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《无线电》201004

2011-07-05 28页 pdf 5MB 60阅读

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《无线电》201004 邮发代号:2-75  国外代号:M106 www.radio.com.cn 2010年第4期  总第571期 爱上制作:BEAMBOTS太阳能机器人 RADIO Magazine 定价10元 ARM小记 经典厚膜STK4191Ⅹ的新玩法 万用表也发烧 教你生成雕刻PCB的刀路文件 本期推荐套件 CDM12顶推式CD机套件 002 无线电 2010.04 CONTENTS 目次 04 业界动态 ◎明浩 特别策划 爱上制作系列 05 两个 BEAMBOTS太阳能机器人 ◎荣新华 (BD6CR/...
《无线电》201004
邮发代号:2-75  国外代号:M106 www.radio.com.cn 2010年第4期  总第571期 爱上制作:BEAMBOTS太阳能机器人 RADIO Magazine 定价10元 ARM小记 经典厚膜STK4191Ⅹ的新玩法 万用表也发烧 教你生成雕刻PCB的刀路文件 本期推荐套件 CDM12顶推式CD机套件 002 无线电 2010.04 CONTENTS 目次 04 业界动态 ◎明浩 特别策划 爱上制作系列 05 两个 BEAMBOTS太阳能机器人 ◎荣新华 (BD6CR/4) 译 14 ARM小记 ◎杜洋 音频应用 19 制作一对铝带高音扬声器 ◎倪文贤 22 经典实用的 CDM12顶推式 CD机套件 ◎ aeon 28 经典厚膜 STK4191Ⅹ的新玩法——自举恒流两版本电路 ◎林伟 音箱基础知识 33 亥姆霍兹共振腔与倒相音箱的原理 ◎曾念民 新书鉴赏 35 浅析两本国外音频功放名著 ◎薛国雄 新书节选 36 音频功率放大器的主要问题 ◎钟旋 薛国雄译 广播爱好者 鉴赏与收藏 40 国产十大台式电子管名机 3——上海 132型收音机 ◎陈汉燕 徐蜀 45 凯隆 D39L收音机随机锂电池修复手记 ◎樟门 火腿通信 天线基础讲座 48 四波段偏馈偶极天线 ◎ 刘燕北(BD2BH)译 50 探索我们身边的频率(下) ◎杨法(BD4AAF) ARRL《业余无线电》经典制作 54 用于 YAESU或 ICOM电台的外置自动天线切换开关 ◎王龙(BA4RX)译 RADIO Magazine 1. 本刊办有网站,本刊内容可能在网站上同时刊登,本 刊可能出电子版及合订本、汇编本等。 2. 本刊一次性寄发给作者的稿酬,已含其作品作以上使 用的稿酬。 3. 作者向本刊投稿的同时,应授权本刊可以依法维护其 著作权等权利。 4. 未经本刊书面同意,不得以任何形式转载、使用本刊 所刊登的文章和图片以及附加光盘的内容。 5. 向本刊投稿的作者,均应同意以上条件,如不同意请 在来稿中特别注明,本刊将作适当处理。 6. 本刊中出现的各类网站(主页)、网址(链接)在出 版前已经编辑审查无误,但由于因特网变化快、规模大,并 有超级链接等特点,如果这些网站(主页)今后出现非法内容 (链接),读者一经发现请立即通知本刊并向有关部门举报。 版 权 声 明 主管:中华人民共和国工业和信息化部 主办:人民邮电出版社 出版:人民邮电出版社 编辑:《无线电》编辑部 编辑部 主编:黄彤 执行主编:房桦 编辑:尹飞 邓晨 设计:周桂红 电话:010-67132837(兼传真) 电子邮件:radio@radio.com.cn 地址:北京市崇文区夕照寺街14号A座 邮政编码:100061 市场部 市场经理:初微微 电话:010-67129313 发行部 主任:任瑾玺 010-67102198 发行总监:张金普 010-67133910 经理:郭莉莎 王颖 李佳 电话:010-67161471 67164806 邮购:010-67134361 传真:010-67133910 刊号: ISSN 0512-4174 CN 11-1639/TN 邮发代号:2-75 国外代号:M106 广告经营许可证:京崇工商广字0021号 国内总发行:北京市报刊发行局 订阅处:全国各地邮局 国外总发行:中国国际图书贸易总公司(北京399信箱) 印刷厂:北京盛通印刷股份有限公司 国内定价:10元 出版日期:每月1日出版 本刊如有印装差错,请寄回编辑部调换。 加☆的文章表示该文的相关资料或程序可在本刊网站(www.radio.com.cn)上免费下载。 39 套件天地 77 如何购买《无线电》杂志 104 新书销售信息 2010年第04期 总第571期 www.radio.com.cn 测试测量 59 实用插座式高精度电能表 ◎吴兵 62 万用表也发烧 ◎杨法(BD4AAF) 66 OWON示波表试用报告 ◎杨绪业 玩转单片机 69 自制用于 STC的 USB转串口下载器☆ ◎温正伟 70 DIY多头灯具分段控制器☆ ◎温正伟 72 电机进阶——掌握电机驱动与控制 1☆ ◎李文卿 实用电路制作 新器件试用台 78 用 PCM2912制作高性能 USB声卡 ◎任杰 80 教你生成雕刻 PCB的刀路文件 ◎温正伟 84 创意制作 自然体验——椰子音箱 ◎杜灿鸿 87 论坛精华 征集 ICL7129驱动 LED ◎草音 维修帮手 89 再谈电磁炉IGBT管击穿检修方法 ◎霍汉明 90 设计印制电路板中的小技巧 ◎李保平 94 问与答 初学者园地 常用元器件的识别与使用(十一) 95 “以小控大”的晶体闸流管 ◎张晓东 99 用好晶体闸流管 ◎张晓东 爱上制作 太阳能机器人: 两个 TRIMET和 BEAMBOTS SOLARROLLER ◎荣新华(BD6CR/4)  译 焊接一个简单的电路,用它来控制两个 非常不同的太阳能动力的机器人:滑动 和到处碰撞的“小卫星”,以及不到天 黑不停打滚的“迷你艺术品”。 Trimet和Solarroller 都是基于电压触发式 (I型)太阳能引擎。 这些电路通过小型的 太阳能模块得到能 量,当能量储备足够 就会定期释放,比如 用于驱动电机。 太阳能模块将光能转换为电能,并慢慢地给电 容充电。 电容存储能量形成一个电压,当两个引脚间的 电路接通时将能量释放出来。 1381电压触发器会测量电容的电压,当高于一 定阈值后会发出触发信号(如1381-G触发器高于 2.4V就会发出信号)。 当三极管3904的基极收到触发信号后,三极管 就会导通,使得电容通过电机放电。 电机收到电容过来的能量就会工作,因此会断 续工作。 放电过程中,电流会回流到三极管3906的基 极。这样会使得1381触发器断开并复位。电流还 会一直流向3904的基极,这样就能保持电机工 作,直至电容完全放电完毕。 2.2kΩ的电阻用于拉低3906的基极电压,这 样,放电过程中绝大部分的能量会被电机消耗,整 个电路的效率得到了提高。 爱上制作 BEAM机器人中,Trimet是一 个拥有3个电容的对称机器人。里 面有一个旋转的驱动轴,会一直 驱动像个盖子的身体进行运动, 这样。一遇到障碍就会反弹。 Solarroller就是小型的太阳能赛车。在BEAM机 器人比赛和其他的机器人比赛中,最后上演的总是 Solarroller。 BEAM机器人 用的是非常简单的电路, 直接和外围环境打交道。 这个和通常的控制类 机器人不一样, 它们没有智能, 只能做一些反应。 两个BEAMBOTS太阳能机器人:TRIMET和SOLARROLLER 材料: 下面的材料用于制作2个太 阳能引擎电路。如果你只是制 作Trimet和Solarroller中的1个的 话,每样1个就可以了。 [A] 37×33mm的多晶太阳能模块 2个 [B] 磁带电机两个,旧的随身听 上就有 [C] 1381-G电压触发芯片2个 [D] 2N3904 NPN三极管2个 [E] 2N3906 PNP三极管2个 [F] 2.2kΩ电阻2个 [G] 4700µF电容4个,也可以用3 个4700µF电容和1个超级电容, 比如0.33F的黄金电容。Trimet 需要3个4700µF电容。高品质的 Solarroller可以使用黄金电容。 [H] 24号的红黑连接线 [I] 曲别针2个,一大一小 以下部件仅用于Solarroller [J] 夹送辊与夹送臂,可以从老式 录像机中拆。辊圈光滑,直径大 约5/8英寸,宽约5/8英寸 [K] 夹送辊与夹送臂,可以从磁 带机中拆。辊圈光滑,直径大约 C D E B F G H K L J I O R M N QP 准备: 1/2英寸,宽约1/4英寸。 [L] 轻便材料的驱动轮,直径要比 电机盒稍大。 直径在 1.5~ 1.6英 寸就好。老式的录像机可能有合适 的,也可以试试控制伺服电机棍子 的圆盘,也可以用玩具中的圆盘或 者其他合适大小的塑料圆盘。 橡胶带 [M] 环氧树脂胶 [N] 白胶 工具 [O] 焊接装备。烙铁,焊台,焊锡, 吸焊枪、吸焊球或者吸焊带。 带切割砂轮和刨槽头子的Dremel 工具。 “Third Hand”弹簧夹 ,最好 2个。 [P] 尖嘴钳 剪线器 [Q] 手工刀 中等颗粒的砂纸或铁锉 尺子 [R] 大头针或胶带 安全眼镜 BEAM机器人技术门槛低,基于模拟技术,材料来源简 单,也易于修改。现在发展成包括了对称机器人、滚动机器 人、步行机器人、跳跃机器人、攀爬机器人、游泳机器人、 飞行机器人和爬行机器人等类别的大家庭。这些机器人中, 很多都可以用一个简单通用的BEAM电路来驱动和控制。这块 电路可以从太阳能板中获取能量,并暂存于电容中以提供能 量。 我们这里会制作一些电压触发的太阳能引擎电路,然后 做成两个小机器人。一个是Trimet,靠着旋转行进,看起来像 是太空轨道中的卫星。另一个是Solarroller,它会时断时续地 直接向前开。这些小东西放在桌上非常“酷”,当然你要保 证他们不摔下桌子。 “B.E.A.M.” 最初代表的是BEAM设计方法的4个基本要 素: 生物(Biology):与其他科学技术一样,BEAM的设计 也需要从自然界寻求灵感。自然界经过几十亿年的设计、构 架和环境适应,这种能量不可轻视。BEAM激励了人们在机器 人领域的深入研究。BEAM奥林匹克竞赛每年举办一届,秉着 分享与拓宽思路的精神,制作者们愿意与大家一起分享他们 获奖的作品。因此,人们制作出了越来越高端的机器人。 电子(Electronics):BEAM技术的一个特点就是灵活 组建电子器件。用其他设计者们从来没有尝试过的方式,改 变元件的原有用途。这样我们就可以利用家庭电器的芯片做 一个音频放大器直接传输数据,或把控制电机的信号反相连 接,然后放置传感器,就像一个定时器。将这些电路连接在 一起,你就拥有了一个不用需要经过编程的机器人大脑。 美观(Aesthetics):巴克明斯特·福莱曾经说:“当 我在做具体工作的时候,并不会考虑美观,只想着如何去解 决问题。但当我完成时会发现,如果做出的作品并不美观, 我也会认为设计并不成功。” 蒂尔登和一些资深的BEAM设计 人员都知道,设计精制的机器人可以吸引更多的爱好者们投 入其中。很多人都努力让他们的作品变得更漂亮美观,因为 在他们眼里,他们的机器人就是一件能运动的雕塑艺术品。 机械(Mechanics):与 BEAM的电子设计一样,为了 提高效率,它的机械设计和制作技术同样高明。例如大多数 BEAM机器人制作时会使用洞洞板,而不用印制电路板,因为 这种自由组合的形式,能使相邻的元件焊接得更加紧密。这 样既大大节省开支、减轻重量,又能也显示制作者的创造力 和焊接技术。 A 爱上制作 008 无线电 2010.04 制作太阳能引擎控制电路 开始>> 时间:一天 复杂度:中低 1. 我们将搭焊这些电路,也就是说我们不使用电路板,直接将元件焊接起来。通常在焊接以前,我会在面包板上试验电路,但是 对于这个只有几个元件的简单电路,我决定冒一点风险。如果有问题的话,将元件拆焊下来并重新焊接并不困难。 1a. 将两个三极管面朝上,引脚相对放置。将3904三极管的基 极引脚(中间)焊接到3906三极管的集电极引脚(三极管上 印字的一面朝着你,位于右边的引脚)。 1b. 使用尖嘴钳轻轻地将3904的发射极引脚(左边)向边上 弯折90°,将它的集电极引脚(右边)向上弯折90°。将 3906基极引脚(中间)向上弯折90°,将它的发射极引脚 (左边)向边上弯折90°。在3904的集电极和3906基极之间 焊接2.2kΩ电阻。 1c. 将前面步骤中的多余引脚长度修剪掉。将1381电压触发 器放置到3906右侧,朝向相同。将它的引脚3(右边)焊接 到3904发射极,将引脚1(左边)焊接到3906集电极。最 后, 将引脚2 (中间)弯成弧形,焊接到3906发射极(左 边)。这是你的基本电路,准备连接电动机和电源! 1d. 如果你想制作两个BEAMbots太阳能机器人,重复上述步 骤1a到1c制作第二个太阳能引擎电路。这里,你可以继续到 第2步制作Trimet,或者直接跳到第3步制作Solarroller。 制作过程 制作我们的BEAMBOTS太阳能机器人 太阳能引擎控制电路的基本原理图 两个BEAMBOTS太阳能机器人:TRIMET和SOLARROLLER 2010.04 无线电 009 2. 制作TRIMET 2a. 准备好电动机,使用Dremel砂轮去掉任何安装片。然后使 用砂纸或金属锉刮光驱动轴一侧的外壳,直到见到闪亮的金 属底。真的要刮好,因为你要直接将电容焊接到外壳上,而 且在Trimet 滑动和到处碰撞的时候,需要保持原样。 2b. 将3个4700μF电容的负极引脚剪短到刚够焊接到电动机 外壳。将3个正极引脚向上弯折,确保远离外壳。在电动机 的边缘找到等距离的3个点,将3个电容的负极焊接到这些 点上,使电容形成一个等边三角形,从电动机的中心向外辐 射。多使用一些焊锡,在焊接的时候,使用海报胶或胶带将 电容固定住。 2c. 将电路组件放在电动机上方的中间,用一根废弃的引脚 焊接3904发射极到电动机外壳。这将电路接地,同时附着在 电动机上。为了更好地平衡,弯折这根连接线至90°,并尽 可能试着将电路放置在电动机的中间位置。 2d. 电动机外壳是我们的电路的地(-);现在让我们制作 电源(+)一侧。取一个小回形针,弯成一个和电动机相同 直径的圆环(方便起见,随身听的电动机和25美分硬币直径 相同,所以你可以使用一个作为骨架来绕折)。当你有个不 错的圆以后,焊接起来。 爱上制作 010 无线电 2010.04 3. 2e. 弯折并均匀地修剪电容的正极引脚,使它们刚好伸出控 制电路。焊接“电源环”到3个引脚的尾部,并保持等边三 角形的对称性。 2f. 如果你将3906发射极引脚弯折后可以够得到回形针圆 环,那么就这么做,并焊接在上面。不然的话,用一小段导 线或者废弃的元件引脚连接。 2g. 现在连接太阳能电池。如果你的太阳能电池只有预先搪 锡的焊盘,但是没有导线(大多数小太阳能电池都是这样 的),先开始在上面焊接两根导线——但是要小心,因为太 阳能电池是易碎品。然后将红色的正极导线焊接到回形针圆 环,将黑色的负极导线焊接到电动机外壳。线的长度需要合 适选择,以便于足够长到可以制作电路。但是不能太长,以 便于最后将太阳能电池粘贴在回形针圆环上以后,导线看起 来能整洁一些。 2h. 连接电动机。将电动机黑色的负极导线焊接到2.2kΩ电阻 与3904集电极的连接点。将电动机红色的正极导线焊接到回 形针圆环。 现在,在太阳能电池上照射光,或者将它放在太阳下。 大概10s以后,它应该会启动并滑动,或者,如果你握住 了下面的驱动轴,它会到处旋转。如果是这样的话,恭喜 你——你现在成为了BEAMbot机器人之父!你可以接着将太 阳能电池粘贴到回形针圆环。或者,如果不用粘贴的方式固 定电池,就可以让人们看到电池下面的样子。 制作SOLARROLLER Solarroller的制作者们曾经使用了各种材料,从乐高砖块到焊接的回形针到计算机鼠标外壳。这个流行的方法基于老式磁带录音 机和录像机的元件。使用次数会根据你使用的主体和动力传动系统的元件而改变。 3a. 使用Dremel 工具切掉两个随动轮臂并切下轮子,让它们 与电动机外壳有完全的平面接触。Solarroller将立在这两个随 动轮和大一些的安装在电动机驱动轴上的驱动轮构成的三角 底座上。 两个BEAMBOTS太阳能机器人:TRIMET和SOLARROLLER 2010.04 无线电 011 3b. 准备你的驱动轮。首先,检查它能否装配上电动机的驱 动轴(我使用的盘片中心的孔太小了,所以我用Dremel 铣刀 扩了孔),然后将一条橡胶带粘贴在轮子的外围,以改善推进 力。切下橡胶带,在一头涂抹一薄层胶水,当它变得干而有 粘性的时候,仔细滚动在这个“轮胎”,直到成为完整的圆 圈。让连接部分重叠,然后用美工刀将多余的橡胶带切掉, 确保两头完美的连接好。 3c. 用环氧树脂粘贴两个随动轮臂到电动机外壳的位置上,然 后在电动机轴上试一下驱动轮,但是不要粘住(如果需要,使 用海报胶将它暂时固定)。关键之处在于,所有3个轮子互相 平行运行,当Solarroller 立着的时候,可以与平整的地面完好接 触。如果你使用Solarbotics电动机,你可以粘贴大一些的随动 轮臂到电动机的大安装片,朝向前方,并使两个其他的安装片 和孔在顶部朝上,用于附着电路和太阳能电池板。 3d. 从一个大回形针上剪下大约10cm线,并弯成U形。对于 Solarbotics电动机,宽度刚好够穿过上面的安装孔。修剪剩 余的回形针线,在U形线开口约1.9cm处将它作为横支撑杆 焊上。 3e. 用环氧树脂直接粘贴一个电容到电动机外壳,水平安放 在驱动轮的相对面。引脚应该朝向后面,负极(-)更接近 电动机。 3f. 焊接(或用环氧树脂粘贴)回形针框架到电动机外壳的顶 上,如有,使用两个安装孔。因为我们还没有粘上驱动轮, 你可以拿掉它,以便于在电动机顶部操作。你可以将框架放 置成支撑杆靠在电容上,并用环氧树脂粘贴在电容上,这样 更加牢固。粘上驱动轮。 爱上制作 012 无线电 2010.04 3g. 将Solarengine电路放置在回形针框架下面,靠近电容,位 于电动机的另一面。将3906发射极(左边)引脚焊接到电容 正极的引脚。连线应该足够短,使电容可以将那端电路举在 空中。 3h. 将Solarengine电路组件翻转,用废弃的元件引脚焊接 3904 发射极引脚到1381触发器引脚3。绕着电容圆筒的底盘 弯折电容的负极引脚,然后焊接它到你刚才连接到3904的引 脚。这将固定电路的另外一端。 3i. 如果你的太阳能电池不带导线,连接导线到标注为(+) 和(-)的焊盘上。导线长度只需够到电容的引脚。将太阳 能电池的线穿过框架并用环氧树脂粘贴电池板到顶部。当环 氧树脂凝固以后,将太阳能电池的正极焊接到电容的正极, 将电池的负极焊接到电容的负极。 3j. 最后,连接电动机。将电动机红色的正极线焊接到3906 发 射极(左边)引脚,将黑色的负极线焊接到3904集电极。 现在,将Solarroller放在太阳下的一个平面上,或者用电 筒照射电池板。一会儿以后,电路将触发,电容将放电,你的 Solarroller在一段小跑以后将起飞。照射,等待,然后重复。 两个BEAMBOTS太阳能机器人:TRIMET和SOLARROLLER 故障排除 如果你的BEAMbots没有让你面露喜色,仔细检查所有连 接,重新焊接任何看起来不牢靠的焊点,并分开任何可能碰 到(短路)的元件。这是个简单的电路,所以除了连错或者 虚焊以外,不太可能有什么问题。 进一步的改进想法 在Trimet上,增加一个外部的回形针圆环。这构成了一个 保险杠,避免机器人卡住。 在 Solarroller上,用例如0.33F的金电容的“超级电容”替代 通常的4700μF电容,如项目照片所示。这些电容可能需要几分 钟充电,但是它们可以让你的Solarroller像吸血蝙蝠一样起飞。 可以很容易地将一个老的索尼随身听变成一个不错的 Solarroller。在原本框架的基片上保留电动机,滚轮,滑轮, 并将它用作小车的底架。 试一下安德鲁米勒更高效的基本Solarengine的变种,它 几乎一样容易制作。你需要一个不同的电阻,一个额外的 电容和一个二极管,但是你可以不需要用3906三极管。在 0.47~47μF之间改变小电容的容量,让你可以对不同的放电 时间“编程”。 一旦你有了基本的想法以后,你会高度发烧,即席修 改BEAMbots,使之有更大的存储容量,更好的障碍躲避策 略,或更酷,更抓人眼球的设计。这里给出了一些Symet和 Solarroller的变种。 三极管功能 双极性晶体管(三极管)可以工作成开关,就如同机 械开关一样的连接电路的各个部分。在一个NPN三 极管中,在基极施加正向电压,在发射极施加负向电 压,使电流从集电极到发射极流动。PNP三极管则相 反,从基极到发射极施加一个负电压,使电流从发射 极流向集电极。 发射极 基极 集电极 安德鲁米勒改进的电路 完成 使用体验 小家伙让我面露喜色 014 无线电 2010.04 本文摘自《爱上单片机》一书,此书从介绍单片机的简单入门到开发及 行业介绍,其中ARM小记是行业介绍的其中一节。作者用通俗易懂的写作 风格,生动地介绍了ARM技术及以学习方法。在此特别摘录,如需进一步了 解,欢迎阅读《爱上单片机》一书。 ◎杜洋 ARM何物 ARM(Advanced RISC Machines,进阶精简指令集机 器),如果你一直把这个单词读成“A”-“R”-“M”,那 么将有一个好消息和一个坏消息要告诉你。好消息是:你 这是初次接触到ARM技术相关的文章,而本文内容正是专 为你量身打造的,无论你是嵌入式系统的门外汉还是单片 机技术的初学者,都可以通过本文轻松地了解ARM技术。 请相信我,这并不困难!坏消息是:我很抱歉的告诉你, 它的正确读法应该是“arm”,是手臂、胳膊的英文发音。 很出丑是不是?但除非你是在大声朗读,不然没人会知道 的。你又多了一个知识和一个不可告人的秘密。调整一下 心态,我们的故事就从这里开始吧! 1990年,有一家高科技公司在美丽的英国安了家, 公司是由一群先知先觉的工程师组成的,他们致力于一种 新的CPU体系结构的设计。他们想让这款CPU的性能更为 出色,有精简的指令集(可以理解成给CPU发出命令的咒 语,当然是越简单越好了)和较低的功耗(适合在需要 高速度运算又采用电池充电的设备当中使用)。当时传统 的电脑CPU发热量大,需要使用风扇散热,这确实很不方 便,至少我不希望我的智能手机看上去像电吹风。所以, 他们夜以继日的开发,努力实现这个伟大构想。终于,他 们成功了!大家兴高采烈地为这款新的处理器结构取了一 个响亮的名字——Advanced RISC Machines,简称ARM。 有趣的是这家公司的名字也是Advanced RISC Machines Ltd.,简称ARM,不得不说他们当初成立公司时的伟大目标 现在实现了,可是这个巧合里面有什么精彩秘密呢?其实 早在我出生的前一年——1983年,一家名为Acorn的电脑公 司就已经开始着手开发精简指令集的32位微处理器。在我1 岁的时候——1985年,该公司已经研发出了ARM1处理器, 一年之后又推出了ARM2处理器并批量生产,之后不久又推 出了ARM3处理器。这个时候已经大名鼎鼎的苹果公司看 到了商机,于是想和Acorn公司合作开发。后来双方研究决 定另外开设一家新公司,专门设计、研发精简指令集处理 器。于是才有了前面提到的ARM公司的成立。ARM公司成 立之后所研发的是ARM6型处理器结构,推出之后就被自己 的两个东家(苹果和Acorn公司)应用在其新款的产品上。 现在好了,我们的ARM处理器结构诞生了。一开始 ARM公司的处理器自产、自用,可是随后吸引了一大批 世界级的芯片生产厂商(也可能是ARM公司邀请他们过来 的,谁知道呢)。这些大厂商们正在为处理器市场的弊端 而发愁,所以很快双方建立了合作,即ARM公司自己不生 产芯片,而是出售其ARM处理器结构的设计方案,各大芯 片生产厂商根据设计方案来生产ARM结构的处理器芯片。 这是一桩一本万利的生意,各大厂商每生产一片ARM体系 结构的处理器,就要向ARM公司支付一笔知识产权费用。 仅是出售一套现有的内核方案就需要至少20万美元,如果 还需要特殊修改服务则更是需要上千万美元。ARM公司也 在不断的升级、完善自己的产品以占据更多的市场份额。 目前的32位微处理器市场上,ARM体系结构的产品已经占 到7成以上,而且还在增长。ARM公司身体力行,用实践证 明了“知识就是财富”这句话的真实性。当然,这还要是 在严格保护知识产权、严厉打击盗版的国家和地区才行。 话分两头,单表买家。ARM处理器结构被各大芯片 厂商采用,制作出高性能、低功耗的处理器,然后推向 市场(通常我们叫它“ARM处理器”,还有叫“ARM单 片机的”)。这些厂家里包括三星电子(SAMSUNG)、 ARM小记 书号:22257 定价:49元 ARM小记 2010.04 无线电 015 飞思卡尔(Freescale,摩托罗拉旗下公司)、思睿逻辑 (CirrusLogic)、爱特梅尔(ATMEL)、恩智浦(NXP,飞 利浦旗下公司)、国际商业机器公司(IBM)、德州仪器 (TI)、富士通(FUJITSU)和任天堂等,相信这些公司不 是脑门发热的家伙,它们选择ARM一定有更长远的考虑。 处理器行业方兴未艾,每天都会有新的技术和方案来 满足我们的需求。在低端市场有51单片机等8位处理器来 满足我们制作流水灯、电子钟之类的作品,更可以作为控 制类产品的开发。它们结构简单、价格便宜、易学易用, 是目前电子爱好者热衷的玩艺儿。在高端市场,由x86结构 的32位或64位的处理器来构成我们PC机的核心部分。它们 性能极高、速度飞快,一边看电影一边聊QQ都不在话下。 而一些需要电池供电的手持设备上,如智能手机、高级游 戏机、数码相机、掌上电脑等消费类电子产品却需要一款 中端类型的处理器。ARM不是唯一的选择,但却是最好的 选择。苹果的iPod、诺基亚N93、索爱K系列手机、戴尔的 PDA电脑、任天堂的掌上游戏机、多普达的智能手机、还 有国内的一些山寨版电子产品上无不用到ARM的处理器。 同时在世界范围内的嵌入式行业也刮起了一股ARM的流行 风,ARM的学习、开发实验板、开发工具、仿真软件 日新月异、层出不穷。许多8051单片机的研发公司也开始 向ARM转型,而原本学习8051单片机的技术人员和爱好 者也开始追赶流行,开始学习ARM技术。我个人认为这种 “追赶时尚”多少存在一些非理性和麻木的因素。单片机 行业真的要从8位转向32位吗?ARM全面取代8051是未来 市场的趋势吗?作为单片机初学者的你应该怎么办,是紧 跟时代脉动,还是专心一门技术?以我个人拙见,根本没 有选择的必要,下文中再与你细聊。 ARM是最好的选择,但不是唯一的选择,与之竞争 的对手也非等闲之辈。最有名的当属英特尔公司出品的 XScale处理器(芯片是在2003年前后推出的,2006年英 特尔退出嵌入式领域,将XScale处理器部门卖给了Marvell 公司),XScale系列处理器从早期英特尔生产的PXA255、 PXA270到现在Marvel l公司生产的PXA300、PXA310、 PXA320,从性能上看都相当优秀。XScale处理器曾被应 用在掌上电脑和智能手机上(如MOTO E680)。有趣的 是,XScale处理器也是在ARMV5TE核心的基础上改进而成 的。另外还有飞思卡尔公司的ColdFire(冷火)处理器架 构、AIM联盟(苹果、 IBM、摩托罗拉的联盟)所研发的 PowerPC微处理器架构,以及MIPS技术公司的MIPS32和 MIPS64处理器架构。另外还有像AVR32等新型处理器不断 推出,这些都是32位嵌入式微处理器,这里就不一一介绍 了。表1列出了ARM处理器的系列和应用。请注意表中“应 用”这一列,也许你会发现一些熟知的电子产品。之前你 在使用它们的时候并没有去想它们的处理器是什么,因为 这个问题显得相当神秘,现在你知道了,原来那些看似复 杂的产品都有一颗ARM“心”。 最近看到一条新闻,基于ARM处理器的上网本(见图 2)将在2010年6月份推出。但因为微软公司的Windows操 作系统不支持ARM处理器,所以ARM处理器的上网本将会 使用Linux等操作系统。这条新闻预示着ARM开始进军上网 本市场,以其特有的实力将笔记本电脑变得更轻巧,未来 的智能产品将会超出现在的想象。ARM还可以创造多少奇 迹?让我们拭目以待吧。 学习指南 许多朋友想学习 ARM,可是又不知道该从何入手。想 图1 ARM核心的处理器芯片 图2 基于ARM处理器的上网本 016 无线电 2010.04 表1 ARM内核分类及应用 架构 ARMv1 ARMv2 ARMv2a ARMv2a ARMv3 ARMv3 ARMv4T ARMv5TEJ ARMv4 ARMv4 ARMv4T ARMv5TE ARMv5TEJ ARMv5TE ARMv5TE ARMv5TEJ ARMv5TE ARMv6 ARMv6T2 ARMv6KZ ARMv6K ARMv7-A ARMv7-R ARMv7-M ARMv6-M 内核 ARM1 ARM2 ARM250 ARM2a ARM610 ARM7TDMI(-S) ARM710T ARM720T ARM740T ARM7EJ-S ARM9TDMI ARM920T ARM922T ARM940T ARM946E-S ARM966E-S ARM968E-S ARM926EJ-S ARM996HS ARM1020E ARM1022E ARM1026EJ-S 80200/IOP310/IOP315 80219 IOP321 IOP33x IOP34x PXA210/PXA250 PXA255 PXA26x PXA27x PXA800(E)F Monahans PXA900 IXC1100 IXP2400/IXP2800 IXP2850 IXP2325/IXP2350 IXP42x IXP460/IXP465 ARM1136J(F)-S ARM1156T2(F)-S ARM1176JZ(F)-S ARM11 MPCore Cortex-A8 Cortex-A9 Cortex-A9 MPCore Cortex-R4(F) Cortex-M3 Cortex-M0 Cortex-M1 特色 Architecture 2 加入了MUL乘法指令 Integrated MEMC (MMU),图像与IO处理器。 Architecture 2a 加入了SWP和SWPB指令 首次在ARM架构上使用处理器高速缓存 v3 架构首创支援寻址32位的内存 三级流水线 Jazelle DBX 五级流水线 Jazelle DBX 无振荡器处理器 (VFP),六级流水线 (VFP) Jazelle DBX I/O处理器 1-2核,RAID加速器 应用处理器,七级流水线 Control Plane Processor SIMD, Jazelle DBX, (VFP),八级流水线 SIMD, Thumb-2, (VFP),九级流水线 SIMD, Jazelle DBX, (VFP) 1-4核对称多处理器,SIMD, Jazelle DBX, (VFP) Application profile, VFP, NEON, Jazelle RCT, Thumb-2, 13-stage pipeline Embedded profile, (FPU) Microcontroller profile 速度 4 MIPS@ 8MHz 7 MIPS @ 12MHz 12 MIPS @ 25MHz 28 MIPS @ 33MHz 15 MIPS @ 16.8 MHz 36 MIPS @ 40 MHz 60 MIPS @ 59.8 MHz 200 MIPS @ 180 MHz 220 MIPS @ 200 MHz 400/600MHz 600 BogoMips @ 600 MHz 400 BogoMips @ 400 MHz 可达 400 MHz 800 MIPS @ 624 MHz 1000 MIPS@ 1.25 GHz 600 DMIPS 120 DMIPS@ 100MHz 应用 游戏机 游戏机,学习机 游戏机,学习机 Apple Newton手提电脑 游戏机,iPod音乐播放器 精简型手提电脑 Armadillo,GP32,GP2X, Tapwave Zodiac游戏机 GP2X游戏机 Nin tendo DS掌上游戏 机,Nokia N-Gage手机 索尼爱立信K、W系列手 机,明基西门子x65系列 手机 Thecus N2100网络存储适 配器 Zaurus SL-5600掌上电脑 Palm Tungsten E2掌上电脑 Palm Tungsten T3掌上电脑 HTC Universal智能手机, Zaurus SL-C3100、3200 掌上电脑, Dell Axim x30、 x50系列掌上电脑 掌上电脑 Blackberry 8700系列蓝莓 手机 NSLU2网络存储适配器 Nokia N93手机,Nokia N800手机 Texas Instruments OMAP3 手提电脑 Luminary Micro微控制器 家族 系列 ARM1 ARM2 ARM3 ARM6 ARM7 ARM7TDMI StrongARM ARM8 ARM9TDMI ARM9E ARM10E XScale ARM11 Cortex ARM小记 2010.04 无线电 017 生产商 三星电子 三星电子 三星电子 ATMEL ATMEL ATMEL ATMEL 思睿逻辑 思睿逻辑 飞利浦 飞利浦 内核版本 ARM7TDMI ARM920T ARM920T ARM7TDMI ARM7TDMI ARM926EJ-S ARM926EJ-S ARM920T ARM920T ARM7TDMI-S ARM7TDMI-S 型号 S3C44B0 S3C2410 S3C2440 AT91SAM7S256 AT91SAM7X256 AT91SAM9261 AT91SAM9263 EP9307 EP9315 LPC2100 LPC2210 优势 性价比高 内置以太网功能 超低功耗 简化版EP9315 集成更多功能 性价比高 价格(元) 30.00 40.00 45.00 45.00 50.00 70.00 100.00 110.00 160.00 20.00 30.00 表2 常见ARM内核处理器一览 * 价格仅供参考 听听我的传奇经历吗?那是大学三年级离毕业之前,我在哈 尔滨的电子市场看到了一款 LPC2200处理器(飞利浦公司的 ARM处理器产品)的开发板(见图 3),这是飞利浦旗下的 一款 ARM处理器,带一个真彩液晶屏,开机时很炫酷,随 板又赠送一本 ARM基础教程。当时很开心,在还没把 8051 学出什么名堂的时候,就开始想转战 ARM技术。当时这款 产品要价 2000元,我反复挣扎了很久,最后还是压不住冲 动的性子,把它买了下来。当时向债主爸爸许诺,一定在短 期之内把 ARM学好。我还真是下了狠心,在各位同学纷纷 准备毕业设计的时候,我正抱着一本 ARM基础教程的 书反复研究。当时还没有什么好的 ARM技术论坛,21IC论 坛上水太深,也不敢随便冒泡。就这样,短暂又美好的大学 时光过去了,那时我已经自认为对 ARM技术有了一定的了解。 书中主要讲述 ARM7TDMI的系统结构及原理,枯燥且难理解。 如果是现在,我都懒得翻这种书,可当时却是朝圣般地研读。 当时感觉 ARM是一个结构非常复杂的微处理器,它是 32位 处理器,是一个超级单片机,要了解 ARM的内核结构,精 简指令集的使用,还要学习汇编语言,最后就是学习一个叫 μC/OS-II的操作系统。总而言之要学的内容比 8051复杂, 设计制作也就更难。回想起来,对当时学过的内容已没有什 么印象了。 转机出现在南下求职中。毕业之后许多同学留在了哈尔 滨,而我却选择只身一人南下深圳,因为那里的电子行业发 达,如果可以找到一家好公司可以学到很多经验。和我一样 想法的人应该很多,可是最后的遭遇也各不相同,我还是比 较幸运的,找到一家很不错的嵌入式系统研发公司,老板对 我也很好。我在那里从测试员做起,然后做到技术支持工程 师,最后是产品经理。一路下来经历了许多有趣的事情,也 从一个产品应用的角度重新认识了ARM。我觉得后来在工作 经验中学到的ARM更成熟、更鲜活。 实践中的ARM和书中的ARM完全不同。我要学习的内 图3 LPC2200处理器的开发板 容从内核结构变成了操作系统,ARM的最大特点就是可以 安装嵌入式操作系统,包括在ARM7上安装μC/OS-II,在 ARM9上安装的Windows CE、VxWorks和Linux。安装了操作 系统的ARM其实是更简单。以应用较广泛的Windows CE来 说,我们要开发的USB接口、以太网之类的功能早就已经 模块化了,可以直接加载使用。我们需要做的只是在用EVC 编译器制作一个主程序和用户界面。 所以ARM已经将强大的操作系统和底层硬件分隔开 来,学习ARM其实是在学习操作系统。这就好像我们今天 学习PC机的使用,其实主要是在学习Windows操作系统 的使用一样。学习ARM时如果从电脑软件一端入手便会很 容易,如果从单片机一端的硬件结构开始,那么学习会困 难一些——主要是思维方式不同,学习的难度就有不同。 但并不是说不可以这样学习,把ARM处理器当成没有操作 系统的超级单片机使用也是很好的选择。市场上许多介绍 ARM入门的书多是电子行业的资深人士,他们熟悉8051, 当ARM出现时习惯上将ARM处理器当作高级版的单片机来 看待,自然也就习惯性地从硬件入手教学。另一方面,现 在已经非常成熟的电脑软件开发的专家,多是用VC来编写 018 无线电 2010.04 跳过ARM7,直接选择ARM9核心的处理器,推荐学习S3C2410或S3C2440。 重点学习嵌入式操作系统的应用软件开发,推荐学习Windows CE或Linux。 尽量选择电脑软件开发人员编写的教学图书,用软件开发的思维和方式去学习。 学习的成果要可以变成自己的作品,推荐以项目开发的方式学习。 电脑软件,如果让他们使用EVC(嵌入式VC)来开发嵌入 式系统自然不在话下,可惜他们并没有及时地进入这个领 域。所以由电脑软件专家编写的嵌入式系统开发教程更是 凤毛麟角。嵌入式系统要想快速发展,就需要由懂得单片 机开发的硬件工程师和通晓电脑软件开发的专家通力配合 才能实现。目前业内也都意识到了这一点,嵌入式系统的 未来值得期待。 作为个人来讲,无论你是单片机爱好者,还是电子技 术应用专业的在校大学生,在掌握8051应用之后都应该尽 量学习一下ARM方面的知识。我个人推荐你学习三星电子 公司出品的S3C2410或S3C2440处理器。它们是ARM9核心 的,可以安装Windows CE和Linux操作系统。市场上的学习 板价格也便宜,图书和资料也相当丰富。相信你会爱上图 型界面的开发的,那确实是很让一个电子爱好者着迷的事 情。现在行业内嵌入式系统的开发人才短缺,学好ARM也 会对找工作大有好处。 小结 文章写到这里,也许有的朋友已经开始计划学习ARM 了。我的文章煽动性确实很强,可是面对自己的未来计划 应该更理性、更冷静的思考。首先ARM对于单纯的电子爱 好者而言并没有单片机那么好玩。因为ARM处理器的价格 较高,周边的元器件也并不便宜。虽然用ARM可以开发一 些智能化更高的产品(例如带有彩色显示屏的设备、以太 网接口的设备等),但是做一个硬件制作下来需要几百到 几千元,作为电子爱好者的DIY娱乐,确实是太奢侈了。 所以多数学习ARM的人都是为了找到福利更好的工作,或 者承接一些基于ARM的项目开发。如果你不是出于这两种 目的,对于ARM只了解就可以了。还有,ARM软、硬件开 发的复杂程度要比8位单片机高,如果8位单片机还没有熟 悉开发的时候就转到ARM的学习,其实是不理智的行为。 玩转ARM处理器除了过硬的单片机功底,还需要软件开发 的能力,ARM开发中有80%的工作都是在软件层面上,如 果你学过电脑软件的开发(如VB、VC开发),也接触过 操作系统(如Windows、Linux),再学习ARM就会事半功 倍了。虽然操作系统会让开发变得更方便快速,可是花时 间研究操作系统也是必须的。最后结束一句吧:ARM很流 行,也要量力而行。 ARM学习捷径 仅以此书献给未来的单片机爱好者。 第一章 硬功夫:从基础硬件入门,用面包板开始,使用STC12C2052 单片机开始实验。 第二章 软实力:改、看、组、写、造,五步轻松学习单片机编程。 第三章 小工程:学习工程设计,深化工程思考。 第四章 大行业:熟悉行业现状,了解行业历史,融入行业社会,面 向行业未来。 第五章 巧问答:技术、工程、行业和与之相关的问题与解答。 有趣很重要! 一本入门的书应该怎么写?我为这个问题苦思良久。要想提起 读者的兴趣,它必须有趣。忘记那些一板一眼的学术风格,删除那 些深渊难懂的专业术语。接下来就是向街道办事处的大妈们认真学 习聊天的技巧,在嘻嘻哈哈的故事里融入关于单片机的技术知识。 让我的处女作看上去像是个人自传,又好像现代小说。这就是我的 入门风格,让你边笑边学习,买我的书学习单片机不是让你受罪来 的,我有责任/义务让你开心。 顺序大不同! 看看其他的入门书籍,闭上眼睛你都可以猜到内容的顺序。这 样的教学顺序真的能事半功倍吗?对此我是下了功夫研究的。看看 本书的章节顺序你会发现与众不同之处,顺序的设计不是为了让目 录看起来更工整,而是完全按照初学者的思维方式而编排。有一些 手动制作和基本知识放在了全书的前面,那些饮水思源的深层原理 则放在后面介绍。有些知识放在前面有助于理解后面的内容,有些 知识放在后面可以让你有继续阅读的动力。试试我为你量身打造的 新入门顺序,相信你会爱不释手的。 新图文并茂! 每本教材都说自己是图文并茂,为了和它们区别开来,我用 新图文并茂来定义我的书。阅读本书的最佳方法是先通篇看一遍书 中的图片,只看图片和图片说明。然后再回过头来看一下感兴趣的 图片处的文章,最后才是从头开始认真品读。实物图片是精心拍摄 的,电路原理图和示意图是花了许多时间认真绘制的,最大限度地 保证新颖、美观。如果你喜欢这些图片,可以把它们裱起来挂在墙 上当作艺术品来欣赏。 不只是技术! 单片机入门的书籍应该包括什么内容?先入为主的答案告诉 你,单片机入门便是硬件制作和软件编程。如果只学习这两项内 容,你只学会了单片机技术层面的知识,如果那本书的书名是“单 片机的技术入门教程”则没有半点问题,但如果没有“技术”二 字,书中就应该包括单片机的工程设计和嵌入式行业的学习内容。 不要以为学习单片机就是学习技术,技术仅是最容易学习的内容, 使用单片机完成工程开发和单片机行业经验的学习才是全面入门单 片机的重要组成部分。 前言分享 音频应用   Audio Applications 022 无线电 2010.04 设计者感言:CDM12,有人可能会陌生,当然如果您对激光头比较了解,您 应该知道这是 Philips 的激光头型号。在全球 CD 机激光头市场中,使用最多的 是 Philips 和 SONY 品牌的。高级的激光头我们就不介绍啦,在普及型激光市 场上,我们不得不提的是 Philips 的 CDM12 和 SONY 的 KS213,这两款激光 头占据了广大 CD 和 VCD 市场。记得以往在判断 CD 机使用哪个品牌激光头, 最简单的办法就是关机,托盘能拉出来的就是 Philips 的,拉不出来就是 SONY 的。经过了长时间市场检验,激光头也在不断更新,截至他们停产前,其的型 号分别对应为 VAM1202 和 KS213Q。因为 DVD 等新型设备的兴起和 VCD 市 场需求的萎缩,CD 机逐渐被新型消费者淘汰,这些经典都成了昨日黄花。 如果把这两个经典的激光头放在一起 , 实在难分辨出优劣,但以 CDM12 高于 KS213 一倍的批量价格和结构复杂程度来看,CDM12 激光头性能应该是 高于 KS213。当然整机的设计和激光头无关。不能说你有个厉害的激光头就天 下无敌了,整体设计才是最重要的。 顶推式最简单的解释就是 : 这个机器的顶上是推盖式开仓的 , 碟片是从顶 部放入的,以往 CD 机基本都是仓门前面进出放碟,但从技术角度来说,顶推 式的机器在读碟及稳定性方面要高于进出仓。因为进出仓的机架一般是兼顾性 设计,对避震等环节做不到极限。进出仓式的 CD 机的碟压住碟片的时候,一 般是靠进出的偶然结合,有一定的间隙,理论上具有独立避震结构的 CD 机要 高于采用普通塑料机架的 CD 机,进口天价的 CD 机大部分都是具有独立避震 结构,很多采用顶推或者抽屉式,从产品设计每个环节的细致性来说,追求每 个环节的极限是必须的。 对于 DIYER 来说 , 自己制作 CD 机基本来说是不可能,因为特别制约的环 节就是 MCU 程序和结构,以往有利用 VCD 和光驱制作 CD 机的先例,但这些 是不具有完整功能的 CD 机,要么就是忽略避震,要么就是忽略结构,要么就 是遥控不方便等,的确,对于 DIY 来说,CD 机是非常不易的。但是,只要你 做了我们这个套件,多难的制作也能在你手中完成。 套件特点 1 . 采用C D M 1 2的最终型激光头 VAM1202,采用8mm厚的方形全铝板作为整 个激光头的固定部分,整个伺服板直接安装 在8mm铝板上,采用立柱和8根软弹簧进行 避震,整个机架固定在全铝结构的机箱上, 整机尺寸:248mm×72mm×330mm,重达 6.5kg(高阶版)。 2. 整个CD机电路设计采用了时钟同步 技术,同轴输出采用了数字重整电路,时钟 同步的简单意思就是整个系统一个TCXO时 钟与各个部分的时钟同步。16.9344M的时 钟信号分三路分别输入核心DSP、数字输出 芯片和PCM1798 DAC芯片,相关的电路资 料请见附图。 3. 整个套件中最难调整的是伺服板部 分,为此我们将此伺服板制作成了成品。该
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