引論：我們?yōu)槟砹?3篇單元電路論文范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。
篇1
1.2參數(shù)計(jì)算
計(jì)算參數(shù)是設(shè)計(jì)電路必須要進(jìn)行得步驟，通過(guò)計(jì)算，來(lái)保證電路中各個(gè)單元電路的功能指標(biāo)需要達(dá)到的要求，計(jì)算參數(shù)需要電子技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，單元電路的設(shè)計(jì)需要強(qiáng)大的理論知識(shí)的支撐，才能做到爐火純青。例如，在計(jì)算如下放大電路的時(shí)候，我們需要計(jì)算每個(gè)電阻的阻值、以及放大倍數(shù)，同一個(gè)電路，可能有很多數(shù)據(jù)，所以要正確的選擇數(shù)據(jù)，注意方法。
1.3繪制電路圖
電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要將單元電路與整機(jī)電路相連，設(shè)計(jì)完整的具有一定功能的電路圖，在連接時(shí)，需要注意單元電路間連接的簡(jiǎn)化，以及最重要的是，電路的電氣連接，是否能夠?qū)?，?shí)現(xiàn)預(yù)定功能。例如，設(shè)計(jì)單元電路間的級(jí)聯(lián)時(shí)，各單元電路設(shè)計(jì)完成時(shí)，還要考慮這些，意在減少浪費(fèi)，還要注意輸入信號(hào)、輸出信號(hào)、控制信號(hào)間的關(guān)系，同時(shí)還要注意一些事項(xiàng)：首先，注意電路圖的可讀性。繪圖時(shí)，盡量將主電路圖繪制在一張圖紙上，其中較為獨(dú)立的部分單元電路、以及次要部分可以繪制在另一張圖上，但是一定要注意圖之間的電氣端口的連接，是否對(duì)應(yīng)，各圖紙間的輸入輸出端口都要提前做好標(biāo)記。其次，注意信號(hào)流向以圖形符號(hào)。信號(hào)的流向，一般從輸入端、信號(hào)源開始，從左至右、從上到下，按信號(hào)的流向依次連接單元電路。而且，圖中要加上適當(dāng)?shù)恼f(shuō)明，如符號(hào)的標(biāo)注、阻值等。最后，注意連接線畫法。電路圖中，各元件間的連接應(yīng)為直線，且盡量減少交叉線，連接線的分布應(yīng)為水平或者垂直，除非應(yīng)對(duì)特殊情況，否則不要化斜線，如圖中不可避免的出現(xiàn)交叉，要將連接點(diǎn)用原點(diǎn)表示。
2幾種典型單元電路的設(shè)計(jì)方法
電子電路設(shè)計(jì)中，單元電路一定要設(shè)計(jì)合理，否則將會(huì)影響整個(gè)電路的聯(lián)通，所以，電氣工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)該更謹(jǐn)慎的致力于單元電路的設(shè)計(jì)。
2.1對(duì)于線性集成運(yùn)放組成的穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)
穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，一般先讓輸入電壓通過(guò)電壓變壓器，然后進(jìn)行整流，然后經(jīng)過(guò)濾波電路，成為穩(wěn)壓電路。設(shè)計(jì)單元電路時(shí)，串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路可分為幾個(gè)部分，調(diào)整部分、取樣部分、比較放大電路、基準(zhǔn)電壓電路等。這樣的設(shè)計(jì)能夠使單元電路具有保護(hù)過(guò)流、短路電流。
2.2單元電路之間的級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)
單元電路設(shè)計(jì)完成之后，還要考慮單元電路間的級(jí)聯(lián)問題。例如，電氣特性的相互匹配、信號(hào)耦合方式、時(shí)序配合、相互干擾等。其中信號(hào)耦合方式，還包括：直接耦合、間接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光耦合。時(shí)序配合的問題，相對(duì)比較復(fù)雜，需要對(duì)每個(gè)單元電路的信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)的分析，來(lái)確定電路時(shí)序。
2.3對(duì)于運(yùn)算放大器電路的設(shè)計(jì)
運(yùn)算放大電路在電路設(shè)計(jì)中十分常用，它能夠與反饋網(wǎng)絡(luò)連接，組成具有特定功能的電路模塊，是具有很高放大倍數(shù)的單元電路。運(yùn)放電路的設(shè)計(jì)，可以通過(guò)元器件的組合，也可以通過(guò)具有相應(yīng)功能的芯片構(gòu)成，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)各種參數(shù)都要整體權(quán)衡，不能盲目的追求某個(gè)指標(biāo)的先進(jìn)。其中，要引起重視的是，應(yīng)在消震引腳間接入適當(dāng)?shù)碾娙菹癖M量避免兩級(jí)以上的放大級(jí)相連。
篇2
引 言
紅外遙控器的特點(diǎn)是使用方便、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)，因此它的應(yīng)用前景是不可估量。論文參考，I2C總線。市場(chǎng)上的各種家電的紅外遙控系統(tǒng)技術(shù)成熟、成本低廉，但是，為了避免不同品牌、不同型號(hào)的設(shè)備之間產(chǎn)生誤操作，人們?cè)诓煌脑O(shè)備中使用不同的傳輸規(guī)則或者識(shí)別碼，這就使得各個(gè)型號(hào)的遙控器都只適用于各自的遙控對(duì)象，容易造成實(shí)際使用中遙控器多而雜，經(jīng)常搞混的結(jié)果。論文參考，I2C總線。本設(shè)計(jì)本著解決這一矛盾的目的，提出了一種學(xué)習(xí)型紅外遙控器的實(shí)現(xiàn)方案。
1 研究?jī)?nèi)容及目標(biāo)
本設(shè)計(jì)首先分析了紅外線遙控編解碼原理，結(jié)合市場(chǎng)上出售的通用型遙控器進(jìn)行比較，使用單片機(jī)對(duì)接收到的紅外信號(hào)進(jìn)行處理，把經(jīng)過(guò)解碼后產(chǎn)生的高低電平以二進(jìn)制信號(hào)1和0的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，隨后經(jīng)過(guò)調(diào)制產(chǎn)生38KHz載波，還原并發(fā)射紅外線信號(hào)，從而達(dá)到控制多種家用電器的功能。文中給出了紅外線接收發(fā)射，以及存儲(chǔ)的基本原理及設(shè)計(jì)思路。
2 學(xué)習(xí)型紅外遙控器硬件電路的設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
學(xué)習(xí)型紅外遙控器是由單片機(jī)（AT89S52）、一體化紅外接收頭、振蕩器（74F132）、紅外發(fā)射二極管、存儲(chǔ)器及行列式鍵盤組成的。論文參考，I2C總線。論文參考，I2C總線。學(xué)習(xí)型遙控器分為學(xué)習(xí)和控制兩種狀態(tài)。在學(xué)習(xí)狀態(tài)下，主要完成紅外信號(hào)的接收及存儲(chǔ)功能。首先一體化紅外接收頭可以完成對(duì)其它遙控器發(fā)出的紅外信號(hào)的接收并對(duì)其進(jìn)行解調(diào)、整形、放大，然后把信號(hào)送入單片機(jī)AT89S52中，單片機(jī)定時(shí)采集一體化紅外接收頭發(fā)出的紅外線信號(hào)，根據(jù)高低電平形成一系列0，1二進(jìn)制碼，并以8位為單位存放到存儲(chǔ)器AT24C16以及指定鍵盤的數(shù)據(jù)區(qū)，從而完成對(duì)一個(gè)鍵的學(xué)習(xí)。如果再學(xué)習(xí)其它鍵的功能，方法相同。在控制狀態(tài)下，單片機(jī)對(duì)存儲(chǔ)器AT24C16和鍵盤進(jìn)行尋址，依次讀出這些數(shù)據(jù)，然后單片機(jī)以位為定時(shí)單位輸出給振蕩器74F132，調(diào)制頻率為38KHz，送入放大器，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射二極管進(jìn)行發(fā)射，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備某一功能的控制。系統(tǒng)組成方框圖2.1所示。
圖2.1系統(tǒng)組成框圖
2.2各單元電路設(shè)計(jì)
2.2.1 紅外接收單元
紅外接收單元是由紅外線接收器件、前置放大電路、解調(diào)電路、指令信號(hào)檢出電路、記憶及驅(qū)動(dòng)電路、執(zhí)行電路組成。當(dāng)紅外接收器件收到遙控器發(fā)射二極管的紅外光信號(hào)時(shí)，它將紅外光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)并送入前置放大器進(jìn)行放大，再經(jīng)解調(diào)器后，由指令信號(hào)檢出電路將指令信號(hào)檢出，最后由記憶和驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路，實(shí)現(xiàn)各種操作。
紅外接收電路一般要做成一個(gè)獨(dú)立的整體，稱為紅外接收頭，這主要是因?yàn)樗鼘?duì)外界干擾十分敏感，為了保證可靠的接收，必須對(duì)其嚴(yán)格屏蔽，只留出一個(gè)接收紅外光的小孔，以防止干擾信號(hào)進(jìn)入。
2.2.2紅外發(fā)射單元
本設(shè)計(jì)在發(fā)射電路中使用了一片高速CMOS型四重二輸入帶施密特觸發(fā)器的與非門74F132芯片。其中“與非”門U7A和U7B組成載波振蕩器，振蕩頻率在38kHz左右。
調(diào)制電路是由74F123的兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U7A和U7B級(jí)聯(lián)構(gòu)成的可控振蕩器。論文參考，I2C總線。當(dāng)P1.4為高電平時(shí)，U7A、U7B 處于穩(wěn)態(tài)，74F132的1腳、4腳為低電平，不驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外載波信號(hào)。當(dāng)P1.4跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，觸發(fā)U7A并使之進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，1腳變?yōu)楦唠娖?；U7A暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時(shí)，1腳跳變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)U7B進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，4腳變?yōu)楦唠娖剑籙7B 暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時(shí)，4腳跳變?yōu)榈碗娖剑?變?yōu)楦唠娖讲⒂|發(fā)U7A的上升沿觸發(fā)端1B，使U7A再次進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，從而形成自激振蕩，在6腳輸出一系列的脈沖信號(hào)，經(jīng)Q1三極管大后送紅外發(fā)射管，發(fā)送紅外光信號(hào)。
紅外發(fā)送電路中采用的紅外發(fā)射器件是塑封的TSAL6200 紅外發(fā)射二極管，它將周期的電信號(hào)轉(zhuǎn)變成一定頻率的紅外光信號(hào)。它是一種高頻紅外脈沖信號(hào)，但脈沖串時(shí)間長(zhǎng)度是恒定的，根據(jù)脈沖串之間的間隔大小，表示傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)“0”還是“1”。紅外發(fā)射二極管TSAL6200 向空間發(fā)射載頻為38kHz 的指令碼。
2.2.3鍵盤單元
本設(shè)計(jì)因?yàn)檫b控按鍵較多的原因，采用行列式鍵盤。
鍵盤識(shí)別采用行掃描法（逐行掃描查詢法），這是一種最常用的按鍵識(shí)別方法，其按鍵識(shí)別過(guò)程如下：
將全部行線P0.2～P0.4置低電平，然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵按下，而且閉合的鍵位于低電平線與3根行線相交叉的3個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則無(wú)按鍵按下。在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過(guò)程。其方法是：依次將行線置為低電平后，然后逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。
2.2.4存儲(chǔ)單元
為了保證系統(tǒng)意外斷電時(shí)數(shù)據(jù)不丟失，本系統(tǒng)采用EEPROM將各種編碼數(shù)據(jù)存放起來(lái)?；驹硎抢昧藛纹瑱C(jī)與存儲(chǔ)器AT24C16的I2C通信過(guò)程。存儲(chǔ)單元主要采用了AT24C16芯片，該芯片是帶有2K字節(jié)的加電可擦除，可編程的只讀存儲(chǔ)器，通過(guò)單片機(jī)的P0.0和P0.1與AT24C16的SDA和SCL相連，進(jìn)行讀寫操作。主要用來(lái)存放8位的二進(jìn)制紅外線碼。
3 結(jié)束語(yǔ)
由于系統(tǒng)中所使用的存儲(chǔ)器（AT24C16）的存儲(chǔ)空間有限，因而系統(tǒng)目前只能對(duì)8個(gè)遙控按鍵進(jìn)行學(xué)習(xí)與轉(zhuǎn)發(fā)。論文參考，I2C總線。但只要更換一片存儲(chǔ)容量更大的存儲(chǔ)芯片，并且修改相關(guān)讀寫程序就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)更多遙控按鍵的學(xué)習(xí)與轉(zhuǎn)發(fā)，除此之外，系統(tǒng)的軟、硬件都無(wú)須做太大的改動(dòng)。
在遙控器中，遙控信號(hào)之所以要經(jīng)過(guò)調(diào)制后再發(fā)射出去，主要是為了減小發(fā)射功耗并增大發(fā)射距離。因而改用更加準(zhǔn)確的載波和增大發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路可以增大該系統(tǒng)的遙控距離。將單片機(jī)與計(jì)算機(jī)通過(guò)RS-485進(jìn)行總線通信，則可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)紅外遙控對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。
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篇3
前言
單片機(jī)控制系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室反復(fù)實(shí)驗(yàn)都可以得到很好的預(yù)期效果,然而把系統(tǒng)放到實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)卻不能工作。論文大全，遙控系統(tǒng)抗干擾分析。原因是工作現(xiàn)場(chǎng)比實(shí)驗(yàn)室環(huán)境惡劣,系統(tǒng)受到了各種各樣的干擾,加之構(gòu)成系統(tǒng)的元器件本身方面存在的可靠性，以及系統(tǒng)本身各部分之間的相互耦合因素等原因，系統(tǒng)必須增加一些有效的抗干擾措施才能正常運(yùn)行。論文大全，遙控系統(tǒng)抗干擾分析。據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)之談，有時(shí)存在后期的抗干擾工作往往會(huì)比前期的設(shè)計(jì)工作還要艱巨,花費(fèi)的時(shí)間也需要得更多,所以說(shuō)抗干擾技術(shù)是非常重要,關(guān)于在抗干擾措施是否能夠運(yùn)用得恰當(dāng)方面，其直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
一、單片機(jī)遙控系統(tǒng)系統(tǒng)工作原理
單片機(jī)以其體積小、價(jià)格廉、面向控制等方面的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，使得單片機(jī)在各種工業(yè)控制、儀器儀表、產(chǎn)品的自動(dòng)化、智能化方面獲得了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)的遙控系統(tǒng)以單片機(jī)系統(tǒng)為基本控制單元,能夠構(gòu)成無(wú)線傳輸系統(tǒng)、速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)等等,而且其優(yōu)點(diǎn)是，能夠在三公里外控制運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的啟動(dòng)、速度快慢、停止、往返。而且最特別的是在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)行過(guò)程中，可根據(jù)需要隨機(jī)調(diào)節(jié)速度快慢,調(diào)速一般是在7~25km/h范圍。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制了所有這些狀態(tài),開始通過(guò)鍵盤輸入控制參數(shù),然后經(jīng)過(guò)單片機(jī)運(yùn)算和處理行為,并且通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊完成對(duì)參數(shù)的無(wú)線傳輸、運(yùn)行狀態(tài)以及調(diào)速設(shè)備的控制方式,達(dá)到遙控運(yùn)行的目的要求。
二、單片機(jī)遙控系統(tǒng)系統(tǒng)受干擾原因及危害
在電磁干擾較弱時(shí)，其可靠性和穩(wěn)定性往往是容易達(dá)到應(yīng)用要求，這方面尤其是在室內(nèi)體現(xiàn)出來(lái)，然而對(duì)在室外，會(huì)遇到各種各樣的環(huán)境條件，尤其是那種在工作環(huán)境較惡劣的情況下，就會(huì)導(dǎo)致儀器儀表工作不正常或失靈。而單片機(jī)的遙控系統(tǒng)一般都安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，而在工業(yè)現(xiàn)成環(huán)境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現(xiàn)，而這樣的形式其最終造成微機(jī)系統(tǒng)故障的多數(shù)現(xiàn)象都是“死機(jī)”現(xiàn)象。究其原因是計(jì)算機(jī)中的CPU在執(zhí)行某條指令時(shí)，受周圍環(huán)境干擾的沖擊，影響到它的操作碼或地址碼發(fā)生改變，最終致使該條指令出現(xiàn)錯(cuò)誤。這時(shí)，CPU就會(huì)執(zhí)行隨機(jī)拼寫的指令，并將其操作數(shù)作為操作碼執(zhí)行，從而導(dǎo)致有關(guān)程序“跑飛”或進(jìn)入“死循環(huán)”。對(duì)于在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中由于諸多大型用電設(shè)備的投入或者是撤出電網(wǎng)運(yùn)行，經(jīng)常都會(huì)造成系統(tǒng)的電源電壓不穩(wěn)，如果當(dāng)電源電壓降低或掉電時(shí)，這樣就會(huì)造成重要的數(shù)據(jù)丟失的可能性，以至于系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，而且干擾也會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)內(nèi)部程序指針錯(cuò)亂現(xiàn)象，從而使得中斷程序運(yùn)行超出定時(shí)時(shí)間。關(guān)于RAM中計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)被沖亂，導(dǎo)致程序計(jì)算出錯(cuò)誤的結(jié)果。論文大全，遙控系統(tǒng)抗干擾分析。假設(shè)設(shè)法在電源電壓降到一定的限量值之前，單片機(jī)進(jìn)行快速地保存重要數(shù)據(jù)，將會(huì)最大限度地減少損失，對(duì)于干擾源的影響會(huì)使系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性大大降低，嚴(yán)重的情況還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行紊亂，造成生產(chǎn)事故。
三 如何實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的遙控系統(tǒng)的抗干擾
關(guān)于高頻干擾噪聲和有用信號(hào)的頻帶是不同的,其解決方法是在導(dǎo)線上增加濾波器的方法來(lái)切斷高頻干擾噪聲的傳播,或者也可加隔離光耦來(lái)解決這個(gè)問題。關(guān)于電源噪聲的危害最大。需要把電源做得好,其整個(gè)電路的抗干擾能力就解決了一大半問題。對(duì)于在單片機(jī)系統(tǒng)中還可借助于一定的外部附加電路來(lái)監(jiān)測(cè)電源電壓，當(dāng)在電源發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)通知單片機(jī)快速保存重要數(shù)據(jù)，同時(shí)斷開單片機(jī)外圍設(shè)備用電電源，從而使整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的功耗降到最低點(diǎn)。目前市場(chǎng)上許多單片機(jī)對(duì)電源噪聲都是十分敏感的,那么就要給單片機(jī)電源加濾波電路或穩(wěn)壓器,達(dá)到減小電源噪聲對(duì)單片機(jī)的干擾。比如,可以利用磁珠和電容組成π形濾波電路,當(dāng)然條件要求不高時(shí)也可用100Ω電阻代替磁珠。當(dāng)電源恢復(fù)正常時(shí)，取消掉電工作方式，通過(guò)復(fù)位單片機(jī)，使系統(tǒng)重新正常工作。
單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)備的抗干擾與系統(tǒng)的接地方式也存在很大的影響，接地技術(shù)有能夠抑制噪音的效果。所以說(shuō)一個(gè)良好的接地能在很大程度上抑制系統(tǒng)內(nèi)部噪音耦合的現(xiàn)象，而且還能夠防止外部干擾的侵入，能夠真正提高系統(tǒng)的抗干擾能力。在這里需要注意的是，如果要求設(shè)備的金屬外殼等需要安全接地，其屏蔽用的導(dǎo)體的必須能夠很好的接地，這樣才能為單片機(jī)系統(tǒng)提供良好的地線，并且對(duì)提高系統(tǒng)的抗干擾能力極為有效果。論文大全，遙控系統(tǒng)抗干擾分析。尤其是對(duì)于有防雷擊要求的系統(tǒng)，其良好的接地是至關(guān)重要的。假設(shè)系統(tǒng)不能接地，或者是雖有地線現(xiàn)象，但是接地電阻過(guò)大，就會(huì)抗干擾元件就不能正常發(fā)揮其應(yīng)有的作用了。
關(guān)于單片機(jī)供電的電源的地俗稱邏輯地，并且和大地的地的關(guān)系具有相通性、浮空性、或接電阻性。但是不能把地線隨便接在暖氣管子上。堅(jiān)決不能把接地線與動(dòng)力線的火線、零線中的零線相混淆。因?yàn)閱纹瑱C(jī)系統(tǒng)通常存在模擬電路和數(shù)字電路兩種，并且關(guān)于數(shù)字地與模擬地是要分開，只是在一點(diǎn)相連，假設(shè)兩者不分，就會(huì)存在互相干擾現(xiàn)象，那么可以把控制條件中的關(guān)于一次采樣和處理控制輸出更改為循環(huán)采樣和處理控制輸出，這樣能夠?qū)T性較大的控制系統(tǒng)具有良好的抗偶然因素干擾作用效果。
設(shè)置輸出狀態(tài)寄存單元來(lái)抗干擾。其程序是根據(jù)單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理后的輸出結(jié)果為依據(jù)，設(shè)置出相應(yīng)的輸出狀態(tài)寄存單元形式，假設(shè)其中干擾侵入輸出通道將輸出狀態(tài)破壞時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)在定時(shí)查詢寄存單元的輸出狀態(tài)信息時(shí)，并發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，及時(shí)糾正輸出狀態(tài)。論文大全，遙控系統(tǒng)抗干擾分析。
設(shè)置自檢程序來(lái)抗干擾。論文大全，遙控系統(tǒng)抗干擾分析。通常是在計(jì)算機(jī)內(nèi)的特定位置或某些內(nèi)存單元中來(lái)設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志，并且在開機(jī)后或有自檢中斷請(qǐng)求要求時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)首先將運(yùn)行自檢測(cè)試程序，如對(duì)整個(gè)系統(tǒng)或關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬方面的測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果再通過(guò)某種方式顯示出來(lái)，目的是保證系統(tǒng)中信息存儲(chǔ)、傳輸、運(yùn)算的高可靠性。設(shè)計(jì)單片機(jī)的遙控系統(tǒng)過(guò)程中，要求電路的元器件或線路布局合理以消除元器件之間的電磁耦合相互干擾，如去耦電路或者是平衡電路等。還有種方法是采用冗余結(jié)構(gòu)，也稱容錯(cuò)技術(shù)或故障掩蓋技術(shù)，該方法是通過(guò)增加完成同一功能的并聯(lián)或備用單元數(shù)目來(lái)提高系統(tǒng)可靠性的一種設(shè)計(jì)方法。當(dāng)某些元器件發(fā)生故障時(shí)也不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。對(duì)于消減外部電磁干擾，可采用電磁兼容設(shè)計(jì)，目的是提高單片機(jī)系統(tǒng)在電磁環(huán)境中的適應(yīng)性，即能保持完成規(guī)定功能的能力。
參考文獻(xiàn)：
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篇4
引言
微帶天線作為一種新型的天線，與普通天線相比，具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。它具有體積小、重量輕、平面結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，可以很容易地與導(dǎo)彈和衛(wèi)星等結(jié)合。此外，微帶天線也有結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定等特性，易于使用的印刷電路技術(shù)和大批量制造技術(shù)。因此，微帶天線以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)得到在無(wú)線通信系統(tǒng)更廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，許多研究人員通過(guò)努力研究了多種天線技術(shù)來(lái)克服或減少微帶天線一些不足之處[1~3]。然而，以上這些天線定向性不能滿足無(wú)線通信的要求。因此，有必要研究低成本、高增益的WiMAX陣列天線。
本文提出了一種用于WiMAX的新型微帶陣列天線。天線采用獨(dú)特的布局，包括兩層輻射帶，該天線提供了一個(gè)由5.3至5.9GHz的帶寬，能很好應(yīng)用于WiMAX通信系統(tǒng)中。
一.天線結(jié)構(gòu)
蝶形微帶陣列天線結(jié)構(gòu)如圖1所示，天線的輻射單元包括兩個(gè)對(duì)稱的印刷帶。天線的上層輻射帶包括八個(gè)輻射單元，輻射單元的長(zhǎng)度為a=10mm，寬為b=8mm，底部輻射帶結(jié)構(gòu)與頂層相反。微帶天線的尺寸354mm×50mm。兩層輻射層均印制在teflon基體上，其介電常數(shù)為2.65，厚度為1mm。上下兩層對(duì)稱的輻射單元與相鄰的饋線網(wǎng)絡(luò)單元連接，結(jié)構(gòu)形狀如同蝶形?？萍颊撐?，微帶天線?？萍颊撐?，微帶天線。
圖1 蝶形微帶陣列天線結(jié)構(gòu)
二. 仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果分析
制作的微帶陣列天線如圖2所示，天線的測(cè)量結(jié)果由R3765CH網(wǎng)絡(luò)分析儀給出。科技論文，微帶天線。圖3~5為微帶天線仿真與實(shí)測(cè)輻射模式?？萍颊撐?，微帶天線。仿真結(jié)果（虛線）與實(shí)測(cè)結(jié)果（實(shí)線）相對(duì)應(yīng)。從圖3~5中可以看出，仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果一致。陣列天線在5.3GHz時(shí)，E面的最大增益達(dá)到22.14dBi。良好的定向性能。所測(cè)天線在5.9GHz時(shí)H面半波束寬度達(dá)到最大，為105.44°，增益為6.53dBi。以上輻射模式結(jié)果表明在整個(gè)頻段內(nèi)天線具有較好的輻射效率，同時(shí)天線具有重量輕，低剖面，易于平面電路集成等特點(diǎn)。
圖2 陣列天線的照片
圖3遠(yuǎn)場(chǎng)輻射模式，f=5.3GHz
圖4 遠(yuǎn)場(chǎng)輻射模式，f=5.5GHz
圖5 遠(yuǎn)場(chǎng)輻射模式，f=5.9GHz
三. 總結(jié)
本文提出了一種16單元的蝶形振子陣列天線，所測(cè)天線在駐波比小于1.45時(shí)帶寬為5.3~5.9GHz。科技論文，微帶天線。天線在5.3GHz時(shí)E面的最大增益為22.14dBi，H面在5.9GHz時(shí)最大波束寬度為105.44°?？萍颊撐?，微帶天線。測(cè)量結(jié)果表明該天線能夠滿足WiMAX頻段通信要求。
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篇5
加法運(yùn)算是一種最基本的運(yùn)算形式，乘法、除法甚至開方等運(yùn)算都可以分化為基本的加法運(yùn)算，提高加法器的運(yùn)行速度可以有效地提高運(yùn)算單元的速度，目前，超前進(jìn)位加法器可以有效地提高加法器的運(yùn)算速度，但是對(duì)于很高位數(shù)的加法運(yùn)算，超前進(jìn)位加法器對(duì)運(yùn)算速度的提高有限[1-4]。對(duì)于高位的加法器采用流水線結(jié)構(gòu)是一種很好的選擇，論文以一種采用三級(jí)流水線實(shí)現(xiàn)的12位加法器為例，闡述了流水線加法器的設(shè)計(jì)思想，并最終對(duì)加法器進(jìn)行硬件綜合和布局布線。
2.流水線加法器結(jié)構(gòu)
三級(jí)流水線加法器架構(gòu)如圖1，輸入的12位數(shù)字先通過(guò)寄存器暫存，低4位通過(guò)加法器先進(jìn)行計(jì)算，輸出的進(jìn)位與求和信號(hào)通過(guò)寄存器暫存，高8位也暫存在第一級(jí)流水線寄存器中。在第二級(jí)流水線中，將兩個(gè)操作數(shù)的中4位以及低4位加法的進(jìn)位輸出一起做加法運(yùn)算，并且將求和結(jié)果以及進(jìn)位輸出暫存到第二級(jí)流水線寄存器，在第一級(jí)流水線完成的低4位相加的求和結(jié)果繼續(xù)暫存在第二級(jí)流水線寄存器中。第三級(jí)流水線完成相似的操作，直到輸出運(yùn)算結(jié)果（見圖1）。
3.電路仿真與綜合
利用上述架構(gòu)，利用Verilog-HDL對(duì)電路進(jìn)行描述，在ModelSim工具下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得到的三級(jí)流水線加法器的仿真結(jié)果如圖2，從圖中可以看出，三級(jí)流水線加法器功能正確。在Candence工作環(huán)境下，基于CSMC0.5μm工藝，利用DC綜合工具對(duì)三級(jí)流水線加法器進(jìn)行綜合，得到的電路如圖3所示，通過(guò)硬件綜合，說(shuō)明設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)性。
圖2 三級(jí)流水線加法器仿真
4.布局布線
在Candence工作環(huán)境下，采用Mentor公司的Encounter工具，對(duì)三級(jí)流水線加法器進(jìn)行布局布線：建立并進(jìn)入工作目錄，輸入命令encounter啟動(dòng)Encounter界面，調(diào)用DC生成的，sdc文件和工藝庫(kù)文件等。然后對(duì)電源環(huán)，時(shí)鐘樹等進(jìn)行布局，最后通過(guò)DRC，LVS檢查，最終對(duì)電路進(jìn)行寄生參數(shù)提取。整體電路版圖布局如圖4所示。
5.結(jié)論
論文對(duì)三級(jí)流水線加法器進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行硬件語(yǔ)言描述，最終對(duì)電路進(jìn)行綜合和布局布線，通過(guò)研究表明，本流水線加法器設(shè)計(jì)方案合理，具有可實(shí)現(xiàn)性。
參考文獻(xiàn)
篇6
圖1 RN8316系統(tǒng)框圖
RN8316是深圳銳能微公司提供的一款低功耗、高性能、寬電壓、高集成度、高精度的三相MCU芯片，產(chǎn)品系統(tǒng)框圖如圖1所示。該產(chǎn)品內(nèi)嵌32位ARM Cortex-M0核，最高運(yùn)行頻率可達(dá)29.4812MHz，最大支持224Kbytes FLASH存儲(chǔ)器、16Kbytes SRAM和16Kbytes EEPROM，內(nèi)置單cycle乘法器（32bit*專業(yè)提供論文寫作和寫作服務(wù),歡迎您的光臨lunwen. 1KEJI AN. C OM32bit）、CM0內(nèi)嵌系統(tǒng)定時(shí)器、2個(gè)DMA控制器，支持外部中斷等多種喚醒方式，提供完善的集成開發(fā)軟硬件環(huán)境。該芯片支持高速GPIO，可與不同電壓外設(shè)器件連接，最大支持10位ADC，8*32位的LCD，支持芯片電源電壓及外部電壓檢測(cè)。通信接口最大支持6路UART，2個(gè)7816口，1路I2C和1路SPI。同時(shí)，RN8316還集成了RTC、看門狗和加密處理器。
2 硬件電路設(shè)計(jì)
電力能效監(jiān)測(cè)終端主要由電源模塊、計(jì)量單元、存儲(chǔ)單元、載波模塊、通信模塊、直流模擬量采集等部分組成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
圖2 電力能效監(jiān)測(cè)終端設(shè)計(jì)框圖
2.1 電源模塊設(shè)計(jì)
為保證終端能夠穩(wěn)定工作，并具有良好的電磁兼容特性，電源模塊采用三路電源供電，分別為主電源8 V、兩路12 V輔助電源，之間相互隔離。主電源VDD8V通過(guò)LDO降為VDD5V和VDD3.3V電源，主電源5 V為SOC、紅外、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)模塊供電，主電源3.3V給計(jì)量芯片供電。一路ZB12V輔助電源用于載波電路供電；另一路AUX12V輔助電源為遙信電路供電，同時(shí)通過(guò)LDO降為AUX5V，為RS485、直流模擬量電路供電。電源電路設(shè)計(jì)如圖3所示。
2.2 采樣計(jì)量單元
采樣計(jì)量單元是電力能效監(jiān)測(cè)終端的重要單元，設(shè)計(jì)中采用銳能微公司的RN8302計(jì)量芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流、功率、功率因數(shù)、諧波等數(shù)據(jù)的計(jì)量，并輸出有功、無(wú)功脈沖。RN8302占用SOC一路SPI，同時(shí)SOC配置中斷、復(fù)位口從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)計(jì)量芯片的控制和通信。RN8302管腳資源配置如圖4所示。
圖4 RN8302管腳資源配置
采樣電路中，考慮到生產(chǎn)成本和計(jì)量精度，電壓采樣采用電阻分壓采樣的方式，UA/UAN，UB/UBN，UC/UCN為采樣信號(hào)，而電流采樣采用電流互感器采樣的方式，IAP/IAN，IBP/IBN，ICP/ICN為采樣信號(hào)，電路圖分別如圖5和圖6所示，電壓采樣電路中的1K電阻和電流采樣電路中的5R電阻采用精度1%的精密電阻，電容用于去耦和濾波，以保障采樣精度。同時(shí)電壓采樣信號(hào)可用于電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，擴(kuò)展電力能效監(jiān)測(cè)終端的功能配置。
圖5 電壓采樣電路
圖6 電流采樣電路
2.3 遙信電路
電力能效監(jiān)測(cè)終端配置兩路遙信端口，使用光耦LVT-816同SOC進(jìn)行隔離。遙信電路原理圖如圖7所示。
圖7 遙信電路
2.4 RS485電路
在實(shí)際工程運(yùn)用中，由于受到工程人員操作能力，經(jīng)驗(yàn)等因素的影響，RS485的A、B端子常常接反，導(dǎo)致不能夠正常抄表。因此，在電力能效監(jiān)測(cè)終端RS485電路的設(shè)計(jì)中，采用了無(wú)極性485芯片ECH485NE專業(yè)提供論文寫作和寫作服務(wù),歡迎您的光臨lunwen. 1KEJI AN. C OM，A、B端子正反接都能夠正常通信。終端配置兩路RS485電路，分別用于抄表和維護(hù)，占用SOC兩路UART端口，485芯片用光耦同SOC進(jìn)行隔離。RS485電路如圖8所示。
2.5 直流模擬量電路
直流模擬量電路主要針對(duì)非電氣量的采集，該能效終端采用瑞薩電子的RL78/G13系列單片機(jī)進(jìn)行控制，SOC通過(guò)一路UART端口進(jìn)行通信，并配置復(fù)位腳進(jìn)行控制。直流模擬量電路通過(guò)光耦同主電路進(jìn)行隔離，終端配置了兩路信號(hào)的采集，拓展了數(shù)據(jù)的采集范圍，實(shí)現(xiàn)了采集和能效監(jiān)測(cè)的多樣化。直流模擬量采集電路圖如圖9所示。
2.6 載波電路
電力能效監(jiān)測(cè)終端的載波用于同能效采集服務(wù)器進(jìn)行通信，載波電路占用SOC一路UART端口用于收發(fā)數(shù)據(jù)，占用一路7816口實(shí)現(xiàn)載波的設(shè)置、復(fù)位、事件輸出等功能，并通過(guò)光耦同SOC進(jìn)行隔離，接口標(biāo)準(zhǔn)符合最新國(guó)網(wǎng)三相電表規(guī)范，可方便插拔和替換多個(gè)廠家的載波模塊，提升了產(chǎn)品的兼容性。載波電路如圖10所示。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文在智能用電及能效管理的基礎(chǔ)上，根據(jù)電力能效監(jiān)測(cè)終端技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用SOC芯片RN8316，進(jìn)行了硬件的設(shè)計(jì)。相對(duì)于傳統(tǒng)的基于獨(dú)立功能芯片的用電終端，基于SOC的電力能效監(jiān)測(cè)終端在功耗，穩(wěn)定性，可靠性等方面表現(xiàn)更加優(yōu)異，并且體積小，所用元器件少，生產(chǎn)成本較低，具有良好的市場(chǎng)前景。
參考文專業(yè)提供論文寫作和寫作服務(wù),歡迎您的光臨lunwen. 1KEJI AN. C OM獻(xiàn)
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篇7
0.引言：
傳感器在現(xiàn)代信息技術(shù)中有著舉足輕重的地位，傳感器為系統(tǒng)提供進(jìn)行處理和決策所必需的原始信息，很大程度上影響和決定著系統(tǒng)的性能，本設(shè)計(jì)采用以單片機(jī)為控制單元，用單軸傾角傳感器檢測(cè)平衡板傾斜角度，采取步進(jìn)電機(jī)控制平衡板角度自動(dòng)旋轉(zhuǎn)目的。
1.硬件電路設(shè)計(jì)
角度傳感器硬件連接圖如圖1所示，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)平衡板傾斜到使角度傳感器SCA60C處于水平位置時(shí)，Vo端輸出+0.5V的模擬電壓。傳感器SCA60C僅可精確檢測(cè)到0~90度的角度范圍，當(dāng)平衡板轉(zhuǎn)到使角度傳感器與水平面成90度的角度時(shí)，此時(shí)Vo端輸出+5V的模擬電壓。在0~90度的傾角范圍內(nèi)，Vo端輸出的是正比于傾角大小的+0.5~+5V的模擬電壓信號(hào)，當(dāng)平衡板轉(zhuǎn)動(dòng)到使角度傳感器與水平面間的角度從90度到180度的范圍變化時(shí)，輸出端Vo輸出的是從+5V依次變化到+0.5V 的模擬電壓信號(hào)[1][2]，因此通過(guò)測(cè)定傳感器SCA60C輸出端Vo電壓的大小即可確定平衡板與水平面的夾角。
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中，我們選擇4相5線步進(jìn)電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)電路主要由L297+L298組成，該驅(qū)動(dòng)電路集驅(qū)動(dòng)與保護(hù)于一體。L297是脈沖分配器，只要步進(jìn)電機(jī)A、B、C、D四項(xiàng)依次連接到J1的1、2、3、4各點(diǎn)，且將剩下的一條線接地，L297就會(huì)自動(dòng)的將輸入到端口CW/CCW的脈沖分配給步進(jìn)電機(jī)的各個(gè)相序，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)便可轉(zhuǎn)動(dòng)[3][4]?？刂齐姍C(jī)時(shí)只需單片機(jī)通過(guò)I/O口向L297的cw/ccw和clock端發(fā)送控制信號(hào)即可控制它的轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)電路原理如下圖2。論文參考。論文參考。
圖1角度傳感器硬件連接圖圖2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖
本系統(tǒng)主要由主控制器模塊、角度檢測(cè)模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤模塊和顯示器模塊等部分組成，系統(tǒng)連接圖如圖3所示：
圖3系統(tǒng)框圖
系統(tǒng)分為兩個(gè)工作模式，工作于模式一時(shí)，可通過(guò)鍵盤模塊預(yù)置一個(gè)角度，主控制器接收到此信息后，通過(guò)控制電機(jī)控制模塊來(lái)使角度檢測(cè)模塊做出轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作以使平衡板按輸入角度完成傾斜動(dòng)作。同時(shí)，角度傳感器輸出的模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后送入主控制器，主控制器據(jù)此輸入判定平衡板是否已傾斜到預(yù)置的角度，并據(jù)此來(lái)控制電機(jī)控制模塊，并且主控制器模塊通過(guò)控制顯示模塊實(shí)時(shí)的顯示平衡板的傾斜角度。通過(guò)按鍵模塊可將系統(tǒng)切換到模式二，模式二的功能是能始終保持平衡板的水平，且能使顯示模塊顯示的內(nèi)容與平衡板聯(lián)動(dòng)，兩種工作可通過(guò)按鍵來(lái)切換。系統(tǒng)使用c8051f00作為控制核心，128*64作為顯示器，4*4鍵盤來(lái)輸入需要預(yù)置的角度。程序具有角度預(yù)置和自動(dòng)尋找平衡點(diǎn)兩種模式，根據(jù)不同需要選擇，具有友好人機(jī)界面，操作簡(jiǎn)單易懂。軟件流程圖如下圖4所示：
圖4 程序流程圖
2.系統(tǒng)測(cè)試與分析
表1系統(tǒng)性能測(cè)試
基本要求測(cè)試 發(fā)揮部分測(cè)試 輸入角度大小 平衡時(shí)角度 誤差 起始傾斜角度 平衡時(shí)角度 誤差 30o 29.07 o
0.70% 14 o
0 o
0 65 o
65.6 o
0.90% 32 o
0.3 o
0.90% 94 o
94.2 o
0.20% 80 o
0.3 o
0.38% 110 o
110.4 o
0.36% 76 o
0.7 o
0.92% 176 o
175.7 o
篇8
數(shù)據(jù)采集單元由信號(hào)調(diào)理模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成，其中信號(hào)調(diào)理模塊用于模擬信號(hào)的放大、濾波和提高電路負(fù)載能力，A/D轉(zhuǎn)換器完成模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，ARM主控單元實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制與故障診斷，數(shù)據(jù)采集單元與ARM系統(tǒng)控制與故障診斷模塊之間以CAN 總線的方式進(jìn)行通信，工作人員通過(guò)操作觸摸屏顯示界面完成故障檢測(cè)。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 數(shù)據(jù)采集單元
數(shù)據(jù)采集單元由信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成，用于采集某型號(hào)火箭炮隨動(dòng)系統(tǒng)液壓泵、高平機(jī)等被測(cè)部件的液壓或氣壓的狀態(tài)信號(hào)，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
信號(hào)調(diào)理電路如圖3所示，采用OP27運(yùn)算放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)，它的作用是把傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)行放大，同時(shí)利用其輸入阻抗高、輸出阻抗小的特點(diǎn)以滿足A/D轉(zhuǎn)換芯片對(duì)驅(qū)動(dòng)源阻抗的要求。
A/D轉(zhuǎn)換電路將經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，文中選用TLC2543CN和STC89C52分別作為A/D采樣芯片和微控制器[3]，其設(shè)計(jì)如圖4所示。TLC2543CN是TI公司生產(chǎn)的12位串行模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用電容開關(guān)逐次逼近技術(shù)，12位分辨率，10 μs的轉(zhuǎn)換時(shí)間，11路模擬輸入，輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可通過(guò)編程調(diào)整[4]。A/D轉(zhuǎn)換模塊與51單片機(jī)之間以I2C總線的方式進(jìn)行通信，只需要一條串行數(shù)據(jù)線SDA（DATA_OUT）和一條串行時(shí)鐘線SCL（CLOCK），具有接口線少，控制方式簡(jiǎn)單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。 經(jīng)信號(hào)調(diào)理后的11路模擬量數(shù)據(jù)分別通過(guò)端口NO0?NO10進(jìn)入TLC2543CN進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，TLC2543CN通過(guò)[CS]，DATA_INPUT，DATA_OUT，MEOC，I/O CLOCK這5個(gè)引腳與STC89C52單片機(jī)進(jìn)行通信。為了減小外界環(huán)境及器件本身引入的噪聲和擾動(dòng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在這5個(gè)信號(hào)與單片機(jī)之間進(jìn)行光電耦合隔離處理。由于光信號(hào)的傳送不需要共地，所以可將光耦器件兩側(cè)的地加以隔離，達(dá)到提高系統(tǒng)信噪比的作用，光耦隔離器件選用Avago Technologies 生產(chǎn)的6N137，電路如圖5所示。需要注意的是，電路板中6N137兩端的電源不能共用，否則起不到隔離的作用。
2.2 CAN總線通信模塊
數(shù)據(jù)采集單元和ARM系統(tǒng)控制與故障診斷模塊之間以CAN總線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和控制。CAN總線具有可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、較強(qiáng)的抗電磁干擾能力、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，尤其適用于隨動(dòng)系統(tǒng)傳感器多、各檢測(cè)點(diǎn)信息交換頻繁和干擾源復(fù)雜的情況。CAN總線通信模塊的實(shí)現(xiàn)有2種解決方案[5]：一類是采用帶有片上CAN的微處理器，如Philips的80C591/592/598、Atmel的AT90CAN128/64/32等；另一類是采用獨(dú)立的CAN控制器，如Philips的SJA1000?？紤]到應(yīng)用的靈活性，本文采用獨(dú)立的CAN控制器SJA1000。CAN總線通信模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示，選用STC89C52單片機(jī)作為CAN總線通信模塊的微控制器，CAN總線控制器和收發(fā)器分別選用Philips公司生產(chǎn)的SJA1000和PCA82C250[6]。CAN總線規(guī)范采用三層結(jié)構(gòu)模型，STC89C52單片機(jī)用以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層的功能，SJA1000和PCA82C250則分別對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。為了增強(qiáng)CAN總線通信模塊的抗干擾能力，在CAN控制器與CAN收發(fā)器之間進(jìn)行光電耦合隔離處理，與數(shù)據(jù)采集單元一樣，本文也選用6N137進(jìn)行處理。
CAN總線通信模塊接口電路主要由4部分組成：微控制器STC89C52、獨(dú)立CAN控制器SJA1000、光電隔離器件6N137和CAN總線收發(fā)器PCA82C250。微控制器STC89C52用于數(shù)據(jù)處理、實(shí)現(xiàn)對(duì)SJA1000的初始化、通過(guò)對(duì)SJA1000的控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和發(fā)送等通信任務(wù)；獨(dú)立CAN控制器SJA1000和收發(fā)器PCA82C250經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單總線連接可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的全部功能。STC89C52通過(guò)DATA_INPUT向TLC2543CN發(fā)送一定格式的指令，在DATA_OUT引腳可獲取到A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)；由于SJA1000的數(shù)據(jù)線與地址線是共用的，所以將STC89C52的P0口與AD0?AD7直接連接的同時(shí)，還要將地址鎖存信號(hào)線ALE進(jìn)行連接，以便區(qū)分在同一時(shí)刻AD線上傳遞的是地址還是數(shù)據(jù)；SJA1000的中斷管腳INT連接單片機(jī)的外部中斷INT0；MODE管腳與高電平VCC連接以選擇Intel模式；為了保證上電復(fù)位的可靠，復(fù)位電路采用IMP708芯片進(jìn)行智能控制，IMP708芯片集看門狗定時(shí)器、掉電檢測(cè)電路、電源監(jiān)控電路等于一體，保證SJA1000芯片的可靠運(yùn)行；RX0和TX0是數(shù)據(jù)的收發(fā)管腳，經(jīng)光電耦合器件6N137后連接到CAN收發(fā)器上，用以電氣隔離；PCA82C250有3種工作模式：高速、斜率控制和待機(jī)，本文選擇斜率控制模式，通過(guò)在Rs引腳與地之間接一個(gè)100 kΩ的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)；為了消除在通信電纜中的信號(hào)反射，提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)淠芰?，需要在CAN總線兩端接入兩個(gè)120 Ω的終端電阻[5]。
2.3 系統(tǒng)控制與故障診斷模塊
數(shù)據(jù)處理與系統(tǒng)控制模塊采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT91SAM9263 ARM芯片作為主控單元，以觸摸屏作為人機(jī)交互方式完成系統(tǒng)控制和故障診斷。AT91SAM9263主頻 200 MHz；內(nèi)置CAN總線控制器，全面支持CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議；內(nèi)置TFT/STN LCD控制器，支持3.5～17英寸TFT?LCD 液晶屏，最高分辨率可達(dá)2 048×2 048?？紤]到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，本文將系統(tǒng)控制與故障診斷模塊單獨(dú)成板。技術(shù)保障人員可以通過(guò)操作觸摸屏上顯示的人機(jī)交互界面完成對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)的故障檢測(cè)。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要分為A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù) 處理模塊、CAN總線通信模塊和系統(tǒng)控制與故障診斷模塊4部分。主流程圖如圖7所示，首先對(duì)STC89C52單片機(jī)進(jìn)行初始化，包括CAN總線工作方式的選擇、驗(yàn)收濾波方式的設(shè)置、驗(yàn)收屏蔽寄存器和驗(yàn)收代碼寄存器的設(shè)置、波特率參數(shù)設(shè)置、中斷允許寄存器的設(shè)置以及A/D轉(zhuǎn)換模塊的初始化等；當(dāng)單片機(jī)接收到故障檢測(cè)命令時(shí)，進(jìn)行A/D采樣，然后由單片機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)量值轉(zhuǎn)換得到實(shí)際的工況數(shù)據(jù)；最后由CAN總線通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)控制與故障診斷模塊進(jìn)行故障檢測(cè)，診斷結(jié)果由觸摸屏顯示以指導(dǎo)維修人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維修。
3.1 A/D轉(zhuǎn)換模塊軟件設(shè)計(jì)
A/D轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì)流程圖如圖8所示。
3.2 數(shù)據(jù)處理模塊軟件設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)采集過(guò)程中難免受到噪聲的影響，為了保證采到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可以對(duì)其進(jìn)行一定的算法處理。本文在故障檢測(cè)時(shí)，對(duì)同一采樣點(diǎn)進(jìn)行5次采樣，然后用快速排序算法對(duì)這5個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，取中值作為故障檢測(cè)的有效數(shù)據(jù)，以減小誤差帶來(lái)的影響。采集到的數(shù)據(jù)與實(shí)際值之間成嚴(yán)格的線性關(guān)系，將采集到的數(shù)據(jù)值乘以系數(shù)K即可獲得實(shí)際的工況數(shù)據(jù)，其流程圖如圖9所示。
3.3 CAN總線通信模塊軟件設(shè)計(jì)
CAN總線通信模塊的程序設(shè)計(jì)主要分為初始化、數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收3個(gè)部分：
（1） 初始化。CAN總線初始化主要是對(duì)通信參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)對(duì)時(shí)鐘分頻寄存器、驗(yàn)收碼寄存器、驗(yàn)收屏蔽寄存器、總線定時(shí)寄存器和輸出控制寄存器的配置實(shí)現(xiàn)對(duì)CAN總線工作模式、接收?qǐng)?bào)文的驗(yàn)收碼、驗(yàn)收屏蔽碼、波特率和輸出模式的配置和定義[7]。值得注意的是，這些寄存器的配置需要在復(fù)位模式下進(jìn)行，因此在初始化前應(yīng)確保系統(tǒng)已進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。?。?） 數(shù)據(jù)發(fā)送。本文采用查詢方式，進(jìn)行CAN總線的數(shù)據(jù)發(fā)送，首先應(yīng)將CAN總線的發(fā)送中斷禁能。發(fā)送數(shù)據(jù)前，主控制器輪詢SJA1000狀態(tài)寄存器的發(fā)送緩沖器狀態(tài)位TBS以檢查發(fā)送緩沖器是否被鎖定，若發(fā)送緩沖器被鎖定，則CPU等待，直到發(fā)送緩沖器被釋放，然后將從現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到發(fā)送緩沖區(qū)并置位命令寄存器的發(fā)送請(qǐng)求位TR，此時(shí)SJA1000將向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖如圖10所示。
（3） 數(shù)據(jù)接收。同數(shù)據(jù)發(fā)送一樣，本文采用查詢方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，也應(yīng)將CAN總線的發(fā)送中斷禁能。主控制器輪詢SJA1000狀態(tài)寄存器接收緩沖狀態(tài)標(biāo)志RBS以檢查接收緩沖器是否已滿，若未滿則主控制器繼續(xù)當(dāng)前的任務(wù)直到檢查到接收緩沖器已滿，讀出緩沖區(qū)中的報(bào)文，然后通過(guò)置位命令寄存器的RRB位釋放接收緩沖器內(nèi)存空間。數(shù)據(jù)接收流程圖如圖11所示。
3.4 系統(tǒng)控制與故障診斷模塊軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)控制與故障診斷模塊是在Linux平臺(tái)下利用Qt SDK開發(fā)完成的，數(shù)據(jù)庫(kù)采用嵌入式系統(tǒng)中廣泛采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite[8]。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)思想，包括顯示界面、系統(tǒng)控制、檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)和故障診斷等4部分。系統(tǒng)界面基于QT/GUI開發(fā)，用于故障檢測(cè)結(jié)果顯示、調(diào)取數(shù)據(jù)庫(kù)輔助人工診斷等人機(jī)交互；系統(tǒng)控制模塊用于系統(tǒng)啟動(dòng)與關(guān)閉、初始化及多線程處理；檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)用于對(duì)專家系統(tǒng)中經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、故障診斷規(guī)則集進(jìn)行組織、檢索和維護(hù)，及用于存儲(chǔ)系統(tǒng)采集的工況參數(shù)；故障診斷模塊是該檢測(cè)裝置核心，本文利用故障診斷專家系統(tǒng)對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，給出診斷結(jié)果?？紤]到故障診斷的實(shí)時(shí)性要求，程序采用多線程編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖10 CAN總線數(shù)據(jù)發(fā)送程序設(shè)計(jì)流程圖
圖11 CAN總線數(shù)據(jù)接收程序設(shè)計(jì)流程圖
4 結(jié) 語(yǔ)
為了測(cè)試隨動(dòng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置在各種情況下的故障檢測(cè)能力， 本文通過(guò)人為制造故障的方式對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)。在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)中，該系統(tǒng)均能正確定位故障，充分驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本文研制的以AT91SAM9263 ARM芯片為核心基于CAN總線隨動(dòng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)液壓、氣壓、電壓等工況參數(shù)的測(cè)量，經(jīng)故障診斷專家系統(tǒng)的推理，實(shí)現(xiàn)以自動(dòng)故障診斷為主、人工診斷為輔的故障檢測(cè)。文中采用的CAN總線通信方式使整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)潔緊湊、具有較強(qiáng)的抗干擾能力和實(shí)時(shí)性，這種CAN總線通信方案不但可用于隨動(dòng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置的研發(fā)，還可推廣至其他模擬量信號(hào)的機(jī)電設(shè)備故障檢測(cè)，尤其是多機(jī)組的分布式狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷中，具有非常實(shí)用的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn) 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網(wǎng)專業(yè)寫作教育教學(xué)論文和畢業(yè)論文以及服務(wù)，歡迎光臨DyLW.neT
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篇9
Shi Min， Zhang Zhenjuan， Huang Jing， Zhu Youhua， Zhang Wei
Nantong University， Nantong， 226019， China
Abstract： In this paper， the practice teaching mode of Computer Aided Design of IC layout course is discussed. According to one trunk line and two related course experiments mode， the experiment contents and methods were designed and implemented. Meanwhile， other efforts including emphasis of extracurricular scientific competition and reform of course practicum， were adopted to pay attention to the cultivation of comprehensive ability for students. The practice teaching mode proved that better teaching effect have been obtained.
Key words： Computer Aided Design of IC layout； practice teaching mode； course experiments； practicum
目前，高速發(fā)展的集成電路產(chǎn)業(yè)使IC設(shè)計(jì)人才炙手可熱，而集成電路版圖CAD技術(shù)是IC設(shè)計(jì)人才必須具備的重要技能之一。集成電路版圖CAD課程是我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)重要的專業(yè)主干課，開設(shè)在大三第二學(xué)期，并列入我校第一批重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目。本課程的實(shí)踐教學(xué)是教學(xué)活動(dòng)的重要組成部分，它是對(duì)理論教學(xué)的驗(yàn)證、補(bǔ)充和拓展，具有較強(qiáng)的直觀性和操作性，旨在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、組織管理能力、創(chuàng)新能力和服務(wù)社會(huì)能力。結(jié)合幾年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐，筆者從本課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、課外科技競(jìng)賽等實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)工具、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法和教學(xué)手段、師資隊(duì)伍建設(shè)以及考核管理等方面進(jìn)行總結(jié)。探討本課程實(shí)踐教學(xué)模式可加強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，提升就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)他們成為IC設(shè)計(jì)人才具有十分重要的意義。
1 版圖設(shè)計(jì)工具
集成電路CAD技術(shù)貫穿于集成電路整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈（設(shè)計(jì)、制造、封裝和測(cè)試），集成電路版圖設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)同樣離不開CAD工具支持。目前業(yè)內(nèi)主流版圖設(shè)計(jì)工具有Cadence公司的Virtuoso，Mentor Graphics公司的IC Flow，Springsoft公司的Laker_L3，Tanner Research公司的L_Edit和北京華大九天公司的Aether等。這些版圖設(shè)計(jì)工具的使用流程大同小異，但在自動(dòng)化程度、驗(yàn)證規(guī)模、驗(yàn)證速度等方面有所差異，在售價(jià)方面，國(guó)外版圖設(shè)計(jì)工具貴得驚人，不過(guò)近年來(lái)這些公司相繼推出大學(xué)銷售計(jì)劃，降低了版圖設(shè)計(jì)工具的價(jià)格。高校選擇哪種版圖設(shè)計(jì)工具進(jìn)行教學(xué)，則視條件而定。我校電子信息學(xué)院有2個(gè)省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和1個(gè)省部共建實(shí)驗(yàn)室，利用這些經(jīng)費(fèi)，我們購(gòu)買了部分業(yè)內(nèi)一流的EDA工具進(jìn)行教學(xué)和科研。目前，我校版圖設(shè)計(jì)工具有北京華大九天公司的Aether和Springsoft公司的Laker_L3。
2 兩種相輔相成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式
我校集成電路版圖CAD課程共48學(xué)時(shí)（理論講授24學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)24學(xué)時(shí)），實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是本課程教學(xué)的重要部分，在有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間內(nèi)既要完成教學(xué)內(nèi)容，又要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行改革和創(chuàng)新。本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的與要求：與理論教學(xué)相銜接，熟練使用版圖設(shè)計(jì)工具，學(xué)會(huì)基本元器件、基本數(shù)字門電路、基本模擬單元的版圖設(shè)計(jì)，為本課程后續(xù)的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)做準(zhǔn)備。緊緊圍繞“一個(gè)規(guī)則（版圖幾何設(shè)計(jì)規(guī)則）、兩個(gè)流程（版圖編輯流程和驗(yàn)證流程）、四個(gè)問題”這條主線設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[1，2]。要解決的4個(gè)問題分別是：（1）版圖設(shè)計(jì)前需要做哪些準(zhǔn)備工作？（2）如何理解一個(gè)元器件（晶體管、電阻、電容、電感）的版圖含義[3，4]？（3）如何修改版圖中的幾何設(shè)計(jì)規(guī)則檢查錯(cuò)誤？（4）如何修改版圖和電路圖一致性錯(cuò)誤？表1為本課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、對(duì)應(yīng)學(xué)時(shí)及對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)。筆者設(shè)計(jì)了兩種相輔相成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式：系統(tǒng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和實(shí)例化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。系統(tǒng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)從有系統(tǒng)的、完整的角度出發(fā)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，如設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)3（數(shù)字基本門電路版圖閱讀）時(shí)，安排了5學(xué)時(shí)，采用3種版圖閱讀方式：讀現(xiàn)有版圖庫(kù)中的單元電路版圖、顯微鏡下讀版圖和讀已解剖的芯片版圖照片。針對(duì)同一內(nèi)容，采用不同形式，彼此類比，加深印象，既有實(shí)物，又有動(dòng)手操作，增強(qiáng)了直觀性和感性認(rèn)識(shí)。又如設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)5（模擬單元MOS差分對(duì)管版圖設(shè)計(jì)）時(shí)，安排了5學(xué)時(shí)，從器件匹配的重要性入手，給出MOS差分對(duì)管的電路圖，講解具體器件的形狀、方向、連接對(duì)匹配的影響，特別是工藝過(guò)程引入器件的失配和誤差，對(duì)MOS差分對(duì)管的3種版圖分布形式（管子方向不對(duì)稱形式、垂直對(duì)稱水平柵極形式、垂直對(duì)稱垂直柵極形式）進(jìn)行逐一分析，指出支路電流大小對(duì)金屬線的寬度要求，對(duì)較大尺寸的對(duì)管，采用“同心布局”結(jié)構(gòu)。實(shí)例化實(shí)驗(yàn)教學(xué)先提出目標(biāo)實(shí)例，圍繞該實(shí)例，設(shè)計(jì)具體步驟，教師先示范，學(xué)生再模仿，如設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)7（集成無(wú)源器件版圖設(shè)計(jì)）時(shí)，由于集成電阻、電容和電感種類很多，不能面面俱到，要求只對(duì)多晶硅電阻、平板多晶硅電容和金屬多匝螺旋形電感等常用元件進(jìn)行版圖分析和設(shè)計(jì)。課堂實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和課時(shí)是有限的，為此我們?cè)O(shè)置了課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，感興趣的學(xué)生選取一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目自己完成，指導(dǎo)教師定期檢查。學(xué)院開放了EDA實(shí)驗(yàn)中心（2007年該中心被遴選為省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)點(diǎn)，2009年12月通過(guò)省級(jí)驗(yàn)收），學(xué)生對(duì)本課程很感興趣，課外使用EDA實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)相當(dāng)踴躍。通過(guò)上述的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，特別是課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練，學(xué)生分析問題、解決問題的能力和科研素養(yǎng)得到了提高。
表1 課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、對(duì)應(yīng)學(xué)時(shí)及對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)
表1（續(xù)）
4 基于0.6μmCMOS工藝的數(shù)字門電路版圖設(shè)計(jì) 5 理解上華華潤(rùn)0.6 μm硅柵CMOS幾何設(shè)計(jì)規(guī)則；學(xué)會(huì)CMOS反相器、傳輸門、與非、或非等基本門電路版圖設(shè)計(jì)；DRC檢查。
5 基于0.6 μmCMOS工藝的MOS差分對(duì)管版圖設(shè)計(jì) 4 MOS差分對(duì)管版圖設(shè)計(jì)，包括匹配原則、同心布局等，DRC檢查。
6 版圖電路圖一致性檢查 3 掌握LVS流程、LVS錯(cuò)誤修改。
7 集成無(wú)源器件版圖設(shè)計(jì) 3 多晶硅電阻、平板多晶硅電容和金屬多匝螺旋形電感等常用元件版圖設(shè)計(jì)。
3 改革課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)
課程設(shè)計(jì)是本課程培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力的綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，時(shí)間2周，集中指導(dǎo)，提前1個(gè)月發(fā)給學(xué)生任務(wù)書和指導(dǎo)書，每個(gè)班配備2名指導(dǎo)教師，注重過(guò)程控制。筆者在教學(xué)內(nèi)容、考核等方面進(jìn)行了改革和創(chuàng)新：在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上，給出了必做題和選做題，在選做題中要求每位學(xué)生完成數(shù)字電路版圖1題和模擬電路版圖1題，具體題目由抽簽決定，做到1人1題，避免學(xué)生抄襲?？己顺煽?jī)由課程設(shè)計(jì)成果（占50%）、小論文（占30%）、答辯（占20%）三方面綜合給出。以往的課程設(shè)計(jì)報(bào)告改為撰寫科技小論文，包括中英文題目、中英文摘要及關(guān)鍵詞、引言、電路原理與分析、版圖設(shè)計(jì)過(guò)程、分析與討論、結(jié)束語(yǔ)和參考文獻(xiàn)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何撰寫科技論文。精選優(yōu)質(zhì)小論文放在本課程網(wǎng)上學(xué)習(xí)資料庫(kù)里，供學(xué)生相互傳閱和學(xué)習(xí)。課程設(shè)計(jì)答辯具體要求參照畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯要求，包括準(zhǔn)備PPT講稿、講解5分鐘、指導(dǎo)教師點(diǎn)評(píng)等過(guò)程，每位學(xué)生至少需要10分鐘時(shí)間。學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)答辯反映相當(dāng)好，鍛煉了語(yǔ)言組織和口頭表達(dá)能力，而且相互間可以直接交流和學(xué)習(xí)。我們還挑選課程設(shè)計(jì)成績(jī)優(yōu)秀的學(xué)生參加校內(nèi)集成電路版圖設(shè)計(jì)大賽。雖然課程設(shè)計(jì)的改革和實(shí)踐需要教師付出很多精力和時(shí)間，但我們無(wú)怨無(wú)悔，學(xué)生的認(rèn)可和進(jìn)步是我們最大的收獲。
4 精心指導(dǎo)學(xué)生參加課外科技競(jìng)賽
目前我校學(xué)生參加的集成電路版圖設(shè)計(jì)競(jìng)賽有校級(jí)版圖設(shè)計(jì)大賽以及行業(yè)協(xié)會(huì)和企業(yè)組織的版圖設(shè)計(jì)競(jìng)賽等。由校教務(wù)處主辦，電子信息學(xué)院承辦的南通大學(xué)版圖設(shè)計(jì)大賽是校級(jí)三大電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽之一，每年8月底舉行，邀請(qǐng)集成電路設(shè)計(jì)公司一線設(shè)計(jì)人員和半導(dǎo)體協(xié)會(huì)專業(yè)人士擔(dān)任評(píng)委，增加了競(jìng)賽的專業(yè)性和公正性，目前已經(jīng)舉辦了6屆，反響不錯(cuò)。從校級(jí)版圖設(shè)計(jì)大賽獲獎(jiǎng)?wù)咧刑暨x一部分學(xué)生參加行業(yè)協(xié)會(huì)和企業(yè)組織的版圖設(shè)計(jì)競(jìng)賽，如蘇州半導(dǎo)體協(xié)會(huì)主辦的集成電路版圖設(shè)計(jì)技能競(jìng)賽、北京華大九天公司主辦的“華大九天杯”集成電路設(shè)計(jì)大賽，其中“華大九天杯”集成電路設(shè)計(jì)大賽將挑選優(yōu)秀獲獎(jiǎng)學(xué)生參加華潤(rùn)上華的免費(fèi)流片，學(xué)生經(jīng)歷從電路設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)及驗(yàn)證、流片到測(cè)試各個(gè)環(huán)節(jié)，提高了綜合訓(xùn)練能力。
5 加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)
要提高課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量，關(guān)鍵是指導(dǎo)教師要思想素質(zhì)好，專業(yè)理論知識(shí)強(qiáng)，科研水平高，因此我們著力建立一支年齡結(jié)構(gòu)、職稱合理的實(shí)踐教學(xué)隊(duì)伍。目前很多年輕教師是從校園走向校園，畢業(yè)后直接上崗指導(dǎo)學(xué)習(xí)實(shí)踐，缺少工程實(shí)踐經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)。為了提高教師自身的業(yè)務(wù)水平，加強(qiáng)對(duì)年輕教師的培養(yǎng)，近十年來(lái)，我院每年暑假舉行集成電路CAD技術(shù)實(shí)踐培訓(xùn)班，由經(jīng)驗(yàn)豐富的教學(xué)、科研一線教師主講；不定期地邀請(qǐng)一流IC設(shè)計(jì)公司一線設(shè)計(jì)人員來(lái)院開設(shè)講座；同時(shí)挑選年輕骨干教師到一流IC設(shè)計(jì)公司學(xué)習(xí)和實(shí)踐，時(shí)間至少半年以上；現(xiàn)已聘請(qǐng)IC設(shè)計(jì)公司一線設(shè)計(jì)人員6人為兼職教師，指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。集成電路CAD技術(shù)日新月異，課程實(shí)踐環(huán)節(jié)師資隊(duì)伍建設(shè)必須與時(shí)俱進(jìn)。
6 結(jié)束語(yǔ)
我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)2012年被評(píng)為省重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)，也是江蘇省首批培養(yǎng)卓越工程師的專業(yè)。集成電路版圖設(shè)計(jì)是這兩個(gè)專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的重要內(nèi)容之一，總結(jié)和探討集成電路版圖CAD課程實(shí)踐教學(xué)意義重大，今后我們要繼續(xù)推進(jìn)該課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的建設(shè)與改革，不斷探索，為我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)而努力奮斗。
參考文獻(xiàn)
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篇10
Design of Equivalent Circuit Parameter Analyzer for
Two Port Passive Circuit
TANG Zhengming1 ， ZHANG Sanmei2 ， Zeng Jing1
（1 School of Electronic Information and Engineering， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009，China；
2 Experiment Center， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009， China）
Abstract： Equivalent circuit parameter is very important for the process of circuit analysis and design. Based on the refined numerical algorithm of AC impedance， a digital equivalent circuit parameter analyzer is designed. In this system， MCU is used to control frequency synthesizer to generate excitation signal. By adjusting the capacitance and current trends ， the load impedance characteristic is determined. Finally， the AC impedance and equivalent circuit parameter are displayed， which can be obtained under different operating frequency.
Keywords： MCU； AC Impedance Characteristics； Equivalent Circuit Parameters
0引 言
電路交流阻抗隨信號(hào)源的頻率變化，其具體表現(xiàn)為一定電阻R、電容C和電感L的串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)在給定信號(hào)頻率下所得到的等效阻抗。頻率相對(duì)較高時(shí)，電路還可能產(chǎn)生相對(duì)較大的寄生電容、電感，從而出現(xiàn)寄生阻抗。如何快捷準(zhǔn)確地獲取電路在不同工作頻率下的等效電路參數(shù)，對(duì)電路的分析與設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)有著特殊重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。
已有的交流參數(shù)測(cè)試儀，其測(cè)量對(duì)象主要鎖定在對(duì)交流電路頻率、有效值、功率，或者單個(gè)元件阻值、電感量、電容量的測(cè)試，而對(duì)交流阻抗的智能化測(cè)量的探討研究仍舊較少，且未曾涉及到負(fù)載為黑盒子電路（其可能為RLC元件，某用電器或電路模塊，以下統(tǒng)稱為負(fù)載電路）的等效參數(shù)測(cè)量[2-6]。本設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的電路交流等效電參數(shù)分析儀的核心即為交流阻抗特性分析，通過(guò)采用單片機(jī)產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，能分析出給定工作頻率下負(fù)載電路的交流阻抗特性，并進(jìn)一步得到其等效電路參數(shù)。
1硬件電路
系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。主要電路模塊包括單片機(jī)（MCU）、放大電路、整流濾波電路、含雙可調(diào)電容的RC振蕩器等[7-8]。
圖1 等效電參數(shù)分析儀原理圖
Fig.1 Schematic diagram of equivalent circuit parameter analyzer
MCU的型號(hào)為MSP430F169。放大電路用于將采集到的弱信號(hào)放大，再送入整流濾波電路，便于單片機(jī)（MCU）接收識(shí)別，放大電路型號(hào)為AD620。整流濾波電路，用于將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)化為單向脈動(dòng)波并濾除附帶產(chǎn)生的雜波信號(hào)，使有用信號(hào)免受干擾，易于下一級(jí)電路的操作處理?？勺冸娙軨結(jié)合555定時(shí)電路模塊構(gòu)成RC振蕩器，所產(chǎn)生的信號(hào)頻率送入單片機(jī)識(shí)別，進(jìn)而確定出接入電路的電容值。其中，可調(diào)電容C與電路的連接通過(guò)開關(guān)控制，該可調(diào)電容C為特制的雙可調(diào)電容（構(gòu)成RC振蕩器的電容與接入測(cè)量電路的電容相同，并由同一旋鈕控制調(diào)節(jié)），這樣，可在隔離電路影響的情況下，獲得接入電路電容的精確值。 為定值電阻，主要起限流作用，如當(dāng)電路串聯(lián)諧振時(shí)，使電路電流不至于過(guò)大，損壞儀器。 為采樣電阻，為小阻值錳銅電阻，用于將負(fù)載電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再送入放大電路。 為負(fù)載電路。
2算法設(shè)計(jì)
根據(jù)有效值、功率因素的計(jì)算結(jié)果[9]，可得到電路總阻抗
（1）
其中， 、 、 分別表示電路電壓有效值、電流有效值、功率因素。 的正負(fù)與負(fù)載的特性有關(guān)，若負(fù)載為非電容性；則 ，若負(fù)載為非電感性則 。令 ，則有
（2）
系統(tǒng)采用調(diào)節(jié)可變電容C并結(jié)合單片機(jī)采集到的電流大小變化情況的方法，確定（2）中的正負(fù)符號(hào)，即實(shí)現(xiàn)負(fù)載阻抗特性的判定。由于可調(diào)電容與被測(cè)負(fù)載并聯(lián)，設(shè)被測(cè)負(fù)載的電導(dǎo)和電納分別為 和 ， 可調(diào)電容電納為 ，其等效電路如圖2所示。
圖2 阻抗特性的判斷原理圖
Fig.2 Schematic diagram for the judgement of impedance characteristic當(dāng)端電壓有效值恒定時(shí)，電流有效值
（3）
即： （4）
可見，當(dāng) 與 同號(hào)，即被測(cè)負(fù)載為電容性時(shí)，電容增大，電流 單調(diào)上升；而當(dāng) 與 異號(hào)，即被測(cè)負(fù)載為電感性負(fù)載時(shí)，電容增大，電流 將先減小而后增大。因此，單片機(jī)可根據(jù)電容調(diào)節(jié)過(guò)程中采集到電流變化情況，判斷出負(fù)載的阻抗特性。在此基礎(chǔ)上，設(shè)負(fù)載 的等效阻抗為 ，由于測(cè)量電路為可調(diào)電容C與負(fù)載 并聯(lián)，然后再與定值電阻 串聯(lián)，根據(jù)電路串并聯(lián)關(guān)系，則有：
（5）
聯(lián)立（1）-（2）和（5），在已判斷得到負(fù)載的特性的情況下，便可以解出 中的電阻R和電抗X。結(jié)合頻率值即可得
（6）
（7）
因此，對(duì)于給定負(fù)載（如某單元電路），該測(cè)試儀能夠獲得給定工作頻率下的交流等效電路參數(shù)，便于電路的分析與設(shè)計(jì)。
3 系統(tǒng)測(cè)試
系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，通過(guò)鍵盤設(shè)定激勵(lì)信號(hào)幅值和頻率，調(diào)節(jié)電容旋鈕，即可讀出負(fù)載的等效電路參數(shù)。首先測(cè)試并選取了三個(gè)R、L、C電路元件，其參數(shù)值分別為10，10mH，1uF。再將電路元件安插在萬(wàn)用板上，借助萬(wàn)用板連接線使其形成簡(jiǎn)單的串聯(lián)電路和并聯(lián)電路，并同時(shí)具有典型的二端口結(jié)構(gòu)，然后分別測(cè)試了信號(hào)頻率為1KHz時(shí)，負(fù)載的等效電路參數(shù)。用 Idealization（I）和Test （T）分別表示理論值和測(cè)量值，結(jié)果如表1所示。
表1 測(cè)試結(jié)果
Tab.1 Test results
電阻（） 電感（mH） 電容（uF） 串聯(lián)（；uF） 并聯(lián)（，mH）
I T I T I T I T I T
10 10.02 10 10.33 1 0.97 10 ； 1.65 9.97；1.59 9.91；0.15 10.04；0.23
測(cè)量 結(jié)果表明，在1KHz頻率下，所搭建的串聯(lián)電路具有阻容特性，而并聯(lián)電路具有阻感特性。等效電路參數(shù)測(cè)量結(jié)果與理論值存在一定差異的可能原因主要在于：除工藝等因素外，導(dǎo)線等所引入的分布阻抗。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)了一種電路交流等效電參數(shù)分析儀，可用于完成無(wú)源二端口電路的等效電參數(shù)測(cè)量。在測(cè)量交流等效參數(shù)時(shí)（特別在用作RLC測(cè)試儀的情況下），若測(cè)量頻率較高，分布參數(shù)影響將較為顯著，對(duì)低標(biāo)稱值元件的測(cè)量尤為不利。如何減小分布參數(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，還有待進(jìn)一步研究。
參考文獻(xiàn)：
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篇11
1 、引言
隨著科技的發(fā)展和社會(huì)文化事業(yè)的進(jìn)步，電視機(jī)可供觀眾選擇的頻道數(shù)目日益增多。但是傳統(tǒng)的電視遙控方法需要觀眾記憶每個(gè)電視臺(tái)對(duì)應(yīng)的頻道序號(hào)，否則就無(wú)法快捷地將頻道切換到所需位置。這顯然給用戶帶來(lái)了很大的不方便。本文利用凌陽(yáng)科技有限公司專門為語(yǔ)音處理而設(shè)計(jì)研制出的16位單片機(jī)SPCE061A設(shè)計(jì)了一個(gè)彩電智能聲控選臺(tái)系統(tǒng)。該系統(tǒng)無(wú)需對(duì)電視機(jī)做任何改動(dòng)。在保留原有遙控功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制選臺(tái)，較好地解決了記憶頻道這個(gè)難題。
2 、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
系統(tǒng)總體方案如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)總體方案
3、各功能模塊設(shè)計(jì)
3.1 語(yǔ)音命令提取單元
語(yǔ)音命令提取單元（如圖2所示）在電視話音和其它噪音背景下，完成提取出操作者語(yǔ)音命令功能，其示意圖如圖3所示。
圖2 語(yǔ)音命令提取單元
MIC選用駐極體送話器， 它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量、體積小、頻率響應(yīng)寬、保真度好等優(yōu)點(diǎn)，但靈敏度低， 必須再加放大器才行。由于輸出阻抗可高達(dá) 10
數(shù)量級(jí)，所以必須進(jìn)行阻抗變換后才能與放大配合使用。放大器采用差分放大電路，一個(gè)駐極體話器面對(duì)送話者， 其輸出接放大器正向輸入端；另個(gè)駐極體送話器背對(duì)送話者，其輸出接放大器負(fù)向入端。由于兩個(gè)送話器相對(duì)于電視機(jī)和其它噪聲源位置基本一樣遠(yuǎn)，可以近似認(rèn)為通過(guò)二者輸入的干是一樣的。但考慮到送話器具有方向性，前者送入的操作者語(yǔ)音命令遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者，適當(dāng)選擇各電阻值可以抵消掉各種干擾。論文參考網(wǎng)。
3.2 語(yǔ)音命令識(shí)別單元
語(yǔ)音命令識(shí)別單元采用凌陽(yáng)公司的SPCE061A單片機(jī)，這是一種語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)級(jí)芯片，實(shí)際上是一個(gè)DSP+MCU，并將A/D、D/A、RAM、ROM以及預(yù)放、功放等電路集成在一個(gè)芯片上的系統(tǒng)，擁有強(qiáng)大的語(yǔ)音數(shù)據(jù)處理能力并具有良好的接口功能。
語(yǔ)音識(shí)別控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3所示
圖3 語(yǔ)音識(shí)別控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3.3 語(yǔ)音識(shí)別算法
消費(fèi)類電子產(chǎn)品中的語(yǔ)音識(shí)別主要為孤立詞識(shí)別，它有兩種實(shí)現(xiàn)方案：一種是基于隱含馬爾科夫統(tǒng)計(jì)模型（HMM）框架的非特定人識(shí)別；另一種是基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃（DP）原理的特定人識(shí)別。它們?cè)趹?yīng)用上各有優(yōu)缺點(diǎn)。DP特定人識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單，對(duì)硬件資源要求較低；此外，這一方法中的訓(xùn)練過(guò)程也很簡(jiǎn)單，不需預(yù)先采集過(guò)多的樣本，不僅降低了前期成本，而且可以根據(jù)用戶習(xí)慣，由用戶任意定義控制項(xiàng)目的具體命令語(yǔ)句，因而適合大多數(shù)家電遙控器的應(yīng)用。
3.3.1 端點(diǎn)檢測(cè)方法
影響孤立詞識(shí)別性能的一個(gè)重要因素是端點(diǎn)檢測(cè)準(zhǔn)確性。在10個(gè)英語(yǔ)數(shù)字的識(shí)別測(cè)試中，60毫秒的端點(diǎn)誤差就使識(shí)別率下降2%。對(duì)于面向消費(fèi)類應(yīng)用的語(yǔ)音識(shí)別芯片系統(tǒng)，各種干擾因素更加復(fù)雜，使精確檢測(cè)端點(diǎn)問題更加困難。為此，李虎生等在參考文獻(xiàn)5中提出了稱為FRED(Frame-based Real-time EndpointDetection)算法的兩級(jí)端點(diǎn)檢測(cè)方案，提高端點(diǎn)檢測(cè)的精度。第一級(jí)對(duì)輸入語(yǔ)音信號(hào)，根據(jù)其能量和過(guò)零率的變化，進(jìn)行一次簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)端點(diǎn)檢測(cè)，以便去掉靜音得到輸入語(yǔ)音的時(shí)域范圍，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行頻譜特征提取工作。第二級(jí)根據(jù)輸入語(yǔ)音頻譜的FFT分析結(jié)果，分別計(jì)算出高頻、中頻和低頻段的能量分布特性，用來(lái)判別輕輔音、濁輔音和元音；在確定了元音、濁音段后，再向前后兩端擴(kuò)展搜索包含語(yǔ)音端點(diǎn)的幀。FRED端點(diǎn)檢測(cè)算法根據(jù)語(yǔ)音的本質(zhì)特征進(jìn)行端點(diǎn)檢測(cè)，可以更好地適應(yīng)環(huán)境的干擾和變化，提高端點(diǎn)檢測(cè)的精度。
3.3.2 模板匹配算法
DTW是典型的DP特定人算法， 為了克服自然語(yǔ)速的差異，用動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整方法將模板特征序列和語(yǔ)音特征序列進(jìn)行匹配，比較兩者之間的失真，得出識(shí)別判決的依據(jù)。
為了提高DTW識(shí)別算法的識(shí)別性能和模板的穩(wěn)健性，采用了雙模板策略，第一次輸入的訓(xùn)練詞條存儲(chǔ)為第一個(gè)模板，第二次輸入的相同訓(xùn)練詞條存儲(chǔ)為第二個(gè)模板，希望每個(gè)詞條通過(guò)兩個(gè)較穩(wěn)健的模板來(lái)保持較高的識(shí)別性能。
綜上所述，本語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)采用了改進(jìn)端點(diǎn)檢測(cè)性能的FRED算法，12階Mel頻標(biāo)倒譜參數(shù)（MFCC）作為特征參數(shù)，使用雙模板訓(xùn)練識(shí)別策略。通過(guò)一系列測(cè)試，證明該系統(tǒng)對(duì)特定人的識(shí)別達(dá)到了很好的識(shí)別效果。
3.4 控制面板
為了能輸入字段號(hào)， 以便建立語(yǔ)音樣本，SPCE061A單片機(jī)擴(kuò)展了一個(gè)行列矩陣式非編碼鍵盤。鍵盤共有12個(gè)按鍵， 其中十個(gè)定義為：0～9 數(shù)字鍵，一個(gè)定義為：語(yǔ)音樣本建立鍵（TRN），一個(gè)定義為：語(yǔ)音樣本清除鍵（CLR ）。由于控制面板只在建立語(yǔ)音樣本時(shí)使用，為防止誤操作，應(yīng)將這12個(gè)按鍵用塑料外殼封閉起來(lái)。論文參考網(wǎng)。
3.5 操作指示電路
采用兩片數(shù)碼管和譯碼驅(qū)動(dòng)電路CC4558組成操作指示電路。在本系統(tǒng)中，操作指示電路的作用是：建立語(yǔ)音命令樣本時(shí)，用于顯示存入的字段號(hào)；語(yǔ)音命令識(shí)別時(shí)用于顯示識(shí)別結(jié)果及芯片識(shí)別結(jié)果的處理報(bào)告。
3.6 邏輯控制電路
整個(gè)邏輯控制電路如圖4 所示。SPCE061A單片機(jī)通過(guò)并行接口輸出識(shí)別結(jié)果，經(jīng)過(guò)邏輯控制電路進(jìn)行必要的譯碼后，用來(lái)控制后面的紅外發(fā)射裝置。
圖4 邏輯控制電路如圖4
3.7 遙控發(fā)射電路
紅外遙控發(fā)射器主要由三大部分組成：一是鍵盤矩陣，二是發(fā)射專用集成電路，三是放大驅(qū)動(dòng)和紅外線發(fā)射部分。該電路與電視機(jī)的特定型號(hào)有關(guān)，可以根據(jù)電視機(jī)品牌選用適當(dāng)?shù)膶Ｓ眉t外發(fā)射電路。論文參考網(wǎng)。需要說(shuō)明的是：由于不同品牌電視機(jī)的紅外發(fā)射、接收電路各不相同，因此它只對(duì)兼容電視有效。
4、結(jié)束語(yǔ)
該系統(tǒng)不對(duì)彩電做任何改動(dòng)。在保留原有遙控功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制選臺(tái)，主要功能有：
開關(guān)電視：電視接通電源處于待命狀態(tài)，操作者發(fā)出“開機(jī)”命令，則打開電視機(jī)；操作者發(fā)出“關(guān)機(jī)”命令，則關(guān)掉電視機(jī)。
選臺(tái)功能：操作者想看某某電視臺(tái)的節(jié)目，只要發(fā)出“某某臺(tái)”的命令，電視機(jī)就自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到該臺(tái)。
識(shí)別主人功能：為防止誤操作，該系統(tǒng)只對(duì)事先錄入命令樣本的操作者語(yǔ)音敏感，其他人發(fā)出的命令包括電視伴音均無(wú)效。
其它功能：具有電視音量、畫面亮度調(diào)節(jié)等適合語(yǔ)音控制的功能。
由于采用了高性價(jià)比的SPCE061A這種語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)級(jí)芯片，并設(shè)計(jì)了科學(xué)的算法，本系統(tǒng)可靠性高，價(jià)格低廉，使用方便，具有較好的市場(chǎng)前景。
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篇12
0．前 言
現(xiàn)代物流環(huán)節(jié)中，物流信息是一個(gè)重要的構(gòu)成因素。當(dāng)前物流產(chǎn)業(yè)規(guī)模日益擴(kuò)大，物流技術(shù)裝備水平迅速提高。但我國(guó)物流發(fā)展中仍存在物流系統(tǒng)效率低，物流成本高，物流基礎(chǔ)設(shè)施的配套性、兼容性差等問題，特別物流信息技術(shù)裝備水平低的問題尤為突出，這就決定了物流企業(yè)在運(yùn)輸中對(duì)安全、高效、高性價(jià)比具有較高的要求。尤其是針對(duì)危險(xiǎn)貨物如危險(xiǎn)氣體的運(yùn)輸配送，高安全性、高性能、高效率的裝載車輛配套裝置技術(shù)亟待發(fā)展。論文設(shè)計(jì)的智能車載終端主要針對(duì)危險(xiǎn)氣體運(yùn)輸，解決了車輛運(yùn)輸配送中的車輛定位信息獲取，以及危險(xiǎn)氣體在運(yùn)輸過(guò)程中的氣體泄漏預(yù)警等安全問題，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸車輛的實(shí)時(shí)定位和物流指揮中心的智能監(jiān)控，為實(shí)現(xiàn)安全、高效的危險(xiǎn)物品運(yùn)輸提供了現(xiàn)實(shí)依據(jù)。
1.現(xiàn)代物流運(yùn)輸?shù)男枨蠓治?/p>
現(xiàn)代物流運(yùn)輸追求的是更加低成本、高效率和安全的實(shí)現(xiàn)貨物運(yùn)輸，傳統(tǒng)的物流運(yùn)輸裝備技術(shù)及模式已經(jīng)不能滿足需要。針對(duì)一些傳統(tǒng)運(yùn)輸中存在的問題，例如后方物流指揮中心如何科學(xué)地進(jìn)行運(yùn)輸車輛的調(diào)度和管理，提高運(yùn)營(yíng)效率；駕駛員如何隨時(shí)隨地了解道路堵塞、車輛方位等情況而更加省力地到達(dá)目的地；對(duì)易泄危險(xiǎn)物品運(yùn)輸如何做到及時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)出危險(xiǎn)的存在從而做出妥善處理；移動(dòng)車輛如果遇到麻煩或者其安全受到侵害，如何向主控中心發(fā)送報(bào)警信息，求得就近援助等，均對(duì)現(xiàn)代物流專用車輛提出更高的要求。
在現(xiàn)代物流運(yùn)輸監(jiān)控中，通信網(wǎng)絡(luò)的智能化是一個(gè)瓶頸問題。由于物流運(yùn)輸系統(tǒng)是一類極其分散的系統(tǒng)，顯然不可能采用有線通信方式進(jìn)行各類數(shù)據(jù)傳輸，且車輛一般處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這就更加需要無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用。
2.智能車載終端的系統(tǒng)組成
智能車載終端主要由信號(hào)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和無(wú)線通信模塊3部分組成，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，信號(hào)采集模塊主要由前端的傳感器和GPS模塊、采集電路、信號(hào)調(diào)理和串口發(fā)送單元組成，其中GPS模塊用于實(shí)時(shí)接收車輛的位置信息，傳感器采用專門的氣體傳感器用于采集車廂內(nèi)部氣體濃度參數(shù)，采集電路實(shí)現(xiàn)氣體濃度信號(hào)的模擬放大、簡(jiǎn)單濾波后送到單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換處理，采集模塊采集的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，得到可讀的濃度參數(shù)、位置信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示的同時(shí)無(wú)線發(fā)送到后方指揮中心進(jìn)行分析。
圖1 智能車載終端總體設(shè)計(jì)框圖
系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的現(xiàn)場(chǎng)處理、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，以及對(duì)數(shù)據(jù)的編碼，然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口RS232/RS485將數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到GPRS 模塊。GPRS 模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，再通過(guò)GPRS空中接口接入到GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的透明傳輸，最后經(jīng)由APN專線傳輸?shù)胶蠓轿锪髦笓]中心。指揮中心進(jìn)行遠(yuǎn)程控制時(shí)，可以將控制信號(hào)發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)中，然后經(jīng)過(guò)GPRS模塊傳輸?shù)街悄苘囕d終端中，進(jìn)而對(duì)運(yùn)行車輛進(jìn)行控制和處理。氣敏傳感器是能夠感知環(huán)境中某種氣體及其濃度的一種敏感器件，它將氣體成分、濃度等有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警，還可以通過(guò)接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測(cè)、控制和報(bào)警系統(tǒng)。
3 智能車載終端的單元模塊設(shè)計(jì)
（1）電源模塊
電源系統(tǒng)是否穩(wěn)定對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)有至關(guān)重要的影響。電源模塊的設(shè)計(jì)考慮：一方面電源模塊應(yīng)盡可能滿足對(duì)各模塊的不同用電電壓需求，另一方面要努力降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗。本系統(tǒng)中要用到的電壓比較多，主要用到LM7805集成穩(wěn)壓器、線性穩(wěn)壓器CX1117等實(shí)現(xiàn)多電壓供電。
（2）采集電路模塊
系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊完成對(duì)信號(hào)的采集和簡(jiǎn)單處理，即對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換，主控芯片可以采用TI公司的16位系列單片機(jī)MSP430F149。利用此單片機(jī)內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換單元完成信號(hào)的轉(zhuǎn)換,并通過(guò)片內(nèi)的串口與其它模塊通信。以液化天然氣運(yùn)輸為例，選用對(duì)甲烷具有相當(dāng)敏感的氣體傳感器GS-B2設(shè)計(jì)的電路如圖2所示。該類型氣體傳感器用于便攜式儀表測(cè)試甲烷，穩(wěn)定性好，靈敏度高，具有較好的重復(fù)性，體積小，功耗低，GS-B2型的工作溫度是-45°C到10°C，濕度≤90%RH,檢測(cè)范圍是10到5000PPM。
圖2 GS-B氣體傳感器采集電路設(shè)計(jì)
（3）GPS模塊
GPS模塊采用3.3V電源供電，GPS數(shù)據(jù)是通過(guò)串口進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后暫存其中。E531硬件連接簡(jiǎn)單方便，只要給該模塊提供3.3V的電源并連接相應(yīng)的GPS天線，E531就會(huì)從串行口輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)，輸出電平為RS232電平，因其內(nèi)部自帶電平轉(zhuǎn)換電路故可以與單片機(jī)直接連接。
（4）數(shù)據(jù)處理單元
數(shù)據(jù)處理模塊主要完成對(duì)采集信號(hào)的處理，即對(duì)采集來(lái)的氣體濃度信號(hào)和GPS位置信息進(jìn)行對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示和發(fā)送以及人機(jī)交互功能。處理器采用S3C4510B芯片，其中兩路1.3V電壓由高效率1.4MHz同步降壓型穩(wěn)壓器LTC3404提供，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)超低功耗設(shè)計(jì)。
（5）無(wú)線通信單元
無(wú)線通信單元考慮兩種情況：有公網(wǎng)的狀態(tài)下，通過(guò)GSM/GPRS模塊來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，包括采集信號(hào)向后方的傳輸和GPS差分信息的傳輸。GPRS利用GSM網(wǎng)絡(luò)資源、覆蓋面大、通訊質(zhì)量高、永遠(yuǎn)在線等特點(diǎn)可以為物流運(yùn)輸車輛提供一種快速可靠的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸通道。無(wú)公網(wǎng)的情況，此情況無(wú)GPS差分信息的傳輸，傳輸采集數(shù)據(jù)信號(hào)可以采取FSK傳輸方式。
4 結(jié)論
結(jié)合GPS定位技術(shù)和GPRS無(wú)線傳輸技術(shù)的現(xiàn)代物流運(yùn)輸車載終端，集檢測(cè)、監(jiān)管、調(diào)度、警報(bào)于一體，符合現(xiàn)代物流企業(yè)對(duì)運(yùn)輸車輛動(dòng)態(tài)控制的需要，且針對(duì)性地降低了危險(xiǎn)易泄貨物的安全隱患問題，對(duì)降低物流企業(yè)成本起到積極作用。
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篇13
0.前言
隨著電力電子裝置的廣泛應(yīng)用,電網(wǎng)中的諧波污染也日益嚴(yán)重。另外,許多電力電子裝置的功率因數(shù)很低,給電網(wǎng)帶來(lái)額外負(fù)擔(dān)并影響供電質(zhì)量?？梢娤C波污染并提高功率因數(shù),已成為電力電子技術(shù)中的一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。解決電力電子裝置的諧波污染和低功率因數(shù)問題的基本思路有兩條: (1)裝設(shè)補(bǔ)償裝置,以補(bǔ)償其諧波和無(wú)功功率; (2)對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改進(jìn),使其不產(chǎn)生諧波,且不消耗無(wú)功功率,或根據(jù)需要對(duì)其功率因數(shù)進(jìn)行控制。
1.無(wú)功與諧波自動(dòng)補(bǔ)償裝置的原理
1.1有源電力濾波器的原理
電力濾波器主要包括有源濾波器和無(wú)源濾波器,或兩者的混合,即混合濾波器。
有源電力濾波器(APF)根據(jù)其與補(bǔ)償對(duì)象連接的方式不同,分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種,而并聯(lián)型濾波器在實(shí)際中應(yīng)用較廣。下面以并聯(lián)型有源濾波器為例,介紹其工作原理。論文參考。HPF(High Pass Filter)是由無(wú)源元件RLC組成的高通濾波器,其主要作用是濾除逆變器高頻開關(guān)動(dòng)作和非線性負(fù)載所產(chǎn)生的高頻分量;負(fù)載為諧波源,它產(chǎn)生諧波并消耗無(wú)功功率。有源電力濾波器主要由兩部分組成,即指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路(PWM信號(hào)發(fā)生電路、驅(qū)動(dòng)電路和逆變主電路)。指令電流運(yùn)算電路的作用是檢測(cè)出被補(bǔ)償對(duì)象中的諧波和無(wú)功電流分量,補(bǔ)償電流發(fā)生電路的作用是根據(jù)指令電流發(fā)出補(bǔ)償電流的指令信號(hào),控制逆變主電路發(fā)出補(bǔ)償電流。
作為主電路的PWM變流器,在產(chǎn)生補(bǔ)償電流時(shí),主要作為逆變器工作。為了維持直流側(cè)電壓基本恒定,需要從電網(wǎng)吸收有功電流,對(duì)直流側(cè)電容充電時(shí),此時(shí)作為整流器工作。它既可以工作在逆變狀態(tài),又可以工作在整流狀態(tài),而這兩種狀態(tài)無(wú)法嚴(yán)格區(qū)分。
有源濾波器的基本工作原理是:通過(guò)電壓和電流傳感器檢測(cè)補(bǔ)償對(duì)象(非線性負(fù)載)的電壓和電流信號(hào),然后經(jīng)指令電流運(yùn)算單元計(jì)算出補(bǔ)償電流的指令信號(hào),再經(jīng)PWM控制信號(hào)單元將其轉(zhuǎn)換為PWM指令,控制逆變器輸出與負(fù)載中所產(chǎn)生的諧波或無(wú)功電流大小相等、相位相反的補(bǔ)償電流,最終得到期望的電源電流。
1.2無(wú)功與諧波自動(dòng)補(bǔ)償裝置的原理
為適應(yīng)濾波器要求容量大這一特點(diǎn),我們采用了有源電力濾波器與無(wú)源LC濾波器并聯(lián)使用的方式。其基本思想是利用LC濾波器來(lái)分擔(dān)有源電力濾波器的部分補(bǔ)償任務(wù)。由于LC濾波器與有源電力濾波器相比,其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)且成本低,而有源電力濾波器的優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償性能好。兩者結(jié)合同時(shí)使用,既可克服有源電力濾波器成本高的缺點(diǎn),又可使整個(gè)系統(tǒng)獲得良好的濾波效果。
在這種方式中,LC濾波器包括多組單調(diào)諧濾波器和高通濾波器,承擔(dān)了補(bǔ)償大部分諧波和無(wú)功的任務(wù),而有源濾波器的作用是改善濾波系統(tǒng)的整體性能,所需要的容量與單獨(dú)使用方式相比可大幅度降低。
從理論上講,凡使用LC濾波器均存在與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振的可能,因此在有源電力濾波器與LC濾波器并聯(lián)使用方式中,需對(duì)有源電力濾波器進(jìn)行有效控制,以抑制無(wú)源濾波器與系統(tǒng)阻抗之間發(fā)生諧振。論文參考。
2.無(wú)功與諧波自動(dòng)補(bǔ)償裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)
(1)適用電源電壓等級(jí): 220 V(AC) , 380V(AC)
(2)有源濾波器補(bǔ)償容量: 50kVA(基波無(wú)功);150A(最大瞬時(shí)補(bǔ)償電流)
(3)可以控制的無(wú)源補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的功率等級(jí): 500kVA。
(4)在無(wú)源補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)容量范圍內(nèi),補(bǔ)償后的電源電流:功率因數(shù)高于0. 9,總諧波畸變系數(shù)(THD) <5%,三相負(fù)載電流的不對(duì)稱系數(shù)<3%。
(5)可適用的運(yùn)行環(huán)境:室內(nèi);溫度-20~
55℃;相對(duì)濕度<90%。
2.2有源濾波器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
雙DSP芯片分別采用浮點(diǎn)芯片TMS320VC33和定點(diǎn)芯片TMS320LF2407,以下簡(jiǎn)稱為VC33和F2407。對(duì)VC33來(lái)講,其運(yùn)算能力很強(qiáng),主頻最高為75MHz,但片內(nèi)資源和對(duì)外I/O端口較少,邏輯處理能力也較弱,主要用于浮點(diǎn)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理;而F2407正好相反,其片外接口資源豐富,I/O端口使用方便,但其精度和速度有一定限制。所以用于數(shù)據(jù)采集和過(guò)程控制。
中央控制器由F2407實(shí)現(xiàn),主要用于①主電路電壓、電流的采集;②四象限變流器的控制;③無(wú)源補(bǔ)償控制指令的;④顯示、按鍵控制;⑤與上位機(jī)的通訊。兩個(gè)DSP芯片通過(guò)雙端口RAM完成數(shù)據(jù)交換。通過(guò)這兩個(gè)DSP芯片的互補(bǔ)結(jié)合,可充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn),使控制系統(tǒng)達(dá)到最佳組合。各相無(wú)源補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的控制及電流檢測(cè)由各自的控制器完成。各控制器通過(guò)光電隔離的RS-485通訊總線與F2407相連。
3.結(jié)論
3.1提出了一種新的電力系統(tǒng)諧波與無(wú)功功率的綜合動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式,對(duì)無(wú)功與諧波自動(dòng)補(bǔ)償裝置主電路和控制系統(tǒng)工作原理進(jìn)行了分析。
3.2由于電源系統(tǒng)的諧波對(duì)應(yīng)于一個(gè)連續(xù)的頻譜,投入有源濾波器可以大大改善濾波性能,并能抑制LC電路與電網(wǎng)之間的諧振。有源濾波器的控制系統(tǒng)采用了基于雙DSP結(jié)構(gòu)的全數(shù)字化控制平臺(tái)。論文參考。
3.3在此項(xiàng)目的實(shí)踐中,電力系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到0.9以上,完全符合此項(xiàng)目合同的技術(shù)性能指標(biāo)。同時(shí)使供電網(wǎng)的諧波得到了有效抑制。通過(guò)儀器檢測(cè)5次、7次等諧波電流幾乎為零值。
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