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本项目采用IR传感器和Arduino开发板制作了一个数字转速计，以RPM为单位测量马达的转数。项目黑简单，只需将IR传感器和Arduino板子与16*2 LCD连接即可。 BOM表及电路图 本转速计可连续计数5秒。项目BOM表如下： Arduino UNO开发板 x1 16*2 LCD模块 x1 IR传感器模块（含发射和接收） x1 轻触开关(Reset开关) x1 面包板 x1 连接线 x1 BOM表中，IR传感器担当测速功能，该模块组合了一对发射器和接收器，可测量任何旋转物体。当我们按下开始健后，IR传感器的发射器发射的IR光线被反射后被IR接收器接收，其输出的脉冲信号被Arduino控制器检测。 IR传感器由一个IR LED和一个IR光电管组成，工作波长0.75-3μm。这里的IR光电管与用来测量IR辐射量的普通光电二极管不同，其作用是将IR光线反射回去，由IR接收器处理。IR接收器根据接收的IR光线的强度，根据特定算法得出被测物体的转速。项目使用的IR传感器特征如下： 1. 工作电压：3.0–5.0V 2. 探测距离：2–30cm(可通过电位器调节) 3. 电流消耗：23mA（3.3V）；43mA（5.0V） 4. 动态输出电平：检测到物体时输出“低”电平逻辑 5. 板载障碍物LED指示器 本项目的接线稍稍复杂，具体电路图说明如下： LCD引脚 1, 3 ,5 ,16 ——— GND LCD引脚 2, 15————— VCC (+5V) LCD引脚 4 —————— – Arduino引脚 D7 LCD引脚 6 —————— – Arduino引脚 D6 LCD引脚 11 ——————- Arduino引脚 D5 LCD引脚 12 ——————- Arduino引脚 D4 LCD引脚 13 ——————- Arduino引脚 D3 LCD引脚 14 ——————- Arduino引脚 D2 IR传感器模块引脚 -GND —— GND IR传感器模块引脚 +VCC —— VCC IR传感器模块引脚 OUT — Arduino引脚D9 轻触开关端子 ————- Arduino引脚D12 轻触开关端子 ————-GND ​ 本转速计以RPM为单位测量风扇马达的转速，计算公式为：RPM= 转数 x 12 / 物体 这里的“物体”数值为每个风扇包含的叶片数目。 上传Arduino代码 本项目的代码较简单。如果上述电路连接妥当，将这些代码上传到装有Arduino IDE的电脑上，就可以开始测度了。 ​ #include LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2); #define sensor 9 #define start 12 int delay1() { //unsigned int long k; int i,j; unsigned int count=0; for(i=0;i<1000;i++) { for(j=0;j<1000;j++) { if(digitalRead(sensor)) { count++; while(digitalRead(sensor)); } } } return count; } void setup() { pinMode(sensor, INPUT); pinMode(start, INPUT); pinMode(2, OUTPUT); lcd.begin(16, 2); lcd.print(” Tachometer”); delay(2000); digitalWrite(start, HIGH); } void loop() { unsigned int time=0,RPM=0; lcd.clear(); lcd.print(” Please Press “); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(“Button to Start “); while(digitalRead(start)); lcd.clear(); lcd.print(“Reading RPM…..”); time=delay1(); lcd.clear(); lcd.print(“Please Wait…..”); RPM=(time*12)/3; delay(2000); lcd.clear(); lcd.print(“RPM=”); lcd.print(RPM); delay(5000); } 如果上传代码后LCD不显示计数数据，先检查Arduino和LCD模组的连接是否可靠，也可联系本文作者或硬之城技术人员。

ACS712是一种低噪声、使用方便、性价比高的线性电流传感器，主要应用于电机控制、载荷检测和管理、开关式电源和过电流故障保护等，特别是那些要求电气绝缘却未使用光电绝缘器或其它昂贵绝缘技术的应用中。 ACS712传感器 ACS712内置有精确的低偏置的线性霍尔传感器电路，能输出与检测的交流或直流电流成比例的电压，具有响应时间快（对应步进输入电流，输出上升时间为5μs），50kHz带宽，总输出误差最大为4%，高输出灵敏度（66mV/A～185mV/A），绝缘电压高等特点。 2.1kVRMS，几乎是绝缘的。 ACS712内含一个电阻RF(INT)和一个缓冲放大器，用户可以通过FITER引脚（第6脚）外接一个电容器CF与RF(INT)组成一个简单的外接RC低通滤波器，由于内部缓冲放大器能消除因芯片内部电阻和接口负载分压所造成的输出衰减，所以外接的RC低通滤波器不会影响信号的衰减，且可进一步降低输出噪音并改善低电流精确度。 由于ACS712采用单电源5V供电，本感测系统电源采用LP2980AIM5-5低压降稳压器，这是一款具有使能功能的5V固定电压输出的低压LDO。LP2980输出电压精度可达±0.5%(A级)，休眠时电流不超过1μA，外围电路非常简单，只需在稳压输出引脚接上一个1μF电容器即可。 芯齐齐BOM分析 本电流检测方案BOM元器件总数27个。其中，ACS712传感器芯片来自Allegro公司，采用小型SOIC8封装，引脚1和2、3和4均内置保险。检测直流电流时，1和2、3和4分别为待测电流的输入端和输出端。该芯片一款经典霍尔电流传感器，虽然市场有库存，在新设计中建议改用ACS723/ACS724或ACS71240。 LP2980AIM5-5 LDO芯片输出固定5V电压，该芯片来自TI，采用5引脚脚SOT-23 (DBV)封装，工作温度范围-40°C to 125°C。 PCB布线时，由于HALL元件在芯片中心下方，应避免走线和信号干扰影响。在高压大电流情况下需考虑爬电距离，其他电流信号尽量远离输入电流引脚。

STEVAL语音接口可将基于云计算服务的Alexa体验带到烤箱、炉灶、温度计、百叶窗、吹风机等家电产品，减少传统按钮和旋钮的使用，而无需在电子硬件上大量投资。本方案采用集成了Alexa语音用户接口软件的STM32H7 MCU，可简化家电控制器的研发，而且软、硬件都可以轻松调整和修改。 图1. STEVAL语音接口样板 方案特点 ASTEVAL-VOICE-UI语音接口参考设计包括一个STM32H743高性能MCU、一个Wi-Fi模块，板子尺寸36mm x 65mm。与采用DSP、无闪存处理器等常用元器件的Alexa产品不同，本方案即使环境吵闹嘈杂，麦克风间隔很小，音频前端仍能提供出色的远场语音检测功能。 图2. STEVAL语音接口电路图 方案主控MCU STM32H7集成了系统所需的全部功能，包括音频前端处理、本地唤醒词检测、通信接口，以及RAM内存和闪存，可缩减系统的PCB尺寸和简化布局。主要特点包括： （1）音频前端带有免费的Audio Weaver工具许可证，可帮助用户轻松地微调产品设计。 （2）用户可自定义和扩展系统设计，例如，第二个唤醒词、附加的本地化命令、声控图形显示，给用户带来难以抗拒的使用体验。 （3）如果需要专用麦克风间距、声学特性和用户界面定义，模块化硬件让用户可以实现自定义子板。 （4）包含成熟的软件，提供支持Alexa产品所需的功能。 芯齐齐BOM分析 STEVAL-VOICE-UI参考设计由一块小主板和一个子板组成，BOM元器件共165个。 芯齐齐BOM分析工具显示，STEVAL主板由STM32H7 MCU、LBEE5KL蓝牙模组、MB23ABS1、等关键功能芯片在内的63个元器件组成。其中， - STM32H753VIT6E是意法半导体的LQFP封装高集成MCU，集成了480MHz Cortex-M7和240MHz Cortex-M4双核，具有2MB嵌入式Flash存储和1Mb嵌入式SRAM存储，可降低部署成本； - 2.4GHz Wi-Fi子系统配备Murata 1DX模块（用于旁路模式，耦合到ISSI IS25LP016D 2MB NOR Flash存储器）。 - LBEE5KL蓝牙模组组合了Wi-Fi 11b/g/n以及Bluetooth 5.1功能。 - ST1S12GR是同步整流0.7A、1.7MHz可调步降开关稳压器，带抑制功能。 - STSAFE-A110用来为外设和IoT设备提供最先进的安全认证。 - X3为32.768kHz标准石英晶体振荡器，驱动电平为1.6-3.6V；X1是一个16.00MHz频率的石英晶体谐振器，匹配电容为8pF。 方案子板BOM采用了102个基础元器件，包括FDA903D功放，3个MP23DB01HP MEMS麦克风，4个来自欧司朗的RGB LED，1个QFN20 3x3封装的12通道LED驱动器。其中： - MP23DB01HP为意法半导体提供的3.5x2.65封装高性能MEMS数字麦克风。 - FDA903D是带负载电流监控的1x 45W D类数字输入汽车功放，具有宽电压操作范围。 图3. STEVAL语音接口PCB布线图 PCB布线上，方案采用了主板/子板结构确保高度模块化，子板还采用了14个0欧姆厚膜贴片电阻器（跳线电阻），以减少远场音频捕获时的高频干扰。

STM32F3xx系列是高集成和易于开发的32位MCU，整合了带有DSP与FPU指令、工作频率为72MHz的32位ARM Cortex-M4内核、高级模拟外设以及嵌入式Flash和SRAM存储器。由于实时功能、数字信号处理、低功耗与低电压操作特性，STM32F3xx能有效处理三相电机控制器、生化和工业传感器以及音频滤波器等电路的混合信号，可广泛用于消费、医疗、便携式健身、系统监控与测量的实际应用。 时钟方面，STM32F3xx使用两个时钟源：LSE采用的X1是一个32.768kHz晶振，用于嵌入式RTC；HSE采用的X2为8MHz晶振，用于STM32F3xx MCU运行。每个时钟源在未使用时，都可单独打开或者关闭，以降低功耗。 1. HSE时钟 高速外部时钟信号（HSE）OSC时钟有2个时钟源：HSE外部晶振 / 陶瓷谐振器，HSE用户外部时钟。 PCB布线时，谐振器和负载电容必须尽可能地靠近振荡器的引脚，以尽量减小输出失真和起振稳定时间。负载电容值必须根据所选振荡器的不同做适当调整。 （1）外部晶振/陶瓷谐振器（HSE晶振） 4-32MHz外部振荡器的优点是精度非常高。时钟控制寄存器中的HSERDY标志（RCC_CR）指示了HSE振荡器是否稳定。在启动时，硬件将此位置1后，此时钟才可以使用。如在时钟中断寄存器（RCC_CIR）中使能中断，则可产生中断。 HSE晶振可通过时钟控制寄存器（RCC_CR）中的HSEON位打开或关闭。 （2）外部源（HSE旁路） 在此模式下，必须提供外部时钟源，最高频率不超过32MHz。此模式通过将时钟控制寄存器（RCC_CR）中的HSEBYP和HSEON位置1进行选择。必须使用占空比为40-60%的外部时钟信号（方波、正弦波或三角波）来驱动OSC_IN引脚，具体取决于频率，同时OSC_OUT引脚可用作GPIO。 2. LSE时钟 LSE晶振是32.768kHz低速外部晶振或陶瓷谐振器，可作为实时时钟（RTC）的时钟源来提供时钟 / 日历或其它定时功能，具有功耗低且精度高的优点。 LSE晶振通过备份域控制寄存器（RCC_BDCR）中的LSEON位打开和关闭。使用备份域控制寄存器（RCC_BDCR）中的LSEDRV 位，可在运行时更改晶振驱动强度，以实现稳健性、短启动时间和低功耗之间的最佳平衡。 备份域控制寄存器（RCC_BDCR）中的LSERDY标志指示了LSE晶振是否稳定。在启动时，硬件将此位置1后，LSE晶振输出时钟信号才可以使用。如在时钟中断寄存器（RCC_CIR）中使能中断，则可产生中断。 在此模式下，必须提供外部时钟源，最高频率不超过1MHz。此模式通过将备份域控制寄存器（RCC_BDCR）中的LSEBYP和LSEON位置1进行选择。必须使用占空比约为50%的外部时钟信号（方波、正弦波或三角波）来驱动OSC32_IN引脚，同时OSC32_OUT引脚可用作GPIO。 3. HSI时钟 HSI时钟信号由内部8MHz RC振荡器生成，可直接用作系统时钟（SYSCLK），或者用作PLL输入。HSI RC振荡器的优点是成本较低（无需使用外部元件）。此外，其启动速度也要比HSE晶振块，但即使校准后，其频率精度也不及外部晶振或陶瓷谐振器。 因为生产工艺不同，不同芯片的RC振荡器频率也不同，ST对每个器件进行出厂校准，达到TA= 25 ℃时1%的精度。此外，可将HSI时钟接至MCO复用器。时钟可连接至F30x中定时器16的输入及F37x中定时器14的输入，以允许用户校准振荡器。 4. LSI时钟 低速内部RC时钟（LSI RC）频率约为40kHz（30kHz到60kHz之间）。LSI时钟可作为低功耗时钟源在停机和待机模式下保持运行，用于驱动独立看门狗（IWDG）和RTC，也可选择提供给RTC用于停机 / 待机模式下的自动唤醒。 5. 外围元器件参考 根据意法半导体提供的STM32F303VCT/358VCT6、STM32F373VCT6/378VCT6外围元器件参考数据，前三项为必备项，其他为备选元器件。 BOM表中，32kHz石英晶振用于LSE，频点为32.768kHz，两个匹配电容选择10pF的MLCC电容器，无需匹配电阻。8MHz石英晶振用于HSE，两个匹配电容C14、C15选择20pF的MLCC电容器，匹配电阻R4选择390Ω，具体应以晶振参数和涉及要求为准。

本方案包含一个DisplayPort1.2接收器和一个HDMI1.4发送器，能够处理高达4K2K 30Hz/FHD120Hz视频和多达7.1CH音频数据。 图1. DP1.2-HDMI1.4转换器功能 方案特点 方案通过+5V micro USB连接器供电，使用铁氧体磁芯隔离高频干扰信号，通过LDO输出3.3A、3.3D、1.2A、1.2D的模拟和数字电压。方案采用标准DP输入连接器和标准HDMI输出连接器，含有存储固件的SPI闪存，用来除错和在系统编程（固件下载）的UART连接器，一个用来从外部主控制器（备选）配置设备的I2C从接口。 图2. DP1.2-HDMI1.4转换器电路图 音视频转换芯片STDP2650包括一个VESA DP1.2a双模接收器，一个HDMI 1.4发送器。其中，DisplayPort双模输入口含有4个主通道AUX CH和HPD信号，主通道可接收DP、TMDS信号格式，HDMI输出支持DDC、CEC、HPD等。 STDP2650采用最新DisplayPort双模接收技术，支持每通道5.4Gbps数据率的HBR2传输速度，总带宽达21.6Gbps。方案主要特点包括： DP双模接收器： – 符合DP 1.2a/HDMI 1.4 –HBR2/HBR/RBR链路传输 – 1、2或4通道 – AUX CH 1Mbps – 支持eDP操作 – 高达2.97Gbps/对的DC输入耦合TMDS HDMI 1.4发送器 – 最大数据率达2.97Gbps/pair – 彩色深度达48bits – 3D视频 – CEC – DisplayPort扩频技术，减少EMI 彩色深度支持 – RGB/YCC (4:4:4) – 16bit彩色 – YCC(4:2:2)，16bi彩色 – 颜色空间转换，YUV-RGB，以及RGB-YUV 带宽 – 视频分辨率达4K x 2K @ 30Hz，1920 x 1080 @ 120Hz – 7.1通道音频，高达192kHz取样率 – 功耗低（动态462mW，待机21mW） 芯齐齐BOM分析 本方案BOM元器件总数186个，除了STDP2650转换器外，还采用了MX25V4006E SPI Flash，SN74AHCT1G125DCK、SN74LVC1T45总线收发器，以及开关稳压器ST1S12XX、STBB1-APUR共７个IC芯片。 图3. DP1.2-HDMI1.4转换器BOM表 芯齐齐BOM分析工具显示，核心芯片STDP2650转换器IC来自Kinetic，采用81引脚LFBGA封装，外形尺寸8 x 8mm；闪存芯片MX25V4006EM1I-13G　SPI Flash来自台湾旺宏；总线收发器SN74AHCT1G125DCK、SN74LVC1T45来自TI；稳压芯片ST1S12XX、STBB1-APUR来自ST公司。 方案采用了11颗铁氧体磁珠来消除来自线路的高频干扰，供应商分别是Murata、Fair-Rite、Wurth。其中，来自村田的BLM18PG121SN1D磁珠采用0603封装，100MHz频率时阻抗为120Ω，额定电流（最大）2A，DC电阻（最大值）50mΩ，工作温度-55°C~125°C；来自Wurth的742792023磁珠尺寸0805，100MHz频率时的电阻为120Ω，400MHz频率时的电阻为200Ω，额定电流(Max)500mA，DC电阻≤0.10Ω，工作温度-55 ℃至125 ℃。 图4. DP1.2-HDMI1.4转换器开发板 电路标号D401、D402、D403、D703、D704、D705对应于HSP061-2 ESD抑制二极管阵列，工作电压3V，具有6GHz超大带宽，0.6pF超低电容，漏电流低至100nA，Vesd静电放电电压达8kV，工作温度-40°C to 150°C， 电路标号Y501的27.000MHz SMD石英晶振来自ECS，封装尺寸3.2mm x 2.5mm，容差50PPM，频率稳定性50PPM，激励电平100uW，工作温度-20 ℃至+70 ℃。由于该晶振负载电容20pF，对应的匹配电容C505、C506选择22pF+-1%窄容差的0402型NP0介质MLCC。PCB布线时，这两个NP0电容要尽量靠近IC的G9和H9引脚。