那些年瘋狂搞過的電路板

第一次做電路板是讀高中的時候，從每周20塊錢的生活費里省下一半來買元器件和材料。那樣糾結(jié)著做出了自己的第一塊電路板。敷銅板，透明膠帶，三氯化鐵，松香，焊條，現(xiàn)在想來還帶著那么一種讓人難以釋懷的親熱勁兒。原理一知半解的，照著書上的原理圖在敷銅板上畫出線，然后用透明膠帶裁成細條粘到需要保留的部分，再放到三氯化鐵溶液 里腐蝕。一晚上起來看好幾次，翻翻攪攪，最后一次醒來發(fā)現(xiàn)漂亮的小板已經(jīng)腐蝕好了。然后焊接調(diào)試……

可惜第一次以失敗告終，板 子沒有調(diào)試成功。現(xiàn)在已經(jīng)回憶不起當時的感受了，不過，肯定是十分美妙的，即便沒有成功，也有了很多欣喜!最重要的是，我從此邁出了自己的第一步。雖然摔 倒了，但也從此開始體會到更多的快樂。遺憾的是現(xiàn)在已經(jīng)找不到那塊對我來說意義非凡的板子了，不過，它留給我一串的美好回憶。

那一年，就是我的電子元年。

進了大學就像放歸了草原的餓羊，看見綠的就想啃，抱本書就舍不得放。專業(yè)的書看起來沒夠，扎在圖書館就懶得出來(我們學校一般，不過，圖書館藏書還是著實不錯的)……可是，因為沒有基礎(chǔ)，學的又沒有條理，所以學起來很費勁。還好，我有世界上最強大的導師——興趣。

雖然高中的時候做了第一塊電路板，但實際對電子知識還是很懵懂。大一是我開化的一年。這一年在系里的電子科協(xié)做了不少電子制作：電子感應查線器，早上太陽出來會叫的鳥，循環(huán)閃爍的燈，手觸延時的開關(guān)……都是一些比較簡單的小制作。

大一在電子科協(xié)做義務維修的過程中翻閱了不少模擬電路相關(guān)的書籍和資料，知識和動手能力得到了很大的提升。

大二的時候啃書為主：數(shù) 電，模電，單片機，DSP，X86，VHDL……見什么啃什么，雖然啃不出味，但也能充饑。當時就通過這樣硬填的方式雜七雜八的學了一堆東西。不過，也算 因禍得福，正因為當時那樣沒有條理的亂學東西，所以了解的知識面比較寬，填的也還算扎實。內(nèi)功扎實了，再學套路就比較快了。

大二的時候做了聲音采集 板，音調(diào)調(diào)理板。當時還做了一塊DSP板，使用的主芯片是TMS320C5402。不過，又是以失敗告終了。起初仿真器還能連接DSP， 后來過一段時間就連不上了。之后分析應當是CPLD邏輯導致的總線沖突燒壞了DSP。當時對DSP和高速設(shè)計的理解還不行，從那次的失敗里我又學習到很多 新東西。一直很感 激當時學校的老師為我提供的那些做板的機會，也慶幸自己是在那所學校讀書，好些的學?；虿钚┑膶W校都未必能有那樣的機會。

音調(diào)調(diào)理板

可惜當時都沒有留下照片，現(xiàn)在連電路圖也找不到幾張了。上面是音調(diào)調(diào)理的板子，可以控制高、中、低頻的增益?，F(xiàn)在看著老土了，瞅著它，感覺就像看著自己小時候的照片，呆呆傻傻的，卻又滿溢著溫馨和甜蜜……

大三上學期參加了全國大學生電子設(shè)計競賽，制作的30M數(shù)控正弦波發(fā)生器。比賽過后利用周末時間在廊坊一家公司兼職做電子節(jié)能燈設(shè)計。也是從那時起，自己研發(fā)的東西開始量產(chǎn)并進入人們的日常生活。

USB主機接口板——現(xiàn)在看當時真的把蛇形線畫的太“幽默”了

大四以學習和畢業(yè)設(shè)計為 主。畢業(yè)設(shè)計是做USB主機，不過，時間比較緊，方法也不得當(當時是想著自己寫所有代碼)，最終還是沒有調(diào)試完就到了畢業(yè)的那一天。現(xiàn)在想想的話有很多省事的方法，實現(xiàn)起來也比較簡便。大四期間也零星做過一些兼職。現(xiàn)在天津很多公交車前面的LED顯示牌就是我那時候做的。到現(xiàn)在每次回天津的時候都能看到載著自己LED車牌的公交車，總會有一種莫名的親切感。

動態(tài)LED驅(qū)動核心板——當時想卷動中國高校風潮的凌陽61單片機

也是大四那年犯了刻骨銘心的一個錯誤。當時做一個高亮LED驅(qū)動板，準備用于替換公交車上的一些顯示固定的車牌，那樣就不用為不同的公交車做不同的顯示牌了。當時MOS管使用不當，導致了項目的失敗，成為自己很大的一個遺憾……

05年畢業(yè)后在華為數(shù)通產(chǎn)品線做硬件測試。這一年積累并強化了很多專業(yè)知識，分析問題解決問題的能力也得到了很大的提升。

高速球中的電源及協(xié)議板

06年離開北京到天津一家安防公司做研發(fā)工作。主要從事高速球的研發(fā)。先是基于51單片機平臺的產(chǎn)品改造和升級。成功完成幾次產(chǎn)品升級并得到單位的認可后，便開始著手DSP項目設(shè) 計。這次使用的DSP是比較高端的視頻處理器——TMS320DM642，現(xiàn)在幾乎所有接觸視頻硬件的人都聽說過的一款經(jīng)典型號，它也是至今很多新型視頻 處理DSP運算性能評估的一個標尺。但在06年，DM642的資料還是相當難找，而我們只有幾個人的小單位，又得不到TI和其他有效的技術(shù)支持。而且由于 經(jīng)費和精力有限，我們要求只能一版成功，硬件由我設(shè)計，軟件和算法由另外一名工程師負責。

困難就不多說了，大概三個月后，我們自己的DSP板小系統(tǒng)調(diào)通了。也是那時候，我們單位負責軟件的工程師出國，項目便擱置了。

TMS320DM642視頻板——被我拍的破相了

這就是我的第一塊DM642視頻采集板。開發(fā)過程中沒有任何開發(fā)板參照，只能在網(wǎng)上四處搜羅資料，查看大量的數(shù)據(jù)手冊和文檔。單位要求一版成功，終于三個多月用四層板實現(xiàn)了這個設(shè)計。

自己花了挺大精力做出來的 板子被這樣封存起來，心里還是挺難受的。當時DM642的資料很難找，設(shè)計中的各種艱辛只有做過的人才有體會。而DM642的確是當時很有應用前景的一個 芯片。于是后來把設(shè)計做了一些刪減和更改，將完整工程公布到了網(wǎng)上，包括PROTEL99格式的原理圖、網(wǎng)表和4層的PCB文件(后來還在自己博客陸續(xù)補 寫了設(shè)計說明以及CPLD邏輯等)。后來還發(fā)布了針對這個PCB的SDRAM仿真過程及結(jié)果，以供別人借鑒參考。只希望能為后來做DM642的工程師朋友 提供第一手的資料，減少一些困難，縮短開發(fā)時間，也為很多中小企業(yè)節(jié)省一些不必要的經(jīng)費開支。

后來發(fā)現(xiàn)了原設(shè)計中的兩個錯誤并將錯誤及解決辦法在自己的博客作了聲明。

錯誤修正后的DM642視頻采集板

帶NAND FLASH和數(shù)字傳感器接口的642采集板

上面兩個板子是我業(yè)余時間幫一個研究生朋友設(shè)計的。前面一個主要是圖像采集和壓縮，然后經(jīng)網(wǎng)絡傳輸，后面的增加了NAND FLASH存儲和CMOS傳感器接口。

CMOS傳感器視頻采集板

這個CMOS傳感器板是 2010年初做的，配合前面的DM642板完成了CMOS圖像的采集。傳感器選用MICRON的MT9V032。該傳感器具有全局曝光功能，可以拍攝快速 運動的物體，不會像逐行曝光傳感器那樣存在運動物體傾斜。經(jīng)過對比，這顆傳感器在暗光線時性能超過一般的CCD傳感器。

TMS320F2812電機控制+字符疊加板

這個是我2007年做的高 速球轉(zhuǎn)臺控制板，完全更改了以前基于雙51單片機的設(shè)計方案。雖然從51平臺升級到DSP平臺，但整體成本沒有明顯的增加。利用一片DSP代替了兩片 51，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化;利用DSP的 SPI、PWM配合一個LM2903比較器和一個模擬切換芯片實現(xiàn)了中文菜單疊加，省去了一顆日產(chǎn)OSD疊加芯片;電機控制采用新的單顆DMOS工藝美產(chǎn) 芯片，替換了兩顆日產(chǎn)電機控制芯片;使用DSP的PWM加阻容濾波實現(xiàn)了4路DA，用來控制電機電流，省掉了一顆4通 道DA。重新設(shè)計了步進電機控制算法和加減速方案，并且針對實測結(jié)果對正余弦進行了補償。

第一版硬件沒有做任何修改 實現(xiàn)了所有功能。通訊和菜單部分代碼是由另一位軟件工程師編寫外，其余系統(tǒng)整體設(shè)計及軟硬件設(shè)計由我完成。新方案達到128細分，加入了正余弦補償，轉(zhuǎn)臺 低速可達0.1度/秒，運轉(zhuǎn)平滑順暢。驗證轉(zhuǎn)臺最高轉(zhuǎn)速可達到480度/秒，通過軟件設(shè)置增加電流后可以進一步提高電機的轉(zhuǎn)速和加速度。配合專門訂做的步 進電機，優(yōu)化后的加速方案使得球機在低于原功耗30%的情況下轉(zhuǎn)速提高了50%，從停止加速到最高速只需0.33秒，電機運轉(zhuǎn)時聲音非常低，控制板和電機 的發(fā)熱量也比原先減小了很多。另外，除個別函數(shù)使用匯編外，都改用了C代碼，使電機控制程序?qū)砜梢栽诓煌钠脚_上移植，也易于與其它控制程序接口。

期間我用EXCEL重新制 作了加速表格，主要依托于電機功率來自動完成加速表格數(shù)據(jù)設(shè)計，生成DSP中控制電機運轉(zhuǎn)所需的所有數(shù)據(jù)。另外，還會伴隨參數(shù)調(diào)整自動生成加速曲線圖，可 以直觀的看出電機加速過程，并有助于分析其中可能出現(xiàn)的問題。避免出現(xiàn)某些特殊點或段存在加速功率需求過高而導致丟步的現(xiàn)象。

300度/秒加速曲線圖

這個圖便是大家常稱的S加速曲線，前段緩慢加速是防抖動和避免頓挫感，后段則主要是等功率升速曲線。圖中只取到了300度/秒，可以通過在EXCEL表格中向下拖拉填充自動生成后面的數(shù)據(jù)。

中文菜單疊加效果

這個是菜單疊加效果。通過LM2903比較器提取復合同步脈沖，判斷到行同步后使用SPI的16字的FIFO完成每行256點的疊加點位輸出，PWM+阻容濾波實現(xiàn)疊加電平控制。

球機裝配效果圖

08年公司被收購，我們部門遷到江蘇，在江蘇近一年的時間進一步完善了基于F2812的高速球。其實在設(shè)計這個方案的時候是瞄準了TI當時還沒有推出的TMS320F28027這 一系列，看TI的宣傳以及提前發(fā)布的芯片資料，這顆芯片批量價格應該可以在20元以內(nèi)，性能和功能可以滿足我們的設(shè)計需求，只要芯片一出來，馬上就可以把 F2812上的程序移植過去。這樣，整體的成本會往下降一大截，體積也可以小很多，控制板大致可以做到火柴盒的大小。后來公司做基于DM6437的智能高 速球，除智能算法外，還剩余一些運算資源。我便把F2812里的電機控制算法移植到了DM6437里。在單一芯片里集成了智能分析和電機控制，使系統(tǒng)得到 了很大簡化。

移植完成后我便離開江蘇回到北京。一直到離職前一兩周才得到TI的TMS320F28027樣片。當時想有時間的話可以把它用起來，并且把電機 控制算法改一下，使它適用于自動跟蹤平臺，實現(xiàn)平滑跟蹤?？墒蔷拖衩\捉弄一樣，一直到今天都沒有閑下來過，時間都被這樣那樣的事給擠滿了，就連周六日也 都像有導演 精心安排的一樣塞滿雜事。

關(guān)于電機控制，我寫過一個 PPT文檔《步進電機細分控制原理及仿真分析》，并將其共享到網(wǎng)絡上。其中分析了步進電機細分控制原理，以及其中存在的問題和需要注意的地方。并且利用 MULTISIM建立了驅(qū)動電路仿真模型，針對各點電壓和電流仿真波形進行了分析。以供別人借鑒參考，希望那些對電機控制感興趣的朋友能夠快速入門并且了 解步進電機控制的關(guān)鍵所在。電機控制是一門看似簡單實際有著自己完整理論體系的科學，三年前，我在江蘇一個二線城市拿到13.5K的工資，主要靠的就是步 進電機控制。實際上，對于真正的電機控制來說，我也就是剛了解了步進電機控制里的一些皮毛。電機控制這方面還是很缺少能深入的人才的。

基于FPGA的圖形疊加板(正面)

基于FPGA的圖形疊加板(反面)

上面的圖形疊加板是我09年做的一個項目。當時從江蘇回到北京有三個月沒有上班，就在大興一所民宅蝸居了三個月做這個東東。因為項目要求體積很小，而且又要3個串口，對疊加質(zhì)量和 分辨率又要求很高。最后只能用FPGA內(nèi)嵌軟核的方式才能實現(xiàn)。用ARM或DSP都無法完美滿足所有要求。

因為前面接觸過CPLD，也有一些邏輯方面的基礎(chǔ)， 3個月期間邊學邊試，還算順利的完成了所有的硬件和軟件設(shè)計。第一次使用軟核之后就深深的喜歡上了這架構(gòu)，強大的性能和獨有的靈活性讓人禁不住用過一次就會愛上它。

這個板子第一版存在一個問 題，因為采用三極管做視頻鉗位，三極管的BE結(jié)之間的電壓有一個-2.1mV/℃的溫漂。當時沒有太在意這么小的一個參數(shù)，最終環(huán)境實驗時高低溫100度 的溫度變化導致了210mV的視頻同步頭電平偏移，致使同步脈沖提取出錯。后來在電路中加入了二極管做溫度補償才解決問題。

FPGA疊加效果圖

這塊板子可以實現(xiàn)從黑到白 的多種灰度疊加，并且支持自動生成黑邊，可以接收從3個串口來的控制信息及要顯示的數(shù)據(jù)，用于進行控制操作或?qū)鞲衅鞣答伒臄?shù)據(jù)顯示在特定的位置。疊加分辨率為640*540，一個疊加主圖像和三個數(shù)據(jù)顯示窗口位置都能夠水平垂直以1像素進行移動。

基于DM642的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

這個是09年做的一個數(shù)據(jù)采集板，幫一個朋友畢業(yè)設(shè)計做的。腦殘級的方案，用DM642做一個幾十K的AD采集。哈工大的一個博士逼著一個碩士做的，估計是那博士是對DM642有 別的想法吧，不告訴碩士干什么用，就讓做出這么個東西。剛好碩士是我朋友，最后找到我?guī)兔ΑY(jié)果這個項目成為我歷史上最失敗的項目之一，本來一個低端 FPGA就可以搞定的東西，非要用DM642來實現(xiàn)，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去的……最后一個細節(jié)沒注意到，飛了好幾根線。而且總趕時間，板子布局丑得讓自己一直 耿耿于懷。正如一個朋友說的，對工程師來說，最痛苦的莫過于做自己不認同的設(shè)計。

EP3C10核心板

2010年做的一款 FPGA核心板，使用國內(nèi)剛上市不久CYCLONE III 系列中的EP3C10，搭配32M的DDR2芯片。板子主要是用于實現(xiàn)一些簡單的音、視頻處理和數(shù)據(jù)采集及處理。通過內(nèi)嵌NIOS軟核配合剩余邏輯加上高 速DDR2，再結(jié)合NIOS軟核特有的C2H硬件加速，可以滿足常用的絕大多數(shù)中小規(guī)模應用需求。

視頻疊加板2.0

這是搭載EP3C10核心板的視頻疊加模塊，軟硬件也都是自己完成的。通過ADV7180和ADV7179來實現(xiàn)視頻信號的AD、DA轉(zhuǎn)換，中 間通過 FPGA進行處理，疊加用戶選定的彩色圖形及菜單。該模塊有5組RS232接收和4組隔離IO輸入。疊加分辨率達到720*576像素，可以實現(xiàn)疊加內(nèi)容 1像素的上下左右移動。并且可以根據(jù)圖像背景亮度自動調(diào)節(jié)疊加圖像每個像素點的亮度，即便圖像非常復雜并且變化很快，也可以清晰分辨疊加圖形，非常適用于 瞄準和跟蹤系統(tǒng)應用。另外，該模塊還可以通過串口接收用戶自編輯的bmp圖形文件，進行疊加顯示并可存儲到串行FLASH中。計劃等以后有時間了在板上實 現(xiàn)圖像旋轉(zhuǎn)和電子變倍等功能。

智能驗鈔機算法板

這是我09年在江蘇的時候 利用業(yè)余時間做的智能驗鈔機系統(tǒng)硬件，使用CIS傳感器掃描錢幣在不同光譜下的圖像，然后由TMS320DM642對圖像進行分析鑒別。算法部分是我現(xiàn)在 所在的清華大學實驗室做的。后來還進行過幾款基于DM648的驗鈔機硬件設(shè)計，可同時進行雙面圖像采集并進行處理。

基于OMAP3530的視頻系統(tǒng)

這個是新近完成的一個設(shè)計，使用的OMAP3530主芯片。OMAP是前兩年TI推出的高性能雙核處理器，一個BGA內(nèi)集成了600M主頻的ARM CORTEX-A8 內(nèi)核和430M的64+ DSP內(nèi)核，另外還集成有POWERVR SGX 3D加速協(xié)處理器。其ARM內(nèi)核性能是普通ARM9的4倍，DSP內(nèi)核性能大概相當于一顆600M DM642的處理能力。使用集成LPDDR2和NAND FLASH的MCP存儲器和專用電源管理芯片，結(jié)構(gòu)緊湊，功能強大，整體功耗非常低。