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關(guān)鍵詞 整流電路;橋式整流;電工電子;教學(xué)設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào):G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1671-489X(2016)22-0092-02
Teaching Design of Single Phase Bridge Type Rectifier Circuit in Electric and Electronic Course//CHEN Yuanyuan
Abstract The single phase bridge type rectifier circuit is a kind of commonly used practical circuit in DC stabilized power supply. The
teaching process is designed to guide student to comprehend and
master circuit structure principle and work characteristics in the elec-
tric and electronic course. Many teaching way, such as multimedia courseware, software simulation and visual demonstration, are used to help student to consolidate knowledge. And the analysis and eli-mination of circuit possible faults are learned.
Key words rectifying circuit; bridge rectifier; electric and electro-nics; teaching design
1 前言
整流電路是直流穩(wěn)壓電源中不可缺少的組成電路。而單相橋式整流電路是單相整流電路中最常見的一類電路,在日常生活中得到廣泛的應(yīng)用。電工電子學(xué)課程中,在電子技術(shù)部分介紹了二極管之后就可以進(jìn)入單相橋式整流電路的學(xué)習(xí)。單相橋式整流電路是指應(yīng)用于單相電路中由4個(gè)二極管連接而成的一種橋式整流電路,它可以實(shí)現(xiàn)將交流電變?yōu)槊}動(dòng)的直流電的整流功能。對(duì)單相橋式整流電路的學(xué)習(xí)是電子技術(shù)部分非常重要的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。為了將抽象難懂的電路原理講清楚明白,課堂教學(xué)就需要進(jìn)行合理有效的教學(xué)設(shè)計(jì)。
首先應(yīng)明確教學(xué)的目的是要幫助學(xué)生掌握單相橋式整流電路的組成和特點(diǎn),會(huì)分析單相橋式整流電路的工作原理,并能畫出相應(yīng)的輸出電壓、電流的波形,會(huì)分析計(jì)算單相橋式整流電路中輸出電壓、電流并了解晶體二極管的選擇要求。教學(xué)的重點(diǎn)是橋式整流電路的結(jié)構(gòu)和工作原理,難點(diǎn)則在于橋式整流電路的連接方式和工作波形分析。
2整體設(shè)計(jì)
教學(xué)安排上這部分內(nèi)容通常用1課時(shí)即45分鐘來完成。在目前高校的教學(xué)模式中,采用的教學(xué)方法主要是利用現(xiàn)有的多媒體教學(xué)設(shè)備,通過PPT課件的講解來組織課堂教學(xué)。教師可以通過課件講解、黑板板書、引導(dǎo)提問、軟件演示和實(shí)物展示等多種教學(xué)手段來幫助學(xué)生理解掌握知識(shí)點(diǎn)。具體教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置:通過穩(wěn)壓電源的組成結(jié)構(gòu)引入整流電路的需求,引導(dǎo)學(xué)生思考整流電路的實(shí)現(xiàn)方法,進(jìn)而介紹單相半波整流電路工作原理、電路參數(shù)計(jì)算;提出半波整流電路的不足,通過疑問如何改進(jìn)電路,引入單相橋式整
流;用多媒體課件展現(xiàn)橋式整流工作原理、電路電流電壓分析;小結(jié)單相橋式整流電路的工作過程,通過練習(xí)分析橋式整流電路二極管斷路故障;例題講解單相全波整流電路;板書比較3種整流電路的優(yōu)劣;最后給出學(xué)生搭的直流電源實(shí)物照片,激發(fā)學(xué)生興趣。
在整個(gè)教學(xué)過程中,在教師的講解下,引導(dǎo)學(xué)生去思考,啟發(fā)學(xué)生的思路,從而達(dá)到幫助學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)要點(diǎn)的教學(xué)目的[1]。
在引入環(huán)節(jié),以日常常見的穩(wěn)壓電源的組成結(jié)構(gòu)入手,吸引學(xué)生興趣,啟發(fā)學(xué)生思考直流電源的組成部件。一個(gè)直流電壓源通常由交流變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成,其中整流電路的作用是將方向變化的交流電壓變成方向單一的脈動(dòng)直流電壓。電路的關(guān)鍵在于方向的變化,而影響方向的電路元件,學(xué)生通過思考,很容易想到二極管。
接下來很自然地介紹由二極管所構(gòu)成的單相半波整流電路。單相半波整流電路工作原理很好理解,就是利用二極管的單向?qū)щ娦?。二極管正向?qū)ㄊ沟谜胫艿碾妷耗軌騻鬟f過去,負(fù)載上得到正向電壓。而二極管反向截止使得負(fù)半周電壓時(shí)電路開路,負(fù)載電壓為零。分析完電路原理后,再對(duì)電路中各元件的電壓電流參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,了解所需二極管的基本要求。之后通過對(duì)電路輸出波形的分析,根據(jù)單相半波整流電路的不足,提出進(jìn)行單相全波整流的必要性。
隨后介紹單相橋式整流電路的結(jié)構(gòu)。對(duì)4個(gè)二極管的橋式連接基本結(jié)構(gòu),學(xué)生很容易記住,但是接頭的連接方式比較容易混淆??梢砸龑?dǎo)學(xué)生觀察二極管和電源及負(fù)載連接的二極管的個(gè)數(shù)和極性,教給學(xué)生“兩兩相連,源反阻同”這樣的口訣來記憶電路連接方式[2]。搞清楚電路結(jié)構(gòu)之后,運(yùn)用PPT動(dòng)畫演示向?qū)W生展示橋式整流電路的工作原理,理解橋臂上二極管兩個(gè)一組、兩兩分別導(dǎo)通變?nèi)ㄝ敵龅脑?,如圖1所示。計(jì)算電路中各元件的電壓電流參數(shù),對(duì)單相橋式整流電路做個(gè)小結(jié)回顧。給出練習(xí)題,讓學(xué)生分析橋式整流電路中二極管出現(xiàn)短路或者斷路故障帶來的問題。
作為補(bǔ)充,通過例題講解圖2所示單相全波整流電路,計(jì)算電路中各元件參數(shù)。最后通過板書比較3種整流電路的優(yōu)劣,如表1所示。綜合來看,單相橋式整流電路兼具性能好和對(duì)元器件要求低的特點(diǎn),因此獲得最為廣泛的應(yīng)用。
最后布置課外作業(yè),讓學(xué)生使用Multisim仿真軟件搭建橋式整流電路,進(jìn)而進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)多路直流電源輸出。通過軟件自帶示波器觀測(cè)橋式整流電路輸出波形變化。系統(tǒng)仿真電路模型如圖3所示,鼓勵(lì)有能力的學(xué)生去實(shí)驗(yàn)室實(shí)際搭建實(shí)現(xiàn)直流電源電路。給出往屆學(xué)生作品實(shí)物(圖4),吸引學(xué)生興趣,也堅(jiān)定學(xué)生制作成功的信心。同時(shí)也是為后面濾波穩(wěn)壓電路的學(xué)習(xí)做好教學(xué)鋪墊。
3 結(jié)語
課堂教學(xué)是高校教學(xué)活動(dòng)中的核心和主要環(huán)節(jié)。單相橋式整流電路作為電工電子學(xué)課程中電子技術(shù)部分的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn),教師多開動(dòng)腦筋,通過多媒體、軟件和實(shí)物多種教學(xué)手段來幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容,對(duì)完成教學(xué)目標(biāo)是十分有益的。通過這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)創(chuàng)新探索,教師對(duì)整個(gè)電子技術(shù)課堂教學(xué)進(jìn)行反思,相信對(duì)教學(xué)水平的提高有所幫助。參考文獻(xiàn)
[1]嚴(yán)萍.單相橋式整流電路的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].時(shí)代教育,
2012(6):18.
【關(guān)鍵詞】集成電路;EDA;項(xiàng)目化
0 前言
21世紀(jì)是信息時(shí)代,信息社會(huì)的快速發(fā)展對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才的需求激增。我國(guó)高校開設(shè)集成電路設(shè)計(jì)課程的相關(guān)專業(yè),每年畢業(yè)的人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場(chǎng)的需求,因此加大相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)力度是各大高校的當(dāng)務(wù)之急。針對(duì)這種市場(chǎng)需求,我校電子信息工程專業(yè)電子方向致力于培養(yǎng)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí),工程實(shí)踐動(dòng)手能力強(qiáng)的集成電路設(shè)計(jì)人才[1]。
針對(duì)集成電路設(shè)計(jì)課程體系,進(jìn)行課程教學(xué)改革。教學(xué)改革的核心是教學(xué)課程體系的改革,包括理論教學(xué)內(nèi)容改革和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)改革,旨在改進(jìn)教學(xué)方法,提高教學(xué)質(zhì)量,現(xiàn)已做了大量的實(shí)際工作,取得了一定的教學(xué)成效。改革以集成電路設(shè)計(jì)流程為主線,通過對(duì)主流集成電路開發(fā)工具Tanner Pro EDA設(shè)計(jì)工具的學(xué)習(xí)和使用,讓學(xué)生掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想和方法,理論與實(shí)踐并重,熟悉從系統(tǒng)建模到芯片版圖設(shè)計(jì)的全過程,培養(yǎng)學(xué)生具備從簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)到復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力,具備進(jìn)行集成電路設(shè)計(jì)的基本專業(yè)知識(shí)和技能。
1 理論教學(xué)內(nèi)容的改革
集成電路設(shè)計(jì)課程的主要內(nèi)容包括半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體制造工藝、半導(dǎo)體器件原理、模擬電路設(shè)計(jì)、數(shù)字電路設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)及Tanner EDA工具等內(nèi)容,涉及到集成電路從選材到制造的不同階段。傳統(tǒng)的理論課程教學(xué)方式,以教師講解為主,板書教學(xué),但由于課程所具有的獨(dú)特性,在介紹半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體工藝時(shí),主要靠教師的描述,不直觀形象,因此引進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的補(bǔ)充和完善,以多媒體教學(xué)為主,結(jié)合板書教學(xué),以圖片形式展現(xiàn)各種形態(tài)的半導(dǎo)體材料,以動(dòng)畫的形式播放集成電路的制造工藝流程,每一種基本電路結(jié)構(gòu)都給出其典型的版圖照片,使學(xué)生對(duì)集成電路建立直觀的感性認(rèn)識(shí),充分激發(fā)教師和學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主動(dòng)性和互動(dòng)性,提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。
2 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的改革
實(shí)踐教學(xué)的目的是依托主流的集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),讓學(xué)生初步掌握集成電路設(shè)計(jì)流程和基本的集成電路設(shè)計(jì)能力,為今后走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的教學(xué)方式是老師提前編好實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求,一步步來完成實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式不能很好調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,再加上考核方式比較單一,學(xué)生對(duì)集成電路設(shè)計(jì)的概念和流程比較模糊,為了打破這種局面,實(shí)踐環(huán)節(jié)采用與企業(yè)密切相關(guān)的工程項(xiàng)目來完成。項(xiàng)目化實(shí)踐環(huán)節(jié)可以充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性,使學(xué)生能夠積極參與到教學(xué)當(dāng)中,從而更好的完成教學(xué)目標(biāo),同時(shí)也能夠增強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)和合作意識(shí)。
實(shí)踐環(huán)節(jié)選取CMOS帶隙基準(zhǔn)電壓源作為本次實(shí)踐教學(xué)的項(xiàng)目。該項(xiàng)目來源于企業(yè),是數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一個(gè)重要的組成模塊。本項(xiàng)目從電路設(shè)計(jì)、電路仿真、版圖設(shè)計(jì)、版圖驗(yàn)證等流程對(duì)學(xué)生做全面的訓(xùn)練,使學(xué)生對(duì)集成電路設(shè)計(jì)流程有深刻的認(rèn)識(shí)。學(xué)生要理解CMOS帶隙基準(zhǔn)電壓源的原理,參與到整個(gè)設(shè)計(jì)過程中,對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行仿真測(cè)試,驗(yàn)證其功能的正確性,然后進(jìn)行各個(gè)元件的設(shè)計(jì)及布局布線,最后對(duì)版圖進(jìn)行了規(guī)則檢查和一致性檢查,完成整個(gè)電路的版圖設(shè)計(jì)和版圖原理圖比對(duì),生成GDS II文件用于后續(xù)流片[2]。
CMOS帶隙基準(zhǔn)電壓源設(shè)計(jì)項(xiàng)目可分為四個(gè)部分啟動(dòng)電路、提供偏置電路、運(yùn)算放大器和帶隙基準(zhǔn)的核心電路部分。電路設(shè)計(jì)可由以下步驟來完成:
1)子功能塊電路設(shè)計(jì)及仿真;
2)整體電路參數(shù)調(diào)整及優(yōu)化;
3)基本元器件NMOS/PMOS的版圖;
4)基本單元與電路的版圖;
5)子功能塊版圖設(shè)計(jì)和整體版圖設(shè)計(jì);
6)電路設(shè)計(jì)與版圖設(shè)計(jì)比對(duì)。
在整個(gè)項(xiàng)目化教學(xué)過程,參照企業(yè)項(xiàng)目合作模式將學(xué)生分為4個(gè)項(xiàng)目小組,每個(gè)小組完成一部分電路設(shè)計(jì)及版圖設(shè)計(jì),每個(gè)小組推選一名專業(yè)能力較強(qiáng)且具有一定組織能力的同學(xué)擔(dān)任組長(zhǎng)對(duì)小組進(jìn)行管理。這樣做可以在培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的同時(shí),加強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。在整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中,以學(xué)生探索和討論為主,教師起引導(dǎo)作用,給學(xué)生合理的建議,引導(dǎo)學(xué)生找出解決問題的方法。項(xiàng)目完成后,根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施情況對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。
3 教學(xué)改革效果與創(chuàng)新
理論教學(xué)改革采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué),以多媒體教學(xué)為主,結(jié)合板書教學(xué),對(duì)集成電路材料和工藝有直觀感性的認(rèn)識(shí),學(xué)生的課堂效率明顯提高,課堂氣氛活躍,師生互動(dòng)融洽。實(shí)踐環(huán)節(jié)改革通過項(xiàng)目化教學(xué)方式,學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣明顯提高,設(shè)計(jì)目標(biāo)明確,在設(shè)計(jì)過程中學(xué)會(huì)了查找文獻(xiàn)資料,學(xué)會(huì)與人交流,溝通的能力也得到提高。同時(shí)項(xiàng)目化教學(xué)方式使學(xué)生對(duì)集成電路的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)流程有了整體的認(rèn)識(shí)和把握,對(duì)元件的版圖設(shè)計(jì)流程有了一定的認(rèn)識(shí)。學(xué)生已經(jīng)初步掌握了集成電路的設(shè)計(jì)方法,但要達(dá)到較高的設(shè)計(jì)水平,設(shè)計(jì)出性能良好的器件,還需要在以后的工作中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)[3]。
4 存在問題及今后改進(jìn)方向
集成電路設(shè)計(jì)課程改革雖然取得了一定的成果,但仍存在一些問題:由于微電子技術(shù)發(fā)展速度很快,最新的行業(yè)技術(shù)在課堂教學(xué)中體現(xiàn)較少;學(xué)生實(shí)踐能力不高,動(dòng)手能力不強(qiáng)。
針對(duì)上述問題,我們提出如下解決方法:
1)在課堂教學(xué)中及時(shí)引進(jìn)行業(yè)最新發(fā)展趨勢(shì)和(下轉(zhuǎn)第220頁)(上接第235頁)技術(shù),使學(xué)生能夠及時(shí)接觸到行業(yè)前沿知識(shí),增加與企業(yè)的合作;
2)加大實(shí)驗(yàn)室開放力度,建立一個(gè)開放的實(shí)驗(yàn)室供學(xué)生在課余時(shí)間自由使用,為學(xué)生提供實(shí)踐機(jī)會(huì),并且鼓勵(lì)能力較強(qiáng)的學(xué)生參與到教師研項(xiàng)目當(dāng)中。
【參考文獻(xiàn)】
[1]段吉海.“半導(dǎo)體集成電路”課程建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2007,05(29).
關(guān)鍵詞:集成電路設(shè)計(jì)企業(yè);成本核算
中圖分類號(hào):F23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
收錄日期:2015年8月30日
一、前言
集成電路的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈包括三大部分,即集成電路設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造和封裝及測(cè)試。由于集成電路行業(yè)在我國(guó)起步晚,目前最尖端的集成電路企業(yè)幾乎全被外資壟斷,因此國(guó)家從改革開放以來,逐年加大集成電路產(chǎn)業(yè)的投入。近年來,我國(guó)的集成電路企業(yè)飛速發(fā)展,規(guī)模逐年擴(kuò)大。根據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),2015年第一季度中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額為685.5億元。其中,IC設(shè)計(jì)銷售額為225.1億元,生產(chǎn)制造業(yè)銷售額為184.9億元,封裝測(cè)試銷售額為275.5億元。作為集成電路產(chǎn)業(yè)的IC設(shè)計(jì)得到國(guó)家的大力鼓勵(lì)發(fā)展,以期望由IC設(shè)計(jì)帶動(dòng)整個(gè)中國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)。我國(guó)的集成電路企業(yè)主要分布在長(zhǎng)三角、珠三角、京津地區(qū)和西部的重慶、西安和武漢等。其中,長(zhǎng)三角地區(qū)集中了全國(guó)約55%的集成電路制造企業(yè)、80%的集成電路封裝測(cè)試企業(yè)和近50%的集成電路設(shè)計(jì)企業(yè),該區(qū)域已經(jīng)形成了包括集成電路的研發(fā)、設(shè)計(jì)、芯片制造、封裝測(cè)試及其相關(guān)配套支撐等在內(nèi)的完整產(chǎn)業(yè)鏈條。
集成電路行業(yè)是一個(gè)高投入、高產(chǎn)出和高風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè),動(dòng)輒幾十億元甚至幾百億元的投入才能建成一條完整的生產(chǎn)線。國(guó)務(wù)院在2000年就開始下發(fā)文件鼓勵(lì)軟件和集成電路企業(yè)發(fā)展,從政策法規(guī)方面,鼓勵(lì)資金、人才等資源向集成電路企業(yè)傾斜;2010年和2012年更是聯(lián)合國(guó)家稅務(wù)總局下發(fā)文件對(duì)集成電路企業(yè)進(jìn)行稅收優(yōu)惠激勵(lì),2013年國(guó)家發(fā)改委等五部門聯(lián)合下發(fā)了發(fā)改高技[2013]234號(hào)文,凡是符合認(rèn)定的集成電路設(shè)計(jì)的企業(yè)均可以享受10%的所得稅優(yōu)惠政策。因此,對(duì)于這樣一個(gè)高投入、高技術(shù)、高速發(fā)展的產(chǎn)業(yè),國(guó)家又大力支持的產(chǎn)業(yè),做好成本核算是非常必要的。長(zhǎng)期以來,集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)由于行業(yè)面較窄,又屬于高投入、復(fù)雜程度不斷提高的行業(yè),成本核算一直沒有一個(gè)明確的核算方法。
二、集成電路設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程
集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)是一個(gè)新型行業(yè)的研發(fā)設(shè)計(jì)企業(yè),跟常規(guī)企業(yè)的工作流程有很大區(qū)別,如下圖1。(圖1)集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)在收到客戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求后,根據(jù)產(chǎn)品需求進(jìn)行IC設(shè)計(jì)和繪圖,設(shè)計(jì)過程中需要選擇相應(yīng)的晶圓材料,以便滿足設(shè)計(jì)需求。設(shè)計(jì)完成后需要把設(shè)計(jì)圖紙制造成光刻掩膜版作為芯片生產(chǎn)的母版,在IC生產(chǎn)環(huán)節(jié),通過光刻掩膜版在晶圓上生產(chǎn)出所設(shè)計(jì)的芯片產(chǎn)品。生產(chǎn)完成后進(jìn)入下一環(huán)節(jié)封裝,由專業(yè)的封裝企業(yè)對(duì)所生產(chǎn)的芯片進(jìn)行封裝,然后測(cè)試相關(guān)芯片產(chǎn)品的參數(shù)和性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,初步測(cè)試完成后,把芯片產(chǎn)品返回集成電路設(shè)計(jì)企業(yè),由設(shè)計(jì)企業(yè)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行出廠前的測(cè)試和檢驗(yàn),最后合格的芯片將會(huì)發(fā)給客戶。
對(duì)于集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)來說,整個(gè)集成電路生產(chǎn)流程都需要全方位介入,每個(gè)環(huán)節(jié)都要跟蹤,以便設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能符合要求,一旦一個(gè)環(huán)節(jié)出了問題,例如合格率下降、封裝不符合要求等,設(shè)計(jì)的芯片可能要全部報(bào)廢,無法返工處理,這將會(huì)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)帶來很大損失。
三、成本核算方法比較
傳統(tǒng)企業(yè)的成本核算方法一般有下面幾種:
(一)品種法:核算產(chǎn)品成本的品種法是以產(chǎn)品的品種為成本計(jì)算對(duì)象,歸集費(fèi)用,計(jì)算產(chǎn)品成本的一種方法。品種法一般適用于大量大批單步驟生產(chǎn)類型的企業(yè),如發(fā)電、采掘等企業(yè)。在這種類型的企業(yè)中,由于產(chǎn)品的工藝流程不能間斷,沒有必要也不可能劃分生產(chǎn)步驟計(jì)算產(chǎn)品成本,只能以產(chǎn)品品種作為成本計(jì)算對(duì)象。
品種法除廣泛應(yīng)用于單步驟生產(chǎn)類型的企業(yè)外,對(duì)于大量大批多步驟生產(chǎn)類型的企業(yè)或者車間,如果其生產(chǎn)規(guī)模小,或者按流水線組織生產(chǎn),或者從原材料投入到產(chǎn)品產(chǎn)出的全過程是集中封閉式的生產(chǎn),管理上不要求按照生產(chǎn)步驟計(jì)算產(chǎn)品成本,也可以采用品種法計(jì)算成本,如小型水泥廠、磚瓦廠、化肥廠、鑄造廠和小型造紙廠等。
按照產(chǎn)品品種計(jì)算成本,是產(chǎn)品成本計(jì)算最基礎(chǔ)、最一般的要求。不論什么組織方式的制造企業(yè),不論什么生產(chǎn)類型的產(chǎn)品,也不論成本管理要求如何,最終都必須按照產(chǎn)品品種計(jì)算出產(chǎn)品成本。因此,品種法是最基本的成本計(jì)算方法。
(二)分批法:分批法亦稱訂單法,它是以產(chǎn)品的批別(或訂單)為計(jì)算對(duì)象歸集費(fèi)用并計(jì)算產(chǎn)品成本法的一種方法。分批法一般適用于單件小批生產(chǎn)類型的企業(yè),如船舶、重型機(jī)械制造企業(yè)以及精密儀器、專用設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)。對(duì)于新產(chǎn)品的試制,工業(yè)性修理作業(yè)和輔助生產(chǎn)的工具模具制造等,也可以采用分批法計(jì)算成本。在單件小批生產(chǎn)類型企業(yè)中,通常根據(jù)用戶的訂單組織產(chǎn)品生產(chǎn),生產(chǎn)何種產(chǎn)品,每批產(chǎn)品的批量大小以及完工時(shí)間,均要根據(jù)需求單位加以確定。同時(shí),也要考慮訂單的具體情況,并結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)負(fù)荷程度合理組織產(chǎn)品的批次及批量。
(三)分步法:分布法是以產(chǎn)品的品種及其所經(jīng)過的生產(chǎn)步驟作為成本計(jì)算對(duì)象,歸集生產(chǎn)費(fèi)用,計(jì)算各種產(chǎn)品成本及其各步驟成本的一種方法。分布法主要適用于大量大批復(fù)雜生產(chǎn)的企業(yè),如紡織、冶金、造紙等大批量、多步驟生產(chǎn)類型的企業(yè)。例如,鋼鐵企業(yè)可分為煉鐵、煉鋼、軋鋼等生產(chǎn)步驟。在這種企業(yè)里,其生產(chǎn)過程是由若干個(gè)在技術(shù)上可以間斷的生產(chǎn)步驟組成的,每個(gè)生產(chǎn)步驟除了生產(chǎn)出半成品(最后步驟為產(chǎn)品)外,還有一些處于加工階段的在產(chǎn)品。已經(jīng)生產(chǎn)出來的半成品及可以用于下一生產(chǎn)步驟的再加工,也可以對(duì)外銷售。
(四)作業(yè)成本法:作業(yè)成本法是一個(gè)以作業(yè)為基礎(chǔ)的管理信息系統(tǒng)。它以作業(yè)為中心,作業(yè)的劃分從產(chǎn)品設(shè)計(jì)開始,到物料供應(yīng);從工藝流程的各個(gè)環(huán)節(jié)、總裝、質(zhì)檢到發(fā)運(yùn)銷售全過程,通過對(duì)作業(yè)及作業(yè)成本的確認(rèn)計(jì)量,最終計(jì)算出相對(duì)準(zhǔn)確的產(chǎn)品成本。同時(shí),經(jīng)過對(duì)所有與產(chǎn)品相關(guān)聯(lián)作業(yè)的跟蹤,消除不增值作業(yè),優(yōu)化作業(yè)鏈和價(jià)值鏈,增加需求者價(jià)值,提供有用信息,促進(jìn)最大限度的節(jié)約,提高決策、計(jì)劃、控制能力,以最終達(dá)到提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和獲利能力,增加企業(yè)價(jià)值的目的。
由于集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)的特殊生產(chǎn)工藝流程,集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)的主要生產(chǎn)和封裝、測(cè)試都是在第三方廠家進(jìn)行,分批法、分步法和作業(yè)成本法都不太適合作為集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)的成本核算方法,所以品種法將作為集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)的基礎(chǔ)成本核算方法。
四、IC產(chǎn)品的品種法
品種法作為一種傳統(tǒng)的成本核算方法,在集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)里是十分實(shí)用的。由于集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)的生產(chǎn)流程比較特殊,產(chǎn)品從材料到生產(chǎn)、封裝、測(cè)試,最后回到集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)都是在第三方廠商進(jìn)行,每一個(gè)環(huán)節(jié)的成本費(fèi)用無法及時(shí)掌握,IC產(chǎn)品又有其特殊性,每種產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中,不僅依賴于設(shè)計(jì)圖紙,而且依賴于代工的工藝水平,每個(gè)批次的合格率并不盡相同,其成品率通常只有在該種產(chǎn)品的所有生產(chǎn)批次全部回到設(shè)計(jì)企業(yè)并通過質(zhì)量的合格測(cè)試入庫時(shí)才能準(zhǔn)確得出,然而設(shè)計(jì)企業(yè)的產(chǎn)品并不是一次性全部生產(chǎn)出來,一般需要若干個(gè)批次,或許幾十上百個(gè)批次加工,在最后幾個(gè)批次返回設(shè)計(jì)企業(yè)時(shí),早期的許多批次產(chǎn)品早已經(jīng)發(fā)給客戶使用了,因此集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)的按品種進(jìn)行成本核算應(yīng)該是有一定預(yù)期的品種法,即需要提前預(yù)估該種產(chǎn)品的成品率或廢品率,盡量準(zhǔn)確核算每一個(gè)IC產(chǎn)品的成本。
五、結(jié)語
集成電路設(shè)計(jì)是個(gè)技術(shù)發(fā)展、技術(shù)更新非常迅速的行業(yè),IC設(shè)計(jì)企業(yè)要在這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈的行業(yè)站住腳跟或者有更好的發(fā)展,就必須緊密把握市場(chǎng)的變化趨勢(shì),不斷的進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新、改進(jìn)技術(shù)或工藝,及時(shí)調(diào)整市場(chǎng)需求的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方向,持續(xù)不斷的通過科學(xué)合理的成本控制手段,從技術(shù)上和成本上建立競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì);同時(shí),充分利用國(guó)家對(duì)于集成電路產(chǎn)業(yè)的優(yōu)惠政策,特別是對(duì)集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)的優(yōu)惠政策,加大重大項(xiàng)目和新興產(chǎn)業(yè)IC芯片應(yīng)用的研發(fā)和投資力度;合理利用中國(guó)高等院校、科研院所在集成電路、電子信息領(lǐng)域的研究資源和技術(shù),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的發(fā)展思路,縮短項(xiàng)目的研發(fā)周期;通過各種途徑加強(qiáng)企業(yè)的成本控制手段,來達(dá)到提高中國(guó)IC設(shè)計(jì)企業(yè)整體競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力,擴(kuò)大市場(chǎng)份額。
主要參考文獻(xiàn):
[1]中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì).cn.
關(guān)鍵詞:電路設(shè)計(jì);電器控制;方法;比較
1簡(jiǎn)述電器控制電路設(shè)計(jì)方法
電器控制電路設(shè)計(jì)方法最常用的有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、邏輯設(shè)計(jì)法和電器工作流程圖方法?,F(xiàn)就多角度地分析敘述的三種方案。沒有固定模式,典型電路環(huán)節(jié)拼湊實(shí)現(xiàn)基本要求,依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的,這種方法叫經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。采用這類方案,應(yīng)注意以下原則性的要求:第一點(diǎn)是在設(shè)計(jì)前,要調(diào)查清楚生產(chǎn)要求,需對(duì)同類產(chǎn)品分析與綜合,最大限度地實(shí)現(xiàn)工藝與功能要求。一般來說,只要滿足了起動(dòng)、反向和制動(dòng),并在規(guī)定范圍內(nèi)平滑調(diào)速,或是發(fā)出保護(hù)信號(hào)預(yù)報(bào)等基本問題,觀察其基本反映,征求設(shè)計(jì)人員的意見,因地制宜,針對(duì)性的對(duì)比綜合研究,提出詳實(shí)地設(shè)計(jì)計(jì)劃,以此作為該類方法的依存。第二點(diǎn)是電器控制電路在滿足基本生產(chǎn)要求后,應(yīng)讓電路做到簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。盡量少選用電器,數(shù)量少,節(jié)約成本。盡量選用驗(yàn)證過的電路和環(huán)節(jié),滿足實(shí)驗(yàn)所求。盡量選用短的連接線,接觸點(diǎn)數(shù)量應(yīng)越來越少。必須能實(shí)現(xiàn)三個(gè)盡量,把控設(shè)計(jì)方法在范圍內(nèi),才能更好地凸顯此方法的優(yōu)勢(shì)。第三點(diǎn)是安全性在電路設(shè)計(jì)中是第一位的,若是連安全性都沒法保證,那么,設(shè)計(jì)的電路就根本沒法正常運(yùn)作。選用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)、抗干擾性能好的電器元件。必須避免以下三種情況,一是避免寄生回路在控制電路里出現(xiàn)。二是避免按次序接通電器后,另一電器的控制電路才能接通。三是避免誤操作,電路中需設(shè)有保護(hù)環(huán)節(jié)和一些信號(hào)指示等,保證電路能可靠的動(dòng)作,減少事故發(fā)生的概率。電路里一般需有過載、短路、過流、過壓、失壓等保護(hù)措施,指示信號(hào)有合閘、斷開、事故、安全等。同時(shí),電器聯(lián)鎖和機(jī)械聯(lián)鎖,在頻繁操作的可逆電路中,正反向接觸器之間必須是有聯(lián)鎖保護(hù)環(huán)節(jié)。電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式根據(jù)電網(wǎng)容量的狀態(tài)決定,如它的電壓大小、頻率的波動(dòng)范圍和沖擊電流允許值等參數(shù)。直接起動(dòng)或是間接起動(dòng)都需參照電路的實(shí)際情況決定。如果大容量接觸器的線圈是用小容量繼電器的觸頭來控制的,觸點(diǎn)線圈必須正確連接電器。同時(shí),必須計(jì)算繼電器觸頭斷開和接通容量是否足夠。不夠時(shí),小容量接觸器或中間繼電器必須增加,以此來保障電路狀態(tài)可靠的工作。第四點(diǎn)是減少人工操作的頻繁度,增加自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制的方式。盡量選擇操作和維修方便的控制機(jī)構(gòu),在控制形式上,能便捷地在兩種控制方式之間自由轉(zhuǎn)換,避免帶電檢查和維修。邏輯設(shè)計(jì)法一般是接觸器和繼電器系統(tǒng),利用邏輯代數(shù),最小化原件量設(shè)計(jì)出控制電路?!?”和“0”分別表示相互對(duì)立的物理狀態(tài),線圈正在通電用“1”表示,它是指線圈繼電器和接觸器觸頭閉合。線圈已經(jīng)斷電代表的是“0”,在處于斷開觸頭的階段。線圈通、斷電的基礎(chǔ)及其動(dòng)斷觸頭的現(xiàn)實(shí)情況是組成線圈與電源聯(lián)系的不容忽視地重要一環(huán)。在這種設(shè)計(jì)方法里,也需考慮邏輯函數(shù)運(yùn)算、簡(jiǎn)化邏輯函數(shù)等幾方面的因素。將觸頭狀態(tài)的邏輯變量,通過邏輯函數(shù),計(jì)算出相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際電路的形式,便于設(shè)計(jì)人員的工作,這就是設(shè)計(jì)人員參考的第一要素,即邏輯函數(shù)運(yùn)算。簡(jiǎn)化邏輯函數(shù)一般來說是指簡(jiǎn)化各類繼電器與接觸器電路,可通過公式法和基本定律進(jìn)行化簡(jiǎn)。在實(shí)際電路組合里,化簡(jiǎn)時(shí),必須注意不可或缺地兩點(diǎn)注意事項(xiàng)。其一是不必為了化簡(jiǎn)而強(qiáng)行節(jié)省觸點(diǎn),可多用觸點(diǎn)來使電路的實(shí)際邏輯功能更加清晰明了,利于讀者的閱讀與思考。其二是限制觸點(diǎn)的容量,不能超過電路所承載的關(guān)斷任務(wù)范圍。邏輯設(shè)計(jì)法的使用時(shí)注意要點(diǎn)已簡(jiǎn)要說明,相比經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法,有創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)思路。電器工作流程圖方法是在前兩種設(shè)計(jì)方法上逐步發(fā)展起來的,人們遵循從左到右的繪制原則。啟動(dòng)和停止階段指的是電流兩種工作狀態(tài),這是電流的工作流程的兩個(gè)階段。左側(cè)是繪制電器“KA”“SB”、接觸器“KM”等控制電路的文字按鈕,用不同的狀態(tài)框表達(dá)電器元件的差異。狀態(tài)框與元件應(yīng)保持同一水平位置,以時(shí)間為序,畫出匹配的電氣文字符號(hào)。約定俗成,人們公認(rèn)電器動(dòng)作用黑框來代表,白框表達(dá)的則是電器釋放這一概念,按鈕框說的是點(diǎn)動(dòng)按鈕。實(shí)線相連接狀態(tài)框是指控制電路,反之,與虛線相連的狀態(tài)框,說的是非控制電路。
2分析比較電器控制電路設(shè)計(jì)方法
經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法適用于設(shè)計(jì)人員能熟練掌握電路控制方法的內(nèi)容,且操作方便、快捷,對(duì)設(shè)計(jì)人員要求不高,只需具備豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。但在實(shí)際設(shè)計(jì)里,特別容易出現(xiàn)較多問題,只能反復(fù)修改和試驗(yàn),直至符合電路設(shè)計(jì)要求。雖說它出現(xiàn)問題的概率高,可這類方法合理性好,復(fù)雜電路能完成設(shè)計(jì)。相較于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法來說,邏輯設(shè)計(jì)法的工作難度比較大,短時(shí)間里不容易掌握。在實(shí)際狀況里,電器可隨意排次序,為實(shí)現(xiàn)基本要求,增加輔助電器,使得未確定最終結(jié)果是設(shè)計(jì)方案多種多樣,不具唯一性。彌補(bǔ)了前兩種設(shè)計(jì)上的不足。即,不需要豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),難度不是很大,按照時(shí)間原則進(jìn)行設(shè)計(jì)即可。
3結(jié)語
本文敘述了三種電器控制電路設(shè)計(jì)方法,它們有著獨(dú)屬于自己的特點(diǎn),各自的側(cè)重點(diǎn)不同。經(jīng)驗(yàn)和邏輯設(shè)計(jì)法難度較大,以時(shí)間為原則的電器工作流程圖法,彌補(bǔ)了這兩種方法的不足。根據(jù)實(shí)際工作的功能要求,選擇最合適的設(shè)計(jì)方法,便于設(shè)計(jì)人員使用。
參考文獻(xiàn):
[1]馬慶銀.選煤廠低壓變頻調(diào)速裝置應(yīng)用及電路設(shè)計(jì)[J].選煤技術(shù),2014(4):73~76.
【關(guān)鍵詞】集成電路設(shè)計(jì) 工業(yè)化教學(xué)模式 研究與實(shí)踐
一、集成電路設(shè)計(jì)業(yè)背景
集成電路(Integrated Circuit,IC)是指將很多微電子器件電路集成在芯片上的一種高級(jí)微電子器件。通常使用硅為基礎(chǔ)材料,在上面通過擴(kuò)散或滲透技術(shù)形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體及PN結(jié)。20世紀(jì)中期,半導(dǎo)體設(shè)備可實(shí)現(xiàn)真空管功能的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),以及半導(dǎo)體制造技術(shù)的進(jìn)步,使得集成電路成為可能。第一個(gè)集成電路雛形是由杰克?基爾比于1958年完成的。僅僅在其開發(fā)后半個(gè)世紀(jì),集成電路變得無處不在,電腦、手機(jī)和其他數(shù)字電器成為現(xiàn)代社會(huì)結(jié)構(gòu)不可缺少的一部分。
二、Linux/Unix背景
UNIX操作系統(tǒng)(UNIX)是美國(guó)AT&T公司1971年在PDP-11上開發(fā)的操作系統(tǒng),具有多用戶、多任務(wù)的特點(diǎn),支持多種處理器架構(gòu)。Linux操作系統(tǒng)(Linux),是一系列類Unix計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的統(tǒng)稱。Linux操作系統(tǒng)是自由軟件和開放源代碼發(fā)展中最著名的例子。
在集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)中,有著簡(jiǎn)明清晰的權(quán)限控制、高穩(wěn)定性、高性能、可大規(guī)模并行以及有著深厚開發(fā)工具基礎(chǔ)的Linux/Unix操作系統(tǒng)被廣泛地使用。這就意味著,掌握Linux/Unix操作系統(tǒng)的使用是集成電路設(shè)計(jì)工程師必需的基本技能。為了滿足工業(yè)界的需求以及培養(yǎng)合格的工程碩士,數(shù)字集成電路與系統(tǒng)集成專業(yè)設(shè)置了工業(yè)Linux/Unix課程以培訓(xùn)相關(guān)技能。
工業(yè)Linux/Unix課程則主要針對(duì)集成電路設(shè)計(jì)工業(yè)界的需求,對(duì)未來的集成電路工程師進(jìn)行必要的職業(yè)技能培訓(xùn),使其能在進(jìn)入工業(yè)界后迅速地熟悉相應(yīng)的開發(fā)平臺(tái)并在該平臺(tái)上發(fā)揮其集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)的知識(shí)與技能。該課程有著以下特點(diǎn):
(一)針對(duì)性強(qiáng)。本課程的教學(xué)目標(biāo)非常明確:使得學(xué)生們通過該課程的學(xué)習(xí)能夠掌握工業(yè)生產(chǎn)流程中最有可能遇到的部分知識(shí)與技能,擁有很強(qiáng)的針對(duì)性。
(二)注重培養(yǎng)實(shí)際操作能力。本課程的目標(biāo)是培養(yǎng)可進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)開發(fā)的集成電路設(shè)計(jì)工程師,滿足工業(yè)界的需求,而不是為研究院所提供科研人才,實(shí)際的操作能力是本課程的重點(diǎn)所在。
三、工業(yè)化教學(xué)模式
為滿足該課程的教學(xué)目標(biāo),建議對(duì)工業(yè)化產(chǎn)業(yè)化的教學(xué)模式在該課程教學(xué)中實(shí)施2.以下幾個(gè)方面的措施:
(一)課程結(jié)構(gòu)原子化。針對(duì)該課程知識(shí)點(diǎn)眾多針對(duì)性強(qiáng)的特點(diǎn),重新梳理課程結(jié)構(gòu)、整理課程體系。將課程內(nèi)容按照工業(yè)界開發(fā)流程分割排列為若干相對(duì)獨(dú)立又相互聯(lián)系的單元。即仿真以下情景:一組從未接觸過Linux/Unix操作系統(tǒng)的工程師被要求在該操作系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā),同時(shí)項(xiàng)目開發(fā)與時(shí)間進(jìn)度均有著相應(yīng)的要求,那么他們應(yīng)該如何學(xué)習(xí),何時(shí)以及如何在學(xué)習(xí)階段和開發(fā)階段相互切換,才能以最優(yōu)解完成任務(wù)。
(二)講練結(jié)合。針對(duì)該課程注重實(shí)際操作能力的特點(diǎn),該課程一半以上的課時(shí)設(shè)置為實(shí)驗(yàn)課;并在時(shí)間上與講授課程結(jié)合,講完一個(gè)單元隨即練習(xí)一個(gè)單元。既能及時(shí)鞏固講授課程內(nèi)容,又能及時(shí)發(fā)現(xiàn)不足。比如在版本控制工具subversion講授課后,安排學(xué)生上機(jī)以小組形式使用該工具進(jìn)行開發(fā)。通過不同組員同時(shí)更改同一源代碼文件后自動(dòng)報(bào)告有需要解決的更新沖突這一虛擬場(chǎng)景,使得學(xué)生能充分體會(huì)到使用版本控制工具的優(yōu)勢(shì)和好處,進(jìn)而自發(fā)地進(jìn)行練習(xí)希望能夠掌握并使用該工具來完成自己最終的課程設(shè)計(jì)。
(三)產(chǎn)品代替實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)課中,以逐步完成一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品為最終目標(biāo),有機(jī)結(jié)合不同單元的教學(xué)內(nèi)容。拋棄了以往的給出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容列表,學(xué)生們按部就班走流程的實(shí)驗(yàn)?zāi)J?。?shí)驗(yàn)課沒有硬性要求,但最終需要提交完整的產(chǎn)品作為實(shí)驗(yàn)成果。同時(shí),在實(shí)驗(yàn)課最后會(huì)提出若干思考問題,鼓勵(lì)創(chuàng)新,引導(dǎo)學(xué)生完成額外的功能以完善自己的產(chǎn)品。如前面所述的makefile實(shí)驗(yàn)中,鼓勵(lì)學(xué)生改進(jìn)優(yōu)化原有示例,不同的學(xué)生就會(huì)提出不同的解決方案,改良的方式各有側(cè)重,有的傾向與代碼的簡(jiǎn)潔性,有的傾向于功能的完整性,有的則傾向于用戶體驗(yàn)的舒適性。這樣不但鍛煉了學(xué)生的自學(xué)能力,同時(shí)還培養(yǎng)了其跳出書本、主動(dòng)思考的創(chuàng)新精神。
(四)工程代替考試。課程終期設(shè)置從實(shí)際工業(yè)環(huán)境中抽象出來的實(shí)際工程來作為對(duì)學(xué)生水平的考核。給予學(xué)生的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)文檔相當(dāng)于工業(yè)界的客戶需求文檔。學(xué)生需要靈活應(yīng)用課程中學(xué)到的內(nèi)容、模仿實(shí)驗(yàn)課中使用的流程進(jìn)行自主開發(fā),完成能夠滿足需求書上描述功能的產(chǎn)品,提交包括最終產(chǎn)品、源代碼、用戶手冊(cè)、設(shè)計(jì)手冊(cè)、測(cè)試計(jì)劃書以及工程開發(fā)進(jìn)度記錄等一系列成果。并在最后課上通過產(chǎn)品展示的方式向全班同學(xué)“推銷”其產(chǎn)品,而其他同學(xué)則通過客戶角度給予該產(chǎn)品評(píng)價(jià)。通過前期的產(chǎn)品測(cè)試、撰寫用戶手冊(cè)、設(shè)計(jì)推銷手段等流程給予成果自評(píng),并通過其他學(xué)生的反饋得到客戶評(píng)價(jià),從而使得學(xué)生能更深刻地認(rèn)識(shí)到自己產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn),進(jìn)而在設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的流程中掌握課程中所要求的知識(shí)與技能。
筆者認(rèn)為,研究生階段的教學(xué)工作一定要傾向于研究性教學(xué)或工程性教學(xué)。這兩種教學(xué)和之前階段的高等教育最大的不同就在于開放性、可擴(kuò)展性的教學(xué),引導(dǎo)學(xué)生的自學(xué)意識(shí)和創(chuàng)新精神是非常必要的。通過在集成電路專業(yè)實(shí)用Linux/Unix教學(xué)中研究并實(shí)踐工業(yè)化的教學(xué)模式,并觀察總結(jié)學(xué)生的反饋,該教學(xué)模式非常適用并且效果優(yōu)秀。該教學(xué)模式不但能夠顯著提高學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)和技能的關(guān)注度與投入度,而且還能培養(yǎng)其自學(xué)能力、創(chuàng)新精神、活學(xué)活用的能力等潛在能力,是工程型課程教學(xué)中不可多得的優(yōu)秀教學(xué)模式。
參考文獻(xiàn):
【關(guān)鍵詞】EDA技術(shù) 模擬電路 Multisim 10.0
EDA技術(shù)即為通過計(jì)算機(jī)來設(shè)計(jì)電子電路和系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)軟件。將其應(yīng)用在電路設(shè)計(jì)中能夠顯著提高電路設(shè)計(jì)的工作效率,減少誤差,增強(qiáng)可靠性。
1 EDA技術(shù)概述
1.1 EDA技術(shù)特點(diǎn)
EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為基本工作平臺(tái),結(jié)合了多種現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)而形成的開展電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)。典型的EDA工具都包括綜合器與適配器,通過EDA技術(shù)能夠在設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)時(shí)減少大量的工作量而交由計(jì)算機(jī)完成。并且通過EDA技術(shù)能夠?qū)㈦娮赢a(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)直至設(shè)計(jì)版圖的整個(gè)流程都在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)智能化處理。當(dāng)前EDA技術(shù)的應(yīng)用范圍十分寬廣,例如機(jī)械、航空、生物、軍事、教學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域都已經(jīng)廣泛開展使用EDA技術(shù)。
1.2 EDA技術(shù)類別
EDA軟件大致能夠分為芯片設(shè)計(jì)輔助軟件、可編程芯片輔助設(shè)計(jì)軟件以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助軟件三大主要類別。通過EDA軟件的功能和應(yīng)用領(lǐng)域可以將其分為電路設(shè)計(jì)、仿真工具、IC設(shè)計(jì)軟件與其他EDA軟件等。常用的模擬電子電路包括晶體管放大電路、集成運(yùn)算放大器以及電源電路等。
2 Multisim 10.0軟件的應(yīng)用
2.1 Multisim 10.0特點(diǎn)
2.1.1 元件庫豐富
Multisim 10.0配備了海量的元件模型數(shù)據(jù)庫,其中有數(shù)以千計(jì)的電路元件,其中包括基本元件、基礎(chǔ)電路、繼電器等元器件。同時(shí),用戶還能夠根據(jù)自己需求來新建元器件庫,給客戶提供了極大的便捷。該軟件中各元器件的參數(shù)可以根據(jù)需求調(diào)節(jié)。
2.1.2 強(qiáng)大的虛擬儀表與分析功能
Multisim 10.0中配備了雙蹤示波器,邏輯分析儀、頻譜分析儀等十余種虛擬儀器儀表,并且操作界面十分友好,不論是專業(yè)人士還是學(xué)生都能夠快捷方便的進(jìn)行操作。
2.1.3 仿真范圍大
Multisim 10.0不僅可以對(duì)數(shù)字或模擬電路實(shí)現(xiàn)仿真,還能夠仿真射頻電路。
2.1.4 兼容性良好
Multisim 10.0網(wǎng)絡(luò)表文件可以與Spice網(wǎng)絡(luò)表文件進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換,并且形成電路原理圖。Multisim 10.0中電路原理圖還能夠與PCB軟件進(jìn)行傳輸,進(jìn)行印刷電路板設(shè)計(jì)??梢钥闯觯琈ultisim 10.0能夠全程完成電路設(shè)計(jì)與印刷電路板所有設(shè)計(jì)工作,電子產(chǎn)品開發(fā)速度得到了提升。
2.2 Multisim 10.0應(yīng)用實(shí)例
2.2.1 差動(dòng)放大電路與差模信號(hào)
差動(dòng)放大電路在電子技術(shù)與IC制造業(yè)中應(yīng)用十分普及,其能夠放大差模信號(hào),對(duì)共模信號(hào)起到抑制作用,因此可以有效的避免零點(diǎn)漂移,妥善解決了直流放大電路中增益與零點(diǎn)漂移的問題。圖1為恒流源的差動(dòng)放大電路圖。如不加輸入信號(hào)時(shí),首先調(diào)節(jié)R2,輸出電壓接近0.圖2為輸入差模信號(hào)電路圖,輸入端加上50mV,1KHz的差模信號(hào),對(duì)節(jié)點(diǎn)8與節(jié)點(diǎn)3進(jìn)行瞬態(tài)分析,獲得兩個(gè)大小相同,方向相反的差模輸出信號(hào)。
用后處理器獲得雙端輸出電壓波形曲線圖。最大輸出電壓為Vod=4.1034V。
2.2.2共模信號(hào)
使用相同的方法對(duì)節(jié)點(diǎn)8與節(jié)點(diǎn)3進(jìn)行分析,可以得到兩個(gè)大小相同,方向也相同的共模輸出信號(hào)。單端輸出最大電壓值為38.04Pv.從該數(shù)據(jù)可以得知,共模信號(hào)單端輸出的抑制程度也較高。
2.2.3 結(jié)論
Multisim 10.0是一個(gè)系統(tǒng)的,功能齊全的電路仿真軟件,其強(qiáng)大的元件數(shù)據(jù)庫與大量的虛擬儀表具有多種分析方式。Multisim 10.0軟件存在以下幾大優(yōu)勢(shì):
(1)進(jìn)行模擬電路能夠調(diào)整電路參數(shù),觀察不同參數(shù)與電路性能之間的關(guān)系,同時(shí)可以重復(fù)多次的選擇最合適的元件參數(shù)來設(shè)計(jì)方案。
(2)Multisim 10.0能夠在電路測(cè)試中分析數(shù)據(jù)、曲線圖形都集中在單一的設(shè)計(jì)窗口中,使用人員可以直觀形象的觀察到數(shù)據(jù)和圖形的改編。其所顯示的曲線圖也較為平滑,這是其他硬件測(cè)試中無法比擬的優(yōu)勢(shì)。
(3)Multisim 10.0的虛擬儀器儀表調(diào)試十分便捷,信號(hào)干擾因素小,雙蹤顯示時(shí)不會(huì)出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)和閃爍的現(xiàn)象。相對(duì)于傳統(tǒng)的模擬電路方式來說,其十分容易受到外界電源信號(hào)的影響,并且實(shí)驗(yàn)設(shè)備不先進(jìn),十分容易導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果精確度欠佳。然而該測(cè)量結(jié)果將通過數(shù)字表現(xiàn),其精確度較高。
3 結(jié)束語
隨著自動(dòng)化水平的提高和電子領(lǐng)域的迅猛發(fā)展,EDA技術(shù)在電路設(shè)計(jì)中的作用越來越明顯。利用EDA技術(shù)電路設(shè)計(jì)師能夠高效、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)電路。Multisim 10.0能夠提供強(qiáng)大的元件數(shù)據(jù)庫與虛擬儀表,分析方法十分多元,是電路設(shè)計(jì)教學(xué)、電路設(shè)計(jì)模擬中不可或缺的軟件。EDA正在面臨發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)刻,EDA技術(shù)將電子設(shè)計(jì)技術(shù)推向了新的階段,未來EDA技術(shù)將會(huì)向新器件、新工具軟件等趨勢(shì)發(fā)展。
作者簡(jiǎn)介
高昀(1984-)女,四川省遂寧人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)供職于四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院。主要研究方向?yàn)镋da技術(shù)。
現(xiàn)階段,隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用越來越廣泛,而Protel Dxp 2004作為一項(xiàng)全新的桌面板級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)是由Altium公司開發(fā)的一套電路設(shè)計(jì)輔助軟件,在企業(yè)運(yùn)營(yíng)及學(xué)校教學(xué)中得到青睞并從中受益。它可使電子線路設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度、工作的復(fù)雜程度等大大減小,還能提供多種高級(jí)設(shè)計(jì)方式。因此,在教學(xué)中使學(xué)生掌握該軟件的設(shè)計(jì)原理、繪圖規(guī)范等對(duì)于其日后的工作、學(xué)習(xí)都有重要的意義。
1.Protel Dxp 2004在電路設(shè)計(jì)軟件中的應(yīng)用
電路軟件設(shè)計(jì)需要有完整地設(shè)計(jì)過程,即從一個(gè)產(chǎn)品的需求方面進(jìn)行分析,隨后驗(yàn)證該產(chǎn)品的可行性,設(shè)計(jì)原理圖,最后對(duì)電子軟件進(jìn)行多次調(diào)試和改進(jìn),直至完全符合設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)和要求等。其中正確的原理圖是電子軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),而按照規(guī)定流程進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)則是關(guān)鍵。
一方面,電路設(shè)計(jì)原理圖是基礎(chǔ)和根本。原理圖能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)時(shí)的思想和整體構(gòu)圖完整地展示出來,在進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)和技術(shù)交流的過程中發(fā)揮重要的作用,這樣電路板才能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。原理圖在設(shè)計(jì)過程中主要是在圖紙上將各種代表元器件的符號(hào)進(jìn)行連接,使其展現(xiàn)出一種正確的連接方式,并按照元件屬性對(duì)對(duì)象的選取、移動(dòng)、復(fù)制等進(jìn)行操作和改進(jìn)。
另一方面,在原理圖繪制完成的基礎(chǔ)上,要完成對(duì)線路設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì),就要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)流程進(jìn)行操作,如規(guī)劃電路板,即對(duì)電路板的各個(gè)參數(shù)(大小、形狀、螺釘孔、層數(shù)等)進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)定;元件封裝和網(wǎng)絡(luò)表的載入,在載入過程中系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別和檢測(cè)載入的正確性,并提示出現(xiàn)的問題及解決對(duì)策;電路板布線及后期整理工序;最后的流程是文件的保存與輸出。
2.Protel Dxp 2004電路設(shè)計(jì)軟件在電子一體化教學(xué)中的應(yīng)用
2.1 一體化教學(xué)的概念
一體化教學(xué)是為了改變傳統(tǒng)教學(xué)方式而提出的一種新的教學(xué)模式。所謂一體化教學(xué)是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中,一邊動(dòng)手操作一邊學(xué)習(xí)理論知識(shí),從而將理論與實(shí)踐完美結(jié)合在一起的教學(xué)模式。該教學(xué)模式不僅能夠?qū)W(xué)生的優(yōu)勢(shì)及興趣充分展示出來,不僅能夠使學(xué)生的技能水平得到提升,更能夠提高教學(xué)效率。
2.2 Protel Dxp 2004電路設(shè)計(jì)軟件在一體化教學(xué)中的應(yīng)用
一方面,對(duì)Protel Dxp 2004電子設(shè)計(jì)軟件的具體學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行編寫。Protel Dxp 2004課程的開設(shè)就是讓學(xué)生掌握電子繪圖這一技能,在傳統(tǒng)教材中內(nèi)容均以全面性和系統(tǒng)性為主,學(xué)生無法真正掌握其中的重要內(nèi)容。而為了體現(xiàn)一體化教學(xué)的意義,就要對(duì)Protel Dxp 2004電子設(shè)計(jì)軟件的相關(guān)知識(shí)以由簡(jiǎn)到繁、由淺入深、先分章概述再總體論述的方式進(jìn)行編寫,然后將近些年中、高級(jí)考證的試題及電路設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思路匯總下來進(jìn)行教學(xué),使學(xué)生在每一個(gè)具體的電路設(shè)計(jì)項(xiàng)目中使用Protel Dxp 2004軟件中的各種操作命令,并掌握其技巧??梢娋帉戨娮釉O(shè)計(jì)軟件的內(nèi)容只是為了讓學(xué)生在實(shí)際操作過程中更好地掌握設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)。
一方面,以任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)為主。任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式不同于傳統(tǒng)教學(xué)的“填鴨式”、“灌輸式”教學(xué)模式,是以學(xué)生為主體的教學(xué)方式,尤其是在Protel Dxp 2004電子設(shè)計(jì)軟件教學(xué)中,在教師的指導(dǎo)幫助下,以“明確任務(wù)、自由分組討論、對(duì)方案進(jìn)行制定和選擇、實(shí)施制訂方案、對(duì)獲取的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)”的教學(xué)方式,由學(xué)生個(gè)人或者是學(xué)生團(tuán)隊(duì)親自完成一個(gè)任務(wù),并處理任務(wù)過程中出現(xiàn)的問題、難題,通過該種方式使學(xué)生掌握相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容。這種學(xué)習(xí)氛圍能夠激發(fā)潛藏在學(xué)生心底的創(chuàng)新能力,以使其分析和解決問題的能力得到提升,并且大大增強(qiáng)學(xué)生的參與性、創(chuàng)造能力及團(tuán)隊(duì)合作能力。學(xué)習(xí)Protel Dxp 2004電子設(shè)計(jì)軟件所掌握的基礎(chǔ)知識(shí)和技能非常重要,在進(jìn)行下一個(gè)教學(xué)任務(wù)前教師要對(duì)學(xué)生的掌握情況進(jìn)行全面了解,以便合理制定和規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容。
另一方面,加強(qiáng)上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)。Protel Dxp 2004電子設(shè)計(jì)軟件課程實(shí)踐性較強(qiáng),因此加強(qiáng)上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)于提升學(xué)生學(xué)習(xí)技能、增強(qiáng)教學(xué)效果都有非常重要的意義。首先,考慮到不同學(xué)生能力的差別,合理布置上機(jī)實(shí)踐任務(wù),使能力較弱的學(xué)生從基礎(chǔ)開始訓(xùn)練并逐步深入,如放置通用的Protel Dxp 2004電子設(shè)計(jì)元件進(jìn)行連接和組合;而能力較好的學(xué)生則可適當(dāng)增加上機(jī)實(shí)踐難度,如將已連接好的原理圖元件設(shè)置新的封裝。通過該種方式可使學(xué)生根據(jù)自身掌握情況進(jìn)行學(xué)習(xí)和練習(xí),從而不斷增強(qiáng)其學(xué)習(xí)的熱情和積極性。其次,在學(xué)生上機(jī)實(shí)踐過程中加強(qiáng)輔導(dǎo)。學(xué)生在上機(jī)練習(xí)過程中總會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題,如元件封裝不合理、編譯錯(cuò)誤無法處理等,此時(shí)教師可給予適當(dāng)?shù)奶崾?,讓學(xué)生在該提示下解決問題。此外,在學(xué)生上機(jī)實(shí)踐過程中,教師要定時(shí)巡視,這樣既能理解學(xué)生實(shí)踐過程中的狀態(tài)及出現(xiàn)的錯(cuò)誤,如元件圖繪制錯(cuò)誤、元件連接錯(cuò)誤等,以給予及時(shí)的指導(dǎo)和糾正,還能引導(dǎo)學(xué)生使其掌握一些操作技巧。最后,合理改進(jìn)考試方式。Protel Dxp 2004電子設(shè)計(jì)軟件課程成績(jī)主要是由兩部分內(nèi)容組成,即平時(shí)上機(jī)實(shí)踐成績(jī)、最后的大作業(yè)。上機(jī)時(shí)間任務(wù)主要是根據(jù)學(xué)生的完成量、難易程度等進(jìn)行評(píng)定;而大作業(yè)指的是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對(duì)某一項(xiàng)目的完成情況,如果項(xiàng)目比較簡(jiǎn)單即操作量少,則分值低,例如Protel Dxp 2004電子設(shè)計(jì)軟件原理圖的設(shè)計(jì);如果項(xiàng)目存在一定的難度,項(xiàng)目具有一定的復(fù)雜性、設(shè)計(jì)量稍多,則分值高,例如原理圖、元件的設(shè)計(jì)和封裝等,通過該種考核方式增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐性。
3.結(jié)語
Protel Dxp 2004電子設(shè)計(jì)軟件在教學(xué)過程中實(shí)施一體化教學(xué)改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式,使理論知識(shí)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合,大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。可見實(shí)施一體化教學(xué)不僅能增強(qiáng)教學(xué)效果,提高教學(xué)質(zhì)量,還能使學(xué)生的實(shí)踐技能得到提升,對(duì)學(xué)生日后的學(xué)習(xí)和工作都有重要的意義,為學(xué)生日后的電子設(shè)計(jì)道路奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】 RS232 過流 自動(dòng)重合閘
前言
在電力供應(yīng)中,過流跳閘現(xiàn)象是經(jīng)常遇到的問題,線路故障中有90%都是由于都是瞬時(shí)過流導(dǎo)致的,如果能有效的解決由于瞬時(shí)過流導(dǎo)致的跳閘自動(dòng)重合問題,將大大降低維護(hù)的成本,減少斷電時(shí)間,保障電力的正常供給。本系統(tǒng)正是為解決由于供電線路瞬時(shí)過流跳閘現(xiàn)象而設(shè)計(jì),它能在斷路器因故障斷開時(shí),自動(dòng)的進(jìn)行重連,有效的減少瞬時(shí)過流產(chǎn)生的跳閘現(xiàn)象,保障供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
一、系統(tǒng)介紹
本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)重合閘系統(tǒng),需要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)與顯示功能、數(shù)據(jù)傳輸功能、報(bào)警功能、重合閘功能和設(shè)置功能。各功能具體要求如下:
(1)監(jiān)測(cè)和顯示功能。能夠監(jiān)測(cè)供電線路的傳輸電壓和電流,電壓監(jiān)測(cè)范圍0~AC255V,電流檢測(cè)范圍0~255A,并能將監(jiān)控的數(shù)據(jù)在本機(jī)上進(jìn)行顯示。
(2)數(shù)據(jù)傳輸功能。能夠利用RS232總線將采集的本機(jī)數(shù)據(jù)及重合閘的次數(shù)傳輸給監(jiān)控主機(jī),便于監(jiān)控主機(jī)端操作人員掌握節(jié)點(diǎn)分機(jī)的供電狀態(tài)。
(3)報(bào)警功能。當(dāng)采集值超限或重合閘次數(shù)超限時(shí),本機(jī)能夠給出報(bào)警提示,有助于本地的線路維護(hù)。
(4)重合閘功能。能夠在本機(jī)端斷路器跳閘時(shí)進(jìn)行自動(dòng)重連,便于解決瞬間過流和過壓引起的線路故障。當(dāng)重連次數(shù)超過軟件設(shè)置的上限時(shí),自動(dòng)鎖死重連控制電路。
(5)設(shè)置功能。通過接收監(jiān)控主機(jī)端下發(fā)的命令來對(duì)自動(dòng)的重合閘次數(shù)與供電線路采集參數(shù)的上限報(bào)警值進(jìn)行設(shè)置。
本系統(tǒng)選用AT89C51單片機(jī)作為主控芯片來展開設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件由主控模塊、輸入采集模塊、報(bào)警指示模塊、通信模塊、液晶顯示模塊、重合閘控制模塊和電源模塊構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
二、自動(dòng)重合閘控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)
本設(shè)計(jì)將自動(dòng)重合l系統(tǒng)的硬件分為主控模塊、輸出檢測(cè)模塊、輸出控制模塊和通信模塊。以下將對(duì)自動(dòng)重合閘系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行具體說明。
2.1 主控模塊設(shè)計(jì)
AT89C51單片機(jī)、晶振電路和系統(tǒng)復(fù)位電路和組成了本次設(shè)計(jì)的主控模塊,電路如圖2所示。
2.2 輸入采集電路設(shè)計(jì)
輸入采集電路包括供電線輸出供電電壓和供電電流的檢測(cè),通過檢測(cè)值可以判斷出供電電路是否工作正常。
(1)傳感器選擇
1、電流變送器選擇的電流檢測(cè)范圍是0~600A,精度范圍為+0.1%.F.S,輸出接口選擇4~20mA模擬量輸出,供電電壓為24V,實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出小于600A的供電電流的檢測(cè)。
2、電壓變送器選擇電壓輸入范圍是AC0-500V,精度范圍為+0.2%,輸出接口選擇4~20mA模擬量輸出,供電電壓為24V,實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出小于500A的供電電壓的檢測(cè)。
(2)輸入采集電路設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用兩個(gè)4~20mA輸出的電壓和電流變送器來進(jìn)行輸入采集電路設(shè)計(jì)。變送器的輸出經(jīng)過AD8420進(jìn)行電壓放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送給單片機(jī),通過單片機(jī)的處理,得到當(dāng)前的供電電壓和電流值。輸入采集電路如圖3所示。圖中,變送器AI1上電后,將測(cè)量的供電電流轉(zhuǎn)換成4~20mA的模擬信號(hào)輸出,通過在輸出端并聯(lián)一個(gè)5Ω的采樣電阻,使輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),該電壓信號(hào)由AD8420放大50倍后再送入ADC0832,經(jīng)過ADC0832轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)傳送給單片機(jī)。單片機(jī)通過對(duì)P3.2~P34引腳的控制可以得到和模擬量等比例輸出的數(shù)字信號(hào),并結(jié)合電流變送器的測(cè)量量程,便可計(jì)算出當(dāng)前采集的電流值。供電線路電壓值的采集原理與電流值相同。
2.3 輸出控制電路設(shè)計(jì)
輸出控制電路包括重合閘電路、液晶顯示電路、蜂鳴器報(bào)警電路和LED指示電路,實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的顯示、過壓/過流的指示、報(bào)警及自動(dòng)重合閘的控制,整體電路如圖4所示。
(1)重合閘控制電路設(shè)計(jì)
重合閘控制電路用于重新接通供電線路的供電電源,由K1繼電器及其輔助電路構(gòu)成。繼電器的觸點(diǎn)K1A接AC220V公共端,K1B常開觸點(diǎn)接供電線路的接觸線圈電源。正常狀態(tài)下單片機(jī)的P2.6輸出高電平,K1A和K1B的AC220V電壓不對(duì)接觸器進(jìn)行控制。當(dāng)檢測(cè)到出現(xiàn)輸入過壓或過流時(shí),P2.7引腳輸出低電平,控制AC220作用在供電線接觸線圈上,控制線圈吸合進(jìn)行重合閘操作。
(2)報(bào)警指示模塊電路設(shè)計(jì)
當(dāng)采集值超過設(shè)置的正常電流電壓范圍時(shí),由SP1蜂鳴器、Q2三極管燈組成的報(bào)警電路開始工作。當(dāng)需要下發(fā)報(bào)警命令時(shí),單片機(jī)控制P2.7引腳輸出低電平,蜂鳴器的供電回路在Q2的控制下導(dǎo)通,蜂鳴器發(fā)出報(bào)警提示音。反之當(dāng)P2.7輸出高電平時(shí),蜂鳴器供電回路被切斷,蜂鳴器禁止發(fā)聲。
(3)液晶顯示模塊電路設(shè)計(jì)
顯示模塊電路用于顯示采集的供電電流、供電電壓和自動(dòng)重合閘次數(shù)。硬件設(shè)計(jì)中LCD1602與單片機(jī)的接口為11線并行接口。其中,LCD1602的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的P1口相連;寫數(shù)據(jù)/命令寄存器RS和單片機(jī)的P3.5引腳相連;R/W寄存器和單片機(jī)的P3.6引腳相連;使能引腳E和單片機(jī)的P3.7引腳相連。
(4)LED指示模塊電路設(shè)計(jì)
LED指示模塊電路用于對(duì)供電線路的過流/過壓進(jìn)行指示。電路設(shè)計(jì)中單片機(jī)通過P2.4和P2.5引腳實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)指示燈的控制。當(dāng)單片機(jī)的P2.4引腳輸出低電平時(shí),過流指示燈亮。當(dāng)單片機(jī)P2.5的引腳輸出低電平時(shí),過壓指示燈亮。
2.4 通信電路設(shè)計(jì)
通信電路用于將本機(jī)采集數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控主機(jī),并從監(jiān)控主機(jī)接收下發(fā)的修改命令對(duì)本機(jī)的報(bào)警參數(shù)、自動(dòng)重合閘次數(shù)和重合閘監(jiān)控時(shí)間進(jìn)行修改。電設(shè)計(jì)中采用MAX232將單片機(jī)的串口電平轉(zhuǎn)換成TTL電平來實(shí)現(xiàn)與RS232總線電平的匹配。MAX232的4組電荷泵引腳接12V的電解容,9腳和11腳與單片機(jī)的P3.0和P3.1相連。串口通訊電路如圖5所示。
三、系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)
3.1主程序設(shè)計(jì)
主程序流程圖如圖6所示。主流程首先對(duì)單片機(jī)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行初始化,初始化完成后,程序進(jìn)入1個(gè)while(1)的循環(huán)體中,順序執(zhí)行如流程圖所示操作。
3.2通信程序設(shè)計(jì)
(1)通信協(xié)議設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)通信雙方進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀格式如表1所示,一幀數(shù)據(jù)由8字節(jié)組成。第1位為數(shù)據(jù)幀起始,用3AH表示;第2位為地址,用(00~15)表示,其中0默認(rèn)為主機(jī)發(fā)送地址,其余為從機(jī)上傳地址;第3位為標(biāo)志位,用(00~03)表示,其中00代表主機(jī)下命令,01代表從機(jī)上傳命令,02代表從機(jī)回復(fù)主機(jī)下發(fā)命令;第4位~第7位為4字節(jié)通信數(shù)據(jù),本機(jī)在上傳數(shù)據(jù)狀態(tài)下第1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)表示當(dāng)前采集的電壓值,在回復(fù)本機(jī)命令狀態(tài)下表示當(dāng)前的電壓報(bào)警值;本機(jī)在上傳數(shù)據(jù)狀態(tài)下第2個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)表示當(dāng)前采集的電流值,在回復(fù)本機(jī)命令狀態(tài)下表示當(dāng)前的電流報(bào)警值;第3個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)主機(jī)表示下發(fā)的重合閘次數(shù),本機(jī)表示當(dāng)前的重合閘次數(shù);第4個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)主機(jī)表示下發(fā)重合閘時(shí)間間隔,本機(jī)表示當(dāng)前的重合閘時(shí)間間隔。最后一位為幀結(jié)束,用CC表示。
根據(jù)通信協(xié)議可知,表1中數(shù)據(jù)表示主機(jī)下發(fā)電壓報(bào)警值255V,電流報(bào)警命令255A,自動(dòng)重合閘次數(shù)6次,自動(dòng)重合閘時(shí)間間隔7min。
(2)本機(jī)通信流程
本機(jī)通信流程如圖7所示。通信程序首先對(duì)數(shù)據(jù)的收發(fā)進(jìn)行判斷,若為數(shù)據(jù)發(fā)送,將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入串口發(fā)送緩沖區(qū),等待發(fā)送完成后,退出通信程序。若為數(shù)據(jù)接收,將串口緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)讀出,對(duì)新的設(shè)置值和重合閘設(shè)置值進(jìn)行保存,便于主機(jī)進(jìn)行設(shè)置值的更新。
四、Y語
本文完成了由AT89C51單片機(jī)和RS232總線控制的自動(dòng)重合閘系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了對(duì)供電線傳輸參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并能在供電線出現(xiàn)過壓或過流跳閘故障時(shí),實(shí)現(xiàn)重合閘的自動(dòng)控制。
而且本系統(tǒng)應(yīng)用RS232總線來實(shí)現(xiàn)主機(jī)和本機(jī)的數(shù)據(jù)通信,使主機(jī)能對(duì)本機(jī)監(jiān)控端的供電線傳輸情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),簡(jiǎn)化了供電線故障定位的難度,降低了維護(hù)過程中出現(xiàn)人員傷亡的幾率,對(duì)提高供電線故障維護(hù)工作效率發(fā)揮了積極的作用。
參 考 文 獻(xiàn)
1.1氣壓傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
壓阻效應(yīng)于1865年由LordKelvin首先發(fā)現(xiàn),現(xiàn)在這個(gè)原理廣泛應(yīng)用于傳感器原理中。當(dāng)傳感器薄膜結(jié)構(gòu)上的壓敏電阻受到外界壓力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生形變,使電阻率發(fā)生變化從而引起電信號(hào)的改變,這就是壓阻式壓力傳感器的工作原理。由此可見,壓敏電阻的變化與受到的壓力大小和壓阻系數(shù)有關(guān)。本文中的氣壓傳感器是基于硅的壓阻效應(yīng)設(shè)計(jì)的,制備的氣壓傳感器芯片結(jié)構(gòu)截面圖。傳感器結(jié)構(gòu)由一個(gè)單晶硅彈性薄膜和集成在膜上的4個(gè)壓敏電阻組成,4個(gè)電阻形成了惠斯通電橋結(jié)構(gòu),當(dāng)有氣壓作用在彈性膜上時(shí)電橋會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與所施加壓力成線性比例關(guān)系的電壓輸出信號(hào)。
1.2氣壓傳感器制作工藝流程
整個(gè)流程主要是采用硅表面微加工工藝。與傳統(tǒng)的壓阻式壓力傳感器的加工方法相比,該工藝流程采用了外延單晶硅硅膜的工藝進(jìn)行真空腔密封,這種方法可以克服傳統(tǒng)的濕法刻蝕工藝的缺點(diǎn),加工出的單晶硅膜具有很好的機(jī)械性能。①首先,對(duì)硅襯底采用各向異性干法刻蝕,刻蝕出一道道約5μm深的淺槽。然后采用各向同性干法刻蝕,使淺槽下方形成一個(gè)連通的腔。②采用外延工藝,在襯底上進(jìn)行單晶硅外延,并利用外延的硅材料將淺槽完全封住,從而在下面形成一個(gè)接近真空的密封腔。外延工藝如下:溫度為1135℃,采用的是H2,PH3等氣體,外延時(shí)的真空度為80torr。③在對(duì)外延硅層的局部區(qū)域進(jìn)行小劑量硼離子注入。該部工藝主要是為了制作壓敏電阻,壓敏電阻主要位于膜四邊的中央。④對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行大劑量硼離子注入。該步工藝主要是要實(shí)現(xiàn)壓敏電阻條之間的歐姆連接,并為壓敏電阻的引出做準(zhǔn)備。⑤在硅片表面生長(zhǎng)一層氧化層及氮化層,用作絕緣介質(zhì)層。⑥對(duì)氧化層和氮化層光刻并圖形化,形成接觸孔。⑦濺射金屬層并光刻圖形化,形成引線及壓焊塊。
2測(cè)試電路設(shè)計(jì)
此壓阻式氣壓傳感器,壓敏電阻初始電阻值為163Ω,滿量程輸出電阻變化最大為9Ω,針對(duì)此微小阻值變化量,本文中設(shè)計(jì)了一款專用接口測(cè)試電路。該測(cè)試電路主要包括STM32系列單片機(jī)及ADS1247模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和液晶顯示模塊。電路應(yīng)用時(shí)將惠斯通電橋輸出節(jié)點(diǎn)與測(cè)試電路連接起來,通過硬件和軟件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)外界氣壓信號(hào)的檢測(cè)并轉(zhuǎn)化為數(shù)字電信號(hào)進(jìn)行輸出,讀數(shù)在LCD顯示屏上進(jìn)行顯示,測(cè)試電路板的說明如圖4所示,針對(duì)部分重要模塊的電路設(shè)計(jì)在下文說明。
2.1電源電路設(shè)計(jì)
測(cè)試系統(tǒng)中需要用到3.3V和5V兩種電壓(選用的STM32單片機(jī)規(guī)定工作電壓為2.0V~3.6V,ADS1247數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊模擬電源部分供電電壓為5V),根據(jù)測(cè)試電路元件的需求,采用國(guó)產(chǎn)LM2940-5和LM1117-3.3兩個(gè)穩(wěn)壓模塊來進(jìn)行電源供電的設(shè)計(jì)。
2.2ADS1247模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)
ADS1247是TI公司推出的一種高性能、高精度的24位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。ADS1247單片集成一個(gè)單周期低通數(shù)字濾波器和一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘、一個(gè)精密(ΔΣ)ADC與一個(gè)單周期低通數(shù)字濾波器和一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘。內(nèi)置10mA低漂移電源參考和兩個(gè)可編程電流型數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)。通過程序設(shè)置,在輸出電壓裕度內(nèi),DACS可為外部提供多種強(qiáng)度的電流,分別為50μA、100μA、250μA、500μA、750μA、1000μA、1500μA。除此之外,ADS1247還具有一個(gè)可編程放大器(PGA),放大倍數(shù)可設(shè)置為1倍、2倍、4倍、8倍、16倍、32倍、64倍、128倍。
3氣壓傳感器性能測(cè)試分析
氣壓傳感器作為一種高空探測(cè)的工具,它的性能好壞直接影響到高空探測(cè)的準(zhǔn)確性,針對(duì)本傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試并從數(shù)據(jù)中對(duì)氣壓傳感器的靈敏度、線性度、測(cè)試精度進(jìn)行了分析及擬合修正。
4結(jié)束與討論