低功耗设计论文精选(九篇)

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第1篇：低功耗设计论文范文

关键词：MSP430单片机 低功耗 硬件设计

1.设计的意义

本次设计的温度采集报警系统是一种能够长期自动工作的设备，它使用的电源为电池也可为充电电池，因此其功耗的大小直接决定了其使用的时间的长短。而且一般情况下这类系统的工作环境都比较恶劣，因此，对该系统进行低功耗设计不仅便于延长使用寿命，便与安装、管理与维护，而且由于该系统具有其他无人值守自动设备相似的特点，对该系统进行低功耗设计的方式方法可以应用到其他设计中，这具有非常重要的社会效益和经济效益。本设计的应用性比较强，如稍加改装可做实验室温湿度监控系统、仓储温湿度监控系统、工业环境监控系统等。

2.系统的设计

2.1总体设计方案

本系统对温度数据进行采集，温度传感器通过某种关系的换算，就可以得到温度与输出电压的关系，单片机通过模拟口采集得到传感器输出电压，通过设置的参考电压就可以得到传感器的输入带电压，再通过一定关系的转换就获得温度参数，将得到的温度参数进行分析后进行相应的处理，比如显示或者报警。另外系统通过键盘输入来完成对报警温度的上、下限设置；通过显示电路将得到的数据显示出来；当温度超过上限和下限的时候，系统进行报警，报警通过驱动一个蜂鸣器来实现。

本设计的系统硬件部分主要包括CPU处理模块、传感器采集模块、键盘输入模块、电源及复位模块[1]、报警模块[2]、显示模块[3]以及串口通信模块等。整个系统的原理框图如图2-1所示：

2.2设计的基本思路

2.2.1系统的低功耗设计

一个单片机系统的功耗受多因素的影响，主要有系统的技术指标，芯片和元器件的选择，及系统的工作方式等。本次设计的温度采集报警系统是作为工业用表，故采用干电池或锂电池供电，而电池的容量有限，因此本系统的功耗问题成为设计的重点问题。具体设计方案如下：

（1）选择低功耗的CPU

在一个系统中CPU是核心控制部分，主要工作均由其完成。其能耗也是整个系统中最大的一部分。目前51系列单片机[4]技术成熟，且其功能强大，性价比高。但相对MSP430单片机来说51系列的接口功能有限，外设电路较复杂，尤其是其功耗较大（功耗是MSP430系列的3倍左右），所以51系列不适合用在低功耗系统中。因此，本系统选用TI公司的MSP430F149型16位单片机[5]，该单片机的功能十分强大、开发方便而且其功耗极低是市场上倍受好评、应用最多的一类低功耗单片机。

（2）选择低的供电电压[6]

在单片机控制系统中，系统的功耗往往和电源电压的大小成一定比例关系，电源电压高，系统的功耗相应的也会增大，因此在功耗要求比较严格的低功耗温度采集报警系统中，在保证功能的前提下，尽量选择低的电源电压。本系统中选用三节干电池4.5V供电。

（3）选择低功耗器件

除选用低功耗的CPU外，其余器件也应为低功耗型，如选用 COMS器件，它最大的优点是微功耗（静态功耗几乎为零），其次是输出逻辑电平范围大，因而抗干扰能力强，所以 COMS 器件是低功耗电路和便携式仪器的最佳搭档。同时器件参数也应低功耗。本系统中用的元器件都具有低压供电、低功耗的性能。如MAX6613型温度传感器[7] [8]。

（4）系统低功耗的运行管理

在软件编程时选用合适的工作模式，合理利用单片机提供的闲置、掉电工作方式，尽量避免循环、查询、动态扫描等工作方式；对电路中的其它用电模块进行电源管理，即根据工作需要才接通相应模块的电源。

2.2.2 系统的抗干扰设计

目前， 许多智能仪表均使用微机（包括单片机）作为控制系统。在使用时，不可避免地会受到电磁干扰。电磁干扰不但会降低仪表的使用精度， 而且常常使系统失灵或死机。因此， 抗干扰设计[7]是智能仪表设计的重要部分。本系统中抗干扰设计从两方面来考虑，一是在硬件设计上采取适当的措施来抑制和消除干扰， 例如合理的屏蔽、隔离、滤波、接地、布线等。另一方面是从系统软件设计上采取一定措施来提高系统的抗干扰能力， 即使系统受到干扰， 也能自动地快速恢复正常工作。

3.总结及展望

温度的测量控制广泛应用于人们的生产和生活中，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中具有举足重轻的作用。结合超低功耗技术，本文运用多种技术手段，包括电子电路技术，温度传感器技术，数据采集技术，单片机控制技术及数据传输等，综合采用电子、控制等多方面的知识设计了低功耗温度采集报警系统。该系统以MAX6613温度传感器为温度采集器，MSP430F149单片机为主控芯片，实现温度的自动采集报警。本设计仅是对低功耗温度采集报警系统的一个探索性方案，经开发还可以在本系统的基础上发展通过互联网络来实现远程操控的温度采集报警系统或其他系统等，具有很大的开发潜力。

参考文献：

[1]秦龙.MSP430单片机应用系统开发典型实例[M].北京：中国电力出版社，2005：119～141.

[2]王巍，蒋大明.基于MSP430F449单片机的超温报警系统[J].中国科技信息，2006（3）：10、12.

[3]杨凌志，张爱玲.单片机的键盘显示系统[J].电脑开发与应用，2004，17（7）：14～15.

[4]毛谦敏.单片机原理及应用系统设计[M].国防工业出版社，2005，

125～149.

[5]秦建民，曾小平.MSP430F149单片机在便携式智能仪器中的应用[J].微计算机信息，2002，18（12）：43～44.

[6]胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机[M].北京航空航天大学出社，2001.

第2篇：低功耗设计论文范文

关键词：触发器；电路设计；低功耗；性能优化

中图分类号：TN783文献标识码：B

文章编号：1004373X(2008)2001005

Analysis and Comparison of Performance and Energy of Flip-flop

ZHANG Xuan，ZHANG Minxuan,LI Shaoqing

(School of Computer Science,National University of Defense Technology,Changsha,410073,China)

Abstract：The development of flip-flop′s performance and energy plays animportant part in the design of total circuit,In order to design the circuit of high performance and low energy,it seems very important to make an optimization of flip-flop's performance and energy.This paper describes all kinds of parameters of flip-flop,analyses and compares some typical flip-flops,makes a comparison of several low-energy flip-flops referred in correlative paper and makes a prospect for flip-flops.It makes a matting for reasonable utilizing flip-flop existed in the standard cell and developing flip-flop of higher performance.

Keywords：flip-flop;circuit design;low energy;performance optimization

1 引 言

时序逻辑电路由存储电路和组合逻辑电路构成，存储部件保持系统的状态，组合逻辑电路负责计算时序逻辑电路的下一状态及电路输出。触发器作为一种存储电路，在数字电路系统中起着重要作用。

依据不同的标准，触发器可以划分为多种不同类型。从采样的频率进行划分，触发器可分为主从触发器和脉冲触发器；从时钟控制位置的角度进行划分触发器可分为动态触发器和静态触发器；从时钟信号的多少角度进行划分触发器可分为单时钟电平和多时钟电平触发器；从时钟的采样边沿的多少的角度进行划分触发器可分为单边沿触发器和双边沿触发器。

随着VLSI技术的不断进步，数字系统的运行速度和功耗要求不断提高，对触发器性能参数的要求也更为苛刻,要求触发器应该具有低功耗、短延时、较少的晶体管数目，较大的噪声容限和比较强的抗干扰性等特征，这些要求中，对延时和功耗的要求尤为重要。

本文从主从触发器和脉冲触发器的角度，阐述各种触发器的性能，并对一些典型的触发器进行分析和比较,对有关论文中提出的几种低功耗的触发器进行介绍。为以后选择使用寄存器和寄存器的优化工作做一定的理论铺垫。

2 触发器性能参数及几种典型触发器的介绍

2.1 时间参数

描述触发器的主要时间参数有建立时间，保持时间以及时钟到输出的延迟。时钟到输出的延时是指时钟跳变沿到输入数据传输到输出的延时；建立时间是指时钟跳变之前数据必须有效的时间；保持时间是在时钟跳变之后数据必须仍然有效的时间。如果数据建立时间太接近时间有效边沿，触发器将会失真，T为时钟周期,必须大于等于最差的时钟到输出的延时的总和。

T>=TCLK-Q+TSETUP+TLOGIC+TSKEW（1）

其中，TCLK-Q为触发器的传播延时；TSETUP为触发器的建立时间；TLOGIC为最大的组合CLK逻辑的延时；TSKEW为时钟的相对的时间偏移，如图1所示。

2.2 功耗参数

触发器的功耗由4部分组成：短路电流功耗，亚域漏流功耗，开关过程功耗，静态功耗。电压越低时,短路功耗的消耗就越少；电压越高，亚域漏流功耗越少。但是随着电压的增高，短路功耗的增加的程度比亚域漏流功耗减少的程度要大；对于开关功耗，当转换频率一定时，电压越高，消耗的功耗越高；在触发器中静态功耗相对比较小，可以忽略。所以，总的来说降低电压能减少功耗。

上面的描述可以用下式表示：把energy-per-transition定义为单个时钟周期触发器的能量消耗。ai－j是从状态转换概率；ei－j是状态转换消耗的能量；功耗可以通过公式表示为:

E=a0－0*e0－0+a0－1*e0－1+

a1－0*e1－0+a1－1*e1－1（2）

从上式分析可以看出，可以分别通过改变a和e来降低功耗。改变a的措施有减少触发器的节点的冗余跳变，改变e的措施有降低电压、减少电路节点电容以及缩减晶体管的大小。

2.3 主从触发器

主从触发器由2个锁存器组成,前一级锁存器在低（高）电平时将输入传至输出,后一级锁存器在高（低）电平时将输入传至输出。典型的主从触发器有传输门触发器（TGFF）,带门控的传输门触发器（GTGFF），真单向触发器（TSPC）和对时钟偏差不敏感的触发器（C2mos,MC2mos）等。TGFF的输入信号通过反向器隔离加强，它是功耗、噪声容限、速度的最好折衷，用传输门实现主从触发器是很好的选择。GTGFF是在TGFF的基础上在主站加1个内部时钟控制门得来的，因为有了时钟控制门，GTGFF的功耗相对于TGFF要小些。内部时钟控制门减少功耗的关键在于内部时钟门逻辑和时钟功耗开销的折衷与平衡。TSPC避免了因时钟偏差引起的各种问题，只用单相位时钟来实现主从拓扑结构，使电路不产生竞争，单相位时钟触发器对局部时钟偏差不敏感，其动态实现导致高开关频率和低时钟负载， TSPC边沿触发器依赖于足够陡直的时钟斜率以限制触发器的透明时间（例如保持时间，在透明时间输入可以直接传到输出），其上升时间必须仔细优化。两相设计会引起竞争问题，但也可以采用C2MOS这样的电路技术来消除，C2MOS触发器是把传输门锁存器中连接到顶端PMOS和底端NMOS晶体管的连线去掉而得到的；伪静态C2MOS 触发器是在动态C2MOS 触发器中主从锁存器的输出端分别添加一个弱C2MOS 反馈而得到的；MC2MOS是通过C2MOS改进而来，它的低功耗的反馈保证了它的全静态操作。 PowerPC603触发器，如图2所示，使用传输门结构，有比较快的上拉能力，反馈传输门用一个钟控反相器替换，powerpc603电路结构,是传输门触发器（TGMS flip-flop）和MC2mos的组合。

2.4 脉冲触发器

脉冲触发器也是双站的触发器，第一站是脉冲产生器，第2站是一个锁存器。

图3所示是半动态触发器SDFF的原理图，前端是动态的，产生一个时钟脉冲，触发后端一个静态的锁存器，当CP为0时，X为1，脉冲触发器需要在电平无效的时候，把X点预充为高电平。当CP为1，CP的信号还没有传到与非门时，S点还是打开的，如果此时D为1，X的值就可传出去。当3个反向器的时间过去后，CP的新值传到与非门上，S关断，D的值就传不出去，这就是一个取值脉冲。混合锁存的触发器（HLFF），在结构上与SDFF相似，有一个静态的脉冲产生器，此电路的建立时间可以为负，所以寄存器本身的延时很短，但是其在上升沿附近输出可以有多次翻转，因此不应使用这一寄存器的输出来驱动动态逻辑或作为其他寄存器的时钟。灵敏放大器（MSAFF）是一个完全不同的脉冲触发器，它在需要高性能或者传送低摆幅的时候使用，它可能成为未来发展的方向之一。

主从触发器相对脉冲触发器来说有较好的内部抗竞争能力，消耗较低的功耗，但是其他参数都高于脉冲触发器。

3 比 较

在电路和系统级对触发器的延时和功耗进行优化,对触发器性能的提高有极其重要的作用。本文研究了几种典型触发器的性能，图4［1］是对各种典型触发器功耗的比较，该图显示了主从触发器比脉冲触发器消耗更少的能量，TGFF是消耗功耗最少的触发器，在低能量的设计中，它是最好的选择，它的功耗延时积比较小，TGFF是和带内部时钟门触发器比较的标准。图5［2］是对各种触发器毛刺功耗的比较，由于采样时间短，脉冲触发器消耗的毛刺功耗最小；而当主站是透明时，主从触发器对毛刺非常敏感；时钟门电路要消耗很大的毛刺功耗，这是因为时钟门逻辑不断地比较输入与输出，它忽略了时钟沿的跳变，传播毛刺（时钟的毛刺不影响触发器的时序竞争的抗干扰性，时钟的滞后问题是产生竞争的原因，解决时序竞争的办法就是采用比较高的电压）。图6［3］是对几种典型触发器跳变概率的功耗延时积的比较，它显示了在高跳变概率的电路中，SDFF和MSAFF拥有最好的功耗延时积，虽然它们的功耗延时积很好，但是在设计中更倾向于使用TGFF，因为TGFF的内部竞争力很好，很适合在有时钟滞后的大规模的电路设计中使用。（在很多的低功耗设计中，触发器很少处在关键路径上，当建立时间没有包含在触发器的延时中时，触发器的EDP的排序就会改变）。相对于主从触发器，脉冲触发器有更小的延时，这是因为它的建立时间很小，有的甚至为负，这使得脉冲触发器的竞争力比较好。带有内部时钟控制门的脉冲触发器和没有内部时钟控制门的脉冲触发器相比，竞争能力（race immunity）不太好。带有内部时钟门的主从触发器和没有内部时钟门的主从触发器相比，竞争能力比较好。例如：GTGFF和TGFF相比有更好的竞争能力，而这是以增加延时为代价的。

通过对各种触发器进行比较，考虑到结构、可靠性、管子数目，以功耗延时积作为重要指标，可以知道传输门触发器（TGMS）和PowerPC603触发器是功耗延时性能最好的全静态触发器，并且它们在功耗延时空间覆盖了相对较宽的范围，PowerPC603和传输门触发器具有最优的功耗延时积；在追求高速时可考虑脉冲触发器，例如HLFF和SDFF，SDFF因为建立时间短而成为最快的触发器，但是它们消耗了可观的功耗，约为传输门触发器（TGMS）的2倍。而真单向TSPC和动态传输门触发器在性能上和SDFF差不多，在功耗上与传输门触发器差不多，但是它们的内部结点X对于漏电流和其他噪声来源很敏感，可靠性不高，在调试模式下容易出错。

同时也有研究表明PowerPC603和HLFF的PDP值差不多，但是HLFF比PowerPC603更快。此电路的建立时间可以为负，所以寄存器本身的延时很短，但是其在上升沿附近输出可以有多次翻转，因此不应使用这一寄存器的输出来驱动动态逻辑或作为其他寄存器的时钟。

PowerPC603和C2MOS具有最好的低功耗设计的风格，SAFF可能是未来设计的主流，虽然SAFF在输出端速度有瓶颈，但是它是功耗速度的好的折衷。

4 几种改进的触发器的介绍

针对传统的寄存器的缺陷，通过对传统寄存器进行功耗和性能上的优化，提出了如下一些解决方案：通过避免不必要的结点的传递减小功耗、优化性能。避免不必要的结点的传递方法主要有数据前瞻、条件预冲、条件放电、条件占有、自适应方法等；另一种方案就是采用双边沿的技术，通过减少时钟系统的功耗减少触发器的功耗，双边沿触发器的性能是单边沿触发器性能的2倍，而功耗和单边沿触发器的功耗一样，采用双边沿技术对功耗和性能的提高具有深远的影响。

第3篇：低功耗设计论文范文

论文关键词：ZigBee,数据采集,无线传感器网络,单片机

Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备[1]。

ZigBee 是一种近距离、低功耗、低速率、低成本的无线传感器网络, 已经在许多领域得到了越来越多的应用, 如温度、湿度、气体浓度、亮度、压力等各种各样小数据量信息的采集, 及传输可以采用这种低功耗、低传输速率的无线传感器网络.在这些应用场合中, ZigBee 网络与现有的各种无线网络相比, 有着独特的优势, 即低功耗、低速率、低成本[2]。 由于ZigBee 设备工作时间较短, 收发信息功耗较低且采用休眠模式, 使得它非常省电, 电池可使用长达6 个月至2 年左右. ZigBee 工作在250 kbps 的通信速率, 足已满足低速率通信传输的需要, 且2.4 GHz 的工作频段是免费频段[3].

设计原理

目首先，从整体来看，我们可以将目标设计分为几个模块：电源模块、主芯片模块、天线模块调试接口和外围扩展模块[4]。其中，电源模块、天线模块、调试接口和主芯片模块是必须的，可以用通常所说的”最小系统”来描述。外围扩展模块是根据用户的实际需求自行添加。

无线传感器节点一般由传感器模块、数据处理模块、数据传输模块和电源管理模块四部分组成。其中，传感器模块负责采集监视区域的信息并完成数据转换，采集的信息可以包含温度、湿度、光强度、加速度和大气压力等；数据处理 模块负责控制整个节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理以及任务管理等；数据传输模块负责与其他节点或Sink节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；电源管理模块选通所用到的传感器，节点电源采用微型纽扣电池，以减小节点的体积[5]。

我们设计的节点实现机理是以ZigBee传输模块代替传统的串行通信模块，将采集到的信息数据以无线方式发送出去。该节点包含ZigBee无线传输模块、微控制器模块、传感器模块及接口电路、直流电源模块以及外部存储器等。为了降低传感器节点的成本，减小传感器节点的体积，我们采用Chipcon公司推出的高度整合的SoC芯片CC2430实现传感器节点的数据传输和处理功能。图3是设计的无线传感器节点的结构框图。下面将分别介绍无线传感器节点中的几个主要功能模块。

功能研究

CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee 射频前端、内存和微控制器。它使用1个8位8051 MCU，具有128 KB可编程闪存和8 KB的RAM，还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器(Timer)、AES128协同处理器、看门狗定时器、32 kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路，以及21个可编程I/O引脚。CC2430芯片采用0.18 μm CMOS工艺生产，工作时的电流损耗为27 mA；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用[6]。

当 FFD 设备(Full Function Device)在第1 次被激活后, 首先搜索其通信范围内已存在的网络, 如果找到相应网络, 则通过一系列对话后, 该设备就可成为此网络中的普通设备。

协调器应用层生成的 NIME-NETWORK-FORMATION。

request 原语发送给网络层请求建立网络,网络层再通过MLME-SCAN.request 原语向MAC层请求检测信道能量及扫描信道, 收到确认后, 为新网络设置1 个PANId (网络号), 通过MLME-SET原语将PANId 设置为MAC 层macPANId, 网络层再通过MLME START.request 原语向MAC 层请求运行网络, 收到确认后运行网络, 网络建立成功[7]。

节点被激活后, 如果找到已存在的网络, 本节点将根据所获得的网络信息选定1 个父节点, 并提出入网申请, 同时等待父节点的请求响应. 当得到允许后, 子节点将得到父节点分配给它的1 个网络地址(也称为短地址)作为网络内的身份标识, 成功建立链接. 加入网络后, 该节点可以接受新节点的入网请求. 通过一级一级的地址分配, 可以构成较大的网络[8]。

由于 CC2430 内置了温度传感器, 在实验中搭建温度采集的ZigBee 采用星型网络. 星型网络的末端节点负责进行数据的采集和发送, 中心节点将实现数据的接收与显示. 为使各个节点采集的。数据同时使中心节点接收, 需要将末端节点的目标地址都设置为中心节点的本机地址. 实验中, 该温度采集系统通信良好, 在有障碍物环境下的通信距离明显低于在空旷的环境下, 此时可通过增模块的射频功率和增加中继点的方法来解决.当检测到的温度准确度也不太高, 则需要采用更高准确度的传感器.

结语

基于ZigBee的无线传感器网络具有低功耗、低成本、体积小的显著优点，可在特殊环境下实现监测区域内信号的采集传输与处理。伴随无线自组织网络技术的成熟和新的能量解决方案的提出，无线传感器网络的应用必将从军事、环境监测、医疗保健、空间探索和灾害预测普及到生活中的各个领域。

参考文献：

[1] Garcia L R, Barreiro P. Performance of ZigBee-based wireless sensor nodes for real-time monitoring of fruit

logistics[J]. Journal of Food Engineering, 2008, 87:405-415.

[2] 李文仲, 段朝玉. ZigBee 无线网络技术入门与实战[M].

北京: 北京航空航天大学出版社, 2007.

[3] 齐楠, 韩波, 李平. 基于ZigBee 的智能家庭无线传感器网络[J]. 机电工程, 2007, 24(3):20-22.

[4] 成锐, 李静, 雷鸣, 等. 基于ZigBee 的无线传感器网络设计方案[J]. 电子元器件应用, 2007, 9(12):54-58.

[5] 孙利民, 李建中, 等. 无线传感器网络[M]. 北京:清华大学出版社, 2005.

第4篇：低功耗设计论文范文

【关键词】单片机；温湿度；液晶显示；数据存储；数据监控

1.系统总体方案设计

本系统以STCLE5A32S2单片机为控制核心，以数字温湿度传感器SHT15作为测量元件，构成智能温湿度数据采集系统；同时可把采集到的数据通过RS-232传到上位机进行监测和进一步处理，并且通过外扩EEPROM对采集的数据进行存储，系统设计方案如图1所示。

2.系统硬件设计

系统硬件设计包括传感器检测和单片机模块设计。其中传感器检测模块的设计为SHT15的硬件电路设计，单片机模块的设计包括时钟电路、复位电路、显示电路、存储电路和串口电路设计等。

2.1 传感器检测电路

SHTI5型传感器是单片、多用途的智能传感器，其中不仅包含基于湿敏电容器的微型相对湿度传感器和基于带隙电路的微型温度传感器，而且还有14位的A/D转换器和2线串行接口，能输出经过校准的相对湿度和温度的串行数据，所以系统中不再使用传统设计需要的多路转换开关、A/D转换器及信号调理电路，系统结构比较紧凑和简单，SHTI5能在同一位置测量相对湿度和温度。内部结构和电路连接如图2所示。

2.2 单片机模块电路

单片机最小系统模块电路包括时钟电路、复位电路、显示电路，如图3所示。

2.3 串口电路设计

串口电路设计是为了程序烧写和与上位机串口通信而设计，如图4所示。

3.系统软件设计

系统采用层次化、模块化结构设计，主要包括主程序和具有特定功能模块的子程序，如温湿度采集及转换处理子程序、显示子程序、数据存储子程序、串口发送子程序等。系统软件结构框图如图5所示。

4.系统调试与实验结果

图6所示为整个温湿采集系统实物连接图，数据采集端采集数据经单片机处理后，一方面送往OLED进行显示，另一方面通过IIC总线送往EEPROM进行数据存储和经过RS232串口送往上位机进行数据监测，图7（a）所示为OLED显示值，图7（b）为上位机接收值。整个系统经过了严格的高低温试验低温做到-40℃，高温做到80℃，经过试验测试后整个系统在高低温环境下工作正常。

电路中每个模块如图中所示，整个系统工作在3.3V电压下，系统可以定时进入休眠状态以实现低功耗。

图7（a）中的液晶显示为当前环境下的温湿度，温度值为17.7℃，湿度为19.4%RH，串口接收区中的接受到的数据为16进制数，经过转换后B1（16）=177（10），经过数据处理后为17.7，C2（16）=194（10），经过处理后为19.4。经过实验调试该系统可以准确实时的检测当前环境的温湿度，并对采集数据准确无误的上传与保存。

5.结束语

本设计以STCLE5A32S2单片机为核心器件，结合SHT15温湿度传感器成功实现了温湿度的智能数据采集系统设计，整个系统采用3.3V电源供电，实时采集、显示、存储和监测集于一体，并设有定时休眠模式确保系统的低功耗。整机经过高低温试验，该系统可以应用在各种需要监测温湿度的环境下，在工业测试领域具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]王幸之.AT89系列单片机原理及接口技术[M].北京：北京航天航空出版社，2006.

[2]赵鹏.利用单片机设计的电子称[J].中小企业管理与科技，2009，8：3-16.

[3]李艳.AT89C51的多点温度巡测及控制系统[J].仪表技术与传感器，2009（4）：44-45.

[4]郭俊旺，卫勇，单慧勇.基于SHT11温湿传感器的最小温湿采集系统的设计[J].天津农学院学报，2006，9：27-28.

[5]赵也非，沈建华.一种以太网温湿度数据采集系统的设计与实现[会议论文].2007.

第5篇：低功耗设计论文范文

关键词 单片机；无线传感器；WiFi

中图分类号TP212 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）45-0213-02

1 基于WiFi的无线传感器网络

1.1 无线传感器网络概述

无线传感器网络（WSN）技术是指将传感器技术、自动控制技术、数据网络传输、储存、处理与分析技术集成的现代信息技术。无线传感器网络是由大量分布式传感器节点组成的面向任务型的自组织网络，主要由存储器、处理器、传感器、无线通讯和电池等硬件组成。

1.2WiFi无线传感器网络

WiFi（Wireless Fidelity）是类似Zigbee的一种WLAN的技术标准，是一种短程无线传输技术，能够在数百米范围内支持互联网接入的无线电信号。

事实上WiFi是比Zigbee更早出现的一种技术标准，技术比较成熟，覆盖范围广于Zigbee。另外Zigbee传输速率通常在250Kbps以下，而WiFi速率则可达11Mbps，这是WiFi功耗更大需要外接电源的原因，从而限制了其发展。但是近年来这一缺点利用休眠-唤醒或是能量捕获技术得到了有效解决，所以基于WiFi技术的无线传感器网络正在重新快速发展起来。

2 基于WiFi的无线传感器网络的构建

无线传感器网络的构建主要是指无线网络传感器节点的构建，传感器部分主要负责信息的采集并将其他信号转变为电信号并送给微控制器；微控制器需要接受传感器的信号并进行相应的处理；射频模块负责发送数据，电源模块则为系统的工作提供稳定可靠的能源。

基于单片机的无线传感器产品最大特点即是将微处理模块和RF收发模块集成，一般可通过内部的单片机实现无线射频传输。比如GainSpan公司的GS1010芯片，它内部集成了两块ARM，其中一片用于数据处理，另外一片用于无线传输。GS1010 的APP CPU 对采集到的数据进行处理，随后再将数据进行打包，再通过WLAN CPU 将数据打包成符合IEEE802.11 协议的数据无线发送出去；接收端用符合IEEE802.11b/g 协议的接入点接收无线载波发送过来的数据。

3 基于单片机技术的WiFi产品

嵌入式WiFi产品形式各异，基于单片机设计的WiFi无线产品主要有NPE公司的 WiFi-IT!，GainSpan公司的GS1010，RFM公司的WSN802G等。下面我们将选择这几个具有代表性的产品进行介绍，并对部分产品进行性能测试。

3.1 GS1010芯片简介

3.1.1 GS1010结构

GS1010是一个高度集成、超低功耗WiFi无线片上系统，它包含一个802.11射频前端、媒体控制器（MAC）和基带处理器，片上FLASH 和片上SRAM，两个ARM7 处理器，和丰富的IO 外设。

3.1.2 产品的主要特点

1）体积小：所有资源都集中在一个体积是10mm×10mm×0.85mm的芯片内，极大的节约了PCB的面积；

2）极低功耗：采用休眠-唤醒技术极大降低了传输功耗；

3）高传输速率：数据最高传输速率可达11Mbps；

4）开发简单：使得从有线到无线的技术过渡中，将不再需要重新学习和熟悉ARM单片机的结构/指令系统/编译开发工具和实时操作系统。

3.1.3 GEPS

GS1010所特有的开发环境GEPS使得第三方公司或是用户能够更加系统地开发自己需要实现的功能，为了帮助客户缩短开 发周期， GainSpan还提供了一整套包括SDK、评估平台、开发平台在内的软硬件工具。其软件栈包括了各种I/O驱动和WLAN固件、RTOS、网络栈、系统服务、WLAN和I/O服务模块、各种应用编程接口以及应用软件。GS1010的SDK能够帮助工程师节省大量的时间。 而硬件开发平台则能够支持温度、湿度、光敏、压力、加速度等各种传感器，并预留了客户自选的传感器接口和调试以及程序烧录接口。

3.2 NPE WiFi-IT!

WiFi-IT! 802.11 WLAN module具有自己的开发语言WiFi-IT! Basic，这一开发语言是基于其他基础语言而专门为无线通讯设计的。另外与之配套的开发环境IDE类似于其他普通单片机的开发环境，安装过程简单，用户自己可通过创建工程、编写代码、编译程序和下载调试程序等过程完成软件的设计。

3.3 RFM WSN802G

WSN802G 是由RFM公司在采用GainSpan公司GS1010系列芯片的基础上开发的功能比较具有针对性的产品。其仅有两个可以采集信号的输入接口DIN0和DIN1，一个主要是用于测试，另外一个可供用户直接测量信号。下文将使用DIN1来测试环境温度，用户需要做的即是将温度传感器输出的信号数字化后送入DIN1中，通过本产品自带测试软件WSNConfig.exe配置好无线路由以及芯片的IP地址即可实现测试。

本产品的不足之处是所能同时采集的信号种类较少，因其仅有两个输入接口，另外内部集成的两个ARM并没有物尽其用，因为用户不能自主地开发这一功能。被产品适用对象较为固定，一般不适合欲重新开发更多功能的研发者使用，主要适用于如检测某几个特定环境中的温度变化等比较直观的信息。

4 WSN802G测温系统测试

本设计购买RFM公司的WSN802G芯片，自行设计出一套环境测温系统，本系统利用温度传感器测量温度，传输给WSN802G芯片，经过处理再无线传输至上位机系统。上位机我们是用支持WiFi无线传输的PC机实现的，只要加入无线路由器，动态地给下位机和上位机配置好IP地址，即可实现二者之间的通讯。

我们将传感器置于室温下，测量系统和PC机距离10m左右时得到测试结果如下图所示：

进一步将测试距离增大，或者是经过障碍物，在产品给定条件下测试结果仍然比较精确。

5结论及展望

伴随着关于WiFi技术的一些问题的解解决，基于WiFi的嵌入式微处理器片上系统今年来发展蒸蒸日上，本文在分析构建无线传感器网络主要技术要点之上，详细介绍了几款国外应用较为广泛具有代表性的产品，对比了各类产品要点，并对部分产品进行了性能测试，能够为开发者开发新产品提供一定的依据。

参考文献

[1]郁万里，黄艳秋.基于WiFi 的位移传感器网络节点的软件设计.中国科技论文在线.

[2]宫鹏.无线传感器网络技术环境应用进展[J].遥感学报，2009，7.

[3]徐磊.基于Zigbee的无线传感器网络定位技术研究[D].哈尔滨工程大学，2009，3.

[4]/.

第6篇：低功耗设计论文范文

本期推荐配置栏目的主题是3000元液晶宿舍机，单就“宿舍”二字大家就会发现这款配置是专门为“穷学生”打造的。虽然学生钱不多，但对电脑应用的需求可是不少，上网、看片玩游戏、作论文样样都少不了它。而3000元左右且配备液晶显示器的电脑则意味着整个主机的预算不会超过2000元，纷繁的应用点与拮据的预算使得整个电脑的配置难度骤然增加。此次我们感谢小耿与Ioooto两位网友为我们提供的配置单，他们二人一个侧重视频播放另一个则侧重游戏体验。

最后公布一下我们下期的攒机主题是6000元家庭娱乐电脑。

双鱼点评：对于预算3000元的命题来说，小耿的这个配置的价格可能略为有些超出预算啊，不过小编认为其配置的确是非常有特点的。这是一台典型的以高清视频应用为出发点的电脑。22英寸的大尺寸液晶屏幕无论是网上冲浪还是欣赏大片都能带给人非同一般的体验，特别是长城L228显示器还拥有10000:1的动态对比度技术，可谓是目前市面上最有性价比的22英寸液晶显示器之一。而随着高分辨率的视频文件体积越来越夸张。该配置里采用的西部数据WD3200AAKS硬盘足以满足相当长一段时间内的应用需求。而为了满足上面的亮点，配置不得不在显卡和内存方面做出了一定的妥协，梅捷SY-AM690-RL主板集成的是X1250集成显示核心。3D性能非常一般，在硬件解码方面虽有ATI的AVIVO技术助力但依然不能实现全程解码，可谓是一个非常无奈的选择。硬解码不行那只能看CPU的了，65nm技术的×24000+处理器性能足以满足软解码的需求。另外它的功耗相当低。再加上采用了几乎可以忽略功耗的集成显卡，整套配置的功耗水准被控制在了一个相当合理的范围之内，因此电源选用300W的长城电源就足以了。富士康机箱均严格执行38度标准设计，能够为内部配件提供出色的散热环境。低功耗价上良好的散热条件，也就自然而然让整台电脑达到了“静音”的效果。而内存市场目前价格一路走低，暂时配置完全够用的1GB内存，未来再升级到2GB或更大容量不失为一个比较好的选择。

双鱼点评：这套配置基本上可以看出是在均衡的前提下重点强化了游戏性能。奔腾E系列双核处理器可谓是目前低端处理器中的明星产品线。而其中E2140则更是明星中的明星。与之相配的精英主板虽然是945P芯片组，但已能完美的支持酷睿2内核的奔腾E系列处理器。只是由于945P芯片组的外频只支持到200MHz，对以超频性能著称的E2140来说可能会是个不小的限制。显卡方面，支持最新的DirectX 10.1的祺祥HD3650同样也是以性价比著称，全新的统一架构让HD3650能够提供接近X1950Pro的3D性能表现，但是价格和功耗方面却得到了大幅降低。显示器方面使用了较低端的17英寸普屏LCD，初看上去好像有些不合时宜，但仔细考虑下就会觉得这样的配置才可谓恰到好处。毕竟凭借HD3650的性能想在更高的分辨率上拖动大型游戏还是有些吃力，反不如再较低分辨率下流畅运行来得更舒服些。而17英寸和19英寸LCD具有相同的分辨率，但明显点距更加致密，在降低分辨率运行游戏时可以让画面保持较出色的视觉效果。由于E2140和HD3650都是绝对的“节电”标兵，所以自然在电源的配置方面不用下太多工本。盲目的选择大功率电源只能造成浪费，大水牛PP400EAA电源能够提供300W额定功率，足以为这一套配置提供充沛动力。双飞燕的KB-9620D键鼠套装虽然算不上什么游戏利器，但对一般玩家来说也已经足够。

第7篇：低功耗设计论文范文

【关键词】单片机；红外传感器；数据采集；报警电路

1. AT89S51单片机的结构

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。在AT89S51单片机的基本组成芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。

2. 主要特性

与MCS-51 兼容。4K字节可编程闪烁存储器。寿命：1000写/擦循环。数据保留时间：10年。全静态工作：0Hz～24Hz。三级程序存储器锁定。128*8位内部RAM。32可编程I/O线。两个16位定时器/计数器。5个中断源。可编程串行通道。低功耗的闲置和掉电模式。片内振荡器和时钟电路。

3. 系统概述

该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警和显示等模块子函数。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地显示、本地报警等功能。

单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、在线调试等几个阶段。

4. 硬件总体设计

处理器采用51系列单片机AT89S51。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱转换成电信号，经过放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL电平至AT89C51单片机。在单片机内，经过软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。当报警延迟10s一段时间后自动解除，也可人工手动解除报警信号，然后通过LED显示报警次数，当警情消除后复位电路使系统复位，或者是在声光报警10s钟后有定时器实现自动消除报警。

5. 软件设计

本主程序实现的功能是：当单片机检测到外部热释电传感器送来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警点路开始报警，报警持续10秒钟后自动停止报警，同时显示出报警次数以便人们查询，工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如图2所示：然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未到10秒时，用手工按键停止的声光报警的作用。

6. 结论

本论文研究设计了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器。该防盗报警器通过以AT89S51单片机为工作处理器核心，外接热释电红外传感器，它是一种新颖的被动式红外探测器件，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。

平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警，同时通过显示电路显示出报警次数，以便人们识别了解报警情况。

该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活、且安装方便、智能性高、误报率低，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信，便于多用户统一管理。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。

参考文献

[1] 元增民.单片机原理与应用.长沙：国防科学大学出版社[M]，2006.

[2] 刘仁宇.单片微型计算机原理及应用.西安：西安电子科技大学出版社[M]，2003.

[3] 马忠梅.单片机电路设计.北京：北京航空航天大学出版社[M]，2005.

第8篇：低功耗设计论文范文

【论文摘要】：从节能的角度介绍了大中型商业建筑照明的分类要求，建议使用高光效光源及低功耗、长寿命、优性能的整流器。

一、引言

随着改革开放的不断深入和发展，各行各业正在发生着日新月异的变化，建筑行业的崛起和变化更是来势迅猛、内容纷繁，现代化的建筑千姿百态、造型各异并逐步呈现出高、大、全、新的特点。现代建筑的层数越来越高，占地面积越来越大，内部设施越来越完善，功能越来越齐全，所用设备和材料则越来越新。商业建筑的发展必然伴随着照明创新的繁荣，现代商业建筑照明设计的发展趋势是多方化、情趣化、艺术化和节能化。

二、商业照明的种类

(1)商场立面照明

各个商业建筑都有它的一般商业性和各自的特征。对商场的立面照明除如何将它的一般性和特征展现得更有艺术性之外，应该有意识地将临街的立面和门厅照得更明亮，更具艺术性，令路人对商场有深刻印象。另外，还需有渲染商店形象的广告照明。

(2)商场广告照明

上述的商场立面照明是最有效的广告，但各个商场还有其名称和标志。对于名称和标志，常采用下列方式：①用霓虹灯将名称或标志逐笔逐画圈起来，霓虹灯或长明、或多种颜色轮换闪烁或卷地毯式闪烁。②商场的名称或标志是实体的艺术雕塑，用支架离墙，在其后面依其形状布灯，让灯光将名称或标志浮现起来，多用长明的霓虹灯。

(3)商品广告照明

①用霓虹灯造出商品名称、形状、商标，或勾边、或沿广告形状制造，灯光或长明、或闪烁。有的广告底层尚配以卷地毯式的闪烁的霓虹灯衬托。②透明广告画、图片制成灯箱，在画或图片后面用光管列照射，使画面色彩透射出来。③不透明广告画面，用投光灯照射，将画面的色彩和层次显现出来。其中②、③项采用高显色性的光源。

(4)商场的一般照明

①选用高光效的光源，如节能灯、荧光灯。②选用高效率的灯具，如高效荧光灯具或其他高效灯具。③光源的光色，应既与商场空间协调，又能将商品质感最确切、最真实地显示给顾客。此外，还要围绕商品建筑照明周围的光环境(如装修材料及其色泽等)和商品内容确定。④根据商场所在地区的经济、电力供应、环境，确定合适照度。有时为了引起顾客对一些商品的注目，要使重点照明的照度增加几倍，增加了耗电量。在有空调的商场也增加了空调耗电量，照度高低，必须慎重分析，适合当地条件。⑤除水平照度，还应合理设计垂直照度。一般选用宽光束或蝙蝠型配光曲线的灯具。⑥一般照明的照度，主要是均匀度，以适应商品陈列方式和陈列场所的变动。若货架为长条式排列，则采用蝙蝠配光曲线高效荧光灯具，灯具应沿两货架中间布置，避免主光束投射到货架顶上。

(5)商场的重点照明

为了重点地把主要商品或主要场所照亮，以突出商品，激发顾客的购买欲望。照度应随商品种类、形状、大小、展出方式而定，同时必须和商场内一般照明相平衡出良好的照度。在选择光源及照明方式时，不能忽视商品的立体感、光泽及色彩等。

(6)应急照明的分类

应急照明是在正常照明系统因电源发生故障，不再提供正常照明的情况下，供人员疏散、保障安全或继续工作的照明。应急照明不同于普通照明，它包括备用照明、疏散照明、安全照明三种。

备用照明--在正常照明电源发生故障时，为确保正常活动继续进行而设的应急照明部分。包括：①照明熄灭将妨碍消防救援工作进行的场所。如消防控制室、应急发电机房、广播室及配电室等。重要的地下建筑，因照明熄灭将无法工作和活动的场所，如大中型地下商场、地下餐厅、地下车库与地下娱乐场所等。②照明熄灭将造成现金、贵重物品被窃的场所，如大中型商场的贵重物品销售区、收款台及银行出纳台等。

疏散照明--在正常电源发生故障时，为使人员能快速且准确无误地找到建筑物出口而设的应急照明部分。通常在下列场所应设疏散照明：人员众多、密集的公共建筑，如大会议室、剧院、电影院、大型展览馆、大中型商场、大型候车厅等；高层公共建筑、超高层建筑；人员众多的地下建筑。

安全照明--在正常电源发生故障时，为确保处于潜在危险中人员的安全而设的应急照明部分。通常在下列场所应设置安全照明：正常照明因电源故障而熄灭后，由于众多人员聚集，且又不熟悉环境条件，容易引起惊慌而可能导致人身伤亡的场所，或人们难以与外界联系的电梯内等；应急照明既要满足作为照明的一般要求，又要满足应急作用的特殊要求，既要在紧急状态下照明，同时又要保证常年安装在建筑物内安全、可靠地处于良好的应急状态。这除了选择合适的光源外，选择安全、可靠、经久、耐用的应急照明电源也是至关重要的。三、推广使用高光效光源

众所周知，照明光源有白炽灯、日光灯、高压汞灯、金属卤化物灯、高压钠灯等。按照光效高低的排列，高压钠灯的光效为最高，白炽灯为最低，各光源的技术指标如表1所示。一只75W的白炽灯，节电效率高达80％。所以，为节s电能，应积极推广使用高光效、长寿命光源。

四、开发并使用低功耗、长寿命、优性能的镇流器

镇流器的作用是提供瞬间的高电压及高电流，并且在起动后限制日光灯管内的电流，以避免日光灯管内的电流激增，而缩短日光灯管的寿命。日光灯用传统电感镇流器一般功率为灯管额定功率的20％，高强度气体放电灯(HID)的镇流器功耗为额定功率的15％-16％。因此，开发生产低功耗、长寿命、优性能的新型镇流器，对我国"绿色照明工程"的实施也必将起到巨大的推进作用。表2为各种镇流器技术指标比较。

五、对商场照明的要求

(1)创造良好的视觉条件，保证足够的照度和必要的照明质量，包括良好的颜色显现，合理地限制眩光等。

(2)满足吸引顾客、渲染商品特色等促销手段的特殊需要。

(3)确保使用安全，包括防止照明系统运行引起火灾和电击事故，还需提供商场中发生意外事故时保证人员安全疏散所必需的照明。

(4)具有足够的灵活性，以适应商场内部因销售策略变化、商品变换、季节更替等引起的对照明要求的相应变化。

(5)节约能源，从使用高效光源、灯具和设计手法、运行管理等多方面措施人手，在满足视觉条件的前提下，使照明耗电量最小。

六、结束语

商场的电气照明不同于其他场所的照明，对新建商场的绿色照明可以通过采用高光效的光源、高效率的照明器来实现，当采用荧光灯作为主光源时应采用低功耗、高性能的整流器来实现，对已建成或改建商场的绿色照明除更换原照明光源、照明器及附件外，还可以通过采用分相无功功率自动补偿装置来改善供电系统功率因数，以达到节能的目的。在考虑绿色照明的同时，还应着重注意视觉环境。不仅要解决光源与灯具的品种、类型和数量的问题，而且要解决照明质量的问题，应把照度水平、亮度分布、照度均匀度、阴影、眩光、光色与照度的稳定性等统一考虑。因为这些将直接影响商场的经营和效益，影响消费者的购物欲望，甚至影响到消费者的身心健康。

参考文献

[1]北京照明学会照明设计专业委员会编,照明设计手册，北京：中国电力出版社，1998.

第9篇：低功耗设计论文范文

    随着人们对各种磁电材料特性的深入研究,新型存储器—磁电存储器以其所特有的精巧设计和便于操作的优点,已经成为快速存储器的最佳选择。半导体存储器的控制栅和悬浮金属栅之间存在着库仑电荷,它们之间较强的库仑斥力使得两个栅必须用一层很厚的绝缘层隔离起来才能保证泄露电流降至最小,从而延长电荷在释放或存储时通过氧化层势垒的时间,增加读取和存储功耗。磁电存储器的这种工作机理不仅提高了存储器的速度、可靠性,降低了功耗,而且在存储单元尺寸、存储速度方面也完全可以与DRAM相比拟。

    磁电存储器根据其工作机制的不同,大致可以分为三类:混和铁磁-半导体结构,磁隧道结结构以及全金属自旋晶体管,

    电子通信论文《一种新型存储器件—磁电存储器》目前研究最多的是自旋电子管、准自旋电子管存储器以及磁隧道结存储器。尽管以上几种结构存储器的工作机制在某种程度上均依赖于铁磁元件的磁化方向,但是在读取机制方面却存在着差异;其次,在生产高密度、低功耗、高速RAM的难易程度以及需要解决的技术问题等方面存在着不同。

    2 磁电存储器的基本工作原理

    磁电存储器中的数据存储是通过直接附着于铁磁薄膜上具有电感耦合效应的导线来完成的。当电流脉冲通过导线时,将会在导线近表面形成一个平行于导线平面的磁场,此时电流的大小以其所耦合的磁场大于转换磁场为标准,从而满足其状态设置为1或0的需要。由于对二维序列的存储器要采用写数据线的二维排布,因此,分别给字线和位线施加一定大小的脉冲电流,即可改变交汇处存储单元里的磁化状态以实现数据的存储,同时改变字线电流方向即可存入相反的数据(如图1)。由于字线电流过大会对字线下方所有存储单元产生影响,因此通常采用二分之一电流寻址方式(即字线电流和位线电流分别为IS /2,其中Is为转换存储器状态所需的电流值)。

    2.1 磁隧道结存储器

    磁隧道结的基本结构如图2所示,其中上下两层为铁磁材料CoFe、Co或NiFe,中间是绝缘势垒层Al2O3。这种结构的器件在电偏置条件下,电子电流可以通过隧穿效应穿过势垒层,而此时电子电流的大小依赖于铁磁薄膜的磁化方向,因此它是一种磁阻器件。势垒上的偏置电压不同,器件阻值也不同。当偏置电压较低时,电阻为欧姆量级,随着偏置电压的逐渐升高,该阻值将快速下降。这种存储器的主要特点是底部铁磁层的磁化方向始终不变,而存储器则主要是根据顶部铁磁层磁化方向的不同来实现信息存储的;由于在读取信息时,读取信号线上的电流会有一部分垂直流过夹层,因此根据电阻的变化或者电压的变化(与标准电阻或电压相比)就可获得数据。