單元電路論文精選(九篇)

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第1篇：單元電路論文范文

關(guān)鍵詞：FPGA；原理；硬件設(shè)計；應(yīng)用技術(shù)

1 FPGA的簡介

當(dāng)前使用硬件的描述語言完成電路設(shè)計，都可以通過簡單的匯總和合理的布局，然后快速燒錄到FPGA器件上進(jìn)行基本的測試，這也是當(dāng)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行檢驗的主流技術(shù)。這些可編程器件可以用來實現(xiàn)基本邏輯門的電路，也可以實現(xiàn)一些更復(fù)雜的組合功能例如數(shù)學(xué)的方程式、解碼器等等。大多數(shù)的FPGA器件里，包含著一些記憶性元件，如觸發(fā)器，或者一些其它的更為完整、性能更為優(yōu)越的記憶塊。

設(shè)計師可以根據(jù)自己的需要按照可編輯的鏈接將FPGA器件內(nèi)部的邏輯模塊連接在一起，仿佛一整個電路的實驗板被裝在一個電子芯片內(nèi)，這些出廠后的FPGA器件的連接方式以及邏輯塊的使用都可以根據(jù)設(shè)計者不同的設(shè)計而進(jìn)行改變，從而能完成不同的邏輯功能。

當(dāng)你在進(jìn)行的電子設(shè)計使用到FPGA器件時，你不得不需要努力地解決好電源管理、器件配置、IP集成、完整信號輸出等硬件系統(tǒng)的設(shè)計問題。在進(jìn)行硬件設(shè)計時，你需要注意以下幾個問題：

1.1合理分配I/O信號

無論是哪種情況，在進(jìn)行I/O信號分配時，都必須牢記以下共同的步驟：

1）用表格列出所有需要分配的I/O信號，并按照他們的重要性依次進(jìn)行排列，比如電壓、端接方法、I/O標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)時鐘等；

2）檢查校驗?zāi)K之間的兼容性；

3）利用以上的表格和兼容準(zhǔn)則，先把受限制最大的信號分配到引腳上，最后分配那些受限最小的信號。因為受限制大的信號往往只能分配到特定的引腳上；

4）將剩余的信號分配到較為合適的地方。

1.2注意靜態(tài)功耗的降低

雖然靜態(tài)電流所帶來的功耗和動態(tài)功耗相比可以忽略不計，但對一些供電設(shè)備卻十分重要。引發(fā)靜態(tài)電流因素眾多，比如沒有完全接通或關(guān)斷的I/O 端口、三態(tài)電的驅(qū)動器的下拉或上拉電阻，除此之外，保持編程信息也會需要一定靜態(tài)功率。

2 FPGA應(yīng)用技術(shù)的設(shè)計原則

從上文中對FPGA內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)分析可看出，F(xiàn)PGA器件的時序邏輯非常豐富，不同于其他的可編程器件。因而對于FPGA來說，應(yīng)該有一整套能夠有效利用其內(nèi)部豐富的時序邏輯功能的技術(shù)，而不同于其他一般的可編程器件的設(shè)計技術(shù)。由于其獨特的優(yōu)越性，F(xiàn)PGA被越來越多的設(shè)計人員所使用，其設(shè)計技術(shù)被許多的設(shè)計者所掌握。在FPGA的實際應(yīng)用中，使用最合理的設(shè)計方法，能很大程度的改善FPGA在應(yīng)用中出現(xiàn)的漏洞和問題，進(jìn)而全面提高設(shè)計性能。

2.1使用層次化的設(shè)計技術(shù)

使用層次化的設(shè)計的系統(tǒng)一般分成若干頂層模塊，而每一個頂層的模塊下又有若干個小模塊，并以此類推。層次化的設(shè)計模塊，可以是描述原理圖的結(jié)構(gòu)圖，也可以是經(jīng)過邏輯語言所描述、表現(xiàn)的實體。

使用層次化的設(shè)計對于系統(tǒng)的模塊劃分非常的重要，模塊劃分的不合理，將會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的設(shè)計不合理，從而使系統(tǒng)的性能下降，這樣層次化的系統(tǒng)甚至要比沒有經(jīng)過層次化設(shè)計的系統(tǒng)效果更差。

使用層次化設(shè)計的主要優(yōu)點有以下兩個方面：增強設(shè)計可讀性，增加設(shè)計重復(fù)使用的可能性。

2.2使用同步系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)

所有時序電路具有同一個性質(zhì)――如果要使所設(shè)計的電路正常工作，必須嚴(yán)格的執(zhí)行事先定義好的邏輯順序。如果不按照此順序執(zhí)行，將會把錯誤數(shù)據(jù)寫進(jìn)存儲單元，從而導(dǎo)致錯誤的操作。同步系統(tǒng)的設(shè)計方法，也就是使用全分布周期性的同步信號使系統(tǒng)中所有的存儲單元進(jìn)行同時更新，這是執(zhí)行這一時序有效進(jìn)行的普遍的設(shè)計方法。電路的設(shè)計功能是通過產(chǎn)生時鐘信號并按照時序嚴(yán)格執(zhí)行來實現(xiàn)的。

對于靜態(tài)的同步設(shè)計，必須滿足下面的兩個條件：

1.每一個邊緣敏感的部件其時鐘的輸入應(yīng)該是一次輸入時鐘的某一個函數(shù)；并仍和一次時鐘輸入的時鐘信號。

2.所有的存儲單元都應(yīng)該是具有邊緣敏感特性，在該系統(tǒng)中不存在電平敏感的存儲單元。

我們對于FPGA器件的同步設(shè)計的理解就是全部狀態(tài)的改變都是由主時鐘所觸發(fā)，同一個系統(tǒng)不同的功能模塊可以是部分異步的，但是模塊與模塊之間必須是同步的。正如CPU的設(shè)計一樣，所有的電路都和系統(tǒng)的主時鐘是同步的。相比于異步設(shè)計，同步設(shè)計具有很多的優(yōu)點，但進(jìn)行同步設(shè)計時仍然需要考慮很多方面的因素。例如，在選取時鐘時，需要考慮以下幾點：首先，由于大部分的器件都是由時鐘的上跳沿觸發(fā)，這要求時鐘信號的延差要很?。黄浯?，時鐘信號的頻率通常很高；第三，時鐘信號一般是負(fù)載較重的信號，因此合理地進(jìn)行負(fù)載分配是很重要的。除此之外，在進(jìn)行FPGA器件的應(yīng)用時，還要考慮模塊的復(fù)位電路、時序同步電路等實際問題。

參考文獻(xiàn)

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第2篇：單元電路論文范文

摘要 ..........................................................................I

第1章緒論 .....................................................................4

1.1課題背景................................................................... 4

1.1.1智能建筑面臨的機遇與挑戰(zhàn) .................................................4

1.1.1.1智能建筑發(fā)展現(xiàn)狀 .......................................................4

1.1.1.2主要技術(shù)發(fā)展趨勢及問題 .................................................5

1.1.2智能火災(zāi)智能火災(zāi)報警監(jiān)測系統(tǒng)的新動向..................................... 6

1.2本論文的工作與論文結(jié)構(gòu)......................................................7

第2章智能火災(zāi)報警監(jiān)測系統(tǒng)基礎(chǔ)..................................................8

2.1簡要介紹智能火災(zāi)報警監(jiān)測系統(tǒng)................................................8

2.2對傳感器的詳細(xì)介紹......................................................... 8

2.2.1與傳感器有關(guān)的常見術(shù)語....................................................9

2.2.2熱釋紅外探測器 ...........................................................9

2.2.2.1熱釋紅外探測器的基本概念.................................................10

2.2.2.2熱釋紅外探測器的工作原理和特性..........................................10

2.2.2.3熱釋紅外探測器的安裝注意事項............................................11

2.2.2.4熱釋紅外探測器的調(diào)試 ...................................................12

2.2.2.5熱釋紅外探測器的防寵物功能..............................................12

2.3對四運放集成電路LM324的介紹 ................................................13

2.4對芯片AT89C51的介紹 ........................................................15

第3章系統(tǒng)硬件分析與設(shè)計 .......................................................17

3.1復(fù)位電路部分 ...............................................................17

3.2時鐘電路與時序 .............................................................18

3.2.1內(nèi)部時鐘方式 .............................................................18

3.2.2外部時鐘方式 .............................................................19

3.3 AT89C51的內(nèi)外程序存儲器選擇控制端 .........................................20

3.4系統(tǒng)的選址單元電路 .........................................................20

3.5系統(tǒng)的報警信號產(chǎn)生電路 .....................................................20

3.6系統(tǒng)的多機通訊技術(shù)......................................................... 20

第4章電路的軟件設(shè)計 ...........................................................21

4.1軟件程序內(nèi)容 ...............................................................21

4.2軟件總體流程圖 .............................................................22

4.3報警信號發(fā)生子程序......................................................... 24

4.4鍵盤接口子程序 .............................................................26

4.5數(shù)碼顯示子程序 .............................................................27

4.6本章小結(jié) ...................................................................28

第5章電路調(diào)試與仿真 ...........................................................29

5.1硬件焊接 ...................................................................29

5.2調(diào)試....................................................................... 29

5.2.1硬件調(diào)試方法............................................................. 30

5.2.2軟件調(diào)試方法 .............................................................31

5.3仿真中出現(xiàn)的問題及解決辦法 .................................................31

5.3本章小結(jié)................................................................... 32

結(jié)論.......................................................................... 33

參考文獻(xiàn)....................................................... ................34

源程序 .........................................................................35

第3篇：單元電路論文范文

電壓電流檢測

如圖3-7所示，電路的控制及觸發(fā)信號的產(chǎn)生均由DSP芯片產(chǎn)生。電路的控制很簡單，在DSP檢測到充電電容的電壓達(dá)到要求值后，關(guān)斷IGBT的驅(qū)動信號即可。其檢測信號由霍爾電壓傳感器來完成?；魻栯妷簜鞲衅靼褭z測到的電壓信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器輸入到DSP內(nèi)，DSP把進(jìn)來的電壓信號與設(shè)定的信號進(jìn)行比較，當(dāng)電壓信號大于設(shè)定值時發(fā)出控制信號，關(guān)斷PWM波輸出。

圖3-11 霍爾傳感器

端子說明：

IN+：輸入電壓正；

IN–： 輸入電壓負(fù)；

+：正電源；

-：負(fù)電源；

M：輸出端；

：公共地。

霍爾傳感器的輸出端M接A/D轉(zhuǎn)換器，把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸入給DSP[10]。

輸出電流也采用霍爾電流傳感器采集信號，為DSP提供控制信號和保護(hù)信號.

IGBT的驅(qū)動

IGBT的驅(qū)動信號充分利用了DSP的功能，DSP產(chǎn)生PWM驅(qū)動信號，但此PWM信號的驅(qū)動能力較差，不能直接驅(qū)動IGBT。DSP的驅(qū)動信號需經(jīng)放大信號放大在進(jìn)行驅(qū)動。在此選富士電機公司的EXB841做為IGBT的驅(qū)動器。

圖3-12 EXB系列集成驅(qū)動器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

EXB系列驅(qū)動器的各引腳功能如下：

腳1：連接用于反向偏置電源的濾波電容器；

腳2：電源（ ＋20V ）；

腳3：驅(qū)動輸出；

腳4：用于連接外部電容器，以防止過流保護(hù)電路誤動作（大多數(shù)場合不需要該電容器）；

腳5：過流保護(hù)輸出；

腳6：集電極電壓監(jiān)視；

腳7、8 ：不接；

腳9：電源；

腳10、11：不接；

腳14、15：驅(qū)動信號輸入（—，＋）[11]。

由于本系列驅(qū)動器采用具有高隔離電壓的光耦合器作為信號隔離，因此能用于交流380V的動力設(shè)備上。 a)過電流檢測器 b）關(guān)斷時集電極電流波形 c）柵極電壓產(chǎn)生

圖3-13 過電流檢測及相關(guān)電流波形

DSP的選擇 TMS320F24具有一個32位的中央算術(shù)邏輯單元和累加器。CALU具有獨立的算術(shù)單元和輔助寄存器算術(shù)單元，執(zhí)行一系列的算術(shù)和邏輯運算。乘法部分由乘法器、乘積寄存器(PREG)。暫存寄存器(TREG)和乘積移位器四部分組成。高速乘法器使F240可以高效地完成卷積、相關(guān)和濾波等數(shù)字信號處理中的基本運算。在將乘積寄存器的值送入CALU之前，乘積移位器將對乘積寄存器值進(jìn)行定標(biāo)操作。TMS320F240還包含輔助寄存器算術(shù)單元。這類算術(shù)單元獨立于CALU。ARAU的主要功能是對8個輔助寄存器(從AR0到AR7)執(zhí)行算術(shù)操作，該操作可與CALU中的操作并行進(jìn)行。

為加強信號處理能力，TMS320F240采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，即獨立的程序和數(shù)據(jù)存儲空間和總線結(jié)構(gòu)。程序總線傳輸程序存儲空間內(nèi)的指令代碼和立即操作數(shù)，數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)存儲空間與CALU。輔助寄存器等部分連接到一起。而且程序和數(shù)據(jù)總線都可以在一個指令周期內(nèi)將片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、片內(nèi)或片外程序存儲器中的數(shù)據(jù)送入乘法器以完成一次乘加運算。TMS320F240具有很高的并行機制，數(shù)據(jù)在CALU中被處理的同時，在ARAU中還可以進(jìn)行算術(shù)操作。這種并行機制的結(jié)果是在一個指令周期內(nèi)可以完成一系列算術(shù)、邏輯和位操作。

圖3-14 DSP引腳圖

TMS320F240是該系列DSP控制器推出的第一個標(biāo)準(zhǔn)器件，它確定了單片數(shù)字電機控制器的標(biāo)準(zhǔn)。其指令執(zhí)行速度是20MIP/S，幾乎所有的指令都可以在一個50ns的單周期內(nèi)執(zhí)行完畢。這種高性能使復(fù)雜控制算法的實時執(zhí)行成為可能，例如自適應(yīng)控制和卡爾曼濾波。非常高的采樣速率也可以用來使環(huán)路延遲達(dá)到最小。TMS320F240不僅有高速信號處理和數(shù)字控制功能所必需的體系結(jié)構(gòu)特點，而且它有為電機控制應(yīng)用提供單片解決方案所必需的外圍設(shè)備。F240是利用亞微米CMOS技術(shù)制造的，達(dá)到了較低的功耗。

作為一個系統(tǒng)管理者，DSP必須有強大的片內(nèi)I/O端口和其他外圍設(shè)備。TMS320F240的時間管理器與其它任何DSP均不同，這個應(yīng)用優(yōu)化的外圍設(shè)備單元與高性能的DSP內(nèi)核一起，使在所有類型電機的高精度、高效、全變速控制中使用先進(jìn)的控制技術(shù)成為可能。事件管理器中包括一些專用的脈寬調(diào)制PWM發(fā)生函數(shù)。三個獨立的雙向定時器，每一個都有單獨的比較寄存器，可以用來支持產(chǎn)生不對稱的或?qū)ΨQ的PWM波形。

以下是F240的特點： （1）32位的中央算術(shù)邏輯單元(CALU);

（2）32位加法器; （4）三個定標(biāo)移位寄存器;

（5）8個16位輔助寄存器，帶有一個專用的算術(shù)單元，用來做數(shù)據(jù)存儲器的間接尋址。

2．存儲器

（1）片內(nèi)544 X 1 6位的雙端口數(shù)據(jù)/程序RAM;

（2）16K字X16位的片內(nèi)PROM或閃存EPROM; （4）有軟件等待狀態(tài)發(fā)生器的外部存儲器接口模塊，具有16位地址總線和16位數(shù)據(jù)總線；

（5）支持硬件等待狀態(tài)。

3．程序控制

（1）4級管道操作;

（2）8級硬件堆棧;

（3）六個外部中斷:電源驅(qū)動保護(hù)中斷、復(fù)位、非屏蔽中斷NMI和三個可屏蔽中斷。

4．指令系統(tǒng) （2）單指令重復(fù)操作；

（3）單周期的乘法/加法指令；

（4）程序/數(shù)據(jù)管理的存儲器塊移動指令；

（5）牽引尋址功能；

（6）基于2快速傅立葉變換的位反轉(zhuǎn)索引尋址功能。

5．電源

（1）靜態(tài)CMOS技術(shù)；

（2）4種低電源模式以降低電源損耗；

（3）仿真:與片內(nèi)掃描仿真邏輯相連的正EE標(biāo)準(zhǔn)11491測試訪問端口；

（4）速度:50ns(20MIPS)的指令周期，多數(shù)指令為單周期。

6．事件管理器 （2）三個16位通用定時器，有6種工作棋式，包括連續(xù)遞增和連續(xù)加/減計數(shù)；

（3）三個16位全比較單元，有死區(qū)功能；

（4）三個16位簡單比較單元；

（5）四個捕獲單元，其中兩個有正交編碼器脈沖接口功能。

7．雙10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。

8．28個獨立可編程的多路復(fù)用110引腳。

9．基于鎖相環(huán)的時鐘模塊。

10．帶實時中斷(RTI)的看門狗（WD）定時器模塊。 PWM波的形成

PWM波形的產(chǎn)生主要利用了TMS32OF240的事件管理器模塊［13］?，F(xiàn)在重點介紹其中的通用定時器，與全比較和簡單比較單元相關(guān)的PWM單元。

事件管理器中有三個通用定時器。在實際應(yīng)用中，這些定時器可以用作獨立的時間基準(zhǔn)，如:控制系統(tǒng)中采樣周期的產(chǎn)生和為全比較單元以及相應(yīng)的PWM電路產(chǎn)生比較/PWM輸出的操作提供時間基準(zhǔn)。 輸出以及和比較單元的匹配信號等。

通用定時器的計數(shù)方式有六種，分別為：停止/保持、單個遞增計數(shù)、連續(xù)遞增計數(shù)、雙向遞增/遞減計數(shù)、單個遞增/遞減計數(shù)以及連續(xù)遞增/遞減計數(shù)。

要產(chǎn)生一個PWM信號，需要有一個合適的定時器來重復(fù)產(chǎn)生一個與PWM周期相同的計數(shù)周期，一個比較寄存器來保持調(diào)制值。比較寄存器的值不斷與定時器計數(shù)器的值相比較，當(dāng)兩個值匹配時，在響應(yīng)的輸出上就會產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)換。當(dāng)兩個值之間的第二個匹配產(chǎn)生或一個定時器周期結(jié)束時，響應(yīng)的輸出上會產(chǎn)生又一個轉(zhuǎn)換。通過這種方法，所產(chǎn)生的輸出脈沖的開關(guān)時間就會與比較寄存器的值成比例。

圖3-15 DSP內(nèi)部PWM發(fā)生電路框圖 為了獲得對稱PWM輸出，我們在軟件上只須做以下工作：

（1）配置ACTR來定義全比較輸出引腳的極性；

（2）配置 COMCON來使能比較操作和禁止空間向量模式，并設(shè)置ACTR和CMPRX的重載條件為下溢；

（3）GP定時器1置為連續(xù)加/減計數(shù)模式并啟動操作。

另外，為了避免同一橋臂上串聯(lián)的兩個功率開關(guān)器件的開啟時間不會互相重疊以至擊穿，6路PWM脈沖還帶有可編程死區(qū)。設(shè)置死區(qū)定時器的控制寄存器(DBTCON)的相應(yīng)位來確定死區(qū)時間[13]。

電路的理想波形

如下圖3-16所示，分別是諧振電流波形Z，及Z和Z的理想驅(qū)動波形。

圖3-16諧振電流波形及Z、和Z、Z的驅(qū)動波形

電源輸出波形如圖3-17。

圖3-17 電源輸出電流波形

脈沖電容的理想波形如下圖3-18。

圖3-18 脈沖電容C上的電壓

本章小結(jié)

本章主要介紹了高壓軟開關(guān)充電電源的設(shè)計過程。詳細(xì)討論了串聯(lián)負(fù)載型DC—DC變換電路的工作原理和三種工作方式，并指出串聯(lián)負(fù)載型DC—DC變換電路是最適合與給高壓脈沖電容充電的電路形式。本章還介紹了用霍爾傳感器進(jìn)行電壓和電流的檢測方法，以及用EXB841對IGBT進(jìn)行驅(qū)動的方法，以及用DSP產(chǎn)生PWM驅(qū)動信號所要做的工作。給出了充電電源的理想驅(qū)動波形和電容電壓波形。

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結(jié)論

經(jīng)過一個學(xué)期的學(xué)習(xí)和研究，我對開關(guān)電源的理論和設(shè)計方法有了更深刻的認(rèn)識，結(jié)合作者在完成論文過程中所學(xué)到的知識及獲得的經(jīng)驗，可得到以下結(jié)論：

1．串聯(lián)諧振開關(guān)電路工作于恒流源狀態(tài)。綜合考慮充電效率、電路實現(xiàn)難易程度、體積等該電路是最適合電容器充電的。在基本電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)革新,提高充電穩(wěn)定度,能使其適應(yīng)大范圍的重復(fù)頻率及儲能電容的容量變化。應(yīng)用前景將十分廣泛是傳統(tǒng)充電電源的升級換代品。

2．采用了當(dāng)前比較流行的PWM與諧振變換相結(jié)合的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實現(xiàn)軟開關(guān)，這大大減小了開關(guān)損耗。采用高頻開關(guān)功率DC/DC變換技術(shù)，從而大大減小了電源的體積和電源的噪聲，基本消除了噪聲對環(huán)境的污染。

第4篇：單元電路論文范文

關(guān)鍵詞：硬件描述語言，VerilogHDL，ITL，Tempura

 

1、引言

幾十年前，人們所做的復(fù)雜數(shù)字邏輯電路及系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)模比較小也比較簡單，其中所用到的FPGA或ASIC設(shè)計工作往往只能采用廠家提供的專用電路圖輸入工具來進(jìn)行。為了滿足設(shè)計性能指標(biāo)，工程師往往需要花好幾天或更長的時間進(jìn)行艱苦的手工布線。碩士論文，ITL。工程師還得非常熟悉所選器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引線特點，才能達(dá)到設(shè)計要求。這種低水平的設(shè)計方法大大延長了設(shè)計周期。

近年來，F(xiàn)PGA 和ASIC 的設(shè)計在規(guī)模和復(fù)雜度方面不斷取得進(jìn)展，而對邏輯電路及系統(tǒng)的設(shè)計的時間要求卻越來越短。碩士論文，ITL。這些因素促使設(shè)計人員采用高水準(zhǔn)的設(shè)計工具，如：硬件描述語言（Verilog HDL 或VHDL）來進(jìn)行設(shè)計。

然而，Verilog HDL 硬件描述語言缺乏對于電路邏輯關(guān)系描述和分析的形式化方法，尤其是缺乏基于時序的邏輯描述。這對于化簡和檢驗正確性都帶來了麻煩。而ITL語言描述則提供了另一套基于時序的形式化解決方法，對Verilog HDL 硬件描述語言起到了很好的補充作用。

2、ITL簡介

區(qū)間時態(tài)邏輯(interval Temporal logic，ITL)是一種用于描述離散區(qū)間或時段的邏輯系統(tǒng)，它是時態(tài)邏輯的一個分支。我們可以把一個區(qū)間(interval)看作是一個有限的狀態(tài)序列;這里的狀態(tài)就是從所有變量到其值的映射。區(qū)間的長度定義為該區(qū)間內(nèi)狀態(tài)數(shù)減 1。因此，只含有一個狀態(tài)的區(qū)間的長度為0。一個區(qū)間s0… sn 的長度是n。一個只有單個狀態(tài)的區(qū)間的長度是0。

ITL 的基本表達(dá)式和公式的語法如下所示

表達(dá)式：

公式：

其中，μ為一個整數(shù)值;a 為靜態(tài)變量(在區(qū)間內(nèi)不改變);A 為狀態(tài)變量(在區(qū)間內(nèi)

值可變);g 是函數(shù)符號;p 為謂詞。碩士論文，ITL。下面我們以RS 觸發(fā)器為例來說明ITL的使用：

一個RS 觸發(fā)器是一個簡單的儲存和保持一位數(shù)據(jù)的記憶單元。兩個輸入決定了互補的輸出和。S（Set）為置一，R（Reset）為置零。

圖1 RS 觸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖圖2 RS 觸發(fā)器的真值表

按照傳統(tǒng)的方法，根據(jù)真值表列出輸入輸出變量的邏輯方程，得到：

Qn+1=S+￢R*Qn

S*R=0

而用 ITL描述可以直接把邏輯關(guān)系（動作、謂詞）寫出來，再化簡：

把時間等參數(shù)變量考慮進(jìn)去，我們就可以得到RS觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)方程：

3、Tempura

用ITL 能夠方便準(zhǔn)確地描述基于時序的數(shù)字電路，然而缺乏可執(zhí)行能力，運算公式不能直接進(jìn)行計算機仿真和驗證。Tempura 則是ITL 強有力的可編程可執(zhí)行的工具集，大大增強了ITL 的實用性。Tempura 是一種可直接執(zhí)行的數(shù)字電路時序邏輯設(shè)計方式，是 ITL 的一個可執(zhí)行子集。發(fā)展到今天，Tempura 已經(jīng)能夠直接在Windows 環(huán)境下運行。碩士論文，ITL。只要熟悉ITL 的語句，對照著Tempura 自帶的指導(dǎo)工具，使語法公式一一對應(yīng)就可以進(jìn)行編程和仿真，十分方便。碩士論文，ITL。

下面我們還是以RS 觸發(fā)器為例來說明

用VerilogHDL采用門級描述為：

moduleRS_FF(R,S,Q,QB);

input R,S;

output Q,QB;

nor (Q,R,QB);

nor (QB,S,Q);

endmodule

用VerilogHDL采用行為描述為：

moduleRS_FF(R,S,Q,QB);

input R,S;

output Q,QB;

reg Q;

assign QB=~Q;

always@(R or S)

case({R,S})

2'b01:Q<=1;

2'b10:Q<=0;

2'b11:Q<=1'bx;

endcase

endmodule

而根據(jù)前文所述的用 ITL描述的RS觸發(fā)器改寫成Tempura 語言，代碼如下：

為了檢驗設(shè)計結(jié)果，需要輸入仿真參量，代碼如下：

(S=0) and (R=0)and (Q=0) and (Qbar=0) and

for lis<<1,0>,<0,0>,<0,1>,<1,0>,<0,0>>

do (len(5)and (Sgets l0) and (R gets l1)

)

and

(S,R)latch(Q,Qbar)

仿真結(jié)果如下，和真值表一樣。

圖3 仿真結(jié)果

傳統(tǒng)的數(shù)字電路設(shè)計方法繁瑣且不嚴(yán)謹(jǐn)，而且往往缺乏時序邏輯的描述能力。針對這個問題，HDL的使用為硬件設(shè)計師提供了一個非常好的分析和設(shè)計數(shù)字硬件的工具，也為溝通軟件和硬件提供了一種方法。然而，這些 HDL 一般是為模擬數(shù)字硬件的功能而設(shè)計，往往比較適用于較低層級的設(shè)計。同時傳統(tǒng)的HDL 設(shè)計方法缺乏對數(shù)字硬件推理和證明的機制；對行為描述的能力較弱，缺乏形式設(shè)計或驗證的支持工具。形式化的設(shè)計方法則提供另一種強有力的數(shù)字電路描述。在軟件工程中，形式方法已經(jīng)取得一些引人注目的成就。但是在硬件設(shè)計領(lǐng)域，形式方法的應(yīng)用研究和成就仍然在起步階段。在國內(nèi)的面向市場的數(shù)字電路設(shè)計，情況更是這樣，形式方法的使用很是有限。ITL 等形式方法（特別是配以成熟高效的可執(zhí)行工具，如Tempura）， 將有效提高我們描述和設(shè)計數(shù)字電路。碩士論文，ITL。正如本文開頭所說，在硬件設(shè)計速度趕不上軟件速度的今天，形式方法將給我們帶來一種新的突破思路，這在未來的電路設(shè)計領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的應(yīng)用和發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

[1]Benjamin C. Mosszkowski. ITL HandbookDecember 6, 2007

[2]Antonio Cau. Interval Temporal Logic Anot so short introduction 2009

[3]舒風(fēng)笛。《面向嵌入式實時軟件的需求規(guī)約語言及檢測方法》，武漢大學(xué)，2004

[4]夏宇聞?！禫erilog 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計教程》，2008年，北京：北京航天航空大學(xué)出版社。

第5篇：單元電路論文范文

關(guān)鍵詞：壓力傳感器，薄膜，敏感柵

 

隨著社會的發(fā)展，信息處理技術(shù)、微處理器和計算機技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應(yīng)的進(jìn)展?，F(xiàn)在非電物理量的測試與控制技術(shù)，已越來越廣泛地應(yīng)用于航天、航空、常規(guī)武器、船舶、交通運輸、冶金、機械制造、化工、輕工、生物醫(yī)學(xué)工程、自動檢測與計量、稱重等技術(shù)領(lǐng)域[1]，而且也正在逐步引入人們的日常生活中。免費論文參考網(wǎng)。可以說測試技術(shù)與自動控制技術(shù)水平的高低，是衡量一個國家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。傳感器是信息采集系統(tǒng)的感應(yīng)單元，所以，它是自動化系統(tǒng)和控制設(shè)備的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)組成，在科技、生產(chǎn)自動化領(lǐng)域中的作用越來越重要[2]。

傳感器亦稱換能器，是將各種非電量（包括物理量，化學(xué)量，生物學(xué)量等）按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硗庖环N物理量（一般為電量、磁量等）的裝置[3]，它能把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測量電路3部分組成，有時還需加上輔助電源。免費論文參考網(wǎng)。其原理如圖1所示。

其中：①敏感元件直接感受被測物理量，如在應(yīng)變式傳感器中為彈性元件；②傳感元件將感受到的非電量直接轉(zhuǎn)換成電量，是轉(zhuǎn)換元件，如固態(tài)壓阻式壓力傳感器；③測量電路是將傳感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便于顯示、控制和處理的有用電信號的電路，使用較多的是電橋電路。由于傳感器元件輸出的信號一般較小，大多數(shù)的測量電路還包括放大電路，有的還包括顯示器，直接在傳感器上顯示出所測量的物理量；④輔助電源是供給傳感元件和測量電路工作電壓和電流的器件。

國際電工委員會IEC則將傳感器定義為測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號[4]。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個組成部分，是被測量信號輸入的第一道關(guān)口。對傳感器在技術(shù)方面有一定的要求，而同時亦要考慮盡可能低的零點漂移、溫度漂移及蠕變等[5]。近年來，傳感器有向小型化、集成化、智能化、系列化 、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展的趨勢[6]。

電阻式傳感器的工作原理是將被測的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值，通過測量此電阻值達(dá)到測量非電量的目的。這類傳感器大致分為兩類：電阻應(yīng)變式和電位計式。利用電阻式傳感器可以測量形變、壓力、力、位移、加速度和溫度等非電量參數(shù)。

壓力傳感器是將壓力這個物理量轉(zhuǎn)換成電信號的一種電阻應(yīng)變式傳感器。傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變式壓力傳感器是一種由敏感柵和彈性敏感元件組合起來的傳感器[7]。如圖2所示，將應(yīng)變片用粘合劑粘貼在彈性敏感元件上，當(dāng)彈性敏感元件受到外施壓力作用時，彈性敏感元件將產(chǎn)生應(yīng)變，電阻應(yīng)變片將它們轉(zhuǎn)換成電阻變化，再通過電橋電路及補償電路輸出電信號。它是目前應(yīng)用較多的壓力傳感器之一，因具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量速度快等特點而廣泛應(yīng)用于航空、機械、電力、化工、建筑、醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變式壓力傳感器的電阻敏感柵是刻錄在一層絕緣脂薄膜上，而薄膜又通過粘結(jié)劑粘合到彈性基片上，由于彈性元件與粘結(jié)劑及絕緣脂膜之間的彈性模量不同，彈性元件的應(yīng)變不能直接傳遞給敏感柵，而是要通過粘結(jié)劑、絕緣脂膜才能到達(dá)敏感柵，從而產(chǎn)生較大的蠕變和滯后，影響傳感器的靈敏度、響應(yīng)度、線性度等性能。另外，由于粘結(jié)劑不能在高溫條件下使用，這也使它的應(yīng)用范圍受到限制。

為了消除絕緣薄膜層和粘結(jié)劑層對傳感器性能的影響，可以嘗試采用真空鍍膜方法及光刻技術(shù)，在彈性元件上直接刻錄敏感柵，彈性元件與敏感柵直接接觸，以克服常規(guī)工藝導(dǎo)致的滯后和蠕變大的缺陷。另外，如果彈性材料和結(jié)構(gòu)選擇恰當(dāng)，還可制成耐高溫、耐腐蝕的全隔膜式薄膜壓力傳感器。

一、器件研制

采用真空鍍膜技術(shù)在彈性基片上蒸鍍一層約300nm金屬柵材料的薄膜，用半導(dǎo)體光刻技術(shù)，在彈性基片上直接形成電阻敏感柵，最后利用耐高溫、耐酸堿腐蝕的環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑，將制作好的芯片封裝在工件中，組成壓力傳感器探頭。經(jīng)過熱老化、電老化，待封裝應(yīng)力趨于穩(wěn)定后，進(jìn)行電性能測試。

在制作薄膜電阻應(yīng)變式壓力傳感器中，采用的工藝流程如圖3所示。

第6篇：單元電路論文范文

關(guān)鍵詞 回饋制動；超級電容；雙向DC/DC變換器；MATLAB/Simulink

中圖分類號U46 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674—6708（2012）76—0123—02

0引言

超級電容器是20世紀(jì)七八十年代逐漸發(fā)展起來一種新興儲能器件，與電池儲能相比，具有充放電電流不受限制，響應(yīng)速度快，循環(huán)使用壽命長，環(huán)境友好等優(yōu)點。

隨著新能源汽車研究的興起，制動能量回收作為延長其續(xù)駛里程一種可行方法備受人們關(guān)注，本文針對如何在不影響蓄電池性能的情況下對制動能量進(jìn)行儲存和釋放這一問題，設(shè)計了一種基于超級電容器存儲，利用單片機控制的制動能量緩存裝置。仿真結(jié)果表明，該設(shè)計可有效實現(xiàn)制動能量的存儲與釋放。

1超級電容存儲單元

超級電容器的單體電壓電容值較低，一般需要進(jìn)行串并聯(lián)組合才能達(dá)到要求的電壓與電容等級。但單體器件參數(shù)差異，串聯(lián)單體電容電壓在工作過程中的存在不一致現(xiàn)象，導(dǎo)致一部分單體電容電壓偏低，容量不能被充分利用，而另一部分電壓過高，內(nèi)部電解液發(fā)生分解而失效。因此，需要進(jìn)行串聯(lián)均壓處理，來提高電容器的容量利用率和安全性。

超級電容串聯(lián)技術(shù)，就其工作原理可大致分為穩(wěn)壓管法、開關(guān)電阻法、飛渡電容器電壓均衡法和電感儲能電壓均衡法等方法，各有其優(yōu)缺點與適用場合。本文采用均衡效果相對較好單飛渡電容器電壓均衡法，利用一個小容量的普通電容器作為中間儲能單元，將電壓高的超級電容器中的能量向電壓低的超級電容器中轉(zhuǎn)移，適合在電動汽車等中小功率的應(yīng)用場合中使用[1]。

2硬件電路設(shè)計

2.1雙向DC/DC變換器

由于在電機回饋制動系統(tǒng)中沒有隔離和絕緣的要求，故采用由IGBT、快恢復(fù)二極管與儲能電感組成的非隔離型雙向半橋DC/DC變換器。它具有開關(guān)元件電流電壓應(yīng)力小，有源元器件導(dǎo)通損耗小，元器件數(shù)量少及電路結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。

2.2緩沖電路

利用電容電壓與電感電流不能突變的特性，本文設(shè)計了一種緩沖電路，抑制開關(guān)元器件在開關(guān)瞬間的電壓與電流變化率，同時把吸收的能量傳遞給負(fù)載，其原理圖如圖1所示。電感L1，電容C1、C2以及二極管D1，D2，D3組成緩沖電路，要求電感和電容的諧振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于開關(guān)管頻率，二極管反向恢復(fù)時間足夠小。

2.3控制電路

ATMEGA48作為主控芯片，產(chǎn)生的PWM控制信號，經(jīng)光耦隔離后，調(diào)節(jié)開關(guān)管S1與S2，并通過電流、電壓及溫度傳感器對裝置的瞬態(tài)運行狀況進(jìn)行監(jiān)測。

2.4元器件參數(shù)選取

為避免開關(guān)元件的損壞，變換器一般工作在連續(xù)導(dǎo)電模式下，且開關(guān)元器件的耐壓值應(yīng)是實際峰值的1.5～2倍。因此需確定儲能電感的參數(shù)，以保證其在升壓模式（Boost）與降壓模式（Buck）下均能儲存足夠能量。兩種模式下電感計算公式分別為：

與分別為雙向DC/DC變換器高壓側(cè)和低壓側(cè)的電壓；（、、）和（、、）分別為Buck與Boost運行模式下的占空比、工作頻率及電感脈動電流。

由（1）（2）可得儲能電感值：

濾波電容直接影響負(fù)載R的電壓脈動，以電壓的極限脈動量為臨界值，選用最大占空比可求得電容極大值為：

3控制策略分析

超級電容存儲單元串接在變換器的低壓側(cè)，高壓側(cè)接入電機驅(qū)動電路的直流母線。當(dāng)電機啟動或加速時，開關(guān)管S1工作，變換器處于Boost模式，可提供額外功率支持。電機減速或制動時，開關(guān)管S2工作，變換器處于Buck模式，超級電容器對制動能量進(jìn)行吸收存儲。同時通過溫度傳感器對超級電容采取實時溫度監(jiān)測，當(dāng)大于臨界值時，即執(zhí)行中斷程序。

3.1 Buck模式

采用超級電容側(cè)充電電流環(huán)和電壓環(huán)的雙閉環(huán)PI控制。當(dāng)電容電壓較低時，電壓環(huán)輸出值飽和，此時超級電容處于恒流充電狀態(tài)；而當(dāng)超級電容電壓達(dá)到預(yù)定值時，電壓環(huán)起作用，此時處于恒壓充電狀態(tài)。圖2為Buck模式下變換器控制框圖。

3.2 Boost模式

采用超級電容側(cè)充電電流環(huán)和高壓側(cè)輸出電壓外環(huán)的雙閉環(huán)PI控制。參考電壓設(shè)置與蓄電池電壓同步相同。圖3為Boost模式下變換器控制框圖。

4實驗與仿真

利用MATLAB/Simulink構(gòu)建電動汽車制動能量緩存裝置的仿真模型。其仿真參數(shù)為：高壓側(cè)為初始電壓300V的電容，超級電容容量12.5，串聯(lián)內(nèi)阻0.28，并聯(lián)內(nèi)阻10，參考充電電壓和電流為70V與50A，儲能電感0.01H，濾波電容0.001F，輸出參考電壓200V。

圖4為Buck模式下低壓側(cè)電壓波形，圖5為Boost模式高壓側(cè)輸出電壓波形。

5 結(jié)論

本文在雙向DC/DC變換電路的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種基于超級電容的制動能量緩存裝。仿真結(jié)果表明，可有效實現(xiàn)回饋制動能量的存儲與釋放，具有一定的實際應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

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[3]王司博，韋統(tǒng)振，齊智平.超級電容器儲能的節(jié)能系統(tǒng)研究[J].中國電機工程學(xué)報，2010，30（9）：105—110.

第7篇：單元電路論文范文

關(guān)鍵詞 汽車電控系統(tǒng) 單片機 課程考核 計算機仿真

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2015.12.012

Assessment Reform Research for the Course of Automotive

Electronic Control Unit and Interface Technology

ZHANG Zhiyong， LIU Zhiqiang， DU Ronghua

（College of Automobile and Mechanical Engineering， Changsha University

of Science and Technology， Changsha， Hu'nan 410114）

Abstract The course of automotive electronic control unit and interface technology is a specialized course which integrates the single chip microcomputer principle and the automotive electric control system. The traditional method of test paper method can only study the single chip microcomputer principle， the basic concept of the control system， the master degree of programming language， which cannot investigate the students for the control system designing， program debugging and other practical ability. Course assessment reform integrated with the classroom quiz， after-school simulation experiments， classroom experiments， the on-computer test together， which can comprehensively study of the degree of students knowledge， as well as the practical ability of the design and control system.

Key words Automotive electronic control system； single chip microcomputer； course assessment； computer simulation

0 前言

“汽車電控單元與接口技術(shù)”是車輛工程和汽車服務(wù)工程兩個專業(yè)本科生的專業(yè)核心課程，為學(xué)生將來從事汽車電子與控制技術(shù)工作提供理論基礎(chǔ)。通過對本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉目前國內(nèi)外汽車電控系統(tǒng)發(fā)展的最新動態(tài)，掌握嵌入式控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和軟硬件設(shè)計知識，培養(yǎng)學(xué)生運用嵌入式控制芯片、電子元件設(shè)計控制系統(tǒng)、人機接口界面的實踐能力。因此，在有限的課時中如何讓學(xué)生既掌握嵌入式控制系統(tǒng)的特點、工作原理、設(shè)計方法，同時還要使學(xué)生具備一定的實踐能力，如分析問題、解決問題的能力，是本課程教學(xué)過程中需要考慮的重點，而課程考核方式是促成以上目標(biāo)的重要手段。合適的課程考核方式不僅能引導(dǎo)學(xué)生如何去學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)積極性，同時也促進(jìn)教師在教學(xué)過程中結(jié)合先進(jìn)的教學(xué)方法和手段，更新教學(xué)內(nèi)容等。然而，現(xiàn)有的“汽車電控單元與接口技術(shù)”課程考核方法仍以傳統(tǒng)的考卷筆試為主，但這種筆試方式僅能對單片機原理、控制系統(tǒng)的基本概念、編程語言的掌握程度進(jìn)行考查，無法考查學(xué)生的控制系統(tǒng)的設(shè)計、程序調(diào)試等實踐能力。另外，現(xiàn)在的教學(xué)方法很大程度上仍繼承于普通專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)模式，即分別利用獨立章節(jié)教授獨立的內(nèi)容。顯而易見，這樣的教學(xué)方法不適應(yīng)內(nèi)容綜合性強，且存在多學(xué)科交叉的課程教學(xué)。

鑒于該課程考核方式和教學(xué)體系存在的問題，本課程考核改革旨在探索汽車電子類課程群考核的適用模式，以及汽車電控單元與接口技術(shù)課程形成性考試和期終考試的目標(biāo)、形式、題型和題量。通過本課考核的改革，指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中理解把握課程的重點內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。同時，引導(dǎo)師生樹立緊貼生產(chǎn)實際的課程考核理念，明確課程考核目標(biāo)，鼓勵學(xué)生主動學(xué)習(xí)，積極主動思考，積極培養(yǎng)學(xué)生實際動手操作能力，提高學(xué)生素質(zhì)，進(jìn)一步推進(jìn)由傳統(tǒng)教學(xué)模式向應(yīng)用型創(chuàng)新汽車人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變。

1 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺

本課程采用多媒體教室授課，基本知識介紹以講授為主，在進(jìn)行應(yīng)用實例編程時，采用小組討論的方式，各小組重點針對應(yīng)用實例實現(xiàn)的目標(biāo)、手段、技術(shù)等討論，最終完成電路設(shè)計、程序設(shè)計并以電子文本的形式上交。對常用單片機類型和操作系統(tǒng)、編程語言等發(fā)展趨勢等概述性內(nèi)容進(jìn)行講解時，對學(xué)生采用文獻(xiàn)綜述報告的形式進(jìn)行學(xué)習(xí)內(nèi)容的考核。鼓勵學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源，查找和了解最新汽車電控單元的發(fā)展趨勢，最終通過獨立思考、總結(jié)形成綜述性論文。另外，本課程的作業(yè)根據(jù)不同題型的特點，采用網(wǎng)絡(luò)電子版作業(yè)與紙質(zhì)版作業(yè)相結(jié)合的方式。對于問答、判斷等題型，采用網(wǎng)絡(luò)提交作業(yè)，對于計算題，則采用紙質(zhì)版形式上交作業(yè)。另外，在網(wǎng)絡(luò)課程的討論區(qū)積極發(fā)言與回復(fù)問題，也作為課程考核的內(nèi)容之一。

本課程考核方式采用多種立體式考核方式，考核形式包括上課考勤、實驗動手能力與實驗報告完成情況考核、網(wǎng)絡(luò)課程討論區(qū)發(fā)言、綜述性論文以及期終考試等五部分。上課情況與網(wǎng)絡(luò)課程討論區(qū)活躍度的考核成績占總成績的15%，實驗動手能力與實驗報告完成情況占總成績25%，綜述論文成績占總成績的10%，期終考試成績占總成績的30%，平時上課出勤率在90%以上方能參加期終考試。

2 形成性考核方式

為了全面考核學(xué)生的綜合素質(zhì)，采用的形成性考核內(nèi)容的設(shè)計遵循下列原則：（1）簡便性原則。考核形式簡便，不拘泥于形式，可隨機提問考核，可課堂做作業(yè)，便于老師掌握學(xué)生理解知識的程度；（2）針對性原則。考核內(nèi)容符合學(xué)生實際，緊密結(jié)合課程教學(xué)的實際需要，解決教學(xué)中的重點難點問題；（3）靈活性原則。對考核內(nèi)容可適當(dāng)拓寬，引導(dǎo)學(xué)生閱讀與課程內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度相關(guān)的參考書，體現(xiàn)注重培養(yǎng)自學(xué)能力的特點。

形成性考核成績占考核總成績的40%，其中大作業(yè)共計安排4次，單次考核按20分制進(jìn)行評定，4次考核合計40分，24分及格，分別包括控制系統(tǒng)設(shè)計和實驗或仿真實驗。

（1）第一次形成性考核?？己藘?nèi)容：指令系統(tǒng)及匯編語言程序設(shè)計；考核形式：以指令系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳送指令運用為基礎(chǔ)，分組假設(shè)數(shù)據(jù)傳送條件，掌握基本的數(shù)據(jù)傳送指令運用方法；考核時期：完成相應(yīng)章節(jié)的教學(xué)任務(wù)后，在課堂外完成。

（2）第二次形成性考核?？己藘?nèi)容：單片機I/O口功能運用的Proteus仿真；考核形式：結(jié)合單片機I/O口的工作方式，選擇數(shù)碼管驅(qū)動方案，并給予說明；考核時期：完成相應(yīng)章節(jié)的教學(xué)任務(wù)后，在課堂外完成。

（3）第三次形成性考核。考試內(nèi)容：單片機中斷系統(tǒng)的Proteus仿真；考試形式：完成相應(yīng)章節(jié)的教學(xué)任務(wù)后，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計中斷觸發(fā)方式和中斷響應(yīng)處理方案；考試時期：完成相應(yīng)章節(jié)的教學(xué)任務(wù)后，在課堂外完成。

（4）第四次形成性考核?？荚噧?nèi)容：定時器/計數(shù)器的Proteus仿真；考試形式：完成相應(yīng)章節(jié)的教學(xué)任務(wù)后，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計定時器/計數(shù)器的應(yīng)用案例；考試時期：在課堂外完成。

其中形成性考核評分標(biāo)準(zhǔn)為：（1）8～10分：按時交作業(yè)，程序與電路設(shè)計正確，仿真結(jié)果正確，電路正確規(guī)范；（2）6～7分：按時交作業(yè)，程序與電路設(shè)計基本正確，仿真結(jié)果基本正確，電路基本規(guī)范；（3）3～5分：交作業(yè)滯后，程序與電路設(shè)計不夠全面，但仿真結(jié)果部分正確，電路設(shè)計無大錯；（4）0～2分：嚴(yán)重拖交作業(yè)，程序與電路設(shè)計錯誤較多，仿真結(jié)果不正確，電路設(shè)計錯誤。

3 教學(xué)內(nèi)容與方法改革

為了與課程考核方式相適應(yīng)，在教學(xué)內(nèi)容和方法也應(yīng)該做相應(yīng)的改革。（1）在教學(xué)內(nèi)容上，除了嚴(yán)格按照相關(guān)教學(xué)大綱的要求完成規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容之外，課程借鑒了國內(nèi)外同類課程的內(nèi)容體系，選擇性地介紹國外內(nèi)關(guān)于嵌入式系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、先進(jìn)控制方法等方面的最新成果和未來發(fā)展趨勢。（2）為了配合網(wǎng)絡(luò)平臺教學(xué)和形成性考核，在課堂教學(xué)引入軟件仿真技術(shù)，可直觀地、實時地和可重復(fù)地將知識點形象化、具體化，同時還能與同學(xué)們進(jìn)行互動，啟發(fā)同學(xué)們?nèi)ニ伎?。在網(wǎng)絡(luò)課程討論區(qū)里面，有針對性地提出啟發(fā)性的問題；在網(wǎng)絡(luò)資源中上傳了很多經(jīng)典的單片機應(yīng)用實例仿真程序，引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)。（3）在課件中融入了各種視頻、圖片文件，充分利用網(wǎng)絡(luò)公開課資源，演示單片機的各資源的工作原理，使教學(xué)不再空洞、枯燥，學(xué)生能利用資源對單片機原理有充分的認(rèn)識和了解，進(jìn)一步拓展了教學(xué)形式。

4 結(jié)論

本課程考核改革于2011-2012第二學(xué)年在車輛工程專業(yè)、汽車服務(wù)專業(yè)兩個教學(xué)班實施，授課學(xué)生人數(shù)為127人。通過本課程考核改革，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性明顯增強，表現(xiàn)在上課出勤率、課后提問數(shù)量、試驗完成率等指標(biāo)明顯提高。最后基于形成性考試方法，學(xué)生考試及格率達(dá)到100%，且成績分布服從正態(tài)分布，證明了該考核方法的有效性。

論文資助項目：湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項目（湘教通[2014]247號），學(xué)生能力導(dǎo)向的機械類專業(yè)工程訓(xùn)練改革與實踐，回歸工程實踐的機械類專業(yè)工程教育人才培養(yǎng)模式改革與實踐

參考文獻(xiàn)

[1] 張志勇，李岳林，劉志強，等.汽車電控單元與接口技術(shù)教學(xué)方法研究[J].科教導(dǎo)刊，2013（10）：169-170.

[2] 張志勇，李岳林，劉志強，等.基于軟件仿真的單片機課程啟發(fā)式教學(xué)方法探索[J].科教導(dǎo)刊，2011（10）：52，64.

第8篇：單元電路論文范文

【關(guān)鍵詞】激光三角法 可控型水龍頭 光電轉(zhuǎn)換

微電子技術(shù)和傳感器已經(jīng)成為二十一世紀(jì)信息社會的重要標(biāo)志。隨著激光傳感器的廣泛應(yīng)用及新型光電掃描與光電探測技術(shù)的不斷提高，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭、軍事、醫(yī)學(xué)等應(yīng)用領(lǐng)域的傳統(tǒng)方法得到了改善。激光傳感可控型水龍頭將激光位移傳感器與電子信號處理技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用在了水資源節(jié)約領(lǐng)域。市場上的傳統(tǒng)插卡式熱水龍頭在使用時難以估定水瓶內(nèi)的水位，存在著極大的安全隱患和水資源浪費問題。該項日利用激光位移傳感技術(shù)檢測并定位水的高度，經(jīng)過數(shù)字信號處理器將信號反饋到電子電路，自動切斷電源。和傳統(tǒng)插卡式熱水龍頭相比，基于激光位移傳感器的可控節(jié)約型水龍頭具有測量精度高、可靠性好、非接觸、自動化、安全等突出優(yōu)點，有極重要的現(xiàn)實和環(huán)保意義。在前期的推廣中，這項技術(shù)先應(yīng)用于學(xué)校水房保溫瓶水位的測試。隨著后期技術(shù)的成熟和市場的開發(fā)，可推廣向工廠水箱水位測定等更廣的領(lǐng)域，發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)和應(yīng)用價值。

一、激光位移傳感器的研究現(xiàn)狀

現(xiàn)今光電技術(shù)的發(fā)展、微機的控制、數(shù)據(jù)的處理及PSD、CCD、四象限位移探測器的改善，使傳統(tǒng)的三角測量法有了廣泛的應(yīng)用。具體包括質(zhì)量的檢測、設(shè)備的維護(hù)、機械和生產(chǎn)自動化、流程和設(shè)備的監(jiān)控等各個領(lǐng)域。

目前在國內(nèi)，激光位移傳感的主要應(yīng)用包括：對靈敏度和精確度的分析，如何提高其使用范圍以及位移、角度、同軸度的非接觸測量和校準(zhǔn)領(lǐng)域。不過，我國對激光位移傳感器的研究仍處于實驗階段。國外很多專家對其做了大量的研究并取得成果。西班牙的研究者在三角激光位移傳感器的系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)周圍的雜光對測量的精度有影響，并給出了相應(yīng)的消除方法。目前，國內(nèi)外有很多這樣的產(chǎn)品，廣泛地應(yīng)用在軍事技術(shù)、航空航天、檢測技術(shù)等諸多領(lǐng)域。美國研制出紅外測溫傳感器，使其在惡劣的環(huán)境下仍能測量出飛行器各部分的溫度；城市的交通管理也運用紅外光電傳感器進(jìn)行路段事故檢測和故障排除的指揮。總體來說，國外傳感器的測量范圍大，線性度好，分辨率高，穩(wěn)定性好。國內(nèi)對激光位移傳感器的研究雖不及一些歐美國家，但是卻在研究的種類上屢創(chuàng)新奇。

二、激光三角測量技術(shù)的原理

激光三角測量法是指從光源發(fā)射一束光線到被測物體表面，在另一方向通過成像觀察反射光點的位置，成像位移和實際位移存在一定的換算關(guān)系，通過這個關(guān)系式可以計算出被測物體表面的實際位移。由于入射光和反射光構(gòu)成一個三角形光路，因此被稱為三角測量法。按照入射光線與被測物表面法線的關(guān)系，可分為直射式和斜射式。本項研究采用的是直射式激光三角測量法。

如圖l所示，激光發(fā)射器發(fā)射出一束光線到熱水瓶水面形成光斑，光線在表面發(fā)生反射后，從另一個方向通過成像透鏡，光斑成像在CCD位置傳感器上。隨著熱水瓶水面高度的變化，反射光的角度在發(fā)生變化，光斑成像也隨之發(fā)生位移。設(shè)光斑在CCD成像面上相對位移為X’，被測表面（即水面高度）的實際位移為X，則兩者關(guān)系如下式：

在傳感器的選擇上，本項研究選用的是CCD激光位移傳感器。目前應(yīng)用于激光三角法測距的光接收元件包括：CCD（Charge-c.oupled Device，光電耦合器件）和PSD（Position Sensitive Detector，位置敏感元件）。PSD是基于橫向光電效應(yīng)來實現(xiàn)光能、位置的轉(zhuǎn)換，CCD是一種新型光電轉(zhuǎn)化元件，主要由光敏單元、信號輸入單元和信號輸出單元組成。CCD以電荷作為信號，實現(xiàn)電荷的存儲、轉(zhuǎn)移和檢測。與PSD相比，CCD具有輕便、體積小、耗能小、精度高、穩(wěn)定性好、時效性高等特點?；谏鲜隹紤]，最終選定了CCD激光位移傳感器。

三、基于激光位移傳感器的可控型水龍頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項目研究的激光位移傳感器硬件系統(tǒng)包括：激光電源、半導(dǎo)體激光器、線陣CCD驅(qū)動電路、輸出信號的處理系統(tǒng)、單片機測量系統(tǒng)和水龍頭閥門控制系統(tǒng)。如圖2所示為激光位移傳感器的可控型水龍頭系統(tǒng)的總框圖。

3.1 光源的選擇

激光器有很多種：氣體激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器等，氣體激光器單色性和方向性好，但體積和重量大，需要外部高壓電源，不易安裝在小型光學(xué)測頭上。半導(dǎo)體激光器具有超小型、高效率、電壓低、電能轉(zhuǎn)換率高、便于安裝等優(yōu)點。激光光束在傳播中存在散射，當(dāng)測量目標(biāo)越遠(yuǎn)，光能量分布不均勻，從而導(dǎo)致誤差出現(xiàn)，半導(dǎo)體激光位移傳感器可以進(jìn)行體積小的短距離測量。

3.2 線陣CCD驅(qū)動電路

目前，應(yīng)用于激光三角測距系統(tǒng)的光接受元件主要有兩種：CCD――光電耦合器件和PSD――位置敏感元件。本測距系統(tǒng)設(shè)計中采用精度高、穩(wěn)定性好的光電耦合器件CCD作為光電探測器，根據(jù)被測物體的移動距離，間接進(jìn)行測量。

3.3 輸出信號的處理系統(tǒng)

圖像采集后，CCD輸出的信號疊加了較大的干擾噪聲，所以要先經(jīng)過預(yù)處理電路后在進(jìn)行二值化處理。預(yù)處理即是將CCD輸出進(jìn)行前置放大后進(jìn)行濾波處理，放大電路將微弱的信號放大同時干擾的噪聲信號也得到了放大。

所以經(jīng)過低通濾波器將放大電路處理后信號中的高頻成分濾除，常用低通濾波器包括：三角濾波法、高斯低通濾波器、中值濾波器等不。最后將輸出的信號送入電壓比較器進(jìn)行二值化處理得到穩(wěn)定的數(shù)字信號。最后將數(shù)字信號送到單片機系統(tǒng)進(jìn)行脈沖計數(shù)就能得到像點位置信息。系統(tǒng)將計算后的結(jié)果顯示在顯示器界面上。

3.4 水龍頭閥門控制系統(tǒng)

在理想條件下，熱水瓶的高度為H，由上述系統(tǒng)測出水面高度為X，當(dāng)x的值接近L時，系統(tǒng)通過反饋電路來控制水龍頭的閥門。

四、結(jié)束語

激光三角法采用非接觸測量，以其實時性強、精度高、對被測物體表面沒有特殊要求等優(yōu)點得以廣泛應(yīng)用，本論文利用直射式激光三角法，對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和所選器件做出了合理的設(shè)計和選擇。論文的主要工作包括以下幾個方面：

（1）通過對激光測距系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀研究，并結(jié)合本系統(tǒng)情況，確定了本系統(tǒng)的測量原理。

（2）數(shù)據(jù)采集：令熱水瓶的高度是定值H，從光源發(fā)射一束激光到被測物體（上升水面）表面，在另一方向通過成像觀察反射光點的位置。通過線陣CCD對光電信號進(jìn)行采集，從而計算出水面到瓶口的距離X。

（3）信號處理將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過濾波放大電路處理，然后將輸出的結(jié)果由模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，最后將信號送人單片機系統(tǒng)。

（4）數(shù)據(jù)結(jié)果輸出：通過單片機的計算被測物體的位移量，當(dāng)X-H趨近于零時，將其距離顯示在顯示器界面上，通過電路控制水龍頭閥門的關(guān)閉。

后期工作展望：

第9篇：單元電路論文范文

關(guān)鍵詞：寬帶 領(lǐng)結(jié)偶極子天線 匹配電路

中圖分類號：TN821 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)07-0077-02

偶極子天線是一種最基本的單元天線形式，自從無線電發(fā)明以來，應(yīng)用非常廣泛。簡潔、高效的特征是偶極子天線得以普遍應(yīng)用的主要原因，它既可以獨立使用，又可以作為天線陣的組成單元，還可以用作復(fù)雜天線的饋源。但是偶極子天線不管是何種形式，其頻帶是很窄的，一般而言只有約1%～5%，這使其應(yīng)用受到很大限制。目前已經(jīng)發(fā)展了很多展寬偶極子頻帶的技術(shù)，形成了許多新型偶極子天線，比如錐天線、雙偶極子天線等[1]。

現(xiàn)代偶極子天線的應(yīng)用要求實現(xiàn)小型化、寬頻帶、高增益、隱蔽性強、與載體共形等特性。我們可以通過改變天線的結(jié)構(gòu)、形狀、材料等特性，對匹配電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高天線的工作性能。

偶極子天線設(shè)計的重點是展寬帶寬，目前，展寬偶極子天線帶寬的方法主要有：套筒加載、將天線輪廓設(shè)計為漸變結(jié)構(gòu)、優(yōu)化饋電巴倫等[2]。本文展寬偶極子的帶寬沒有采用常規(guī)的辦法，找到了新的匹配方法。我們在偶極子天線基本原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計出了一種寬帶領(lǐng)結(jié)偶極子刀形機載天線[3]，可用于民航或軍用飛機上。該天線使用十分方便，可以安裝在由復(fù)合材料制成的飛機的垂尾里面或者機翼里面。這樣的天線不外伸，又與飛機蒙皮齊平，甚至可以與飛機共形。

1、偶極子天線簡介

偶極子天線也稱為振子天線，其得名來自于對稱的兩個振子——由饋電點中心平分天線兩臂[4]。偶極子天線為平衡天線，即天線兩極對稱，它由兩段同樣粗細(xì)和等長的直導(dǎo)線排成一條直線構(gòu)成，信號從中間的兩個端點饋入，在偶極子的兩臂上產(chǎn)生一定的電流分布，這種電流分布就會在天線周圍空間激發(fā)起電磁場。偶極子的振子可以水平放置，也可以垂直放置，方向圖以饋電點為對稱中心。最簡單的偶極子天線由導(dǎo)線組成，中心饋電，如圖1。

對于窄帶偶極子天線，常用相對帶寬表示工作帶寬即×100%，其中為中心頻率，，天線參數(shù)變化不超過規(guī)定范圍的最高工作頻率和最低工作頻率。

2、寬帶領(lǐng)結(jié)偶極子天線的設(shè)計

根據(jù)偶極子天線的特性，結(jié)合工程實際，設(shè)計出的寬帶領(lǐng)結(jié)偶極子天線內(nèi)部電路如圖2所示。陰影部分為輻射體，采用領(lǐng)結(jié)形輻射臂，改善了天線阻抗匹配，同時也擴(kuò)展了工作帶寬；黑色矩形內(nèi)為匹配電路，這是此天線設(shè)計的重點；天線由同軸電纜為其饋電。把領(lǐng)結(jié)形輻射體印制在環(huán)氧板上，覆銅厚度為0.02mm，天線外形尺寸為320mm*130mm*8mm。

此天線的工作頻段為機載飛機通信頻段。若取領(lǐng)結(jié)偶極子天線的高度為，尺寸太大，外伸式天線不能使用，安裝在垂尾里面也顯得太大，所以選取天線的高度為，這個高度天線外伸式也可以用，裝在機翼里面也可以用。

為了展寬帶寬，除了設(shè)計出領(lǐng)結(jié)形輻射體外，還設(shè)計出振子的張角為，實驗證明，此時帶寬最寬。經(jīng)實際測試和理論計算，得出高度為的領(lǐng)結(jié)偶極子輻射電阻=49，而高度為時的輻射電阻只有12，而且也很小，天線顯容性。我們要用電感來匹配，電感的量值和安裝位置是設(shè)計和調(diào)試過程的重點。

3、領(lǐng)結(jié)偶極子天線的等效電路

天線設(shè)計的目標(biāo)是輸出最大能量進(jìn)出電路，需要仔細(xì)設(shè)計天線與自由空間以及電路的匹配，天線匹配程度越高，其輻射性能越好。

通常在天線終端用變換器或并聯(lián)調(diào)諧電路來有效改善和提高匹配帶寬，也可以采用集總電路元器件（變壓器、電感器和電容器）或分布電路元器件（傳輸線），作為阻抗的變換或調(diào)諧電路的實現(xiàn)[5]。

領(lǐng)結(jié)偶極子天線匹配前的等效電路如圖3（a），其值很小，可以忽略不計，但值不能忽略，需要用一個感性元件與之匹配。

經(jīng)過大量的實驗和仿真，使用新型感性元件后設(shè)計出的匹配電路和天線總的等效電路如圖3（b）所示。

4、測試結(jié)果

對設(shè)計出的領(lǐng)結(jié)偶極子天線進(jìn)行實際測試，天線在、、、頻點處水平方向的方向圖如圖4所示。測試顯示，此天線水平面方向圖的不均勻度均小于2dB，其增益比同類同高度的天線高出1～2dB。經(jīng)過功率容量測試，該天線能承受的功率可以達(dá)到100W。

圖5為我們實測的領(lǐng)結(jié)偶極子天線駐波圖，橫坐標(biāo)為，從圖中可以看出在機載天線通信工作頻段內(nèi)，天線無反射板時駐波均在2.5以下，達(dá)到設(shè)計要求。而且實際測試顯示，有無反射板對天線駐波影響不大。

5、結(jié)語

本文設(shè)計的領(lǐng)結(jié)偶極子刀形機載天線，經(jīng)過多次試驗，運用新的匹配方法，展寬了頻帶。該天線具有結(jié)構(gòu)緊湊、饋電簡單、易于制作等特點，而且有其自身優(yōu)點，安裝在復(fù)合材料制成的飛機蒙皮里面，可減少氣動阻力和部分環(huán)境對天線的影響，具有工程實用性。

參考文獻(xiàn)

[1]肖金祥,李國劍.雙面印刷C形超寬帶天線[A].2009年全國天線年會論文集（上）[C].2009年.

[2]李晉陽,張小苗,楊倩,趙旭東,王銀行.帶有新型寄生單元的印刷偶極子天線[A].2009年全國天線年會論文集（上）[C].2009年.

[3]John D. Kraus & Ronald J. Marhefka，章文勛譯.天線（第三版）[M].電子工業(yè)出版

社,2006.8