單元電路論文范文

導語：如何才能寫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，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：三端離線PWM開關；正激變換器；高頻變壓器設計

引言

TOPSwitch是美國功率集成公司（PI）于20世紀90年代中期推出的新型高頻開關電源芯片，是三端離線PWM開關（ThreeterminalofflinePWMSwitch）的縮寫。它將開關電源中最重要的兩個部分——PWM控制集成電路和功率開關管MOSFET集成在一塊芯片上，構成PWM/MOSFET合二為一集成芯片，使外部電路簡化，其工作頻率高達100kHz，交流輸入電壓85～265V，AC/DC轉換效率高達90％。對200W以下的開關電源，采用TOPSwitch作為主功率器件與其他電路相比，體積小、重量輕，自我保護功能齊全，從而降低了開關電源設計的復雜性，是一種簡捷的SMPS（SwitchModePowerSupply）設計方案。

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，在現有的參考文獻以及PI公司提供的設計手冊中，所介紹的都是用TOPSwitch制作單端反激式開關電源的設計方法。反激式變換器一般有兩種工作方式：完全能量轉換（電感電流不連續）和不完全能量轉換（電感電流連續）。這兩種工作方式的小信號傳遞函數是截然不同的，動態分析時要做不同的處理。實際上當變換器輸入電壓在一個較大范圍發生變化，和（或者）負載電流在較大范圍內變化時，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換方式下都能穩定工作。但是，要求同一個電路能實現從一種工作方式轉變為另一種工作方式，在設計上是較為困難的。而且，作為單片開關電源的核心部件高頻變壓器的設計，由于反激式變換器中的變壓器兼有儲能、限流、隔離的作用，在設計上要比正激式變換器中的高頻變壓器困難，對于初學者來說很難掌握。筆者采用TOP225Y設計了一種單端正激式開關電源電路，實驗證明該電路是切實可行的。下面介紹其工作原理與設計方法，以供探討。

1TOPSwitch系列應用于單端正激變換器中存在的問題

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

圖1是典型的單端正激變換器電路，設計時通常取NS=NP，Dmax<0.5（一般取0.4）,按正激變換器工作過程,TOPSwitch關斷期間，變壓器初級的勵磁能量通過NS，D1，E續流（泄放）。此時，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用

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

2.1電路結構及工作原理

本文提出的TOPSwitch的單端正激變換器拓撲結構如圖1所示。它與典型的單端正激變換器電路結構完全相同,只是變壓器的去磁繞組的匝數為初級繞組匝數的2倍,即NS=2NP。

TOPSwitch關斷時的等效電路如圖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繞組每個開關周期正負V·s平衡原理，有

VNPon(Dmax/T)=VNPoff[(1-Dmax)/T]（4）

式中：VNPon為TOPSwitch開通時變壓器初級電壓，VNPon=E；

VNPoff為TOPSwitch關斷時變壓器初級電壓，VNPoff=（1/2）E。

解式（4）得

Dmax=1/3（5）

為保險，取Dmax≤30％

2.3去磁繞組電流分析

改變了去磁繞組與初級繞組的匝比后，變壓器初級繞組仍應該滿足A·s平衡，初級繞組最大勵磁電流為

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

式中：Lm為初級繞組勵磁電感。

當im(t)=Ism時，B=Bmax，H=Hmax，則去磁電流最大值為

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

式中：lc為磁路長度；

Ipm為初級電流的峰值。

根據圖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NP=NS，Dmax=0.5與NP=NS，Dmax=0.3時的去磁電流的平均值和有效值。設上述兩種情況下的Hmax或Bmax相等，即兩種情況下勵磁繞組的安匝數相等，則有

Im1NP1=Im2NP2（10）

式中：NP1為Dmax=0.5時的勵磁繞組匝數；

NP2為Dmax=0.3時的勵磁繞組匝數；

設Lm1及Lm2分別為Dmax=0.5和Dmax=0.3時的初級繞組勵磁電感，則有

Im1=E/Lm1×0.5T為Dmax=0.5時的初級勵磁電流；

Im2=E/Lm2×0.3T為Dmax=0.3時的初級勵磁電流。

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

(NP1)/(NP2)=0.5/0.3

及(Im1)/(Im2)=(Np2)/(Np1)=0.3/0.5(12)

當NS1=NP1時和NS2=2NP2時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）有關參數代入式（8）～（9）可得到，當Dmax=0.5時和Dmax=0.3時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）

從計算結果可知，采用NS=2NP設計的去磁繞組的電流平均值或有效值要大于NS=NP設計的去磁繞組的電流值。因此，在選擇去磁繞組的線徑時要注意。

3高頻變壓器設計

由于電路元件少,該電源設計的關鍵是高頻變壓器,下面給出其設計方法。

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。根據輸出功率選擇磁芯，實際選取能輸出25W功率的磁芯，根據有關設計手冊選用EI25，查表可得該磁芯的有效截面積Ae=0.42cm2。

3.2工作磁感應強度ΔB的選擇

ΔB=0.5BS，BS為磁芯的飽和磁感應強度，由于鐵氧體的BS為0.2～0.3T，取ΔB=0.15T。

3.3初級繞組匝數NP的選取

選開關頻率f=100kHz（T=10μs），按交流輸入電壓為最低值85V，Emin≈1.4×85V，Dmax=0.3計算則

取NP=53匝。

3.4去磁繞組匝數NS的選取

取NS=2NP=106匝。

3.5次級匝數NT的選取

輸出電壓要考慮整流二極管及繞組的壓降，設輸出電流為2A時的線路壓降為7％，則空載輸出電壓VO0≈16V。

取NT=24匝。

3.6偏置繞組匝數NB的選取

取偏置電壓為9V，根據變壓器次級伏匝數相等的原則，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時的輸入功率應為平均輸入功率，因此Pi=DmaxEminIC=0.3×85×1.4×IC=28.12，則IC=0.85A，為了可靠并考慮調整電感量時電流不可避免的失控，實際選擇的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實驗指標及主要波形

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是實驗中的主要波形。

圖3中的1是開關管漏源電壓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是開關管漏源電壓VDS波形，2是去磁繞組電流is波形，實驗結果與理論分析是完全吻合的。

篇2

關鍵詞：全國大學生電子設計競賽，教學改革，電子技術，本科

 

0.引言

作為全國最高規格的學生電子類競賽，全國大學生電子設計競賽一直引導高校在實驗教學中注重培養大學生創新能力、協作精神和理論聯系實際的學風。[1]每一屆的競賽都涌現出許多優秀的、動手能力強的電子人才，但另一方面，也暴露了現今高校電子類本科教學的許多不足之處。

在全國大學生電子設計競賽中，參賽的大多是每所高校最具動手能力的學生。但從交作品的情況看，即便是優秀學生，某些學生的電子設計水平還是明顯不足：有的學生拿不出一點成果，既沒有硬件電路，也沒有軟件程序，甚至沒有設計論文；有的參賽學生雖然把一些硬件電路板做出來了，卻因為程序調試不通過，即使設計論文寫得再好，也沒有達到題目的基本要求。而從這些學生的參賽過程，可以分析其在電子設計方面存在的主要問題。

1.知識面窄

面對競賽題目，方案選型、實際產品制作，學生表現出知識面非常狹窄，思維不夠活躍，不能夠提出多種設計方案來選擇。根本原因在于學生甚至個別教師，在教與學過程中都過于注重教科書的個別經典案例，而對實際應用、設計思路卻知之甚少，導致面對設計題目時不知所措。論文大全。

因此，電子專業教學中就要加入大量的關于電子設計、應用的內容。應該在保證基礎知識的前提下，適當剔除對實際應用意義不大而偏重理論研究的內容，將這些內容留給考研學生或研究生學習。另外，集成技術和芯片封裝飛速發展，要求我們在教學過程中強調基本原理、基本分析方法的同時，增加新器件和專用集成電路內容，使基本原理和實際應用有機結合，進而著重分析由功能單元構成的通用集成電路的應用。因此，應該根據社會的需求和電子設計競賽的內容增加介紹一些新集成電路和可編程器件等教學內容。同時，還可以組織開展一些跟電子設計有關的選修課、講座以及技能訓練活動，以提高學生的專業水平、開拓學生的專業視野。

2.實踐動手能力較弱

部分學生雖然做過相關課程的實驗、實習，但制作實際產品時卻不知從何做起，基本的電子制作技能較差，不能做到布線規范、焊接牢固、懂得排除故障等等。若一個電子設計者不掌握這些技能，那么他不可能把自己的設計成果做成實物來調試，也就不能驗證其設計的合理性。論文大全。因此，這些都是把電子產品付諸實際的基礎技能。而部分學生缺乏技能鍛煉，能力亟待提高。

要解決這個問題，建議壓縮純理論的教學內容，把時間留給學生多做實驗、多做實習、多做電子產品的設計，而且學生要有足夠的時間把這些實踐練習仔細做、重復做。譬如電子工藝實習時，制作電子產品的每一步驟都應該讓學生操作：從電子元器件（包括貼片元件）的識別與檢測，到印制電路板的設計、制作，再到電子元器件的安裝、焊接（包括拆焊），整機調試、測試，最后寫出總結報告。整個過程缺一不可，而且應該在實習中安排若干件電子產品，讓學生通過這幾件產品把每個步驟都重復幾遍。只有這樣，學生才會練就制作電子產品的功底，在真正設計電路的時候，就會減少因為制作上的失誤而導致調試失敗、產品完成不了的機會。

3.綜合運用知識能力差

一個電子產品的開發，包括方案論證、器件選取、單元電路調試、電路圖的設計、電路板的制作、程序編寫、調試及系統測試等內容。這一方面要求設計者有很強的系統概念，對整個方案的選取有宏觀的把握；另一方面，又要求設計者對每個單元電路有相當的把握。在電子系統的設計中，部分學生會因一個很小的細節問題而導致整個系統最終失敗或開發停滯不前。而另外一些學生，雖然對每個知識點都熟悉，但是多個知識點結合起來，關系錯綜復雜，多個模塊組合成一個系統的時候，駕馭能力明顯力不從心，綜合應用所學知識的能力不強。論文大全。

學生出現此問題，歸根結底是因為他們缺乏電子設計的鍛煉。所以，可以改變以理論帶動教學的傳統思維，嘗試以典型產品來帶動電子技術理論課程的教學，能使理論與實踐結合，提高教學效果。譬如以電子時鐘作為主題，當學生學習數字電子技術時，教師引導學生利用數字集成電路芯片設計一款電子時鐘；當學生學習單片機技術時，教師引導學生采用軟件和硬件相結合的思想重新設計一款電子時鐘，用與之前完全不同的電路結構實現同樣的功能；隨著課程的繼續，在基本的電子時鐘的基礎上逐步加入鬧鐘、整點報時、語音報時等等功能。用這種方法推廣到以多個典型產品來帶動教學，學生就既能掌握到理論知識，又能掌握到設計技術，更對基本的電子產品爛熟于胸，這不止對其比賽，對其以后的工作或深造也是極為有利的。

4.眼高手低

全國大學生電子設計競賽極能檢測學生的電子設計功底。若學生在課外不花大量時間浸在電子設計的世界中，很難鍛煉出設計實際產品的能力。很多學生在校學習過程中，老師布置的作業、實驗、實習、小設計等都能很好地完成，考試也能高分通過，就覺得自己能自如地參與競賽。但實際上，在有限的四天三夜的競賽時間里，真正能踏踏實實做出實物，調試成功的卻鳳毛麟角。這反映出學生缺乏對自身能力的審視，眼高手低。

針對此情況，可以開展校內電子設計大賽，這樣既可形成學習氣氛，提高學生的實際動手能力，讓學生有審視自身能力的機會，也可為學生提供施展才能的空間，為更多的優秀學生脫穎而出創造條件，更能為全國大學生電子設計競賽選拔優秀學生。其次，建立電子設計競賽訓練中心，定時開展課外活動，讓學生在教師的指導下根據自己的興趣，自己或組隊選題、設計，進行電子制作，培養學生自主學習和合作能力。

5.結束語

“重理論輕實踐”一直是高等教育中的問題。[2]大學生電子設計競賽再一次證實了問題的存在，也正在促進各大高校的教學改革。而教學改革又會提高競賽的水平。競賽與教改，必將互相要求、互相促進，共同為培養優秀的電子人才而持續發展。

【參考文獻】

[1]侯蕊,劉國通.電子設計競賽對高職實踐教學改革的啟發[J].中國電力教育,2009，（147:145-146

[2]鞏恩福,江興盟.從全國電子設計大賽談第二課堂與人才培養[J].電子制作,2008,1:7-9.

篇3

論文摘要：結合高職院校數字電路實驗教學現狀，以培養學生的電子設計能力、實踐能力與創新能力為目標，對數字電路設計性實驗進行了研究，提出了構建實驗課程體系、加強實驗教師隊伍建設、完善實驗考核機制等措施，取得了良好的教學效果。

    隨著高職院校實驗教學改革的深人，實驗教學已成為高職院校教學工作的重要組成部分。實驗教學已從過去單純的驗證性實驗逐步深人到綜合性、設計性實驗，從利用實驗來加深對已學理論知識的理解，深人到將實驗作為學生學習新知識、新技術、新器件，培養學生實踐能力、創新能力的重要目的仁‘〕。

1高職院校實驗教學存在的問題

    數字電路實驗是高職院校電子信息類、機電類專業必修的實踐性技術基礎課程，對培養學生的綜合素質、創新能力具有重要的地位。在傳統的實驗教學中，數字電路實驗教學多以驗證性實驗為主，并按實驗指導書的實驗步驟去完成實驗，這種實驗教學模式禁錮了學生的創新思維，失去了“實驗”真正的含義，培養出來的學生實踐技能差，無法達到高職教育人才培養的要求〔2)0

2開設數字電路設計性實驗采取的措施

通過多年來的實驗教學改革實踐，證明了開設設計性實驗有利于鞏固課堂所學的理論知識;有利于提高學生電子系統設計能力、綜合素質、創新能力[’]。2005年我校電子技術實驗教學中心(以下簡稱中心)以“加強基礎訓練，培養能力，注重創新”為指導思想，在面向各類專業的數字電路實驗教學中，開設了以學生為主、教師為輔的數字電路設計性實驗教學，取得了良好的教學效果。

2. 1構建實驗教學課程體系

    數字電路設計性實驗是一種較高層次的實驗教學，是結合數字電路課程和其它學科知識進行電路設計，培養學生電子系統設計能力、創新能力的有效途徑，具有綜合性、創新性及探索性[[4]。數字電路設計性實驗是學生根據教師給定的實驗任務和實驗條件，自行查閱文獻、設計方案、電路安裝等，激發學生的創新思維。設計性實驗的實施過程，如圖1所示。

    為了提高學生的電子設計能力和創新能力，中心根據高職教育教學特點與規律，構建了基礎型、提高型、創新型三個遞進層次的數字電路設計性實驗課程體系。三個實訓模塊的內容堅持以“加強基礎型設計性實驗，培養學生的電子設計能力、創新意識”為主線，由單元電路設計到系統電路設計，循序漸進，三年不斷線，為不同基礎、不同層次的學生逐步提高電子設計能力、創新能力的空間，如圖2所示。

基礎型設計性實驗是課程中所安排的教學實驗，學生在完成了驗證性、綜合性實驗以后，具有了一定的實驗技能，結合數字電路的基本原理設計一些比較簡單的單元電路，學生按照教師給出的實驗要求根據實驗室所擁有的儀器設備、元器件，從實驗原理來確定實驗方法、設計實驗電路等，且在規定的實驗學時內完成實驗。如表1所示。這一階段主要是讓學生熟悉門電路邏輯功能及應用，掌握組合邏輯電路、時序電路的設計方法，培養學生的設計意識、查閱文獻等能力。

    提高型設計性實驗對高職院校來說，可認為是數字電路課程設計。它體現了學生對綜合知識的掌握和運用，課題內容是運用多門課程的知識及實驗技能來設計比較復雜的系統電路，如表2所示。整個教學過程可分10單元，每個單元為4學時，每小組為一個課題。學生根據教師提供的設計題目確定課題，查閱文獻、設計電路、電路仿真、電路安裝調試、撰寫課程設計報告等，完成從電路設計到制作、成品的全部實踐過程。通過這一階段的訓練，學生的軟硬件設計能力進一步提高，報告撰寫趨于成熟，善于接受新器件，團隊協作趨于成熟。

    創新型設計性實驗主要為理論基礎知識扎實、實驗技能熟練的優秀學生選做，為“開放式”教學，實驗內容主要是結合專業的科研項目、工程實際及全國或省級電子設計競賽的課題。通過創新型設計性實驗，強化學生電子系統設計能力，充分發揮學生的潛能，全面提高學生的電子系統設計能力、創新能力，為參加大學生電子設計競賽奠定堅實的基礎。

   數字電路設計性實驗課程體系將數字電路基本原理、模擬電路、eda技術等多門課程知識點融合在一起，從單元電路設計到系統電路設計，深化了“系統”概念的意識。在每一輪設計性實驗結束后進行總結，開展學生問卷調查，對設計性實驗的教學方法、手段等進行全面評估，從而了解設計性實驗教學的效果。在實驗過程中，實驗教師鼓勵學生從不同角度去分析，大膽創新，設計不同的方案。

2. 2加強實驗教師隊伍的建設

    近年來，中心依托省級精品課程“數字電路與邏輯設計基礎”、省級應用電子技術精品專業建設，合理規劃，制定了實驗教師隊伍培養計劃;專業教師定期到企業培訓;專職實驗教師參加實驗教學改革研討和對新知識、新技術的培訓;同時制定優惠政策，吸引企業中具有豐富實踐經驗的工程師、技師到實訓基地擔任實驗教師tb}，形成一支能培養高素質技能型人才、能跟蹤電子信息技術發展、勇于創新并積極承擔教學改革項目的專兼職結合的實驗教師隊伍，實現了實驗教師隊伍的整體優化。

2. 3開放實驗室

    為了保證設計性實驗教學的有效實施，中心實行時間和內容兩方面開放的教學方法。學生除了要完成教學計劃內指定實驗外，還可以根據自己的專業和興趣，選擇規定以外的實驗項目。為了提高設計性實驗的教學效果，學校制定了系列激勵政策，調動了實驗教師及學生的積極性。

2. 4建設創新實訓室

    為了培養學生的電子設計能力、創新能力，給優秀學生營造良好的自主學習環境，提供展現創新設計的舞臺，中心先后投人了30多萬元，更新了實驗儀器設備，建設了一個軟件環境優良、硬件條件先進的創新實訓室。該實訓室配置了計算機、函數信號發生器、頻率計、掃頻儀、數字存儲示波器、單片機系統設計實驗開發系統、打孔機、制版機等儀器設備〔7〕。

2. 5完善實驗考核機制

    對于數字電路設計性實驗的考核，不能僅靠一份實驗報告或作品來評定成績，要關注設計方案的可行性、實驗過程中學生的操作能力、創新能力等方面。如以100分計，分別從實驗設計方案(20分)、實驗方案的實施和完善(40分)、設計的創新性(20分)、實驗報告或論文、成品(20分)幾個環節來評定學生的實驗成績。為了激勵優秀學生，激發創新欲望，中心建立了“創新設計性實驗優秀論文、作品評獎制度”，對經專業教師評審選出的優秀論文、創新作品的學生給予表彰、獎勵。

篇4

關鍵詞：雷達整車智能配電 顯控管理模塊 CAN總線通信 觸屏 液晶顯示

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）12-0001-02

1 引言

隨著雷達整車系統對后級設備用電狀況的信息越來越重視，對安全性和智能化管理的要求越來越高，傳統的配電已經不能滿足雷達整車操作的需求。為此，一套能夠綜合采集、監控、保護及顯示各級配電設備信息的智能化、模塊化的配電系統，能夠極大程度的提高生產、調試、維修的效率，也給用戶對雷達整車系統的供電管理帶來全新的體驗。

顯控管理模塊作為雷達整車智能配電系統的重要組成部分，主要采用現代計算機、信息處理、通信及觸摸液晶屏顯示等技術，完成對配電網和負載的運行進行監視、管理和控制，是整車配電系統的監視、控制和管理中心。

2 整體設計

整個配電系統是基于模塊化的設計思路，顯控管理模塊作為系統的核心管理控制模塊，主要通過CAN總線對內部執行模塊進行通信、從而實現控制、配電數據的采集與實時顯示。顯控模塊原理框圖如圖1所示，顯控模塊包括了基于ARM內核的高性能單片機、通信單元、電源轉換單元、按鍵控制單元以及液晶顯示單元。

3 單元設計

3.1 單片機介紹

顯控模塊的單片機采用的是基于ARM內核的STM32F407ZGT6芯片，工作頻率可以達到168MHz。該芯片使用廣泛，接口齊全，它最多有140個I/O口，3路12位A/D轉換器，2路12位D/A轉換器等，通信接口有2路CAN控制器，3路SPI串口，2路I2C，2路UART等，完全滿足了本設計的要求。

3.2 通信單元

顯控模塊的通信單元主要包括對內通信和對外通信。對外通信使用以太網或CAN通訊方式，將配電數據傳輸給上位機。對內通訊采用CAN總線方式進行連接組網，實現對后級執行模塊的控制與管理。

網口電路采用ARM內部MAC控制器結合以太網PHY控制器（DP83848IVV），通過RMII連接模式，經隔離變壓器（H1102NL）輸入輸出，實現網口通信。CAN接口采用ARM內部兩路CAN控制器，結合隔離CAN總線收發器（ADM3053BRZ），構成雙CAN通訊網絡。

3.3 電源轉換單元

電源轉換單元采用MINMAX公司DC/DC模塊MCWI05-24S05。先將輸入24V電源轉換成5V，然后再使用78D33三端穩壓器，轉換成芯片所需要的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

為了實現配電系統的本控加電操作，顯控管理模塊預留了16路本控非持續動作型按鍵，可以對16個執行模塊進行加斷電操作。此外，上位機同樣有按鍵電平控制信號，對執行模塊進行邏輯控制。

按鍵電路采用光耦隔離方式，可以有效的隔離按鍵供電對單片機控制電路的影響。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，它相當于一個小型的嵌入式顯示終端，可以執行所有控制器上能運行的軟件組件。可以通過Automation Studio編程工具進行編程。

該液晶終端外置了串口、網口、USB等通訊接口，便于開發和調試，從硬件資源上已經可以完全滿足項目設計要求，同時其顯示系統比較清晰，5.7寸的顯示屏，分辨率達到了QVGA級，用戶的使用體驗優于一般市面上的液晶屏。此外，軟件開發環境Automation Studio功能強大，使用戶可以較為簡單的設計出友好的操作界面，其多任務的操作系統Automation Runtime設計思路和豐富的底層庫函數使用戶可以寫出健壯的控制顯示程序。

4 軟件設計

顯控模塊主要包含2個部分的軟件設計：單片機軟件設計和液晶顯示器的軟件設計。

4.1 單片機軟件設計

單片機的軟件設計主要是利用MDK-ARMKeilv4.7開發軟件對STM32F407進行編程設計。

顯控模塊的單片機程序包含兩個部分：主程序（main）和中斷服務程序（ISR）。系統的主程序簡單，主要完成了一些外設的初始化和TIM等設備中斷的初始化，其中UART通訊速率設定為115200bit/s，CAN通訊速率設定為500kbit/s。系統的中斷服務程序由三級中斷嵌套而成，分別為定時器中斷級別第三（最低），UART接收中斷級別第二，用于液晶模塊的通信，CAN接收中斷級別第一（最高），用于內部CAN總線通信。

ISR中的定時器中斷服務周期為100ms，所有其他功能函數以及其他中斷服務函數均必須在這100ms內完成。選擇該設計方式主要為了達到兩個目的：其一是以100ms為控制周期的主要目的是在用戶最快反應周期（0.1s）內完成對液晶模塊內容的更新，使得液晶模塊能夠實時顯示所有子設備的運行信息，提高用戶體驗和使用感受；其二是該設計方式可以確定系統對外部事件的響應速度，對配電系統的實時性得到一定控制和預測。

定時器中斷服務函數主要完成了對液晶模塊的發送數據和接收數據的CRC-16校驗、對按鍵的防抖掃描、對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CAN總線上從設備的控制指令發送和設備周期輪詢，其函數流程圖如圖4所示。

4.2 液晶模塊軟件設計

液晶模塊的軟件設計主要是利用Automation Studio軟件對EPP320屏幕進行編程，編程包括界面的設計和后臺程序的編寫。在Automation Studio中設計界面非常簡單，軟件內部已經提供了大量的顯示對象供用戶使用，大多數的顯示對象提供了特定唯一的控制變量，通過后臺的變量聲明和捆綁環節，用戶可以通過更改控制變量來更改顯示對象的效果。軟件設計的界面如圖5、圖6所示。圖5為智能配電平臺的總界面，可以顯示后級設備的工作狀態信息，圖6是其中一個設備的詳細頁面，在詳細頁面內會具體的顯示該設備的運行信息，例如電壓、電流、溫度等，并可以人為的復位或更改其內部保護門限參數。

5 實物展示（圖7）

6 結語

該顯控模塊已經完成調試，并已安裝于雷達整車智能配電系統之中。全系統已經順利通過項目實測驗收，在功能上，穩定性上，操作性上都滿足項目設計要求。

參考文獻

[1]李飛飛.基于ARM的模塊化配電變壓器監測終點研制[D].天津大學碩士學位文，2012.

篇5

關鍵詞：過程控制系統，液位，測量原理，控制方式，測量設備

 

1 前言

德國FESTO公司研制的“PCS” 即“過程控制系統”，是一套集目前工業控制中較為典型的控制系統（液位控制、流量控制、壓力控制、溫度控制）于一體的實驗裝置（見圖1.1）。實驗裝置由四個操作站和一個中間調度站組成，分別實現四種典型環節（液位、流量、壓力、溫度）的檢測與控制。每站由相應的檢測傳感器、控制器和電動執行器構成。控制器由中央處理單元、信號處理單元和驅動電路等組成，可以實現開環、閉環 PID算法控制開度閥（比例閥）動作和直流電動機的調速。各站之間通過管道及開關閥（電磁閥）連接，由中間站的PLC控制開關閥導通，可形成耦合系統。

2 液位系統簡介

本文中的液位系統如圖1所示。

圖1液位系統

液位控制系統是FESTO四個獨立站中的一站，包括一高一低兩個容器（通過中間連接管道上手動閥的開閉控制其通斷）、超聲波液傳感器、直流電機、直流電機調速器；以及四個系統都包含的向中間調度站PLC傳送開關量的電容接近傳感器，和PLC控制的電磁開度閥。

3 相關測量原理

液位測量是料位測量的一類。許多生產過程都要求監視工藝流程中各種容器內的物料貯量和控制容器進出料量的平衡。免費論文。為此目的所需要的信號當前主要通過測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，本文采用的料位測量方法是超聲波式，利用超聲波在一定狀態介質中的傳播具有一定速度這一特性，當聲源與料位的距離變化時，回聲的時間（從發射到接收超聲波的時間間隔）也要改變，這是非接觸式測量，可用于液位和固體顆粒料位測量。

4測量設備

超聲波液位傳感器

它是基于聲波的產生和在物體上的反射探測原理。正常情況下，大氣作為了超聲波的載體。聲發生器在短時間內啟動，發射出超聲脈沖，人耳無法聽到。隨著超聲脈沖的發射，超聲波被固定的物體所反射，并返回給接收器。超聲脈沖的持續時間可用電子方法評估。在一個固定的范圍內，在超聲脈沖信號持續時間，輸出信號是成比例的。

電機/泵：

不帶調速，只起攪和作用；

離心泵適合于冷水或加熱水的再循環；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估算的。當有物體接近傳感器時，電容增加。這導致了RC電路振蕩作用的變化。LED的黃色發光二極管指示切換狀態。電容的變化很大程度上依靠距離，和各自材質的尺寸以及介電常數【3】。

（4）電機調速器：

通過改變輸入電壓來改變泵的轉速，輸入-10V――+10V，輸出-24V――+24V 【4】。

5 控制方式

過程控制系統按照控制方式的不同分為開環控制、閉環控制，單回路控制、串級控制、比值控制等多種方式【2】。免費論文。本液位控制系統采用閉環單回路控制方式，如圖2所示。

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關鍵詞：FPGA CPCI 高速通信 電路設計

中圖分類號：TP274.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）04-0091-03

在工業現場信號采集處理領域里，隨著數據量和對環境要求苛刻性的不斷增加，對于數據采集處理平臺的要求也不斷提高。將CPCI架構應用到數據采集處理平臺，其本身所具有的通用性、熱插拔、可擴展性、高可靠性等特性非常適合數據采集處理系統。為了提高數據采集和處理效率，數據采集系統以FPGA為處理核心，加上高性能的數據轉換芯片，實現各種信號的實時采集處理。這種采用FPGA+CPCI總線混用的硬件系統把幾個方面的優點結合到一起，既兼顧了速度和靈活性，又滿足了底層數據實時同步采集和高層數據狹速運算的要求。

本文重點介紹基于FPGA和CPCI的數據采集系統的硬件電路設計與功能實現。

1 系統硬件框圖

高速數據采集系統的硬件原理框圖1所示。

由上圖可知，高速數據采集系統主要由以下電路組成：多路開關控制電路、模擬信號調理電路、FPGA控制電路、存儲電路、CPCI轉換接口。

2 具體的硬件電路設計

2.1 多路通道選擇電路設計

集成多路模擬開關芯片是程控增益放大等常用器件，其性能的好壞對系統的設計指標有著重要的影響。

在這里我們從經濟和性能角度出發，選擇ADI公司的ADG508。ADG508為單芯片CMOS模擬多路復用器。ADG508根據3位二進制地址線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，用來使能或禁用器件。禁用時，所有通道均關斷[1]。

ADG508均采用增強型LC2MOS 工藝設計，適合高速數據采集系統和音頻信號開關應用。接通時，各通道在兩個方向的導電性能相同，輸入信號范圍可擴展至電源電壓范圍。在斷開條件下，達到電源電壓的信號電平被阻止。所有通道均采用先開后合式開關，防止開關通道時發生瞬時短路。設計本身具有低電荷注入特性，當切換數字輸入時，可實現最小的瞬變。

本設計中實現8路差分工作模式，多路開關電路設計如圖2所示[2]。

如上圖所示，八路通道號與外部模擬量相接，通道選擇A0～A2和使能端EN與FPGA連接，通過FPGA可以實現對多路復用器進行開關控制和通道選擇。

2.2 A/D電路設計

AD轉化主要分為兩個步驟：先實現連續時間信號離散化，這需要對連續時間信號進行采樣，隨后完成量化。

通常模擬信號通過50歐電阻傳輸，為了避免阻抗不匹配，在這里引入一個50歐匹配電阻，減少信號反射、振鈴等問題，盡量保證信號無損失無失真地進入系統。

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。這里采用單端轉差分電路，較少軌道塌陷和電磁干擾。具體電路設計如圖3所示[3]。

為了得到芯片最有性能，AD采樣需要提供高質量低相位噪聲的時鐘信號，這里采用時鐘芯片來直接產生。

2.3 存儲部分

數據存儲器讀寫模塊用來對 AD6645采集后的數據進行存儲及讀取。為了保證FPGA 控制核心與工控機通信一次性讀取大量數據，本系統中用到了兩片外部 SRAM（KM681000BLP），其中一片用來對采集過來的數據進行存儲，另一片用來讀取存儲在SRAM中的采集數據，以便與工控機進行通信[4]。系統運行過程中，兩片SRAM輪流進行讀寫操作，這將大大提高并口通信速度及數據吞吐量。FPGA控制核心與KM681000BLP接口原理圖如圖4所示。圖中Data0-Data7為雙向數據總線；We為存儲器寫信號，低有效，高無效；Oe為存儲器讀信號，低有效，高無效；Cs為片選，低有效，高無效。

本系統對兩片SRAM（SRAM1、SRAM2）輪流進行讀寫是通過乒乓傳輸結構來實現的，該結構可以保證該系統通道采樣和數據傳輸連續進行。乒乓傳輸控制原理如圖5所示[5]。

乒乓傳輸控制原理：輸入數據流通過“輸入數據流選擇單元”，等時地將數據流分配到SRAM1、SRAM2中。在第1個緩沖周期，將輸入的數據流緩存到SRAM1[6]。在第2個緩沖周期，通過“輸入數據流選擇單元”的切換，將輸入的數據流緩存到SRAM2，與此同時，將SRAM1緩存的第1個周期的數據通過“輸出數據流選擇單元”的選擇，送到“數據流運算處理模塊”被運算處理。在第3個緩沖周期，通過“輸入數據流選擇單元”的再次切換，將輸入的數據流緩存到SRAM1，與此同時，將SRAM2緩存的第2個周期的數據通過“輸出數據流選擇單元”的切換，送到“數據流運算處理模塊”被運算處理。如此循環，周而復始。

2.4 CPCI接口部分

本設計主控FPGA芯片是采用CPCI總線接口形式，我們采用PLX公司的PC工9045芯片實現FPGA與CPCI總線接口的無縫連接[7]。

2.4.1 基于FPGA的PCI總線設計分析

整個CPCI接口設計的思路為：FPGA通過協議轉換芯片PCI9054，跟CPCI總線進行連接。FPGA內部采取異步雙口RAM來進行高速數據緩沖。通過verilog HDL控制FPGA異步雙口RAM，從而實現嵌入式CPU與CPCI板卡之間的高速傳輸。

PCI9054協議轉換芯片的Local總線模式有三種，分別為M，J和C模式，本設計選用C模式工作方式 。

在這種工作模式下，9054芯片通過片間邏輯控制，將PCI的地址線和數據線分開，很方便地為本地工作時序提供各種高難工作方式，一般較為廣泛的應用于系統設計中。對于這種工作方式，設計者只要嚴格的把握時序的控制，把local端和PCI端的各種時序控制線的時序過程嚴格控制，就可以很好的應用9054芯片。

在C模式下，PCI9054協議轉換芯片通過片內的邏輯控制單元將CPCI數據總線和局部地址進行分開。這種方式可以靈活為FPGA，CPU等處理單元提供各種獨立的工作方式，從而有效地降低系統開發的難度。

2.4.2 基于FPGA的PCI總線設計實現

PCI9054協議轉換芯片支持DMA傳輸方式，主方式和從方式。DMA傳輸方式的數據要快很多，對于FPGA控制來說從模式方式，更利于FPGA控制。從模式傳輸方式的設置可以使CPCI總線上的其它主設備方便地訪問PCI9054局部總線上的配置芯片和內存。具體的傳輸示意圖如圖6所示。

2.5 電源設計

在本次設計中，基于PCI的數據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機系統中只有SV的PCI插槽的現狀，我們將PCI適配卡引腳組合設計為SV型，并利用電壓轉換電路將主機板提供的5V電源換為3.3V電源（本次設計中我們使用的LT1587），這樣既達到了低功耗的目的，又實現了SV信號環境兼容。而在設計基于CPCI的數據采集卡時，也采用了同樣的處理方法。電壓轉換電路如圖7所示。

2.6 時鐘設計

時鐘電路框圖如圖8所示。時鐘網絡中，MC100LVEP完成了主要的時鐘產生功能，它的特點就是能同時接收兩路差分時鐘的輸入，通過CLKSEL的高低電平信號控制來選擇使用哪一路時鐘；同時還在于它的多路差分時鐘輸出，共計10路，低抖動，低時鐘偏差，完全符合本文設計的需要。

參考文獻

[1]夏成海.基于Linux的嵌入式無線監測數據采集系統的設計：[碩士學位論文].北京郵電大學，2011.

[2]張宏壯，王建民.基于Linux的嵌入式數據采集系統.微計算機信息，2008：20.

[3]陳立新，梁明.基于ARM和Linux的數據采集系統以其在電能質量監測中的應用.環境技術，2010：03.

[4]吳健.基于FPGA的PCI數據采集卡的研究與開發：[碩士學位論文].中南大學，2008：5.

[5]劉劍.基于PCI Express 和 DDRⅡ SDRAM 的高速數據傳輸系統的研制：[碩士學位論文].南京信息工程大學，2009：5-1.

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【關鍵詞】 醫療設備 故障 維修 保養

1 醫療設備所具有的特性以及對維修人員的一些要求

1.1 醫療設備的特殊性

（1）醫療設備是當今高科技的代表，集合了是多種學科的尖端技術，許許多多的新發明最先均是用于醫療以及軍事。例如醫療設備中的代表CT，它就是對X線進行了完美的利用，并且糅合了影像、計算機以及電子信息等多種技術，像MR則是計算機與電磁學的結合，LA是結合了計算機與軍事中的微波技術。基本上所有的設備都可以看到計算機技術的身影。

（2）現代醫療設備的特點可以說是更新周期快而且種類多樣化。現代醫療設備的種類應有盡有，基本上機體的每個器官均有相應的檢測儀器，而且隨著科技的進步，其越來越趨于微型化但是功能卻越來越強大。例如，CT自問世以來其發展可以用日新月異來形容。第一代單層CT設備通常需要十幾秒的掃描時間并且掃描一個部位則要十幾分鐘，而如今的多排CT設備對一個部位的掃描快的話只要幾秒鐘。

1.2 醫療設備維修人員所必備的條件

（1）因為醫療設備自身的特殊性，而且其在醫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診療效果存在著莫大的影響。怎樣將設備保持在較好狀態，是每一個設備維修人員都將面臨的一大挑戰。維修人員若是想對設備做到恰到其時的保養并能流利的解決設備出現的各種疑難雜癥，就必須擁有廣博的知識；還要對各種新技術、新知識以及各種專業雜志文獻保持關注和加以汲取；另外還要及時的進行培訓，可以請一些專家到醫院進行學術報告，也可參加國內外的一些行業內的學術會議。通過上述的途徑，便可以大大的對維修人員的知識、能力進行拓寬加強，與時代的發展保持一致。維修人員在維修過程中一定要注意經驗與技能的積累，進而為以后快速、準確的排除故障做準備。

（2）高素質維修工程團隊的建立：

第一、建立完善科學合理的規章制度，加大對維修人員團隊的管理。針對現有人員的人數及其業務能力，可將其分為生化、醫電以及大型設備等組，將責任劃分道人，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立起來，由此便可對維修人員進行高效有序的管理又能保證醫療設備的質量。

第二、正確書寫維修檔案并保管好，醫療設備在打開之初便將所有相關資料給保存起來，尤其是配件及線路圖等，同時將維修手冊給建立起來，及時對每臺設備的原始參數，安裝調試的情況進行記錄，還有一些關鍵工作點的輸出波形，信號電平等。另外在保養維修后都要進行詳細的記錄，從而能更好的對每臺設備的性能狀態進行把握。在更新設備時領導可以此作為參考依據，同時可以讓維修人員更方便的總結經驗，提升其自身能力。

第三、備件庫的建立。維修的關鍵就是備件，因此備件庫應找專人看管，看管人應該及時對常用備件的動態進行反饋，沒有的及時加以添補。另外一些大型設備的非常規備件應交由專門的工程師購買，這種部件通常價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，會大大節省醫院這方面的成本。

2 維修思路

大型醫療設備本身就較為復雜，其故障的表現形式也比較多，除了儀器本身的硬件方面故障外，還有軟件、機械等故障。按照傳統維修思路，硬件故障一般較為常見所以認為應首先排除硬件故障并且認為只要對電路分析足夠熟練就足夠了，然而事實并非如此。機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雜，在儀器出問題時，一般應首先考慮是否是軟件方面的問題，如果是軟件的問題，有時候很好解決，從而避免了做一些費力費事但又無用之功。例如本醫院的核磁共振就有一次出現圖像處理濾波無法使用的現象，然而在對啟動的軟件中發現濾波單元沒有安裝才導致上述問題。按照傳統維修方法，我們可能認為是濾波板壞了，在更換后很明顯還是解決不了問題，然后再來查找軟件方面的問題，則會使本來簡單的事情復雜化。

在對硬件故障進行檢查時，維修人員則不僅要對電子技術基礎有扎實的把握，還要熟知大型設備的結構原理以及相關軟件的運用。對結構原理進行掌握所包含的意思是了解設備的每一個硬件單元之間的相互作用以及相互控制關系，并且要知道他們在整個儀器中的作用，這樣在遇到問題時首先通過對機器的結構原理迅速分析可能出現的故障單元。了解一些診斷軟件的運用后便可以大致經過測試來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。現今電子技術的快速發展使得電線板越來越集成化，而且隨著近些年集成電路的快速發展，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，但還是應該先查出損壞的電路板。遇到這種問題應盡量先看電路板損壞的部位能否再修復，如若不能修復再購買備件。例如本院有一次遇到CT主機無法啟動的問題，經過檢查發現圖像處理系統-5VDC沒有輸出只有輸入，雖然知道該電源的元器件損壞，但由于元器件不好單獨購買而無法修復，重新購買電源又需將近30000元，在對資料進行仔細查看發現該電源的最大電流為10A，結果花費了100元買了一個10A的5VDC重新改裝了一下便使機器迅速恢復，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。對高壓問題進行檢查時，通過高壓診斷軟件能夠對陰極、陽極以及變壓器等是否出現故障作出判斷。如若不是高壓問題，再對其他方面進行逐項排除檢查。

3 結語

總而言之，要使大型醫療設備正常運轉，日常的保養維修很重要，但掌握科學的保養維修方式更重要，只有使儀器的性能保持正常，才能降低設備的故障率。在儀器出現問題時，只有正確分析判斷故障發生部位，才能夠對儀器進行迅速修復。

參考文獻：

[1]潘志耿.開展貴重醫療設備使用效益調查的實踐與分析[期刊論文].醫療設備信息，2006，21（3）.

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【關鍵詞】無線電測向 測向設備 測向體制 軍用和民用

1 無線電系統探測輻射源的基本原理

隨著科學技術的快速發展，現在無線電測向已經越來越廣泛的被運用在民用和軍用設施之中。無線電事業近年來突飛猛進，給人們帶來了極大的便利。無線電測向系統主要由測向天線、輸入匹配單元、接收機和方位信息處理顯示四個部分組成。其中測向天線是電磁場能量的探測器、傳感器，它也是能量轉化器，主要利用感應空氣中傳播的電磁波能量以及幅度、相位、到達時間等等信息來變成交流的電信號，饋送給接收機；輸入匹配單元從而實現天線甚至是接收機的匹配傳輸與轉變。接收機的作用包括選頻、下變頻、無失真放大和信號解調；而方位信息處理顯示部分的任務就是檢測、比較、計算、處理和顯示方位信息。

測向機示向度就是指在測向過程里顯示的測向讀數。測向站是由測向設備、通信系統和附屬設備三個方面構成。其中測向站是擔任專門執行測向任務的專職單位，它可以分成固定站和移動站兩種形式。

無線電測向主要是利用無線電波在幾個位置不同的測向站組網來測向，用測向站的示向度進行交匯。短波的單臺定位，主要是在測向的同時測定來波仰角，再利用仰角、電離層來計算距離，從而用示向度和距離粗步可以判斷臺位。

不過在實際操作上要確定輻射源的具置，還需要完成從遠到近的分布交測，從而再實現具體確定輻射源的具置。

2 無線電測向系統的主要分類

目前，根據天線系統從來波信號取得信息和對信息處理系統的技術不同主要可以分成兩類：一是標量測向，不過它僅僅可以獲得和使用到來波信號相關的標量信息；另一種測向方法即是矢量測向，它可以依據它得到的矢量信息數據從而同時獲得和使用電磁波的幅度與相位信息。

兩種測向方法相比較而言，標量測向的系統歷史悠久，應用也更加廣泛。最簡單的幅度比較式標準測量系統就是旋轉環形測向機，這種系統主要對垂直的極化波方向圖成8字形。在軍用方面，大多數采用比較式的標量測向系統，其測向天線和方向圖都是采用了某種對稱的形式，如：阿爾考克測向機和沃特森-瓦特測向機以及各種使用旋轉角度的圓形天線陣測向機；其中有干涉儀測向機和多普勒測向機是屬于相位比較的標量測向系統。而對于矢量測向系統，例如：空間譜估計測向機。它就是矢量系統的數據采集，它的前端就用多端口天線陣列和至少同時利用了兩部以上幅度、相位一樣的接收機，然后它再根據相應的數學模型和算法，用計算機來解答。矢量系統主要依據天線和接收機數量和后續的處理能力，它主要可以分辨兩元甚至多元波長和來波方向。

3 無線電測向體制分類

利用不同的測向原理，現在主流的測向機制可以分為以下幾種：

3.1 幅度比較式測向體制

幅度比較式測向體制的工作原理是：依據電波在行進中，利用測向陣或者測向天線的特性，對不同方向來波接收信號幅度的不同來測定來波方向。

幅度比較式的測向體制原理應用十分廣泛，主要可以體現在：環形天線測向機、間隔雙環天線測向機、旋轉對數天線測向機等等，這些是屬于直接旋轉測向天線和方向圖的；交叉換天線測向機、U型天線測向機、H型天線測向機等，都屬于間接旋轉測向天線方向圖。間接旋轉測向方向圖，是通過手動或電氣旋轉角度來實現的。手持或者佩戴式測向機也是屬于幅度比較式測向體制。

3.2 沃特森-瓦特測向體制

沃特森-瓦特測向機實際上也是幅度比較式測向體制，不過它是利用計算求解或者顯示正反切值而不是采用直接或者間接旋轉天線方向圖。正交的測向天線信號，主要是分別經過兩部幅度、相位特性相同的接受機來進行變頻和放大的，最后求解或者是顯示反正切值，從而解出或者顯示來波方向。

單信道的沃特森-瓦特測向機就是將正交的測向天線信號，分別由兩個低頻率信號來調解，再由單信道 接收機來變頻、放大，從而解調出方向信息信號，最后求解或顯示正反切值，最后來確定出來波方向。

3.3 干涉儀的測向體制

干涉儀測向體制的測向原理是：利用電波在行進中，從不同方向來的電波到達測向天線陣時在空間上各測向天線單元接受的相位不同，從而相互間的相位差也不同，最后由測定來確定來波相位和相差，即可確定來波方向。

我們至少需要在空間架設三副分開的測向天線的準確的單值確定出電磁波的來波方向。干涉儀測向主要是在正負180度范圍里單值的測量相位，當天線間距比較小時候，相位差的分辨能力就會收到限制，天線間距大于0.5個波長的時候就會引起相位模糊。利用沿著每個主基線來插入一個或者多個附加真元來提供附加的相位測量數據，用這些附加項為數據就可以解決主基線相位測量的模糊問題從而來解決上述的矛盾。這種變基線的方法已經被當代干涉儀測向機所廣泛使用。而相關干涉儀測向，它是在測向天線陣列工作頻率范圍內和360度的方向里，利用一定的規律設點，并且同時在頻率間隔和防衛間隔上建立樣本群。這樣，在測向的時候，就可以把測得的數據和樣本群來相關運算和插值處理，最后得到來波信號方向。

3.4 多普勒測向體制

多普勒測向體制主要是利用電波在傳播的時候，遇到的與它相對運動的測向天線時，被接受的電波信號產生多普勒效應，來測定多普勒效應產生的頻移最后來確定來波的方向。

我們必須采用測向天線和被測電波間的相對運動來得到多普勒效應產生的頻移。一般來說我們在測向天線接收場里，用足夠高的速度運動來實現，當測向天線作圓周運動的時候，我們利用來波信號的相位受到正弦調制。通過多普勒頻移f與0點參考頻率相比較，即可得來波方向角。

3.5 烏蘭韋伯爾測向體制

烏蘭韋伯爾測向體制的測向原理是采用大基礎測向天線陣，在圓周上面架設多副測向天線，來波信號可以經過可旋轉的角度計、移相電路、合差電路形成合差方向圖，最后再利用測向找到方向。以民用的40副測向天線陣元為例，角度計瞬間可與12副天線元耦合，進而分別利用移相補償電路把信號相位對齊，這樣就可以形成旋轉的等效直線天線陣，12副天線分為兩組，每組6副，進而兩組間可以經過合差電路的相加減形成合差方向圖。測向以合差方向圖來找來波方向，在來波方向里，用兩組天線信號均處在來波等相位位面上，兩組天線信號大小相等，差方向圖輸出相減為零，合方向圖時，為一組天線信號輸出的二倍。

3.6 空間譜估計測向體制

空間譜估計測向體制的測向原理：在已知坐標的多元天線陣里，測量單元或多元電波場的來波參數，經過多信道接收機變頻、放大來得到矢量信號，把采樣量化為數字信號陣列，送給空間譜估計器，再運用確定的算法求出各個電波的來波方向、仰角、極化等參數。

空間譜估計測向體制的特點是空間譜估計測向技術可以實現對幾個相干波同時測向，這是其它測向體制所不具有的。它可以實現在同信道中對同時存在的多個信號進行超分辨測向。空間譜估計測向僅僅利用很少的信號采樣，就可以精確測向，它的測向準確度比傳統的測向體制高了很多。并且測向場地要求不高，可以實現天線陣元特性選擇以及陣元位置的靈活性。

4 無線電測向在軍用和民用領域的應用

隨著無線電事業的飛速發展，無線電測向技術在民用和軍用得到了極大的應用，但依靠傳統儀器設備組成的無線電監測測向系統已不能滿足當前各種新型、密集的無線電信號的監測和測向的要求，尤其是在電子作戰中，無線電測向技術更是大顯身手，要將干擾功率最大化加載在敵方的通信設備上，首先要求我們的是，測出敵方的通信所在地。從軍用微波通信的特點看，其天線波束窄，電波方向性強，與軍用戰術電臺廣播發射的電波截然不同。所以高度數字化、集成化和數字處理技術應用，自動化、智能化、網絡化和小型化，多信道的信號監測和測向就成為發展的潮流。因此，國內外的許多公司都研發或集成了較為先進的固定、車載、移動及手持式測向設備。有的公司可根據用戶對設備性能及經濟能力的要求進行相應設計，可組成單信道、雙信道及多信道的相關干涉儀或其他體制的監測測向系統，并具備寬帶掃描、本振共享、同步采樣、信號識別、信號分析功能，系統測向功能極其強大，且測向速度快、靈敏度高、動態范圍大、可靠性強，計算機自動控制，界面友好、直觀，操作使用極為方便，大大提高了無線電技術人員測定無線電輻射源或無線電干擾的能力。

參考文獻：

[1]劉利軍.淺論無線電測向技術及其應用[期刊論文].中國高新技術企業，2009（7）.

[2] 劉彩東，馮靜忠.梁成松對無線電測向誤差的分析與探討[期刊論文].中國無線電，2009（5）.

[3] 劉萬洪，宋正來，候小江，韓健.LIU Wanhong.SONG Zhenglai.HOU Xiaojiang.HAN Jian 無線電通信測向中的極化誤差分析[期刊論文].現代電子技術，2007，30（13）.

[4] 徐子久，韓俊英.無線電測向體制概述[期刊論文].中國無線電管理，2002（3）.

[5] 賽景波.楊元多普勒無線電測向系統[期刊論文].電子產品世界，2008（10）.

[6] 岳新東.無線電測向和無線電干擾查處[學位論文].2008.

[7] 鄢恒聰.淺析主流無線電測向技術體制[期刊論文].中國無線電，2006（4）.

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

摘要隨著電子技術的發展，相敏軌道電路接收信號處理裝置已逐步實現電子化，以電子接收器代替以前的機械式二元二位繼電器，徹底解決了原繼電器接點卡阻、抗電氣化干擾能力不強、返還系數低等問題。目前廣泛使用的微電子接收器都是使用單片機來處理信息，對輸入信號采用升壓方式進行采樣處理，雖提高了信號強度，但是不利于防止輸入高壓損壞接收器；且每個接收器僅采用單一信號處理通道進行信號分析處理，并由其輸出信號驅動軌道繼電器動作，接收器的安全性、可靠性和抗干擾能力有待提高；另外，現有接收器故障后相關電氣參數不能實時監測；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。

關鍵詞電子技術；25Hz軌道電路；接收器

1系統原理

1.1接收器冗余結構

圖1新型微電子接收器（0.5+0.5方案）的冗余結構圖

接收器的冗余結構圖，每臺接收器同時進行兩個軌道區段（區段A和區段B）的軌道電路信號和局部電源信號的處理，相鄰兩個軌道區段可共用兩臺接收器，這兩臺接收器中的任一正常工作，均可正常處理這兩個軌道區段信號，并驅動這兩個軌道區段的后級軌道繼電器動作。如圖1所示，相對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軌道區段節省一個接收器，從而降低建設成本。在接收器冗余結構圖中，當接收器1和接收器2中的某一個發生故障時，若另一個接收器能夠正常工作即可確保軌道區段信號的正常處理；同時可以通過接收器的自檢功能發出報警，提醒維護人員及時更換故障接收器，從而提高軌道電路的整體可用性。

1.2接收器二取二原理

接收器系統內部采用獨立的雙套硬件和雙套軟件，實現一路信號，兩路處理，最終通過安全與門判決，輸出判決結果。當無論是接收器哪一套硬件或軟件出現問題，兩路處理結果不一致時，系統輸出判決都是導向安全的結果。且僅當兩路信號處理的結果完全一致時，安全與門輸出相同結果。

2系統構成

如圖2所示，新型接收器核心處理部分采用雙DSP芯片構成二取二安全結構。主從DSP同時處理軌道電路信號和局部電源信號，分別輸出判決信號；將主從DSP的判決結果進行與運算，如果主從DSP的判決信號不一致，接收器輸出信號將保持軌道繼電器處在落下狀態；只有當主從DSP的判決信號一致且滿足軌道區段空閑條件時，接收器才會輸出驅動軌道繼電器吸起的信號，顯示軌道區段處于空閑狀態；主從DSP任一故障，接收器均不能輸出驅動軌道繼電器吸起的信號，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、輸入信號采集電路、數據處理電路（DSP芯片）、安全與門電路、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和局部信號與后級信號處理模塊進行電磁隔離，隔離變壓器采用降壓方式，當輸入的信號出現大的沖擊或干擾時，通過變壓器進行衰減，加載在后級信號處理電路上的信號將被衰減，對后級信號處理電路起到防護作用。

軌道輸入防雷電路：采取大功率雙向瞬態防雷管，實現對輸入雷電和浪涌的防護。

輸入采集電路：將輸入交流信號的負半周信號抬高到零電平以上，滿足后級單電源工作運放的輸入要求，單電源工作可減小器件功耗。

數據處理電路：把輸入的25Hz軌道和局部模擬信號通過芯片自帶的A/D模數轉換器轉換為數字信號，對轉換后的數字信號進行分析處理，測出軌道輸入的25Hz信號幅值及軌道信號與局部信號的相位差，在主處理器采集從處理器的輸出信號和后級輸出控制電路的輸出信號并經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數據通過接收器的通訊電路送監測分機。

安全與門電路：比較主從DSP輸出信號，經安全與門判決二者一致方能向后級輸出控制電路送出有效信號。

輸出控制電路：采用開關電源方式輸出驅動軌道繼電器的直流電壓信號。

通信電路：采用總線方式，向集中監測分機傳送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等信息。

顯示與告警電路：顯示接收器自身工作狀態及接收器所處理軌道區段的占用與空閑狀態，顯示接收器DC24V工作電源及局部電源的正常或故障狀態。

3結束語

新型接收器將實現接收器工作狀態和軌道電路電氣參數的實時在線監測，提高運營維護效率，降低維護人員勞動強度，同時，根據新型25Hz相敏軌道電路接收器的功能和特點，可減少現有接收器和軌道架的數量，大量地減少室內配線，初步分析可節約建設成本約20%。

微電子畢業論文范文模板(二)：微電子控制機電設備在工業中的具體應用論文

摘要：在科學技術快速進步的背景下，工業自動化水平取得了比較明顯的提升，在機械制造方面表現的更加明顯，基于各種因素的影響，微電子技術得到了相對廣泛的應用。基于此，本文詳細分析了微電子控制機電設備在工業中的應用，希望能夠為實際提供良好的借鑒意義，以供參考。

關鍵詞：微電子；機電設備；工業；應用探討

信息技術的發展以及先進電子設備的產生催生了機電一體化時代的到來，所謂的機電一體化技術是把電工電子技術、機械技術、信息技術、微電子技術、接口技術、傳感器技術、信號變換技術等一系列技術結合，再綜合應用于實際的綜合技術，現代化自動生產設備可以說為機電一體化的設備。微型計算機在機電一體化系統的作用能夠總結成如下三點：第一，直接控制機械工業生產過程；第二，機械工業生產期間加強各物理參數的自動測試，進行測試結果的顯示記錄，在計算、存儲、分析判定并處理測量參數或指標；第三，進行機械生產過程的管理與監督。機電一體化系統里微電子控制機電設備怎樣進行適宜計算機選擇，怎樣設計硬件系統，怎樣組織軟件開發，怎樣對現有計算機系統等進行維護與使用是相當關鍵的，也是值得探索的

課題。

1微電子控制機電設備系統的組成和原理

在某微電子控制機電系統當中，主要是由PLC、管路壓力變送器、變頻器等多種設備組成的。在控制系統當中，管路壓力變送器主要是檢測控制輔助沖量、管路水壓、蒸發量等三個變量，接著將數據信號向PLC當中傳送，并且通過PLC進行分析和計算，將信號發送信號控制器，通過信號控制器來控制水泵運轉，在設計系統的過程中需要與實際情況合理的進行結合，并且對變頻器的輸出頻率進行確認，輸出頻率在整個系統設計過程中具有非常重要的意義，和系統的控制息息相關，在確定系統輸出頻率是需要綜合性的分析和考慮用水量以及揚程參數等。在整個系統當中控制流程的用水量變化，主要是通過壓力變送器向PLC傳送的通過PLC進行分析和計算，可以有效的調節循環泵的頻率，合理的分配能源，讓工作的效率提高，起到節約資源的作用。

2微電子控制機電設備在工業中的具體應用

1）可編程序控制器（PLC）的應用。從PLC的角度進行分析，其主要優勢在于具有很強的控制能力，而且穩定性較高，機身體積相對較小，可以有效的和其他的配件進行組合。在工業生產的過程中，因為機電設備往往會占據一定的面積，如果想讓其廠房中的占比較高，就一定要注意讓廠房的空余面積加大，盡量讓控制器的數量減少，讓機電設備的數量增多，與此同時還需要注意PLC的節能性較高相比，其他的控制系統可以節約資源，讓工業生產的成本支出降低，讓企業的經濟效益增加，由于PLC設備可以有效的和其他設備之間進行組合，可以靈活方便的在廠房當中進行布設，讓一機多用。可以實現讓廠房的設備結構進一步得到簡化，對設備維護中耗費的人力物力進行控制，減少人力輸出，可以將人力有效的分配到工業生產當中，讓生產資料的利用效率提高。PLC的另一大優勢在于可以通過現場總線和生產設備之間

進行連接，有效的監控工業生產，可以動態化的監控生產的全過程，確保在生產過程中，第一時間解決生產時產生的故障，避免由于機械故障而導致生產進度停滯，讓設備的維護開支得到控制，PLC的計算速度很快，可以輕松的對生產時的任何變動進行管理和控制，有效的防止由于設備變化控制器無法及時應對而產生的問題，PLC還可以進行相關的升級，伴隨當前經濟快速發展，就算生產線當中的產品產生了變動，只需要正確的調整，控制程序也可以符合新產品生產的具體需求。

相比于其他編程操作，PLC控制器在編程的過程中較為方便，員工通過短時間的訓練就可以熟練的掌握編程的技巧，在實際操作的過程中工作步驟相對較為簡單，可以很容易的掌握設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言，就可以對其進行熟練的掌握。對控制器的工作語言進行了解，當出現故障的時候可以及時的調整和處理控制器。

2）變頻器調速器的作用。變頻器工作狀態分作自動與手動兩類，手動工作狀態即在PLC結束工作后展開的人工操作行為，經電位器調節能對變頻器輸出頻率進行給定。自動工作狀態實質是PLC輸出信號為變頻器輸出頻率展開控制。和傳統調節閥控制方式相比，PLC控制可節電，更好進行水泵磨損控制，在延長設備壽命與實現系統自動化水平提升中發揮了重要作用。

第一，和傳統正弦波控制技術相比，因變頻器用到了電壓空間矢量控制技術，先進性和獨特性在性能上得到充分凸顯，同時因其特有的低速轉矩大、運行穩定性強、諧波成分小等特征，這對我國電網而言輸出電壓自動調整功能能充分進行優勢發揮。第二，變頻器具備外部端子、鍵盤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（如電流、電壓、頻率等效范圍檢測，轉速追蹤等）；并且變頻器可實現擺頻運行與程序運行等一系列模式。第三，因變頻器全系列元件應用的是西門子產品，有極強的保護性能，可靠穩定，能很好的避免過流、短路、過壓等問題，確保本機能正常運行。并且變頻器有良好的絕緣耐壓性，產品質量好，設定簡單等使得其有更強的適用性。

3）電路發揮的作用。在安裝PLC和變頻器的時候，保證電路的穩定是保障工作的必要。電路在安裝過程中，應該采取邊安裝邊測電的方式，這樣更能使電流穩定，這同樣屬于工作期間需引起重視的關鍵環節。在電路安裝完畢之后，不要急著通電，應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，測量一下接觸元器件的連接點，這樣可以發現一些接觸不良的地方，若有漏電情況應該及時對此進行維修。電路在工業中也是起到了很大的作用，在安裝電路的時候，一定要小心謹慎，綜合考慮多方面因素，不要遺漏一些小問題，有時一些小問題也可能出大錯，保證電路的穩定才能更好地協調其他設備的安裝穩定。應認真復查電路，查看電路有無正確安裝，或存在設備多安裝或少安裝的現象，同時應認真檢測每個接觸元器件連接點，明確有無接觸不良或短路現象，若發生漏電務必要及時維修與處理。電路調試的具體流程總結如下：

第一，應認真查看明確電路整體狀況，了解電路面板線有無準確連接，有無看似連接實際并未連接的線，或易短路的線；是否存在兩條或多條線混淆的情況；此后，使用最小量程檔的萬用表對電路面板進行檢查，查看開路處和閉路處有無正確開路與閉路，地線是否漏接，電源連線連接的安全性等，同時需測量電源有無短路現象。測量期間可直接進行元器件連接點測量，如此可明確有無以上情況的同時又弄清楚是否存在接觸點不良現象。第二，電路調試過程的關鍵環節之一即硬件電路調試。調試期間務必要注意細小環節的把控，根據電路功能原理做好各個單元電路的調試，再作整體調試，后進行整個電路的調試。電路在工業生產里發揮的作用是相當大的，電路安裝過程里務必要綜合考量多方因素，認真謹慎，切不可遺漏或放過存在的小問題，確保電路穩定性得到保障。

篇10

關鍵詞：恒流源；大功率；步進

本設計采用ADuC812單片機作為整機的控制核心，通過單片機自帶的D/A轉換器輸出的模擬信號經過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/電壓轉換后送入A/D轉換器，實現單片機對輸出電流的實時檢測與顯示功能。另外，通過按鍵還可實現對輸出電流的步進加、減功能。

1 ADuC812單片機

ADuC812的內核中，集成了一個高性能8位MCU，這個MCU帶有片內可再編程的非易失性閃存/電擦除程序寄存器，并控制片內多通道（8個輸入通道）的12位ADC。這樣大大減少了帶A/D、D/A轉換嵌入式控制系統的開發和設計成本，并且體積小，電路更加簡單化。

2 電源部分

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

2.1 大功率電流源

改變負載電阻，輸出電壓要在10V以內變化，而輸出的電流維持恒定，考慮到后續電路電能損耗以及其他設備的電能損耗，選擇18V的輸出電壓。

設計中選用由7818及大功率三極管構成的穩壓電源，分別經過交流變壓器、二極管橋式整流、阻容濾波，最后經過三端穩壓得到一穩定的18V電源。由于7818在實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的輸出端接上一個大功率NPN型的三極管，經過其電流放大后，得到3A（要求為2A，1A為余量）電流。

2.2 微處理電路供電電源

設計中采用+5V為微處理器供電，穩壓器件選用LM7805，輸入端接入0.33uF的電容器，作用是抑制輸入的過電壓，保證LM7805的輸入-輸出電壓差不會瞬間超過允許值。而輸出端一般接入0.1uF的電容器，便可改善負載的瞬態相應，但是為了減小紋波電壓，有時在穩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

設計中采用±12V給放大器供電，所采用的三端穩壓器件為LM7812和LM7912。

使用電源變壓器將交流電網電壓220V變成要求的交流電壓，再通過橋式整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。整流后的脈動的直流電壓通過濾波電路加以濾除，得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網的電壓波動、負載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩壓電路。最終經三端穩壓器LM7812和LM7912分別輸出+12V、-12V電壓。

2.4 恒流電路模塊

恒流模塊是根據帶有放大環節的反饋調整型恒流電路原理制成。它由基準電壓源、比較放大器，調整單元和采樣單元等幾部分構成。直流電源的電壓擾動所引起的電流的變化通過內部反饋得到抑制，比較放大器需選用低漂移高增益運算放大器。調整單元決定模塊的輸出電流容量和主要的電性能，本文以增強型MOS管IRF540作為調整管進行分析與設計實現恒流輸出。

3 顯示設計

測量和顯示范圍為200mA～2000mA，所以采用4位數顯示即可達到要求。本設計中采用MAX7219驅動器，可僅用3根信號線就可以實現數據的傳輸與顯示，MAX7219也可用來顯示四數位。

4 結論

ADuC812的應用開發比較方便，它的內核是國內技術人員都很熟悉的8051，現有的軟件都可以直接移植。由于 ADuC812 可通過特殊功能寄存器控制ADC、DAC、I2C等芯片，故其 A/D和D/A轉換程序、I2C控制程序都比傳統的8051加芯片的結構來得簡單、容易。因此，采用ADuC812作為本系統的核心芯片使設計變得簡單、方便、實用。

[參考文獻]

[1]李占師.中國電源產業的發展狀況與分析[N].中國電源學會，1995：1.

[2]王新.高精度高穩定度電流源研究[D].華中科技大學碩士論文，1998年6月：3-4.

[3]線性電源、可控硅電源、開關電源電路簡介，http：///.