连续性，其电磁兼容性就足以满足大部分商业应用的需要。两半外壳将使用导电垫圈建立电气连接。

5.环境密封

外壳是否会受到水或灰尘等环境风险的影响？相关的国际标准是 EN 60529，该标准规定了以 IPXX 表示的防护等级，其中第一个数字定义了对固体物的防护等级，第二个数字定义了对水侵入的防护等级。

通常，防护等级为 IP54 的外壳适合一般用途。如果要安装在可能存在灰尘和水的环境中，则通常通过使用垫圈来达到 IP66、67 或 68 防护等级。最高等级为 IP69K，可提供高压蒸汽清洁防护。在北美，外壳的环境密封性能通常定义为 NEMA（美国电气制造商协会）防护等级。NEMA 防护等级还规定了 IP 等级未涉及的其他产品特性和测试，如结冰条件下的功能性、电缆连接孔等。

6.五金件

外壳面板和盖子必须固定至其配接部分，塑料和压铸外壳主要采用两种固定方法。或者使用自攻螺丝直接固定在底座材料上，或者使用机械螺丝与位于底座上的螺纹嵌件（或衬套）配接。如果在设备的使用寿命内需要反复开启和关闭，则最好使用机械螺丝，而对于“一劳永逸”型应用，使用自攻螺丝即可。

7.外观

虽然审美肯定因人而异，但用户至少对想要的产品外观和感觉有一个大致的概念。塑料外壳有不透明和半透明两种材料可供选择，颜色多样，重量轻，许多外壳还带有用于容纳薄膜键盘和显示屏的嵌入式盖子。挤制外壳具有时尚的阳极化表面，可与彩色塑料边框等配件配合使用，使外观更加出众。压铸铝外壳可以涂上各种不同的颜色，是吉他踏板等高度定制化产品的首选。有时，用户只需要一个坚固耐用、未加修整的压铸外壳！

8.产品和支持的可用性

电子和电气行业的标准外壳由众多专业制造商生产，尺寸、样式和类型多种多样。模制、挤制或压铸外壳看似只是一个简单的盒子，但实际上是大量专业设计知识的结晶，正是这样才造就了功能丰富，适用于各种应用和环境的外壳。经销商会备有大量的标准外壳库存，而最新的趋势是：经销商现在与制造商一起为客户提供技术支持，在设计阶段就与客户开展合作，帮助选择最合适其应用的外壳。

9.可下载图纸和支持资料

任何知名外壳制造商和经销商都会在其网站上提供全面的技术信息库。典型的可下载资源包括 PDF 和 CAD 格式的尺寸图，这些资源可在满足设计和修改要求、技术细节和关键产品属性方面提供帮助。

10.定制

所有外壳在使用前都需要经过一定的改造，例如增加连接器孔或印上标签和徽标。Hammond 提供内部加工和印刷服务，且最小订货量门槛低。外壳类型不同，定制方式也不同。例如，我们可以在金属外壳中安装压入式五金件（如支座），定制挤制铝外壳的长度，以及定制塑料外壳的颜色。有关改造外壳的更多信息，请访问 DigiKey 的定制外壳页面。

结语

并非所有这些技巧都适用于每个项目，但使用这些技巧将帮助设计人员提高全局意识——从了解特定外壳的短期和长期可用性，到为下一个项目确定完美外壳的尺寸。在仔细考量尺寸和技术要求，以及可行性和美观性后，可确保每个项目从原型到推出都尽可能顺利进行。

小编的话

选择电子元器件外壳是一个需要综合考虑多方面因素的决策过程。通过遵循本文列出的这10个标准，设计人员可以更加系统地评估不同外壳选项，从而找到最适合其项目的解决方案。这些标准不仅涵盖了外壳的物理特性和环境适应性，还考虑了产品的可用性、美观性和定制需求，为项目的顺利进行提供了有力保障。您在选择元器件外壳时主要有哪些考虑？您对外壳的选择有哪些问题和经验？欢迎留言，分享交流！

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关键词：MCU，兼容性，可扩展性

Renesas 的 RA0E1 组 MCU 安排了低功耗 Arm Cortex-M23 内核和外设，针对降低 BOM 成本和简化设计优化，适合低端 MCU 市场。

RA0E1 组支持最大 64 KB 的代码闪存、12 KB 的 SRAM 存储器以及 1.6 V 至 5.5 V 的宽工作电压范围。封装选项范围从 16 引脚到 32 引脚，闪存大小在 32 KB 到 64 KB 之间，包括 3 mm x 3 mm QFN 小型封装选项 QFN。RA0E1 与 Renesas 产品组合中的 RA2E1 Arm MCU 具有引脚和外围设备兼容性。当需要额外的 I/O 线路或附加外围功能时，这种广泛的可扩展性为 MCU SW 和 HW 设计人员提供了最佳灵活性。设计人员只需迁移到下一个引脚数大小即可获得额外的 I/O 线路和功能。

RA0E1 是 RA0 系列的第一个 MCU 组，以极低功耗、优化的外设和成本效益而脱颖而出。这些特性使得 MCU 非常适合成本敏感应用。

框图

产品特性

• 32 MHz Arm Cortex-M23 CPU
• 32 位间隔定时器、16 位通用定时器、RTC 和 IWDT
• I2C、简化 SPI、UART 和异步 UART
• 12 位 ADC、内部基准电压和内部温度传感器
• TRNG 和唯一 ID
• 符合 IEC/UL60730 认证的硬件安全特性
• 低功耗：从软件待机模式快速唤醒时间 (1 µs) 和低软件待机电流 (0.2 µA)
• 通信接口：3 个 UART、一个异步 UART、3 个简化 SPI、一个 IIC 和 3 个简化 IIC

适用范围

• 通用：小型设备或子系统控制器的系统控制
• 低功耗/低成本消费电子产品：小家电
• 工业系统控制和楼宇自动化

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关键词: 低通滤波器，抗混叠滤波器，ADC，仿真电路, 滤波, 工作原理

问：什么是低通滤波器? 

什么是低通滤波器?

简单的回答就是低通滤波器(lpf)允许低频通过，同时阻断高频。最经典的例子就是音频系统中的低音。低通滤波器允许低音传递到大低音，而高通滤波器(hpf)允许高频音传递到高音。甚至可能有一个带通滤波器，允许中音(语音)信号传递到中音扬声器。

在这个例子中，滤波器被用来减轻与扬声器相关的物理效应。低音被传递到一个大型换能器，该换能器能够移动大量空气以提供雷鸣般的低音，而高音则由较小的设备更好地产生。

为了充分理解滤波器的含义和操作，我们需要一个工作的心智模型来区分时间域和频域。我们必须掌握用来描述变频信号的语言，这样我们才能设计并随后评估滤波器的性能。

本文将指出这些基础。它给出了一个理想的一阶低通RC滤波器的仿真结果，然后总结了学生可能遇到的危险。具体来说，就是滤波器在非理想元件的非理想环境中使用时所遇到的问题。

滤波器赖以存在的基础是什么?

传统电子学课程介绍了介于分立晶体管放大器和运算放大器之间的滤波器。遗憾的是，我们没有更多的时间来探索与频域分析相关的丰富语言。事实上，很多学生会尝试在没有使用过频谱分析仪的情况下描述滤波器。在一个相关的，也许同样令人沮丧的情况下，您可能会参加数字逻辑课程，探索如何将低通(抗混叠滤波器)应用于ADC。当你最终完成信号和系统课程时，情况可能会好转。在那之前，请继续阅读这篇文章。

技术小贴士:低通滤波器通常在模拟数字转换器(ADC)之前使用。低通滤波器用作抗混叠滤波器，防止令人反感的失真形式。这种失真的原因与奈奎斯特采样定理有关，该定理告诉我们，最高ADC输入频率必须小于采样频率的一半。例如，为语音频率设计的系统可以具有6千赫的采样率。任何高于3 千赫的音调都会导致信号失真。

毫无疑问，这是一个复杂的高尔迪结，很可能是你访问这个页面的原因。滤波器是一个具有挑战性的概念，因为它们的应用需要许多相关但基本的概念，如频域分析，带宽，共振，谐波，傅立叶级数和分贝。每一个都很复杂，但可能会让你觉得你是在从消防水管里喝水。

完整的解决方案超出了本文的范围。代替。请允许我给你介绍一些有用的视频。视频1演示了在厨房中遇到的光谱。这是一个近乎完美的声音介绍，为思考滤波器的方式奠定了基础。第二个视频是我的通信系统系列讲座的一部分。它提供了多种思考频谱的方式。它建立在之前的电路I和电路II相量计算的基础上，并使用无线广播探索带宽。最后，它提出了一个涉及低通滤波器、高通、带通和陷波滤波器的仿真。

理想低通滤波器的计算

教科书对低通滤波器的定义如下:

设R = 1.0 kΩ， C = 0.1 uF。结果是-3dB截止约1.6 kHz。在线DigiKey低通滤波器计算器 ，如图1所示。Multisim 频率扫描的结果，结果在图2中得到进一步支持，图2是使用线性标度呈现的。在这张图中，可以看到幅度从输入的1.0 V下降到输出幅度的0.71 V。

技术小贴士 :术语“截止”经常被误解。在低通滤波器的语境中，截止频率是指输出信号为输入信号70.7%。这可以用分贝的形式表示为-3 dB。重要的是要认识到，信号在截止点处显着降低。实际的衰减逐渐从较低的频率开始。

当我们偏离理想低通滤波器时出现的问题

在上一节中，我们在描述滤波器时小心翼翼地使用了“理想”一词。这个术语适用于滤波器本身，也适用于滤波器的使用方式。至于滤波器，术语“理想”意味着组件以理想的方式运行(请参阅技术小贴士)。至于输出，我们假设滤波器与任何负载断开连接。换一种说法，我们假设滤波器的输出正在寻找一个无限的阻抗。

技术小贴士:诸如电容和电感之类的组件还远远不够理想。我最喜欢的一个实验涉及到RL低通滤波器。对于较低的频率，电路的行为符合预期。在较高的频率下，它与预期的性能相差很大。问题是，由于绕组间电容，在高频下工作的电感器开始看起来像电容。

一个典型的错误是将滤波器的输出输入反相运放。假设这个放大器的增益为10，使用1.0 kΩ和10 kΩ电阻对。考虑到运算放大器的虚拟地，滤波器将看到1 kΩ负载。对于低频，滤波器输出幅度不再统一。事实上，对于我们选择的电阻，我们已经形成了一个分压器，在低频时输出减半。我们的截止频率也发生了移位。无需解释，我们应该重新学习Thévenin的定理，开始着手进行AC分析。

这种频率的变化具有严重的影响。例如，不理解这种理想区别的人可以为扬声器系统中的低音扬声器设计交叉。我们可以看到，他们将对结果感到严重失望，因为频率和衰减水平远未达到理想水平。更糟糕的是，扬声器本身并没有表现得特别好。例如，它具有物理共振，该共振根据外壳的阻尼而变化。这会产生一个无功部件，从而改变滤波器上的负载。

结论

这是理论与现实世界相遇的一个迷人的研究点。低通滤波器一点也不简单。在设计电路时，请牢记这些想法。也许这是许多人称之为艺术的原因。

更多滤波器设计相关技术内容, 请参考下面帖子

• SAW 和 BAW 滤波器概述 
• Δ-Σ ADC 抗混叠滤波器组件选择
• 频率滤波器的说明
• 三相电源线滤波器的选择技巧
• 通过LC滤波器，来改善高速DAC电源相位噪声 

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关键词: FPGA, VHDL，数字音频, 电路设计, 编程

问：I2S 收发器 ( VHDL ) 设计实现

本文详细介绍了一个主 I2S 收发器组件用于 FPGA，以 VHDL 编写。组件通过 I2S 接口接收音频数据，并将接收到的数据在某一采样率上传送给并行接口上的用户逻辑芯片。它还在某一采样率上从用户逻辑芯片上接收并行数据，并通过 I2S 接口将这些数据传输出去。图1说明了将 I2S 收发器集成到系统中的一个典型示例。

背景

I2S (也称为 IIS) 是用于数字音频的标准化串行通信总线。该总线由串行时钟 (SCK)、字段选择信号 (WS)和串行数据 (SD) 3条线路组成。图2显示了 I2S 通信链路的数据帧。

串行数据线传输两个时间复用的数据通道——左信道和右信道。数据首先以2’s 二进制补码形式传输最高有效位 (MSB)。字段选择信号 (WS)表示当前正在传输的声道(低=左声道，高=右声道)。该通道数据字段的MSB在字段选择信号 (WS)切换后传输一个时钟周期，然后是数字节的其余部分。数据位在下降时钟沿上传输，在上升时钟沿上读取。

I2S发送器或I2S接收器都可以充当主机（master）。主机提供串行时钟和字段选择信号。

音频编解码器通常也需要一个“主时钟” (MCLK) 来运行其内部电路。MCLK 频率通常是采样率的倍数，例如 256*Fs (其中 Fs 是采样率)。要求取决于具体的音频编解码器。

操作理论

这个 I2S 收发器输入一个主时钟，并通过计数器从它得到串行时钟和字段选择信号。串行时钟频率是主时钟的整数倍，字段选择频率(即采样率)是串行时钟的整数倍。

接收数据从串行时钟上升沿上的 sd_rx 端口时钟进入内部接收移位寄存器。在字段选择切换后，为适当的通道启用一个串行时钟周期的移位，并继续保持数据字段的宽度，然后再次禁用。在每个字段选择开关上，收发器分别在 r_data_rx 和 l_data_rx 端口上呈现右声道和左声道的接收数据。

相反，在 r_data_tx 和 l_data_tx 输入端口上呈现的左右数据在每个字段选择开关上并行加载到内部传输移位寄存器中。这些数据在串行时钟下降沿上的 sd_tx 端口被时钟输出。在字段选择切换后，为适当的通道启用一个串行时钟周期的移位，并在数据字段的宽度之外继续一个串行时钟，然后再次禁用。根据 I2S 总线规范，额外的传输位将 sd_tx 数据线设置为’ 0 ‘，以防数据宽度与接收 I2S 设备不匹配。

配置 I2S 收发器

I2S 收发器通过在 ENTITY 中设置通用参数进行配置。

sclk_ws_ratio

字段选择 (ws) 信号的频率是采样率。sclk_ws_ratio 参数定义了每个字段选择周期的串行时钟*(sclk)* 周期数。

mclk_sclk_ratio

mclk_sclk_ratio 参数定义了每个串行时钟*(sclk)* 周期的主时钟 (mclk) 周期数。

d_width

参数 d_width 以位为单位定义每个数据字段的大小。

这并不需要等于一个字段选择半周期内串行时钟周期的数量(即在信道数据传输期间串行时钟的数量)。如果在字段选择半周期内有多余的时钟周期，那么在额外的串行时钟周期内串行数据接收端口 (sd_rx) 上的任何数据都将被忽略，并且串行数据传输端口 (sd_tx) 为这些额外的位输出 ’ 0 ‘。

提供主时钟 (Master Clock)

I2S 收发器需要一个主时钟时钟输入来操作。该时钟是发送到 I2S 收发器正在通信的 I2S 从设备的同一主时钟信号。

通常，期望的采样率 (Fs) 是已知的，I2S 设备需要一个该采样率的若干倍的主时钟。例如，假设期望的采样率是常用的 44.1 kHz，并且 I2S 设备接受 256*Fs 的主时钟。这意味着用户需要为 I2S 设备和 I2S 收发器提供11.29 MHz的 mclk 。

mclk 信号可以在 FPGA 内部使用锁相环导出。

端口的描述

I2S收发器接口说明如表1所示。

音频数据事务传输

I2S 收发器使 l_data_rx 和 r_data_rx 端口上的用户逻辑可以使用接收到的数据。这两个接收数据端口在每次 ws 转换时都会更新。由于新的左声道数据仅在 ws = ’ 0 ‘时接收，因此 l_data_rx 端口与 ws 的上升沿同时获得新值，即当左声道数据字段完成时。同样，新的右声道数据仅在 ws = ” 1 ” 时接收，因此 r_data_rx 端口与 ws 的下降沿并发获得新值，即当右声道数据字段完成时。用户逻辑可以使用 ws 信号来指示新数据可用，从而以采样率检索该数据。图3 说明了这种行为。

类似地，I2S 收发器在每个 ws 转换的 l_data_tx 和 r_data_tx 端口上锁存新的传输数据。用户逻辑可以使用 ws 信号来指示何时将其输出数据锁存，因此可以自由地在这些端口上呈现下一组传输数据。锁存在 ws 下降沿上的 l_data_tx 值在左声道数据字段传输期间在 sd_tx 上传输。同样，锁存在 ws 上升沿上的 r_data_tx 值在右声道数据字段传输期间在 sd_tx 上传输。图3 显示了这种行为。

重置（Reset）

reset_n 输入端口必须具有逻辑高，I2S 收发器才能正常工作。该端口上的低信号将异步复位组件。复位期间，组件保持 sclk 、ws 和 sd_tx 端口为低电平。任何当前正在进行的传输都将停止。任何当前正在进行的接收被放弃，l_data_rx 和 r_data_rx 输出端口清空。清除所有内部数据缓冲区。一旦解除复位，I2S 收发器恢复工作。

结论

I2S 收发器是一种可配置的可编程逻辑组件，通过标准 I2S 总线传输和接收音频数据。它作为主控器工作，为接口提供串行时钟和选字信号。它允许用户为特定的采样频率、数据宽度、主时钟和每字串行时钟周期数进行配置。

更多 VHDL 设计相关技术内容, 请参考下面帖子

• 奇偶校验发生器 ( VHDL ) 
• 实现一个健壮的微控制器到 FPGA SPI 接口: 第1部分 – FPGA 的挑战 
• Arduino 环境中的 FPGA：使用 Alorium 的 Snō 模块支持预配置和定制 IP
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作者：Becky Stern

关键词：Arduino，原型设计，电路模拟器，无焊面包板

从事电子行业或者是电子设计爱好者，一定有听过Arduino。但你所理解的Arduino是什么呢? 是一款开发板? 还是一家公司? 不管怎样，Arduino都是电子设计不可或缺的重要资源，在编程上提供极大的帮助。以下视频将通过利用Arduino建构简单的电路，让你了解其功能，加强你进行设计的能力，赶快点开来看吧！

https://v.qq.com/x/page/p3561yzhb76.html

Arduino 让科技创新变得简单。它是一系列微控制器板，让您感知周围的环境并控制电子设备。Arduino 一词指的是电路原型设计过程的几个层面。其中一个是指硬件，包括官方的 Arduino 板和成千上万种兼容Arduino的衍生产品。与硬件进行通信的软件被称为集成开发环境，名为Arduino IDE。而且，你使用的编程语言也叫做Arduino，它是基于C++。Arduino还可以是指Arduino公司的商标，他们制造官方的开发板并维护开源文档，有助于使整个生态系统免费且便于共享。

Arduino 是一个庞大的全球社区，这意味着你可以在网上找到几乎数不尽的灵感、代码范例和关于你的问题的答案。

跟着本系列视频进行操作，你将逐渐掌握用电控制元器件和Arduino语言编程的关键概念。

以下是推荐用于开始 Arduino 硬件原型设计的材料：

• Arduino Uno或其他兼容板和USB 电缆
• 无焊面包板
• 跳线或实心连接线
• 3V 通孔 LED
• 100-1000 欧姆的通孔电阻

您还可以使用 Tinkercad Circuits 或 Fritzing 等电路模拟器开始，无需任何硬件。

建议从 Arduino Uno 开始，或使用兼容板，例如 Adafruit Metro、Sparkfun Redboard或 Seeeduino。这些专为初学者使用的开发板有较大的标签，帮助你清楚地看到你插入边缘引脚上的连接器，而这些连接器连接到微控制器芯片本身的各种引脚。微控制器芯片是一个微型计算机，运行我们从常规计算机上上传的程序。在开发板上，你还会看到一个复位按钮、一个电源指示灯、一些用于指示开发板何时发送和接收数据的LED，还有一个连接到引脚13的LED，用于在不插入其他元器件的情况下进行测试。其他元器件支持微控制器，并使电路的布线和编程变得简单，让不会电气工程的人也可以做到。

请确保使用正确的USB连接线将开发板连接到电脑上，这里需要的是支持数据传输的数据线，而不是外表相似的那种仅能用于充电的线。区分它们的方法是，使用数据线时 Arduino 开发板会出现在软件的端口菜单中，而充电线则不会。确保这一点的最佳方法是购买注明是数据线的线。

您还需要一块无焊面包板，它的内部有金属条和许多孔，可以让你快速、轻松地连接元器件。

我习惯用固定板将面包板和 Arduino 板连接起来，这样我的电路就可以更好地结合在一起。

你需要一些导线来连接Arduino，无论是面包板专用的导线或者实心铜芯导线都可以。

在进入软件部分之前，我们可以先建立一个简单的电路。使用出厂默认程序让一个连接到引脚13的LED闪烁，引脚13连接到LED较长的正极，而 LED 较短的负极通过电阻接地，以帮助限制电流，防止LED烧坏。如果你想了解更多，可以观看我们系列前期的 “【与美女创客入门电子世界】在做LED开发？这个视频很实用！”( https://mp.weixin.qq.com/s/LkoLgkPBZf76MALzcF2mmQ)。对于这个电路，需要一个功率为1/4 瓦的电阻，阻值从100欧到1000欧都可以。

用导线将Arduino上标有标签的5伏电压和地线引脚连接到无焊面包板上的母线，这些母线沿着无焊面包板的两侧延伸，方便大家轻松地接入电源和地线。对于这个电路来说，没有严格要求使用地线母线作为连接面包板地线的中间接口，但在原型设计时连接母线是最佳做法。

当在断开电源的情况下完成了电路，接着就可以将开发板连接到电脑。新电路中的LED应该会与开发板上的迷你贴片式LED一起闪烁，如果没有闪烁，请再次检查你的线路是否都连接好，并确保你的LED没有插反。开发板的连接孔非常小，所以很容易把导线插入错误的行中。

当LED闪烁，就可以深入研究控制它的程序。基本的闪烁范例可在Arduino软件中下载，并需要将其安装到电脑上。打开软件，找到文件 > 范例 > 01.基础，最后点击闪烁。

所有这些额外的符号都是Arduino语法的一部分，但不用感到害怕，从零开始学习并编写合适的代码需要时间，这里会向你一一解释，当你的水平有所提升，可以随时参考这些例子。

第一部分是代码块注释，接着是代码的设置部分，用于设置程序后续所需的内容，它在程序启动时就会运行。这里的闪烁程序将引脚13设置为输出，这样可以使开发板发送信号，而不仅是接收信号。

程序的主体部分在循环内，只要开发板通电，这部分代码将重复执行。双斜杠后面的灰色文字是注释，使你更容易理解程序。

这里使用的输出命令称为digitalWrite()，它是一个函数，用于将一个引脚设置为HIGH或LOW，即打开或关闭状态。这里会使用函数delay()来暂停程序，它会暂停指定的毫秒数，一秒等于1000毫秒。总的来说，该程序以一秒的间隔打开和关闭一个LED。这个时间间隔可以改变，只需要改变delay的数值，就可以自定义这段代码，比如500毫秒或2000毫秒。

要将程序上传到Arduino开发板上，请确保USB连接线插好，并从工具菜单中选择对应的开发板和端口。如果你的端口没出现或找不到对应的端口，请尝试拔掉开发板，检查端口菜单，然后重新插上开发板，再次查看端口菜单，看看有没有出现，然后点击上传按钮，以将闪烁范例代码传输到Arduino开发板上。

标有TX和RX的LED指示灯会闪烁，显示软件正在与开发板进行通信，并会显示“上传完成”的通知。片刻后，设置的闪烁效果就会出现。

如果要上传到一个兼容Arduino，而非Arduino公司的开发板上，可能需要安装额外的驱动程序，才能在端口菜单中看到该开发板。参考产品文档便可了解所需操作。

现在已经成功运行了一个数字示例，下一步是要更深入地了解Arduino的功能。当然，闪烁是不错的功能，但也可以让LED处于半亮半灭的状态。方法是编程渐变效果，但在Arduino上只有几个引脚能够进行类似模拟输出的操作，这些引脚在你的开发板上会用一个小波浪线(~)或其他标记来标明。

在进行任何修改之前，请先拔掉连接线，然后将连接到引脚13的导线插入标有PWM标记的引脚9。

在Arduino软件中点击文件 > 范例 > 01.基础 > 渐变，然后将开发板连接上电脑，上传该代码到Arduino板上，就可以看到LED的渐亮和渐灭效果。

Arduino板只能生成数字信号，即HIGH和LOW，但analogWrite() 通过脉冲宽度调制（PWM），来模拟在开和关之间的亮度变化，从而实现看起来像是亮度调节的效果。LED快速地开和关，便会觉得是看到光线变暗。LED点亮和熄灭的时间比例决定了LED的亮度。

看看代码，便可以了解这种渐变效果是如何实现的。可以在 Arduino 首选项中启用行号，以便更好地引用代码的不同部分。

第16行到18行说明了程序中使用的三个变量；第23行的设置部分将引脚9配置为输出；在第29行，analogWrite()函数根据作为变量的亮度值来设置引脚9的输出；在第32行，亮度通过数值为5的fadeAmount递增。

第35行使用if语句通过比较运算符检查亮度，如果亮度小于或等于零，或者大于或等于255，则执行内部代码，否则，跳过该部分。因此，代码会增加亮度，直到达到或超过255。然后，将fadeAmount设置为-5，并递减亮度直到达到零或小于零。最后的delay()函数防止代码运行过快，以至于你无法看到效果。

PWM的快速闪烁是为什么有时在相机或手机上，录制LED灯时会出现闪烁的原因，这取决于快门速度。PWM也用于在RGB LED中实现颜色混合，每种颜色的LED被设置为不同的亮度级别，当它们在同一个封装中混合时，可以形成任何颜色的光。

在这个Arduino基础入门教程中，最后一个要介绍的概念是for()循环，也称为计数循环。它从一个初始值计数到一个上限值，在这个程序中，我们以5为增量从0计数到255。就像之前的LED渐变程序一样，这表明有不止一种编写相同程序的方法。

你也可连接更多的LED，并使用for()循环来为它们添加动态效果，在for()循环完成计数后，主循环的剩余部分会执行，然后重新开始。

刚开始接触Arduino可能会让人感到压力，但别忘了当你遇到问题时，可以在网上查找相关资料。Arduino官网有一个很实用的参考部分，可以在那里找到代码每个部分的解析和示例，还有一个社区论坛，可以在其中找到与你的项目相关的协助。

对于电子设计或电子爱好者来说，Arduino是非常实用的工具，它可以帮助你完成一些设计，而且还有丰富的资源为你解决疑难。掌握好使用Arduino的技巧，相信会是一大助力，成就出更多你的创意作品。我们期待着家它们的诞生。

关于本系列视频

电子设计博大精深，对于初学者来说，有一定的难度。本系列视频旨在介绍一些入门级的技术和技巧，包括电路设计基础知识、简单编程等，让初学者从基础开始，再一步步向更进阶出发，在电子设计的世界里，发掘更多乐趣，同时也可以让电子设计爱好者温故知新。

关于Becky Stern

Becky Stern是一名创客，拥有多年设计电子项目的经验，创作和分享是她两大爱好。在独立创业之前，她曾担任 Instructables (Autodesk) 的产品经理、Adafruit 的可穿戴电子产品总监等。她的作品曾被 BBC、CNN、Business Insider、Forbes 和 Science Friday 等知名媒体报道过。她创建了数百个关于技术和手工制作的在线DIY教程和视频，旨在分享她的知识，帮助同是电子设计爱好者的同路人学习，以及相互交流。

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小编的话：

作为一个多功能的电子开发平台，Arduino为工程师提供了广泛的应用场景和学习机会，有助于我们提升技能、扩展视野，并在职业生涯中取得成功。相信通过这期视频内容，我们对如何利用Arduino来进行电路设计有了更多的了解。您对Arduino的应用有哪些疑问和经验？您是否活跃在Arduino全球社区？欢迎留言，分享交流！

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作者：Bonnie Baker

关键词：ADC，运算放大器，数据采集模块，声波聚焦，流式细胞术

流式细胞术被临床医生和诊断医生广泛用于分析细胞特性。他们用光学方法逐一评估每个细胞的蛋白质含量、血液健康状况、粒度和细胞大小等属性。尽管系统灵敏度高，但流式细胞仪的设计人员一直面临着加快分析时间的压力，这就要求采用新的方法设计流式细胞术及其相关电子元件。

流式细胞仪对各个细胞进行激光照射，产生散射和荧光信号。为了快速、准确地捕捉所产生的光线并将其转换为数字信号，需要一个雪崩光电二极管 (APD) 和复杂的电子元件。要设计和实现这个过程的电路可能需要很长时间，特别是考虑到流式细胞术数据采集系统需要高速、低噪音的设备来确保系统的准确性。

为了实现更快的流式细胞术分析并保证成本效益，设计人员可以通过由内部放大器驱动器和模数转换器 (ADC) 组成的数据采集解决方案解决速度和准确性问题。

现代流式细胞术原理

现代流式细胞术是一个自动化过程，可以分析细胞和表面分子，描述并定义异质细胞群中的不同细胞类型。不算准备时间（可能超过一个小时），该仪器能在不到一分钟的时间里对 10000 个单细胞进行三到六个特征评估。

为了实现这一点，流式细胞术的单细胞制备步骤至关重要。样品在鞘液中组织，以流体力学方式将细胞或颗粒聚焦到狭长的单细胞列样品流中，以进行分析。在经过这种转换后，单细胞必须保持其自然的生物特征和生化成分。

图 1 是流式细胞术仪的示意图，首先从顶部加入多细胞样品。

流式细胞仪包含六个主要组件：流通池、激光器、雪崩光电二极管 (APD)、跨阻放大器 (TIA)、ADC，以及用于数据收集和分析的计算机。

流式细胞仪有液流或鞘液，这两者会收窄，以将细胞排列成单列送过光束。激光每次捕获一个细胞，产生前向角散射光 (FSC) 信号和侧向角散射光 (SSC) 信号。荧光通过镜子和过滤器进行分类，然后由 APD 进行放大。

接下来，在产生的光输出击中 APD 后对其进行检测、数字化和分析。对于检测来说，Analog Devices 的 LTC6268 500 兆赫 (MHz) 超低偏置电流、低电压噪声 FET 输入运算放大器对于检测所需的高速 TIA 是理想选择。

设计此放大器电路时，必须尽可能地扩大带宽，因而必须尽量减少寄生电容。例如，寄生反馈电容 C 影响了图 2 的电路稳定性和带宽。无论选择何种电阻器封装，在放大器的反馈路径中总会存在寄生电容。但是，0805 封装端盖间距较长，寄生电容最低，是高速应用的首选。

增加 R1 端盖之间的距离并不是减少电容的唯一方法。另一种减少板对板电容的方法是在电阻 R1 下增设一条接地线，来屏蔽产生寄生电容的电场路径（图 3）。

在这种情况下，该方法具体涉及到在靠近 TIA 输出端的电阻垫下面和之间放置一条短的接地线。此方法可让寄生电容达到 0.028 皮法拉 (pF)，TIA 带宽达到 1/(2π*RF*CPARASITIC)，相当于 11.4 MHz。

光信号会导向几个带有适当滤光片的雪崩二极管。APD、TIA 和 ADC 系统将这些信号转换为其数字表示，并将数据发送到微处理器做进一步分析。

现代细胞仪通常配备多个激光器和 APD。目前的商用设备有 10 个激光器和 30 个雪崩光电二极管。增加激光和光电倍增管检测器的数量，可以进行多次抗体标记，从而通过表型标记精确识别目标细胞群。

不过，分析速度还是取决于以下因素的微妙平衡：

• 鞘液流速
• 流体力学聚焦过程形成单细胞列的能力
• 隧道直径
• 保持细胞完整性的能力
• 电子元件

流式细胞术声波聚焦

虽然增加多个激光器和 APD 可以加速分析和识别，但在最好的情况下，最新的现代单细胞流式细胞术每分钟可以收集多达一百万个细胞的数据。在许多应用中，如检测血液中低至每毫升 100 个的循环肿瘤细胞时，这种处理远远不够。在罕见细胞的临床应用中，试验经常需要对数十亿的细胞进行分析，非常耗时。

声波聚焦过程是流体力学聚焦细胞制备过程的替代方案。在该过程中，将一种压电材料（如锆钛酸铅 (PZT)）附着在玻璃毛细管上，使电脉冲转换成机械振动（图 4a）。通过使用 PZT 在矩形流通池的共振频率下振动玻璃毛细管的侧壁，系统会产生具有不同数量压力节点的各种声驻波。

这些 PZT 频率节点将流动的粒子排列成多条离散的流线（图 4b）。声学流通池使用线性声驻波，通过产生单次或多次谐波来调谐为各种波长。正如简单线性驻波模型所预测的那样，样品中的细胞在流通池中产生单个或多个单细胞列。

借助这种精确的细胞组织，鞘液隧道的宽度可以扩大，以加速流过激光束（图 5）。

传统的流体力学聚焦（图 5c.）将单细胞排成列，准备进行激光扫描。虽然样品流核心的漏斗越宽，鞘液材料的速度就越快（图 5d.），但这也会导致单细胞列发生分散，从而产生信号变化并影响数据质量。

声波聚焦（图 5a.）将生物细胞和其他颗粒紧密地排列在一起，即使隧道较宽也没有问题。这种精确的细胞排列允许更高的采样率，同时保持数据质量（图 5b.）。

在实践中，流式细胞术声波聚焦可使细胞采样频率提高约 20 倍（图 6）。

在图 6 中，A、B 和 C 的设备采用流体力学技术，而 D 则采用声波聚焦流式细胞术方法。

声波聚焦流式细胞术数据采集

声波聚焦流式细胞术设备的电子元件设计需要高速光敏电子元件，以适应血液细胞和鞘液通过较大直径喷嘴的速度。前面提到的 600 MHz 高速 LTC6268 与专门的 0805 电阻封装布局相结合，使光感应速率高达 11.4 MHz（图 7 左）。LTC6268 的输出被送入 Analog Devices ADAQ23878 ADC 进行数字化。

ADAQ23878 是一款 18 位、每秒 15 兆次采样 (MSPS) 的精密高速系统级封装 (SIP) 数据采集解决方案。它将设计人员所面对的输入驱动元器件选择、优化和布局等设计挑战转移至设备，从而极大地缩短了精密测量系统的开发周期。

这种 SIP 的模块化方法通过将多个通用信号处理和调节模块与高速、18 位、15 MSPS 逐次逼近寄存器 (SAR) ADC 组合在一个设备中，减少了终端系统的元器件数量。这些模块包含一个低噪声、全差分 ADC 激励放大器和一个稳定的参考缓冲器。

ADAQ23878 还集成了关键的无源元器件，它们采用 Analog Devices 的 iPassive 技术，可最大限度地减少与温度有关的误差源并优化性能。ADC 快速建立的驱动级有助于其确保快速数据采集。

评估 ADAQ23878 µModule

为了评估 ADAQ23878，Analog Devices 提供了 EVAL-ADAQ23878FMCZ 评估板（图 8）。该评估板可展示 ADAQ23878 μModule 的性能，是用于评估流式细胞术前端设计和其他各种应用的一款多功能工具。

EVAL-ADAQ23878FMCZ 评估板需要一台运行 Windows 10 或更高版本的个人计算机、一个低噪声的精密信号源以及一个适合 18 位测试的带通滤波器。该评估板需要 ADAQ23878ACE 插件和 SPD-H1 驱动器。

结语

虽然使用标准的流体力学聚焦流式细胞术逐一检查生物细胞已取得成功，但由于需要加快分析速度，人们开始转而改用以声波聚焦流式为主的方法。但是，若要支持更先进的流式细胞术，电子元件也必须改进，同时尽量缩小空间、节约成本并缩短开发时间。

如本文所述，LTC6268 高速运算放大器可与 ADAQ233878 精密、高速、μModule 数据采集解决方案相结合，为先进的流式细胞术设备建立完整的数据采集系统。

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关键词: 陶瓷电容，回流焊，引线结合

问：为何陶瓷电容器焊接后轻微翘起?

曾经有客户发现Murata的GMD155R71E153KA01D 有焊接问题，一端轻微翘起。

联系原厂后，得知 GMD系列仅限引线接合（wire bonding）以及Au/Sn焊料）

注意，该产品不支持回流焊：

根据下图，推荐使用环氧树脂将产品安装到PCB上，但需要焊接金线才能进行连接。

更多陶瓷电容器相关技术内容, 请参考下面帖子

• Rubycon——径向引脚铝电解电容的引脚样式 
• 外观问题：Kemet 的聚丙烯 (PP) 轴向薄膜电容器 
• 什么是低通滤波器? 
• 陶瓷电容概述 
• MLCC 电容器缓解弯曲裂纹的解决方案

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关键词:硅酮，继电器，功率晶体管

问：如果使用硅酮作为功率晶体管的介质，会影响继电器吗？

如果使用硅酮作为功率晶体管的介质，会影响继电器吗？

• 如果含硅气体进入继电器，可能会导致接触不良。

说明

因硅酮而导致连接机制接触不良

1. 在含硅气体环境中使用可能会导致接触不良。
2. 含硅气体可通过继电器外壳和接合缝隙进入继电器。（即使对于塑料密封型继电器而言，气体也可能进入。）
3. 在连接负载开关时产生的电弧能量作用下，有机硅（Si）变成二氧化硅（SiO2），并附着在连接点上。
4. 随着开关次数的增加，二氧化硅沉积物（薄膜层）和接触电阻也会随之增加，从而导致接触不良。

硅酮用于功率晶体管

有时，功率晶体管和散热器之间会使用硅脂，但由于功率晶体管（Tr）产生的热量，硅脂中会产生含硅气体。

根据硅脂中所含硅的数量和继电器开关的负载大小，导致继电器接触不良所需的时间会有所不同。

在微负载开关的情况下，产生的硅酮涂层无法被破坏，因此会在早期阶段导致接触不良。在电源开关的情况下，硅酮涂层被电弧破坏，导致接触不良所需的时间较长。

快速提示

除了硅脂之外，也不要使用任何含有有机硅的粘合剂。请使用非硅产品。

更多继电器相关技术内容, 请参考下面帖子

• 许多功率继电器用于PCB上的I/O输出。继电器之间的距离有限制吗？
• 导致继电器线圈烧毁的原因有哪些？
• 是否存在即使继电器线圈的电压关闭也能保持连接的继电器？ 
• 如果Mos管和PCB继电器采用回流焊接，是否可以适用PCB的条件？ 
• 单、双和交叉双连接头在继电器的连接机制中有什么区别？ 

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关键词：运算放大器， EMI 滤波器，测量精度，高频干扰

Microchip 的 MCP60711T-E/OT、MCP60711UT-E/LTY 和 MCP60713T-E/CH 系列精密运算放大器 (op amps) 具有出色的性能，输入失调误差极小且噪音低。这些特性提高了各种应用的测量精度。此外，片上 EMI 滤波器还可提供针对高频干扰的额外保护。

产品特性

• 增益带宽积：10 MHz（典型值）
• 压摆率：15 V/µs（VDD = 5.5 V 时的典型值）
• 1 kHz 和 2 VP-P 时总谐波失真 (THD) 为 -115 dBc（典型值）
• 输入失调电压为 ±105 µV（最大值，VCM = 0.1 V）
• 轨至轨 I/O
• 电源：2.2 V 至 5.5 V
• 单电源或双电源（分离式）
• 静态电流：720 µA（典型值）
• 某些封装具有关断引脚
• 增强型 EMI 保护：
• EMIRR：2.4 GHz 时为 81 dB（典型值）
• 扩展温度范围：-40°C 至 +125°C
• 封装：具有可润湿侧翼的 VDFN18/26，适用于自动光学检验 (AOI)

适用范围

• 工控
• 通信
• 测试与计量
• 医疗设备

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