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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林宗慶
研究生(外文):Tzung-Ching Lin
論文名稱:具自我校正機制之智慧型夜間地震警報器與5.8-GHz射頻低雜訊放大器設計
論文名稱(外文):A Intelligent Midnight Earthquake Alarm System with Self-calibration Mechanism and Design of a 5.8-GHz RF Low-Noise Amplifier
指導教授:王多柏
口試委員:高立人黃育賢吳逸民
口試日期:2012-07-19
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:電腦與通訊研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:108
中文關鍵詞:微控制器地震警報器低雜訊放大器
外文關鍵詞:MicrocontrollerEarthquake AlarmLow Noise Amplifier
相關次數:
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本論文分為兩個部份,第一部份為具自我校正機制之智慧型夜間地震警報器,目的為在地震來臨時發出即時警報,提醒人們在第一時間緊急逃生,保障生命安全。本部份探討利用三軸向加速度計做為感測端,偵測地震的震動加速度變化,透過12位元類比數位轉換器將其三軸向加速度計感測輸出之電壓變化轉換為數位數值,採用微控制器讀取類比數位轉換器轉換之數值,將讀取數值依照三軸向感測值分別儲存於暫存器並透過算術平均數將轉換數值平均,再利用此平均值做向量合成計算,做為判斷依據。當偵測超過預設值後,啟動語音警報,並且開啟高亮度LED照明,避免在黑暗中遭掉落物品擊中或是踩到碎玻璃,減少地震時遭受的傷害。並且在地震發生後15秒,自動啟動內建的收音機裝置,讓人們獲得外界資訊,免於恐懼。
第二部份為5.8 GHz射頻低雜訊放大器設計,目的為設計一低電壓低功耗之低雜訊放大器,採用差動式架構疊接(cascode)放大器,並於差動式cascode之間加入了交叉耦合對連接於 cascode兩電晶體之間,使增益提高。量測值為增益為15.8 dB,雜訊為2.52 dB,輸入反射係數為-12 dB,輸出反射係數-7 dB。


There are two parts in the thesis; the first part is the design of Intelligent Midnight Earthquake Alarm System with Self-Calibration Mechanism, which serves as warning signal when earthquake happens. First, the three-axis accelerometer is employed as a sensor in the system. And then, the analog data measured by sensor is transformed into the digital format by 12 bits analog-to-digital converter. After the process mentioned above, the data will be sent to microcontroller and stored in the registers separately according to the measured data. Finally, the process called "Arithmetic Mean" will be applied to process the stored value to get the mean value. After final value is already determined, the calculation and synthesis result of the vector will be turned into the index to determine whether the earthquake is serious enough that people should pay attention to it. If the Earthquake is large, the voice alarm system will be triggered and the high brightness LED emergency lighting lamp will be turned on at the same time. These emergency systems will keep people from danger. For example, it can keep them from fallen objects and broken glass on the ground. The built-in radio will be turned on automatically within 15 seconds after the earthquake, and it will broadcast the latest news to relieve the anxiety of the victims.
In the second part the low noise amplifier design will be introduced in this part. The purpose of this amplifier is to achieve low voltage supply circuit.The differential and cascode architecture is employed to accomplish this amplifier.In addition,the cross couple pairs connected between the two transistors could enhance power gain.From the measure result,the power gain is 15.8 dB,noise figure is 2.52 dB,input and output reflection coefficient is -12 dB and -7dB,respectively.


中文摘要 I
英文摘要 II
誌 謝 III
目 錄 IV
表目錄 VIII
圖目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 自我校正機制之智慧型夜間地震警報器設計之研 究動機與目的 1
1.2 5.8-GHZ射頻低雜訊放大器設計之研究動機與目的 2
1.3 論文架構 3
第二章 警報器週邊電路介紹 4
2.1 系統硬體電路 4
2.1.1 系統架構 4
2.2 微控制器 ATMEL89S52 6
2.2.1 微控制器基本架構 6
2.2.2 Atmel 89S52之規格 7
2.3 三軸向加速度計 ADXL 327 10
2.3.1 ADXL 327簡介 10
2.3.2 ADXL 327之規格 11
2.3.3 ADXL 327 操作與使用 12
2.4 類比數位轉換器 ADC124S021 16
2.4.1 ADC124S021簡介 16
2.4.2 ADC124S021規格 17
2.4.3 ADC124S021電路 18
2.5 錄音晶片ISD1760 19
2.5.1 ISD1760簡介 19
2.5.2 ISD1760 取樣率與錄音時間 20
2.5.3 ISD 1760 硬體電路 21
2.5.3.1 錄音電路 21
2.5.3.2 錄放音晶片播放與SPI控制電路 22
2.5.3.3 錄放音晶片實體照片 23
2.6 音頻放大器LM4865 24
2.6.1 LM4865簡介 24
2.7 收音機晶片模組RDA5807P 26
2.7.1 RDA 5807P簡介 26
2.7.2 RDA 5807P硬體電路連接 27
第三章 週邊電路程式流程 29
3.1 類比數位轉換器ADC124S021 控制 29
3.1.1 ADC124S021 SPI介面簡介 29
3.1.2 ADC124S021軟體控制 30
3.1.3 ADC124S021 輸入控制暫存器 31
3.1.4 ADC124S021 軟體控制流程 32
3.2 錄音晶片ISD1760控制 35
3.2.1 ISD1760 SPI介面簡介 35
3.2.2 ISD1760 類比通道配置暫存器(APC) 36
3.2.3 錄音晶片ISD1760 37
3.2.4 讀取錄音晶片狀態指令 38
3.2.5 錄音晶片ISD1760序列週邊介面(SPI)使用步驟 40
3.3 收音機模組RDA5807P控制 43
3.3.1 RDA5807P的 I2C介面介紹 43
3.3.2 RDA5807P的 暫存器介紹 44
3.3.3 RDA5807P的I2C 撰寫 48
第四章 地震警報器系統整合 50
4.1 系統整合 50
4.2 硬體整合 50
4.2.1 微控制器核心 50
4.2.2 加速度計與類比轉換器連接 52
4.2.3 錄放音電路連接 53
4.2.4 收音機模組連接 54
4.2.5 LCD顯示器 56
4.2.6 倒數計時顯示 57
4.2.7 電源切換電路 59
4.3 系統軟體流程 62
4.3.1 整體流程圖 62
4.3.2 零點校正流程圖 64
4.3.3 讀取與計算重力加速度值流程圖 65
4.3.4 警報語音執行流程圖 66
4.3.5 收音機模組執行流程圖 67
4.4 地震警報器系統電路 68
第五章 射頻低雜訊放大器基本理論 72
5.1 S參數 72
5.1.1 雙埠網路(Two-port Network) 72
5.2 散射參數(S-PARAMETER) 74
5.3 RF放大器重要參數 76
5.3.1 雜訊的產生 76
5.3.2 熱雜訊(Thermal Noise) 76
5.3.3 散射雜訊(Shot Noise) 77
5.3.4 閃爍雜訊(Flicker Noise) 77
5.4 放大器雜訊指數 78
5.5 穩定度 79
5.6 1 dB增益壓縮點(1 dB GAIN COMPRESSION) 80
5.7 交互調變失真(IMD3)與三階截止(IP3) 81
5.7.1 交互調變失真 81
5.7.2 三階截止點 (Third-order intercept point, IP3) 81
5.8 被動元件的影響 82
5.8.1 電感自振(Self-resonant) 82
5.8.2 渦旋電流損耗(Eddy-current Loss) 83
5.8.3 電容性(Capacitive)損耗 83
5.9 電容與電感的電磁模擬軟體 84
5.9.1 電感模擬 84
5.9.2 電容模擬 86
第六章 射頻低雜訊放大器設計 88
6.1 交叉耦合對設計 88
6.2 電路架構設計 90
6.3 模擬結果 91
6.4 量測結果 99
第七章 結論 105
參考文獻 106
附錄 研究成果 108


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