引论：我们为您整理了13篇单元电路论文范文，供您借鉴以丰富您的创作。它们是您写作时的宝贵资源，期望它们能够激发您的创作灵感，让您的文章更具深度。
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1.2参数计算
计算参数是设计电路必须要进行得步骤，通过计算，来保证电路中各个单元电路的功能指标需要达到的要求，计算参数需要电子技术的相关知识，单元电路的设计需要强大的理论知识的支撑，才能做到炉火纯青。例如，在计算如下放大电路的时候，我们需要计算每个电阻的阻值、以及放大倍数，同一个电路，可能有很多数据，所以要正确的选择数据，注意方法。
1.3绘制电路图
电路设计时，需要将单元电路与整机电路相连，设计完整的具有一定功能的电路图，在连接时，需要注意单元电路间连接的简化，以及最重要的是，电路的电气连接，是否能够导通，实现预定功能。例如，设计单元电路间的级联时，各单元电路设计完成时，还要考虑这些，意在减少浪费，还要注意输入信号、输出信号、控制信号间的关系，同时还要注意一些事项：首先，注意电路图的可读性。绘图时，尽量将主电路图绘制在一张图纸上，其中较为独立的部分单元电路、以及次要部分可以绘制在另一张图上，但是一定要注意图之间的电气端口的连接，是否对应，各图纸间的输入输出端口都要提前做好标记。其次，注意信号流向以图形符号。信号的流向，一般从输入端、信号源开始，从左至右、从上到下，按信号的流向依次连接单元电路。而且，图中要加上适当的说明，如符号的标注、阻值等。最后，注意连接线画法。电路图中，各元件间的连接应为直线，且尽量减少交叉线，连接线的分布应为水平或者垂直，除非应对特殊情况，否则不要化斜线，如图中不可避免的出现交叉，要将连接点用原点表示。
2几种典型单元电路的设计方法
电子电路设计中，单元电路一定要设计合理，否则将会影响整个电路的联通，所以，电气工程师在设计电路时，应该更谨慎的致力于单元电路的设计。
2.1对于线性集成运放组成的稳压电源的设计
稳压电源的设计，一般先让输入电压通过电压变压器，然后进行整流，然后经过滤波电路，成为稳压电路。设计单元电路时，串联反馈式稳压电路可分为几个部分，调整部分、取样部分、比较放大电路、基准电压电路等。这样的设计能够使单元电路具有保护过流、短路电流。
2.2单元电路之间的级联设计
单元电路设计完成之后，还要考虑单元电路间的级联问题。例如，电气特性的相互匹配、信号耦合方式、时序配合、相互干扰等。其中信号耦合方式，还包括：直接耦合、间接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光耦合。时序配合的问题，相对比较复杂，需要对每个单元电路的信号进行详细的分析，来确定电路时序。
2.3对于运算放大器电路的设计
运算放大电路在电路设计中十分常用，它能够与反馈网络连接，组成具有特定功能的电路模块，是具有很高放大倍数的单元电路。运放电路的设计，可以通过元器件的组合，也可以通过具有相应功能的芯片构成，设计时对各种参数都要整体权衡，不能盲目的追求某个指标的先进。其中，要引起重视的是，应在消震引脚间接入适当的电容消振尽量避免两级以上的放大级相连。
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引 言
红外遥控器的特点是使用方便、功耗低、抗干扰能力强，因此它的应用前景是不可估量。论文参考，I2C总线。市场上的各种家电的红外遥控系统技术成熟、成本低廉，但是，为了避免不同品牌、不同型号的设备之间产生误操作，人们在不同的设备中使用不同的传输规则或者识别码，这就使得各个型号的遥控器都只适用于各自的遥控对象，容易造成实际使用中遥控器多而杂，经常搞混的结果。论文参考，I2C总线。本设计本着解决这一矛盾的目的，提出了一种学习型红外遥控器的实现方案。
1 研究内容及目标
本设计首先分析了红外线遥控编解码原理，结合市场上出售的通用型遥控器进行比较，使用单片机对接收到的红外信号进行处理，把经过解码后产生的高低电平以二进制信号1和0的形式进行存储，随后经过调制产生38KHz载波，还原并发射红外线信号，从而达到控制多种家用电器的功能。文中给出了红外线接收发射，以及存储的基本原理及设计思路。
2 学习型红外遥控器硬件电路的设计
2.1系统整体设计
学习型红外遥控器是由单片机（AT89S52）、一体化红外接收头、振荡器（74F132）、红外发射二极管、存储器及行列式键盘组成的。论文参考，I2C总线。论文参考，I2C总线。学习型遥控器分为学习和控制两种状态。在学习状态下，主要完成红外信号的接收及存储功能。首先一体化红外接收头可以完成对其它遥控器发出的红外信号的接收并对其进行解调、整形、放大，然后把信号送入单片机AT89S52中，单片机定时采集一体化红外接收头发出的红外线信号，根据高低电平形成一系列0，1二进制码，并以8位为单位存放到存储器AT24C16以及指定键盘的数据区，从而完成对一个键的学习。如果再学习其它键的功能，方法相同。在控制状态下，单片机对存储器AT24C16和键盘进行寻址，依次读出这些数据，然后单片机以位为定时单位输出给振荡器74F132，调制频率为38KHz，送入放大器，驱动红外发射二极管进行发射，以实现对设备某一功能的控制。系统组成方框图2.1所示。
图2.1系统组成框图
2.2各单元电路设计
2.2.1 红外接收单元
红外接收单元是由红外线接收器件、前置放大电路、解调电路、指令信号检出电路、记忆及驱动电路、执行电路组成。当红外接收器件收到遥控器发射二极管的红外光信号时，它将红外光信号变为电信号并送入前置放大器进行放大，再经解调器后，由指令信号检出电路将指令信号检出，最后由记忆和驱动电路驱动执行电路，实现各种操作。
红外接收电路一般要做成一个独立的整体，称为红外接收头，这主要是因为它对外界干扰十分敏感，为了保证可靠的接收，必须对其严格屏蔽，只留出一个接收红外光的小孔，以防止干扰信号进入。
2.2.2红外发射单元
本设计在发射电路中使用了一片高速CMOS型四重二输入带施密特触发器的与非门74F132芯片。其中“与非”门U7A和U7B组成载波振荡器，振荡频率在38kHz左右。
调制电路是由74F123的两个单稳态触发器U7A和U7B级联构成的可控振荡器。论文参考，I2C总线。当P1.4为高电平时，U7A、U7B 处于稳态，74F132的1脚、4脚为低电平，不驱动红外发射管发射红外载波信号。当P1.4跳变为低电平时，触发U7A并使之进入暂稳态，1脚变为高电平；U7A暂稳态结束时，1脚跳变为低电平，触发U7B进入暂稳态，4脚变为高电平；U7B 暂稳态结束时，4脚跳变为低电平， 变为高电平并触发U7A的上升沿触发端1B，使U7A再次进入暂稳态，从而形成自激振荡，在6脚输出一系列的脉冲信号，经Q1三极管大后送红外发射管，发送红外光信号。
红外发送电路中采用的红外发射器件是塑封的TSAL6200 红外发射二极管，它将周期的电信号转变成一定频率的红外光信号。它是一种高频红外脉冲信号，但脉冲串时间长度是恒定的，根据脉冲串之间的间隔大小，表示传输的是数据“0”还是“1”。红外发射二极管TSAL6200 向空间发射载频为38kHz 的指令码。
2.2.3键盘单元
本设计因为遥控按键较多的原因，采用行列式键盘。
键盘识别采用行扫描法（逐行扫描查询法），这是一种最常用的按键识别方法，其按键识别过程如下：
将全部行线P0.2～P0.4置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键按下，而且闭合的键位于低电平线与3根行线相交叉的3个按键之中。若所有列线均为高电平，则无按键按下。在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平后，然后逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。
2.2.4存储单元
为了保证系统意外断电时数据不丢失，本系统采用EEPROM将各种编码数据存放起来。基本原理是利用了单片机与存储器AT24C16的I2C通信过程。存储单元主要采用了AT24C16芯片，该芯片是带有2K字节的加电可擦除，可编程的只读存储器，通过单片机的P0.0和P0.1与AT24C16的SDA和SCL相连，进行读写操作。主要用来存放8位的二进制红外线码。
3 结束语
由于系统中所使用的存储器（AT24C16）的存储空间有限，因而系统目前只能对8个遥控按键进行学习与转发。论文参考，I2C总线。但只要更换一片存储容量更大的存储芯片，并且修改相关读写程序就可以实现对更多遥控按键的学习与转发，除此之外，系统的软、硬件都无须做太大的改动。
在遥控器中，遥控信号之所以要经过调制后再发射出去，主要是为了减小发射功耗并增大发射距离。因而改用更加准确的载波和增大发射驱动电路可以增大该系统的遥控距离。将单片机与计算机通过RS-485进行总线通信，则可通过互联网实现红外遥控对设备的远程控制。
参考文献:
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前言
单片机控制系统在实验室反复实验都可以得到很好的预期效果,然而把系统放到实际现场运行时却不能工作。论文大全，遥控系统抗干扰分析。原因是工作现场比实验室环境恶劣,系统受到了各种各样的干扰,加之构成系统的元器件本身方面存在的可靠性，以及系统本身各部分之间的相互耦合因素等原因，系统必须增加一些有效的抗干扰措施才能正常运行。论文大全，遥控系统抗干扰分析。据工作经验之谈，有时存在后期的抗干扰工作往往会比前期的设计工作还要艰巨,花费的时间也需要得更多,所以说抗干扰技术是非常重要,关于在抗干扰措施是否能够运用得恰当方面，其直接关系到系统的稳定性和可靠性。
一、单片机遥控系统系统工作原理
单片机以其体积小、价格廉、面向控制等方面的独特优点，使得单片机在各种工业控制、仪器仪表、产品的自动化、智能化方面获得了广泛的应用。单片机的遥控系统以单片机系统为基本控制单元,能够构成无线传输系统、速度调节系统等等,而且其优点是，能够在三公里外控制运动目标的启动、速度快慢、停止、往返。而且最特别的是在运动目标的运行过程中，可根据需要随机调节速度快慢,调速一般是在7~25km/h范围。单片机实现控制了所有这些状态,开始通过键盘输入控制参数,然后经过单片机运算和处理行为,并且通过无线数传模块完成对参数的无线传输、运行状态以及调速设备的控制方式,达到遥控运行的目的要求。
二、单片机遥控系统系统受干扰原因及危害
在电磁干扰较弱时，其可靠性和稳定性往往是容易达到应用要求，这方面尤其是在室内体现出来，然而对在室外，会遇到各种各样的环境条件，尤其是那种在工作环境较恶劣的情况下，就会导致仪器仪表工作不正常或失灵。而单片机的遥控系统一般都安装在工业现场，而在工业现成环境中的干扰大多是以窄脉冲的形式出现，而这样的形式其最终造成微机系统故障的多数现象都是“死机”现象。究其原因是计算机中的CPU在执行某条指令时，受周围环境干扰的冲击，影响到它的操作码或地址码发生改变，最终致使该条指令出现错误。这时，CPU就会执行随机拼写的指令，并将其操作数作为操作码执行，从而导致有关程序“跑飞”或进入“死循环”。对于在工业现场中由于诸多大型用电设备的投入或者是撤出电网运行，经常都会造成系统的电源电压不稳，如果当电源电压降低或掉电时，这样就会造成重要的数据丢失的可能性，以至于系统不能正常运行，而且干扰也会导致单片机内部程序指针错乱现象，从而使得中断程序运行超出定时时间。关于RAM中计时数据被冲乱，导致程序计算出错误的结果。论文大全，遥控系统抗干扰分析。假设设法在电源电压降到一定的限量值之前，单片机进行快速地保存重要数据，将会最大限度地减少损失，对于干扰源的影响会使系统的可靠性和稳定性大大降低，严重的情况还会导致系统的运行紊乱，造成生产事故。
三 如何实现单片机的遥控系统的抗干扰
关于高频干扰噪声和有用信号的频带是不同的,其解决方法是在导线上增加滤波器的方法来切断高频干扰噪声的传播,或者也可加隔离光耦来解决这个问题。关于电源噪声的危害最大。需要把电源做得好,其整个电路的抗干扰能力就解决了一大半问题。对于在单片机系统中还可借助于一定的外部附加电路来监测电源电压，当在电源发生故障时能够及时通知单片机快速保存重要数据，同时断开单片机外围设备用电电源，从而使整个应用系统的功耗降到最低点。目前市场上许多单片机对电源噪声都是十分敏感的,那么就要给单片机电源加滤波电路或稳压器,达到减小电源噪声对单片机的干扰。比如,可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路,当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。当电源恢复正常时，取消掉电工作方式，通过复位单片机，使系统重新正常工作。
单片机系统设备的抗干扰与系统的接地方式也存在很大的影响，接地技术有能够抑制噪音的效果。所以说一个良好的接地能在很大程度上抑制系统内部噪音耦合的现象，而且还能够防止外部干扰的侵入，能够真正提高系统的抗干扰能力。在这里需要注意的是，如果要求设备的金属外壳等需要安全接地，其屏蔽用的导体的必须能够很好的接地，这样才能为单片机系统提供良好的地线，并且对提高系统的抗干扰能力极为有效果。论文大全，遥控系统抗干扰分析。尤其是对于有防雷击要求的系统，其良好的接地是至关重要的。假设系统不能接地，或者是虽有地线现象，但是接地电阻过大，就会抗干扰元件就不能正常发挥其应有的作用了。
关于单片机供电的电源的地俗称逻辑地，并且和大地的地的关系具有相通性、浮空性、或接电阻性。但是不能把地线随便接在暖气管子上。坚决不能把接地线与动力线的火线、零线中的零线相混淆。因为单片机系统通常存在模拟电路和数字电路两种，并且关于数字地与模拟地是要分开，只是在一点相连，假设两者不分，就会存在互相干扰现象，那么可以把控制条件中的关于一次采样和处理控制输出更改为循环采样和处理控制输出，这样能够对惯性较大的控制系统具有良好的抗偶然因素干扰作用效果。
设置输出状态寄存单元来抗干扰。其程序是根据单片机系统对数据处理后的输出结果为依据，设置出相应的输出状态寄存单元形式，假设其中干扰侵入输出通道将输出状态破坏时，系统就会在定时查询寄存单元的输出状态信息时，并发现错误，及时纠正输出状态。论文大全，遥控系统抗干扰分析。
设置自检程序来抗干扰。论文大全，遥控系统抗干扰分析。通常是在计算机内的特定位置或某些内存单元中来设置状态标志，并且在开机后或有自检中断请求要求时，计算机系统首先将运行自检测试程序，如对整个系统或关键环节进行模拟方面的测试，对测试结果再通过某种方式显示出来，目的是保证系统中信息存储、传输、运算的高可靠性。设计单片机的遥控系统过程中，要求电路的元器件或线路布局合理以消除元器件之间的电磁耦合相互干扰，如去耦电路或者是平衡电路等。还有种方法是采用冗余结构，也称容错技术或故障掩盖技术，该方法是通过增加完成同一功能的并联或备用单元数目来提高系统可靠性的一种设计方法。当某些元器件发生故障时也不影响整个系统的运行。对于消减外部电磁干扰，可采用电磁兼容设计，目的是提高单片机系统在电磁环境中的适应性，即能保持完成规定功能的能力。
参考文献：
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引言
微带天线作为一种新型的天线，与普通天线相比，具有不可替代的优势。它具有体积小、重量轻、平面结构等特点，可以很容易地与导弹和卫星等结合。此外，微带天线也有结构紧凑，性能稳定等特性，易于使用的印刷电路技术和大批量制造技术。因此，微带天线以其独特的优势得到在无线通信系统更广泛的应用。近年来，许多研究人员通过努力研究了多种天线技术来克服或减少微带天线一些不足之处[1~3]。然而，以上这些天线定向性不能满足无线通信的要求。因此，有必要研究低成本、高增益的WiMAX阵列天线。
本文提出了一种用于WiMAX的新型微带阵列天线。天线采用独特的布局，包括两层辐射带，该天线提供了一个由5.3至5.9GHz的带宽，能很好应用于WiMAX通信系统中。
一.天线结构
蝶形微带阵列天线结构如图1所示，天线的辐射单元包括两个对称的印刷带。天线的上层辐射带包括八个辐射单元，辐射单元的长度为a=10mm，宽为b=8mm，底部辐射带结构与顶层相反。微带天线的尺寸354mm×50mm。两层辐射层均印制在teflon基体上，其介电常数为2.65，厚度为1mm。上下两层对称的辐射单元与相邻的馈线网络单元连接，结构形状如同蝶形。科技论文，微带天线。科技论文，微带天线。
图1 蝶形微带阵列天线结构
二. 仿真与实测结果分析
制作的微带阵列天线如图2所示，天线的测量结果由R3765CH网络分析仪给出。科技论文，微带天线。图3~5为微带天线仿真与实测辐射模式。科技论文，微带天线。仿真结果（虚线）与实测结果（实线）相对应。从图3~5中可以看出，仿真与实测结果一致。阵列天线在5.3GHz时，E面的最大增益达到22.14dBi。良好的定向性能。所测天线在5.9GHz时H面半波束宽度达到最大，为105.44°，增益为6.53dBi。以上辐射模式结果表明在整个频段内天线具有较好的辐射效率，同时天线具有重量轻，低剖面，易于平面电路集成等特点。
图2 阵列天线的照片
图3远场辐射模式，f=5.3GHz
图4 远场辐射模式，f=5.5GHz
图5 远场辐射模式，f=5.9GHz
三. 总结
本文提出了一种16单元的蝶形振子阵列天线，所测天线在驻波比小于1.45时带宽为5.3~5.9GHz。科技论文，微带天线。天线在5.3GHz时E面的最大增益为22.14dBi，H面在5.9GHz时最大波束宽度为105.44°。科技论文，微带天线。测量结果表明该天线能够满足WiMAX频段通信要求。
参考文献
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加法运算是一种最基本的运算形式，乘法、除法甚至开方等运算都可以分化为基本的加法运算，提高加法器的运行速度可以有效地提高运算单元的速度，目前，超前进位加法器可以有效地提高加法器的运算速度，但是对于很高位数的加法运算，超前进位加法器对运算速度的提高有限[1-4]。对于高位的加法器采用流水线结构是一种很好的选择，论文以一种采用三级流水线实现的12位加法器为例，阐述了流水线加法器的设计思想，并最终对加法器进行硬件综合和布局布线。
2.流水线加法器结构
三级流水线加法器架构如图1，输入的12位数字先通过寄存器暂存，低4位通过加法器先进行计算，输出的进位与求和信号通过寄存器暂存，高8位也暂存在第一级流水线寄存器中。在第二级流水线中，将两个操作数的中4位以及低4位加法的进位输出一起做加法运算，并且将求和结果以及进位输出暂存到第二级流水线寄存器，在第一级流水线完成的低4位相加的求和结果继续暂存在第二级流水线寄存器中。第三级流水线完成相似的操作，直到输出运算结果（见图1）。
3.电路仿真与综合
利用上述架构，利用Verilog-HDL对电路进行描述，在ModelSim工具下对系统进行仿真，得到的三级流水线加法器的仿真结果如图2，从图中可以看出，三级流水线加法器功能正确。在Candence工作环境下，基于CSMC0.5μm工艺，利用DC综合工具对三级流水线加法器进行综合，得到的电路如图3所示，通过硬件综合，说明设计的可实现性。
图2 三级流水线加法器仿真
4.布局布线
在Candence工作环境下，采用Mentor公司的Encounter工具，对三级流水线加法器进行布局布线：建立并进入工作目录，输入命令encounter启动Encounter界面，调用DC生成的，sdc文件和工艺库文件等。然后对电源环，时钟树等进行布局，最后通过DRC，LVS检查，最终对电路进行寄生参数提取。整体电路版图布局如图4所示。
5.结论
论文对三级流水线加法器进行设计，并进行硬件语言描述，最终对电路进行综合和布局布线，通过研究表明，本流水线加法器设计方案合理，具有可实现性。
参考文献
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图1 RN8316系统框图
RN8316是深圳锐能微公司提供的一款低功耗、高性能、宽电压、高集成度、高精度的三相MCU芯片，产品系统框图如图1所示。该产品内嵌32位ARM Cortex-M0核，最高运行频率可达29.4812MHz，最大支持224Kbytes FLASH存储器、16Kbytes SRAM和16Kbytes EEPROM，内置单cycle乘法器（32bit*专业提供论文写作和写作服务,欢迎您的光临lunwen. 1KEJI AN. C OM32bit）、CM0内嵌系统定时器、2个DMA控制器，支持外部中断等多种唤醒方式，提供完善的集成开发软硬件环境。该芯片支持高速GPIO，可与不同电压外设器件连接，最大支持10位ADC，8*32位的LCD，支持芯片电源电压及外部电压检测。通信接口最大支持6路UART，2个7816口，1路I2C和1路SPI。同时，RN8316还集成了RTC、看门狗和加密处理器。
2 硬件电路设计
电力能效监测终端主要由电源模块、计量单元、存储单元、载波模块、通信模块、直流模拟量采集等部分组成。系统的结构框图如图2所示。
图2 电力能效监测终端设计框图
2.1 电源模块设计
为保证终端能够稳定工作，并具有良好的电磁兼容特性，电源模块采用三路电源供电，分别为主电源8 V、两路12 V辅助电源，之间相互隔离。主电源VDD8V通过LDO降为VDD5V和VDD3.3V电源，主电源5 V为SOC、红外、电能质量监测模块供电，主电源3.3V给计量芯片供电。一路ZB12V辅助电源用于载波电路供电；另一路AUX12V辅助电源为遥信电路供电，同时通过LDO降为AUX5V，为RS485、直流模拟量电路供电。电源电路设计如图3所示。
2.2 采样计量单元
采样计量单元是电力能效监测终端的重要单元，设计中采用锐能微公司的RN8302计量芯片来实现对电压、电流、功率、功率因数、谐波等数据的计量，并输出有功、无功脉冲。RN8302占用SOC一路SPI，同时SOC配置中断、复位口从而能够实现对计量芯片的控制和通信。RN8302管脚资源配置如图4所示。
图4 RN8302管脚资源配置
采样电路中，考虑到生产成本和计量精度，电压采样采用电阻分压采样的方式，UA/UAN，UB/UBN，UC/UCN为采样信号，而电流采样采用电流互感器采样的方式，IAP/IAN，IBP/IBN，ICP/ICN为采样信号，电路图分别如图5和图6所示，电压采样电路中的1K电阻和电流采样电路中的5R电阻采用精度1%的精密电阻，电容用于去耦和滤波，以保障采样精度。同时电压采样信号可用于电能质量的监测，扩展电力能效监测终端的功能配置。
图5 电压采样电路
图6 电流采样电路
2.3 遥信电路
电力能效监测终端配置两路遥信端口，使用光耦LVT-816同SOC进行隔离。遥信电路原理图如图7所示。
图7 遥信电路
2.4 RS485电路
在实际工程运用中，由于受到工程人员操作能力，经验等因素的影响，RS485的A、B端子常常接反，导致不能够正常抄表。因此，在电力能效监测终端RS485电路的设计中，采用了无极性485芯片ECH485NE专业提供论文写作和写作服务,欢迎您的光临lunwen. 1KEJI AN. C OM，A、B端子正反接都能够正常通信。终端配置两路RS485电路，分别用于抄表和维护，占用SOC两路UART端口，485芯片用光耦同SOC进行隔离。RS485电路如图8所示。
2.5 直流模拟量电路
直流模拟量电路主要针对非电气量的采集，该能效终端采用瑞萨电子的RL78/G13系列单片机进行控制，SOC通过一路UART端口进行通信，并配置复位脚进行控制。直流模拟量电路通过光耦同主电路进行隔离，终端配置了两路信号的采集，拓展了数据的采集范围，实现了采集和能效监测的多样化。直流模拟量采集电路图如图9所示。
2.6 载波电路
电力能效监测终端的载波用于同能效采集服务器进行通信，载波电路占用SOC一路UART端口用于收发数据，占用一路7816口实现载波的设置、复位、事件输出等功能，并通过光耦同SOC进行隔离，接口标准符合最新国网三相电表规范，可方便插拔和替换多个厂家的载波模块，提升了产品的兼容性。载波电路如图10所示。
3 结束语
本文在智能用电及能效管理的基础上，根据电力能效监测终端技术标准，采用SOC芯片RN8316，进行了硬件的设计。相对于传统的基于独立功能芯片的用电终端，基于SOC的电力能效监测终端在功耗，稳定性，可靠性等方面表现更加优异，并且体积小，所用元器件少，生产成本较低，具有良好的市场前景。
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0.引言：
传感器在现代信息技术中有着举足轻重的地位，传感器为系统提供进行处理和决策所必需的原始信息，很大程度上影响和决定着系统的性能，本设计采用以单片机为控制单元，用单轴倾角传感器检测平衡板倾斜角度，采取步进电机控制平衡板角度自动旋转目的。
1.硬件电路设计
角度传感器硬件连接图如图1所示，当步进电机带动平衡板倾斜到使角度传感器SCA60C处于水平位置时，Vo端输出+0.5V的模拟电压。传感器SCA60C仅可精确检测到0~90度的角度范围，当平衡板转到使角度传感器与水平面成90度的角度时，此时Vo端输出+5V的模拟电压。在0~90度的倾角范围内，Vo端输出的是正比于倾角大小的+0.5~+5V的模拟电压信号，当平衡板转动到使角度传感器与水平面间的角度从90度到180度的范围变化时，输出端Vo输出的是从+5V依次变化到+0.5V 的模拟电压信号[1][2]，因此通过测定传感器SCA60C输出端Vo电压的大小即可确定平衡板与水平面的夹角。
步进电机驱动电路的设计本系统中，我们选择4相5线步进电机，其驱动电路主要由L297+L298组成，该驱动电路集驱动与保护于一体。L297是脉冲分配器，只要步进电机A、B、C、D四项依次连接到J1的1、2、3、4各点，且将剩下的一条线接地，L297就会自动的将输入到端口CW/CCW的脉冲分配给步进电机的各个相序，此时步进电机便可转动[3][4]。控制电机时只需单片机通过I/O口向L297的cw/ccw和clock端发送控制信号即可控制它的转速和正反转。驱动电路原理如下图2。论文参考。论文参考。
图1角度传感器硬件连接图图2步进电机驱动电路原理图
本系统主要由主控制器模块、角度检测模块、A/D转换模块、键盘模块和显示器模块等部分组成，系统连接图如图3所示：
图3系统框图
系统分为两个工作模式，工作于模式一时，可通过键盘模块预置一个角度，主控制器接收到此信息后，通过控制电机控制模块来使角度检测模块做出转动动作以使平衡板按输入角度完成倾斜动作。同时，角度传感器输出的模拟量经A/D转换模块转换后送入主控制器，主控制器据此输入判定平衡板是否已倾斜到预置的角度，并据此来控制电机控制模块，并且主控制器模块通过控制显示模块实时的显示平衡板的倾斜角度。通过按键模块可将系统切换到模式二，模式二的功能是能始终保持平衡板的水平，且能使显示模块显示的内容与平衡板联动，两种工作可通过按键来切换。系统使用c8051f00作为控制核心，128*64作为显示器，4*4键盘来输入需要预置的角度。程序具有角度预置和自动寻找平衡点两种模式，根据不同需要选择，具有友好人机界面，操作简单易懂。软件流程图如下图4所示：
图4 程序流程图
2.系统测试与分析
表1系统性能测试
基本要求测试 发挥部分测试 输入角度大小 平衡时角度 误差 起始倾斜角度 平衡时角度 误差 30o 29.07 o
0.70% 14 o
0 o
0 65 o
65.6 o
0.90% 32 o
0.3 o
0.90% 94 o
94.2 o
0.20% 80 o
0.3 o
0.38% 110 o
110.4 o
0.36% 76 o
0.7 o
0.92% 176 o
175.7 o
篇8
数据采集单元由信号调理模块和A/D转换模块组成，其中信号调理模块用于模拟信号的放大、滤波和提高电路负载能力，A/D转换器完成模拟信号向数字信号的转换，ARM主控单元实现系统控制与故障诊断，数据采集单元与ARM系统控制与故障诊断模块之间以CAN 总线的方式进行通信，工作人员通过操作触摸屏显示界面完成故障检测。
2 系统硬件设计
2.1 数据采集单元
数据采集单元由信号调理电路和A/D转换模块组成，用于采集某型号火箭炮随动系统液压泵、高平机等被测部件的液压或气压的状态信号，其结构图如图2所示。
信号调理电路如图3所示，采用OP27运算放大器进行设计，它的作用是把传感器输入的信号进行放大，同时利用其输入阻抗高、输出阻抗小的特点以满足A/D转换芯片对驱动源阻抗的要求。
A/D转换电路将经过信号调理模块调理后的模拟信号转换为数字信号，文中选用TLC2543CN和STC89C52分别作为A/D采样芯片和微控制器[3]，其设计如图4所示。TLC2543CN是TI公司生产的12位串行模/数转换器，使用电容开关逐次逼近技术，12位分辨率，10 μs的转换时间，11路模拟输入，输出数据长度可通过编程调整[4]。A/D转换模块与51单片机之间以I2C总线的方式进行通信，只需要一条串行数据线SDA（DATA_OUT）和一条串行时钟线SCL（CLOCK），具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。 经信号调理后的11路模拟量数据分别通过端口NO0?NO10进入TLC2543CN进行A/D转换，TLC2543CN通过[CS]，DATA_INPUT，DATA_OUT，MEOC，I/O CLOCK这5个引脚与STC89C52单片机进行通信。为了减小外界环境及器件本身引入的噪声和扰动，提高系统的稳定性，在这5个信号与单片机之间进行光电耦合隔离处理。由于光信号的传送不需要共地，所以可将光耦器件两侧的地加以隔离，达到提高系统信噪比的作用，光耦隔离器件选用Avago Technologies 生产的6N137，电路如图5所示。需要注意的是，电路板中6N137两端的电源不能共用，否则起不到隔离的作用。
2.2 CAN总线通信模块
数据采集单元和ARM系统控制与故障诊断模块之间以CAN总线的方式进行数据通信和控制。CAN总线具有可靠性高、实时性强、较强的抗电磁干扰能力、传输距离远等特点，尤其适用于随动系统传感器多、各检测点信息交换频繁和干扰源复杂的情况。CAN总线通信模块的实现有2种解决方案[5]：一类是采用带有片上CAN的微处理器，如Philips的80C591/592/598、Atmel的AT90CAN128/64/32等；另一类是采用独立的CAN控制器，如Philips的SJA1000。考虑到应用的灵活性，本文采用独立的CAN控制器SJA1000。CAN总线通信模块结构框图如图6所示，选用STC89C52单片机作为CAN总线通信模块的微控制器，CAN总线控制器和收发器分别选用Philips公司生产的SJA1000和PCA82C250[6]。CAN总线规范采用三层结构模型，STC89C52单片机用以实现应用层的功能，SJA1000和PCA82C250则分别对应于数据链路层和物理层。为了增强CAN总线通信模块的抗干扰能力，在CAN控制器与CAN收发器之间进行光电耦合隔离处理，与数据采集单元一样，本文也选用6N137进行处理。
CAN总线通信模块接口电路主要由4部分组成：微控制器STC89C52、独立CAN控制器SJA1000、光电隔离器件6N137和CAN总线收发器PCA82C250。微控制器STC89C52用于数据处理、实现对SJA1000的初始化、通过对SJA1000的控制实现数据接收和发送等通信任务；独立CAN控制器SJA1000和收发器PCA82C250经过简单总线连接可实现数据链路层和物理层的全部功能。STC89C52通过DATA_INPUT向TLC2543CN发送一定格式的指令，在DATA_OUT引脚可获取到A/D转换的数据；由于SJA1000的数据线与地址线是共用的，所以将STC89C52的P0口与AD0?AD7直接连接的同时，还要将地址锁存信号线ALE进行连接，以便区分在同一时刻AD线上传递的是地址还是数据；SJA1000的中断管脚INT连接单片机的外部中断INT0；MODE管脚与高电平VCC连接以选择Intel模式；为了保证上电复位的可靠，复位电路采用IMP708芯片进行智能控制，IMP708芯片集看门狗定时器、掉电检测电路、电源监控电路等于一体，保证SJA1000芯片的可靠运行；RX0和TX0是数据的收发管脚，经光电耦合器件6N137后连接到CAN收发器上，用以电气隔离；PCA82C250有3种工作模式：高速、斜率控制和待机，本文选择斜率控制模式，通过在Rs引脚与地之间接一个100 kΩ的电阻来实现；为了消除在通信电缆中的信号反射，提高网络节点的拓扑能力，需要在CAN总线两端接入两个120 Ω的终端电阻[5]。
2.3 系统控制与故障诊断模块
数据处理与系统控制模块采用ATMEL公司生产的AT91SAM9263 ARM芯片作为主控单元，以触摸屏作为人机交互方式完成系统控制和故障诊断。AT91SAM9263主频 200 MHz；内置CAN总线控制器，全面支持CAN2.0A和CAN2.0B协议；内置TFT/STN LCD控制器，支持3.5～17英寸TFT?LCD 液晶屏，最高分辨率可达2 048×2 048。考虑到系统的可扩展性，本文将系统控制与故障诊断模块单独成板。技术保障人员可以通过操作触摸屏上显示的人机交互界面完成对随动系统的故障检测。
3 系统软件设计
系统软件设计主要分为A/D转换模块、数据 处理模块、CAN总线通信模块和系统控制与故障诊断模块4部分。主流程图如图7所示，首先对STC89C52单片机进行初始化，包括CAN总线工作方式的选择、验收滤波方式的设置、验收屏蔽寄存器和验收代码寄存器的设置、波特率参数设置、中断允许寄存器的设置以及A/D转换模块的初始化等；当单片机接收到故障检测命令时，进行A/D采样，然后由单片机对采集到的数据进行处理，通过量值转换得到实际的工况数据；最后由CAN总线通信模块将数据传输到系统控制与故障诊断模块进行故障检测，诊断结果由触摸屏显示以指导维修人员进行现场维修。
3.1 A/D转换模块软件设计
A/D转换模块程序设计流程图如图8所示。
3.2 数据处理模块软件设计
数据采集过程中难免受到噪声的影响，为了保证采到数据的准确性，可以对其进行一定的算法处理。本文在故障检测时，对同一采样点进行5次采样，然后用快速排序算法对这5个数据进行排序，取中值作为故障检测的有效数据，以减小误差带来的影响。采集到的数据与实际值之间成严格的线性关系，将采集到的数据值乘以系数K即可获得实际的工况数据，其流程图如图9所示。
3.3 CAN总线通信模块软件设计
CAN总线通信模块的程序设计主要分为初始化、数据发送和数据接收3个部分：
（1） 初始化。CAN总线初始化主要是对通信参数进行设置，通过对时钟分频寄存器、验收码寄存器、验收屏蔽寄存器、总线定时寄存器和输出控制寄存器的配置实现对CAN总线工作模式、接收报文的验收码、验收屏蔽码、波特率和输出模式的配置和定义[7]。值得注意的是，这些寄存器的配置需要在复位模式下进行，因此在初始化前应确保系统已进入复位状态。 （2） 数据发送。本文采用查询方式，进行CAN总线的数据发送，首先应将CAN总线的发送中断禁能。发送数据前，主控制器轮询SJA1000状态寄存器的发送缓冲器状态位TBS以检查发送缓冲器是否被锁定，若发送缓冲器被锁定，则CPU等待，直到发送缓冲器被释放，然后将从现场采集到的数据发送到发送缓冲区并置位命令寄存器的发送请求位TR，此时SJA1000将向总线发送数据。数据发送流程图如图10所示。
（3） 数据接收。同数据发送一样，本文采用查询方式进行数据的接收，也应将CAN总线的发送中断禁能。主控制器轮询SJA1000状态寄存器接收缓冲状态标志RBS以检查接收缓冲器是否已满，若未满则主控制器继续当前的任务直到检查到接收缓冲器已满，读出缓冲区中的报文，然后通过置位命令寄存器的RRB位释放接收缓冲器内存空间。数据接收流程图如图11所示。
3.4 系统控制与故障诊断模块软件设计
系统控制与故障诊断模块是在Linux平台下利用Qt SDK开发完成的，数据库采用嵌入式系统中广泛采用关系型数据库SQLite[8]。软件采用模块化设计思想，包括显示界面、系统控制、检测数据库和故障诊断等4部分。系统界面基于QT/GUI开发，用于故障检测结果显示、调取数据库辅助人工诊断等人机交互；系统控制模块用于系统启动与关闭、初始化及多线程处理；检测数据库用于对专家系统中经验知识、故障诊断规则集进行组织、检索和维护，及用于存储系统采集的工况参数；故障诊断模块是该检测装置核心，本文利用故障诊断专家系统对随动系统进行故障诊断，给出诊断结果。考虑到故障诊断的实时性要求，程序采用多线程编程来实现。
图10 CAN总线数据发送程序设计流程图
图11 CAN总线数据接收程序设计流程图
4 结 语
为了测试随动系统故障检测装置在各种情况下的故障检测能力， 本文通过人为制造故障的方式对该系统进行了大量实验。在反复的实验中，该系统均能正确定位故障，充分验证系统的可靠性和稳定性。本文研制的以AT91SAM9263 ARM芯片为核心基于CAN总线随动系统故障检测装置，可实现对随动系统液压、气压、电压等工况参数的测量，经故障诊断专家系统的推理，实现以自动故障诊断为主、人工诊断为辅的故障检测。文中采用的CAN总线通信方式使整个系统简洁紧凑、具有较强的抗干扰能力和实时性，这种CAN总线通信方案不但可用于随动系统故障检测装置的研发，还可推广至其他模拟量信号的机电设备故障检测，尤其是多机组的分布式状态监测与故障诊断中，具有非常实用的应用前景。
参考文献 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 论 文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及服务，欢迎光临DyLW.neT
. Industrial Electronics， 2000， 47（4） ： 951? 963.
[2] 张立云，宋爱国，钱夔，等.基于CAN总线的侦察机器人控制系统设计[J].测控技术，2013，32（1）：65?68.
[3] 姚远，王赛，凌毓涛.TLC2543在89C51单片机数据采集系统中的应用[J].电子技术应用，2003，29（9）：37?38.
篇9
Shi Min， Zhang Zhenjuan， Huang Jing， Zhu Youhua， Zhang Wei
Nantong University， Nantong， 226019， China
Abstract： In this paper， the practice teaching mode of Computer Aided Design of IC layout course is discussed. According to one trunk line and two related course experiments mode， the experiment contents and methods were designed and implemented. Meanwhile， other efforts including emphasis of extracurricular scientific competition and reform of course practicum， were adopted to pay attention to the cultivation of comprehensive ability for students. The practice teaching mode proved that better teaching effect have been obtained.
Key words： Computer Aided Design of IC layout； practice teaching mode； course experiments； practicum
目前，高速发展的集成电路产业使IC设计人才炙手可热，而集成电路版图CAD技术是IC设计人才必须具备的重要技能之一。集成电路版图CAD课程是我校电子科学与技术专业和集成电路设计与集成系统专业重要的专业主干课，开设在大三第二学期，并列入我校第一批重点课程建设项目。本课程的实践教学是教学活动的重要组成部分，它是对理论教学的验证、补充和拓展，具有较强的直观性和操作性，旨在培养学生的实践动手能力、组织管理能力、创新能力和服务社会能力。结合几年来的教学实践，笔者从本课程实验、课程设计、课外科技竞赛等实践环节的设计工具、教学内容设计、教学方法和教学手段、师资队伍建设以及考核管理等方面进行总结。探讨本课程实践教学模式可加强学生应用理论知识解决实际问题的能力，提升就业竞争力，对他们成为IC设计人才具有十分重要的意义。
1 版图设计工具
集成电路CAD技术贯穿于集成电路整个产业链（设计、制造、封装和测试），集成电路版图设计环节同样离不开CAD工具支持。目前业内主流版图设计工具有Cadence公司的Virtuoso，Mentor Graphics公司的IC Flow，Springsoft公司的Laker_L3，Tanner Research公司的L_Edit和北京华大九天公司的Aether等。这些版图设计工具的使用流程大同小异，但在自动化程度、验证规模、验证速度等方面有所差异，在售价方面，国外版图设计工具贵得惊人，不过近年来这些公司相继推出大学销售计划，降低了版图设计工具的价格。高校选择哪种版图设计工具进行教学，则视条件而定。我校电子信息学院有2个省级实验教学示范中心和1个省部共建实验室，利用这些经费，我们购买了部分业内一流的EDA工具进行教学和科研。目前，我校版图设计工具有北京华大九天公司的Aether和Springsoft公司的Laker_L3。
2 两种相辅相成的实验教学模式
我校集成电路版图CAD课程共48学时（理论讲授24学时、实验24学时），实验环节是本课程教学的重要部分，在有限的实验教学时间内既要完成教学内容，又要培养学生创新能力，需要对实验教学模式进行改革和创新。本课程实验教学的目的与要求：与理论教学相衔接，熟练使用版图设计工具，学会基本元器件、基本数字门电路、基本模拟单元的版图设计，为本课程后续的课程设计环节做准备。紧紧围绕“一个规则（版图几何设计规则）、两个流程（版图编辑流程和验证流程）、四个问题”这条主线设计实验内容[1，2]。要解决的4个问题分别是：（1）版图设计前需要做哪些准备工作？（2）如何理解一个元器件（晶体管、电阻、电容、电感）的版图含义[3，4]？（3）如何修改版图中的几何设计规则检查错误？（4）如何修改版图和电路图一致性错误？表1为本课程实验内容、对应学时及对应知识点。笔者设计了两种相辅相成的实验教学模式：系统化实验教学模式和实例化实验教学模式。系统化实验教学从有系统的、完整的角度出发设计了实验教学内容，如设计实验3（数字基本门电路版图阅读）时，安排了5学时，采用3种版图阅读方式：读现有版图库中的单元电路版图、显微镜下读版图和读已解剖的芯片版图照片。针对同一内容，采用不同形式，彼此类比，加深印象，既有实物，又有动手操作，增强了直观性和感性认识。又如设计实验5（模拟单元MOS差分对管版图设计）时，安排了5学时，从器件匹配的重要性入手，给出MOS差分对管的电路图，讲解具体器件的形状、方向、连接对匹配的影响，特别是工艺过程引入器件的失配和误差，对MOS差分对管的3种版图分布形式（管子方向不对称形式、垂直对称水平栅极形式、垂直对称垂直栅极形式）进行逐一分析，指出支路电流大小对金属线的宽度要求，对较大尺寸的对管，采用“同心布局”结构。实例化实验教学先提出目标实例，围绕该实例，设计具体步骤，教师先示范，学生再模仿，如设计实验7（集成无源器件版图设计）时，由于集成电阻、电容和电感种类很多，不能面面俱到，要求只对多晶硅电阻、平板多晶硅电容和金属多匝螺旋形电感等常用元件进行版图分析和设计。课堂实验的内容和课时是有限的，为此我们设置了课外实验项目，感兴趣的学生选取一些实验项目自己完成，指导教师定期检查。学院开放了EDA实验中心（2007年该中心被遴选为省级实验教学示范中心建设点，2009年12月通过省级验收），学生对本课程很感兴趣，课外使用EDA实验室进行自主实验相当踊跃。通过上述的实验教学方法，特别是课外实验项目的训练，学生分析问题、解决问题的能力和科研素养得到了提高。
表1 课程实验内容、对应学时及对应知识点
表1（续）
4 基于0.6μmCMOS工艺的数字门电路版图设计 5 理解上华华润0.6 μm硅栅CMOS几何设计规则；学会CMOS反相器、传输门、与非、或非等基本门电路版图设计；DRC检查。
5 基于0.6 μmCMOS工艺的MOS差分对管版图设计 4 MOS差分对管版图设计，包括匹配原则、同心布局等，DRC检查。
6 版图电路图一致性检查 3 掌握LVS流程、LVS错误修改。
7 集成无源器件版图设计 3 多晶硅电阻、平板多晶硅电容和金属多匝螺旋形电感等常用元件版图设计。
3 改革课程设计环节
课程设计是本课程培养学生工程应用能力的综合性实践教学环节，时间2周，集中指导，提前1个月发给学生任务书和指导书，每个班配备2名指导教师，注重过程控制。笔者在教学内容、考核等方面进行了改革和创新：在教学内容设计上，给出了必做题和选做题，在选做题中要求每位学生完成数字电路版图1题和模拟电路版图1题，具体题目由抽签决定，做到1人1题，避免学生抄袭。考核成绩由课程设计成果（占50%）、小论文（占30%）、答辩（占20%）三方面综合给出。以往的课程设计报告改为撰写科技小论文，包括中英文题目、中英文摘要及关键词、引言、电路原理与分析、版图设计过程、分析与讨论、结束语和参考文献，让学生学习如何撰写科技论文。精选优质小论文放在本课程网上学习资料库里，供学生相互传阅和学习。课程设计答辩具体要求参照毕业设计（论文）答辩要求，包括准备PPT讲稿、讲解5分钟、指导教师点评等过程，每位学生至少需要10分钟时间。学生对课程设计答辩反映相当好，锻炼了语言组织和口头表达能力，而且相互间可以直接交流和学习。我们还挑选课程设计成绩优秀的学生参加校内集成电路版图设计大赛。虽然课程设计的改革和实践需要教师付出很多精力和时间，但我们无怨无悔，学生的认可和进步是我们最大的收获。
4 精心指导学生参加课外科技竞赛
目前我校学生参加的集成电路版图设计竞赛有校级版图设计大赛以及行业协会和企业组织的版图设计竞赛等。由校教务处主办，电子信息学院承办的南通大学版图设计大赛是校级三大电子设计竞赛之一，每年8月底举行，邀请集成电路设计公司一线设计人员和半导体协会专业人士担任评委，增加了竞赛的专业性和公正性，目前已经举办了6届，反响不错。从校级版图设计大赛获奖者中挑选一部分学生参加行业协会和企业组织的版图设计竞赛，如苏州半导体协会主办的集成电路版图设计技能竞赛、北京华大九天公司主办的“华大九天杯”集成电路设计大赛，其中“华大九天杯”集成电路设计大赛将挑选优秀获奖学生参加华润上华的免费流片，学生经历从电路设计、版图设计及验证、流片到测试各个环节，提高了综合训练能力。
5 加强师资队伍建设
要提高课程实践环节的教学质量，关键是指导教师要思想素质好，专业理论知识强，科研水平高，因此我们着力建立一支年龄结构、职称合理的实践教学队伍。目前很多年轻教师是从校园走向校园，毕业后直接上岗指导学习实践，缺少工程实践经历和经验。为了提高教师自身的业务水平，加强对年轻教师的培养，近十年来，我院每年暑假举行集成电路CAD技术实践培训班，由经验丰富的教学、科研一线教师主讲；不定期地邀请一流IC设计公司一线设计人员来院开设讲座；同时挑选年轻骨干教师到一流IC设计公司学习和实践，时间至少半年以上；现已聘请IC设计公司一线设计人员6人为兼职教师，指导课程设计和毕业设计。集成电路CAD技术日新月异，课程实践环节师资队伍建设必须与时俱进。
6 结束语
我校电子科学与技术专业、集成电路设计与集成系统专业2012年被评为省重点建设专业，也是江苏省首批培养卓越工程师的专业。集成电路版图设计是这两个专业卓越工程师培养计划的重要内容之一，总结和探讨集成电路版图CAD课程实践教学意义重大，今后我们要继续推进该课程实践环节的建设与改革，不断探索，为我国集成电路设计人才的培养而努力奋斗。
参考文献
[1] 施敏，孙玲，景为平.浅谈“集成电路版图CAD”课程建设[J].中国集成电路，2007（12）：59-62.
篇10
Design of Equivalent Circuit Parameter Analyzer for
Two Port Passive Circuit
TANG Zhengming1 ， ZHANG Sanmei2 ， Zeng Jing1
（1 School of Electronic Information and Engineering， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009，China；
2 Experiment Center， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009， China）
Abstract： Equivalent circuit parameter is very important for the process of circuit analysis and design. Based on the refined numerical algorithm of AC impedance， a digital equivalent circuit parameter analyzer is designed. In this system， MCU is used to control frequency synthesizer to generate excitation signal. By adjusting the capacitance and current trends ， the load impedance characteristic is determined. Finally， the AC impedance and equivalent circuit parameter are displayed， which can be obtained under different operating frequency.
Keywords： MCU； AC Impedance Characteristics； Equivalent Circuit Parameters
0引 言
电路交流阻抗随信号源的频率变化，其具体表现为一定电阻R、电容C和电感L的串联、并联或混联在给定信号频率下所得到的等效阻抗。频率相对较高时，电路还可能产生相对较大的寄生电容、电感，从而出现寄生阻抗。如何快捷准确地获取电路在不同工作频率下的等效电路参数，对电路的分析与设计来说有着特殊重要的现实意义[1]。
已有的交流参数测试仪，其测量对象主要锁定在对交流电路频率、有效值、功率，或者单个元件阻值、电感量、电容量的测试，而对交流阻抗的智能化测量的探讨研究仍旧较少，且未曾涉及到负载为黑盒子电路（其可能为RLC元件，某用电器或电路模块，以下统称为负载电路）的等效参数测量[2-6]。本设计所实现的电路交流等效电参数分析仪的核心即为交流阻抗特性分析，通过采用单片机产生激励信号，能分析出给定工作频率下负载电路的交流阻抗特性，并进一步得到其等效电路参数。
1硬件电路
系统原理框图如图1所示。主要电路模块包括单片机（MCU）、放大电路、整流滤波电路、含双可调电容的RC振荡器等[7-8]。
图1 等效电参数分析仪原理图
Fig.1 Schematic diagram of equivalent circuit parameter analyzer
MCU的型号为MSP430F169。放大电路用于将采集到的弱信号放大，再送入整流滤波电路，便于单片机（MCU）接收识别，放大电路型号为AD620。整流滤波电路，用于将采样信号转化为单向脉动波并滤除附带产生的杂波信号，使有用信号免受干扰，易于下一级电路的操作处理。可变电容C结合555定时电路模块构成RC振荡器，所产生的信号频率送入单片机识别，进而确定出接入电路的电容值。其中，可调电容C与电路的连接通过开关控制，该可调电容C为特制的双可调电容（构成RC振荡器的电容与接入测量电路的电容相同，并由同一旋钮控制调节），这样，可在隔离电路影响的情况下，获得接入电路电容的精确值。 为定值电阻，主要起限流作用，如当电路串联谐振时，使电路电流不至于过大，损坏仪器。 为采样电阻，为小阻值锰铜电阻，用于将负载电流转换为电压信号，再送入放大电路。 为负载电路。
2算法设计
根据有效值、功率因素的计算结果[9]，可得到电路总阻抗
（1）
其中， 、 、 分别表示电路电压有效值、电流有效值、功率因素。 的正负与负载的特性有关，若负载为非电容性；则 ，若负载为非电感性则 。令 ，则有
（2）
系统采用调节可变电容C并结合单片机采集到的电流大小变化情况的方法，确定（2）中的正负符号，即实现负载阻抗特性的判定。由于可调电容与被测负载并联，设被测负载的电导和电纳分别为 和 ， 可调电容电纳为 ，其等效电路如图2所示。
图2 阻抗特性的判断原理图
Fig.2 Schematic diagram for the judgement of impedance characteristic当端电压有效值恒定时，电流有效值
（3）
即： （4）
可见，当 与 同号，即被测负载为电容性时，电容增大，电流 单调上升；而当 与 异号，即被测负载为电感性负载时，电容增大，电流 将先减小而后增大。因此，单片机可根据电容调节过程中采集到电流变化情况，判断出负载的阻抗特性。在此基础上，设负载 的等效阻抗为 ，由于测量电路为可调电容C与负载 并联，然后再与定值电阻 串联，根据电路串并联关系，则有：
（5）
联立（1）-（2）和（5），在已判断得到负载的特性的情况下，便可以解出 中的电阻R和电抗X。结合频率值即可得
（6）
（7）
因此，对于给定负载（如某单元电路），该测试仪能够获得给定工作频率下的交流等效电路参数，便于电路的分析与设计。
3 系统测试
系统设计完成后，通过键盘设定激励信号幅值和频率，调节电容旋钮，即可读出负载的等效电路参数。首先测试并选取了三个R、L、C电路元件，其参数值分别为10，10mH，1uF。再将电路元件安插在万用板上，借助万用板连接线使其形成简单的串联电路和并联电路，并同时具有典型的二端口结构，然后分别测试了信号频率为1KHz时，负载的等效电路参数。用 Idealization（I）和Test （T）分别表示理论值和测量值，结果如表1所示。
表1 测试结果
Tab.1 Test results
电阻（） 电感（mH） 电容（uF） 串联（；uF） 并联（，mH）
I T I T I T I T I T
10 10.02 10 10.33 1 0.97 10 ； 1.65 9.97；1.59 9.91；0.15 10.04；0.23
测量 结果表明，在1KHz频率下，所搭建的串联电路具有阻容特性，而并联电路具有阻感特性。等效电路参数测量结果与理论值存在一定差异的可能原因主要在于：除工艺等因素外，导线等所引入的分布阻抗。
4 结束语
本文设计了一种电路交流等效电参数分析仪，可用于完成无源二端口电路的等效电参数测量。在测量交流等效参数时（特别在用作RLC测试仪的情况下），若测量频率较高，分布参数影响将较为显著，对低标称值元件的测量尤为不利。如何减小分布参数对测量结果的影响，还有待进一步研究。
参考文献：
[1]陈鹏，李固，边雁，等.采用RLC激励的EMAT圆柱探头设计参数分析[J].传感器与微系统2012，31（2）：77-80. 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 论 文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及服务，欢迎光临DyLW.neT
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篇11
1 、引言
随着科技的发展和社会文化事业的进步，电视机可供观众选择的频道数目日益增多。但是传统的电视遥控方法需要观众记忆每个电视台对应的频道序号，否则就无法快捷地将频道切换到所需位置。这显然给用户带来了很大的不方便。本文利用凌阳科技有限公司专门为语音处理而设计研制出的16位单片机SPCE061A设计了一个彩电智能声控选台系统。该系统无需对电视机做任何改动。在保留原有遥控功能的基础上，实现语音控制选台，较好地解决了记忆频道这个难题。
2 、系统总体方案设计
系统总体方案如图1所示。
图1 系统总体方案
3、各功能模块设计
3.1 语音命令提取单元
语音命令提取单元（如图2所示）在电视话音和其它噪音背景下，完成提取出操作者语音命令功能，其示意图如图3所示。
图2 语音命令提取单元
MIC选用驻极体送话器， 它具有结构简单、重量、体积小、频率响应宽、保真度好等优点，但灵敏度低， 必须再加放大器才行。由于输出阻抗可高达 10
数量级，所以必须进行阻抗变换后才能与放大配合使用。放大器采用差分放大电路，一个驻极体话器面对送话者， 其输出接放大器正向输入端；另个驻极体送话器背对送话者，其输出接放大器负向入端。由于两个送话器相对于电视机和其它噪声源位置基本一样远，可以近似认为通过二者输入的干是一样的。但考虑到送话器具有方向性，前者送入的操作者语音命令远远大于后者，适当选择各电阻值可以抵消掉各种干扰。论文参考网。
3.2 语音命令识别单元
语音命令识别单元采用凌阳公司的SPCE061A单片机，这是一种语音识别系统级芯片，实际上是一个DSP+MCU，并将A/D、D/A、RAM、ROM以及预放、功放等电路集成在一个芯片上的系统，拥有强大的语音数据处理能力并具有良好的接口功能。
语音识别控制系统结构图3所示
图3 语音识别控制系统结构图
3.3 语音识别算法
消费类电子产品中的语音识别主要为孤立词识别，它有两种实现方案：一种是基于隐含马尔科夫统计模型（HMM）框架的非特定人识别；另一种是基于动态规划（DP）原理的特定人识别。它们在应用上各有优缺点。DP特定人识别的优点是方法简单，对硬件资源要求较低；此外，这一方法中的训练过程也很简单，不需预先采集过多的样本，不仅降低了前期成本，而且可以根据用户习惯，由用户任意定义控制项目的具体命令语句，因而适合大多数家电遥控器的应用。
3.3.1 端点检测方法
影响孤立词识别性能的一个重要因素是端点检测准确性。在10个英语数字的识别测试中，60毫秒的端点误差就使识别率下降2%。对于面向消费类应用的语音识别芯片系统，各种干扰因素更加复杂，使精确检测端点问题更加困难。为此，李虎生等在参考文献5中提出了称为FRED(Frame-based Real-time EndpointDetection)算法的两级端点检测方案，提高端点检测的精度。第一级对输入语音信号，根据其能量和过零率的变化，进行一次简单的实时端点检测，以便去掉静音得到输入语音的时域范围，并且在此基础上进行频谱特征提取工作。第二级根据输入语音频谱的FFT分析结果，分别计算出高频、中频和低频段的能量分布特性，用来判别轻辅音、浊辅音和元音；在确定了元音、浊音段后，再向前后两端扩展搜索包含语音端点的帧。FRED端点检测算法根据语音的本质特征进行端点检测，可以更好地适应环境的干扰和变化，提高端点检测的精度。
3.3.2 模板匹配算法
DTW是典型的DP特定人算法， 为了克服自然语速的差异，用动态时间规整方法将模板特征序列和语音特征序列进行匹配，比较两者之间的失真，得出识别判决的依据。
为了提高DTW识别算法的识别性能和模板的稳健性，采用了双模板策略，第一次输入的训练词条存储为第一个模板，第二次输入的相同训练词条存储为第二个模板，希望每个词条通过两个较稳健的模板来保持较高的识别性能。
综上所述，本语音识别系统采用了改进端点检测性能的FRED算法，12阶Mel频标倒谱参数（MFCC）作为特征参数，使用双模板训练识别策略。通过一系列测试，证明该系统对特定人的识别达到了很好的识别效果。
3.4 控制面板
为了能输入字段号， 以便建立语音样本，SPCE061A单片机扩展了一个行列矩阵式非编码键盘。键盘共有12个按键， 其中十个定义为：0～9 数字键，一个定义为：语音样本建立键（TRN），一个定义为：语音样本清除键（CLR ）。由于控制面板只在建立语音样本时使用，为防止误操作，应将这12个按键用塑料外壳封闭起来。论文参考网。
3.5 操作指示电路
采用两片数码管和译码驱动电路CC4558组成操作指示电路。在本系统中，操作指示电路的作用是：建立语音命令样本时，用于显示存入的字段号；语音命令识别时用于显示识别结果及芯片识别结果的处理报告。
3.6 逻辑控制电路
整个逻辑控制电路如图4 所示。SPCE061A单片机通过并行接口输出识别结果，经过逻辑控制电路进行必要的译码后，用来控制后面的红外发射装置。
图4 逻辑控制电路如图4
3.7 遥控发射电路
红外遥控发射器主要由三大部分组成：一是键盘矩阵，二是发射专用集成电路，三是放大驱动和红外线发射部分。该电路与电视机的特定型号有关，可以根据电视机品牌选用适当的专用红外发射电路。论文参考网。需要说明的是：由于不同品牌电视机的红外发射、接收电路各不相同，因此它只对兼容电视有效。
4、结束语
该系统不对彩电做任何改动。在保留原有遥控功能的基础上，实现语音控制选台，主要功能有：
开关电视：电视接通电源处于待命状态，操作者发出“开机”命令，则打开电视机；操作者发出“关机”命令，则关掉电视机。
选台功能：操作者想看某某电视台的节目，只要发出“某某台”的命令，电视机就自动跳转到该台。
识别主人功能：为防止误操作，该系统只对事先录入命令样本的操作者语音敏感，其他人发出的命令包括电视伴音均无效。
其它功能：具有电视音量、画面亮度调节等适合语音控制的功能。
由于采用了高性价比的SPCE061A这种语音识别系统级芯片，并设计了科学的算法，本系统可靠性高，价格低廉，使用方便，具有较好的市场前景。
参考文献
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篇12
0．前 言
现代物流环节中，物流信息是一个重要的构成因素。当前物流产业规模日益扩大，物流技术装备水平迅速提高。但我国物流发展中仍存在物流系统效率低，物流成本高，物流基础设施的配套性、兼容性差等问题，特别物流信息技术装备水平低的问题尤为突出，这就决定了物流企业在运输中对安全、高效、高性价比具有较高的要求。尤其是针对危险货物如危险气体的运输配送，高安全性、高性能、高效率的装载车辆配套装置技术亟待发展。论文设计的智能车载终端主要针对危险气体运输，解决了车辆运输配送中的车辆定位信息获取，以及危险气体在运输过程中的气体泄漏预警等安全问题，实现了运输车辆的实时定位和物流指挥中心的智能监控，为实现安全、高效的危险物品运输提供了现实依据。
1.现代物流运输的需求分析
现代物流运输追求的是更加低成本、高效率和安全的实现货物运输，传统的物流运输装备技术及模式已经不能满足需要。针对一些传统运输中存在的问题，例如后方物流指挥中心如何科学地进行运输车辆的调度和管理，提高运营效率；驾驶员如何随时随地了解道路堵塞、车辆方位等情况而更加省力地到达目的地；对易泄危险物品运输如何做到及时准确检测出危险的存在从而做出妥善处理；移动车辆如果遇到麻烦或者其安全受到侵害，如何向主控中心发送报警信息，求得就近援助等，均对现代物流专用车辆提出更高的要求。
在现代物流运输监控中，通信网络的智能化是一个瓶颈问题。由于物流运输系统是一类极其分散的系统，显然不可能采用有线通信方式进行各类数据传输，且车辆一般处于高速运动状态，这就更加需要无线通信技术的应用。
2.智能车载终端的系统组成
智能车载终端主要由信号采集模块、数据处理模块和无线通信模块3部分组成，系统总体框图如图1所示，信号采集模块主要由前端的传感器和GPS模块、采集电路、信号调理和串口发送单元组成，其中GPS模块用于实时接收车辆的位置信息，传感器采用专门的气体传感器用于采集车厢内部气体浓度参数，采集电路实现气体浓度信号的模拟放大、简单滤波后送到单片机进行A/D转换处理，采集模块采集的数据通过串口发送到数据处理系统进行计算，得到可读的浓度参数、位置信息，实现实时显示的同时无线发送到后方指挥中心进行分析。
图1 智能车载终端总体设计框图
系统中数据采集模块和数据处理模块负责对采集到的数据进行必要的现场处理、存储和转发，以及对数据的编码，然后通过标准接口RS232/RS485将数据信号传送到GPRS 模块。GPRS 模块对信号进行进一步的处理，再通过GPRS空中接口接入到GPRS网络进行数据的透明传输，最后经由APN专线传输到后方物流指挥中心。指挥中心进行远程控制时，可以将控制信号发送到GPRS网络中，然后经过GPRS模块传输到智能车载终端中，进而对运行车辆进行控制和处理。气敏传感器是能够感知环境中某种气体及其浓度的一种敏感器件，它将气体成分、浓度等有关的信息转换成电信号，从而可以进行检测、监控、报警，还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。
3 智能车载终端的单元模块设计
（1）电源模块
电源系统是否稳定对于整个系统有至关重要的影响。电源模块的设计考虑：一方面电源模块应尽可能满足对各模块的不同用电电压需求，另一方面要努力降低整个系统的功耗。本系统中要用到的电压比较多，主要用到LM7805集成稳压器、线性稳压器CX1117等实现多电压供电。
（2）采集电路模块
系统数据采集模块完成对信号的采集和简单处理，即对采集信号进行放大、滤波和A/D转换，主控芯片可以采用TI公司的16位系列单片机MSP430F149。利用此单片机内置的A/D转换单元完成信号的转换,并通过片内的串口与其它模块通信。以液化天然气运输为例，选用对甲烷具有相当敏感的气体传感器GS-B2设计的电路如图2所示。该类型气体传感器用于便携式仪表测试甲烷，稳定性好，灵敏度高，具有较好的重复性，体积小，功耗低，GS-B2型的工作温度是-45°C到10°C，湿度≤90%RH,检测范围是10到5000PPM。
图2 GS-B气体传感器采集电路设计
（3）GPS模块
GPS模块采用3.3V电源供电，GPS数据是通过串口进入单片机，单片机接收到数据后经过简单处理后暂存其中。E531硬件连接简单方便，只要给该模块提供3.3V的电源并连接相应的GPS天线，E531就会从串行口输出相应数据，输出电平为RS232电平，因其内部自带电平转换电路故可以与单片机直接连接。
（4）数据处理单元
数据处理模块主要完成对采集信号的处理，即对采集来的气体浓度信号和GPS位置信息进行对应数据格式的转换、数据显示和发送以及人机交互功能。处理器采用S3C4510B芯片，其中两路1.3V电压由高效率1.4MHz同步降压型稳压器LTC3404提供，实现系统超低功耗设计。
（5）无线通信单元
无线通信单元考虑两种情况：有公网的状态下，通过GSM/GPRS模块来进行数据传输，包括采集信号向后方的传输和GPS差分信息的传输。GPRS利用GSM网络资源、覆盖面大、通讯质量高、永远在线等特点可以为物流运输车辆提供一种快速可靠的无线数据传输通道。无公网的情况，此情况无GPS差分信息的传输，传输采集数据信号可以采取FSK传输方式。
4 结论
结合GPS定位技术和GPRS无线传输技术的现代物流运输车载终端，集检测、监管、调度、警报于一体，符合现代物流企业对运输车辆动态控制的需要，且针对性地降低了危险易泄货物的安全隐患问题，对降低物流企业成本起到积极作用。
参考文献
[1] 唐四元. 现代物流技术与装备[M]. 清华大学出版社. 2008.
[2] 范海健. 基于GPS_GSM_GPRS车载定位监控终端的研究与设计[D]. 上海交通大学. 2007.
篇13
0.前言
随着电力电子装置的广泛应用,电网中的谐波污染也日益严重。另外,许多电力电子装置的功率因数很低,给电网带来额外负担并影响供电质量。可见消除谐波污染并提高功率因数,已成为电力电子技术中的一个重要的研究领域。解决电力电子装置的谐波污染和低功率因数问题的基本思路有两条: (1)装设补偿装置,以补偿其谐波和无功功率; (2)对电力电子装置本身进行改进,使其不产生谐波,且不消耗无功功率,或根据需要对其功率因数进行控制。
1.无功与谐波自动补偿装置的原理
1.1有源电力滤波器的原理
电力滤波器主要包括有源滤波器和无源滤波器,或两者的混合,即混合滤波器。
有源电力滤波器(APF)根据其与补偿对象连接的方式不同,分为并联型和串联型两种,而并联型滤波器在实际中应用较广。下面以并联型有源滤波器为例,介绍其工作原理。论文参考。HPF(High Pass Filter)是由无源元件RLC组成的高通滤波器,其主要作用是滤除逆变器高频开关动作和非线性负载所产生的高频分量;负载为谐波源,它产生谐波并消耗无功功率。有源电力滤波器主要由两部分组成,即指令电流运算电路和补偿电流发生电路(PWM信号发生电路、驱动电路和逆变主电路)。指令电流运算电路的作用是检测出被补偿对象中的谐波和无功电流分量,补偿电流发生电路的作用是根据指令电流发出补偿电流的指令信号,控制逆变主电路发出补偿电流。
作为主电路的PWM变流器,在产生补偿电流时,主要作为逆变器工作。为了维持直流侧电压基本恒定,需要从电网吸收有功电流,对直流侧电容充电时,此时作为整流器工作。它既可以工作在逆变状态,又可以工作在整流状态,而这两种状态无法严格区分。
有源滤波器的基本工作原理是:通过电压和电流传感器检测补偿对象(非线性负载)的电压和电流信号,然后经指令电流运算单元计算出补偿电流的指令信号,再经PWM控制信号单元将其转换为PWM指令,控制逆变器输出与负载中所产生的谐波或无功电流大小相等、相位相反的补偿电流,最终得到期望的电源电流。
1.2无功与谐波自动补偿装置的原理
为适应滤波器要求容量大这一特点,我们采用了有源电力滤波器与无源LC滤波器并联使用的方式。其基本思想是利用LC滤波器来分担有源电力滤波器的部分补偿任务。由于LC滤波器与有源电力滤波器相比,其优点在于结构简单、易实现且成本低,而有源电力滤波器的优点是补偿性能好。两者结合同时使用,既可克服有源电力滤波器成本高的缺点,又可使整个系统获得良好的滤波效果。
在这种方式中,LC滤波器包括多组单调谐滤波器和高通滤波器,承担了补偿大部分谐波和无功的任务,而有源滤波器的作用是改善滤波系统的整体性能,所需要的容量与单独使用方式相比可大幅度降低。
从理论上讲,凡使用LC滤波器均存在与电网阻抗发生谐振的可能,因此在有源电力滤波器与LC滤波器并联使用方式中,需对有源电力滤波器进行有效控制,以抑制无源滤波器与系统阻抗之间发生谐振。论文参考。
2.无功与谐波自动补偿装置控制系统设计
2.1系统技术指标
(1)适用电源电压等级: 220 V(AC) , 380V(AC)
(2)有源滤波器补偿容量: 50kVA(基波无功);150A(最大瞬时补偿电流)
(3)可以控制的无源补偿网络的功率等级: 500kVA。
(4)在无源补偿网络容量范围内,补偿后的电源电流:功率因数高于0. 9,总谐波畸变系数(THD) <5%,三相负载电流的不对称系数<3%。
(5)可适用的运行环境:室内;温度-20~
55℃;相对湿度<90%。
2.2有源滤波器控制系统的设计
双DSP芯片分别采用浮点芯片TMS320VC33和定点芯片TMS320LF2407,以下简称为VC33和F2407。对VC33来讲,其运算能力很强,主频最高为75MHz,但片内资源和对外I/O端口较少,逻辑处理能力也较弱,主要用于浮点计算和数据处理;而F2407正好相反,其片外接口资源丰富,I/O端口使用方便,但其精度和速度有一定限制。所以用于数据采集和过程控制。
中央控制器由F2407实现,主要用于①主电路电压、电流的采集;②四象限变流器的控制;③无源补偿控制指令的;④显示、按键控制;⑤与上位机的通讯。两个DSP芯片通过双端口RAM完成数据交换。通过这两个DSP芯片的互补结合,可充分发挥各自的优点,使控制系统达到最佳组合。各相无源补偿网络的控制及电流检测由各自的控制器完成。各控制器通过光电隔离的RS-485通讯总线与F2407相连。
3.结论
3.1提出了一种新的电力系统谐波与无功功率的综合动态补偿方式,对无功与谐波自动补偿装置主电路和控制系统工作原理进行了分析。
3.2由于电源系统的谐波对应于一个连续的频谱,投入有源滤波器可以大大改善滤波性能,并能抑制LC电路与电网之间的谐振。有源滤波器的控制系统采用了基于双DSP结构的全数字化控制平台。论文参考。
3.3在此项目的实践中,电力系统的功率因数提高到0.9以上,完全符合此项目合同的技术性能指标。同时使供电网的谐波得到了有效抑制。通过仪器检测5次、7次等谐波电流几乎为零值。
【参考文献】
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