单元电路论文范文

导语：如何才能写好一篇单元电路论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：三端离线PWM开关；正激变换器；高频变压器设计

引言

TOPSwitch是美国功率集成公司（PI）于20世纪90年代中期推出的新型高频开关电源芯片，是三端离线PWM开关（ThreeterminalofflinePWMSwitch）的缩写。它将开关电源中最重要的两个部分——PWM控制集成电路和功率开关管MOSFET集成在一块芯片上，构成PWM/MOSFET合二为一集成芯片，使外部电路简化，其工作频率高达100kHz，交流输入电压85～265V，AC/DC转换效率高达90％。对200W以下的开关电源，采用TOPSwitch作为主功率器件与其他电路相比，体积小、重量轻，自我保护功能齐全，从而降低了开关电源设计的复杂性，是一种简捷的SMPS（SwitchModePowerSupply）设计方案。

TOPSwitch系列可在降压型，升压型，正激式和反激式等变换电路中使用。但是，在现有的参考文献以及PI公司提供的设计手册中，所介绍的都是用TOPSwitch制作单端反激式开关电源的设计方法。反激式变换器一般有两种工作方式：完全能量转换（电感电流不连续）和不完全能量转换（电感电流连续）。这两种工作方式的小信号传递函数是截然不同的，动态分析时要做不同的处理。实际上当变换器输入电压在一个较大范围发生变化，和（或者）负载电流在较大范围内变化时，必然跨越两种工作方式，因此，常要求反激式变换器在完全能量和不完全能量转换方式下都能稳定工作。但是，要求同一个电路能实现从一种工作方式转变为另一种工作方式，在设计上是较为困难的。而且，作为单片开关电源的核心部件高频变压器的设计，由于反激式变换器中的变压器兼有储能、限流、隔离的作用，在设计上要比正激式变换器中的高频变压器困难，对于初学者来说很难掌握。笔者采用TOP225Y设计了一种单端正激式开关电源电路，实验证明该电路是切实可行的。下面介绍其工作原理与设计方法，以供探讨。

1TOPSwitch系列应用于单端正激变换器中存在的问题

TOPSwitch的交流输入电压范围为85～265V，最大电压应力≤700V，这个耐压值对于输入最大直流电压Vmax=265×1.4=371V是足够的,但应用在一般的单端正激变换器中却存在问题。

图1是典型的单端正激变换器电路，设计时通常取NS=NP，Dmax<0.5（一般取0.4）,按正激变换器工作过程,TOPSwitch关断期间，变压器初级的励磁能量通过NS，D1，E续流（泄放）。此时，TOPSwitch承受的最大电压为

VDSmax≥2E=2Vmax=742V（1）

大于TOPSwitch所能承受的最大电压应力700V，所以，TOPSwitch不能在一般通用的正激变换器中使用。

2TOPSwitch在单端正激变换器中的应用

由式（1）可知，TOPSwitch不能在典型单端正激变换器中应用的关键问题，是其在关断期间所承受的电压应力超过了允许值，如果能降低关断期间的电压应力，使它小于700V，则TOPSwitch仍可在单端正激变换器中应用。

2.1电路结构及工作原理

本文提出的TOPSwitch的单端正激变换器拓扑结构如图1所示。它与典型的单端正激变换器电路结构完全相同,只是变压器的去磁绕组的匝数为初级绕组匝数的2倍,即NS=2NP。

TOPSwitch关断时的等效电路如图2所示。

若NS与NP是紧耦合，则，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绕组每个开关周期正负V·s平衡原理，有

VNPon(Dmax/T)=VNPoff[(1-Dmax)/T]（4）

式中：VNPon为TOPSwitch开通时变压器初级电压，VNPon=E；

VNPoff为TOPSwitch关断时变压器初级电压，VNPoff=（1/2）E。

解式（4）得

Dmax=1/3（5）

为保险，取Dmax≤30％

2.3去磁绕组电流分析

改变了去磁绕组与初级绕组的匝比后，变压器初级绕组仍应该满足A·s平衡，初级绕组最大励磁电流为

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

式中：Lm为初级绕组励磁电感。

当im(t)=Ism时，B=Bmax，H=Hmax，则去磁电流最大值为

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

式中：lc为磁路长度；

Ipm为初级电流的峰值。

根据图2（b）去磁电流的波形可以得到去磁电流的平均值和去磁电流的有效值Is分别为

下面讨论当NP=NS，Dmax=0.5与NP=NS，Dmax=0.3时的去磁电流的平均值和有效值。设上述两种情况下的Hmax或Bmax相等，即两种情况下励磁绕组的安匝数相等，则有

Im1NP1=Im2NP2（10）

式中：NP1为Dmax=0.5时的励磁绕组匝数；

NP2为Dmax=0.3时的励磁绕组匝数；

设Lm1及Lm2分别为Dmax=0.5和Dmax=0.3时的初级绕组励磁电感，则有

Im1=E/Lm1×0.5T为Dmax=0.5时的初级励磁电流；

Im2=E/Lm2×0.3T为Dmax=0.3时的初级励磁电流。

由式（10）及Lm1，Lm2分别与NP12，NP22成正比，可得两种情况下的励磁绕组匝数之比为

(NP1)/(NP2)=0.5/0.3

及(Im1)/(Im2)=(Np2)/(Np1)=0.3/0.5(12)

当NS1=NP1时和NS2=2NP2时去磁电流最大值分别为

Ism1=Im1=Im（13）

Ism2=Im2=(0.5/0.6)Im（14）

将式（10）～（14）有关参数代入式（8）～（9）可得到，当Dmax=0.5时和Dmax=0.3时的去磁电流平均值及与有效值Is1及Is2分别为

Is1=1/4ImImIs1=0.408Im（Dmax=0.5）

Is2≈0.29ImIs2=0.483Im（Dmax=0.3）

从计算结果可知，采用NS=2NP设计的去磁绕组的电流平均值或有效值要大于NS=NP设计的去磁绕组的电流值。因此，在选择去磁绕组的线径时要注意。

3高频变压器设计

由于电路元件少,该电源设计的关键是高频变压器,下面给出其设计方法。

3.1磁芯的选择

按照输出Vo=15V，Io=1.5A的要求，以及高频变压器考虑6％的余量，则输出功率Po=1.06×15×1.5=23.85W。根据输出功率选择磁芯，实际选取能输出25W功率的磁芯，根据有关设计手册选用EI25，查表可得该磁芯的有效截面积Ae=0.42cm2。

3.2工作磁感应强度ΔB的选择

ΔB=0.5BS，BS为磁芯的饱和磁感应强度，由于铁氧体的BS为0.2～0.3T，取ΔB=0.15T。

3.3初级绕组匝数NP的选取

选开关频率f=100kHz（T=10μs），按交流输入电压为最低值85V，Emin≈1.4×85V，Dmax=0.3计算则

取NP=53匝。

3.4去磁绕组匝数NS的选取

取NS=2NP=106匝。

3.5次级匝数NT的选取

输出电压要考虑整流二极管及绕组的压降，设输出电流为2A时的线路压降为7％，则空载输出电压VO0≈16V。

取NT=24匝。

3.6偏置绕组匝数NB的选取

取偏置电压为9V，根据变压器次级伏匝数相等的原则，由16/24=9/NB，得NB=13.5,取NB=14匝。

3.7TOPSwitch电流额定值ICN的选取

平均输入功率Pi==28.12W（假定η=0.8），在Dmax时的输入功率应为平均输入功率，因此Pi=DmaxEminIC=0.3×85×1.4×IC=28.12，则IC=0.85A，为了可靠并考虑调整电感量时电流不可避免的失控，实际选择的TOPSwitch电流额定值至少是两倍于此值，即ICN>1.7A。所以，我们选择ILIMIT=2A的TOP225Y。

4实验指标及主要波形

输入AC220V，频率50Hz，输出DCVo=15(1±1％)V，IO=1.5A，工作频率100kHz，图3及图4是实验中的主要波形。

图3中的1是开关管漏源电压VDS波形，2是输入直流电压E波形，由图可知VDS=1.5E；图4中的1是开关管漏源电压VDS波形，2是去磁绕组电流is波形，实验结果与理论分析是完全吻合的。

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关键词：全国大学生电子设计竞赛，教学改革，电子技术，本科

 

0.引言

作为全国最高规格的学生电子类竞赛，全国大学生电子设计竞赛一直引导高校在实验教学中注重培养大学生创新能力、协作精神和理论联系实际的学风。[1]每一届的竞赛都涌现出许多优秀的、动手能力强的电子人才，但另一方面，也暴露了现今高校电子类本科教学的许多不足之处。

在全国大学生电子设计竞赛中，参赛的大多是每所高校最具动手能力的学生。但从交作品的情况看，即便是优秀学生，某些学生的电子设计水平还是明显不足：有的学生拿不出一点成果，既没有硬件电路，也没有软件程序，甚至没有设计论文；有的参赛学生虽然把一些硬件电路板做出来了，却因为程序调试不通过，即使设计论文写得再好，也没有达到题目的基本要求。而从这些学生的参赛过程，可以分析其在电子设计方面存在的主要问题。

1.知识面窄

面对竞赛题目，方案选型、实际产品制作，学生表现出知识面非常狭窄，思维不够活跃，不能够提出多种设计方案来选择。根本原因在于学生甚至个别教师，在教与学过程中都过于注重教科书的个别经典案例，而对实际应用、设计思路却知之甚少，导致面对设计题目时不知所措。论文大全。

因此，电子专业教学中就要加入大量的关于电子设计、应用的内容。应该在保证基础知识的前提下，适当剔除对实际应用意义不大而偏重理论研究的内容，将这些内容留给考研学生或研究生学习。另外，集成技术和芯片封装飞速发展，要求我们在教学过程中强调基本原理、基本分析方法的同时，增加新器件和专用集成电路内容，使基本原理和实际应用有机结合，进而着重分析由功能单元构成的通用集成电路的应用。因此，应该根据社会的需求和电子设计竞赛的内容增加介绍一些新集成电路和可编程器件等教学内容。同时，还可以组织开展一些跟电子设计有关的选修课、讲座以及技能训练活动，以提高学生的专业水平、开拓学生的专业视野。

2.实践动手能力较弱

部分学生虽然做过相关课程的实验、实习，但制作实际产品时却不知从何做起，基本的电子制作技能较差，不能做到布线规范、焊接牢固、懂得排除故障等等。若一个电子设计者不掌握这些技能，那么他不可能把自己的设计成果做成实物来调试，也就不能验证其设计的合理性。论文大全。因此，这些都是把电子产品付诸实际的基础技能。而部分学生缺乏技能锻炼，能力亟待提高。

要解决这个问题，建议压缩纯理论的教学内容，把时间留给学生多做实验、多做实习、多做电子产品的设计，而且学生要有足够的时间把这些实践练习仔细做、重复做。譬如电子工艺实习时，制作电子产品的每一步骤都应该让学生操作：从电子元器件（包括贴片元件）的识别与检测，到印制电路板的设计、制作，再到电子元器件的安装、焊接（包括拆焊），整机调试、测试，最后写出总结报告。整个过程缺一不可，而且应该在实习中安排若干件电子产品，让学生通过这几件产品把每个步骤都重复几遍。只有这样，学生才会练就制作电子产品的功底，在真正设计电路的时候，就会减少因为制作上的失误而导致调试失败、产品完成不了的机会。

3.综合运用知识能力差

一个电子产品的开发，包括方案论证、器件选取、单元电路调试、电路图的设计、电路板的制作、程序编写、调试及系统测试等内容。这一方面要求设计者有很强的系统概念，对整个方案的选取有宏观的把握；另一方面，又要求设计者对每个单元电路有相当的把握。在电子系统的设计中，部分学生会因一个很小的细节问题而导致整个系统最终失败或开发停滞不前。而另外一些学生，虽然对每个知识点都熟悉，但是多个知识点结合起来，关系错综复杂，多个模块组合成一个系统的时候，驾驭能力明显力不从心，综合应用所学知识的能力不强。论文大全。

学生出现此问题，归根结底是因为他们缺乏电子设计的锻炼。所以，可以改变以理论带动教学的传统思维，尝试以典型产品来带动电子技术理论课程的教学，能使理论与实践结合，提高教学效果。譬如以电子时钟作为主题，当学生学习数字电子技术时，教师引导学生利用数字集成电路芯片设计一款电子时钟；当学生学习单片机技术时，教师引导学生采用软件和硬件相结合的思想重新设计一款电子时钟，用与之前完全不同的电路结构实现同样的功能；随着课程的继续，在基本的电子时钟的基础上逐步加入闹钟、整点报时、语音报时等等功能。用这种方法推广到以多个典型产品来带动教学，学生就既能掌握到理论知识，又能掌握到设计技术，更对基本的电子产品烂熟于胸，这不止对其比赛，对其以后的工作或深造也是极为有利的。

4.眼高手低

全国大学生电子设计竞赛极能检测学生的电子设计功底。若学生在课外不花大量时间浸在电子设计的世界中，很难锻炼出设计实际产品的能力。很多学生在校学习过程中，老师布置的作业、实验、实习、小设计等都能很好地完成，考试也能高分通过，就觉得自己能自如地参与竞赛。但实际上，在有限的四天三夜的竞赛时间里，真正能踏踏实实做出实物，调试成功的却凤毛麟角。这反映出学生缺乏对自身能力的审视，眼高手低。

针对此情况，可以开展校内电子设计大赛，这样既可形成学习气氛，提高学生的实际动手能力，让学生有审视自身能力的机会，也可为学生提供施展才能的空间，为更多的优秀学生脱颖而出创造条件，更能为全国大学生电子设计竞赛选拔优秀学生。其次，建立电子设计竞赛训练中心，定时开展课外活动，让学生在教师的指导下根据自己的兴趣，自己或组队选题、设计，进行电子制作，培养学生自主学习和合作能力。

5.结束语

“重理论轻实践”一直是高等教育中的问题。[2]大学生电子设计竞赛再一次证实了问题的存在，也正在促进各大高校的教学改革。而教学改革又会提高竞赛的水平。竞赛与教改，必将互相要求、互相促进，共同为培养优秀的电子人才而持续发展。

【参考文献】

[1]侯蕊,刘国通.电子设计竞赛对高职实践教学改革的启发[J].中国电力教育,2009，（147:145-146

[2]巩恩福,江兴盟.从全国电子设计大赛谈第二课堂与人才培养[J].电子制作,2008,1:7-9.

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论文摘要：结合高职院校数字电路实验教学现状，以培养学生的电子设计能力、实践能力与创新能力为目标，对数字电路设计性实验进行了研究，提出了构建实验课程体系、加强实验教师队伍建设、完善实验考核机制等措施，取得了良好的教学效果。

    随着高职院校实验教学改革的深人，实验教学已成为高职院校教学工作的重要组成部分。实验教学已从过去单纯的验证性实验逐步深人到综合性、设计性实验，从利用实验来加深对已学理论知识的理解，深人到将实验作为学生学习新知识、新技术、新器件，培养学生实践能力、创新能力的重要目的仁‘〕。

1高职院校实验教学存在的问题

    数字电路实验是高职院校电子信息类、机电类专业必修的实践性技术基础课程，对培养学生的综合素质、创新能力具有重要的地位。在传统的实验教学中，数字电路实验教学多以验证性实验为主，并按实验指导书的实验步骤去完成实验，这种实验教学模式禁锢了学生的创新思维，失去了“实验”真正的含义，培养出来的学生实践技能差，无法达到高职教育人才培养的要求〔2)0

2开设数字电路设计性实验采取的措施

通过多年来的实验教学改革实践，证明了开设设计性实验有利于巩固课堂所学的理论知识;有利于提高学生电子系统设计能力、综合素质、创新能力[’]。2005年我校电子技术实验教学中心(以下简称中心)以“加强基础训练，培养能力，注重创新”为指导思想，在面向各类专业的数字电路实验教学中，开设了以学生为主、教师为辅的数字电路设计性实验教学，取得了良好的教学效果。

2. 1构建实验教学课程体系

    数字电路设计性实验是一种较高层次的实验教学，是结合数字电路课程和其它学科知识进行电路设计，培养学生电子系统设计能力、创新能力的有效途径，具有综合性、创新性及探索性[[4]。数字电路设计性实验是学生根据教师给定的实验任务和实验条件，自行查阅文献、设计方案、电路安装等，激发学生的创新思维。设计性实验的实施过程，如图1所示。

    为了提高学生的电子设计能力和创新能力，中心根据高职教育教学特点与规律，构建了基础型、提高型、创新型三个递进层次的数字电路设计性实验课程体系。三个实训模块的内容坚持以“加强基础型设计性实验，培养学生的电子设计能力、创新意识”为主线，由单元电路设计到系统电路设计，循序渐进，三年不断线，为不同基础、不同层次的学生逐步提高电子设计能力、创新能力的空间，如图2所示。

基础型设计性实验是课程中所安排的教学实验，学生在完成了验证性、综合性实验以后，具有了一定的实验技能，结合数字电路的基本原理设计一些比较简单的单元电路，学生按照教师给出的实验要求根据实验室所拥有的仪器设备、元器件，从实验原理来确定实验方法、设计实验电路等，且在规定的实验学时内完成实验。如表1所示。这一阶段主要是让学生熟悉门电路逻辑功能及应用，掌握组合逻辑电路、时序电路的设计方法，培养学生的设计意识、查阅文献等能力。

    提高型设计性实验对高职院校来说，可认为是数字电路课程设计。它体现了学生对综合知识的掌握和运用，课题内容是运用多门课程的知识及实验技能来设计比较复杂的系统电路，如表2所示。整个教学过程可分10单元，每个单元为4学时，每小组为一个课题。学生根据教师提供的设计题目确定课题，查阅文献、设计电路、电路仿真、电路安装调试、撰写课程设计报告等，完成从电路设计到制作、成品的全部实践过程。通过这一阶段的训练，学生的软硬件设计能力进一步提高，报告撰写趋于成熟，善于接受新器件，团队协作趋于成熟。

    创新型设计性实验主要为理论基础知识扎实、实验技能熟练的优秀学生选做，为“开放式”教学，实验内容主要是结合专业的科研项目、工程实际及全国或省级电子设计竞赛的课题。通过创新型设计性实验，强化学生电子系统设计能力，充分发挥学生的潜能，全面提高学生的电子系统设计能力、创新能力，为参加大学生电子设计竞赛奠定坚实的基础。

   数字电路设计性实验课程体系将数字电路基本原理、模拟电路、eda技术等多门课程知识点融合在一起，从单元电路设计到系统电路设计，深化了“系统”概念的意识。在每一轮设计性实验结束后进行总结，开展学生问卷调查，对设计性实验的教学方法、手段等进行全面评估，从而了解设计性实验教学的效果。在实验过程中，实验教师鼓励学生从不同角度去分析，大胆创新，设计不同的方案。

2. 2加强实验教师队伍的建设

    近年来，中心依托省级精品课程“数字电路与逻辑设计基础”、省级应用电子技术精品专业建设，合理规划，制定了实验教师队伍培养计划;专业教师定期到企业培训;专职实验教师参加实验教学改革研讨和对新知识、新技术的培训;同时制定优惠政策，吸引企业中具有丰富实践经验的工程师、技师到实训基地担任实验教师tb}，形成一支能培养高素质技能型人才、能跟踪电子信息技术发展、勇于创新并积极承担教学改革项目的专兼职结合的实验教师队伍，实现了实验教师队伍的整体优化。

2. 3开放实验室

    为了保证设计性实验教学的有效实施，中心实行时间和内容两方面开放的教学方法。学生除了要完成教学计划内指定实验外，还可以根据自己的专业和兴趣，选择规定以外的实验项目。为了提高设计性实验的教学效果，学校制定了系列激励政策，调动了实验教师及学生的积极性。

2. 4建设创新实训室

    为了培养学生的电子设计能力、创新能力，给优秀学生营造良好的自主学习环境，提供展现创新设计的舞台，中心先后投人了30多万元，更新了实验仪器设备，建设了一个软件环境优良、硬件条件先进的创新实训室。该实训室配置了计算机、函数信号发生器、频率计、扫频仪、数字存储示波器、单片机系统设计实验开发系统、打孔机、制版机等仪器设备〔7〕。

2. 5完善实验考核机制

    对于数字电路设计性实验的考核，不能仅靠一份实验报告或作品来评定成绩，要关注设计方案的可行性、实验过程中学生的操作能力、创新能力等方面。如以100分计，分别从实验设计方案(20分)、实验方案的实施和完善(40分)、设计的创新性(20分)、实验报告或论文、成品(20分)几个环节来评定学生的实验成绩。为了激励优秀学生，激发创新欲望，中心建立了“创新设计性实验优秀论文、作品评奖制度”，对经专业教师评审选出的优秀论文、创新作品的学生给予表彰、奖励。

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关键词：雷达整车智能配电 显控管理模块 CAN总线通信 触屏 液晶显示

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）12-0001-02

1 引言

随着雷达整车系统对后级设备用电状况的信息越来越重视，对安全性和智能化管理的要求越来越高，传统的配电已经不能满足雷达整车操作的需求。为此，一套能够综合采集、监控、保护及显示各级配电设备信息的智能化、模块化的配电系统，能够极大程度的提高生产、调试、维修的效率，也给用户对雷达整车系统的供电管理带来全新的体验。

显控管理模块作为雷达整车智能配电系统的重要组成部分，主要采用现代计算机、信息处理、通信及触摸液晶屏显示等技术，完成对配电网和负载的运行进行监视、管理和控制，是整车配电系统的监视、控制和管理中心。

2 整体设计

整个配电系统是基于模块化的设计思路，显控管理模块作为系统的核心管理控制模块，主要通过CAN总线对内部执行模块进行通信、从而实现控制、配电数据的采集与实时显示。显控模块原理框图如图1所示，显控模块包括了基于ARM内核的高性能单片机、通信单元、电源转换单元、按键控制单元以及液晶显示单元。

3 单元设计

3.1 单片机介绍

显控模块的单片机采用的是基于ARM内核的STM32F407ZGT6芯片，工作频率可以达到168MHz。该芯片使用广泛，接口齐全，它最多有140个I/O口，3路12位A/D转换器，2路12位D/A转换器等，通信接口有2路CAN控制器，3路SPI串口，2路I2C，2路UART等，完全满足了本设计的要求。

3.2 通信单元

显控模块的通信单元主要包括对内通信和对外通信。对外通信使用以太网或CAN通讯方式，将配电数据传输给上位机。对内通讯采用CAN总线方式进行连接组网，实现对后级执行模块的控制与管理。

网口电路采用ARM内部MAC控制器结合以太网PHY控制器（DP83848IVV），通过RMII连接模式，经隔离变压器（H1102NL）输入输出，实现网口通信。CAN接口采用ARM内部两路CAN控制器，结合隔离CAN总线收发器（ADM3053BRZ），构成双CAN通讯网络。

3.3 电源转换单元

电源转换单元采用MINMAX公司DC/DC模块MCWI05-24S05。先将输入24V电源转换成5V，然后再使用78D33三端稳压器，转换成芯片所需要的3.3V。电路图如图2所示。

MCWI系列DC/DC模块采用SIP-8封装，具有小体积（21.8*9.3mm），较高的输出效率（83%），且具有4：1宽输入特性，输入电压范围在9V～36V，输出功率为5W。

3.4 按键控制单元

为了实现配电系统的本控加电操作，显控管理模块预留了16路本控非持续动作型按键，可以对16个执行模块进行加断电操作。此外，上位机同样有按键电平控制信号，对执行模块进行逻辑控制。

按键电路采用光耦隔离方式，可以有效的隔离按键供电对单片机控制电路的影响。电路图如图3所示。

3.5 液晶显示单元

液晶显示单元选择了英硕自动化公司的EPP320-0571-35触摸液晶屏幕。该屏幕不仅仅是一款显示器，它相当于一个小型的嵌入式显示终端，可以执行所有控制器上能运行的软件组件。可以通过Automation Studio编程工具进行编程。

该液晶终端外置了串口、网口、USB等通讯接口，便于开发和调试，从硬件资源上已经可以完全满足项目设计要求，同时其显示系统比较清晰，5.7寸的显示屏，分辨率达到了QVGA级，用户的使用体验优于一般市面上的液晶屏。此外，软件开发环境Automation Studio功能强大，使用户可以较为简单的设计出友好的操作界面，其多任务的操作系统Automation Runtime设计思路和丰富的底层库函数使用户可以写出健壮的控制显示程序。

4 软件设计

显控模块主要包含2个部分的软件设计：单片机软件设计和液晶显示器的软件设计。

4.1 单片机软件设计

单片机的软件设计主要是利用MDK-ARMKeilv4.7开发软件对STM32F407进行编程设计。

显控模块的单片机程序包含两个部分：主程序（main）和中断服务程序（ISR）。系统的主程序简单，主要完成了一些外设的初始化和TIM等设备中断的初始化，其中UART通讯速率设定为115200bit/s，CAN通讯速率设定为500kbit/s。系统的中断服务程序由三级中断嵌套而成，分别为定时器中断级别第三（最低），UART接收中断级别第二，用于液晶模块的通信，CAN接收中断级别第一（最高），用于内部CAN总线通信。

ISR中的定时器中断服务周期为100ms，所有其他功能函数以及其他中断服务函数均必须在这100ms内完成。选择该设计方式主要为了达到两个目的：其一是以100ms为控制周期的主要目的是在用户最快反应周期（0.1s）内完成对液晶模块内容的更新，使得液晶模块能够实时显示所有子设备的运行信息，提高用户体验和使用感受；其二是该设计方式可以确定系统对外部事件的响应速度，对配电系统的实时性得到一定控制和预测。

定时器中断服务函数主要完成了对液晶模块的发送数据和接收数据的CRC-16校验、对按键的防抖扫描、对液晶模块操作指令和按键操作指令的综合判断和信息同步、对CAN总线上从设备的控制指令发送和设备周期轮询，其函数流程图如图4所示。

4.2 液晶模块软件设计

液晶模块的软件设计主要是利用Automation Studio软件对EPP320屏幕进行编程，编程包括界面的设计和后台程序的编写。在Automation Studio中设计界面非常简单，软件内部已经提供了大量的显示对象供用户使用，大多数的显示对象提供了特定唯一的控制变量，通过后台的变量声明和捆绑环节，用户可以通过更改控制变量来更改显示对象的效果。软件设计的界面如图5、图6所示。图5为智能配电平台的总界面，可以显示后级设备的工作状态信息，图6是其中一个设备的详细页面，在详细页面内会具体的显示该设备的运行信息，例如电压、电流、温度等，并可以人为的复位或更改其内部保护门限参数。

5 实物展示（图7）

6 结语

该显控模块已经完成调试，并已安装于雷达整车智能配电系统之中。全系统已经顺利通过项目实测验收，在功能上，稳定性上，操作性上都满足项目设计要求。

参考文献

[1]李飞飞.基于ARM的模块化配电变压器监测终点研制[D].天津大学硕士学位文，2012.

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关键词：过程控制系统，液位，测量原理，控制方式，测量设备

 

1 前言

德国FESTO公司研制的“PCS” 即“过程控制系统”，是一套集目前工业控制中较为典型的控制系统（液位控制、流量控制、压力控制、温度控制）于一体的实验装置（见图1.1）。实验装置由四个操作站和一个中间调度站组成，分别实现四种典型环节（液位、流量、压力、温度）的检测与控制。每站由相应的检测传感器、控制器和电动执行器构成。控制器由中央处理单元、信号处理单元和驱动电路等组成，可以实现开环、闭环 PID算法控制开度阀（比例阀）动作和直流电动机的调速。各站之间通过管道及开关阀（电磁阀）连接，由中间站的PLC控制开关阀导通，可形成耦合系统。

2 液位系统简介

本文中的液位系统如图1所示。

图1液位系统

液位控制系统是FESTO四个独立站中的一站，包括一高一低两个容器（通过中间连接管道上手动阀的开闭控制其通断）、超声波液传感器、直流电机、直流电机调速器；以及四个系统都包含的向中间调度站PLC传送开关量的电容接近传感器，和PLC控制的电磁开度阀。

3 相关测量原理

液位测量是料位测量的一类。许多生产过程都要求监视工艺流程中各种容器内的物料贮量和控制容器进出料量的平衡。免费论文。为此目的所需要的信号当前主要通过测量容器中的物料表面位置得到。[1]

料位包括液位和固体颗粒的料位，本文采用的料位测量方法是超声波式，利用超声波在一定状态介质中的传播具有一定速度这一特性，当声源与料位的距离变化时，回声的时间（从发射到接收超声波的时间间隔）也要改变，这是非接触式测量，可用于液位和固体颗粒料位测量。

4测量设备

超声波液位传感器

它是基于声波的产生和在物体上的反射探测原理。正常情况下，大气作为了超声波的载体。声发生器在短时间内启动，发射出超声脉冲，人耳无法听到。随着超声脉冲的发射，超声波被固定的物体所反射，并返回给接收器。超声脉冲的持续时间可用电子方法评估。在一个固定的范围内，在超声脉冲信号持续时间，输出信号是成比例的。

电机/泵：

不带调速，只起搅和作用；

离心泵适合于冷水或加热水的再循环；泵不能干燥的使用，也不能用海水或受污染的液体。

（3）电容接近传感器：

电容接近传感器的工作原理是基于RC谐振电路中电容器的电容变化来估算的。当有物体接近传感器时，电容增加。这导致了RC电路振荡作用的变化。LED的黄色发光二极管指示切换状态。电容的变化很大程度上依靠距离，和各自材质的尺寸以及介电常数【3】。

（4）电机调速器：

通过改变输入电压来改变泵的转速，输入-10V――+10V，输出-24V――+24V 【4】。

5 控制方式

过程控制系统按照控制方式的不同分为开环控制、闭环控制，单回路控制、串级控制、比值控制等多种方式【2】。免费论文。本液位控制系统采用闭环单回路控制方式，如图2所示。

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关键词：FPGA CPCI 高速通信 电路设计

中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0091-03

在工业现场信号采集处理领域里，随着数据量和对环境要求苛刻性的不断增加，对于数据采集处理平台的要求也不断提高。将CPCI架构应用到数据采集处理平台，其本身所具有的通用性、热插拔、可扩展性、高可靠性等特性非常适合数据采集处理系统。为了提高数据采集和处理效率，数据采集系统以FPGA为处理核心，加上高性能的数据转换芯片，实现各种信号的实时采集处理。这种采用FPGA+CPCI总线混用的硬件系统把几个方面的优点结合到一起，既兼顾了速度和灵活性，又满足了底层数据实时同步采集和高层数据狭速运算的要求。

本文重点介绍基于FPGA和CPCI的数据采集系统的硬件电路设计与功能实现。

1 系统硬件框图

高速数据采集系统的硬件原理框图1所示。

由上图可知，高速数据采集系统主要由以下电路组成：多路开关控制电路、模拟信号调理电路、FPGA控制电路、存储电路、CPCI转换接口。

2 具体的硬件电路设计

2.1 多路通道选择电路设计

集成多路模拟开关芯片是程控增益放大等常用器件，其性能的好坏对系统的设计指标有着重要的影响。

在这里我们从经济和性能角度出发，选择ADI公司的ADG508。ADG508为单芯片CMOS模拟多路复用器。ADG508根据3位二进制地址线A0、A1和A2所确定的地址，将8路差分输入之一切换至公共差分输出。所有器件均提供EN输入，用来使能或禁用器件。禁用时，所有通道均关断[1]。

ADG508均采用增强型LC2MOS 工艺设计，适合高速数据采集系统和音频信号开关应用。接通时，各通道在两个方向的导电性能相同，输入信号范围可扩展至电源电压范围。在断开条件下，达到电源电压的信号电平被阻止。所有通道均采用先开后合式开关，防止开关通道时发生瞬时短路。设计本身具有低电荷注入特性，当切换数字输入时，可实现最小的瞬变。

本设计中实现8路差分工作模式，多路开关电路设计如图2所示[2]。

如上图所示，八路通道号与外部模拟量相接，通道选择A0～A2和使能端EN与FPGA连接，通过FPGA可以实现对多路复用器进行开关控制和通道选择。

2.2 A/D电路设计

AD转化主要分为两个步骤：先实现连续时间信号离散化，这需要对连续时间信号进行采样，随后完成量化。

通常模拟信号通过50欧电阻传输，为了避免阻抗不匹配，在这里引入一个50欧匹配电阻，减少信号反射、振铃等问题，尽量保证信号无损失无失真地进入系统。

为了提高AD芯片的接收性能，抑制由电源和地引入的共模寄生噪声。这里采用单端转差分电路，较少轨道塌陷和电磁干扰。具体电路设计如图3所示[3]。

为了得到芯片最有性能，AD采样需要提供高质量低相位噪声的时钟信号，这里采用时钟芯片来直接产生。

2.3 存储部分

数据存储器读写模块用来对 AD6645采集后的数据进行存储及读取。为了保证FPGA 控制核心与工控机通信一次性读取大量数据，本系统中用到了两片外部 SRAM（KM681000BLP），其中一片用来对采集过来的数据进行存储，另一片用来读取存储在SRAM中的采集数据，以便与工控机进行通信[4]。系统运行过程中，两片SRAM轮流进行读写操作，这将大大提高并口通信速度及数据吞吐量。FPGA控制核心与KM681000BLP接口原理图如图4所示。图中Data0-Data7为双向数据总线；We为存储器写信号，低有效，高无效；Oe为存储器读信号，低有效，高无效；Cs为片选，低有效，高无效。

本系统对两片SRAM（SRAM1、SRAM2）轮流进行读写是通过乒乓传输结构来实现的，该结构可以保证该系统通道采样和数据传输连续进行。乒乓传输控制原理如图5所示[5]。

乒乓传输控制原理：输入数据流通过“输入数据流选择单元”，等时地将数据流分配到SRAM1、SRAM2中。在第1个缓冲周期，将输入的数据流缓存到SRAM1[6]。在第2个缓冲周期，通过“输入数据流选择单元”的切换，将输入的数据流缓存到SRAM2，与此同时，将SRAM1缓存的第1个周期的数据通过“输出数据流选择单元”的选择，送到“数据流运算处理模块”被运算处理。在第3个缓冲周期，通过“输入数据流选择单元”的再次切换，将输入的数据流缓存到SRAM1，与此同时，将SRAM2缓存的第2个周期的数据通过“输出数据流选择单元”的切换，送到“数据流运算处理模块”被运算处理。如此循环，周而复始。

2.4 CPCI接口部分

本设计主控FPGA芯片是采用CPCI总线接口形式，我们采用PLX公司的PC工9045芯片实现FPGA与CPCI总线接口的无缝连接[7]。

2.4.1 基于FPGA的PCI总线设计分析

整个CPCI接口设计的思路为：FPGA通过协议转换芯片PCI9054，跟CPCI总线进行连接。FPGA内部采取异步双口RAM来进行高速数据缓冲。通过verilog HDL控制FPGA异步双口RAM，从而实现嵌入式CPU与CPCI板卡之间的高速传输。

PCI9054协议转换芯片的Local总线模式有三种，分别为M，J和C模式，本设计选用C模式工作方式 。

在这种工作模式下，9054芯片通过片间逻辑控制，将PCI的地址线和数据线分开，很方便地为本地工作时序提供各种高难工作方式，一般较为广泛的应用于系统设计中。对于这种工作方式，设计者只要严格的把握时序的控制，把local端和PCI端的各种时序控制线的时序过程严格控制，就可以很好的应用9054芯片。

在C模式下，PCI9054协议转换芯片通过片内的逻辑控制单元将CPCI数据总线和局部地址进行分开。这种方式可以灵活为FPGA，CPU等处理单元提供各种独立的工作方式，从而有效地降低系统开发的难度。

2.4.2 基于FPGA的PCI总线设计实现

PCI9054协议转换芯片支持DMA传输方式，主方式和从方式。DMA传输方式的数据要快很多，对于FPGA控制来说从模式方式，更利于FPGA控制。从模式传输方式的设置可以使CPCI总线上的其它主设备方便地访问PCI9054局部总线上的配置芯片和内存。具体的传输示意图如图6所示。

2.5 电源设计

在本次设计中，基于PCI的数据采集卡上的所有芯片都采用3.3V电源供电。但考虑到目前大部分PC机系统中只有SV的PCI插槽的现状，我们将PCI适配卡引脚组合设计为SV型，并利用电压转换电路将主机板提供的5V电源换为3.3V电源（本次设计中我们使用的LT1587），这样既达到了低功耗的目的，又实现了SV信号环境兼容。而在设计基于CPCI的数据采集卡时，也采用了同样的处理方法。电压转换电路如图7所示。

2.6 时钟设计

时钟电路框图如图8所示。时钟网络中，MC100LVEP完成了主要的时钟产生功能，它的特点就是能同时接收两路差分时钟的输入，通过CLKSEL的高低电平信号控制来选择使用哪一路时钟；同时还在于它的多路差分时钟输出，共计10路，低抖动，低时钟偏差，完全符合本文设计的需要。

参考文献

[1]夏成海.基于Linux的嵌入式无线监测数据采集系统的设计：[硕士学位论文].北京邮电大学，2011.

[2]张宏壮，王建民.基于Linux的嵌入式数据采集系统.微计算机信息，2008：20.

[3]陈立新，梁明.基于ARM和Linux的数据采集系统以其在电能质量监测中的应用.环境技术，2010：03.

[4]吴健.基于FPGA的PCI数据采集卡的研究与开发：[硕士学位论文].中南大学，2008：5.

[5]刘剑.基于PCI Express 和 DDRⅡ SDRAM 的高速数据传输系统的研制：[硕士学位论文].南京信息工程大学，2009：5-1.

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【关键词】 医疗设备 故障 维修 保养

1 医疗设备所具有的特性以及对维修人员的一些要求

1.1 医疗设备的特殊性

（1）医疗设备是当今高科技的代表，集合了是多种学科的尖端技术，许许多多的新发明最先均是用于医疗以及军事。例如医疗设备中的代表CT，它就是对X线进行了完美的利用，并且糅合了影像、计算机以及电子信息等多种技术，像MR则是计算机与电磁学的结合，LA是结合了计算机与军事中的微波技术。基本上所有的设备都可以看到计算机技术的身影。

（2）现代医疗设备的特点可以说是更新周期快而且种类多样化。现代医疗设备的种类应有尽有，基本上机体的每个器官均有相应的检测仪器，而且随着科技的进步，其越来越趋于微型化但是功能却越来越强大。例如，CT自问世以来其发展可以用日新月异来形容。第一代单层CT设备通常需要十几秒的扫描时间并且扫描一个部位则要十几分钟，而如今的多排CT设备对一个部位的扫描快的话只要几秒钟。

1.2 医疗设备维修人员所必备的条件

（1）因为医疗设备自身的特殊性，而且其在医院诊疗工作中又起着举足轻重的作用，所以其性能的好坏将对诊疗效果存在着莫大的影响。怎样将设备保持在较好状态，是每一个设备维修人员都将面临的一大挑战。维修人员若是想对设备做到恰到其时的保养并能流利的解决设备出现的各种疑难杂症，就必须拥有广博的知识；还要对各种新技术、新知识以及各种专业杂志文献保持关注和加以汲取；另外还要及时的进行培训，可以请一些专家到医院进行学术报告，也可参加国内外的一些行业内的学术会议。通过上述的途径，便可以大大的对维修人员的知识、能力进行拓宽加强，与时代的发展保持一致。维修人员在维修过程中一定要注意经验与技能的积累，进而为以后快速、准确的排除故障做准备。

（2）高素质维修工程团队的建立：

第一、建立完善科学合理的规章制度，加大对维修人员团队的管理。针对现有人员的人数及其业务能力，可将其分为生化、医电以及大型设备等组，将责任划分道人，使其拥有明确的分工，并尽量做到分工不分家，既分工又合作。将集体维修的概念树立起来，由此便可对维修人员进行高效有序的管理又能保证医疗设备的质量。

第二、正确书写维修档案并保管好，医疗设备在打开之初便将所有相关资料给保存起来，尤其是配件及线路图等，同时将维修手册给建立起来，及时对每台设备的原始参数，安装调试的情况进行记录，还有一些关键工作点的输出波形，信号电平等。另外在保养维修后都要进行详细的记录，从而能更好的对每台设备的性能状态进行把握。在更新设备时领导可以此作为参考依据，同时可以让维修人员更方便的总结经验，提升其自身能力。

第三、备件库的建立。维修的关键就是备件，因此备件库应找专人看管，看管人应该及时对常用备件的动态进行反馈，没有的及时加以添补。另外一些大型设备的非常规备件应交由专门的工程师购买，这种部件通常价格比较高昂而且使用寿命也是有限的。这一工作如果处理得当，会大大节省医院这方面的成本。

2 维修思路

大型医疗设备本身就较为复杂，其故障的表现形式也比较多，除了仪器本身的硬件方面故障外，还有软件、机械等故障。按照传统维修思路，硬件故障一般较为常见所以认为应首先排除硬件故障并且认为只要对电路分析足够熟练就足够了，然而事实并非如此。机械故障一般比较容易找出，而且解决故障的方法也不难。但是硬件故障则较为复杂，在仪器出问题时，一般应首先考虑是否是软件方面的问题，如果是软件的问题，有时候很好解决，从而避免了做一些费力费事但又无用之功。例如本医院的核磁共振就有一次出现图像处理滤波无法使用的现象，然而在对启动的软件中发现滤波单元没有安装才导致上述问题。按照传统维修方法，我们可能认为是滤波板坏了，在更换后很明显还是解决不了问题，然后再来查找软件方面的问题，则会使本来简单的事情复杂化。

在对硬件故障进行检查时，维修人员则不仅要对电子技术基础有扎实的把握，还要熟知大型设备的结构原理以及相关软件的运用。对结构原理进行掌握所包含的意思是了解设备的每一个硬件单元之间的相互作用以及相互控制关系，并且要知道他们在整个仪器中的作用，这样在遇到问题时首先通过对机器的结构原理迅速分析可能出现的故障单元。了解一些诊断软件的运用后便可以大致经过测试来找到仪器的故障所在的大体部位，直至找出损坏的电路板及其配件。现今电子技术的快速发展使得电线板越来越集成化，而且随着近些年集成电路的快速发展，大部分电路板的芯片都是固定的，这虽给电路板的维修增加了一定难度，但还是应该先查出损坏的电路板。遇到这种问题应尽量先看电路板损坏的部位能否再修复，如若不能修复再购买备件。例如本院有一次遇到CT主机无法启动的问题，经过检查发现图像处理系统-5VDC没有输出只有输入，虽然知道该电源的元器件损坏，但由于元器件不好单独购买而无法修复，重新购买电源又需将近30000元，在对资料进行仔细查看发现该电源的最大电流为10A，结果花费了100元买了一个10A的5VDC重新改装了一下便使机器迅速恢复，但需注意该电源的地不能与其它的地共接，要不然将使电源烧毁。再比如，在遇到CT不能正常扫描的情况下，首先要查看高压是否正常，利用高压诊断软件便可很快找出损坏部分，然后再看能否加以修理。对高压问题进行检查时，通过高压诊断软件能够对阴极、阳极以及变压器等是否出现故障作出判断。如若不是高压问题，再对其他方面进行逐项排除检查。

3 结语

总而言之，要使大型医疗设备正常运转，日常的保养维修很重要，但掌握科学的保养维修方式更重要，只有使仪器的性能保持正常，才能降低设备的故障率。在仪器出现问题时，只有正确分析判断故障发生部位，才能够对仪器进行迅速修复。

参考文献：

[1]潘志耿.开展贵重医疗设备使用效益调查的实践与分析[期刊论文].医疗设备信息，2006，21（3）.

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【关键词】无线电测向 测向设备 测向体制 军用和民用

1 无线电系统探测辐射源的基本原理

随着科学技术的快速发展，现在无线电测向已经越来越广泛的被运用在民用和军用设施之中。无线电事业近年来突飞猛进，给人们带来了极大的便利。无线电测向系统主要由测向天线、输入匹配单元、接收机和方位信息处理显示四个部分组成。其中测向天线是电磁场能量的探测器、传感器，它也是能量转化器，主要利用感应空气中传播的电磁波能量以及幅度、相位、到达时间等等信息来变成交流的电信号，馈送给接收机；输入匹配单元从而实现天线甚至是接收机的匹配传输与转变。接收机的作用包括选频、下变频、无失真放大和信号解调；而方位信息处理显示部分的任务就是检测、比较、计算、处理和显示方位信息。

测向机示向度就是指在测向过程里显示的测向读数。测向站是由测向设备、通信系统和附属设备三个方面构成。其中测向站是担任专门执行测向任务的专职单位，它可以分成固定站和移动站两种形式。

无线电测向主要是利用无线电波在几个位置不同的测向站组网来测向，用测向站的示向度进行交汇。短波的单台定位，主要是在测向的同时测定来波仰角，再利用仰角、电离层来计算距离，从而用示向度和距离粗步可以判断台位。

不过在实际操作上要确定辐射源的具置，还需要完成从远到近的分布交测，从而再实现具体确定辐射源的具置。

2 无线电测向系统的主要分类

目前，根据天线系统从来波信号取得信息和对信息处理系统的技术不同主要可以分成两类：一是标量测向，不过它仅仅可以获得和使用到来波信号相关的标量信息；另一种测向方法即是矢量测向，它可以依据它得到的矢量信息数据从而同时获得和使用电磁波的幅度与相位信息。

两种测向方法相比较而言，标量测向的系统历史悠久，应用也更加广泛。最简单的幅度比较式标准测量系统就是旋转环形测向机，这种系统主要对垂直的极化波方向图成8字形。在军用方面，大多数采用比较式的标量测向系统，其测向天线和方向图都是采用了某种对称的形式，如：阿尔考克测向机和沃特森-瓦特测向机以及各种使用旋转角度的圆形天线阵测向机；其中有干涉仪测向机和多普勒测向机是属于相位比较的标量测向系统。而对于矢量测向系统，例如：空间谱估计测向机。它就是矢量系统的数据采集，它的前端就用多端口天线阵列和至少同时利用了两部以上幅度、相位一样的接收机，然后它再根据相应的数学模型和算法，用计算机来解答。矢量系统主要依据天线和接收机数量和后续的处理能力，它主要可以分辨两元甚至多元波长和来波方向。

3 无线电测向体制分类

利用不同的测向原理，现在主流的测向机制可以分为以下几种：

3.1 幅度比较式测向体制

幅度比较式测向体制的工作原理是：依据电波在行进中，利用测向阵或者测向天线的特性，对不同方向来波接收信号幅度的不同来测定来波方向。

幅度比较式的测向体制原理应用十分广泛，主要可以体现在：环形天线测向机、间隔双环天线测向机、旋转对数天线测向机等等，这些是属于直接旋转测向天线和方向图的；交叉换天线测向机、U型天线测向机、H型天线测向机等，都属于间接旋转测向天线方向图。间接旋转测向方向图，是通过手动或电气旋转角度来实现的。手持或者佩戴式测向机也是属于幅度比较式测向体制。

3.2 沃特森-瓦特测向体制

沃特森-瓦特测向机实际上也是幅度比较式测向体制，不过它是利用计算求解或者显示正反切值而不是采用直接或者间接旋转天线方向图。正交的测向天线信号，主要是分别经过两部幅度、相位特性相同的接受机来进行变频和放大的，最后求解或者是显示反正切值，从而解出或者显示来波方向。

单信道的沃特森-瓦特测向机就是将正交的测向天线信号，分别由两个低频率信号来调解，再由单信道 接收机来变频、放大，从而解调出方向信息信号，最后求解或显示正反切值，最后来确定出来波方向。

3.3 干涉仪的测向体制

干涉仪测向体制的测向原理是：利用电波在行进中，从不同方向来的电波到达测向天线阵时在空间上各测向天线单元接受的相位不同，从而相互间的相位差也不同，最后由测定来确定来波相位和相差，即可确定来波方向。

我们至少需要在空间架设三副分开的测向天线的准确的单值确定出电磁波的来波方向。干涉仪测向主要是在正负180度范围里单值的测量相位，当天线间距比较小时候，相位差的分辨能力就会收到限制，天线间距大于0.5个波长的时候就会引起相位模糊。利用沿着每个主基线来插入一个或者多个附加真元来提供附加的相位测量数据，用这些附加项为数据就可以解决主基线相位测量的模糊问题从而来解决上述的矛盾。这种变基线的方法已经被当代干涉仪测向机所广泛使用。而相关干涉仪测向，它是在测向天线阵列工作频率范围内和360度的方向里，利用一定的规律设点，并且同时在频率间隔和防卫间隔上建立样本群。这样，在测向的时候，就可以把测得的数据和样本群来相关运算和插值处理，最后得到来波信号方向。

3.4 多普勒测向体制

多普勒测向体制主要是利用电波在传播的时候，遇到的与它相对运动的测向天线时，被接受的电波信号产生多普勒效应，来测定多普勒效应产生的频移最后来确定来波的方向。

我们必须采用测向天线和被测电波间的相对运动来得到多普勒效应产生的频移。一般来说我们在测向天线接收场里，用足够高的速度运动来实现，当测向天线作圆周运动的时候，我们利用来波信号的相位受到正弦调制。通过多普勒频移f与0点参考频率相比较，即可得来波方向角。

3.5 乌兰韦伯尔测向体制

乌兰韦伯尔测向体制的测向原理是采用大基础测向天线阵，在圆周上面架设多副测向天线，来波信号可以经过可旋转的角度计、移相电路、合差电路形成合差方向图，最后再利用测向找到方向。以民用的40副测向天线阵元为例，角度计瞬间可与12副天线元耦合，进而分别利用移相补偿电路把信号相位对齐，这样就可以形成旋转的等效直线天线阵，12副天线分为两组，每组6副，进而两组间可以经过合差电路的相加减形成合差方向图。测向以合差方向图来找来波方向，在来波方向里，用两组天线信号均处在来波等相位位面上，两组天线信号大小相等，差方向图输出相减为零，合方向图时，为一组天线信号输出的二倍。

3.6 空间谱估计测向体制

空间谱估计测向体制的测向原理：在已知坐标的多元天线阵里，测量单元或多元电波场的来波参数，经过多信道接收机变频、放大来得到矢量信号，把采样量化为数字信号阵列，送给空间谱估计器，再运用确定的算法求出各个电波的来波方向、仰角、极化等参数。

空间谱估计测向体制的特点是空间谱估计测向技术可以实现对几个相干波同时测向，这是其它测向体制所不具有的。它可以实现在同信道中对同时存在的多个信号进行超分辨测向。空间谱估计测向仅仅利用很少的信号采样，就可以精确测向，它的测向准确度比传统的测向体制高了很多。并且测向场地要求不高，可以实现天线阵元特性选择以及阵元位置的灵活性。

4 无线电测向在军用和民用领域的应用

随着无线电事业的飞速发展，无线电测向技术在民用和军用得到了极大的应用，但依靠传统仪器设备组成的无线电监测测向系统已不能满足当前各种新型、密集的无线电信号的监测和测向的要求，尤其是在电子作战中，无线电测向技术更是大显身手，要将干扰功率最大化加载在敌方的通信设备上，首先要求我们的是，测出敌方的通信所在地。从军用微波通信的特点看，其天线波束窄，电波方向性强，与军用战术电台广播发射的电波截然不同。所以高度数字化、集成化和数字处理技术应用，自动化、智能化、网络化和小型化，多信道的信号监测和测向就成为发展的潮流。因此，国内外的许多公司都研发或集成了较为先进的固定、车载、移动及手持式测向设备。有的公司可根据用户对设备性能及经济能力的要求进行相应设计，可组成单信道、双信道及多信道的相关干涉仪或其他体制的监测测向系统，并具备宽带扫描、本振共享、同步采样、信号识别、信号分析功能，系统测向功能极其强大，且测向速度快、灵敏度高、动态范围大、可靠性强，计算机自动控制，界面友好、直观，操作使用极为方便，大大提高了无线电技术人员测定无线电辐射源或无线电干扰的能力。

参考文献：

[1]刘利军.浅论无线电测向技术及其应用[期刊论文].中国高新技术企业，2009（7）.

[2] 刘彩东，冯静忠.梁成松对无线电测向误差的分析与探讨[期刊论文].中国无线电，2009（5）.

[3] 刘万洪，宋正来，候小江，韩健.LIU Wanhong.SONG Zhenglai.HOU Xiaojiang.HAN Jian 无线电通信测向中的极化误差分析[期刊论文].现代电子技术，2007，30（13）.

[4] 徐子久，韩俊英.无线电测向体制概述[期刊论文].中国无线电管理，2002（3）.

[5] 赛景波.杨元多普勒无线电测向系统[期刊论文].电子产品世界，2008（10）.

[6] 岳新东.无线电测向和无线电干扰查处[学位论文].2008.

[7] 鄢恒聪.浅析主流无线电测向技术体制[期刊论文].中国无线电，2006（4）.

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微电子论文2000字(一)：浅谈一种新型的25Hz相敏轨道电路微电子接收器论文

摘要随着电子技术的发展，相敏轨道电路接收信号处理装置已逐步实現电子化，以电子接收器代替以前的机械式二元二位继电器，彻底解决了原继电器接点卡阻、抗电气化干扰能力不强、返还系数低等问题。目前广泛使用的微电子接收器都是使用单片机来处理信息，对输入信号采用升压方式进行采样处理，虽提高了信号强度，但是不利于防止输入高压损坏接收器；且每个接收器仅采用单一信号处理通道进行信号分析处理，并由其输出信号驱动轨道继电器动作，接收器的安全性、可靠性和抗干扰能力有待提高；另外，现有接收器故障后相关电气参数不能实时监测；前述不足以影响到轨道电路的整体可靠性和可用性。因此，本文提出了一种基于DSP的新型微电子接收器，以提高微电子接收器的可用性、可靠性及安全性。

关键词电子技术；25Hz轨道电路；接收器

1系统原理

1.1接收器冗余结构

图1新型微电子接收器（0.5+0.5方案）的冗余结构图

接收器的冗余结构图，每台接收器同时进行两个轨道区段（区段A和区段B）的轨道电路信号和局部电源信号的处理，相邻两个轨道区段可共用两台接收器，这两台接收器中的任一正常工作，均可正常处理这两个轨道区段信号，并驱动这两个轨道区段的后级轨道继电器动作。如图1所示，相对于目前的接收器冗余方案，新型微电子接收器的冗余方案可使每个轨道区段节省一个接收器，从而降低建设成本。在接收器冗余结构图中，当接收器1和接收器2中的某一个发生故障时，若另一个接收器能够正常工作即可确保轨道区段信号的正常处理；同时可以通过接收器的自检功能发出报警，提醒维护人员及时更换故障接收器，从而提高轨道电路的整体可用性。

1.2接收器二取二原理

接收器系统内部采用独立的双套硬件和双套软件，实现一路信号，两路处理，最终通过安全与门判决，输出判决结果。当无论是接收器哪一套硬件或软件出现问题，两路处理结果不一致时，系统输出判决都是导向安全的结果。且仅当两路信号处理的结果完全一致时，安全与门输出相同结果。

2系统构成

如图2所示，新型接收器核心处理部分采用双DSP芯片构成二取二安全结构。主从DSP同时处理轨道电路信号和局部电源信号，分别输出判决信号；将主从DSP的判决结果进行与运算，如果主从DSP的判决信号不一致，接收器输出信号将保持轨道继电器处在落下状态；只有当主从DSP的判决信号一致且满足轨道区段空闲条件时，接收器才会输出驱动轨道继电器吸起的信号，显示轨道区段处于空闲状态；主从DSP任一故障，接收器均不能输出驱动轨道继电器吸起的信号，从而提高接收器安全性。

新型接收器电路模块包括：局部输入隔离电路、轨道输入防雷电路、输入信号采集电路、数据处理电路（DSP芯片）、安全与门电路、输出控制电路、电源电路、通信电路和显示与告警电路。

输入隔离：采用电流互感器将轨道信号和局部信号与后级信号处理模块进行电磁隔离，隔离变压器采用降压方式，当输入的信号出现大的冲击或干扰时，通过变压器进行衰减，加载在后级信号处理电路上的信号将被衰减，对后级信号处理电路起到防护作用。

轨道输入防雷电路：采取大功率双向瞬态防雷管，实现对输入雷电和浪涌的防护。

输入采集电路：将输入交流信号的负半周信号抬高到零电平以上，满足后级单电源工作运放的输入要求，单电源工作可减小器件功耗。

数据处理电路：把输入的25Hz轨道和局部模拟信号通过芯片自带的A/D模数转换器转换为数字信号，对转换后的数字信号进行分析处理，测出轨道输入的25Hz信号幅值及轨道信号与局部信号的相位差，在主处理器采集从处理器的输出信号和后级输出控制电路的输出信号并经其判断接收器正常后，再由主处理器控制显示告警电路，并由主处理器将相关数据通过接收器的通讯电路送监测分机。

安全与门电路：比较主从DSP输出信号，经安全与门判决二者一致方能向后级输出控制电路送出有效信号。

输出控制电路：采用开关电源方式输出驱动轨道继电器的直流电压信号。

通信电路：采用总线方式，向集中监测分机传送25Hz相敏轨道电路接收器采集到的轨道交流电压值、相位角和接收器的工作状态等信息。

显示与告警电路：显示接收器自身工作状态及接收器所处理轨道区段的占用与空闲状态，显示接收器DC24V工作电源及局部电源的正常或故障状态。

3结束语

新型接收器将实现接收器工作状态和轨道电路电气参数的实时在线监测，提高运营维护效率，降低维护人员劳动强度，同时，根据新型25Hz相敏轨道电路接收器的功能和特点，可减少现有接收器和轨道架的数量，大量地减少室内配线，初步分析可节约建设成本约20%。

微电子毕业论文范文模板(二)：微电子控制机电设备在工业中的具体应用论文

摘要：在科学技术快速进步的背景下，工业自动化水平取得了比较明显的提升，在机械制造方面表现的更加明显，基于各种因素的影响，微电子技术得到了相对广泛的应用。基于此，本文详细分析了微电子控制机电设备在工业中的应用，希望能够为实际提供良好的借鉴意义，以供参考。

关键词：微电子；机电设备；工业；应用探讨

信息技术的发展以及先进电子设备的产生催生了机电一体化时代的到来，所谓的机电一体化技术是把电工电子技术、机械技术、信息技术、微电子技术、接口技术、传感器技术、信号变换技术等一系列技术结合，再综合应用于实际的综合技术，现代化自动生产设备可以说为机电一体化的设备。微型计算机在机电一体化系统的作用能够总结成如下三点：第一，直接控制机械工业生产过程；第二，机械工业生产期间加强各物理参数的自动测试，进行测试结果的显示记录，在计算、存储、分析判定并处理测量参数或指标；第三，进行机械生产过程的管理与监督。机电一体化系统里微电子控制机电设备怎样进行适宜计算机选择，怎样设计硬件系统，怎样组织软件开发，怎样对现有计算机系统等进行维护与使用是相当关键的，也是值得探索的

课题。

1微电子控制机电设备系统的组成和原理

在某微电子控制机电系统当中，主要是由PLC、管路压力变送器、变频器等多种设备组成的。在控制系统当中，管路压力变送器主要是检测控制辅助冲量、管路水压、蒸发量等三个变量，接着将数据信号向PLC当中传送，并且通过PLC进行分析和计算，将信号发送信号控制器，通过信号控制器来控制水泵运转，在设计系统的過程中需要与实际情况合理的进行结合，并且对变频器的输出频率进行确认，输出频率在整个系统设计过程中具有非常重要的意义，和系统的控制息息相关，在确定系统输出频率是需要综合性的分析和考虑用水量以及扬程参数等。在整个系统当中控制流程的用水量变化，主要是通过压力变送器向PLC传送的通过PLC进行分析和计算，可以有效的调节循环泵的频率，合理的分配能源，让工作的效率提高，起到节约资源的作用。

2微电子控制机电设备在工业中的具体应用

1）可编程序控制器（PLC）的应用。从PLC的角度进行分析，其主要优势在于具有很强的控制能力，而且稳定性较高，机身体积相对较小，可以有效的和其他的配件进行组合。在工业生产的过程中，因为机电设备往往会占据一定的面积，如果想让其厂房中的占比较高，就一定要注意让厂房的空余面积加大，尽量让控制器的数量减少，让机电设备的数量增多，与此同时还需要注意PLC的节能性较高相比，其他的控制系统可以节约资源，让工业生产的成本支出降低，让企业的经济效益增加，由于PLC设备可以有效的和其他设备之间进行组合，可以灵活方便的在厂房当中进行布设，让一机多用。可以实现让厂房的设备结构进一步得到简化，对设备维护中耗费的人力物力进行控制，减少人力输出，可以将人力有效的分配到工业生产当中，让生产资料的利用效率提高。PLC的另一大优势在于可以通过现场总线和生产设备之间

进行连接，有效的监控工业生产，可以动态化的监控生产的全过程，确保在生产过程中，第一时间解决生产时产生的故障，避免由于机械故障而导致生产进度停滞，让设备的维护开支得到控制，PLC的计算速度很快，可以轻松的对生产时的任何变动进行管理和控制，有效的防止由于设备变化控制器无法及时应对而产生的问题，PLC还可以进行相关的升级，伴随当前经济快速发展，就算生产线当中的产品产生了变动，只需要正确的调整，控制程序也可以符合新产品生产的具体需求。

相比于其他编程操作，PLC控制器在编程的过程中较为方便，员工通过短时间的训练就可以熟练的掌握编程的技巧，在实际操作的过程中工作步骤相对较为简单，可以很容易的掌握设备的维修安装以及操作，由于PLC自带程序编辑器只需要工作人员了解梯形语言，就可以对其进行熟练的掌握。对控制器的工作语言进行了解，当出现故障的时候可以及时的调整和处理控制器。

2）变频器调速器的作用。变频器工作状态分作自动与手动两类，手动工作状态即在PLC结束工作后展开的人工操作行为，经电位器调节能对变频器输出频率进行给定。自动工作状态实质是PLC输出信号为变频器输出频率展开控制。和传统调节阀控制方式相比，PLC控制可节电，更好进行水泵磨损控制，在延长设备寿命与实现系统自动化水平提升中发挥了重要作用。

第一，和传统正弦波控制技术相比，因变频器用到了电压空间矢量控制技术，先进性和独特性在性能上得到充分凸显，同时因其特有的低速转矩大、运行稳定性强、谐波成分小等特征，这对我国电网而言输出电压自动调整功能能充分进行优势发挥。第二，变频器具备外部端子、键盘电位器与多功能段子等一系列操作方式，功能完善，可输入多种模拟信号（如电流、电压、频率等效范围检测，转速追踪等）；并且变频器可实现摆频运行与程序运行等一系列模式。第三，因变频器全系列元件应用的是西门子产品，有极强的保护性能，可靠稳定，能很好的避免过流、短路、过压等问题，确保本机能正常运行。并且变频器有良好的绝缘耐压性，产品质量好，设定简单等使得其有更强的适用性。

3）电路发挥的作用。在安装PLC和变频器的时候，保证电路的稳定是保障工作的必要。电路在安装过程中，应该采取边安装边测电的方式，这样更能使电流稳定，这同样属于工作期间需引起重视的关键环节。在电路安装完毕之后，不要急着通电，应该先再次检查电路是否安装正确，查看是否有少安装或者多安装的情况。另外，测量一下接触元器件的连接点，这样可以发现一些接触不良的地方，若有漏电情况应该及时对此进行维修。电路在工业中也是起到了很大的作用，在安装电路的时候，一定要小心谨慎，综合考虑多方面因素，不要遗漏一些小问题，有时一些小问题也可能出大错，保证电路的稳定才能更好地协调其他设备的安装稳定。应认真复查电路，查看电路有无正确安装，或存在设备多安装或少安装的现象，同时应认真检测每个接触元器件连接点，明确有无接触不良或短路现象，若发生漏电务必要及时维修与处理。电路调试的具体流程总结如下：

第一，应认真查看明确电路整体状况，了解电路面板线有无准确连接，有无看似连接实际并未连接的线，或易短路的线；是否存在两条或多条线混淆的情况；此后，使用最小量程档的万用表对电路面板进行检查，查看开路处和闭路处有无正确开路与闭路，地线是否漏接，电源连线连接的安全性等，同时需测量电源有无短路现象。测量期间可直接进行元器件连接点测量，如此可明确有无以上情况的同时又弄清楚是否存在接触点不良现象。第二，电路调试过程的关键环节之一即硬件电路调试。调试期间务必要注意细小环节的把控，根据电路功能原理做好各个单元电路的调试，再作整体调试，后进行整个电路的调试。电路在工业生产里发挥的作用是相当大的，电路安装过程里务必要综合考量多方因素，认真谨慎，切不可遗漏或放过存在的小问题，确保电路稳定性得到保障。

篇10

关键词：恒流源；大功率；步进

本设计采用ADuC812单片机作为整机的控制核心，通过单片机自带的D/A转换器输出的模拟信号经过放大器处理后控制大功率MOS管，使其输出电流在200mA～2000mA之间。利用取样电阻完成输出电流/电压转换后送入A/D转换器，实现单片机对输出电流的实时检测与显示功能。另外，通过按键还可实现对输出电流的步进加、减功能。

1 ADuC812单片机

ADuC812的内核中，集成了一个高性能8位MCU，这个MCU带有片内可再编程的非易失性闪存/电擦除程序寄存器，并控制片内多通道（8个输入通道）的12位ADC。这样大大减少了带A/D、D/A转换嵌入式控制系统的开发和设计成本，并且体积小，电路更加简单化。

2 电源部分

本控制系统由单片机及其电路组成，需要+5V、±12V、+18V三组电源。+5V为微处理电路供电电源；±12V为稳流电路电源，给放大器供电；+18V为提供基准电源，作为恒流源电源。

2.1 大功率电流源

改变负载电阻，输出电压要在10V以内变化，而输出的电流维持恒定，考虑到后续电路电能损耗以及其他设备的电能损耗，选择18V的输出电压。

设计中选用由7818及大功率三极管构成的稳压电源，分别经过交流变压器、二极管桥式整流、阻容滤波，最后经过三端稳压得到一稳定的18V电源。由于7818在实际工作中不能提供足够大的电流，为了能够保证2A电流的输出，在7818的输出端接上一个大功率NPN型的三极管，经过其电流放大后，得到3A（要求为2A，1A为余量）电流。

2.2 微处理电路供电电源

设计中采用+5V为微处理器供电，稳压器件选用LM7805，输入端接入0.33uF的电容器，作用是抑制输入的过电压，保证LM7805的输入-输出电压差不会瞬间超过允许值。而输出端一般接入0.1uF的电容器，便可改善负载的瞬态相应，但是为了减小纹波电压，有时在稳压器的输出端并入一只大容量电解电容器。

2.3 放大器供电电路

设计中采用±12V给放大器供电，所采用的三端稳压器件为LM7812和LM7912。

使用电源变压器将交流电网电压220V变成要求的交流电压，再通过桥式整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。整流后的脉动的直流电压通过滤波电路加以滤除，得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网的电压波动、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。最终经三端稳压器LM7812和LM7912分别输出+12V、-12V电压。

2.4 恒流电路模块

恒流模块是根据带有放大环节的反馈调整型恒流电路原理制成。它由基准电压源、比较放大器，调整单元和采样单元等几部分构成。直流电源的电压扰动所引起的电流的变化通过内部反馈得到抑制，比较放大器需选用低漂移高增益运算放大器。调整单元决定模块的输出电流容量和主要的电性能，本文以增强型MOS管IRF540作为调整管进行分析与设计实现恒流输出。

3 显示设计

测量和显示范围为200mA～2000mA，所以采用4位数显示即可达到要求。本设计中采用MAX7219驱动器，可仅用3根信号线就可以实现数据的传输与显示，MAX7219也可用来显示四数位。

4 结论

ADuC812的应用开发比较方便，它的内核是国内技术人员都很熟悉的8051，现有的软件都可以直接移植。由于 ADuC812 可通过特殊功能寄存器控制ADC、DAC、I2C等芯片，故其 A/D和D/A转换程序、I2C控制程序都比传统的8051加芯片的结构来得简单、容易。因此，采用ADuC812作为本系统的核心芯片使设计变得简单、方便、实用。

[参考文献]

[1]李占师.中国电源产业的发展状况与分析[N].中国电源学会，1995：1.

[2]王新.高精度高稳定度电流源研究[D].华中科技大学硕士论文，1998年6月：3-4.

[3]线性电源、可控硅电源、开关电源电路简介，http：///.