導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇單元電路論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：三端離線(xiàn)PWM開(kāi)關(guān)；正激變換器；高頻變壓器設(shè)計(jì)

引言

TOPSwitch是美國(guó)功率集成公司（PI）于20世紀(jì)90年代中期推出的新型高頻開(kāi)關(guān)電源芯片，是三端離線(xiàn)PWM開(kāi)關(guān)（ThreeterminalofflinePWMSwitch）的縮寫(xiě)。它將開(kāi)關(guān)電源中最重要的兩個(gè)部分——PWM控制集成電路和功率開(kāi)關(guān)管MOSFET集成在一塊芯片上，構(gòu)成PWM/MOSFET合二為一集成芯片，使外部電路簡(jiǎn)化，其工作頻率高達(dá)100kHz，交流輸入電壓85～265V，AC/DC轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90％。對(duì)200W以下的開(kāi)關(guān)電源，采用TOPSwitch作為主功率器件與其他電路相比，體積小、重量輕，自我保護(hù)功能齊全，從而降低了開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，是一種簡(jiǎn)捷的SMPS（SwitchModePowerSupply）設(shè)計(jì)方案。

TOPSwitch系列可在降壓型，升壓型，正激式和反激式等變換電路中使用。但是，在現(xiàn)有的參考文獻(xiàn)以及PI公司提供的設(shè)計(jì)手冊(cè)中，所介紹的都是用TOPSwitch制作單端反激式開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法。反激式變換器一般有兩種工作方式：完全能量轉(zhuǎn)換（電感電流不連續(xù)）和不完全能量轉(zhuǎn)換（電感電流連續(xù)）。這兩種工作方式的小信號(hào)傳遞函數(shù)是截然不同的，動(dòng)態(tài)分析時(shí)要做不同的處理。實(shí)際上當(dāng)變換器輸入電壓在一個(gè)較大范圍發(fā)生變化，和（或者）負(fù)載電流在較大范圍內(nèi)變化時(shí)，必然跨越兩種工作方式，因此，常要求反激式變換器在完全能量和不完全能量轉(zhuǎn)換方式下都能穩(wěn)定工作。但是，要求同一個(gè)電路能實(shí)現(xiàn)從一種工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N工作方式，在設(shè)計(jì)上是較為困難的。而且，作為單片開(kāi)關(guān)電源的核心部件高頻變壓器的設(shè)計(jì)，由于反激式變換器中的變壓器兼有儲(chǔ)能、限流、隔離的作用，在設(shè)計(jì)上要比正激式變換器中的高頻變壓器困難，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)很難掌握。筆者采用TOP225Y設(shè)計(jì)了一種單端正激式開(kāi)關(guān)電源電路，實(shí)驗(yàn)證明該電路是切實(shí)可行的。下面介紹其工作原理與設(shè)計(jì)方法，以供探討。

1TOPSwitch系列應(yīng)用于單端正激變換器中存在的問(wèn)題

TOPSwitch的交流輸入電壓范圍為85～265V，最大電壓應(yīng)力≤700V，這個(gè)耐壓值對(duì)于輸入最大直流電壓Vmax=265×1.4=371V是足夠的,但應(yīng)用在一般的單端正激變換器中卻存在問(wèn)題。

圖1是典型的單端正激變換器電路，設(shè)計(jì)時(shí)通常取NS=NP，Dmax<0.5（一般取0.4）,按正激變換器工作過(guò)程,TOPSwitch關(guān)斷期間，變壓器初級(jí)的勵(lì)磁能量通過(guò)NS，D1，E續(xù)流（泄放）。此時(shí)，TOPSwitch承受的最大電壓為

VDSmax≥2E=2Vmax=742V（1）

大于TOPSwitch所能承受的最大電壓應(yīng)力700V，所以，TOPSwitch不能在一般通用的正激變換器中使用。

2TOPSwitch在單端正激變換器中的應(yīng)用

由式（1）可知，TOPSwitch不能在典型單端正激變換器中應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題，是其在關(guān)斷期間所承受的電壓應(yīng)力超過(guò)了允許值，如果能降低關(guān)斷期間的電壓應(yīng)力，使它小于700V，則TOPSwitch仍可在單端正激變換器中應(yīng)用。

2.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理

本文提出的TOPSwitch的單端正激變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。它與典型的單端正激變換器電路結(jié)構(gòu)完全相同,只是變壓器的去磁繞組的匝數(shù)為初級(jí)繞組匝數(shù)的2倍,即NS=2NP。

TOPSwitch關(guān)斷時(shí)的等效電路如圖2所示。

若NS與NP是緊耦合，則，即

VNP=1/2VNS=1/2E（2）

VDSmax=VNP＋E=E=1.5×371

=556.5V<700V（3）

2.2最大工作占空比分析

按NP繞組每個(gè)開(kāi)關(guān)周期正負(fù)V·s平衡原理，有

VNPon(Dmax/T)=VNPoff[(1-Dmax)/T]（4）

式中：VNPon為T(mén)OPSwitch開(kāi)通時(shí)變壓器初級(jí)電壓，VNPon=E；

VNPoff為T(mén)OPSwitch關(guān)斷時(shí)變壓器初級(jí)電壓，VNPoff=（1/2）E。

解式（4）得

Dmax=1/3（5）

為保險(xiǎn)，取Dmax≤30％

2.3去磁繞組電流分析

改變了去磁繞組與初級(jí)繞組的匝比后，變壓器初級(jí)繞組仍應(yīng)該滿(mǎn)足A·s平衡，初級(jí)繞組最大勵(lì)磁電流為

im(t)|t=DmaxT=Ism=DmaxT=(E/Lm)DmaxT（6）

式中：Lm為初級(jí)繞組勵(lì)磁電感。

當(dāng)im(t)=Ism時(shí)，B=Bmax，H=Hmax，則去磁電流最大值為

Ism==(Hmaxlc/Ns)=1/2Ipm(7)

式中：lc為磁路長(zhǎng)度；

Ipm為初級(jí)電流的峰值。

根據(jù)圖2（b）去磁電流的波形可以得到去磁電流的平均值和去磁電流的有效值Is分別為

下面討論當(dāng)NP=NS，Dmax=0.5與NP=NS，Dmax=0.3時(shí)的去磁電流的平均值和有效值。設(shè)上述兩種情況下的Hmax或Bmax相等，即兩種情況下勵(lì)磁繞組的安匝數(shù)相等，則有

Im1NP1=Im2NP2（10）

式中：NP1為Dmax=0.5時(shí)的勵(lì)磁繞組匝數(shù)；

NP2為Dmax=0.3時(shí)的勵(lì)磁繞組匝數(shù)；

設(shè)Lm1及Lm2分別為Dmax=0.5和Dmax=0.3時(shí)的初級(jí)繞組勵(lì)磁電感，則有

Im1=E/Lm1×0.5T為Dmax=0.5時(shí)的初級(jí)勵(lì)磁電流；

Im2=E/Lm2×0.3T為Dmax=0.3時(shí)的初級(jí)勵(lì)磁電流。

由式（10）及Lm1，Lm2分別與NP12，NP22成正比，可得兩種情況下的勵(lì)磁繞組匝數(shù)之比為

(NP1)/(NP2)=0.5/0.3

及(Im1)/(Im2)=(Np2)/(Np1)=0.3/0.5(12)

當(dāng)NS1=NP1時(shí)和NS2=2NP2時(shí)去磁電流最大值分別為

Ism1=Im1=Im（13）

Ism2=Im2=(0.5/0.6)Im（14）

將式（10）～（14）有關(guān)參數(shù)代入式（8）～（9）可得到，當(dāng)Dmax=0.5時(shí)和Dmax=0.3時(shí)的去磁電流平均值及與有效值Is1及Is2分別為

Is1=1/4ImImIs1=0.408Im（Dmax=0.5）

Is2≈0.29ImIs2=0.483Im（Dmax=0.3）

從計(jì)算結(jié)果可知，采用NS=2NP設(shè)計(jì)的去磁繞組的電流平均值或有效值要大于NS=NP設(shè)計(jì)的去磁繞組的電流值。因此，在選擇去磁繞組的線(xiàn)徑時(shí)要注意。

3高頻變壓器設(shè)計(jì)

由于電路元件少,該電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是高頻變壓器,下面給出其設(shè)計(jì)方法。

3.1磁芯的選擇

按照輸出Vo=15V，Io=1.5A的要求，以及高頻變壓器考慮6％的余量，則輸出功率Po=1.06×15×1.5=23.85W。根據(jù)輸出功率選擇磁芯，實(shí)際選取能輸出25W功率的磁芯，根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)選用EI25，查表可得該磁芯的有效截面積Ae=0.42cm2。

3.2工作磁感應(yīng)強(qiáng)度ΔB的選擇

ΔB=0.5BS，BS為磁芯的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，由于鐵氧體的BS為0.2～0.3T，取ΔB=0.15T。

3.3初級(jí)繞組匝數(shù)NP的選取

選開(kāi)關(guān)頻率f=100kHz（T=10μs），按交流輸入電壓為最低值85V，Emin≈1.4×85V，Dmax=0.3計(jì)算則

取NP=53匝。

3.4去磁繞組匝數(shù)NS的選取

取NS=2NP=106匝。

3.5次級(jí)匝數(shù)NT的選取

輸出電壓要考慮整流二極管及繞組的壓降，設(shè)輸出電流為2A時(shí)的線(xiàn)路壓降為7％，則空載輸出電壓VO0≈16V。

取NT=24匝。

3.6偏置繞組匝數(shù)NB的選取

取偏置電壓為9V，根據(jù)變壓器次級(jí)伏匝數(shù)相等的原則，由16/24=9/NB，得NB=13.5,取NB=14匝。

3.7TOPSwitch電流額定值ICN的選取

平均輸入功率Pi==28.12W（假定η=0.8），在Dmax時(shí)的輸入功率應(yīng)為平均輸入功率，因此Pi=DmaxEminIC=0.3×85×1.4×IC=28.12，則IC=0.85A，為了可靠并考慮調(diào)整電感量時(shí)電流不可避免的失控，實(shí)際選擇的TOPSwitch電流額定值至少是兩倍于此值，即ICN>1.7A。所以，我們選擇ILIMIT=2A的TOP225Y。

4實(shí)驗(yàn)指標(biāo)及主要波形

輸入AC220V，頻率50Hz，輸出DCVo=15(1±1％)V，IO=1.5A，工作頻率100kHz，圖3及圖4是實(shí)驗(yàn)中的主要波形。

圖3中的1是開(kāi)關(guān)管漏源電壓VDS波形，2是輸入直流電壓E波形，由圖可知VDS=1.5E；圖4中的1是開(kāi)關(guān)管漏源電壓VDS波形，2是去磁繞組電流is波形，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析是完全吻合的。

篇2

關(guān)鍵詞：全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，教學(xué)改革，電子技術(shù)，本科

 

0.引言

作為全國(guó)最高規(guī)格的學(xué)生電子類(lèi)競(jìng)賽，全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽一直引導(dǎo)高校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中注重培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力、協(xié)作精神和理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)。[1]每一屆的競(jìng)賽都涌現(xiàn)出許多優(yōu)秀的、動(dòng)手能力強(qiáng)的電子人才，但另一方面，也暴露了現(xiàn)今高校電子類(lèi)本科教學(xué)的許多不足之處。

在全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，參賽的大多是每所高校最具動(dòng)手能力的學(xué)生。但從交作品的情況看，即便是優(yōu)秀學(xué)生，某些學(xué)生的電子設(shè)計(jì)水平還是明顯不足：有的學(xué)生拿不出一點(diǎn)成果，既沒(méi)有硬件電路，也沒(méi)有軟件程序，甚至沒(méi)有設(shè)計(jì)論文；有的參賽學(xué)生雖然把一些硬件電路板做出來(lái)了，卻因?yàn)槌绦蛘{(diào)試不通過(guò)，即使設(shè)計(jì)論文寫(xiě)得再好，也沒(méi)有達(dá)到題目的基本要求。而從這些學(xué)生的參賽過(guò)程，可以分析其在電子設(shè)計(jì)方面存在的主要問(wèn)題。

1.知識(shí)面窄

面對(duì)競(jìng)賽題目，方案選型、實(shí)際產(chǎn)品制作，學(xué)生表現(xiàn)出知識(shí)面非常狹窄，思維不夠活躍，不能夠提出多種設(shè)計(jì)方案來(lái)選擇。根本原因在于學(xué)生甚至個(gè)別教師，在教與學(xué)過(guò)程中都過(guò)于注重教科書(shū)的個(gè)別經(jīng)典案例，而對(duì)實(shí)際應(yīng)用、設(shè)計(jì)思路卻知之甚少，導(dǎo)致面對(duì)設(shè)計(jì)題目時(shí)不知所措。論文大全。

因此，電子專(zhuān)業(yè)教學(xué)中就要加入大量的關(guān)于電子設(shè)計(jì)、應(yīng)用的內(nèi)容。應(yīng)該在保證基礎(chǔ)知識(shí)的前提下，適當(dāng)剔除對(duì)實(shí)際應(yīng)用意義不大而偏重理論研究的內(nèi)容，將這些內(nèi)容留給考研學(xué)生或研究生學(xué)習(xí)。另外，集成技術(shù)和芯片封裝飛速發(fā)展，要求我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)基本原理、基本分析方法的同時(shí)，增加新器件和專(zhuān)用集成電路內(nèi)容，使基本原理和實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而著重分析由功能單元構(gòu)成的通用集成電路的應(yīng)用。因此，應(yīng)該根據(jù)社會(huì)的需求和電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的內(nèi)容增加介紹一些新集成電路和可編程器件等教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)，還可以組織開(kāi)展一些跟電子設(shè)計(jì)有關(guān)的選修課、講座以及技能訓(xùn)練活動(dòng)，以提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)水平、開(kāi)拓學(xué)生的專(zhuān)業(yè)視野。

2.實(shí)踐動(dòng)手能力較弱

部分學(xué)生雖然做過(guò)相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)，但制作實(shí)際產(chǎn)品時(shí)卻不知從何做起，基本的電子制作技能較差，不能做到布線(xiàn)規(guī)范、焊接牢固、懂得排除故障等等。若一個(gè)電子設(shè)計(jì)者不掌握這些技能，那么他不可能把自己的設(shè)計(jì)成果做成實(shí)物來(lái)調(diào)試，也就不能驗(yàn)證其設(shè)計(jì)的合理性。論文大全。因此，這些都是把電子產(chǎn)品付諸實(shí)際的基礎(chǔ)技能。而部分學(xué)生缺乏技能鍛煉，能力亟待提高。

要解決這個(gè)問(wèn)題，建議壓縮純理論的教學(xué)內(nèi)容，把時(shí)間留給學(xué)生多做實(shí)驗(yàn)、多做實(shí)習(xí)、多做電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，而且學(xué)生要有足夠的時(shí)間把這些實(shí)踐練習(xí)仔細(xì)做、重復(fù)做。譬如電子工藝實(shí)習(xí)時(shí)，制作電子產(chǎn)品的每一步驟都應(yīng)該讓學(xué)生操作：從電子元器件（包括貼片元件）的識(shí)別與檢測(cè)，到印制電路板的設(shè)計(jì)、制作，再到電子元器件的安裝、焊接（包括拆焊），整機(jī)調(diào)試、測(cè)試，最后寫(xiě)出總結(jié)報(bào)告。整個(gè)過(guò)程缺一不可，而且應(yīng)該在實(shí)習(xí)中安排若干件電子產(chǎn)品，讓學(xué)生通過(guò)這幾件產(chǎn)品把每個(gè)步驟都重復(fù)幾遍。只有這樣，學(xué)生才會(huì)練就制作電子產(chǎn)品的功底，在真正設(shè)計(jì)電路的時(shí)候，就會(huì)減少因?yàn)橹谱魃系氖д`而導(dǎo)致調(diào)試失敗、產(chǎn)品完成不了的機(jī)會(huì)。

3.綜合運(yùn)用知識(shí)能力差

一個(gè)電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，包括方案論證、器件選取、單元電路調(diào)試、電路圖的設(shè)計(jì)、電路板的制作、程序編寫(xiě)、調(diào)試及系統(tǒng)測(cè)試等內(nèi)容。這一方面要求設(shè)計(jì)者有很強(qiáng)的系統(tǒng)概念，對(duì)整個(gè)方案的選取有宏觀的把握；另一方面，又要求設(shè)計(jì)者對(duì)每個(gè)單元電路有相當(dāng)?shù)陌盐铡Ｔ陔娮酉到y(tǒng)的設(shè)計(jì)中，部分學(xué)生會(huì)因一個(gè)很小的細(xì)節(jié)問(wèn)題而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)最終失敗或開(kāi)發(fā)停滯不前。而另外一些學(xué)生，雖然對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都熟悉，但是多個(gè)知識(shí)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，多個(gè)模塊組合成一個(gè)系統(tǒng)的時(shí)候，駕馭能力明顯力不從心，綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力不強(qiáng)。論文大全。

學(xué)生出現(xiàn)此問(wèn)題，歸根結(jié)底是因?yàn)樗麄內(nèi)狈﹄娮釉O(shè)計(jì)的鍛煉。所以，可以改變以理論帶動(dòng)教學(xué)的傳統(tǒng)思維，嘗試以典型產(chǎn)品來(lái)帶動(dòng)電子技術(shù)理論課程的教學(xué)，能使理論與實(shí)踐結(jié)合，提高教學(xué)效果。譬如以電子時(shí)鐘作為主題，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)字集成電路芯片設(shè)計(jì)一款電子時(shí)鐘；當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生采用軟件和硬件相結(jié)合的思想重新設(shè)計(jì)一款電子時(shí)鐘，用與之前完全不同的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)同樣的功能；隨著課程的繼續(xù)，在基本的電子時(shí)鐘的基礎(chǔ)上逐步加入鬧鐘、整點(diǎn)報(bào)時(shí)、語(yǔ)音報(bào)時(shí)等等功能。用這種方法推廣到以多個(gè)典型產(chǎn)品來(lái)帶動(dòng)教學(xué)，學(xué)生就既能掌握到理論知識(shí)，又能掌握到設(shè)計(jì)技術(shù)，更對(duì)基本的電子產(chǎn)品爛熟于胸，這不止對(duì)其比賽，對(duì)其以后的工作或深造也是極為有利的。

4.眼高手低

全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽極能檢測(cè)學(xué)生的電子設(shè)計(jì)功底。若學(xué)生在課外不花大量時(shí)間浸在電子設(shè)計(jì)的世界中，很難鍛煉出設(shè)計(jì)實(shí)際產(chǎn)品的能力。很多學(xué)生在校學(xué)習(xí)過(guò)程中，老師布置的作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、小設(shè)計(jì)等都能很好地完成，考試也能高分通過(guò)，就覺(jué)得自己能自如地參與競(jìng)賽。但實(shí)際上，在有限的四天三夜的競(jìng)賽時(shí)間里，真正能踏踏實(shí)實(shí)做出實(shí)物，調(diào)試成功的卻鳳毛麟角。這反映出學(xué)生缺乏對(duì)自身能力的審視，眼高手低。

針對(duì)此情況，可以開(kāi)展校內(nèi)電子設(shè)計(jì)大賽，這樣既可形成學(xué)習(xí)氣氛，提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，讓學(xué)生有審視自身能力的機(jī)會(huì)，也可為學(xué)生提供施展才能的空間，為更多的優(yōu)秀學(xué)生脫穎而出創(chuàng)造條件，更能為全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽選拔優(yōu)秀學(xué)生。其次，建立電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練中心，定時(shí)開(kāi)展課外活動(dòng)，讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下根據(jù)自己的興趣，自己或組隊(duì)選題、設(shè)計(jì)，進(jìn)行電子制作，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作能力。

5.結(jié)束語(yǔ)

“重理論輕實(shí)踐”一直是高等教育中的問(wèn)題。[2]大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽再一次證實(shí)了問(wèn)題的存在，也正在促進(jìn)各大高校的教學(xué)改革。而教學(xué)改革又會(huì)提高競(jìng)賽的水平。競(jìng)賽與教改，必將互相要求、互相促進(jìn)，共同為培養(yǎng)優(yōu)秀的電子人才而持續(xù)發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]侯蕊,劉國(guó)通.電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽對(duì)高職實(shí)踐教學(xué)改革的啟發(fā)[J].中國(guó)電力教育,2009，（147:145-146

[2]鞏恩福,江興盟.從全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽談第二課堂與人才培養(yǎng)[J].電子制作,2008,1:7-9.

篇3

論文摘要：結(jié)合高職院校數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，以培養(yǎng)學(xué)生的電子設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力為目標(biāo)，對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究，提出了構(gòu)建實(shí)驗(yàn)課程體系、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍建設(shè)、完善實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制等措施，取得了良好的教學(xué)效果。

    隨著高職院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的深人，實(shí)驗(yàn)教學(xué)已成為高職院校教學(xué)工作的重要組成部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)已從過(guò)去單純的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)逐步深人到綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，從利用實(shí)驗(yàn)來(lái)加深對(duì)已學(xué)理論知識(shí)的理解，深人到將實(shí)驗(yàn)作為學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技術(shù)、新器件，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的重要目的仁‘〕。

1高職院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

    數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)是高職院校電子信息類(lèi)、機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)必修的實(shí)踐性技術(shù)基礎(chǔ)課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力具有重要的地位。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，并按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的實(shí)驗(yàn)步驟去完成實(shí)驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式禁錮了學(xué)生的創(chuàng)新思維，失去了“實(shí)驗(yàn)”真正的含義，培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生實(shí)踐技能差，無(wú)法達(dá)到高職教育人才培養(yǎng)的要求〔2)0

2開(kāi)設(shè)數(shù)字電路設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)采取的措施

通過(guò)多年來(lái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐，證明了開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)有利于鞏固課堂所學(xué)的理論知識(shí);有利于提高學(xué)生電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力[’]。2005年我校電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)中心)以“加強(qiáng)基礎(chǔ)訓(xùn)練，培養(yǎng)能力，注重創(chuàng)新”為指導(dǎo)思想，在面向各類(lèi)專(zhuān)業(yè)的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，開(kāi)設(shè)了以學(xué)生為主、教師為輔的數(shù)字電路設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果。

2. 1構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系

    數(shù)字電路設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是一種較高層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是結(jié)合數(shù)字電路課程和其它學(xué)科知識(shí)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力的有效途徑，具有綜合性、創(chuàng)新性及探索性[[4]。數(shù)字電路設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生根據(jù)教師給定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)和實(shí)驗(yàn)條件，自行查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)方案、電路安裝等，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過(guò)程，如圖1所示。

    為了提高學(xué)生的電子設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力，中心根據(jù)高職教育教學(xué)特點(diǎn)與規(guī)律，構(gòu)建了基礎(chǔ)型、提高型、創(chuàng)新型三個(gè)遞進(jìn)層次的數(shù)字電路設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課程體系。三個(gè)實(shí)訓(xùn)模塊的內(nèi)容堅(jiān)持以“加強(qiáng)基礎(chǔ)型設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的電子設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新意識(shí)”為主線(xiàn)，由單元電路設(shè)計(jì)到系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)，循序漸進(jìn)，三年不斷線(xiàn)，為不同基礎(chǔ)、不同層次的學(xué)生逐步提高電子設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力的空間，如圖2所示。

基礎(chǔ)型設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是課程中所安排的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在完成了驗(yàn)證性、綜合性實(shí)驗(yàn)以后，具有了一定的實(shí)驗(yàn)技能，結(jié)合數(shù)字電路的基本原理設(shè)計(jì)一些比較簡(jiǎn)單的單元電路，學(xué)生按照教師給出的實(shí)驗(yàn)要求根據(jù)實(shí)驗(yàn)室所擁有的儀器設(shè)備、元器件，從實(shí)驗(yàn)原理來(lái)確定實(shí)驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路等，且在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。如表1所示。這一階段主要是讓學(xué)生熟悉門(mén)電路邏輯功能及應(yīng)用，掌握組合邏輯電路、時(shí)序電路的設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)意識(shí)、查閱文獻(xiàn)等能力。

    提高型設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對(duì)高職院校來(lái)說(shuō)，可認(rèn)為是數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)。它體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)綜合知識(shí)的掌握和運(yùn)用，課題內(nèi)容是運(yùn)用多門(mén)課程的知識(shí)及實(shí)驗(yàn)技能來(lái)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的系統(tǒng)電路，如表2所示。整個(gè)教學(xué)過(guò)程可分10單元，每個(gè)單元為4學(xué)時(shí)，每小組為一個(gè)課題。學(xué)生根據(jù)教師提供的設(shè)計(jì)題目確定課題，查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)電路、電路仿真、電路安裝調(diào)試、撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告等，完成從電路設(shè)計(jì)到制作、成品的全部實(shí)踐過(guò)程。通過(guò)這一階段的訓(xùn)練，學(xué)生的軟硬件設(shè)計(jì)能力進(jìn)一步提高，報(bào)告撰寫(xiě)趨于成熟，善于接受新器件，團(tuán)隊(duì)協(xié)作趨于成熟。

    創(chuàng)新型設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)主要為理論基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、實(shí)驗(yàn)技能熟練的優(yōu)秀學(xué)生選做，為“開(kāi)放式”教學(xué)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是結(jié)合專(zhuān)業(yè)的科研項(xiàng)目、工程實(shí)際及全國(guó)或省級(jí)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的課題。通過(guò)創(chuàng)新型設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化學(xué)生電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，充分發(fā)揮學(xué)生的潛能，全面提高學(xué)生的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力，為參加大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

   數(shù)字電路設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課程體系將數(shù)字電路基本原理、模擬電路、eda技術(shù)等多門(mén)課程知識(shí)點(diǎn)融合在一起，從單元電路設(shè)計(jì)到系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)，深化了“系統(tǒng)”概念的意識(shí)。在每一輪設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行總結(jié)，開(kāi)展學(xué)生問(wèn)卷調(diào)查，對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法、手段等進(jìn)行全面評(píng)估，從而了解設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)教師鼓勵(lì)學(xué)生從不同角度去分析，大膽創(chuàng)新，設(shè)計(jì)不同的方案。

2. 2加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的建設(shè)

    近年來(lái)，中心依托省級(jí)精品課程“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”、省級(jí)應(yīng)用電子技術(shù)精品專(zhuān)業(yè)建設(shè)，合理規(guī)劃，制定了實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍培養(yǎng)計(jì)劃;專(zhuān)業(yè)教師定期到企業(yè)培訓(xùn);專(zhuān)職實(shí)驗(yàn)教師參加實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研討和對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)的培訓(xùn);同時(shí)制定優(yōu)惠政策，吸引企業(yè)中具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程師、技師到實(shí)訓(xùn)基地?fù)?dān)任實(shí)驗(yàn)教師tb}，形成一支能培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才、能跟蹤電子信息技術(shù)發(fā)展、勇于創(chuàng)新并積極承擔(dān)教學(xué)改革項(xiàng)目的專(zhuān)兼職結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的整體優(yōu)化。

2. 3開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室

    為了保證設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效實(shí)施，中心實(shí)行時(shí)間和內(nèi)容兩方面開(kāi)放的教學(xué)方法。學(xué)生除了要完成教學(xué)計(jì)劃內(nèi)指定實(shí)驗(yàn)外，還可以根據(jù)自己的專(zhuān)業(yè)和興趣，選擇規(guī)定以外的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。為了提高設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果，學(xué)校制定了系列激勵(lì)政策，調(diào)動(dòng)了實(shí)驗(yàn)教師及學(xué)生的積極性。

2. 4建設(shè)創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室

    為了培養(yǎng)學(xué)生的電子設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力，給優(yōu)秀學(xué)生營(yíng)造良好的自主學(xué)習(xí)環(huán)境，提供展現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的舞臺(tái)，中心先后投人了30多萬(wàn)元，更新了實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，建設(shè)了一個(gè)軟件環(huán)境優(yōu)良、硬件條件先進(jìn)的創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室。該實(shí)訓(xùn)室配置了計(jì)算機(jī)、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、頻率計(jì)、掃頻儀、數(shù)字存儲(chǔ)示波器、單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、打孔機(jī)、制版機(jī)等儀器設(shè)備〔7〕。

2. 5完善實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制

    對(duì)于數(shù)字電路設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的考核，不能僅靠一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告或作品來(lái)評(píng)定成績(jī)，要關(guān)注設(shè)計(jì)方案的可行性、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生的操作能力、創(chuàng)新能力等方面。如以100分計(jì)，分別從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案(20分)、實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施和完善(40分)、設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性(20分)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告或論文、成品(20分)幾個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)評(píng)定學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)。為了激勵(lì)優(yōu)秀學(xué)生，激發(fā)創(chuàng)新欲望，中心建立了“創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)優(yōu)秀論文、作品評(píng)獎(jiǎng)制度”，對(duì)經(jīng)專(zhuān)業(yè)教師評(píng)審選出的優(yōu)秀論文、創(chuàng)新作品的學(xué)生給予表彰、獎(jiǎng)勵(lì)。

篇4

關(guān)鍵詞：雷達(dá)整車(chē)智能配電 顯控管理模塊 CAN總線(xiàn)通信 觸屏 液晶顯示

中圖分類(lèi)號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）12-0001-02

1 引言

隨著雷達(dá)整車(chē)系統(tǒng)對(duì)后級(jí)設(shè)備用電狀況的信息越來(lái)越重視，對(duì)安全性和智能化管理的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的配電已經(jīng)不能滿(mǎn)足雷達(dá)整車(chē)操作的需求。為此，一套能夠綜合采集、監(jiān)控、保護(hù)及顯示各級(jí)配電設(shè)備信息的智能化、模塊化的配電系統(tǒng)，能夠極大程度的提高生產(chǎn)、調(diào)試、維修的效率，也給用戶(hù)對(duì)雷達(dá)整車(chē)系統(tǒng)的供電管理帶來(lái)全新的體驗(yàn)。

顯控管理模塊作為雷達(dá)整車(chē)智能配電系統(tǒng)的重要組成部分，主要采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、信息處理、通信及觸摸液晶屏顯示等技術(shù)，完成對(duì)配電網(wǎng)和負(fù)載的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視、管理和控制，是整車(chē)配電系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和管理中心。

2 整體設(shè)計(jì)

整個(gè)配電系統(tǒng)是基于模塊化的設(shè)計(jì)思路，顯控管理模塊作為系統(tǒng)的核心管理控制模塊，主要通過(guò)CAN總線(xiàn)對(duì)內(nèi)部執(zhí)行模塊進(jìn)行通信、從而實(shí)現(xiàn)控制、配電數(shù)據(jù)的采集與實(shí)時(shí)顯示。顯控模塊原理框圖如圖1所示，顯控模塊包括了基于ARM內(nèi)核的高性能單片機(jī)、通信單元、電源轉(zhuǎn)換單元、按鍵控制單元以及液晶顯示單元。

3 單元設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)介紹

顯控模塊的單片機(jī)采用的是基于ARM內(nèi)核的STM32F407ZGT6芯片，工作頻率可以達(dá)到168MHz。該芯片使用廣泛，接口齊全，它最多有140個(gè)I/O口，3路12位A/D轉(zhuǎn)換器，2路12位D/A轉(zhuǎn)換器等，通信接口有2路CAN控制器，3路SPI串口，2路I2C，2路UART等，完全滿(mǎn)足了本設(shè)計(jì)的要求。

3.2 通信單元

顯控模塊的通信單元主要包括對(duì)內(nèi)通信和對(duì)外通信。對(duì)外通信使用以太網(wǎng)或CAN通訊方式，將配電數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)。對(duì)內(nèi)通訊采用CAN總線(xiàn)方式進(jìn)行連接組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)執(zhí)行模塊的控制與管理。

網(wǎng)口電路采用ARM內(nèi)部MAC控制器結(jié)合以太網(wǎng)PHY控制器（DP83848IVV），通過(guò)RMII連接模式，經(jīng)隔離變壓器（H1102NL）輸入輸出，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)口通信。CAN接口采用ARM內(nèi)部?jī)陕稢AN控制器，結(jié)合隔離CAN總線(xiàn)收發(fā)器（ADM3053BRZ），構(gòu)成雙CAN通訊網(wǎng)絡(luò)。

3.3 電源轉(zhuǎn)換單元

電源轉(zhuǎn)換單元采用MINMAX公司DC/DC模塊MCWI05-24S05。先將輸入24V電源轉(zhuǎn)換成5V，然后再使用78D33三端穩(wěn)壓器，轉(zhuǎn)換成芯片所需要的3.3V。電路圖如圖2所示。

MCWI系列DC/DC模塊采用SIP-8封裝，具有小體積（21.8*9.3mm），較高的輸出效率（83%），且具有4：1寬輸入特性，輸入電壓范圍在9V～36V，輸出功率為5W。

3.4 按鍵控制單元

為了實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的本控加電操作，顯控管理模塊預(yù)留了16路本控非持續(xù)動(dòng)作型按鍵，可以對(duì)16個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行加斷電操作。此外，上位機(jī)同樣有按鍵電平控制信號(hào)，對(duì)執(zhí)行模塊進(jìn)行邏輯控制。

按鍵電路采用光耦隔離方式，可以有效的隔離按鍵供電對(duì)單片機(jī)控制電路的影響。電路圖如圖3所示。

3.5 液晶顯示單元

液晶顯示單元選擇了英碩自動(dòng)化公司的EPP320-0571-35觸摸液晶屏幕。該屏幕不僅僅是一款顯示器，它相當(dāng)于一個(gè)小型的嵌入式顯示終端，可以執(zhí)行所有控制器上能運(yùn)行的軟件組件?？梢酝ㄟ^(guò)Automation Studio編程工具進(jìn)行編程。

該液晶終端外置了串口、網(wǎng)口、USB等通訊接口，便于開(kāi)發(fā)和調(diào)試，從硬件資源上已經(jīng)可以完全滿(mǎn)足項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，同時(shí)其顯示系統(tǒng)比較清晰，5.7寸的顯示屏，分辨率達(dá)到了QVGA級(jí)，用戶(hù)的使用體驗(yàn)優(yōu)于一般市面上的液晶屏。此外，軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境Automation Studio功能強(qiáng)大，使用戶(hù)可以較為簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)出友好的操作界面，其多任務(wù)的操作系統(tǒng)Automation Runtime設(shè)計(jì)思路和豐富的底層庫(kù)函數(shù)使用戶(hù)可以寫(xiě)出健壯的控制顯示程序。

4 軟件設(shè)計(jì)

顯控模塊主要包含2個(gè)部分的軟件設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹瑱C(jī)軟件設(shè)計(jì)和液晶顯示器的軟件設(shè)計(jì)。

4.1 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)主要是利用MDK-ARMKeilv4.7開(kāi)發(fā)軟件對(duì)STM32F407進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。

顯控模塊的單片機(jī)程序包含兩個(gè)部分：主程序（main）和中斷服務(wù)程序（ISR）。系統(tǒng)的主程序簡(jiǎn)單，主要完成了一些外設(shè)的初始化和TIM等設(shè)備中斷的初始化，其中UART通訊速率設(shè)定為115200bit/s，CAN通訊速率設(shè)定為500kbit/s。系統(tǒng)的中斷服務(wù)程序由三級(jí)中斷嵌套而成，分別為定時(shí)器中斷級(jí)別第三（最低），UART接收中斷級(jí)別第二，用于液晶模塊的通信，CAN接收中斷級(jí)別第一（最高），用于內(nèi)部CAN總線(xiàn)通信。

ISR中的定時(shí)器中斷服務(wù)周期為100ms，所有其他功能函數(shù)以及其他中斷服務(wù)函數(shù)均必須在這100ms內(nèi)完成。選擇該設(shè)計(jì)方式主要為了達(dá)到兩個(gè)目的：其一是以100ms為控制周期的主要目的是在用戶(hù)最快反應(yīng)周期（0.1s）內(nèi)完成對(duì)液晶模塊內(nèi)容的更新，使得液晶模塊能夠?qū)崟r(shí)顯示所有子設(shè)備的運(yùn)行信息，提高用戶(hù)體驗(yàn)和使用感受；其二是該設(shè)計(jì)方式可以確定系統(tǒng)對(duì)外部事件的響應(yīng)速度，對(duì)配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性得到一定控制和預(yù)測(cè)。

定時(shí)器中斷服務(wù)函數(shù)主要完成了對(duì)液晶模塊的發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的CRC-16校驗(yàn)、對(duì)按鍵的防抖掃描、對(duì)液晶模塊操作指令和按鍵操作指令的綜合判斷和信息同步、對(duì)CAN總線(xiàn)上從設(shè)備的控制指令發(fā)送和設(shè)備周期輪詢(xún)，其函數(shù)流程圖如圖4所示。

4.2 液晶模塊軟件設(shè)計(jì)

液晶模塊的軟件設(shè)計(jì)主要是利用Automation Studio軟件對(duì)EPP320屏幕進(jìn)行編程，編程包括界面的設(shè)計(jì)和后臺(tái)程序的編寫(xiě)。在Automation Studio中設(shè)計(jì)界面非常簡(jiǎn)單，軟件內(nèi)部已經(jīng)提供了大量的顯示對(duì)象供用戶(hù)使用，大多數(shù)的顯示對(duì)象提供了特定唯一的控制變量，通過(guò)后臺(tái)的變量聲明和捆綁環(huán)節(jié)，用戶(hù)可以通過(guò)更改控制變量來(lái)更改顯示對(duì)象的效果。軟件設(shè)計(jì)的界面如圖5、圖6所示。圖5為智能配電平臺(tái)的總界面，可以顯示后級(jí)設(shè)備的工作狀態(tài)信息，圖6是其中一個(gè)設(shè)備的詳細(xì)頁(yè)面，在詳細(xì)頁(yè)面內(nèi)會(huì)具體的顯示該設(shè)備的運(yùn)行信息，例如電壓、電流、溫度等，并可以人為的復(fù)位或更改其內(nèi)部保護(hù)門(mén)限參數(shù)。

5 實(shí)物展示（圖7）

6 結(jié)語(yǔ)

該顯控模塊已經(jīng)完成調(diào)試，并已安裝于雷達(dá)整車(chē)智能配電系統(tǒng)之中。全系統(tǒng)已經(jīng)順利通過(guò)項(xiàng)目實(shí)測(cè)驗(yàn)收，在功能上，穩(wěn)定性上，操作性上都滿(mǎn)足項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]李飛飛.基于ARM的模塊化配電變壓器監(jiān)測(cè)終點(diǎn)研制[D].天津大學(xué)碩士學(xué)位文，2012.

篇5

關(guān)鍵詞：過(guò)程控制系統(tǒng)，液位，測(cè)量原理，控制方式，測(cè)量設(shè)備

 

1 前言

德國(guó)FESTO公司研制的“PCS” 即“過(guò)程控制系統(tǒng)”，是一套集目前工業(yè)控制中較為典型的控制系統(tǒng)（液位控制、流量控制、壓力控制、溫度控制）于一體的實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖1.1）。實(shí)驗(yàn)裝置由四個(gè)操作站和一個(gè)中間調(diào)度站組成，分別實(shí)現(xiàn)四種典型環(huán)節(jié)（液位、流量、壓力、溫度）的檢測(cè)與控制。每站由相應(yīng)的檢測(cè)傳感器、控制器和電動(dòng)執(zhí)行器構(gòu)成?？刂破饔芍醒胩幚韱卧?、信號(hào)處理單元和驅(qū)動(dòng)電路等組成，可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)、閉環(huán) PID算法控制開(kāi)度閥（比例閥）動(dòng)作和直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。各站之間通過(guò)管道及開(kāi)關(guān)閥（電磁閥）連接，由中間站的PLC控制開(kāi)關(guān)閥導(dǎo)通，可形成耦合系統(tǒng)。

2 液位系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本文中的液位系統(tǒng)如圖1所示。

圖1液位系統(tǒng)

液位控制系統(tǒng)是FESTO四個(gè)獨(dú)立站中的一站，包括一高一低兩個(gè)容器（通過(guò)中間連接管道上手動(dòng)閥的開(kāi)閉控制其通斷）、超聲波液傳感器、直流電機(jī)、直流電機(jī)調(diào)速器；以及四個(gè)系統(tǒng)都包含的向中間調(diào)度站PLC傳送開(kāi)關(guān)量的電容接近傳感器，和PLC控制的電磁開(kāi)度閥。

3 相關(guān)測(cè)量原理

液位測(cè)量是料位測(cè)量的一類(lèi)。許多生產(chǎn)過(guò)程都要求監(jiān)視工藝流程中各種容器內(nèi)的物料貯量和控制容器進(jìn)出料量的平衡。免費(fèi)論文。為此目的所需要的信號(hào)當(dāng)前主要通過(guò)測(cè)量容器中的物料表面位置得到。[1]

料位包括液位和固體顆粒的料位，本文采用的料位測(cè)量方法是超聲波式，利用超聲波在一定狀態(tài)介質(zhì)中的傳播具有一定速度這一特性，當(dāng)聲源與料位的距離變化時(shí)，回聲的時(shí)間（從發(fā)射到接收超聲波的時(shí)間間隔）也要改變，這是非接觸式測(cè)量，可用于液位和固體顆粒料位測(cè)量。

4測(cè)量設(shè)備

超聲波液位傳感器

它是基于聲波的產(chǎn)生和在物體上的反射探測(cè)原理。正常情況下，大氣作為了超聲波的載體。聲發(fā)生器在短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)，發(fā)射出超聲脈沖，人耳無(wú)法聽(tīng)到。隨著超聲脈沖的發(fā)射，超聲波被固定的物體所反射，并返回給接收器。超聲脈沖的持續(xù)時(shí)間可用電子方法評(píng)估。在一個(gè)固定的范圍內(nèi)，在超聲脈沖信號(hào)持續(xù)時(shí)間，輸出信號(hào)是成比例的。

電機(jī)/泵：

不帶調(diào)速，只起攪和作用；

離心泵適合于冷水或加熱水的再循環(huán)；泵不能干燥的使用，也不能用海水或受污染的液體。

（3）電容接近傳感器：

電容接近傳感器的工作原理是基于RC諧振電路中電容器的電容變化來(lái)估算的。當(dāng)有物體接近傳感器時(shí)，電容增加。這導(dǎo)致了RC電路振蕩作用的變化。LED的黃色發(fā)光二極管指示切換狀態(tài)。電容的變化很大程度上依靠距離，和各自材質(zhì)的尺寸以及介電常數(shù)【3】。

（4）電機(jī)調(diào)速器：

通過(guò)改變輸入電壓來(lái)改變泵的轉(zhuǎn)速，輸入-10V――+10V，輸出-24V――+24V 【4】。

5 控制方式

過(guò)程控制系統(tǒng)按照控制方式的不同分為開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制，單回路控制、串級(jí)控制、比值控制等多種方式【2】。免費(fèi)論文。本液位控制系統(tǒng)采用閉環(huán)單回路控制方式，如圖2所示。

篇6

關(guān)鍵詞：FPGA CPCI 高速通信 電路設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）04-0091-03

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集處理領(lǐng)域里，隨著數(shù)據(jù)量和對(duì)環(huán)境要求苛刻性的不斷增加，對(duì)于數(shù)據(jù)采集處理平臺(tái)的要求也不斷提高。將CPCI架構(gòu)應(yīng)用到數(shù)據(jù)采集處理平臺(tái)，其本身所具有的通用性、熱插拔、可擴(kuò)展性、高可靠性等特性非常適合數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。為了提高數(shù)據(jù)采集和處理效率，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以FPGA為處理核心，加上高性能的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)現(xiàn)各種信號(hào)的實(shí)時(shí)采集處理。這種采用FPGA+CPCI總線(xiàn)混用的硬件系統(tǒng)把幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合到一起，既兼顧了速度和靈活性，又滿(mǎn)足了底層數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步采集和高層數(shù)據(jù)狹速運(yùn)算的要求。

本文重點(diǎn)介紹基于FPGA和CPCI的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)硬件框圖

高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件原理框圖1所示。

由上圖可知，高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由以下電路組成：多路開(kāi)關(guān)控制電路、模擬信號(hào)調(diào)理電路、FPGA控制電路、存儲(chǔ)電路、CPCI轉(zhuǎn)換接口。

2 具體的硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 多路通道選擇電路設(shè)計(jì)

集成多路模擬開(kāi)關(guān)芯片是程控增益放大等常用器件，其性能的好壞對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)有著重要的影響。

在這里我們從經(jīng)濟(jì)和性能角度出發(fā)，選擇ADI公司的ADG508。ADG508為單芯片CMOS模擬多路復(fù)用器。ADG508根據(jù)3位二進(jìn)制地址線(xiàn)A0、A1和A2所確定的地址，將8路差分輸入之一切換至公共差分輸出。所有器件均提供EN輸入，用來(lái)使能或禁用器件。禁用時(shí)，所有通道均關(guān)斷[1]。

ADG508均采用增強(qiáng)型LC2MOS 工藝設(shè)計(jì)，適合高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和音頻信號(hào)開(kāi)關(guān)應(yīng)用。接通時(shí)，各通道在兩個(gè)方向的導(dǎo)電性能相同，輸入信號(hào)范圍可擴(kuò)展至電源電壓范圍。在斷開(kāi)條件下，達(dá)到電源電壓的信號(hào)電平被阻止。所有通道均采用先開(kāi)后合式開(kāi)關(guān)，防止開(kāi)關(guān)通道時(shí)發(fā)生瞬時(shí)短路。設(shè)計(jì)本身具有低電荷注入特性，當(dāng)切換數(shù)字輸入時(shí)，可實(shí)現(xiàn)最小的瞬變。

本設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)8路差分工作模式，多路開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)如圖2所示[2]。

如上圖所示，八路通道號(hào)與外部模擬量相接，通道選擇A0～A2和使能端EN與FPGA連接，通過(guò)FPGA可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多路復(fù)用器進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制和通道選擇。

2.2 A/D電路設(shè)計(jì)

AD轉(zhuǎn)化主要分為兩個(gè)步驟：先實(shí)現(xiàn)連續(xù)時(shí)間信號(hào)離散化，這需要對(duì)連續(xù)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行采樣，隨后完成量化。

通常模擬信號(hào)通過(guò)50歐電阻傳輸，為了避免阻抗不匹配，在這里引入一個(gè)50歐匹配電阻，減少信號(hào)反射、振鈴等問(wèn)題，盡量保證信號(hào)無(wú)損失無(wú)失真地進(jìn)入系統(tǒng)。

為了提高AD芯片的接收性能，抑制由電源和地引入的共模寄生噪聲。這里采用單端轉(zhuǎn)差分電路，較少軌道塌陷和電磁干擾。具體電路設(shè)計(jì)如圖3所示[3]。

為了得到芯片最有性能，AD采樣需要提供高質(zhì)量低相位噪聲的時(shí)鐘信號(hào)，這里采用時(shí)鐘芯片來(lái)直接產(chǎn)生。

2.3 存儲(chǔ)部分

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)模塊用來(lái)對(duì) AD6645采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)及讀取。為了保證FPGA 控制核心與工控機(jī)通信一次性讀取大量數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)中用到了兩片外部 SRAM（KM681000BLP），其中一片用來(lái)對(duì)采集過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，另一片用來(lái)讀取存儲(chǔ)在SRAM中的采集數(shù)據(jù)，以便與工控機(jī)進(jìn)行通信[4]。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，兩片SRAM輪流進(jìn)行讀寫(xiě)操作，這將大大提高并口通信速度及數(shù)據(jù)吞吐量。FPGA控制核心與KM681000BLP接口原理圖如圖4所示。圖中Data0-Data7為雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn)；We為存儲(chǔ)器寫(xiě)信號(hào)，低有效，高無(wú)效；Oe為存儲(chǔ)器讀信號(hào)，低有效，高無(wú)效；Cs為片選，低有效，高無(wú)效。

本系統(tǒng)對(duì)兩片SRAM（SRAM1、SRAM2）輪流進(jìn)行讀寫(xiě)是通過(guò)乒乓傳輸結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該結(jié)構(gòu)可以保證該系統(tǒng)通道采樣和數(shù)據(jù)傳輸連續(xù)進(jìn)行。乒乓傳輸控制原理如圖5所示[5]。

乒乓傳輸控制原理：輸入數(shù)據(jù)流通過(guò)“輸入數(shù)據(jù)流選擇單元”，等時(shí)地將數(shù)據(jù)流分配到SRAM1、SRAM2中。在第1個(gè)緩沖周期，將輸入的數(shù)據(jù)流緩存到SRAM1[6]。在第2個(gè)緩沖周期，通過(guò)“輸入數(shù)據(jù)流選擇單元”的切換，將輸入的數(shù)據(jù)流緩存到SRAM2，與此同時(shí)，將SRAM1緩存的第1個(gè)周期的數(shù)據(jù)通過(guò)“輸出數(shù)據(jù)流選擇單元”的選擇，送到“數(shù)據(jù)流運(yùn)算處理模塊”被運(yùn)算處理。在第3個(gè)緩沖周期，通過(guò)“輸入數(shù)據(jù)流選擇單元”的再次切換，將輸入的數(shù)據(jù)流緩存到SRAM1，與此同時(shí)，將SRAM2緩存的第2個(gè)周期的數(shù)據(jù)通過(guò)“輸出數(shù)據(jù)流選擇單元”的切換，送到“數(shù)據(jù)流運(yùn)算處理模塊”被運(yùn)算處理。如此循環(huán)，周而復(fù)始。

2.4 CPCI接口部分

本設(shè)計(jì)主控FPGA芯片是采用CPCI總線(xiàn)接口形式，我們采用PLX公司的PC工9045芯片實(shí)現(xiàn)FPGA與CPCI總線(xiàn)接口的無(wú)縫連接[7]。

2.4.1 基于FPGA的PCI總線(xiàn)設(shè)計(jì)分析

整個(gè)CPCI接口設(shè)計(jì)的思路為：FPGA通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片PCI9054，跟CPCI總線(xiàn)進(jìn)行連接。FPGA內(nèi)部采取異步雙口RAM來(lái)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)緩沖。通過(guò)verilog HDL控制FPGA異步雙口RAM，從而實(shí)現(xiàn)嵌入式CPU與CPCI板卡之間的高速傳輸。

PCI9054協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片的Local總線(xiàn)模式有三種，分別為M，J和C模式，本設(shè)計(jì)選用C模式工作方式 。

在這種工作模式下，9054芯片通過(guò)片間邏輯控制，將PCI的地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)分開(kāi)，很方便地為本地工作時(shí)序提供各種高難工作方式，一般較為廣泛的應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。對(duì)于這種工作方式，設(shè)計(jì)者只要嚴(yán)格的把握時(shí)序的控制，把local端和PCI端的各種時(shí)序控制線(xiàn)的時(shí)序過(guò)程嚴(yán)格控制，就可以很好的應(yīng)用9054芯片。

在C模式下，PCI9054協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片通過(guò)片內(nèi)的邏輯控制單元將CPCI數(shù)據(jù)總線(xiàn)和局部地址進(jìn)行分開(kāi)。這種方式可以靈活為FPGA，CPU等處理單元提供各種獨(dú)立的工作方式，從而有效地降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的難度。

2.4.2 基于FPGA的PCI總線(xiàn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

PCI9054協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片支持DMA傳輸方式，主方式和從方式。DMA傳輸方式的數(shù)據(jù)要快很多，對(duì)于FPGA控制來(lái)說(shuō)從模式方式，更利于FPGA控制。從模式傳輸方式的設(shè)置可以使CPCI總線(xiàn)上的其它主設(shè)備方便地訪(fǎng)問(wèn)PCI9054局部總線(xiàn)上的配置芯片和內(nèi)存。具體的傳輸示意圖如圖6所示。

2.5 電源設(shè)計(jì)

在本次設(shè)計(jì)中，基于PCI的數(shù)據(jù)采集卡上的所有芯片都采用3.3V電源供電。但考慮到目前大部分PC機(jī)系統(tǒng)中只有SV的PCI插槽的現(xiàn)狀，我們將PCI適配卡引腳組合設(shè)計(jì)為SV型，并利用電壓轉(zhuǎn)換電路將主機(jī)板提供的5V電源換為3.3V電源（本次設(shè)計(jì)中我們使用的LT1587），這樣既達(dá)到了低功耗的目的，又實(shí)現(xiàn)了SV信號(hào)環(huán)境兼容。而在設(shè)計(jì)基于CPCI的數(shù)據(jù)采集卡時(shí)，也采用了同樣的處理方法。電壓轉(zhuǎn)換電路如圖7所示。

2.6 時(shí)鐘設(shè)計(jì)

時(shí)鐘電路框圖如圖8所示。時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)中，MC100LVEP完成了主要的時(shí)鐘產(chǎn)生功能，它的特點(diǎn)就是能同時(shí)接收兩路差分時(shí)鐘的輸入，通過(guò)CLKSEL的高低電平信號(hào)控制來(lái)選擇使用哪一路時(shí)鐘；同時(shí)還在于它的多路差分時(shí)鐘輸出，共計(jì)10路，低抖動(dòng)，低時(shí)鐘偏差，完全符合本文設(shè)計(jì)的需要。

參考文獻(xiàn)

[1]夏成海.基于Linux的嵌入式無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：[碩士學(xué)位論文].北京郵電大學(xué)，2011.

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[3]陳立新，梁明.基于ARM和Linux的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以其在電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用.環(huán)境技術(shù)，2010：03.

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[5]劉劍.基于PCI Express 和 DDRⅡ SDRAM 的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研制：[碩士學(xué)位論文].南京信息工程大學(xué)，2009：5-1.

篇7

【關(guān)鍵詞】 醫(yī)療設(shè)備 故障 維修 保養(yǎng)

1 醫(yī)療設(shè)備所具有的特性以及對(duì)維修人員的一些要求

1.1 醫(yī)療設(shè)備的特殊性

（1）醫(yī)療設(shè)備是當(dāng)今高科技的代表，集合了是多種學(xué)科的尖端技術(shù)，許許多多的新發(fā)明最先均是用于醫(yī)療以及軍事。例如醫(yī)療設(shè)備中的代表CT，它就是對(duì)X線(xiàn)進(jìn)行了完美的利用，并且糅合了影像、計(jì)算機(jī)以及電子信息等多種技術(shù)，像MR則是計(jì)算機(jī)與電磁學(xué)的結(jié)合，LA是結(jié)合了計(jì)算機(jī)與軍事中的微波技術(shù)?；旧纤械脑O(shè)備都可以看到計(jì)算機(jī)技術(shù)的身影。

（2）現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備的特點(diǎn)可以說(shuō)是更新周期快而且種類(lèi)多樣化?，F(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備的種類(lèi)應(yīng)有盡有，基本上機(jī)體的每個(gè)器官均有相應(yīng)的檢測(cè)儀器，而且隨著科技的進(jìn)步，其越來(lái)越趨于微型化但是功能卻越來(lái)越強(qiáng)大。例如，CT自問(wèn)世以來(lái)其發(fā)展可以用日新月異來(lái)形容。第一代單層CT設(shè)備通常需要十幾秒的掃描時(shí)間并且掃描一個(gè)部位則要十幾分鐘，而如今的多排CT設(shè)備對(duì)一個(gè)部位的掃描快的話(huà)只要幾秒鐘。

1.2 醫(yī)療設(shè)備維修人員所必備的條件

（1）因?yàn)獒t(yī)療設(shè)備自身的特殊性，而且其在醫(yī)院診療工作中又起著舉足輕重的作用，所以其性能的好壞將對(duì)診療效果存在著莫大的影響。怎樣將設(shè)備保持在較好狀態(tài)，是每一個(gè)設(shè)備維修人員都將面臨的一大挑戰(zhàn)。維修人員若是想對(duì)設(shè)備做到恰到其時(shí)的保養(yǎng)并能流利的解決設(shè)備出現(xiàn)的各種疑難雜癥，就必須擁有廣博的知識(shí)；還要對(duì)各種新技術(shù)、新知識(shí)以及各種專(zhuān)業(yè)雜志文獻(xiàn)保持關(guān)注和加以汲?。涣硗膺€要及時(shí)的進(jìn)行培訓(xùn)，可以請(qǐng)一些專(zhuān)家到醫(yī)院進(jìn)行學(xué)術(shù)報(bào)告，也可參加國(guó)內(nèi)外的一些行業(yè)內(nèi)的學(xué)術(shù)會(huì)議。通過(guò)上述的途徑，便可以大大的對(duì)維修人員的知識(shí)、能力進(jìn)行拓寬加強(qiáng)，與時(shí)代的發(fā)展保持一致。維修人員在維修過(guò)程中一定要注意經(jīng)驗(yàn)與技能的積累，進(jìn)而為以后快速、準(zhǔn)確的排除故障做準(zhǔn)備。

（2）高素質(zhì)維修工程團(tuán)隊(duì)的建立：

第一、建立完善科學(xué)合理的規(guī)章制度，加大對(duì)維修人員團(tuán)隊(duì)的管理。針對(duì)現(xiàn)有人員的人數(shù)及其業(yè)務(wù)能力，可將其分為生化、醫(yī)電以及大型設(shè)備等組，將責(zé)任劃分道人，使其擁有明確的分工，并盡量做到分工不分家，既分工又合作。將集體維修的概念樹(shù)立起來(lái)，由此便可對(duì)維修人員進(jìn)行高效有序的管理又能保證醫(yī)療設(shè)備的質(zhì)量。

第二、正確書(shū)寫(xiě)維修檔案并保管好，醫(yī)療設(shè)備在打開(kāi)之初便將所有相關(guān)資料給保存起來(lái)，尤其是配件及線(xiàn)路圖等，同時(shí)將維修手冊(cè)給建立起來(lái)，及時(shí)對(duì)每臺(tái)設(shè)備的原始參數(shù)，安裝調(diào)試的情況進(jìn)行記錄，還有一些關(guān)鍵工作點(diǎn)的輸出波形，信號(hào)電平等。另外在保養(yǎng)維修后都要進(jìn)行詳細(xì)的記錄，從而能更好的對(duì)每臺(tái)設(shè)備的性能狀態(tài)進(jìn)行把握。在更新設(shè)備時(shí)領(lǐng)導(dǎo)可以此作為參考依據(jù)，同時(shí)可以讓維修人員更方便的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提升其自身能力。

第三、備件庫(kù)的建立。維修的關(guān)鍵就是備件，因此備件庫(kù)應(yīng)找專(zhuān)人看管，看管人應(yīng)該及時(shí)對(duì)常用備件的動(dòng)態(tài)進(jìn)行反饋，沒(méi)有的及時(shí)加以添補(bǔ)。另外一些大型設(shè)備的非常規(guī)備件應(yīng)交由專(zhuān)門(mén)的工程師購(gòu)買(mǎi)，這種部件通常價(jià)格比較高昂而且使用壽命也是有限的。這一工作如果處理得當(dāng)，會(huì)大大節(jié)省醫(yī)院這方面的成本。

2 維修思路

大型醫(yī)療設(shè)備本身就較為復(fù)雜，其故障的表現(xiàn)形式也比較多，除了儀器本身的硬件方面故障外，還有軟件、機(jī)械等故障。按照傳統(tǒng)維修思路，硬件故障一般較為常見(jiàn)所以認(rèn)為應(yīng)首先排除硬件故障并且認(rèn)為只要對(duì)電路分析足夠熟練就足夠了，然而事實(shí)并非如此。機(jī)械故障一般比較容易找出，而且解決故障的方法也不難。但是硬件故障則較為復(fù)雜，在儀器出問(wèn)題時(shí)，一般應(yīng)首先考慮是否是軟件方面的問(wèn)題，如果是軟件的問(wèn)題，有時(shí)候很好解決，從而避免了做一些費(fèi)力費(fèi)事但又無(wú)用之功。例如本醫(yī)院的核磁共振就有一次出現(xiàn)圖像處理濾波無(wú)法使用的現(xiàn)象，然而在對(duì)啟動(dòng)的軟件中發(fā)現(xiàn)濾波單元沒(méi)有安裝才導(dǎo)致上述問(wèn)題。按照傳統(tǒng)維修方法，我們可能認(rèn)為是濾波板壞了，在更換后很明顯還是解決不了問(wèn)題，然后再來(lái)查找軟件方面的問(wèn)題，則會(huì)使本來(lái)簡(jiǎn)單的事情復(fù)雜化。

在對(duì)硬件故障進(jìn)行檢查時(shí)，維修人員則不僅要對(duì)電子技術(shù)基礎(chǔ)有扎實(shí)的把握，還要熟知大型設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理以及相關(guān)軟件的運(yùn)用。對(duì)結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行掌握所包含的意思是了解設(shè)備的每一個(gè)硬件單元之間的相互作用以及相互控制關(guān)系，并且要知道他們?cè)谡麄€(gè)儀器中的作用，這樣在遇到問(wèn)題時(shí)首先通過(guò)對(duì)機(jī)器的結(jié)構(gòu)原理迅速分析可能出現(xiàn)的故障單元。了解一些診斷軟件的運(yùn)用后便可以大致經(jīng)過(guò)測(cè)試來(lái)找到儀器的故障所在的大體部位，直至找出損壞的電路板及其配件。現(xiàn)今電子技術(shù)的快速發(fā)展使得電線(xiàn)板越來(lái)越集成化，而且隨著近些年集成電路的快速發(fā)展，大部分電路板的芯片都是固定的，這雖給電路板的維修增加了一定難度，但還是應(yīng)該先查出損壞的電路板。遇到這種問(wèn)題應(yīng)盡量先看電路板損壞的部位能否再修復(fù)，如若不能修復(fù)再購(gòu)買(mǎi)備件。例如本院有一次遇到CT主機(jī)無(wú)法啟動(dòng)的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)圖像處理系統(tǒng)-5VDC沒(méi)有輸出只有輸入，雖然知道該電源的元器件損壞，但由于元器件不好單獨(dú)購(gòu)買(mǎi)而無(wú)法修復(fù)，重新購(gòu)買(mǎi)電源又需將近30000元，在對(duì)資料進(jìn)行仔細(xì)查看發(fā)現(xiàn)該電源的最大電流為10A，結(jié)果花費(fèi)了100元買(mǎi)了一個(gè)10A的5VDC重新改裝了一下便使機(jī)器迅速恢復(fù)，但需注意該電源的地不能與其它的地共接，要不然將使電源燒毀。再比如，在遇到CT不能正常掃描的情況下，首先要查看高壓是否正常，利用高壓診斷軟件便可很快找出損壞部分，然后再看能否加以修理。對(duì)高壓?jiǎn)栴}進(jìn)行檢查時(shí)，通過(guò)高壓診斷軟件能夠?qū)﹃帢O、陽(yáng)極以及變壓器等是否出現(xiàn)故障作出判斷。如若不是高壓?jiǎn)栴}，再對(duì)其他方面進(jìn)行逐項(xiàng)排除檢查。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，要使大型醫(yī)療設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，日常的保養(yǎng)維修很重要，但掌握科學(xué)的保養(yǎng)維修方式更重要，只有使儀器的性能保持正常，才能降低設(shè)備的故障率。在儀器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，只有正確分析判斷故障發(fā)生部位，才能夠?qū)x器進(jìn)行迅速修復(fù)。

參考文獻(xiàn)：

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篇8

【關(guān)鍵詞】無(wú)線(xiàn)電測(cè)向 測(cè)向設(shè)備 測(cè)向體制 軍用和民用

1 無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)探測(cè)輻射源的基本原理

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)在無(wú)線(xiàn)電測(cè)向已經(jīng)越來(lái)越廣泛的被運(yùn)用在民用和軍用設(shè)施之中。無(wú)線(xiàn)電事業(yè)近年來(lái)突飛猛進(jìn)，給人們帶來(lái)了極大的便利。無(wú)線(xiàn)電測(cè)向系統(tǒng)主要由測(cè)向天線(xiàn)、輸入匹配單元、接收機(jī)和方位信息處理顯示四個(gè)部分組成。其中測(cè)向天線(xiàn)是電磁場(chǎng)能量的探測(cè)器、傳感器，它也是能量轉(zhuǎn)化器，主要利用感應(yīng)空氣中傳播的電磁波能量以及幅度、相位、到達(dá)時(shí)間等等信息來(lái)變成交流的電信號(hào)，饋送給接收機(jī)；輸入匹配單元從而實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)甚至是接收機(jī)的匹配傳輸與轉(zhuǎn)變。接收機(jī)的作用包括選頻、下變頻、無(wú)失真放大和信號(hào)解調(diào)；而方位信息處理顯示部分的任務(wù)就是檢測(cè)、比較、計(jì)算、處理和顯示方位信息。

測(cè)向機(jī)示向度就是指在測(cè)向過(guò)程里顯示的測(cè)向讀數(shù)。測(cè)向站是由測(cè)向設(shè)備、通信系統(tǒng)和附屬設(shè)備三個(gè)方面構(gòu)成。其中測(cè)向站是擔(dān)任專(zhuān)門(mén)執(zhí)行測(cè)向任務(wù)的專(zhuān)職單位，它可以分成固定站和移動(dòng)站兩種形式。

無(wú)線(xiàn)電測(cè)向主要是利用無(wú)線(xiàn)電波在幾個(gè)位置不同的測(cè)向站組網(wǎng)來(lái)測(cè)向，用測(cè)向站的示向度進(jìn)行交匯。短波的單臺(tái)定位，主要是在測(cè)向的同時(shí)測(cè)定來(lái)波仰角，再利用仰角、電離層來(lái)計(jì)算距離，從而用示向度和距離粗步可以判斷臺(tái)位。

不過(guò)在實(shí)際操作上要確定輻射源的具置，還需要完成從遠(yuǎn)到近的分布交測(cè)，從而再實(shí)現(xiàn)具體確定輻射源的具置。

2 無(wú)線(xiàn)電測(cè)向系統(tǒng)的主要分類(lèi)

目前，根據(jù)天線(xiàn)系統(tǒng)從來(lái)波信號(hào)取得信息和對(duì)信息處理系統(tǒng)的技術(shù)不同主要可以分成兩類(lèi)：一是標(biāo)量測(cè)向，不過(guò)它僅僅可以獲得和使用到來(lái)波信號(hào)相關(guān)的標(biāo)量信息；另一種測(cè)向方法即是矢量測(cè)向，它可以依據(jù)它得到的矢量信息數(shù)據(jù)從而同時(shí)獲得和使用電磁波的幅度與相位信息。

兩種測(cè)向方法相比較而言，標(biāo)量測(cè)向的系統(tǒng)歷史悠久，應(yīng)用也更加廣泛。最簡(jiǎn)單的幅度比較式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)就是旋轉(zhuǎn)環(huán)形測(cè)向機(jī)，這種系統(tǒng)主要對(duì)垂直的極化波方向圖成8字形。在軍用方面，大多數(shù)采用比較式的標(biāo)量測(cè)向系統(tǒng)，其測(cè)向天線(xiàn)和方向圖都是采用了某種對(duì)稱(chēng)的形式，如：阿爾考克測(cè)向機(jī)和沃特森-瓦特測(cè)向機(jī)以及各種使用旋轉(zhuǎn)角度的圓形天線(xiàn)陣測(cè)向機(jī)；其中有干涉儀測(cè)向機(jī)和多普勒測(cè)向機(jī)是屬于相位比較的標(biāo)量測(cè)向系統(tǒng)。而對(duì)于矢量測(cè)向系統(tǒng)，例如：空間譜估計(jì)測(cè)向機(jī)。它就是矢量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，它的前端就用多端口天線(xiàn)陣列和至少同時(shí)利用了兩部以上幅度、相位一樣的接收機(jī)，然后它再根據(jù)相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和算法，用計(jì)算機(jī)來(lái)解答。矢量系統(tǒng)主要依據(jù)天線(xiàn)和接收機(jī)數(shù)量和后續(xù)的處理能力，它主要可以分辨兩元甚至多元波長(zhǎng)和來(lái)波方向。

3 無(wú)線(xiàn)電測(cè)向體制分類(lèi)

利用不同的測(cè)向原理，現(xiàn)在主流的測(cè)向機(jī)制可以分為以下幾種：

3.1 幅度比較式測(cè)向體制

幅度比較式測(cè)向體制的工作原理是：依據(jù)電波在行進(jìn)中，利用測(cè)向陣或者測(cè)向天線(xiàn)的特性，對(duì)不同方向來(lái)波接收信號(hào)幅度的不同來(lái)測(cè)定來(lái)波方向。

幅度比較式的測(cè)向體制原理應(yīng)用十分廣泛，主要可以體現(xiàn)在：環(huán)形天線(xiàn)測(cè)向機(jī)、間隔雙環(huán)天線(xiàn)測(cè)向機(jī)、旋轉(zhuǎn)對(duì)數(shù)天線(xiàn)測(cè)向機(jī)等等，這些是屬于直接旋轉(zhuǎn)測(cè)向天線(xiàn)和方向圖的；交叉換天線(xiàn)測(cè)向機(jī)、U型天線(xiàn)測(cè)向機(jī)、H型天線(xiàn)測(cè)向機(jī)等，都屬于間接旋轉(zhuǎn)測(cè)向天線(xiàn)方向圖。間接旋轉(zhuǎn)測(cè)向方向圖，是通過(guò)手動(dòng)或電氣旋轉(zhuǎn)角度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。手持或者佩戴式測(cè)向機(jī)也是屬于幅度比較式測(cè)向體制。

3.2 沃特森-瓦特測(cè)向體制

沃特森-瓦特測(cè)向機(jī)實(shí)際上也是幅度比較式測(cè)向體制，不過(guò)它是利用計(jì)算求解或者顯示正反切值而不是采用直接或者間接旋轉(zhuǎn)天線(xiàn)方向圖。正交的測(cè)向天線(xiàn)信號(hào)，主要是分別經(jīng)過(guò)兩部幅度、相位特性相同的接受機(jī)來(lái)進(jìn)行變頻和放大的，最后求解或者是顯示反正切值，從而解出或者顯示來(lái)波方向。

單信道的沃特森-瓦特測(cè)向機(jī)就是將正交的測(cè)向天線(xiàn)信號(hào)，分別由兩個(gè)低頻率信號(hào)來(lái)調(diào)解，再由單信道 接收機(jī)來(lái)變頻、放大，從而解調(diào)出方向信息信號(hào)，最后求解或顯示正反切值，最后來(lái)確定出來(lái)波方向。

3.3 干涉儀的測(cè)向體制

干涉儀測(cè)向體制的測(cè)向原理是：利用電波在行進(jìn)中，從不同方向來(lái)的電波到達(dá)測(cè)向天線(xiàn)陣時(shí)在空間上各測(cè)向天線(xiàn)單元接受的相位不同，從而相互間的相位差也不同，最后由測(cè)定來(lái)確定來(lái)波相位和相差，即可確定來(lái)波方向。

我們至少需要在空間架設(shè)三副分開(kāi)的測(cè)向天線(xiàn)的準(zhǔn)確的單值確定出電磁波的來(lái)波方向。干涉儀測(cè)向主要是在正負(fù)180度范圍里單值的測(cè)量相位，當(dāng)天線(xiàn)間距比較小時(shí)候，相位差的分辨能力就會(huì)收到限制，天線(xiàn)間距大于0.5個(gè)波長(zhǎng)的時(shí)候就會(huì)引起相位模糊。利用沿著每個(gè)主基線(xiàn)來(lái)插入一個(gè)或者多個(gè)附加真元來(lái)提供附加的相位測(cè)量數(shù)據(jù)，用這些附加項(xiàng)為數(shù)據(jù)就可以解決主基線(xiàn)相位測(cè)量的模糊問(wèn)題從而來(lái)解決上述的矛盾。這種變基線(xiàn)的方法已經(jīng)被當(dāng)代干涉儀測(cè)向機(jī)所廣泛使用。而相關(guān)干涉儀測(cè)向，它是在測(cè)向天線(xiàn)陣列工作頻率范圍內(nèi)和360度的方向里，利用一定的規(guī)律設(shè)點(diǎn)，并且同時(shí)在頻率間隔和防衛(wèi)間隔上建立樣本群。這樣，在測(cè)向的時(shí)候，就可以把測(cè)得的數(shù)據(jù)和樣本群來(lái)相關(guān)運(yùn)算和插值處理，最后得到來(lái)波信號(hào)方向。

3.4 多普勒測(cè)向體制

多普勒測(cè)向體制主要是利用電波在傳播的時(shí)候，遇到的與它相對(duì)運(yùn)動(dòng)的測(cè)向天線(xiàn)時(shí)，被接受的電波信號(hào)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，來(lái)測(cè)定多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的頻移最后來(lái)確定來(lái)波的方向。

我們必須采用測(cè)向天線(xiàn)和被測(cè)電波間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)得到多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的頻移。一般來(lái)說(shuō)我們?cè)跍y(cè)向天線(xiàn)接收?qǐng)隼?，用足夠高的速度運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)測(cè)向天線(xiàn)作圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，我們利用來(lái)波信號(hào)的相位受到正弦調(diào)制。通過(guò)多普勒頻移f與0點(diǎn)參考頻率相比較，即可得來(lái)波方向角。

3.5 烏蘭韋伯爾測(cè)向體制

烏蘭韋伯爾測(cè)向體制的測(cè)向原理是采用大基礎(chǔ)測(cè)向天線(xiàn)陣，在圓周上面架設(shè)多副測(cè)向天線(xiàn)，來(lái)波信號(hào)可以經(jīng)過(guò)可旋轉(zhuǎn)的角度計(jì)、移相電路、合差電路形成合差方向圖，最后再利用測(cè)向找到方向。以民用的40副測(cè)向天線(xiàn)陣元為例，角度計(jì)瞬間可與12副天線(xiàn)元耦合，進(jìn)而分別利用移相補(bǔ)償電路把信號(hào)相位對(duì)齊，這樣就可以形成旋轉(zhuǎn)的等效直線(xiàn)天線(xiàn)陣，12副天線(xiàn)分為兩組，每組6副，進(jìn)而兩組間可以經(jīng)過(guò)合差電路的相加減形成合差方向圖。測(cè)向以合差方向圖來(lái)找來(lái)波方向，在來(lái)波方向里，用兩組天線(xiàn)信號(hào)均處在來(lái)波等相位位面上，兩組天線(xiàn)信號(hào)大小相等，差方向圖輸出相減為零，合方向圖時(shí)，為一組天線(xiàn)信號(hào)輸出的二倍。

3.6 空間譜估計(jì)測(cè)向體制

空間譜估計(jì)測(cè)向體制的測(cè)向原理：在已知坐標(biāo)的多元天線(xiàn)陣?yán)?，測(cè)量單元或多元電波場(chǎng)的來(lái)波參數(shù)，經(jīng)過(guò)多信道接收機(jī)變頻、放大來(lái)得到矢量信號(hào)，把采樣量化為數(shù)字信號(hào)陣列，送給空間譜估計(jì)器，再運(yùn)用確定的算法求出各個(gè)電波的來(lái)波方向、仰角、極化等參數(shù)。

空間譜估計(jì)測(cè)向體制的特點(diǎn)是空間譜估計(jì)測(cè)向技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)幾個(gè)相干波同時(shí)測(cè)向，這是其它測(cè)向體制所不具有的。它可以實(shí)現(xiàn)在同信道中對(duì)同時(shí)存在的多個(gè)信號(hào)進(jìn)行超分辨測(cè)向?？臻g譜估計(jì)測(cè)向僅僅利用很少的信號(hào)采樣，就可以精確測(cè)向，它的測(cè)向準(zhǔn)確度比傳統(tǒng)的測(cè)向體制高了很多。并且測(cè)向場(chǎng)地要求不高，可以實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)陣元特性選擇以及陣元位置的靈活性。

4 無(wú)線(xiàn)電測(cè)向在軍用和民用領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著無(wú)線(xiàn)電事業(yè)的飛速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)電測(cè)向技術(shù)在民用和軍用得到了極大的應(yīng)用，但依靠傳統(tǒng)儀器設(shè)備組成的無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)測(cè)向系統(tǒng)已不能滿(mǎn)足當(dāng)前各種新型、密集的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的監(jiān)測(cè)和測(cè)向的要求，尤其是在電子作戰(zhàn)中，無(wú)線(xiàn)電測(cè)向技術(shù)更是大顯身手，要將干擾功率最大化加載在敵方的通信設(shè)備上，首先要求我們的是，測(cè)出敵方的通信所在地。從軍用微波通信的特點(diǎn)看，其天線(xiàn)波束窄，電波方向性強(qiáng)，與軍用戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)廣播發(fā)射的電波截然不同。所以高度數(shù)字化、集成化和數(shù)字處理技術(shù)應(yīng)用，自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和小型化，多信道的信號(hào)監(jiān)測(cè)和測(cè)向就成為發(fā)展的潮流。因此，國(guó)內(nèi)外的許多公司都研發(fā)或集成了較為先進(jìn)的固定、車(chē)載、移動(dòng)及手持式測(cè)向設(shè)備。有的公司可根據(jù)用戶(hù)對(duì)設(shè)備性能及經(jīng)濟(jì)能力的要求進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，可組成單信道、雙信道及多信道的相關(guān)干涉儀或其他體制的監(jiān)測(cè)測(cè)向系統(tǒng)，并具備寬帶掃描、本振共享、同步采樣、信號(hào)識(shí)別、信號(hào)分析功能，系統(tǒng)測(cè)向功能極其強(qiáng)大，且測(cè)向速度快、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大、可靠性強(qiáng)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，界面友好、直觀，操作使用極為方便，大大提高了無(wú)線(xiàn)電技術(shù)人員測(cè)定無(wú)線(xiàn)電輻射源或無(wú)線(xiàn)電干擾的能力。

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篇9

微電子論文2000字(一)：淺談一種新型的25Hz相敏軌道電路微電子接收器論文

摘要隨著電子技術(shù)的發(fā)展，相敏軌道電路接收信號(hào)處理裝置已逐步實(shí)現(xiàn)電子化，以電子接收器代替以前的機(jī)械式二元二位繼電器，徹底解決了原繼電器接點(diǎn)卡阻、抗電氣化干擾能力不強(qiáng)、返還系數(shù)低等問(wèn)題。目前廣泛使用的微電子接收器都是使用單片機(jī)來(lái)處理信息，對(duì)輸入信號(hào)采用升壓方式進(jìn)行采樣處理，雖提高了信號(hào)強(qiáng)度，但是不利于防止輸入高壓損壞接收器；且每個(gè)接收器僅采用單一信號(hào)處理通道進(jìn)行信號(hào)分析處理，并由其輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)軌道繼電器動(dòng)作，接收器的安全性、可靠性和抗干擾能力有待提高；另外，現(xiàn)有接收器故障后相關(guān)電氣參數(shù)不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；前述不足以影響到軌道電路的整體可靠性和可用性。因此，本文提出了一種基于DSP的新型微電子接收器，以提高微電子接收器的可用性、可靠性及安全性。

關(guān)鍵詞電子技術(shù)；25Hz軌道電路；接收器

1系統(tǒng)原理

1.1接收器冗余結(jié)構(gòu)

圖1新型微電子接收器（0.5+0.5方案）的冗余結(jié)構(gòu)圖

接收器的冗余結(jié)構(gòu)圖，每臺(tái)接收器同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)軌道區(qū)段（區(qū)段A和區(qū)段B）的軌道電路信號(hào)和局部電源信號(hào)的處理，相鄰兩個(gè)軌道區(qū)段可共用兩臺(tái)接收器，這兩臺(tái)接收器中的任一正常工作，均可正常處理這兩個(gè)軌道區(qū)段信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)這兩個(gè)軌道區(qū)段的后級(jí)軌道繼電器動(dòng)作。如圖1所示，相對(duì)于目前的接收器冗余方案，新型微電子接收器的冗余方案可使每個(gè)軌道區(qū)段節(jié)省一個(gè)接收器，從而降低建設(shè)成本。在接收器冗余結(jié)構(gòu)圖中，當(dāng)接收器1和接收器2中的某一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，若另一個(gè)接收器能夠正常工作即可確保軌道區(qū)段信號(hào)的正常處理；同時(shí)可以通過(guò)接收器的自檢功能發(fā)出報(bào)警，提醒維護(hù)人員及時(shí)更換故障接收器，從而提高軌道電路的整體可用性。

1.2接收器二取二原理

接收器系統(tǒng)內(nèi)部采用獨(dú)立的雙套硬件和雙套軟件，實(shí)現(xiàn)一路信號(hào)，兩路處理，最終通過(guò)安全與門(mén)判決，輸出判決結(jié)果。當(dāng)無(wú)論是接收器哪一套硬件或軟件出現(xiàn)問(wèn)題，兩路處理結(jié)果不一致時(shí)，系統(tǒng)輸出判決都是導(dǎo)向安全的結(jié)果。且僅當(dāng)兩路信號(hào)處理的結(jié)果完全一致時(shí)，安全與門(mén)輸出相同結(jié)果。

2系統(tǒng)構(gòu)成

如圖2所示，新型接收器核心處理部分采用雙DSP芯片構(gòu)成二取二安全結(jié)構(gòu)。主從DSP同時(shí)處理軌道電路信號(hào)和局部電源信號(hào)，分別輸出判決信號(hào)；將主從DSP的判決結(jié)果進(jìn)行與運(yùn)算，如果主從DSP的判決信號(hào)不一致，接收器輸出信號(hào)將保持軌道繼電器處在落下?tīng)顟B(tài)；只有當(dāng)主從DSP的判決信號(hào)一致且滿(mǎn)足軌道區(qū)段空閑條件時(shí)，接收器才會(huì)輸出驅(qū)動(dòng)軌道繼電器吸起的信號(hào)，顯示軌道區(qū)段處于空閑狀態(tài)；主從DSP任一故障，接收器均不能輸出驅(qū)動(dòng)軌道繼電器吸起的信號(hào)，從而提高接收器安全性。

新型接收器電路模塊包括：局部輸入隔離電路、軌道輸入防雷電路、輸入信號(hào)采集電路、數(shù)據(jù)處理電路（DSP芯片）、安全與門(mén)電路、輸出控制電路、電源電路、通信電路和顯示與告警電路。

輸入隔離：采用電流互感器將軌道信號(hào)和局部信號(hào)與后級(jí)信號(hào)處理模塊進(jìn)行電磁隔離，隔離變壓器采用降壓方式，當(dāng)輸入的信號(hào)出現(xiàn)大的沖擊或干擾時(shí)，通過(guò)變壓器進(jìn)行衰減，加載在后級(jí)信號(hào)處理電路上的信號(hào)將被衰減，對(duì)后級(jí)信號(hào)處理電路起到防護(hù)作用。

軌道輸入防雷電路：采取大功率雙向瞬態(tài)防雷管，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入雷電和浪涌的防護(hù)。

輸入采集電路：將輸入交流信號(hào)的負(fù)半周信號(hào)抬高到零電平以上，滿(mǎn)足后級(jí)單電源工作運(yùn)放的輸入要求，單電源工作可減小器件功耗。

數(shù)據(jù)處理電路：把輸入的25Hz軌道和局部模擬信號(hào)通過(guò)芯片自帶的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析處理，測(cè)出軌道輸入的25Hz信號(hào)幅值及軌道信號(hào)與局部信號(hào)的相位差，在主處理器采集從處理器的輸出信號(hào)和后級(jí)輸出控制電路的輸出信號(hào)并經(jīng)其判斷接收器正常后，再由主處理器控制顯示告警電路，并由主處理器將相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)接收器的通訊電路送監(jiān)測(cè)分機(jī)。

安全與門(mén)電路：比較主從DSP輸出信號(hào)，經(jīng)安全與門(mén)判決二者一致方能向后級(jí)輸出控制電路送出有效信號(hào)。

輸出控制電路：采用開(kāi)關(guān)電源方式輸出驅(qū)動(dòng)軌道繼電器的直流電壓信號(hào)。

通信電路：采用總線(xiàn)方式，向集中監(jiān)測(cè)分機(jī)傳送25Hz相敏軌道電路接收器采集到的軌道交流電壓值、相位角和接收器的工作狀態(tài)等信息。

顯示與告警電路：顯示接收器自身工作狀態(tài)及接收器所處理軌道區(qū)段的占用與空閑狀態(tài)，顯示接收器DC24V工作電源及局部電源的正?；蚬收蠣顟B(tài)。

3結(jié)束語(yǔ)

新型接收器將實(shí)現(xiàn)接收器工作狀態(tài)和軌道電路電氣參數(shù)的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，提高運(yùn)營(yíng)維護(hù)效率，降低維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)，根據(jù)新型25Hz相敏軌道電路接收器的功能和特點(diǎn)，可減少現(xiàn)有接收器和軌道架的數(shù)量，大量地減少室內(nèi)配線(xiàn)，初步分析可節(jié)約建設(shè)成本約20%。

微電子畢業(yè)論文范文模板(二)：微電子控制機(jī)電設(shè)備在工業(yè)中的具體應(yīng)用論文

摘要：在科學(xué)技術(shù)快速進(jìn)步的背景下，工業(yè)自動(dòng)化水平取得了比較明顯的提升，在機(jī)械制造方面表現(xiàn)的更加明顯，基于各種因素的影響，微電子技術(shù)得到了相對(duì)廣泛的應(yīng)用?；诖?，本文詳細(xì)分析了微電子控制機(jī)電設(shè)備在工業(yè)中的應(yīng)用，希望能夠?yàn)閷?shí)際提供良好的借鑒意義，以供參考。

關(guān)鍵詞：微電子；機(jī)電設(shè)備；工業(yè)；應(yīng)用探討

信息技術(shù)的發(fā)展以及先進(jìn)電子設(shè)備的產(chǎn)生催生了機(jī)電一體化時(shí)代的到來(lái)，所謂的機(jī)電一體化技術(shù)是把電工電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)、接口技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)等一系列技術(shù)結(jié)合，再綜合應(yīng)用于實(shí)際的綜合技術(shù)，現(xiàn)代化自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備可以說(shuō)為機(jī)電一體化的設(shè)備。微型計(jì)算機(jī)在機(jī)電一體化系統(tǒng)的作用能夠總結(jié)成如下三點(diǎn)：第一，直接控制機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程；第二，機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)期間加強(qiáng)各物理參數(shù)的自動(dòng)測(cè)試，進(jìn)行測(cè)試結(jié)果的顯示記錄，在計(jì)算、存儲(chǔ)、分析判定并處理測(cè)量參數(shù)或指標(biāo)；第三，進(jìn)行機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程的管理與監(jiān)督。機(jī)電一體化系統(tǒng)里微電子控制機(jī)電設(shè)備怎樣進(jìn)行適宜計(jì)算機(jī)選擇，怎樣設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)，怎樣組織軟件開(kāi)發(fā)，怎樣對(duì)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等進(jìn)行維護(hù)與使用是相當(dāng)關(guān)鍵的，也是值得探索的

課題。

1微電子控制機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的組成和原理

在某微電子控制機(jī)電系統(tǒng)當(dāng)中，主要是由PLC、管路壓力變送器、變頻器等多種設(shè)備組成的。在控制系統(tǒng)當(dāng)中，管路壓力變送器主要是檢測(cè)控制輔助沖量、管路水壓、蒸發(fā)量等三個(gè)變量，接著將數(shù)據(jù)信號(hào)向PLC當(dāng)中傳送，并且通過(guò)PLC進(jìn)行分析和計(jì)算，將信號(hào)發(fā)送信號(hào)控制器，通過(guò)信號(hào)控制器來(lái)控制水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的過(guò)程中需要與實(shí)際情況合理的進(jìn)行結(jié)合，并且對(duì)變頻器的輸出頻率進(jìn)行確認(rèn)，輸出頻率在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中具有非常重要的意義，和系統(tǒng)的控制息息相關(guān)，在確定系統(tǒng)輸出頻率是需要綜合性的分析和考慮用水量以及揚(yáng)程參數(shù)等。在整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中控制流程的用水量變化，主要是通過(guò)壓力變送器向PLC傳送的通過(guò)PLC進(jìn)行分析和計(jì)算，可以有效的調(diào)節(jié)循環(huán)泵的頻率，合理的分配能源，讓工作的效率提高，起到節(jié)約資源的作用。

2微電子控制機(jī)電設(shè)備在工業(yè)中的具體應(yīng)用

1）可編程序控制器（PLC）的應(yīng)用。從PLC的角度進(jìn)行分析，其主要優(yōu)勢(shì)在于具有很強(qiáng)的控制能力，而且穩(wěn)定性較高，機(jī)身體積相對(duì)較小，可以有效的和其他的配件進(jìn)行組合。在工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，因?yàn)闄C(jī)電設(shè)備往往會(huì)占據(jù)一定的面積，如果想讓其廠(chǎng)房中的占比較高，就一定要注意讓廠(chǎng)房的空余面積加大，盡量讓控制器的數(shù)量減少，讓機(jī)電設(shè)備的數(shù)量增多，與此同時(shí)還需要注意PLC的節(jié)能性較高相比，其他的控制系統(tǒng)可以節(jié)約資源，讓工業(yè)生產(chǎn)的成本支出降低，讓企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益增加，由于PLC設(shè)備可以有效的和其他設(shè)備之間進(jìn)行組合，可以靈活方便的在廠(chǎng)房當(dāng)中進(jìn)行布設(shè)，讓一機(jī)多用?？梢詫?shí)現(xiàn)讓廠(chǎng)房的設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)一步得到簡(jiǎn)化，對(duì)設(shè)備維護(hù)中耗費(fèi)的人力物力進(jìn)行控制，減少人力輸出，可以將人力有效的分配到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，讓生產(chǎn)資料的利用效率提高。PLC的另一大優(yōu)勢(shì)在于可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和生產(chǎn)設(shè)備之間

進(jìn)行連接，有效的監(jiān)控工業(yè)生產(chǎn)，可以動(dòng)態(tài)化的監(jiān)控生產(chǎn)的全過(guò)程，確保在生產(chǎn)過(guò)程中，第一時(shí)間解決生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的故障，避免由于機(jī)械故障而導(dǎo)致生產(chǎn)進(jìn)度停滯，讓設(shè)備的維護(hù)開(kāi)支得到控制，PLC的計(jì)算速度很快，可以輕松的對(duì)生產(chǎn)時(shí)的任何變動(dòng)進(jìn)行管理和控制，有效的防止由于設(shè)備變化控制器無(wú)法及時(shí)應(yīng)對(duì)而產(chǎn)生的問(wèn)題，PLC還可以進(jìn)行相關(guān)的升級(jí)，伴隨當(dāng)前經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，就算生產(chǎn)線(xiàn)當(dāng)中的產(chǎn)品產(chǎn)生了變動(dòng)，只需要正確的調(diào)整，控制程序也可以符合新產(chǎn)品生產(chǎn)的具體需求。

相比于其他編程操作，PLC控制器在編程的過(guò)程中較為方便，員工通過(guò)短時(shí)間的訓(xùn)練就可以熟練的掌握編程的技巧，在實(shí)際操作的過(guò)程中工作步驟相對(duì)較為簡(jiǎn)單，可以很容易的掌握設(shè)備的維修安裝以及操作，由于PLC自帶程序編輯器只需要工作人員了解梯形語(yǔ)言，就可以對(duì)其進(jìn)行熟練的掌握。對(duì)控制器的工作語(yǔ)言進(jìn)行了解，當(dāng)出現(xiàn)故障的時(shí)候可以及時(shí)的調(diào)整和處理控制器。

2）變頻器調(diào)速器的作用。變頻器工作狀態(tài)分作自動(dòng)與手動(dòng)兩類(lèi)，手動(dòng)工作狀態(tài)即在PLC結(jié)束工作后展開(kāi)的人工操作行為，經(jīng)電位器調(diào)節(jié)能對(duì)變頻器輸出頻率進(jìn)行給定。自動(dòng)工作狀態(tài)實(shí)質(zhì)是PLC輸出信號(hào)為變頻器輸出頻率展開(kāi)控制。和傳統(tǒng)調(diào)節(jié)閥控制方式相比，PLC控制可節(jié)電，更好進(jìn)行水泵磨損控制，在延長(zhǎng)設(shè)備壽命與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化水平提升中發(fā)揮了重要作用。

第一，和傳統(tǒng)正弦波控制技術(shù)相比，因變頻器用到了電壓空間矢量控制技術(shù)，先進(jìn)性和獨(dú)特性在性能上得到充分凸顯，同時(shí)因其特有的低速轉(zhuǎn)矩大、運(yùn)行穩(wěn)定性強(qiáng)、諧波成分小等特征，這對(duì)我國(guó)電網(wǎng)而言輸出電壓自動(dòng)調(diào)整功能能充分進(jìn)行優(yōu)勢(shì)發(fā)揮。第二，變頻器具備外部端子、鍵盤(pán)電位器與多功能段子等一系列操作方式，功能完善，可輸入多種模擬信號(hào)（如電流、電壓、頻率等效范圍檢測(cè)，轉(zhuǎn)速追蹤等）；并且變頻器可實(shí)現(xiàn)擺頻運(yùn)行與程序運(yùn)行等一系列模式。第三，因變頻器全系列元件應(yīng)用的是西門(mén)子產(chǎn)品，有極強(qiáng)的保護(hù)性能，可靠穩(wěn)定，能很好的避免過(guò)流、短路、過(guò)壓等問(wèn)題，確保本機(jī)能正常運(yùn)行。并且變頻器有良好的絕緣耐壓性，產(chǎn)品質(zhì)量好，設(shè)定簡(jiǎn)單等使得其有更強(qiáng)的適用性。

3）電路發(fā)揮的作用。在安裝PLC和變頻器的時(shí)候，保證電路的穩(wěn)定是保障工作的必要。電路在安裝過(guò)程中，應(yīng)該采取邊安裝邊測(cè)電的方式，這樣更能使電流穩(wěn)定，這同樣屬于工作期間需引起重視的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在電路安裝完畢之后，不要急著通電，應(yīng)該先再次檢查電路是否安裝正確，查看是否有少安裝或者多安裝的情況。另外，測(cè)量一下接觸元器件的連接點(diǎn)，這樣可以發(fā)現(xiàn)一些接觸不良的地方，若有漏電情況應(yīng)該及時(shí)對(duì)此進(jìn)行維修。電路在工業(yè)中也是起到了很大的作用，在安裝電路的時(shí)候，一定要小心謹(jǐn)慎，綜合考慮多方面因素，不要遺漏一些小問(wèn)題，有時(shí)一些小問(wèn)題也可能出大錯(cuò)，保證電路的穩(wěn)定才能更好地協(xié)調(diào)其他設(shè)備的安裝穩(wěn)定。應(yīng)認(rèn)真復(fù)查電路，查看電路有無(wú)正確安裝，或存在設(shè)備多安裝或少安裝的現(xiàn)象，同時(shí)應(yīng)認(rèn)真檢測(cè)每個(gè)接觸元器件連接點(diǎn)，明確有無(wú)接觸不良或短路現(xiàn)象，若發(fā)生漏電務(wù)必要及時(shí)維修與處理。電路調(diào)試的具體流程總結(jié)如下：

第一，應(yīng)認(rèn)真查看明確電路整體狀況，了解電路面板線(xiàn)有無(wú)準(zhǔn)確連接，有無(wú)看似連接實(shí)際并未連接的線(xiàn)，或易短路的線(xiàn)；是否存在兩條或多條線(xiàn)混淆的情況；此后，使用最小量程檔的萬(wàn)用表對(duì)電路面板進(jìn)行檢查，查看開(kāi)路處和閉路處有無(wú)正確開(kāi)路與閉路，地線(xiàn)是否漏接，電源連線(xiàn)連接的安全性等，同時(shí)需測(cè)量電源有無(wú)短路現(xiàn)象。測(cè)量期間可直接進(jìn)行元器件連接點(diǎn)測(cè)量，如此可明確有無(wú)以上情況的同時(shí)又弄清楚是否存在接觸點(diǎn)不良現(xiàn)象。第二，電路調(diào)試過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一即硬件電路調(diào)試。調(diào)試期間務(wù)必要注意細(xì)小環(huán)節(jié)的把控，根據(jù)電路功能原理做好各個(gè)單元電路的調(diào)試，再作整體調(diào)試，后進(jìn)行整個(gè)電路的調(diào)試。電路在工業(yè)生產(chǎn)里發(fā)揮的作用是相當(dāng)大的，電路安裝過(guò)程里務(wù)必要綜合考量多方因素，認(rèn)真謹(jǐn)慎，切不可遺漏或放過(guò)存在的小問(wèn)題，確保電路穩(wěn)定性得到保障。

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關(guān)鍵詞：恒流源；大功率；步進(jìn)

本設(shè)計(jì)采用ADuC812單片機(jī)作為整機(jī)的控制核心，通過(guò)單片機(jī)自帶的D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器處理后控制大功率MOS管，使其輸出電流在200mA～2000mA之間。利用取樣電阻完成輸出電流/電壓轉(zhuǎn)換后送入A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)輸出電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)與顯示功能。另外，通過(guò)按鍵還可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流的步進(jìn)加、減功能。

1 ADuC812單片機(jī)

ADuC812的內(nèi)核中，集成了一個(gè)高性能8位MCU，這個(gè)MCU帶有片內(nèi)可再編程的非易失性閃存/電擦除程序寄存器，并控制片內(nèi)多通道（8個(gè)輸入通道）的12位ADC。這樣大大減少了帶A/D、D/A轉(zhuǎn)換嵌入式控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)成本，并且體積小，電路更加簡(jiǎn)單化。

2 電源部分

本控制系統(tǒng)由單片機(jī)及其電路組成，需要+5V、±12V、+18V三組電源。+5V為微處理電路供電電源；±12V為穩(wěn)流電路電源，給放大器供電；+18V為提供基準(zhǔn)電源，作為恒流源電源。

2.1 大功率電流源

改變負(fù)載電阻，輸出電壓要在10V以?xún)?nèi)變化，而輸出的電流維持恒定，考慮到后續(xù)電路電能損耗以及其他設(shè)備的電能損耗，選擇18V的輸出電壓。

設(shè)計(jì)中選用由7818及大功率三極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電源，分別經(jīng)過(guò)交流變壓器、二極管橋式整流、阻容濾波，最后經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓得到一穩(wěn)定的18V電源。由于7818在實(shí)際工作中不能提供足夠大的電流，為了能夠保證2A電流的輸出，在7818的輸出端接上一個(gè)大功率NPN型的三極管，經(jīng)過(guò)其電流放大后，得到3A（要求為2A，1A為余量）電流。

2.2 微處理電路供電電源

設(shè)計(jì)中采用+5V為微處理器供電，穩(wěn)壓器件選用LM7805，輸入端接入0.33uF的電容器，作用是抑制輸入的過(guò)電壓，保證LM7805的輸入-輸出電壓差不會(huì)瞬間超過(guò)允許值。而輸出端一般接入0.1uF的電容器，便可改善負(fù)載的瞬態(tài)相應(yīng)，但是為了減小紋波電壓，有時(shí)在穩(wěn)壓器的輸出端并入一只大容量電解電容器。

2.3 放大器供電電路

設(shè)計(jì)中采用±12V給放大器供電，所采用的三端穩(wěn)壓器件為L(zhǎng)M7812和LM7912。

使用電源變壓器將交流電網(wǎng)電壓220V變成要求的交流電壓，再通過(guò)橋式整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。整流后的脈動(dòng)的直流電壓通過(guò)濾波電路加以濾除，得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)的電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。最終經(jīng)三端穩(wěn)壓器LM7812和LM7912分別輸出+12V、-12V電壓。

2.4 恒流電路模塊

恒流模塊是根據(jù)帶有放大環(huán)節(jié)的反饋調(diào)整型恒流電路原理制成。它由基準(zhǔn)電壓源、比較放大器，調(diào)整單元和采樣單元等幾部分構(gòu)成。直流電源的電壓擾動(dòng)所引起的電流的變化通過(guò)內(nèi)部反饋得到抑制，比較放大器需選用低漂移高增益運(yùn)算放大器。調(diào)整單元決定模塊的輸出電流容量和主要的電性能，本文以增強(qiáng)型MOS管IRF540作為調(diào)整管進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)恒流輸出。

3 顯示設(shè)計(jì)

測(cè)量和顯示范圍為200mA～2000mA，所以采用4位數(shù)顯示即可達(dá)到要求。本設(shè)計(jì)中采用MAX7219驅(qū)動(dòng)器，可僅用3根信號(hào)線(xiàn)就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與顯示，MAX7219也可用來(lái)顯示四數(shù)位。

4 結(jié)論

ADuC812的應(yīng)用開(kāi)發(fā)比較方便，它的內(nèi)核是國(guó)內(nèi)技術(shù)人員都很熟悉的8051，現(xiàn)有的軟件都可以直接移植。由于 ADuC812 可通過(guò)特殊功能寄存器控制ADC、DAC、I2C等芯片，故其 A/D和D/A轉(zhuǎn)換程序、I2C控制程序都比傳統(tǒng)的8051加芯片的結(jié)構(gòu)來(lái)得簡(jiǎn)單、容易。因此，采用ADuC812作為本系統(tǒng)的核心芯片使設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單、方便、實(shí)用。

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