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測(cè)控電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用范文第1篇

>> GIS開關(guān)油壓監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 基于小型高效直流開關(guān)電源的控制電路設(shè)計(jì) 針對(duì)反激式開關(guān)電源箝位電路設(shè)計(jì)分析 電路設(shè)計(jì)與開關(guān) 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 開關(guān)電源系統(tǒng)穩(wěn)定性補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì) 開關(guān)電源無源PFC電路優(yōu)化設(shè)計(jì)探析 開關(guān)電源電路分析與技術(shù)改進(jìn) 硬件電路設(shè)計(jì)流程與方法 開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 超聲波導(dǎo)盲系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) MPEG－4的解碼系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 網(wǎng)絡(luò)型停車場(chǎng)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于M51995A開關(guān)電源保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 開關(guān)電源并聯(lián)均流系統(tǒng) 數(shù)字機(jī)開關(guān)電源輸出電路檢修方法與實(shí)例 基于反激式開關(guān)電源電路實(shí)現(xiàn)與測(cè)試分析 開關(guān)電源EMC設(shè)計(jì)實(shí)例 通用開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 開關(guān)電源電磁兼容設(shè)計(jì) 常見問題解答 當(dāng)前所在位置：

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；UCC3895；測(cè)控系統(tǒng)

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.10.012

引言

大中功率直流開關(guān)電源一般采用移相全橋DC/DC變換器 。實(shí)現(xiàn)全橋變換器的移相控制主要有以下三種方法：（1）采用分立器件進(jìn)行邏輯組合；（2）采用DSP或CPLD實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制；（3）采用專用集成控制芯片 。采用分立器件進(jìn)行邏輯組合構(gòu)成的模擬控制電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于開關(guān)電源小型化；采用DSP或CPLD實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的成本較高，且存在數(shù)字電路延遲；采用專用的集成控制芯片電路簡(jiǎn)單且成本較低。第三種方法中可以采用UCC3895芯片來產(chǎn)生PWM控制波形，UCC3895是一款優(yōu)良的移相全橋控制芯片，有電壓和電流兩種控制模式，占空比可從0%～100%， 且可以為零電壓開關(guān)（ZVS）提供高效高頻的解決方案。國(guó)內(nèi)外常用的移相全橋反饋模式為電流模式 ，但其雙閉環(huán)控制電路復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)。

由于單電壓環(huán)反饋模式簡(jiǎn)單有效的優(yōu)點(diǎn)，本文基于UCC3895移相全橋控制芯片采用單電壓環(huán)加限流環(huán)的反饋模式和單片機(jī)相結(jié)合設(shè)計(jì)了直流開關(guān)電源數(shù)字模擬混合測(cè)控系統(tǒng)，詳細(xì)設(shè)計(jì)了閉環(huán)系統(tǒng)、控制器參數(shù)、保護(hù)電路，顯示電路，調(diào)壓電路，并對(duì)測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

系統(tǒng)方案

采用應(yīng)用廣泛的TI公司生產(chǎn)的UCC3895芯片與單片機(jī)相結(jié)合的方案設(shè)計(jì)了直流開關(guān)電源數(shù)字模擬混合測(cè)控系統(tǒng)。如圖1所示，利用UCC3895對(duì)DC/DC變化器主電路進(jìn)行PWM移相控制，并與單片機(jī)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的檢測(cè)與反饋控制，以及輸出過壓，過流，過溫等保護(hù)。其中，所選單片機(jī)型號(hào)為美國(guó)微芯公司生產(chǎn)的PIC16F873單片機(jī)。PIC16F873共28個(gè)引腳，內(nèi)部自帶5個(gè)10位A/D通道，2個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)脈寬調(diào)制（PWM）通道。

UCC3895電路設(shè)計(jì)

如圖4所示，UCC3895的EAN腳為內(nèi)部誤差放大器反相輸入端，E A O U T腳為誤差放大器輸出端，R 3、R 4、R 6、C 1、C 2、C 3構(gòu)成了閉環(huán)控制系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)器，輸出電壓Vo經(jīng)過電阻分壓接到電壓調(diào)節(jié)器反相輸入端構(gòu)成反饋電壓，改變可調(diào)電阻R2的值可以改變電源輸出電壓。RT、CT可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)頻率的設(shè)定，A D S腳為自適應(yīng)延遲死區(qū)時(shí)間設(shè)置端，接地表示輸出延遲死區(qū)時(shí)間設(shè)為最大。限流調(diào)節(jié)器輸出端也接到UCC3895的EAOUT腳，故障保護(hù)電路接到CS腳實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的故障保護(hù)功能。

故障保護(hù)電路設(shè)計(jì)

UCC3895的CS腳有過流保護(hù)功能，當(dāng)CS腳電壓高于2.5V時(shí)，UCC3895芯片將會(huì)被軟關(guān)斷，驅(qū)動(dòng)脈沖被封鎖，CS腳低于2.5V，芯片將進(jìn)入下一個(gè)軟啟動(dòng)過程。如圖5所示，保護(hù)電路的設(shè)計(jì)就是基于CS腳的過流保護(hù)功能，正常情況下保護(hù)電路的輸出為低電平，一旦出現(xiàn)輸出過壓、過流、過溫等故障，相應(yīng)的電壓比較器輸出高電平，同時(shí)故障信號(hào)被單片機(jī)檢測(cè)，通過單片機(jī)數(shù)字控制也可使電壓比較器輸出為高電平，開關(guān)管T1導(dǎo)通，輸出一個(gè)高于2.5V的高電平至CS腳，使芯片封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而使主電路停止工作，實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的數(shù)字模擬雙重保護(hù)功能。

限流值可調(diào)的限流環(huán)電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)與電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)部分電路和電源狀態(tài)顯示電路分別如圖7和圖8所示。單片機(jī)部分引腳功能分配如下：AN0腳是限流信號(hào)檢測(cè)，AN1腳是輸出電壓檢測(cè)，AN2腳是輸出電流檢測(cè)，AN4腳是溫度檢測(cè)，其中AN0、AN1、AN2、AN4腳均為A/D轉(zhuǎn)換端口。CCP2腳（PWM端口）提供可調(diào)的限流調(diào)節(jié)器的限流參考值，CCP1腳（PWM端口）提供可調(diào)的電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓參考值，SCK、SDO、RB4腳用于電源狀態(tài)顯示，RB1腳（I/ O口）為單片機(jī)數(shù)字控制。單片機(jī)通過SPI（同步串行通訊）向移位寄存器SN74HC164發(fā)送電源當(dāng)前工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，由移位寄存器把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)并輸出給顯示模塊。單片機(jī)RB4腳（I/O口）控制發(fā)光二極管的供電電壓，在剛開機(jī)還沒有采集工作狀態(tài)之前，保證所有二極管不工作。單片機(jī)SCK（時(shí)鐘）腳接在三個(gè)移位寄存器的脈沖輸入口（CLK）作為脈沖輸入。單片機(jī)SDO（SPI通訊數(shù)據(jù)輸出）腳接到移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入口（A、B腳），并把三個(gè)移位寄存器接到一起串聯(lián)使用。通過數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示輸出電流值，通過4個(gè)LED燈圖11 突加突減負(fù)載電壓波形的亮滅表示電源當(dāng)前的工作狀態(tài)，其中發(fā)光二極管D4（綠燈）燈亮表示電源正常工作，D3（紅燈）燈亮表示輸出過壓故障，D2（紅燈）燈亮表示輸出限流，D1（紅燈）燈亮表示過溫故障。

調(diào)壓電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)CCP1腳為PWM波端口，可以通過調(diào)節(jié)PWM波的占空比產(chǎn)生不同的電壓。如圖9所示，PWM信號(hào)經(jīng)過濾波電路由數(shù)字量轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸入到由運(yùn)放5構(gòu)成的電壓跟隨器進(jìn)行緩沖與隔離，該模擬電壓與參考電壓VDD疊加構(gòu)成分壓電路，分壓信號(hào)輸入到由運(yùn)放6構(gòu)成的電壓跟隨器正向輸入端。輸出端經(jīng)過濾波電路接到UCC3895芯片電壓調(diào)節(jié)器參考電壓端（EAP）。改變CCP1的PWM波占空比即可調(diào)整電壓調(diào)節(jié)器參考電壓，進(jìn)而改變電源輸出電壓。圖中由R2、R3、R4構(gòu)成的分壓電路可以設(shè)定PWM占空比為最低時(shí)電壓調(diào)節(jié)器參考電壓的最低值，保證電源電壓的最低輸出。可調(diào)電阻R2的作用是調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器參考電壓的范圍，改變R2的值，在輸出占空比范圍不變的情況下，輸出參考電壓的范圍可以進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而改變電源輸出電壓的范圍。圖12 過載限流波形

實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

圖10是直流開關(guān)電源上電輸出電壓瞬態(tài)波形，上電輸出瞬態(tài)電壓的超調(diào)量為1.1%，調(diào)整時(shí)間為50ms，穩(wěn)態(tài)誤差為0.5V。圖11是直流開關(guān)電源突加突減負(fù)載輸出電壓瞬態(tài)波形，突加突減負(fù)載輸出瞬態(tài)電壓的恢復(fù)時(shí)間為30ms，電壓動(dòng)態(tài)降落為22%。圖12是突加過載限流波形，過流后限流環(huán)起作用，通過調(diào)節(jié)輸出電壓，使得電流很快限制在限流值上。

測(cè)控電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用范文第2篇

關(guān)鍵詞 供電系統(tǒng)；測(cè)控裝置；動(dòng)作保護(hù)

中圖分類號(hào)TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2013）84-0143-01

0 引言

本裝置的作用是在高壓配電開關(guān)內(nèi)部，采集系統(tǒng)需要的電壓、電流、溫度、真空開關(guān)的分、合狀態(tài)等參數(shù)。

檔供電回路出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)作出保護(hù)。也可數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳便于遠(yuǎn)程測(cè)控。本裝置具有體積小，耗電少，連線簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)，工作可靠等特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本裝置主要由AT89C52單片機(jī)作為主控芯片，通過電壓傳感器，電流傳感器等將電參量經(jīng)信號(hào)調(diào)整電路送入A/D轉(zhuǎn)換單元，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)供單片機(jī)作為數(shù)據(jù)計(jì)算依據(jù)。通過軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)電信號(hào)的處理和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。

本裝置也可以作為上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器該裝置可安裝于現(xiàn)有的高壓真空配電裝置內(nèi)，通過單片機(jī)的異步串行通信口可與其上一級(jí)變電所分站通信傳遞數(shù)據(jù)，這樣的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)靈活，如可將電壓、電流、過流的電流等需要整定的數(shù)值放到地面主控計(jì)算機(jī)中隨時(shí)設(shè)置，具有更高的通用性。

本測(cè)控裝置配有液晶顯示和鍵盤輸入，方便控制參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置。

圖1測(cè)控裝置電氣結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 前端采樣電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)需要采集三相電壓電流信號(hào)，分別有三個(gè)精密電壓互感器和電流互感器作為信號(hào)采集元件，信號(hào)采集后經(jīng)半波整定，濾波等相關(guān)處理電路進(jìn)行信號(hào)處理最終將調(diào)整好的電流信號(hào)和電壓信號(hào)數(shù)據(jù)送入A/D轉(zhuǎn)換單元。采樣電路如圖所示：

圖2 電壓前端采樣電路圖 圖3 電流前端采樣電路圖

2.2 開關(guān)量輸入輸出電路設(shè)計(jì)

本測(cè)控裝置需要檢測(cè)外部設(shè)備的通斷狀態(tài)以及輸出相應(yīng)的控制開關(guān)量信號(hào)來處理故障時(shí)的觸點(diǎn)通斷。因此本裝置設(shè)計(jì)了相應(yīng)的開關(guān)量輸入輸出電路。

開關(guān)量輸入信號(hào)主要由光耦組成。外部開關(guān)量經(jīng)10K電阻送入光耦的發(fā)射部分，當(dāng)開關(guān)量閉合，光耦的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，這樣接收管部分通過1.2K上拉電阻將低電平信號(hào)送給單片機(jī)的P1.0引腳。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到此引腳為低電平時(shí)，則可判斷開關(guān)量閉合。

開關(guān)量信號(hào)的輸出主要通過單片機(jī)輸出控制信號(hào)經(jīng)光耦隔離來驅(qū)動(dòng)繼電器吸合。本設(shè)計(jì)由中由單片機(jī)引腳P2.0連接非門并與P2.1一起講信號(hào)送入與非門作為光耦的邏輯驅(qū)動(dòng)。當(dāng)單片機(jī)引腳P2.1輸出1時(shí)，P2.0輸出1時(shí)，此時(shí)光耦的發(fā)光二級(jí)管不工作，即繼電器不能導(dǎo)通。

當(dāng)P2.0輸出為0時(shí)，發(fā)光二級(jí)管發(fā)光，接收管接收到光信號(hào)后導(dǎo)通，此時(shí)大電流流過繼電器的線圈產(chǎn)生相應(yīng)的磁力將繼電器的銜鐵吸合。此時(shí)開關(guān)將閉合。

繼電器將外部設(shè)備的電路連接，使其工作。此種工作方式可以通過邏輯對(duì)比，可靠地通過光電耦合器對(duì)繼電器進(jìn)行控制從而達(dá)到控制外部電路的合閘與分閘。

3 軟件設(shè)計(jì)

本測(cè)控裝置的軟件設(shè)計(jì)流程主要為：系統(tǒng)初始化完畢以后，MCU進(jìn)入循環(huán)等待中斷的過程，由中斷服務(wù)子程序?qū)崿F(xiàn)一些基本功能，中斷服務(wù)子程序主要包括：時(shí)鐘中斷子程序、電參數(shù)處理子程序、外部報(bào)警中斷子程序、通訊處理子程序等。當(dāng)有故障數(shù)據(jù)出現(xiàn)時(shí)，通過計(jì)算對(duì)故障信息進(jìn)行分析處理，發(fā)出相應(yīng)的控制命令。

4 結(jié)論

本文采用單片機(jī)設(shè)計(jì)的測(cè)控系統(tǒng)對(duì)煤礦井下高壓供電回路進(jìn)行相應(yīng)的電參量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和保護(hù)。

當(dāng)供電回路發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)作出相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作，避免供電事故的發(fā)生。此裝置也可將故障數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳給井上供電監(jiān)控系統(tǒng)，提高供電監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)

測(cè)控電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用范文第3篇

關(guān)鍵詞 LabWindows/CVI 虛擬儀器 串口通信

中圖分類號(hào)：O55文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Labwindows是常用的編寫控制系統(tǒng)的軟件，基于它的采集系統(tǒng)可以通過串行通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的溫度采集，而且這樣的系統(tǒng)兼容性和擴(kuò)展性好，可以被集成在一個(gè)更大的系統(tǒng)里面實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的工業(yè)控制，具有良好的應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的所有功能都是由上位機(jī)控制完成，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求可以抽象出具體的功能：

（1）能夠選擇串口端口并在點(diǎn)擊檢測(cè)之后能夠判斷此端口是否連接正常以及是否能夠正常的收發(fā)數(shù)據(jù)。（2）能夠控制下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集并能隨時(shí)暫停采集；能夠根據(jù)采集上來的溫度值繪制出溫度波動(dòng)曲線。（3）能夠任意設(shè)置溫度超限值并以此判斷采集的溫度是否超界。（4）能保存當(dāng)前的波形圖并能夠恢復(fù)。

系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)主要分為溫度轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)采集處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、上位機(jī)測(cè)控模塊。

溫度轉(zhuǎn)換電路將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其最關(guān)鍵的就是溫度傳感器電路；單片機(jī)采集處理模塊對(duì)此模擬電信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并進(jìn)行計(jì)算處理從而獲得上位機(jī)所需數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸模塊是單片機(jī)與PC機(jī)的接口電路，單片機(jī)輸出的數(shù)據(jù)與上位機(jī)的控制信號(hào)都通過此模塊進(jìn)行傳輸；上位機(jī)測(cè)控模塊對(duì)傳上來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到此時(shí)的溫度值，對(duì)單片的采集控制也是通過此模塊進(jìn)行的。

在這些模塊中最關(guān)鍵的是設(shè)計(jì)溫度轉(zhuǎn)換電路，它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的精度和誤差以及數(shù)據(jù)處理方式都會(huì)產(chǎn)生影響。將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)信號(hào)依賴于溫度傳感器，常用的溫度傳感器可以選用PT100。PT系列電阻是鉑熱電阻，其R/T轉(zhuǎn)換關(guān)系在-200~650℃溫度范圍內(nèi)線性度已經(jīng)非常接近直線，所以用它來作為溫度傳感器能做到精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠。

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)部分主要分為三個(gè)部分，即溫度轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)數(shù)據(jù)采集處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸處理模塊。

2.1 溫度轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

準(zhǔn)備有效地計(jì)算某時(shí)刻水溫，關(guān)鍵技術(shù)是準(zhǔn)確地測(cè)量此時(shí)刻PT100的電阻值，即怎樣將PT100的電阻值轉(zhuǎn)為電壓值供STC12C5410AD采樣并由此計(jì)算出電阻值。常用的有兩種方案：一種是設(shè)計(jì)一個(gè)恒流源法，另一種是采用惠斯頓電橋法。

2.2 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集處理模塊

電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，如選用內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換的STC12C5410AD單片機(jī)，有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）減少了單片機(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片連接的電路；（2）省去了模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片需要精確電壓的供電要求；（3）單片機(jī)的編程時(shí)減少了對(duì)電路的復(fù)雜控制；（4）減少了調(diào)試時(shí)間和誤差。采用單片機(jī)數(shù)據(jù)采集中，主要方法是：通過多次采樣得到一個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)序列，然后對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行中值濾波、算術(shù)平均濾波、去極值平均濾波、加權(quán)平均濾波等方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸模塊

數(shù)據(jù)的傳輸是指單片機(jī)STC12C5410AD與PC機(jī)之間的通信，系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要是單片機(jī)處理獲得的數(shù)據(jù)、對(duì)STC12C5410AD進(jìn)行ISP（在系統(tǒng)可編程）時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及上位機(jī)產(chǎn)生的控制信號(hào)。在數(shù)據(jù)采集過程中，通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較少，對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高，應(yīng)采用常規(guī)的RS232串口。

3 LabWindows虛擬儀器平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

表1

Labwindows/CVI有許多標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)，其中的RS232函數(shù)庫(kù)提供了各種方式的串口通訊控制函數(shù)和IO函數(shù)，可分為打開IO關(guān)閉函數(shù)、IO讀寫函數(shù)、調(diào)制解調(diào)器控制函數(shù)、串口設(shè)置函數(shù)、寄存器狀態(tài)函數(shù)和回調(diào)函數(shù)6類。這里主要介紹串口檢測(cè)功能，代碼如表1：

4 結(jié)束語

STC12C5410AD單片機(jī)集成A/D轉(zhuǎn)換并兼容51指令的強(qiáng)大功能使得硬件電路開發(fā)變得更加的簡(jiǎn)單和方便。以LabWindows/CVI虛擬儀器為軟件開發(fā)平臺(tái)，用STC12C5410AD來代替?zhèn)鹘y(tǒng)溫度傳感器，不僅在其內(nèi)部就能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，而且輸出的數(shù)據(jù)可以直接供單片機(jī)處理，提高了系統(tǒng)在采集水溫?cái)?shù)據(jù)時(shí)的抗干擾性和可靠性，精度高，有利于在復(fù)雜環(huán)境的布線工作，適用于工業(yè)其他領(lǐng)域或行業(yè)的溫度測(cè)量。

參考文獻(xiàn)

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測(cè)控電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用范文第4篇

【關(guān)鍵詞】RS總線 多點(diǎn)溫度測(cè)控 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 可靠性

在與日俱進(jìn)的社會(huì)發(fā)展上，技術(shù)和生產(chǎn)的水平越來越高，數(shù)字信息化的模式越來越深的灌輸?shù)礁黝惙矫妗Ｊ褂镁邆湓O(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離信息傳輸?shù)腞S484收發(fā)器系統(tǒng)能有效的將分布廣泛的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析控制，利用其多點(diǎn)測(cè)控的特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制，能有效的對(duì)環(huán)境和生產(chǎn)帶來益處，對(duì)其有著不可忽視的作用。

一、RS485總線

RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，具有抑制共模干擾的能力，并且具備抑制共模干擾的能力，其總線收發(fā)器具有很高的靈敏度。市場(chǎng)上一般RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。其聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成的分布式系統(tǒng)能很大程度的提高連接驅(qū)動(dòng)器和接收器的容量，提高工作效率。

二、RS485系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求

在針對(duì)基于RS485總線的多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，主要要根據(jù)該系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境和具體內(nèi)容，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行四點(diǎn)的要求。主要有要體積小，因?yàn)榇讼到y(tǒng)有別于其他普通的溫度測(cè)量系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)主要用于設(shè)置在生產(chǎn)車間廠區(qū)內(nèi)，對(duì)廠區(qū)的溫度進(jìn)行測(cè)量，所以要對(duì)其體積進(jìn)行盡量小的設(shè)計(jì)，減少占地面積，給生產(chǎn)設(shè)備和廠區(qū)規(guī)劃提供更多的應(yīng)用空間，而且對(duì)其體積進(jìn)行縮小有利于系統(tǒng)的安裝和修理，并且為以后的更新?lián)Q代打下基礎(chǔ)。其次，要在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)距離信息的實(shí)時(shí)傳輸，這有利于在面積大，范圍廣的廠區(qū)中，能遠(yuǎn)距離的進(jìn)行遠(yuǎn)距離通訊，而且對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸線路進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化，提供可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。另外，系統(tǒng)的可靠性要符合明確的要求，保證在生產(chǎn)的環(huán)境中減少溫度測(cè)量的誤差，提供有效的測(cè)量數(shù)據(jù)，加強(qiáng)其持久性和耐用性與準(zhǔn)確性。最后一點(diǎn)就是要設(shè)計(jì)低成本的系統(tǒng)，在滿足生產(chǎn)需求的情況下，盡量減少對(duì)其安裝設(shè)置生產(chǎn)的成本，如此才具有更高的效益比。

三、系統(tǒng)方案的確定

在基于RS485總線的多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中，要明確其整個(gè)系統(tǒng)的組成和模塊的功能，主要將系統(tǒng)分為溫度測(cè)量模塊和溫度接受模塊。而這兩個(gè)模組間的聯(lián)系和通訊與信息交互就是由RS485總線進(jìn)行傳輸?shù)?。明確溫度測(cè)量模塊與傳輸模塊分別的作用，前者為負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，后者為負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸與處理

四、RS485的理論簡(jiǎn)述

對(duì)于RS485總線多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)中的RS485，其就是一個(gè)電器接口規(guī)范，是一個(gè)七層開放系統(tǒng)互連模型物理層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。他不僅支持半雙工模式還支持全雙工模式，對(duì)它的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟餐ǔ２捎玫氖墙K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)。而對(duì)于環(huán)型或星型網(wǎng)絡(luò)，它是不支持的。RS485采用的是平衡傳輸方式，它可以采用二線或四線的方式進(jìn)行多點(diǎn)雙向通信和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信。在實(shí)現(xiàn)通信的方面上，它一般采用平衡發(fā)送和差分接收的方式，所以它具有很強(qiáng)的抗共模干擾能力，并且具備了很高的接收靈敏度，這使得它能檢測(cè)到200mv的電壓，同時(shí)它的最大傳輸距離與最大傳輸速率也大大的增強(qiáng)。

五、RS485的網(wǎng)絡(luò)配置

在RS485系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置上，最為典型的就是具為一個(gè)主機(jī)和多個(gè)從機(jī)，并且在這些從機(jī)上面都分配了唯一的地址。而且為了提高數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)的可靠性，在系統(tǒng)通信方式的設(shè)計(jì)上，將其定為命令/應(yīng)答的通信方式，在工作時(shí)，命令幀與應(yīng)答幀都是唯一相互對(duì)應(yīng)的，在發(fā)出指令的主機(jī)上，發(fā)出命令從機(jī)的命令幀，命令幀到達(dá)要訪問的從機(jī)，從機(jī)接收后給予回應(yīng)，發(fā)出應(yīng)答幀，期間從機(jī)與主機(jī)的地址匹配，其他的從機(jī)并不對(duì)主機(jī)發(fā)出的命令幀進(jìn)行回應(yīng)，從而以這種問答式的通信方式加強(qiáng)其通訊的可靠性。不過在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的是，由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)與所選的RS485的芯片驅(qū)動(dòng)能力和接收器的輸入阻抗有關(guān)，所以在設(shè)置和設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)上，要按照RS485芯片最大值的70%選取，對(duì)其傳輸速率與通信距離等方面都根據(jù)有關(guān)的通信效率和節(jié)點(diǎn)數(shù)與實(shí)地環(huán)境等因素進(jìn)行綜合性的考慮與設(shè)計(jì)。還有就是針對(duì)其節(jié)點(diǎn)與主干的距離，從理論上來說，對(duì)RS485節(jié)點(diǎn)與主干的距離的設(shè)計(jì)要求越短越好，同時(shí)由于RS485是多用于一對(duì)多點(diǎn)的以半雙工為結(jié)構(gòu)通信的總線設(shè)計(jì)，所以在安置主機(jī)的時(shí)候盡量將其安置于一端，避免將其安置于中間。

六、基于RS485總線的硬件設(shè)計(jì)

作為現(xiàn)代通訊技術(shù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一，RS485總線是在工業(yè)中應(yīng)用非常成熟的一個(gè)技術(shù)。它具有簡(jiǎn)便的多站互聯(lián)功能，采用一對(duì)雙絞線便能實(shí)現(xiàn)。而針對(duì)其采用的是平衡發(fā)送和差分接收，所以為了提高系統(tǒng)的抗共模干擾能力，要求在信號(hào)的傳輸上，要在發(fā)送端，利用驅(qū)動(dòng)器將TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)，而在信號(hào)的接收上，將差分信號(hào)通過接收器轉(zhuǎn)變成TTL電平。并且在總線的末端連接一個(gè)與總線的特性阻抗相當(dāng)?shù)钠ヅ潆娮鑂F，從而吸收總線上的反射信號(hào)，使得其傳輸?shù)男盘?hào)能正常無毛刺的穩(wěn)定傳輸。并且對(duì)RS485系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要避免集中供電，這是為了防止由于微機(jī)系統(tǒng)上造成電時(shí)節(jié)點(diǎn)的收發(fā)混亂而出現(xiàn)的總線堵塞現(xiàn)象，避免出現(xiàn)在上電時(shí)節(jié)點(diǎn)的不正常。最后要值得注意的是，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)總線的使用權(quán)進(jìn)行有效的分配，完全隔離連接到總線上的單機(jī)發(fā)送控制信號(hào)的時(shí)間，保證發(fā)送和接收信號(hào)的完整與正確，避免總線信號(hào)的互擾，要對(duì)MAX1487E芯片DE端通過單片機(jī)I/O口進(jìn)行控制。

七、溫度測(cè)量系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

（1）單片機(jī)控制器AT89S52。單片機(jī)控制器AT89S52是一款具有功耗低、高性能特點(diǎn)的CMOS8位微控制器，在他的系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器中具有8K的內(nèi)存。單片機(jī)控制器AT89S52可以在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中，為其提供高靈活和超有效的解決方案，而且單片機(jī)控制器AT89S52可以運(yùn)行靜態(tài)邏輯操作，并且支持兩種軟件可選擇節(jié)電模式。并且它的串行口可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，并且可以實(shí)現(xiàn)串行異步通信，同時(shí)能作為同步移位寄存器進(jìn)行使用。在其單片機(jī)地址輸入的連接方式上，因?yàn)槠鋬蓚€(gè)口，分別為單片機(jī)的P2口和P0口具有第二功能，可以分別輸入高低地址，所以在其運(yùn)行中，能通過P2口的運(yùn)作進(jìn)行對(duì)從機(jī)地址的確定。還需要提出的是，在單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)中，影響單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的因素可以分為外因和內(nèi)因兩個(gè)部分。外因?yàn)樯漕l干擾，內(nèi)因?yàn)檎袷幵吹姆€(wěn)定性。而要解決這些問題，就要通過電源濾波和隔離，還要進(jìn)行對(duì)電路參數(shù)整定穩(wěn)定度受振蕩器類型溫度和電壓等參數(shù)的設(shè)定與調(diào)整等手段進(jìn)行優(yōu)化。而復(fù)位電路的功能就是對(duì)系統(tǒng)上電后提供復(fù)位信號(hào)。它是一個(gè)重要的工作方式，對(duì)系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性提供了有效的保障。

（2）數(shù)字溫度傳感器DS18B20。 數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一款世界上先進(jìn)的，將所有的傳感原件與轉(zhuǎn)換電路集中在一只形如三極管的集成電路內(nèi)的溫度傳感器。它能對(duì)電壓的變化和不穩(wěn)性更好的適應(yīng)，而且它采用的獨(dú)特的單線接口方式使得其在實(shí)現(xiàn)與微處理器進(jìn)行雙向通訊時(shí)能更為簡(jiǎn)單的僅需一條口線。而且數(shù)字溫度傳感器DS18B20支持多點(diǎn)的組網(wǎng)功能，可以實(shí)現(xiàn)將其多個(gè)的并聯(lián)在一條三線上，從而對(duì)測(cè)溫進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)的多點(diǎn)測(cè)量。數(shù)字溫度傳感器DS18B20的精度高，不會(huì)因?yàn)殡娫礃O性的錯(cuò)誤燒毀芯片，擁有機(jī)槍的抗干擾糾錯(cuò)能力，而且對(duì)數(shù)據(jù)的處理更快，準(zhǔn)確度更高。是為基于RS485總線的多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)提供有效多點(diǎn)測(cè)控和多點(diǎn)數(shù)據(jù)處理傳輸提供支持的有效保證。

八、對(duì)RS485的通信效率進(jìn)行提高

在對(duì)基于RS485總線的多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要對(duì)RS485的通信效率進(jìn)行有效的提高，因?yàn)槠洳捎玫耐ㄐ殴ぷ髂Ｊ?，即其一?duì)多點(diǎn)的主從應(yīng)答模式，犧牲了其通訊的工作效率，所以對(duì)于此問題，要在設(shè)計(jì)中選用合適的通信協(xié)議與控制方式。首先，要對(duì)總線穩(wěn)態(tài)控制進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計(jì)，在對(duì)現(xiàn)有資料和實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一般大多數(shù)使用者都將收發(fā)控制端TC在數(shù)據(jù)發(fā)送前的1ms調(diào)至成高電平，使得在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)總線進(jìn)入了穩(wěn)定的發(fā)送狀態(tài)。隨后在數(shù)據(jù)發(fā)送完成后的1ms再將TC調(diào)至成低電平，使得在數(shù)據(jù)在可靠發(fā)送完成后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)。而比較符合效率的做法是在三點(diǎn)五個(gè)機(jī)器周期的延時(shí)便可以滿足其通訊質(zhì)量的要求。然后，在對(duì)每個(gè)字節(jié)進(jìn)行校驗(yàn)的時(shí)候，要盡可能的減少特征字和校驗(yàn)字，這是為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。在選擇慣用的數(shù)據(jù)包格式上，一般優(yōu)先選擇和盡量使其由引導(dǎo)碼、地址碼、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)碼、長(zhǎng)度碼、命令碼、尾碼組成，這便導(dǎo)致了每個(gè)數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度過長(zhǎng)，而在RS485總線中，太復(fù)雜的協(xié)議會(huì)嚴(yán)重影響其工作效率，所以要求其簡(jiǎn)練，盡量選擇使用MODBUS協(xié)議。從而進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行環(huán)境，簡(jiǎn)化協(xié)議的復(fù)雜程度，進(jìn)而提高RS485系統(tǒng)的通信效率。

九、系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)

在對(duì)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)中，為了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和采集現(xiàn)場(chǎng)的溫度與濕度信號(hào)，一般在系統(tǒng)的下位機(jī)上采用AT89C2051作為其基本的控制器。采用DS18B20和HIH-3610分別總為系統(tǒng)的溫度與濕度的傳感器，而在系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換上一般選取采用TLC1549。而為了提高A/D的準(zhǔn)確性，加強(qiáng)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性能，一般在設(shè)計(jì)上，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，通常的做法的是將MAX875變換的輸出作為A/D轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電壓，在其通信接口的芯片選用上選擇75LBC184。其他的，比如系統(tǒng)的上位機(jī)和顯示驅(qū)動(dòng)芯片、時(shí)鐘芯片分別采用AT89C2052、ZLG7289、HT1380。

十、電源部分的電路設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)的電源部分的電路設(shè)計(jì)上，一般通過變壓、穩(wěn)壓和濾波環(huán)節(jié)將+24V的輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞑糠炙璧碾妷?。并且為了保證更好的轉(zhuǎn)換特性，并且為了使其具有更高的高頻特性，對(duì)其并接一個(gè)0.1μF的電容。同時(shí)，為了保證較好的過濾特性與穩(wěn)定性，在MAX875的輸出端并聯(lián)一個(gè)0.1μF的電容和一個(gè)10μF的電解電容，而且，使得經(jīng)過濾波得到的LM2575輸出的較為精準(zhǔn)的+5V的電壓能更為持久安全穩(wěn)定的輸出。

十一、 RS485總線部分的電路設(shè)計(jì)

因?yàn)镽S485總線部分的電路對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行有著十分重要的意義，所以在對(duì)RS485總線部分的電路設(shè)計(jì)上，要對(duì)各種可能出現(xiàn)的因素充分考慮，對(duì)線路上的可能出現(xiàn)的干擾進(jìn)行提前的預(yù)防。由于該系統(tǒng)應(yīng)用的環(huán)境是處于復(fù)雜，各類干擾因素和不穩(wěn)定因素繁多的一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，所以在對(duì)其設(shè)計(jì)的時(shí)候，要對(duì)RS485的傳輸端加行一定的保護(hù)措施設(shè)計(jì)。具體上，對(duì)保護(hù)電路可以用穩(wěn)壓管DI和D2組成回路的方法，而為了對(duì)系統(tǒng)的通信進(jìn)行有效的保護(hù)，保持系統(tǒng)通信的流程，對(duì)系統(tǒng)的通信進(jìn)行可靠性的優(yōu)化，所以需要對(duì)系統(tǒng)的電路上，對(duì)總線兩端的差分端口上安置安全電阻的匹配，將其跨接在線路中，這便減少了因?yàn)椴黄ヅ湓斐啥鸬姆瓷?，從而有效的降低了噪聲的干擾。然后對(duì)A/B兩個(gè)輸出端上的電阻進(jìn)行上下拉的調(diào)整，使其A端的電壓高于B端的電壓，這便能有效的避免了接收器的誤操作，引起誤接受，造成數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性。同時(shí)要對(duì)線路的特殊情況進(jìn)行充分的考慮和預(yù)知，采取多加裝電阻的措施避免出現(xiàn)故障后整個(gè)系統(tǒng)的崩潰，能保證總線系統(tǒng)的通信的穩(wěn)定性。還要對(duì)系統(tǒng)在上電情況下RS485芯片處于接受輸入張?zhí)?，?duì)各類部件的相互干擾做到應(yīng)有的防護(hù)措施，避免誤觸發(fā)，誤接收，從而全面提高RS485系統(tǒng)的通訊準(zhǔn)確信和可靠性。

十二、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在基于RS485總線的多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)其軟件的設(shè)計(jì)可謂是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)能否按照標(biāo)準(zhǔn)發(fā)揮應(yīng)有的功能，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)和系統(tǒng)的效能提供保證。在軟件的設(shè)計(jì)上，要避免通信出現(xiàn)異常，這是因?yàn)?4BC184并不帶有失效保護(hù)。所以在系統(tǒng)進(jìn)入正常通信之前，要通過主機(jī)將總線驅(qū)動(dòng)大于正常值，使得所有節(jié)點(diǎn)的接收器產(chǎn)生高電平輸出，從而保證數(shù)據(jù)接收的完整性。然后要對(duì)控制端DE的軟件的編程，通過對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)收發(fā)的工作的延時(shí)進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)工作的可靠性的保障。通常的做法是在延時(shí)1ms左右的時(shí)間后發(fā)送有效的數(shù)據(jù)，這些都是在數(shù)據(jù)發(fā)送的狀態(tài)下完成的，等到一包數(shù)據(jù)發(fā)送完全結(jié)束后，再通過對(duì)系統(tǒng)的延時(shí)1ms，從而達(dá)到在總線工作狀態(tài)的切換狀態(tài)下，有一個(gè)穩(wěn)定工作的過程的標(biāo)準(zhǔn)。而針對(duì)鼓風(fēng)機(jī)和至冷氣等設(shè)備的較長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間，這就要求主機(jī)在發(fā)出控制繼電器的命令后要有一個(gè)比較長(zhǎng)的延時(shí)事件，以應(yīng)對(duì)其工作的時(shí)間，加強(qiáng)且工作的準(zhǔn)確。為保證系統(tǒng)處理速度，提高系統(tǒng)的執(zhí)行能力，節(jié)約系統(tǒng)內(nèi)存，對(duì)程序的編輯，要盡量避免其中帶有符號(hào)，減少處理程序帶有符號(hào)處理數(shù)據(jù)。

總之，在與日俱進(jìn)的社會(huì)發(fā)展上，技術(shù)和生產(chǎn)的水平越來越高，數(shù)字信息化的模式越來越深的灌輸?shù)礁黝惙矫?。使用具備設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，抗干擾能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離信息傳輸?shù)腞S484收發(fā)器系統(tǒng)能有效的將分布廣泛的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析控制。在使用中，要加強(qiáng)對(duì)485芯片的保護(hù)力度，要加強(qiáng)對(duì)其優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮，利用其多點(diǎn)測(cè)控的特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制，這能有效的對(duì)環(huán)境和生產(chǎn)帶來益處，對(duì)社會(huì)的發(fā)展和企業(yè)的發(fā)展有著不可忽視的作用。

參考文獻(xiàn)：

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測(cè)控電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用范文第5篇

關(guān)鍵詞：電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化；課程特點(diǎn)；教學(xué)方法

作者簡(jiǎn)介：董素鴿（1983-），女，河南葉縣人，鄭州大學(xué)西亞斯國(guó)際學(xué)院電子信息工程學(xué)院，助教；李華（1972-），男，河南鄭州人，鄭州大學(xué)西亞斯國(guó)際學(xué)院電子信息工程學(xué)院，助教。（河南鄭州451150）

中圖分類號(hào)：G642.41     文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A     文章編號(hào)：1007-0079（2012）11-0046-02

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA：Electronic Design automation）是將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)過程中而形成的一門新技術(shù)，[1]它已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電子電路的設(shè)計(jì)和仿真、集成電路的版圖設(shè)計(jì)、印刷電路板（PCB）的設(shè)計(jì)和可編程器件的編程等各項(xiàng)工作中。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)及電子信息工業(yè)的不斷發(fā)展，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)在信息行業(yè)中的應(yīng)用范圍越來越廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域也涉及產(chǎn)業(yè)鏈中的幾乎任何一個(gè)環(huán)節(jié)。一方面是社會(huì)上對(duì)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化人才的急需，另一方面是我國(guó)高校中電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化人才培養(yǎng)的落后，兩者之間的矛盾也促使眾多的高校開始在電子信息、微電子技術(shù)等專業(yè)中開設(shè)“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”課程。如今，該課程已成為眾多信息類學(xué)科的專業(yè)必修課，這為我國(guó)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化人才的培養(yǎng)和充實(shí)做出了巨大的貢獻(xiàn)。

“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”課程教學(xué)效果直接影響著人才培養(yǎng)的質(zhì)量，因此，優(yōu)秀的教學(xué)方法和教學(xué)質(zhì)量是教學(xué)過程中必須重視的。筆者根據(jù)近幾年的教學(xué)經(jīng)歷，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，開拓創(chuàng)新，形成了一套特有的教學(xué)方法，旨在培養(yǎng)出基礎(chǔ)牢、思路清、知識(shí)廣、能力強(qiáng)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化人才。

一、“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”課程教學(xué)的特點(diǎn)

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化是一個(gè)較為寬泛的概念，它涵蓋了電路設(shè)計(jì)、電路測(cè)試與驗(yàn)證、版圖設(shè)計(jì)、PCB板開發(fā)等各個(gè)不同的應(yīng)用范圍。而當(dāng)前“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”課程設(shè)置多數(shù)側(cè)重電路設(shè)計(jì)部分，即采用硬件描述語言設(shè)計(jì)數(shù)字電路。因此，該課程的教學(xué)具非常突出的特點(diǎn)。

1.既要有廣度，又要有深度

有廣度即在教學(xué)過程中需要把電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化所包含的各個(gè)不同的應(yīng)用環(huán)節(jié)都要讓學(xué)生了解，從而使學(xué)生從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的角度出發(fā)，把握電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的真正含義，以便于他們建立起一個(gè)全局概念。有深度即在教學(xué)過程中緊抓電路設(shè)計(jì)這個(gè)重點(diǎn)，著重講解如何使用硬件描述語言設(shè)計(jì)硬件電路，使學(xué)生具備電路設(shè)計(jì)的具體技能，并能夠應(yīng)用于實(shí)踐和工作當(dāng)中。

2.突出硬件電路設(shè)計(jì)的概念

在眾多高校開設(shè)的“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”課程中，多數(shù)是以硬件描述語言VHDL作為學(xué)習(xí)重點(diǎn)的。而VHDL語言是一門比較特殊的語言，與C語言、匯編語言等存在很大的不同。因此，在教學(xué)過程中首先要讓學(xué)生明白這門語言與前期所學(xué)的其他語言的區(qū)別，并通過實(shí)例，如CPU的設(shè)計(jì)及制造過程，讓學(xué)生明白VHDL等硬件描述語言的真正用途，并將硬件電路設(shè)計(jì)的概念貫穿整個(gè)教學(xué)過程。

3.理論與實(shí)踐并重

“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”是一門理論性與實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，必須兩者并重，才能收到良好的教學(xué)效果。在理論學(xué)習(xí)中要突顯語法要點(diǎn)和電路設(shè)計(jì)思想，[2]并通過實(shí)踐將這些語法與設(shè)計(jì)思想得以加強(qiáng)和鞏固，同時(shí)在實(shí)踐中鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力。

二、“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”課程教學(xué)方法總結(jié)

良好的教學(xué)方法能起到事半功倍的效果。因此，針對(duì)“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”課程的教學(xué)特點(diǎn)，筆者根據(jù)近幾年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了一些行之有效的教學(xué)方法。

1.以生動(dòng)的形式帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的世界

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化對(duì)學(xué)生來說是一個(gè)全新的概念。如何讓他們能夠快速地進(jìn)入到這個(gè)世界中，并了解這個(gè)世界的大概，從而對(duì)這個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生興趣，是每個(gè)老師在這門課授課之前必須要做的一件事情。教師可以采用一些現(xiàn)代化的多媒體授課技術(shù)，讓學(xué)生更直觀地了解電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。由于電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化是一個(gè)很抽象的概念，因此，可以通過播放視頻、圖片等一些比較直觀的內(nèi)容來讓學(xué)生了解這個(gè)領(lǐng)域。從學(xué)生最熟悉的電腦CPU引入，通過一段“CPU從設(shè)計(jì)到制造過程”的視頻，讓學(xué)生了解集成電路設(shè)計(jì)與制造的流程與方法，并引出集成電路這個(gè)概念。

通過早期的集成電路與現(xiàn)在的集成電路的圖片對(duì)比，引出EDA的概念，并詳細(xì)講解EDA對(duì)于集成電路行業(yè)的發(fā)展所作的巨大貢獻(xiàn)。在教學(xué)過程中，通過向?qū)W生介紹一些使用EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)的當(dāng)前比較主流的產(chǎn)品及其應(yīng)用，提高學(xué)生對(duì)EDA的具體認(rèn)識(shí)。這些方法不僅使學(xué)生對(duì)EDA相關(guān)的產(chǎn)業(yè)有了相應(yīng)的了解，更激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能夠踴躍地投入到“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”的學(xué)習(xí)中。

2.以實(shí)例展開理論教學(xué)

“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”的學(xué)習(xí)內(nèi)容包含三大部分：[3]硬件描述語言（以VHDL語言為學(xué)習(xí)對(duì)象）、開發(fā)軟件（以QUARTUS II為學(xué)習(xí)對(duì)象）和實(shí)驗(yàn)用開發(fā)板（以FPGA開發(fā)板為學(xué)習(xí)對(duì)象）。

硬件描述語言的學(xué)習(xí)屬于理論學(xué)習(xí)部分，是重中之重。對(duì)于一門編程語言的學(xué)習(xí)來說，語法和編程思想是學(xué)習(xí)要點(diǎn)。在傳統(tǒng)的編程語言學(xué)習(xí)的過程中，通常都是將語法作為主線，結(jié)合語法實(shí)例逐漸形成編程思想。這種學(xué)習(xí)方法會(huì)使學(xué)生陷入到學(xué)編程語言就是學(xué)習(xí)語法的誤區(qū)中，不僅不能學(xué)到精髓，還會(huì)因?yàn)榭菰锓ξ抖a(chǎn)生厭倦感。

如何能使學(xué)生既能掌握電路設(shè)計(jì)的方法，又輕松掌握語法規(guī)則是一個(gè)教學(xué)難題。筆者改變傳統(tǒng)觀念，將編程思想的學(xué)習(xí)作為教學(xué)主線，在理論學(xué)習(xí)過程中，以具體電路實(shí)例為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生從分析電路的功能入手，熟悉將電路功能轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的程序語句的過程，并掌握如何將這些語句按照規(guī)則組織成一個(gè)完整無誤的程序。在此過程中，不斷引入新的語法規(guī)則。由于整個(gè)過程中學(xué)生的思考重點(diǎn)都放在電路功能的實(shí)現(xiàn)上，而語法的學(xué)習(xí)就顯得不那么突兀，也不會(huì)產(chǎn)生厭倦感。由于語法時(shí)刻都需要用到且容易忘記，因此在后期的實(shí)例講解過程中需要不斷地鞏固之前所學(xué)過的語法現(xiàn)象，以避免學(xué)生遺忘，以此讓學(xué)生明白，學(xué)習(xí)編程語言的真正目的是為了應(yīng)用于電路設(shè)計(jì)。通過一些實(shí)踐，學(xué)生體會(huì)到語言學(xué)習(xí)的成就感，進(jìn)一步提高了學(xué)習(xí)興趣，此方法收到了良好的教學(xué)效果。

3.將硬件電路設(shè)計(jì)的概念貫穿始終

硬件描述語言與軟件語言有本質(zhì)區(qū)別。很多學(xué)生由于不了解硬件描述語言的特點(diǎn)，在學(xué)習(xí)過程中很容易將之前所學(xué)的C語言等軟件編程語言的思維慣性的應(yīng)用于VHDL語言的學(xué)習(xí)過程中，這對(duì)于掌握硬件電路設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)有非常大的阻礙。因此，在教學(xué)過程中，從最初引入到最后設(shè)計(jì)電路，都要始終將硬件電路設(shè)計(jì)的概念和思維方式貫穿其中。

在講述應(yīng)用實(shí)例時(shí)，需要向?qū)W生分析該例中的語句和硬件電路的關(guān)系，并強(qiáng)調(diào)這些語句與軟件語言的區(qū)別。以if語句為例，在VHDL語言中，if語句的不同應(yīng)用可以產(chǎn)生不同的電路結(jié)構(gòu)。完整的if語句產(chǎn)生純組合電路，不完整的if語句將產(chǎn)生時(shí)序電路，如果應(yīng)用不當(dāng)，會(huì)在電路中引入不必要的存儲(chǔ)單元，增加電路模塊，耗費(fèi)資源。[4]而對(duì)于軟件語言，并沒有完整if語句與不完整if語句之分。為了讓學(xué)生更深刻地理解不同的if語句對(duì)應(yīng)的硬件電路結(jié)構(gòu)特性，可以通過一個(gè)小實(shí)例綜合之后的電路結(jié)構(gòu)圖來說明。

如以下兩個(gè)程序：

（1）entity muxab is

port（a，b：in bit；

y：out bit）；

end；

architecture behave of muxab is

begin

process（a，b）

begin

if a>b then y

elsif a

end if；

end process；

end；

（2）entity muxab is

port（a，b：in bit；

y：out bit）；

end；

architecture behave of muxab is

begin

process（a，b）

begin

if a>b then y

else y

end if；

end process；

end；

（1）（2）兩個(gè)程序唯一的不同點(diǎn)在于：程序（1）中使用的是elsif語句，是一個(gè)不完整的if語句描述，而程序（2）使用的是else語句，是一個(gè)完整的if語句描述。這一條語句的區(qū)別卻決定了兩個(gè)程序的電路結(jié)構(gòu)有很大的不同。（1）綜合的結(jié)果是一個(gè)時(shí)序電路，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如圖1所示。而（2）綜合的結(jié)果是一個(gè)純組合電路，電路結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，如圖2所示。通過綜合后的電路圖比較，學(xué)生更深刻理解這兩類語句的區(qū)別。

強(qiáng)化硬件電路設(shè)計(jì)的思想，可以促使學(xué)生逐漸形成一種規(guī)范、高效、資源節(jié)約的設(shè)計(jì)風(fēng)格，培養(yǎng)一個(gè)優(yōu)秀的硬件電路設(shè)計(jì)工程師。

4.通過實(shí)踐拓展強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手能力

“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”是一門實(shí)用性很強(qiáng)的課程，學(xué)生在學(xué)完該課程后必須具備一定的硬件電路設(shè)計(jì)和調(diào)試的能力，因此在教學(xué)中需要不斷地用實(shí)踐訓(xùn)練來強(qiáng)化學(xué)生在課堂所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，并使他們達(dá)到能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)較復(fù)雜硬件電路的能力。

筆者在教學(xué)過程中鼓勵(lì)學(xué)生將課程實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容相結(jié)合的方法，讓學(xué)生強(qiáng)化實(shí)踐能力，收到了良好的效果。學(xué)習(xí)“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”課程的學(xué)生基本上都是即將進(jìn)入大四，此時(shí)他們的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)開始進(jìn)入選題，開始了初步設(shè)計(jì)的過程。筆者先在實(shí)驗(yàn)課堂向?qū)W生布置一些常用硬件電路設(shè)計(jì)的題目，比如交通燈、自動(dòng)售貨機(jī)、電梯控制器等，讓學(xué)生體會(huì)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化課程的實(shí)用性，激發(fā)他們的思考和學(xué)習(xí)興趣。在此基礎(chǔ)上分組組建實(shí)踐小團(tuán)隊(duì)，讓每組學(xué)生共同完成一個(gè)較復(fù)雜的電路系統(tǒng)，比如遙控小車、溫度測(cè)控系統(tǒng)等，鼓勵(lì)他們將所做的內(nèi)容與畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)接。其中大部分同學(xué)通過這些訓(xùn)練都可以掌握硬件電路設(shè)計(jì)的基本方法和流程，有一部分同學(xué)還能設(shè)計(jì)出比較出色的作品。此過程不僅讓學(xué)生體會(huì)到了學(xué)習(xí)知識(shí)的快樂，也培養(yǎng)了他們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，為他們以后的繼續(xù)深造和工作做了鋪墊。

三、結(jié)束語

掌握“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”課程的特點(diǎn)，有針對(duì)性地改善教學(xué)方法，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，強(qiáng)化理論和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，一方面使學(xué)生把握課程的全局性，了解和熟悉電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化行業(yè)的狀況和最新動(dòng)態(tài)；另一方面培養(yǎng)學(xué)生具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和良好的動(dòng)手能力，培養(yǎng)出厚基礎(chǔ)、重實(shí)踐、有創(chuàng)新的高素質(zhì)人才，具有重要的社會(huì)意義。

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