直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案范文

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關(guān)鍵詞：項(xiàng)目教學(xué)法；中職教育；直流穩(wěn)壓電源

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）03-0121-02

1 項(xiàng)目教學(xué)法簡介

1.1 實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)法的指導(dǎo)思想

著名的教育學(xué)家弗雷德?海因里希教授曾以這樣的例子來介紹項(xiàng)目教學(xué)。首先由學(xué)生或教師在現(xiàn)實(shí)中選取一個(gè)“造一座橋”的項(xiàng)目，學(xué)生分組對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行討論，并寫出各自的計(jì)劃書；接著正式實(shí)施項(xiàng)目，利用模型拼裝橋梁；然后演示項(xiàng)目結(jié)果，由學(xué)生闡述構(gòu)造的機(jī)理；最后由教師對(duì)學(xué)生的作品進(jìn)行評(píng)估。通過這樣的教學(xué)步驟，充分發(fā)掘?qū)W了生的創(chuàng)造潛能，并促使其在提高動(dòng)手能力和推銷自己等方面努力實(shí)踐。

所以，項(xiàng)目教學(xué)法”就是通過實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)，其目的是在課堂教學(xué)中把理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力。它傳統(tǒng)的教學(xué)法相比，有很大的區(qū)別，主要表現(xiàn)在改變了傳統(tǒng)的三個(gè)中心，由以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，由以教材為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴绊?xiàng)目”為中心，由以課堂為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫?shí)際經(jīng)驗(yàn)為中心。

1.2 項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施步驟

在運(yùn)用項(xiàng)目教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須明確學(xué)生是認(rèn)知的主體、是知識(shí)意義的主動(dòng)建構(gòu)者。所以根據(jù)項(xiàng)目教學(xué)的教法思路和教學(xué)設(shè)計(jì)原則，項(xiàng)目教學(xué)具體見以下五個(gè)步驟：

1）確定項(xiàng)目的目標(biāo)和任務(wù)：通常先由教師提出一個(gè)或幾個(gè)項(xiàng)目任務(wù)，然后同學(xué)們一起討論，最終確定項(xiàng)目的目標(biāo)和任務(wù)。

2）計(jì)劃：由同學(xué)們共同制定出項(xiàng)目的工作計(jì)劃，確定工作步驟和程序。

3）項(xiàng)目實(shí)施：同學(xué)們根據(jù)各自的分工和合作的形式，按照已明確的工作步驟開展工作。

4）項(xiàng)目的檢查評(píng)估：先由同學(xué)們自評(píng)，再由教師根據(jù)項(xiàng)目的工作成績進(jìn)行檢查評(píng)分。最終師生共同討論、提出工作中問題，討論解決方法并進(jìn)行總結(jié)記錄。

5）歸檔或應(yīng)用。

2 中職學(xué)校電子技術(shù)教學(xué)的現(xiàn)狀

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》是中等職業(yè)學(xué)校一門專業(yè)基礎(chǔ)性質(zhì)的課程，它是理論性、實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程。 在傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限，只能進(jìn)行一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，且傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)多采用講解式，其教學(xué)內(nèi)容的選擇、實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)定和實(shí)驗(yàn)器材的組織等均由老師組織，缺乏對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使得學(xué)生的綜合素質(zhì)未得到鍛煉和提高。如何讓學(xué)生能完全接受這門課的知識(shí)，為以后的專業(yè)知識(shí)打下良好基礎(chǔ)，是中等職業(yè)學(xué)校需要解決的課題。

3 項(xiàng)目式教學(xué)法在設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源教學(xué)中的具體實(shí)施和反饋

直流穩(wěn)壓電源應(yīng)用廣泛，也是中職學(xué)校電子技術(shù)學(xué)科的重要知識(shí)點(diǎn)。它包含了電路的集中重要基本元器件，電阻器、二極管和晶體三極管等，以及由這些基本元器件所構(gòu)成基本電路，所以利用項(xiàng)目教學(xué)法設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源的教學(xué)具有十分重的要意義。

下面我以設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源的教學(xué)為例。

3.1 確定項(xiàng)目任務(wù)

首先，向?qū)W生下達(dá)項(xiàng)目任務(wù)：設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源電路。并提出要求如下：

設(shè)計(jì)要求：① 分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。 集思廣益，提出多種設(shè)計(jì)方案，并構(gòu)建出設(shè)計(jì)框架。② 確定合理的總體方案。③ 將總體方案化整為零，分解出各個(gè)單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。④ 組成總的系統(tǒng)，形成合理的布局，并按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行總體論證，給出必要的說明。

3.2 制定工作計(jì)劃

任務(wù)下達(dá)后，學(xué)生開始前期的準(zhǔn)備工作，通過查找相關(guān)資料、討論等制定工作計(jì)劃，也就是接下來的工作步驟。具體如下：① 確定直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)方案；② 設(shè)計(jì)各分電路確定元器件的采用表；③ 形成直流穩(wěn)壓電源總體電路；④ 利用軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

3.3 項(xiàng)目的實(shí)施

為了更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣和積極性，我們可以把課堂搬到一體化教室，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，動(dòng)手操作起來，手腦并用。這樣可以使得學(xué)生學(xué)到知識(shí)更加直觀，便于理解和記憶。

實(shí)施步驟一：確定設(shè)計(jì)方案。

在具體的實(shí)施過程中我將班級(jí)的學(xué)生分成4-5人一組，要求每組明確每個(gè)成員的具體分工和合作形式，并按照已確定的步驟開始工作。同學(xué)們可以根據(jù)我們之前所學(xué)習(xí)的，在這里可以采用分工合作，集體討論，教師指導(dǎo)，確定直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)方案。

實(shí)施步驟二：確定子電路圖。

我們已經(jīng)學(xué)過直流穩(wěn)壓電源由四個(gè)主要部分組成，包含整流變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。接下來開始讓同學(xué)們自己利用所學(xué)的知識(shí)設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電路的各個(gè)部分。為了提高效率，這里可采取分工合作的形式，由組員各自去收集材料，收集的過程不僅復(fù)習(xí)和鞏固了所學(xué)知識(shí)的，還鍛煉了大家分工協(xié)作的能力以及團(tuán)隊(duì)合作的精神。教師在旁邊觀察各組學(xué)生的討論過程并適時(shí)給予指導(dǎo)，并要求各組上交工作報(bào)告，由各組表表闡述各電路的工作原理，給予點(diǎn)評(píng)和鼓勵(lì)，以便于接下來的集體討論形成整體電路。

實(shí)施步驟三 ：形成直流穩(wěn)壓電路總體整體電路，進(jìn)行參數(shù)的論證。

在教師指導(dǎo)下形成最終的整體電路，并在Multisim軟件上進(jìn)行繪制。闡述工作原理并進(jìn)行電路參數(shù)的論證。

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[關(guān)鍵詞]單片機(jī) 直流穩(wěn)壓源 智能化電源 閉環(huán)控制

[中圖分類號(hào)]TM[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1007-9416(2010)03-0034-02

直流穩(wěn)壓電源作為電氣設(shè)備及其控制系統(tǒng)的主要電源系統(tǒng),在實(shí)際生活中被廣泛的應(yīng)用于電力電子教學(xué)、電氣設(shè)備開發(fā)研究等工程領(lǐng)域。傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源由于受技術(shù)條件的影響,普遍存在功能簡單、調(diào)節(jié)誤差大、干擾大、接線復(fù)雜、體積大等問題。傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源對(duì)輸出電壓通常采用粗調(diào)的方式來完成,調(diào)節(jié)精度不高,當(dāng)需要輸出電壓在一個(gè)很小范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí),傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源就難以辦到,嚴(yán)重影響了穩(wěn)壓電源的使用范圍?；趩纹瑱C(jī)的智能高精度直流穩(wěn)壓電源,結(jié)合了最先進(jìn)的單片機(jī)控制技術(shù)采用高性能基準(zhǔn)穩(wěn)壓電力電子元件,穩(wěn)壓調(diào)壓精度高而且抗干擾能力強(qiáng),克服了傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓源的缺點(diǎn)。同時(shí)整個(gè)控制系統(tǒng)具有完善的保護(hù)電路,大大提高了設(shè)備的使用壽命。隨著電力電子技術(shù)的成熟,單片機(jī)價(jià)格越來越經(jīng)濟(jì),且集成度相當(dāng)高,大大減少了直流電源系統(tǒng)開發(fā)成本,具有明顯的工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

單片機(jī)控制的直流穩(wěn)壓電源以AT89S52單片機(jī)作為整機(jī)的核心控制單元,經(jīng)過調(diào)節(jié)AD7543的輸入電壓數(shù)字量來控制系統(tǒng)的輸出電壓,本系統(tǒng)具有可預(yù)置電壓和步進(jìn)調(diào)節(jié)電壓的特性,而且整個(gè)電壓調(diào)節(jié)步進(jìn)值達(dá)到0.1V的小范圍。此系統(tǒng)具有自我檢測功能、短路保護(hù)等故障處理技術(shù)。整個(gè)系統(tǒng)的工作原理框圖如圖1所示。

從圖1可以看出,整個(gè)系統(tǒng)包含變壓整流單元、鍵盤預(yù)設(shè)電壓單元、濾波電路單元、電流檢測短路保護(hù)單元、電壓反饋單元等多個(gè)部分組成。為了使系統(tǒng)能夠具備自動(dòng)采樣檢測實(shí)際輸出電壓值的大小,可以通過電壓取樣及電壓調(diào)節(jié)回路,實(shí)時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行采樣,并經(jīng)過相應(yīng)的比較放大電路直接控制單片機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)程序進(jìn)行相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié),保障輸出直流電壓的穩(wěn)定,然后經(jīng)過八段式數(shù)碼顯示管進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示相應(yīng)的系統(tǒng)輸出電壓值。單片機(jī)在得到電壓取樣數(shù)據(jù)后,通過數(shù)字信號(hào)處理中心,獲得相應(yīng)的控制策略,可以通過兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電路,對(duì)不同的輸出電壓值采取不同的控制策略。當(dāng)電流檢測回路發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中電流過大時(shí),就直接將信息反饋給驅(qū)動(dòng)電路和單片機(jī)系統(tǒng),控制電路調(diào)整進(jìn)行自動(dòng)短路保護(hù)。利用單片機(jī)為核心處理控制器的穩(wěn)壓電源系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案比較靈活,合理利用軟件編程控制方法來解決電壓值的預(yù)置以及輸出電壓的步進(jìn)控制,比傳統(tǒng)滑檔控制更加精確可靠。由于單片機(jī)是一種電子產(chǎn)品的集成系統(tǒng),可以大大地減少直流電壓源系統(tǒng)內(nèi)部的硬件回路,且采用較為先進(jìn)的電子器件,系統(tǒng)的相應(yīng)時(shí)間和誤差都在有效的控制范圍,大大擴(kuò)大了穩(wěn)壓電壓源的使用范圍,在穩(wěn)壓源系統(tǒng)中得到了廣泛的推廣。

1.2 數(shù)控部分

單片機(jī)AT89S52作為整個(gè)穩(wěn)壓系統(tǒng)的控制核心主要完成電壓輸出值的采樣判斷、鍵盤電壓預(yù)設(shè)控制、控制驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)、輸出電壓值數(shù)字顯示、系統(tǒng)短路自動(dòng)檢測保護(hù)及其他輔助功能。

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的人機(jī)對(duì)話功能,本系統(tǒng)采用10個(gè)數(shù)字電壓預(yù)設(shè)按鍵和兩個(gè)步進(jìn)(“+”,“-”)按鍵,為了避免有些其他未考慮功能按鍵的使用,最終選用具有16按鍵的輸入鍵盤實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的人機(jī)交互控制電路。輸出電壓值顯示部分采用8位8段式LED數(shù)碼管,數(shù)顯LED管現(xiàn)在已經(jīng)很成熟,易于同其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,可以直接與單片機(jī)輸出相連。但是本系統(tǒng)單片機(jī)作為系統(tǒng)控制核心,數(shù)顯單元只是單片機(jī)控制的一個(gè)點(diǎn),且單片機(jī)I/O端口總數(shù)目有限,必須采用擴(kuò)展電路來控制數(shù)顯部分,因此為了優(yōu)化系統(tǒng),采用一片8155作為單片機(jī)系統(tǒng)的外部擴(kuò)展接口電路,實(shí)現(xiàn)16個(gè)鍵盤的通信接口與LED數(shù)顯的通信接口。鍵盤及數(shù)顯接口單片機(jī)擴(kuò)展電路如圖2所示。

1.3 電壓取樣及電壓調(diào)節(jié)

為了提高輸出電壓的精度,保證電源穩(wěn)定運(yùn)行,利用電壓取樣單元對(duì)電源輸出電壓進(jìn)行檢測,得到一個(gè)電壓信號(hào)的反饋電壓。為了提高單片機(jī)控制系統(tǒng)的整體精度和靈敏度,將采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過比較放大電路,利用一級(jí)運(yùn)算放大器將采樣電壓進(jìn)行放大,再送給單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。

1.4 電源方案

采用78系列三端穩(wěn)壓器件作為控制核心單片機(jī)及系統(tǒng)各功能芯片的動(dòng)力源,通過輸入電源的全波整流,獲得可靠的穩(wěn)壓供電電源。

1.5 過流報(bào)警功能

為了提高單片機(jī)控制系統(tǒng)的安全可靠性,提高單片機(jī)數(shù)控直流電壓源的人性化服務(wù)。利用電流檢測回路檢測系統(tǒng)中的電流值,當(dāng)電流大于系統(tǒng)設(shè)定值時(shí),通過單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)保護(hù)跳閘,實(shí)現(xiàn)保護(hù)貴重電氣設(shè)備的功能,并可以通過相應(yīng)的蜂鳴器報(bào)警,提醒工作人員對(duì)相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行檢查看修。

2 軟件設(shè)計(jì)

在實(shí)際硬件電路搭配完成后,為了有效地減小紋波電壓,保證供電可靠性,本系統(tǒng)采用軟件編程方法實(shí)現(xiàn)去峰值數(shù)值濾波,以減小外界環(huán)境干擾對(duì)輸出電壓的影響,數(shù)據(jù)取樣分析判斷是整個(gè)濾波系統(tǒng)的中心部分,取樣的準(zhǔn)確性與否直接影響系統(tǒng)的整體控制。為了保證取樣的可靠性,在整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中設(shè)置了電壓采樣主程序和鍵盤輸入中斷子程序,相應(yīng)的流程圖見圖3和圖4所示:

程序運(yùn)行后,單片機(jī)系統(tǒng)就自動(dòng)開始檢測是否有鍵按下,若有鍵盤觸發(fā)脈沖,則進(jìn)入電壓預(yù)設(shè)按鍵功能程序。LED數(shù)碼管顯示部分就開始自動(dòng)動(dòng)態(tài)定時(shí)掃描數(shù)據(jù),達(dá)到系統(tǒng)CPU資源得到充分利用。單片機(jī)系統(tǒng)不斷通過取樣電路采集系統(tǒng)輸出電壓數(shù)據(jù),經(jīng)過比較放大和相關(guān)分析判斷,然后通過單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出增減命令對(duì)實(shí)際輸出電壓進(jìn)行相應(yīng)的校正,控制輸出電壓源保持電壓恒定。

3 數(shù)據(jù)分析

把系統(tǒng)相關(guān)的硬件和軟件設(shè)定完成后,對(duì)裝置進(jìn)行相應(yīng)的檢測,其檢測結(jié)果數(shù)據(jù)如表1所示:

從表1中可以看出,基于單片機(jī)的直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)可以有效的保障輸出電壓的穩(wěn)定,系統(tǒng)整體誤差在10-2量綱級(jí)內(nèi),誤差相當(dāng)小,完全滿足穩(wěn)壓電源的要求。

4 結(jié)語

以AT89S52單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的一種智能穩(wěn)壓電壓源系統(tǒng),有效保證電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)輸出電壓采用數(shù)顯和鍵盤輸入控制,提高了電源的人性化服務(wù)?；贏T89S52單片機(jī)的一種穩(wěn)壓電壓源系統(tǒng)系統(tǒng)集成度高、可靠性強(qiáng)、具有自我故障檢測保護(hù)功能,具有良好的實(shí)用價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京高等教育出版社,2004.

[2] 陳太洪.基于LM399的高精密度穩(wěn)壓電源[J].工礦自動(dòng)化,2006,(02):66-72.

[3] 吳恒玉,唐民麗,何玲,黃果,韓寶如.基于89S51單片機(jī)的數(shù)控直流穩(wěn)壓源的設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化.2010,32(01):95-96.

[4] 陳偉杰,張虹.基于混合最優(yōu)算法的高精度數(shù)控直流電源設(shè)計(jì)[J].中國集成電路,2008,8(06):48-52.

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關(guān)鍵詞：電子技術(shù)行業(yè) 虛擬仿真技術(shù) 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）06-0000-00

電子技術(shù)行業(yè)的各類設(shè)備產(chǎn)品必須具備良好的設(shè)計(jì)方案才能夠保障其工作狀態(tài)的理想。電子行業(yè)具有產(chǎn)品更新快研發(fā)周期短的特點(diǎn)。為了滿足不斷發(fā)展的市場需求，加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的升級(jí)，在核心技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，電子行業(yè)必須采用新的研究方法和技術(shù)。虛擬仿真研究是目前電子行業(yè)所廣泛采用的一種新的方法和技術(shù)。本文即以直流穩(wěn)壓電源以及數(shù)控機(jī)床為切入點(diǎn)，對(duì)虛擬仿真技術(shù)在上述兩個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用要點(diǎn)及價(jià)值進(jìn)行分析與探討。

1 虛擬仿真技術(shù)概述

虛擬仿真技術(shù)即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，也可稱之為模擬技術(shù)，技術(shù)核心是用一個(gè)完全虛擬的系統(tǒng)對(duì)另一個(gè)真實(shí)存在的系統(tǒng)進(jìn)行模擬。此項(xiàng)技術(shù)涉及到多個(gè)學(xué)科，是計(jì)算機(jī)圖形、人機(jī)交互、傳感技術(shù)、以及人工智能等多個(gè)學(xué)科的交叉綜合領(lǐng)域。虛擬仿真技術(shù)主要包括三個(gè)方面的含義：第一是借助于計(jì)算機(jī)所生成環(huán)境具有虛擬性的特點(diǎn)；第二是人對(duì)這種虛擬環(huán)境的感知是高度逼真的；第三則是人可以通過自然的方法與虛擬系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交互，系統(tǒng)可響應(yīng)人的動(dòng)作并作出合理的反應(yīng)。

當(dāng)前虛擬仿真技術(shù)被廣泛應(yīng)用于包括汽車制造、道路橋梁、油田礦井、教育教學(xué)、電子技術(shù)、以及水利電力等在內(nèi)的多個(gè)行業(yè)中，體現(xiàn)出了包括交互性、沉浸性、虛幻性、以及逼真性這四個(gè)方面的特點(diǎn)。對(duì)于電子技術(shù)行業(yè)而言，虛擬仿真技術(shù)的最主要優(yōu)勢(shì)是可對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)或優(yōu)化方案在實(shí)踐前通過高度仿真的模擬環(huán)境進(jìn)行分析，以驗(yàn)證方案的可靠性以及有效性，兼顧實(shí)現(xiàn)了提高效率，縮短周期，以及控制費(fèi)用等方面的性能優(yōu)勢(shì)，有推廣價(jià)值。

2 虛擬仿真技術(shù)在直流穩(wěn)壓電源中的應(yīng)用

直流穩(wěn)壓電源的組成部分包括電源變壓器、濾波電路、整流電路、以及穩(wěn)壓電路四個(gè)部分。電網(wǎng)供給的交流電壓在經(jīng)過電源變壓器降壓處理后得到與電路需求相對(duì)應(yīng)的交流電壓，然后經(jīng)由整流電路變化為方向恒定、大小伴隨時(shí)間變化而變化的單線脈動(dòng)電壓，并經(jīng)過濾波電路進(jìn)行濾過（濾過交流分量），通過此環(huán)節(jié)處理后得到相對(duì)平滑的脈動(dòng)電壓。最后經(jīng)過穩(wěn)壓電路處理，以確保電網(wǎng)電壓以及負(fù)載水平在發(fā)生改變時(shí)電壓維持在穩(wěn)定狀態(tài)下。為更加清晰的了解整個(gè)電路的工作原理與運(yùn)行情況，可以借助于虛擬仿真軟件，在軟件模擬環(huán)境下通過設(shè)置開關(guān)或調(diào)整電路結(jié)構(gòu)的方式觀察示波器所呈現(xiàn)出的波形變化。本研究中引入Multisim10虛擬仿真軟件，該軟件借助于圖形方式創(chuàng)建電路，具有界面直觀、操作簡便、調(diào)用方便等優(yōu)勢(shì)。本軟件提供有包括交流、直流等在內(nèi)的17種分析方法，虛擬仿真能力強(qiáng)大。

整流電路仿真分析下全波整流與半波整流波形圖如下圖1所示。結(jié)合圖1：4個(gè)二極管所構(gòu)成橋式全波整流電路，其核心作用是將正弦變化的電壓演變?yōu)槊}動(dòng)電壓。通過設(shè)置開關(guān)J1為開啟狀態(tài)的方式，對(duì)整流器在二極管損壞狀態(tài)下所產(chǎn)生的開路情況進(jìn)行模擬。則全波整流轉(zhuǎn)換為半波整流，半波整流下所對(duì)應(yīng)輸出電壓為0.45*全波整流電壓。

通過對(duì)直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)中J2開關(guān)進(jìn)行接通或斷開的方式能夠?qū)Ρ炔ㄐ斡^察得到：在電容接入電路內(nèi)后，輸出電壓平滑程度明顯提高，波紋得到有效控制，同時(shí)輸出電壓平均值也有一定的增加。其依據(jù)是：在電容接入電路內(nèi)后，電容可有效存儲(chǔ)電荷，同時(shí)對(duì)高頻分量而言容抗腳下，從而電流中的交流成分可通過電容C1而被旁路。在電容維持恒定的狀態(tài)下，可通過調(diào)整負(fù)載電阻運(yùn)行仿真的方式，使示波器分別顯示濾波器輸出波形，仿真結(jié)果如下圖2所示。結(jié)合圖2來看，電容放電時(shí)間常數(shù)為RC。在C為恒定狀態(tài)下時(shí)，R取值越高則意味著放電速度越緩慢，輸出波形更加平滑，輸出電壓值更??；在R為定值狀態(tài)下時(shí)，電容器容量越大則意味著放電越慢，所對(duì)應(yīng)輸出波紋越小，輸出電壓值更大。

除此以外，通過對(duì)虛擬仿真軟件的合理應(yīng)用，還能夠?qū)χ绷鞣€(wěn)壓電路的改進(jìn)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行仿真驗(yàn)證，以確保改進(jìn)方案的實(shí)施效果理想。以某直流穩(wěn)壓電路對(duì)集成電路以及自保電路的改進(jìn)方案而言，為驗(yàn)證該方案的可靠性，借助于Multisim10虛擬仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。操作方法為：在Multisim10虛擬仿真軟件按照改進(jìn)方案構(gòu)建直流穩(wěn)壓電壓仿真點(diǎn)圖，以供電電壓220V（±10%）為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行虛擬仿真。借助于4綜虛擬示波器對(duì)各點(diǎn)波形進(jìn)行觀察并讀值，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖3所示。結(jié)合圖2可見：經(jīng)過改進(jìn)后，直流穩(wěn)壓電路波形脈動(dòng)被控制在較小范圍內(nèi)，電壓輸出穩(wěn)定程度高，可保持在12.036V左右，經(jīng)計(jì)算穩(wěn)壓系數(shù)為0.015（符合

3 虛擬仿真技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

數(shù)控加工是現(xiàn)代模具CAD/CAM加工體系中不可或缺的重要內(nèi)容之一。以五軸數(shù)控加工技術(shù)為例，所對(duì)應(yīng)的模具工件性狀復(fù)雜，對(duì)表面質(zhì)量要求高，因此對(duì)銑削加工提出了非常嚴(yán)格的要求。五軸加工在完成最后一次裝夾后，可以從多個(gè)面加工工件，其優(yōu)勢(shì)在于節(jié)約了大量的裝夾時(shí)間以及輔助測量裝置，且加工位置精度更高。在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)及性能驗(yàn)證中通過對(duì)虛擬仿真技術(shù)的合理應(yīng)用，一方面能夠使數(shù)控機(jī)床充分且合理的應(yīng)用于對(duì)模具以及機(jī)械產(chǎn)品的加工中，另一方面能夠?yàn)檎_且充分的應(yīng)用數(shù)控機(jī)床，完成更多模具以及機(jī)械產(chǎn)品加工提供保障。以某單葉片曲面零件數(shù)控加工實(shí)例為例，采用五軸加工方案，引入五軸五聯(lián)動(dòng)編程開發(fā)技術(shù)，同時(shí)對(duì)后置技術(shù)進(jìn)行了編程制定。為進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)控機(jī)床五軸五聯(lián)動(dòng)方案的編程程序正確性以及后置處理結(jié)果的可靠性，借助于虛擬仿真技術(shù)，在仿真軟件所提供虛擬環(huán)境下參照數(shù)控機(jī)床實(shí)際配置構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。虛擬仿真結(jié)果顯示：所模擬機(jī)床在對(duì)零件進(jìn)行加工的全過程中刀具路徑未發(fā)生偏差，加工零件性狀基本與設(shè)計(jì)要求相符合。

4 結(jié)語

本研究中針對(duì)虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)行業(yè)中的應(yīng)用問題進(jìn)行分析及探究，通過上述分析不難發(fā)現(xiàn)：在電子技術(shù)行業(yè)中積極應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)能夠有效解決以往設(shè)計(jì)方案直接應(yīng)用于實(shí)踐中存在的浪費(fèi)或失誤問題，避免了不必要的事故產(chǎn)生，可以有效提高電子技術(shù)產(chǎn)品及相關(guān)設(shè)備的使用壽命與性能，對(duì)促進(jìn)電子技術(shù)行業(yè)的發(fā)展也有重要價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳軍，周曉平，郝江濤 等.基于MatLab & Simulink的電工電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2015（3）：57-60.

[2] 趙麗梅.Electronics workbench在電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用[J].中國遠(yuǎn)程教育（綜合版），2001（12）：58-59.

[3] 周凱，那日沙，王旭東 等.Saber在電力電子技術(shù)仿真中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015（3）：126-128，140.

篇4

【關(guān)鍵詞】電源系統(tǒng)；改造；項(xiàng)目；可靠性

前言

克孜爾電廠原48V直流裝置是阿城繼電器廠生產(chǎn)，配備兩套，互為備用，由于阿城繼電器廠生產(chǎn)的48V直流裝置可靠性較差，經(jīng)常出現(xiàn)故障，而且維修調(diào)試復(fù)雜工作量大。后又委托新疆水電設(shè)計(jì)院王淑華高級(jí)工程師設(shè)計(jì)一套簡易48V裝置，仍然保證不了48V直流系統(tǒng)安全運(yùn)行，每年檢修人員要花費(fèi)大量時(shí)間維修、維護(hù)，但仍然效果不大。從1991年――1998年10月，先后因48V故障引起保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)多次，給發(fā)供電造成很大損失，針對(duì)這一情況，電廠技術(shù)人員利用一些閑置設(shè)備，設(shè)計(jì)一套48V直流裝置，有效地保障了全廠控制、保護(hù)自動(dòng)化設(shè)備電源的供應(yīng)。

一、改造原因

電廠原有兩套48V裝置在運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)故障，造成繼電保護(hù)、計(jì)算機(jī)控制設(shè)備、自動(dòng)控制回路不能正常工作，信號(hào)指示消失，而且檢修調(diào)試復(fù)雜、運(yùn)行檢修人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，已經(jīng)不能適應(yīng)電廠生產(chǎn)的需要，為此必須進(jìn)行技術(shù)改造。

二、改造方案

經(jīng)過對(duì)原有的設(shè)備詳細(xì)調(diào)查、技術(shù)分析、可行性論證后，設(shè)計(jì)和提出技術(shù)改造方案如下：

1、用途：

以免維護(hù)電池、可控硅整流設(shè)備、測量保護(hù)回路、自動(dòng)控制、電壓調(diào)整、信號(hào)回路組成新的一套直流電源，作為電廠繼電保護(hù)計(jì)算機(jī)集中控制和其它自動(dòng)控制設(shè)備的可靠直流穩(wěn)壓電源。

2、直流電源裝置正常工作環(huán)境條件：

（1）環(huán)境溫度：―10～+400C。

（2）相對(duì)溫度不大于85%。

3、工作原理：

本直流電源采用單相50Hz220V交流電壓經(jīng)單相橋式半控整流、自動(dòng)調(diào)節(jié)控制電路，并通過電抗器濾波、電壓調(diào)整回路輸出直流，一方面向負(fù)載供電，同時(shí)也對(duì)蓄電池進(jìn)行均充或浮充電。

直流系統(tǒng)原理框圖：

三、設(shè)備材料

采用的是原縱橫制電話交換機(jī)用的整流設(shè)備、220V直流裝置的一些部分設(shè)備。

四、安裝使用

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，認(rèn)真細(xì)致的安裝調(diào)試，完成了技改項(xiàng)目，投入運(yùn)行后經(jīng)檢測能滿足運(yùn)行要求，達(dá)到了技改的各項(xiàng)技術(shù)要求。

篇5

關(guān)鍵詞：雙向Dc/Dc變換電路；TPS4530；測控電路；步進(jìn)控制

雙向DC-DC變換器是實(shí)現(xiàn)直流變換器兩象限運(yùn)行的電路，用于實(shí)現(xiàn)直流電能的雙向傳輸，實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)單向直流變換器。對(duì)于它的研究，國內(nèi)外有眾多文章介紹它的設(shè)計(jì)與開發(fā)方法。本文則從減少設(shè)備體積與重量的角度，兼顧效率的前提下進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究，有一定的參考價(jià)值。

1.設(shè)計(jì)方案的論證與選擇

方案一：采用LM2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器組成DC/DC變換電路，它能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流，可調(diào)電壓輸出范圍在12-37v之間，具有過流保護(hù)和限流保護(hù)功能，效率達(dá)到80%，但是不能將效率提高到90%至以上。

方案二：采用雙向DC/Dc變換電路模塊，找不到完全符合設(shè)計(jì)要求的模塊。

方案三：采用TPS5430組成電路，該芯片同樣具有高電流輸出，達(dá)到3A，寬電壓輸入范圍在5.5～36v之間，高轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了95%，有過流保護(hù)及熱關(guān)斷功能，與其他同類型直流開關(guān)電源轉(zhuǎn)換芯片相比更符合題目要求。

綜合以上3種方案，選擇方案三。

2.輔助電源的論證與選擇

方案一：工頻電源（220v）為其供電。

方案二：使用直流穩(wěn)壓電源（U處）與L7805芯片電路為其供電。

綜合考慮采用方案二。

3.系統(tǒng)理論分析與計(jì)算

3.1雙向DC/DC變換電路的分析

直流換電路主要工作方式是脈寬調(diào)制（Pulse WidthModulation，PWM）工作方式，基本原理是通過開關(guān)管把直流電斬成方波（脈沖波），通過調(diào)節(jié)方波的占空比（脈沖寬度與脈沖周期之比）來改變電壓。

圖1左上部是一個(gè)斬波基本電路，UD是輸入的直流電壓，堤開關(guān)管，UR是負(fù)載R上的電壓，開關(guān)管V把輸入的UD斬成方波輸出到R上，右上部線為斬波后的輸出波形，方波的周期為T，在V導(dǎo)通時(shí)輸出電壓等于ud導(dǎo)通時(shí)間為ton在V關(guān)斷時(shí)輸出電壓等于0，關(guān)斷時(shí)間為toff占空比D=ton/T，方波電壓的平均值與占空比成正比。改變脈沖寬度即可改變輸出電壓，在時(shí)間t1前脈沖較寬、間隔窄，平均電壓（URT）較高；在時(shí)間t1后脈沖變窄，平均電壓（UR2）降低。固定方波周期’r不變，改變占空比調(diào)節(jié)輸出電壓就是PWM法，也稱為定頻調(diào)寬法。

3.2芯片公式與元器件選擇

該款TPs5430在PH和GND之間接外部鉗位二極管。選定的二極管必須滿足大于該系統(tǒng)的絕對(duì)最大額定值：反向電壓必須比最高PH電壓還高，這是vINMAX+0.5，峰值電流必須大于IOUTMAx再加上峰值電感電流一半。重要的是要注意該二極管傳導(dǎo)時(shí)間通常長于高側(cè)FET，因此重視對(duì)二極管參數(shù)配置可以使整體效率顯著提高。對(duì)于這個(gè)二極管，反向電壓40v，正向電流3A，正向壓降為0.5V。

C1=10uF，C2=0.01uf，C3=220uF

L1=22uH

Rl=10kQ，R2=510Ω

3.3輔助電源的分析

輔助電源使用L7805芯片模塊為其供電，C1，G3為小電容，過濾低頻信號(hào)；C2，C4為大電容，過濾高頻信號(hào)。取C1=G=0.1uF，G2=4700uF，C4=1000uF。

4.電路與程序設(shè)計(jì)

4.1主電路的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電路的總體框架如圖2所示。

4.2輔助電源設(shè)計(jì)

輔助電源需自制或自備，可由7805芯片模塊為其供電。輔助電源電路子系統(tǒng)電路如圖3所示。

篇6

一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案框圖，主要由燈控箱系統(tǒng)電路和上位PC機(jī)兩部分組成。兩部分之間通過RS-232串行通信總線連接，完成對(duì)各樓叢電燈亮滅的在線控制及監(jiān)控、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸和集中顯示管理等。

1.遠(yuǎn)程燈控箱系統(tǒng)中單片機(jī)的選擇

單片機(jī)最早是以嵌入式微控制器的面貌出現(xiàn)的，是系統(tǒng)中最重要和應(yīng)用最多的智能器件。單片機(jī)以其集成度和性價(jià)比高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化、過程控制、數(shù)字儀器儀表、通信系統(tǒng)以及家用電器產(chǎn)品中有著不可替代的作用。

目前常用的單片機(jī)有51系列、AVR系列、MSP430系列等，其各有優(yōu)缺點(diǎn)，而比較主流的單片機(jī)是51系列和AVR系列兩種。而51系列和AVR系列最大的一個(gè)區(qū)別就是AVR系列單片機(jī)采用全新配置的精簡指令集RISC（Reduced Instruction Set CPU），而51系列單片機(jī)采用復(fù)雜指令集CISC（Complex Instruction Set CPU），所以與AVR單片機(jī)相比，51單片機(jī)在效率、速度及指令格式上就顯得比較復(fù)雜，更不適用于在嵌入式系統(tǒng)中使用。

其次，因?yàn)槭菓?yīng)用在日常生活及工業(yè)中，所以就必須是低功耗的。而51系列單片機(jī)正常情況下消耗的電流為24mA，在掉電狀態(tài)下，其耗電電流仍為 3mA ；即使在掉電方式下，電源電壓可以下降到2V，但是為了保存內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)，還需要提供約50uA的電流。而AVR單片機(jī)在低功耗方面的優(yōu)越之處，是51系列單片機(jī)不可比擬的。

綜上所述，無論從功能上還是經(jīng)濟(jì)上考慮，AVR系列單片機(jī)無疑是最好的選擇。

2.遠(yuǎn)程通信實(shí)現(xiàn)方式

隨著科技的日新月異不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)通信的方法也多種多樣，可以通過GPRS技術(shù)進(jìn)行通信，可以通過紅外傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，也可以通過有線傳輸進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。現(xiàn)有的一些數(shù)據(jù)傳輸方法如利用電話線、電力載波等都存在著諸多的問題，如覆蓋范圍小，線路維護(hù)量大，電力載波上噪聲污染導(dǎo)致通信不可靠等。最后基于自己所學(xué)專業(yè)知識(shí)專業(yè)技能，結(jié)合實(shí)現(xiàn)的簡易成度及性價(jià)比方面，決定使用以ATMEG 16單片機(jī)為中心，通過RS-232總線與PC機(jī)進(jìn)行通信，PC機(jī)可將命令通過RS-232總線傳送給單片機(jī)對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行控制，單片機(jī)也可將數(shù)據(jù)通過RS-232數(shù)據(jù)線反饋給PC照明設(shè)備的狀態(tài)，以便進(jìn)行監(jiān)控。

二、系統(tǒng)概述

1.系統(tǒng)組成

系統(tǒng)硬件由PC上位機(jī)、MAX232、ATmega16、燈箱單片機(jī)組成。

2.系統(tǒng)工作原理

PC機(jī)作為主控制系統(tǒng)，單片機(jī)作為控制器，控制系統(tǒng)和控制器之間通過RS-232接口通信。控制時(shí)，數(shù)據(jù)由上位機(jī)發(fā)出，通過串口發(fā)送給單片機(jī)，然后再由單片機(jī)控制燈箱；發(fā)送時(shí)，先發(fā)送識(shí)別字，再發(fā)送控制數(shù)據(jù)，單片機(jī)通過讀識(shí)別字，決定控制哪層樓的燈亮。檢測時(shí)，PC機(jī)先發(fā)送一命令數(shù)據(jù)，當(dāng)單片機(jī)讀到“檢測”命令數(shù)據(jù)時(shí)，把此時(shí)每層樓燈的狀態(tài)讀取過來，然后發(fā)送到PC機(jī)，PC機(jī)讀取單片機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行程序處理運(yùn)算，在VB界面上顯示出來。

三、系統(tǒng)硬件

1.ATmega16單片機(jī)模塊

本模塊是整個(gè)系統(tǒng)的的核心，所有的命令都由此模塊控制。本次單片機(jī)采用的是ATMEL公司推出的AVR系列的ATmega16。它具有電路簡單、故障率低、可靠性高、成本低、可采用高級(jí)語言編程等優(yōu)勢(shì)。并且廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)設(shè)備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。

2.串口通信協(xié)議

目前的PC機(jī)都有至少一個(gè)串行通訊端口RS-232，RS-232端口可實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行通訊，RS-232的邏輯電平用正負(fù)電壓表示，且信號(hào)使用負(fù)邏輯，邏輯0的電壓范圍是+5V～+15V，而邏輯1的電壓范圍是―15V～―5V。在Atmega16單片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)全雙工的異步串行I/O 口，它的輸人和輸出使用+5V的TTL邏輯電平，因此要進(jìn)行邏輯電平的轉(zhuǎn)換。通常選用MAX232專用芯片來完成。Atmega16有一個(gè)全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和PC之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，采用的串口是RS-232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，本設(shè)計(jì)采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。

3.直流穩(wěn)壓電源

電源模塊可以直接提供正5V的直流電壓，但是由于在一些工業(yè)環(huán)境中并不提供直流電源，而都是交流電源，為確保其實(shí)用性，在電源這一部分，提供了整流穩(wěn)壓電路，可以把交流電壓變成5V的電壓，為整個(gè)電路板提供電源。

3.1電源模塊原理圖

當(dāng)開關(guān)按下時(shí)，電路接通，先通過一個(gè)整流電路，使交流電壓變成直流電壓。為了保證其輸出的電壓是5V，在后面接一個(gè)穩(wěn)壓電路，由一個(gè)7805穩(wěn)壓器和一個(gè)發(fā)光二極管組成，發(fā)光二極管作為電源導(dǎo)通的指示燈。當(dāng)電源導(dǎo)通時(shí)二極管發(fā)光。其中電容C1起濾波作用，電容C2是抑制高平信號(hào)。電容C3， C4直接接地，起到抗干擾的作用，能使電壓穩(wěn)定在5V。

四、軟件設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)軟件框圖

數(shù)據(jù)由上位機(jī)發(fā)出，通過串口發(fā)送給單片機(jī)，然后再由單片機(jī)控制燈箱；發(fā)送時(shí)，先發(fā)送識(shí)別字，再發(fā)送控制數(shù)據(jù)，單片機(jī)通過讀識(shí)別字，決定控制哪層樓的燈亮。檢測時(shí)，PC機(jī)先發(fā)送一命令數(shù)據(jù)，當(dāng)單片機(jī)讀到“檢測”命令數(shù)據(jù)時(shí)，把此時(shí)每層樓燈的狀態(tài)讀取過來，然后發(fā)送到PC機(jī)，PC機(jī)讀取單片機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行程序處理運(yùn)算，在VB界面上顯示出來。

2.VB編程流程圖

五、系統(tǒng)調(diào)試操作

1.在電路焊接完成后檢查線路是否有虛焊、短接等硬件焊接錯(cuò)誤。檢查無誤后進(jìn)行通電調(diào)試。

2.首先使用RS-232連接燈控箱與PC上位機(jī)，使用變壓器變壓后接入電路電源模塊接口。在PC上位機(jī)“我的電腦”管理中確定串口號(hào)，接入不同的USB口，操作界面中串口號(hào)都不同。若串口號(hào)判斷選擇錯(cuò)誤，則系統(tǒng)不能判別識(shí)辯。

篇7

[關(guān)鍵詞] 項(xiàng)目教學(xué)；模擬電子技術(shù)；應(yīng)用

[中圖分類號(hào)] G424.4 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)]

模擬電子技術(shù)是電類專業(yè)很重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，傳統(tǒng)的教學(xué)方式是教師先進(jìn)行理論講解，然后安排學(xué)生做一些簡單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。教學(xué)中，一般要求理論和實(shí)踐內(nèi)容各占一半，大量簡單而重復(fù)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)容易讓學(xué)生產(chǎn)生厭煩情緒，非但不能提高學(xué)生的技能水平，反而令學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，究其原因在于傳統(tǒng)的教學(xué)方式是學(xué)生被動(dòng)地讓老師推著學(xué)。

項(xiàng)目教學(xué)法把學(xué)生由被動(dòng)接受知識(shí)的客體轉(zhuǎn)變?yōu)閰⑴c教育過程的主體，教師是起咨詢和引導(dǎo)的作用，項(xiàng)目的內(nèi)容和任務(wù)由學(xué)生和教師共同討論確定，因而受到了大部分學(xué)生的喜愛，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

一、項(xiàng)目教學(xué)法在模擬電子技術(shù)課程中的應(yīng)用

1.1項(xiàng)目的準(zhǔn)備

項(xiàng)目教學(xué)是師生通過共同實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目來組織教學(xué)活動(dòng)，其指導(dǎo)思想是將一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的任務(wù)項(xiàng)目交給學(xué)生獨(dú)立完成，從信息的收集到方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施，都由學(xué)生具體負(fù)責(zé)，教師在教學(xué)過程中起到咨詢和指導(dǎo)作用。項(xiàng)目教學(xué)可以分為三個(gè)階段：項(xiàng)目的準(zhǔn)備、實(shí)施與評(píng)價(jià)。在項(xiàng)目的準(zhǔn)備階段，由師生共同準(zhǔn)備項(xiàng)目的內(nèi)容、目標(biāo)和任務(wù)，再由學(xué)生制定項(xiàng)目工作計(jì)劃，經(jīng)教師同意，項(xiàng)目的實(shí)施按照工作計(jì)劃進(jìn)行，學(xué)生具體負(fù)責(zé)項(xiàng)目的實(shí)施，教師及時(shí)給予指導(dǎo)。本文把模電課程劃分為三個(gè)小項(xiàng)目：收音機(jī)項(xiàng)目、功率放大器項(xiàng)目和穩(wěn)壓電源項(xiàng)目。項(xiàng)目任務(wù)由指導(dǎo)教師提出，和學(xué)生一起討論，最終確定項(xiàng)目教學(xué)的目標(biāo)和任務(wù)。

1.2 項(xiàng)目的實(shí)施

1.2.1收音機(jī)項(xiàng)目

收音機(jī)的原理是把接收到的電臺(tái)高頻信號(hào)用一個(gè)變頻級(jí)電路轉(zhuǎn)化為頻率固定的中頻信號(hào)，然后對(duì)這個(gè)中頻信號(hào)進(jìn)行多級(jí)放大、檢波和低放。由于不同頻率的無線電波用途較廣、接收的電波較多，所以音頻信號(hào)就會(huì)互相干擾，導(dǎo)致音響效果不好，因此要選擇所需的電臺(tái)并把不要的信號(hào)“濾掉”，以免產(chǎn)生干擾，所以我們?cè)谑章爮V播時(shí)，使用選臺(tái)按鈕。

在收音機(jī)的組裝與調(diào)試中應(yīng)用項(xiàng)目教學(xué)法，可以把它分解為五個(gè)子任務(wù)：電子元器件的識(shí)別，電子產(chǎn)品生產(chǎn)流程與質(zhì)量控制，工具的使用，元器件的排布與安裝，收音機(jī)的調(diào)試。在電子元器件的識(shí)別中，讓同學(xué)查閱并收集電子元器件的資料，利用萬用表測量元器件的參數(shù)，在這個(gè)過程中教師應(yīng)該講解如何使用萬用表。在電子產(chǎn)品生產(chǎn)流程與質(zhì)量控制中，讓學(xué)生按照實(shí)際生產(chǎn)流水線上的要求制定工藝卡和隨機(jī)卡，設(shè)計(jì)好收音機(jī)的組裝與調(diào)試的方案，在這個(gè)過程中教師給學(xué)生提供一段現(xiàn)代電子生產(chǎn)線的視頻，幫助學(xué)生了解現(xiàn)代電子整機(jī)產(chǎn)品的裝配工藝流程，建立質(zhì)量管理意識(shí)。在工具的使用中訓(xùn)練學(xué)生使用電烙鐵和吸錫器進(jìn)行元件的焊接和拆卸，以及熟練操作示波器。教師對(duì)學(xué)生的焊接結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。

1.2.2功率放大器項(xiàng)目

集成電路是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)最偉大的成果。集成電路的出現(xiàn)打破了器件、電路與系統(tǒng)的傳統(tǒng)界限。集成運(yùn)算放大器是一個(gè)高輸入電阻、低輸出電阻、高放大倍數(shù)的直接耦合的多級(jí)放大器，它是模擬集成電路中的典型電路，功率放大器就是在集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

功率放大器的制作與設(shè)計(jì)項(xiàng)目可以分解為如下相應(yīng)的任務(wù)：電路的設(shè)計(jì)，購買和測試元器件，電源電路部分的焊接與調(diào)試，放大電路的焊接與調(diào)試，整機(jī)調(diào)試。在電路的設(shè)計(jì)中，教師先對(duì)電源和功率放大器的原理分別進(jìn)行講解，讓學(xué)生自己比較和選擇使用單電源還是雙電源，使用分立元件還是集成芯片來制作功放。學(xué)生需自己設(shè)計(jì)方案，通過仿真確定元器件的參數(shù)，列出元器件的清單，和老師討論后，自己購買元器件。元器件購買回來后，讓學(xué)生測試元器件的好壞，在萬用板上設(shè)計(jì)好電路走線和元器件的排布，然后焊接電源電路部分并進(jìn)行調(diào)試，學(xué)生在焊接過程中遇到的困難，教師應(yīng)及時(shí)給予指導(dǎo)。

1.2.3穩(wěn)壓電源項(xiàng)目

本項(xiàng)目主要進(jìn)行的是串聯(lián)穩(wěn)壓電源的實(shí)驗(yàn)，它主要由降壓電路、整流電路、濾波電路和調(diào)壓穩(wěn)壓電路四大部分組成。在此次項(xiàng)目教學(xué)中，教師需要向?qū)W生們講解電阻、電容、變壓器、二極管、三極管、電位器、電感等常用電子元件的類別、型號(hào)、規(guī)格、性能及其使用范圍，特別是如何用色環(huán)標(biāo)記法計(jì)算電阻值和如何用萬用表檢測二極管的正向?qū)ㄐ院腿龢O管是NPN型還是PNP型，以及各管腳所代表的極性的判別。教師講解之后，在實(shí)踐中需要學(xué)生們自己動(dòng)手計(jì)算和判別。在安裝與調(diào)試的過程中，學(xué)生們需自己按照?qǐng)D紙焊接元件，組裝并調(diào)試一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源，在此過程中，教師適當(dāng)給予指導(dǎo)。本項(xiàng)目教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)就是學(xué)生要自學(xué)Protel軟件，查閱相關(guān)書籍，熟悉印制電路板的步驟和方法、熟悉手工制作印制電板的工藝流程，能夠根據(jù)電路原理圖、元器件實(shí)物來設(shè)計(jì)和印制電路板，教師需在學(xué)生遇到困難和疑問時(shí)給予指導(dǎo)。在焊接元器件的環(huán)節(jié)中，教師可以放有關(guān)焊接技術(shù)的視頻錄像，讓學(xué)生掌握正確安全的焊接方法。最后，教師要對(duì)學(xué)生的作品進(jìn)行驗(yàn)收。

1.3項(xiàng)目的評(píng)價(jià)

在項(xiàng)目的評(píng)價(jià)階段，先由學(xué)生根據(jù)自己對(duì)工作計(jì)劃的執(zhí)行情況和自己積極參與的行為表現(xiàn)進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，再由教師根據(jù)項(xiàng)目的創(chuàng)新性，項(xiàng)目的效果，學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力和小組合作精神等方面進(jìn)行檢查評(píng)分。在項(xiàng)目總結(jié)課上，先由學(xué)生總結(jié)自己的體驗(yàn)和收獲，再由教師總結(jié)本次項(xiàng)目的成果和不足并對(duì)項(xiàng)目內(nèi)容進(jìn)行拓展和延伸。

二、實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)的成效以及出現(xiàn)的問題

在模電課程中展開項(xiàng)目教學(xué)是一次全新的嘗試，本次項(xiàng)目教學(xué)取得了一定效果：首先，由于選取了學(xué)生們普遍喜歡和感興趣的項(xiàng)目，項(xiàng)目難度適中，大部分學(xué)生都能完成，從而使他們獲得了完成任務(wù)的成就感，建立了信心。其次，在項(xiàng)目教學(xué)的課堂上，師生雙向互動(dòng)，共同討論，把教師逼著學(xué)生學(xué)變成了教師帶著學(xué)生學(xué)，學(xué)生們學(xué)習(xí)的積極性提高了；再次，學(xué)生的動(dòng)手能力普遍得到提高，積累了實(shí)用的設(shè)計(jì)制作經(jīng)驗(yàn)為以后的職業(yè)生涯做好了準(zhǔn)備。

但是，在項(xiàng)目教學(xué)中也發(fā)現(xiàn)了一些問題：第一，學(xué)生綜合應(yīng)用相關(guān)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力有待提高。第二，學(xué)生的創(chuàng)新能力不強(qiáng)，只有小部分同學(xué)能夠在設(shè)計(jì)中加入創(chuàng)新的元素。第三，學(xué)生不夠重視項(xiàng)目總結(jié)課，鮮有學(xué)生能夠提出自己究竟從項(xiàng)目中獲得了哪些技能。

三、結(jié)語

以行動(dòng)為導(dǎo)向的項(xiàng)目教學(xué)，是高等教育課程改革的方向，也是培養(yǎng)合格工程人員的要求。教學(xué)重點(diǎn)倡導(dǎo)學(xué)生的主動(dòng)參與，勤于動(dòng)手，培養(yǎng)學(xué)生搜索和處理信息的能力、獲取新知識(shí)的能力以及交流合作的能力。根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)和實(shí)際安排教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)中，一次課堂教學(xué)信息量和難度不宜過大，要邊做邊學(xué)，學(xué)生把看到的、聽到的、手上做到的結(jié)合起來思考，就會(huì)發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而解決問題。所以說，實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)，教師不是學(xué)生具體學(xué)習(xí)過程的主導(dǎo)者，不起直接的主導(dǎo)作用，而是指導(dǎo)者，是項(xiàng)目內(nèi)容的設(shè)計(jì)者，項(xiàng)目計(jì)劃的制定者，是動(dòng)態(tài)教學(xué)的調(diào)控管理者。實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)，學(xué)生的自主性強(qiáng)，自由度大，教師備課量增加，動(dòng)態(tài)管理事務(wù)多，要求也高。

項(xiàng)目教學(xué)作為一種新型的教學(xué)方式，對(duì)學(xué)生和教師都具有一定的挑戰(zhàn)性，有待于我們?cè)诓粩嗟奶剿骱蛯?shí)踐中逐漸完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜大源.職業(yè)教育的教學(xué)方法論[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2007,25.

[2]張沛云.項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施及特點(diǎn)[J].山東電力高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2009,12（3）：22-23.

篇8

關(guān)鍵詞 電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)；實(shí)踐能力；創(chuàng)新思維

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）02-0113-02

Reform and Practice of Integrated Design of Electronic Techno-logy//ZHOU Tao， ZHANG Ruimin， LIU Qiao， LI Shuanming， ZHONG Furu

Abstract This article introduces the curriculum reform and practice from the aspects of teaching goal， teaching content， teaching imple-mentation， teaching method， examination method and teaching effect. The reform of the integrated design course of electronic tech-nology will be beneficial to the improvement of students’ practical ability， and to cultivate the students’ innovative thinking.

Key words integrated design of electronic technology； practical ability； innovative thinking

1 引言

隨著石河子大學(xué)人才培養(yǎng)模式的不斷改革，以及社會(huì)對(duì)高等教育培養(yǎng)具備實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維人才目標(biāo)要求的提出，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)作為工科專業(yè)人才培養(yǎng)體系中的重要組成部分[1]，成為當(dāng)下大學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的實(shí)訓(xùn)類課程，是電子技術(shù)人才培養(yǎng)成長的必由之路。由學(xué)生自行設(shè)計(jì)、自行制作和自行調(diào)試電子電路，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握綜合模擬、數(shù)字、高頻電路知識(shí)，解決電子信息方面常見實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生電子電路設(shè)計(jì)與EDA（Electronic Design Automation）調(diào)試工具的使用方法，以及開展項(xiàng)目管理的基本方法。

2 現(xiàn)狀

以往的教學(xué)安排中主要側(cè)重電子電路的設(shè)計(jì)和仿真，留給學(xué)生自己用于思考和設(shè)計(jì)的時(shí)間有限，設(shè)計(jì)基本停留在紙上和計(jì)算機(jī)上。因此，教學(xué)效果很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的。雖然W生在參加接下來的相關(guān)課程的課程設(shè)計(jì)、大學(xué)生訓(xùn)練計(jì)劃、全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)理論分析能力得到提高，但實(shí)際設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)卻出現(xiàn)大量問題很難得到快速解決的現(xiàn)象。所以，這種教學(xué)模式不再適應(yīng)目前新的人才培養(yǎng)方案對(duì)于電子信息工程專業(yè)提出的要求以及創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

3 課程改革探索與實(shí)踐

電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)課程的改革與探索主要從課程教學(xué)目標(biāo)、課程教學(xué)內(nèi)容、課程教學(xué)實(shí)施、教學(xué)方法、考核方法和教學(xué)效果等幾個(gè)方面進(jìn)行。

課程目標(biāo) 電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)將學(xué)生已學(xué)過的電路基礎(chǔ)、模擬電路、數(shù)字電路以及高頻電路等課程的知識(shí)綜合運(yùn)用在該課程中[2]，從而培養(yǎng)學(xué)生具備電子元器件的識(shí)別和選擇，電子電路仿真和電路設(shè)計(jì)軟件的使用，電子電路的分析和設(shè)計(jì)以及實(shí)際應(yīng)用電路項(xiàng)目的開發(fā)、管理等綜合能力，使學(xué)生切實(shí)經(jīng)歷從原來課本上的電路到EDA軟件的仿真電路再到實(shí)際看得到、摸得著的電路的實(shí)現(xiàn)過程。該課程是對(duì)現(xiàn)有課程體系的完善和補(bǔ)充[3]，幫助學(xué)生拓展視野，提升學(xué)生參加課外科技活動(dòng)、校級(jí)SRP（Student Research Project）活動(dòng)、國家大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃以及全國電子設(shè)計(jì)競賽等專業(yè)競賽的興趣和畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量與水平。

教學(xué)內(nèi)容 課程的主要內(nèi)容按照基本知識(shí)驗(yàn)證、專業(yè)知識(shí)綜合、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的原則進(jìn)行安排，主要包括：常用電子元器件基礎(chǔ)知識(shí)；常用電子測量儀表的使用；電路仿真軟件的使用；印刷電路板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；電子電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案提出、論證、設(shè)計(jì)、元件焊接、系統(tǒng)調(diào)試；撰寫總結(jié)報(bào)告、答辯等。

1）常用電子元器件基礎(chǔ)知識(shí)：主要講解電阻、電容、電感、電位器、變壓器等常用元件的區(qū)分，還包括一些電子常用術(shù)語，比如單面板、雙面板、焊盤、焊接面、虛焊、橋接等。

2）常用電子測量儀表的使用：包括萬用表、示波器、函數(shù)發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源的基本使用方法。

3）電路仿真軟件的使用：主要講解電路仿真軟件Multisim的使用。

4）印刷電路板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：Altium Designer軟件中電路原理圖的繪制和PCB圖的繪制方法。

5）電子電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案提出、論證、設(shè)計(jì)、元件焊接、系統(tǒng)調(diào)試：對(duì)全班學(xué)生進(jìn)行分組，四個(gè)人一組，每組一個(gè)設(shè)計(jì)題目，每組經(jīng)過方案的提出、討論、修改、教師審核、論證后設(shè)計(jì)出電路仿真圖，仿真沒有問題后設(shè)計(jì)PCB圖，然后制成單面板進(jìn)行元件焊接、調(diào)試。

6）撰寫總結(jié)報(bào)告、答辯：系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，每組撰寫總結(jié)報(bào)告，提出系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)不足，以及設(shè)計(jì)過程中自己的心得體會(huì)，最后制作幻燈片進(jìn)行課程匯報(bào)答辯。

教學(xué)實(shí)施 在完成各個(gè)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，課程采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方式使學(xué)生在掌握理論知識(shí)的同時(shí)，實(shí)踐能力也得到不同程度的提高。整個(gè)教學(xué)過程分為4個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行，通過項(xiàng)目的完成，學(xué)生逐步完成課程的學(xué)習(xí)，綜合能力也在不知不覺中得到鍛煉。

1）基本元件及電路測試項(xiàng)目。教學(xué)內(nèi)容的前兩部分講解完成后，要求每個(gè)學(xué)生進(jìn)行基本元件參數(shù)的測試、電路虛焊、雙面板線路測試等。通過該項(xiàng)目，學(xué)生掌握電子元件與電路測試的基本方法和常用測量儀器的使用方法。

2）電子電路設(shè)計(jì)和仿真項(xiàng)目。在該項(xiàng)目中，教師首先講解電路仿真軟件Multisim的使用方法，然后以實(shí)例設(shè)計(jì)一個(gè)兩級(jí)晶體管放大電路。在此過程中，教師從元件參數(shù)的選取、放大倍數(shù)的計(jì)算、系統(tǒng)測試和修改等方面給學(xué)生進(jìn)行講解。講解完成后，學(xué)生參考實(shí)例設(shè)計(jì)一個(gè)放大倍數(shù)不同的晶體管放大電路作為練習(xí)。練習(xí)完成后，全體學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)波形發(fā)生電路用來產(chǎn)生方波、三角波信號(hào)。學(xué)生設(shè)計(jì)過程中可相互交流，碰到問題可詢問教師，最終完成項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)。該項(xiàng)目完成后，學(xué)生可以掌握電路仿真軟件的使用方法和電路設(shè)計(jì)的基本原則。

3）電子電路制板與焊接調(diào)試項(xiàng)目。前兩階段的項(xiàng)目完成后，教師講解電路制板軟件Altium Designer的使用方法和手工腐蝕法制作單面電路的流程，講解和制作過程以上一個(gè)項(xiàng)目中的兩級(jí)晶體管放大電路為例，講解的過程中學(xué)生如果有問題可隨時(shí)提出，教師進(jìn)行解答。最終要求學(xué)生自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)兩級(jí)晶體管放大電路的印刷電路板的繪制，以及電路的腐蝕、焊接、通電調(diào)試。通過該項(xiàng)目，學(xué)生掌握了電子電路從書本的理論知識(shí)到實(shí)物實(shí)現(xiàn)的過程。

4）C合設(shè)計(jì)與總結(jié)項(xiàng)目。學(xué)生按學(xué)號(hào)進(jìn)行隨機(jī)選題，題目內(nèi)容涵蓋模擬電路（如連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源）、數(shù)字電路（如循環(huán)彩燈控制器）、高頻電路（如小信號(hào)阻容耦合放大電路設(shè)計(jì)）。題目選定后，題目相同的學(xué)生分成一組，組建項(xiàng)目小組。項(xiàng)目組成員提出設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過理論論證，設(shè)計(jì)完成仿真電路和PCB電路，然后采用手工腐蝕法實(shí)現(xiàn)電路系統(tǒng)的板面布線，最后進(jìn)行元件焊接和調(diào)試。系統(tǒng)完成后，整個(gè)課程基本接近尾聲，每組學(xué)生要對(duì)自己的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行匯報(bào)答辯。通過該項(xiàng)目，學(xué)生掌握了復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以及團(tuán)隊(duì)合作完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)、管理、總結(jié)的過程。

教學(xué)方法 課程的教學(xué)方法，打破傳統(tǒng)理論課程完全靠教師講授以及實(shí)驗(yàn)課程以學(xué)生動(dòng)手為主的模式，采用教師講授、項(xiàng)目訓(xùn)練、學(xué)生參與設(shè)計(jì)和討論、分析講解和答辯的形式。學(xué)生有機(jī)會(huì)表達(dá)自己的觀點(diǎn)和設(shè)計(jì)思路，充分調(diào)動(dòng)積極參與的興趣。

考核方法 課程的總評(píng)成績由5個(gè)部分組成：考勤10%+課程表現(xiàn)10%+項(xiàng)目完成情況30%+課程答辯情況20%+課程報(bào)告30%。新的考核標(biāo)準(zhǔn)打破原來課程總評(píng)成績主要由平時(shí)成績、設(shè)計(jì)成績兩部分組成的模式，主要以學(xué)生在教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中的參與度和完成度作為考量，注重學(xué)生實(shí)踐能力和綜合能力的培養(yǎng)。

教學(xué)效果 經(jīng)過兩周的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)訓(xùn)練和實(shí)踐環(huán)節(jié)的總結(jié)，學(xué)生對(duì)于測量儀器的使用更加熟練，對(duì)常用電子元器件的選用和封裝了解得更為清楚，對(duì)電子電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)更加有信心，分析問題、解決問題的能力得到了很大的提高。

4 結(jié)論

課程改革和實(shí)踐在石河子大學(xué)電子信息工程2012級(jí)、2013級(jí)和2014級(jí)為期兩周的電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)課程中進(jìn)行，學(xué)生對(duì)于課程內(nèi)容安排和各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)比較歡迎，加大了學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。課程實(shí)施的整個(gè)過程側(cè)重基礎(chǔ)能力培養(yǎng)，將項(xiàng)目管理理念貫穿整個(gè)課程的始終，加大創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。學(xué)生在后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)和課外科技活動(dòng)中凸顯了較強(qiáng)的實(shí)踐和創(chuàng)新能力?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]吳大鵬，黃沛昱.“電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)”課程建設(shè)探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2014，36（6）：41-43.

篇9

關(guān)鍵詞：CAN總線；RS232；復(fù)用轉(zhuǎn)換接口；通信協(xié)議；可編程直流電源

中圖分類號(hào)：TP336

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-2374（2012）23-0041-03

在各種電子設(shè)備的開發(fā)、使用中，直流電源是一種必不可少的儀器，目前國內(nèi)所使用的電源大多只有固定電壓輸出（例如常用的有±5V、±12V或±15V）或通過電位器進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，輸出精度和穩(wěn)定性也不高，容易產(chǎn)生漂移，無法進(jìn)行設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化控制。本文應(yīng)用CAN總線和RS232通信技術(shù)，研究一種復(fù)用串口，解決主機(jī)與電源設(shè)備從機(jī)之間實(shí)時(shí)通信問題，進(jìn)而對(duì)高精度可編程電源進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測與運(yùn)行控制，設(shè)計(jì)出硬件電路，提出一種通信軟件解決方案。

1　高精度直流電源的整體結(jié)構(gòu)及主要通信功能分析

本文研究的高精度可編程電源以單片機(jī)控制模塊為核心，由主電源模塊、串并聯(lián)控制模塊、電流電壓反饋控制與保護(hù)模塊、按鍵設(shè)置、液晶顯示、接口等模塊組成。在電源中，應(yīng)用PID以及現(xiàn)代控制理論，通過12位A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓/電流的控制，得到較高分辨率及精確度，并要求可對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測與控制。電源的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，可配合上位機(jī)及其界面對(duì)設(shè)備進(jìn)行單臺(tái)或多臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控，在網(wǎng)絡(luò)化控制中，很多測試設(shè)備都以單片機(jī)、ARM等處理器為核心進(jìn)行控制，內(nèi)部可提供串口通信信號(hào)，用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測與運(yùn)行控制等。如提供USB或RS232等接口，但它們只能是短距離傳輸，多臺(tái)設(shè)備協(xié)同使用時(shí)，組網(wǎng)監(jiān)測與控制不便，性能也不穩(wěn)定，尤其在較大的干擾環(huán)境下，不能有效工作，而控制器局域網(wǎng)CAN已廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中，在各檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。因此，本文設(shè)計(jì)一種通過CAN總線或RS232接口與計(jì)算機(jī)（PC）聯(lián)機(jī)組網(wǎng)的接口電路用于聯(lián)接主機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測與

控制。

圖1　電源節(jié)點(diǎn)電路原理方框圖

根據(jù)電源的功能分析得知，需要進(jìn)行在線調(diào)整與控制的功能可分為兩類，在查詢與讀出方向主要有：各組運(yùn)行的串并聯(lián)狀態(tài)查詢、各組輸出電流、電壓實(shí)時(shí)顯示；在設(shè)置與控制方向主要有：起?？刂?、串并聯(lián)控制、各組運(yùn)行參數(shù)設(shè)置、各種保護(hù)功能設(shè)置等。電源的這些功能必須通過接口電路與主機(jī)進(jìn)行信息交換才能實(shí)現(xiàn)，可簡化為58條

指令。

2　方案設(shè)計(jì)

在設(shè)備的整體設(shè)計(jì)中，考慮其功能的復(fù)雜性，將硬件電路功能劃分成不同的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過各自的接口進(jìn)行模塊之間的聯(lián)接，同樣，復(fù)用通信接口也設(shè)計(jì)成一個(gè)獨(dú)立的模塊，使其一端與主控制器的通信接口聯(lián)接，另一端與電腦聯(lián)接。本文接口電路采用兩套信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換方案。

方案1的CAN總線和RS232復(fù)用轉(zhuǎn)換接口由RS232通信接口并聯(lián)CAN總線網(wǎng)絡(luò)接口組成。RS232通信接口包括設(shè)備串行輸出端、MAX232轉(zhuǎn)換模塊和陰頭9針復(fù)用接口等部分，設(shè)備通過其串行輸出端、MAX232轉(zhuǎn)換模塊和陰頭9針復(fù)用接口的2、3、5腳與電腦主機(jī)之間進(jìn)行RS232通信；CAN總線網(wǎng)絡(luò)接口包括設(shè)備串行輸出端、接口處理器、CAN總線控制器、光電耦合器、CAN總線收發(fā)器、總線端電源和陰頭9針復(fù)用接口等部分，接口處理器與設(shè)備串行輸出端連接完成設(shè)備與串口之間的串行信息交換，再由接口處理器通過CAN總線控制器、CAN總線收發(fā)器、光電耦合器、總線端電源和陰頭9針復(fù)用接口與帶有接口卡的電腦主機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)或單機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)CAN總線網(wǎng)絡(luò)通信功能。

方案2中接口單片機(jī)須使用兩個(gè)串口，其第二串口與電源設(shè)備進(jìn)行串行通信，通用串口通過MAX232與PC聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的RS232通信功能；CAN與主機(jī)的通信和方案1相同。因此，所有信號(hào)均需通過接口單片機(jī)進(jìn)行中間處理或轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)主機(jī)與設(shè)備之間的通信。

圖2　方案1接口電路原理框圖

圖3　方案2接口電路原理框圖

由此可見，方案1使用232通信時(shí)為主機(jī)直接與電源控制器進(jìn)行通信與控制，接口單片機(jī)只負(fù)責(zé)CAN與主機(jī)通信，編程簡單；方案2中主機(jī)的所有信息需經(jīng)接口單片機(jī)轉(zhuǎn)接，有利于信息的歸一化處理，也有利于提高指令的安全性，但所使用的單片機(jī)需具有兩個(gè)串口，編程也較為復(fù)雜。因此，本文采用方案1的設(shè)計(jì)思路。

3　電源接口硬件電路設(shè)計(jì)

在CAN接口中的控制器選用SJA1000。選用PCA82C250作為CAN總線的收發(fā)器，它也是CAN協(xié)議控制器和物理層之間的接口，具有抗瞬變、抗射頻和抗電磁干擾性能，內(nèi)部的限流電路具有電路短路時(shí)對(duì)傳送輸出級(jí)進(jìn)行保護(hù)的功能。同時(shí)加入光耦電路，即SJA1000的TX0和RX0并不是直接與82C250的TXD和RXD相連，而是通過高速光耦6N137后與82C250相連。6N137為高速光隔器件，作為外線路與系統(tǒng)之間的隔離，這樣可有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力和內(nèi)部系統(tǒng)的安全性，并采用兩個(gè)完全隔離電源VCC和VDD對(duì)光耦部分電路供電，從而達(dá)到光隔目的。主機(jī)節(jié)點(diǎn)由PC機(jī)或接口卡電源供電，所有從機(jī)節(jié)點(diǎn)之間使用同一電源供電，即采用5線制通訊方式。在網(wǎng)絡(luò)終端的兩端各增加一個(gè)120Ω的線路匹配電阻，在CANH和CANL引腳后各自通過一個(gè)5Ω的電阻與CAN總線相連，可起到一定的限流作用，保護(hù)82C250免受過流的沖擊。INT接W77E58的INT0。這樣，可通過中斷方式訪問SJA1000，也可采用查詢方式訪問SJA1000。

本文設(shè)計(jì)的CAN總線和RS232復(fù)用接口中，陰頭9針復(fù)用接口J8用做RS232接口時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)的三線法，即腳2、3、5分別接TXD、RXD、GND。用做CAN接口時(shí)，腳4、6接總線端電源，總線端電源通過跳線與腳9相接，為其他節(jié)點(diǎn)的總線側(cè)供電，或取消本節(jié)點(diǎn)總線端電源，使用其他節(jié)點(diǎn)為本節(jié)點(diǎn)供電。當(dāng)不需要該節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)提供電源，也不需要網(wǎng)絡(luò)為本節(jié)點(diǎn)供電時(shí)，不需要跳線連接9腳。CANH、CANL分別與腳7、8相接，當(dāng)本節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中是最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，則需在CANH、CANL之間接入電阻值為120Ω。如圖4所示：

圖4　復(fù)用接口接線圖

4　串口電路工作過程

該接口電路主要有兩種工作模式：其一為RS232通信，通過開關(guān)S1給MAX232等部分供電，斷開VDD。此時(shí)，電源的CPU通過MAX232直接與主機(jī)聯(lián)接，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)主從通信。其二即為CAN總線通信，接通VDD，斷開開關(guān)S1，將MAX232電源切斷，此時(shí)，CAN總線電路供電，設(shè)備通過接口控制器、CAN總線及其接口卡與主機(jī)進(jìn)行通信，即以接口控制器及其電路作為橋梁進(jìn)行設(shè)備與主機(jī)之間的通信。

5　結(jié)語

本文研究了高精度可編程電源工作原理，設(shè)計(jì)了一種集RS232和CAN總線集成的接口電路，可方便地與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，有利于進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)整與維護(hù)。在CAN組網(wǎng)中，采用了光電隔離等措施，通過濾波和錯(cuò)誤處理機(jī)制，保證主從機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，提高設(shè)備的可靠性和安全性?？蓪?shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間較長距離的數(shù)據(jù)通信，有效提高傳輸過程中系統(tǒng)的抗干擾能力，可通過主機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)多個(gè)從節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)

[1]　Philips Semiconductors data sheet SJA1000 Stand-alone CAN Controller. 2000，1．

[2]　Philips Semiconductors data sheet PCA82C250 CAN controller interface. 2000，1．

[3]　唐義鋒．維修電工與實(shí)訓(xùn)[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，2010．

[4]　唐義鋒，陳新華，等．CAN總線在干燥設(shè)備水分在線測定中的應(yīng)用[J]．農(nóng)機(jī)化研究，2008，（12）．

[5]　唐義鋒，李志坤．基于CAN總線的電工實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]?．電子工程師，?2007，（8）．

篇10

關(guān)鍵詞 s7-200；重量變送器；EM235；配方管理

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）09-0024-02

在眾多的液料加工企業(yè)當(dāng)中，有很多生產(chǎn)過程需要把兩種或兩種以上液體按照一定比例進(jìn)行混合攪拌，然后出料。為了高效準(zhǔn)確的進(jìn)行生產(chǎn)，必須對(duì)攪拌生產(chǎn)工藝過程當(dāng)中的液體重量、溫度、加工效率進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的控制。其中最重要的環(huán)節(jié)就是靈活應(yīng)對(duì)液體配比的改變。本文以s7-200系列PLC為核心通過重量變送器采集反應(yīng)釜內(nèi)的重量數(shù)據(jù)、送入EM235轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入PLC，利用PLC程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理并產(chǎn)生控制輸出。通過觸摸屏編輯手動(dòng)、自動(dòng)、配方管理等控制畫面，全面提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，靈活應(yīng)對(duì)液體配比的改變。

1 液體攪拌裝置生產(chǎn)流程

1.1 液料攪拌生產(chǎn)流程圖

圖1 液體混合攪拌流程圖

1.2 生產(chǎn)流程分析

根據(jù)液體混合攪拌裝置的實(shí)際生產(chǎn)過程，其生產(chǎn)流程圖如圖1所示。流程圖中的自檢部分為檢測是否有液料在反應(yīng)釜中未排出，檢測原理就是利用重量傳感器檢測重量，和反應(yīng)釜毛重比較，如果有液體未排除，產(chǎn)生聲效、燈光報(bào)警。每種液體的重量由生產(chǎn)工藝決定，利用觸摸屏進(jìn)行配方管理，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的生產(chǎn)。在流程圖中只寫出A料、B料，在實(shí)際生產(chǎn)中可以根據(jù)工藝實(shí)現(xiàn)多種液料的配比控制，本文不在一一闡述。攪拌時(shí)間T可以通過觸摸屏根據(jù)加工工藝自由控制。

2 液體攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在軟件的協(xié)調(diào)下實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的檢測與控制。本系統(tǒng)的硬件電路由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)處理、畫面控制組成。如圖2的硬件框圖所示，稱重傳感器完成重量數(shù)據(jù)采集，EM235把采集來的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，PLC負(fù)責(zé)對(duì)采集來的數(shù)據(jù)通過程序進(jìn)行處理產(chǎn)生控制輸出，觸摸屏完成自動(dòng)、手動(dòng)、配方的管理控制。

2.1 硬件框圖

圖2 硬件框圖

2.2 攪拌主電路

攪拌主電路由變頻器控制變頻電機(jī)進(jìn)行攪拌。當(dāng)完成數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、處理形成控制輸出按照觸摸屏給出的指令給變頻器發(fā)送攪拌信號(hào)，控制攪拌電機(jī)工作。變頻器要設(shè)置成外部端子多段速模式。

2.3 重量數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路

如硬件框圖所示，本方案當(dāng)中的數(shù)據(jù)采集采用KM02A重量變送器采集重量數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)換的模擬量送入EM235模塊，完成數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換，然后送入PLC進(jìn)行程序處理。KM02A重量變送器以工業(yè)現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，提供了使傳感器與控制接口實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的方法，不易受噪聲干擾。以此為橋梁把反應(yīng)釜內(nèi)液體的重量轉(zhuǎn)變?yōu)榈湫偷?～20 mA或0～10 V模擬量輸出。送入EM235模塊進(jìn)行A＼D轉(zhuǎn)換。EM235是最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。根據(jù)EM235模塊上的6個(gè)DIP開關(guān)的組合我們可以選擇單雙極性的電壓輸入也可以選擇者0～20 mA或4～20 mA的電流輸入。

在選擇模擬量輸出時(shí)只能選擇一個(gè)電流輸出或電壓輸出送入到PLC的模擬量輸入輸出模塊EM235。PLC的模擬量輸入模塊輸入電壓時(shí)，其輸入阻抗很高，在100 kΩ～10 MΩ。當(dāng)變送器距離PLC較遠(yuǎn)時(shí)，線路間的分布電容和分布式電感的干擾信號(hào)在模塊的輸入阻抗上將產(chǎn)生很高的干擾電壓，所以電壓信號(hào)適用于近距離傳輸。電流輸出具有恒流源性質(zhì)，內(nèi)阻很大，當(dāng)PLC的模擬輸入模塊輸入電流時(shí)，輸入阻抗很低一般會(huì)≤250 Ω。線路上的干擾信號(hào)在模塊的輸入阻抗上產(chǎn)生的干擾電壓很低，所以模擬量電流信號(hào)適用于遠(yuǎn)程傳送。工業(yè)現(xiàn)場最常選用的是電流信號(hào)。

變送器電源允許范圍DC15 V～24 V，推薦使用15 V，18 V或24 V的直流穩(wěn)壓電源，當(dāng)環(huán)境溫度超過60℃時(shí)要確保電源電壓不能超過24 V。實(shí)際應(yīng)用時(shí)要把多余的接線端口堵死，防止潮氣及灰塵進(jìn)入重量變送器內(nèi)部。

3 軟件系統(tǒng)

3.1 PLC程序

PLC程序要協(xié)調(diào)硬件完成預(yù)定的功能。根據(jù)上述，本系統(tǒng)中PLC程序主要完成自動(dòng)控制程序、手動(dòng)控制程序、模擬量數(shù)據(jù)的處理程序。

自動(dòng)控制程序可以調(diào)用配方自動(dòng)完成稱重、配重、正反方向的攪拌過程。

手動(dòng)控制程序可以完成手動(dòng)的啟動(dòng)、停止、手動(dòng)的正反向攪拌控制。

模擬量數(shù)據(jù)的處理程序是程序運(yùn)行的核心，負(fù)責(zé)把測得重量數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)化送給控制程序處理。西門子系列的PLC在軟硬件方面有很強(qiáng)的模塊化功能，把諸多硬件功能、常用的程序功能模塊化。而針對(duì)模擬量處理有專門的模擬庫完成，可以實(shí)現(xiàn)整數(shù)和實(shí)數(shù)之間的數(shù)據(jù)處理。在功能庫的模擬量模塊里，只要設(shè)定好數(shù)值的輸入輸出存儲(chǔ)器，轉(zhuǎn)化量的范圍以及模擬量的范圍值就可以方便的完成模擬量的采集轉(zhuǎn)換。濾波、數(shù)值類型轉(zhuǎn)化、求標(biāo)度值等都無需手動(dòng)編寫程序，大大簡化了編程工作。

程序處理中會(huì)涉及到反應(yīng)釜本身毛重的問題，有三個(gè)辦法可以解決：1）稱好反應(yīng)釜重量轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)量，使用PLC程序處理，在最終稱完重量后減去反應(yīng)釜毛重。2）在變送器側(cè)調(diào)零，在反應(yīng)釜空載的情況下使電壓、電流輸出為0，或者電流輸出4 mA。3）在觸摸屏側(cè)設(shè)置去毛重按鈕，在第一次使用，或校準(zhǔn)時(shí)稱得反應(yīng)釜重量寫入PLC斷電保存寄存器，然后利用程序減去測得的重量。為了方便校準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)方案選擇第三種方法。

為了滿足觸摸屏控制和外部控制，在手動(dòng)、自動(dòng)程序中采用軟硬觸點(diǎn)相結(jié)合的方式完成。M點(diǎn)作為和觸摸交換的數(shù)據(jù)的軟觸點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)外部的非觸摸屏控制同時(shí)并接I點(diǎn)。I點(diǎn)只需完成外部硬觸點(diǎn)的啟動(dòng)、停止、急停即可。

3.2 觸摸屏畫面

觸摸屏和PLC的通訊根據(jù)選擇觸摸屏的不同可以選擇PPI、MPI、PN、DP，而200的PLC如果要使用PN或DP需要另加模塊。所以為了節(jié)省成本我們可以選用PPI或MPI協(xié)議進(jìn)行通訊，完成數(shù)據(jù)互換。

為了靈活、快速、直觀的反應(yīng)控制過程，在本系統(tǒng)中利用觸摸屏實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作畫面、自動(dòng)操作畫面、配方設(shè)置畫面，參數(shù)設(shè)置畫面。各個(gè)畫面需滿足監(jiān)控當(dāng)前工作狀態(tài)、電機(jī)參數(shù)。能完成當(dāng)前工作模式的急停、啟動(dòng)、停止功能。

手動(dòng)操作畫面需設(shè)置手動(dòng)的啟動(dòng)、停止、手動(dòng)的正反向攪拌按鈕，電機(jī)速度的設(shè)定，電機(jī)當(dāng)前速度的監(jiān)控、物料重量的監(jiān)控及去毛重按鈕。

自動(dòng)操作畫面需要設(shè)置每種液料得監(jiān)控，電機(jī)轉(zhuǎn)速及電流的監(jiān)控，自動(dòng)啟動(dòng)停止按鈕。

配方管理畫面需要設(shè)置各種參數(shù)的設(shè)定項(xiàng)，包括電機(jī)正反向轉(zhuǎn)速設(shè)定、正反向旋轉(zhuǎn)時(shí)間設(shè)定、每種物料的重量設(shè)定。在配方管理畫面可以將配方記錄數(shù)據(jù)讀取到觸摸屏，可以把當(dāng)前配方數(shù)據(jù)的保存到配方記錄，能完成從PLC中讀取配方數(shù)據(jù)在觸摸屏中顯示，能完成把配方數(shù)據(jù)下載到PLC。

4 結(jié)束語

西門子系列PLC在自動(dòng)控制領(lǐng)域有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。硬件模塊化和軟件的模塊化使得功能增加、改變、程序的編寫變得簡單。而本系統(tǒng)采用以s7-200為核心配合觸摸屏、變頻器完成的液體攪拌控制過程，不但可以提高控制精度，而且大大改善了配比方式的靈活性，工藝的改變對(duì)控制主體的影響不大，做到最大限度的靈活控制和自動(dòng)化控制。

參考文獻(xiàn)

[1]西門子200系列編程手冊(cè)[M].

[2]EM235 A＼D轉(zhuǎn)換模塊使用手冊(cè)[M].KM02A 重量變送器使用手冊(cè)[M].