時間：2022-11-20 09:39:17
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇單元電路論文，希望這些內容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：搶答器,中央控制單元USB通信
傳統(tǒng)的搶答器一般利用數(shù)字邏輯電路做成，功能單一，已不適應社會發(fā)展需要。隨著科學技術的進步，單片機與串口通信的結合已廣泛應用到各個電子系統(tǒng)。本文是基于單片機為核心的搶答系統(tǒng)設計，通過串口通信動態(tài)傳輸數(shù)據(jù)，使搶答系統(tǒng)具有電路簡單、操作方便、功能強大等特點。特別是搶答系統(tǒng)與PC通信相聯(lián)系，使整個搶答系統(tǒng)功能更完善。
1、系統(tǒng)總體方案設計
傳統(tǒng)搶答器功能過于單一，因此，可將其功能進行擴展，設計出以單片機為核心的搶答器系統(tǒng)，總體框圖如圖1所示。
搶答系統(tǒng)由控制開關、搶答開關、加/減分電路、計時電路、顯示電路、報警電路、PC通信等幾部分構成，如圖1所示。
圖1、總體方案電路圖
完成功能如下：
a、搶答開始時，在規(guī)定的時間內，最先按動搶答按鈕的選手應具優(yōu)先權，搶答系統(tǒng)應能準確迅速地判斷出第一搶答者并將其信號鎖存，同時將輸入端關閉而使其它搶答信號無效。選手編號/得分情況能夠在顯示屏上顯示。此功能由中央控制單元,譯碼、顯示電路完成。
b、問題回答完畢，主持人應根據(jù)回答的準確性給予不同分值的加/減。此功能由加/減分電路完成。
c、在規(guī)定的時間內若有人搶答，搶答有效，終止定時，若無人搶答，此次無效。此功能由計時，中央控制單元完成。
d、每次問題回答結束，主持人應通過復位按鈕進行復位，各種程序又回到初始狀態(tài)。為進行下一輪的搶答工作做準備。
搶答開始之前，賦予選手一定的初始分，若選手違例搶答，報警電路工作，提醒有人違例搶答，同時編號牌顯示違例選手號碼，該違例選手會被自動扣分。搶答開始時，記分牌顯示選手初始值，此時，主持人根據(jù)需要，選定不同分值的題目讓選手回答。當主持人宣布搶答開始，同時按下開始鍵的時候，選手搶答，編號牌顯示選手編號。這時只能有第一位選手優(yōu)先搶答成功，其他搶答無效。與此同時，倒計時就開始計時，在剩下最后幾秒的時候，報警電路工作，提醒選手。搶答時間結束，本題搶答無效。選手回答問題完畢，主持人應根據(jù)回答問題的情況，對選手成績做出相應的處理。每一題搶答結束后，主持人進行電路復位功能，為下一題做準備。而每一題的搶答過程中，編號顯示牌和各選手的得分情況會自動的送到PC機上進行動態(tài)顯示。科技論文。
1.1 硬件電路設計
1.1.1、中央控制單元
中央控制單元是控制系統(tǒng)的中樞，是系統(tǒng)的信息處理部分，鍵盤開關，控制開關等發(fā)出信號，中央控制單元收到信號后做出分析、響應，完成電路功能的執(zhí)行。科技論文。
系統(tǒng)選用ISP-Flash系列單片機AT89S8252，它是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，功能強大，它可向輸出單元輸出控制信號。
1.1.2、鍵盤輸入及加/減分電路
選手通過按鍵進行搶答，單片機識別到有按鍵按下時，轉到相應的程序，控制譯碼顯示器顯示選手的編號或分數(shù)。而開始鍵，加/減分鍵也是通過鍵盤轉到相應的程序實現(xiàn)功能。
鍵盤作為輸入設備，結構簡單，通過程序可實現(xiàn)很多功能。搶答器按如圖2所示的矩陣結構連接，可有效減少單片機的I/O口。用單片機位處理指令來判斷是否有鍵按下，若有鍵按下，則有電平輸入。轉到相應程序，顯示有效選手的號碼，而其他選手再按“搶答鍵”也無效。若無人搶答，報警電路工作，表示本次搶答無效。若選手違例提前搶答，報警電路提醒選手注意，顯示牌顯示違例選手號碼，單片機通過程序指令讓該違例選手減去一定分值。
加/減分電路與搶答鍵工作原理一樣，當按下加/減分按鍵，單片機控制程序指令，給選手加/減相應的分值，每一題只能給與搶答選手一次的加減分機會，若有特殊情況，主持人可在控制臺進行操作。
若搶答鍵太少，可通過增加I/O口數(shù)量或者在中央處理單元外再外擴一片可編程I/O接口芯片。
圖2、鍵盤結構圖
1.1.3、選手編號/分數(shù)顯示電路
譯碼顯示：利用單片機串行口加外圍芯片74LS164，構成多個并行輸出口，用于串－并轉換，驅動CD4511鎖存-譯碼器進行LED數(shù)碼管顯示。科技論文。數(shù)據(jù)從單片機輸出經74LS04反相器進入74LS164的輸入端，而時鐘脈沖經74LS04反相器連接到74LS164的CLK脈沖信號端，在LED顯示相應的十進制數(shù)字，從而完成選手編號的顯示。
選手得分顯示電路與編號顯示電路原理一樣，可將多片74LS164芯片相連，增加其顯示位數(shù)。
1.1.4計時、報警等電路
倒計時器電路中，選用四位十進制減法定時/計數(shù)專用集成電路EC9410和7448TTLBCD--7段譯碼器組成可預置數(shù)的十進制減法器。在時鐘脈沖的作用下，倒計時開始。若某組搶答有效，計時停止并顯示倒計時時刻。若一直無人搶答.則倒計時到“00”自然停止。
報警輸出單元如圖3所示，數(shù)據(jù)輸入端與單片機相連，電路由三極管外加揚聲器等外圍電路構成，當中央控制單元通過分析確定存在違例搶答或是倒計時停止，便通過指令給報警電路數(shù)據(jù)輸入端一個高電平，三極管就導通，產生信號驅動揚聲器發(fā)出警報，從而形成一個報警電路，可通過調節(jié)報警聲長短來判斷是倒計時停止報警還是違例搶答報警。
圖3、報警電路
1.2單片機與PC機的通信
搶答過程中，顯示數(shù)據(jù)需要傳入PC機內。單片機與PC機間的通信選用USB串口通
信，將單片機采集的信息傳送到PC機中，由PC機進行處理。該系統(tǒng)使用Phillps公司的PDIUSBD12芯片作為USB接口芯片。PDIUSBD12通常用于微控制器系統(tǒng)并與微控制器通過高速通用接口進行通信，也支持本地DMA傳輸。該器件采用模塊化的方法實現(xiàn)一個USB接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統(tǒng)微控制器，性能較好。
USB接口芯片PDIUSD12的八位I/O口線DATA0至DATA7具有可控的三態(tài)門電路，故而PDIUSBD12芯片可以直接與AT89S8252的數(shù)據(jù)總線相連，掛在系統(tǒng)總線上。當系統(tǒng)將采樣得到的信息通過USB總線上傳給PC時，AT89S8252選通PDIUSBD12芯片，將單片機內的采樣信息通過系統(tǒng)總線傳給USB接口芯片，繼而傳給上位機，完成數(shù)據(jù)的傳輸。
USB串口通信可采用控制傳輸模式，塊傳輸模式，同步傳輸模式，中斷傳輸模式等4種傳輸模式，根據(jù)本設計電路特點，采用中斷傳輸模式。其傳輸模式圖如圖4、圖5所示。
圖4、中斷輸入事務
圖5、中斷輸出事務
中斷服務子程序處理由PDIUSBD12產生，在中斷服務子程序中把數(shù)據(jù)從PDIUSBD12芯片的緩沖區(qū)中轉移到單片機環(huán)形緩沖區(qū)中，并清除該芯片內部緩沖區(qū)的使能，以便PDIUSBD12芯片接受新的數(shù)據(jù)包。而后建立正確的時間標志，通知主程序進行正確的處理。
2、結束語
文章創(chuàng)新點在于（1）以ISP-Flash系列單片機AT89S8252為核心的搶答器功能強大，（2）采用USB串口通信，使功能進一步得以完善。整個方案較好地完成了搶答器系統(tǒng)的設計，此外，還需考慮需報警，增加語音報警等情況，功能強大的AT89S8252中央控制單元配合USB串口通信，使整個搶答器反映快，功能齊全，使用性強，可靠運行。
參 考 文 獻
[1] 楊文顯，現(xiàn)代微型計算機原理與接口技術教程.清華大學出版社[M]，2006。
[2] 尹羅生；吉吟東；孫新亞等， 一種USB外設的實現(xiàn)方法[J]，計算機工程，2002，7-28：207-209。
【關鍵詞】斷路器;A/D;單片機
1.引言
在低壓配電系統(tǒng)中，低壓斷路器是應用最為廣泛保護裝置之一，主要應用于要求實現(xiàn)保護且不頻繁操作的場合。它不僅能在正常工作情況下接通、分斷負載電流，而且允許在故障或不正常的情況下自動切斷電路，從而保護變壓器、用電設備和供電線路;同時通過上下級線路的選擇性配合，能夠避免非故障區(qū)域的停電，減少不必要的損失。鑒于此設計一款智能的低壓斷路器具有很大的現(xiàn)實意義[1]。
2.總體方案設計
論文所設計的系統(tǒng)包括參量中央處理控制模塊、信號采集模塊、信號調理模塊、人機交互模塊、通信模塊以及電源模塊等。圖1為硬件系統(tǒng)結構框圖：
圖1 整體結構框圖
本論文所設計的智能斷路器控制單元所要實現(xiàn)的基本保護功能包括：三段電流保護（過載長延時保護、短路短延時保護及短路瞬時保護）和單相接地保護，用戶可根據(jù)實際需要選用過電壓保護、低電壓保護。
3.電路設計
3.1 單片機I/O口擴展
圖2 AT89C51RC2單片機接口擴展原理圖
AT89C51RC2單片機最小系統(tǒng)如圖2所示，本論文所實際的智能控制系統(tǒng)是以AT89C51RC2片上系統(tǒng)為核心的單片機應用系統(tǒng)。
3.2 A/D轉換模塊
由于AT89C51RC2單片機內部并沒有集成ADC模塊，因此必須外接ADC芯片，這里我們選用了一種美國TI公司生產的TLC1543芯片。TLC1543是一款11模擬輸入通道，高性價比，采用CMOS工藝的10位開關電容逐次逼近原理實現(xiàn)的模數(shù)轉換器。該芯片內置3路自測方式，片內集成系統(tǒng)時鐘，固有的采樣和保持功能，具有轉換速度快、誤差小的特點[2]。TLC1543芯片采用串行通信接口，與單片機接線簡單，引線很少，能夠很好節(jié)省單片機的I/O資源。TLC1543芯片與單片機接線如圖3所示。
3.3 電源模塊
常用的電壓源設計有電流源供電和電壓源供電。由于電流互感器裝設在裝置的出線端，一旦斷路器跳閘，控制單元就將失去電壓，所以必須設置備用電源來保證電源模塊失去供電電壓之后單片機、LCD顯示器等電子元件的正常工作，電源電路設計較為復雜。因此，我們采用電壓源供電的方式，即任意取一相電壓經電源變壓器變壓、整流單元整流后，采用DC-DC模塊轉換為所需電壓。電壓源供電是由裝置進線端饋電線路供電，只要饋電線路不失去電壓，即使斷路器跳閘，也能保證控制單元的正常供電。系統(tǒng)電源電路如圖4所示。
圖3 TLC1543芯片與單片機接線原理圖
圖4 電源輸出原理圖
3.4 通信模塊
為了對測量數(shù)據(jù)顯示、后續(xù)數(shù)據(jù)處理及測量信號校正，可利用單片機的串行口與PC機進行串行通信，將單片機采集的數(shù)據(jù)傳送到PC機中，由PC機的高級語言對數(shù)據(jù)進行整理及統(tǒng)計等復雜處理。在實現(xiàn)計算機與單片機之間的串行通信時，通常采用標準通信接口進行串行通信。美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）正式公布的通信標準總線包括：RS-232、RS-449、RS-422、RS-423、RS-485等[3]。在串行通信中，應用最廣泛的標準總線是RS-485，其通信距離約為1219m，最高速率10Mbps。SN65LBC184芯片與單片機AT89C51RC2的接線如圖5所示。
圖5 串口通信電路
3.5 溫度檢測、時鐘輸入電路
為了防止因溫度過高導致斷路器誤動作甚至損壞設備本身，采用MAXIM公司微型化、高性能的1-Wire數(shù)字溫度傳感器DS18B20對智能控制單元工作環(huán)境溫度進行檢測與控制。
現(xiàn)代化的配電系統(tǒng)往往要求能夠記錄故障發(fā)生、人員登錄、設備操作等的具體時間，以便在事后進行故障分析。這就要求我們給智能控制單元配備實時時鐘輸入電路。DS1302芯片是MAXIM公司推出的一款性能較好、功耗低的實時時鐘芯片。
單片機與DS1302芯片、DS18B20芯片的接線原理如圖6所示。
圖6 DS1302、DS18B20與單片機的接線原理圖
圖7 主程序流程圖
4.系統(tǒng)主程序
主程序是整個軟件系統(tǒng)的中樞，它不僅指揮著程序流程，而且將各功能子模塊有效地連接起來，因此主程序的設計對于整個軟件設計起著至關重要的作用。系統(tǒng)上電或復位后，首先進行系統(tǒng)自檢，判斷硬、軟件有無故障，如果有故障則報警，然后開中斷，判斷是否需要設定整定值，隨后進行信號采樣，一周期采樣完成后計算有效值，所計算的有效值與事先設置的整定值進行比較，判斷有無故障或不正常工作狀態(tài)發(fā)生，隨即判斷是否需要脫扣，如果系統(tǒng)發(fā)出脫扣信號則系統(tǒng)推出，如果無故障發(fā)生或不需要脫扣，則返回到采樣環(huán)節(jié)循環(huán)。本文設計了如圖7所示的整體程序流程圖。
圖8 顯示功能界面
5.仿真
本設計所用的仿真軟件為英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及器件。它是目前比較好的仿真單片機及器件的工具。智能斷路器不僅能夠顯示三相電流、三相電壓、頻率、溫度參數(shù)，而且還具有時間顯示的功能，由于1602是顯示字符的液晶顯示屏，一共能顯示2行，每行能顯示16個字符。所以參數(shù)的顯示需要通過鍵盤進行切換。顯示功能界面如圖8所示。在試驗中，我們采用一個繼電器代替脫扣電路，當仿真開始時，繼電器閉合。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，繼電器斷開以保護設備。
6.結論
本文結合具體設計要求，系統(tǒng)能夠實現(xiàn)三段電流保護、單相接地保護、過電壓保護、短路保護、欠電壓保護以及過溫保護，保護精度控制在正常的范圍之內。本文為實現(xiàn)斷路器的智能化和可通信等功能。經仿真調試結果表明，該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了較好的保護功能，還實現(xiàn)了測量和監(jiān)控等功能。所設計的控制器可靠性高，實時性好，特別是實現(xiàn)了現(xiàn)場通信，應用前景廣闊。
參考文獻
[1]盧麗君.基于TLC1543的單片機多路采樣監(jiān)測系統(tǒng)的設計[J].儀器儀表與分析監(jiān)測，2007（4）：5-6，40.
[2]傅啟國.低壓斷路器智能控制器設計與研究[D].碩士學位論文.南京：南京理工大學，2008.
1.電子技術課程設計的重點與要求
本課程的重點是電路設計，內容側重綜合應用所學知識，設計制作較為復雜的功能電路或小型電子系統(tǒng)。一般給出實驗任務和設計要求，通過電路方案設計、電路設計、電路安裝調試和指標測試、撰寫實驗報告等過程，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力，提高電路設計水平和實驗技能。在實踐中著重培養(yǎng)學生系統(tǒng)設計的綜合分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐的能力。電子技術課程設計一般要求學生根據(jù)題目要求，通過查閱資料、調查研究等，獨立完成方案設計、元器件選擇、電路設計、仿真分析、電路的安裝調試及指標測試，并獨立寫出嚴謹?shù)摹⑽睦硗樀膶嶒瀳蟾妗?/p>
具體地說，學生通過課程設計教學實踐，應達到以下基本要求：建立電子系統(tǒng)的概念，綜合運用電子技術課程中所學習到的理論知識完成一個電子系統(tǒng)的設計；掌握電子系統(tǒng)設計的基本方法，了解電子系統(tǒng)設計中的關鍵技術；進一步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用器件的原則；掌握查閱有關資料和使用器件手冊的基本方法；掌握用電子設計自動化軟件設計與仿真電路系統(tǒng)的基本方法；進一步熟悉電子儀器的正確使用方法；學會撰寫課程設計總結報告；培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。
2.電子技術課程設計的教學過程
電子技術課程設計是在教師指導下，學生獨立完成課題，達到對學生理論與實踐相結合的綜合性訓練，要求本課程設計涵蓋模擬電路知識和數(shù)字電路知識，因此課程設計的選題要求包含數(shù)字電子技術和模擬電子技術。教學環(huán)節(jié)可以分為以下四個部分。
2.1課堂講授。
課程設計開始前，需要確定指導老師。由指導老師通過兩學時的教學，明確課程設計的要求，主要內容包括課程介紹、教學安排、成績評定方法等。在課堂教學環(huán)節(jié)中，指導老師介紹課題的基本情況與要求，要求學生從多個課題中選擇一個。
2.2設計與調試環(huán)節(jié)。
2.2.1前期準備、方案及電路設計。
前期準備包括選擇題目、查找資料、確定方案、電路設計、電路仿真等。在確定方案時要求學生認真閱讀教材，根據(jù)技術指標，進行方案分析、論證和計算，獨立完成設計。設計工作內容如下：題目分析、系統(tǒng)結構設計、具體電路設計。學生根據(jù)所選課題的任務、要求和條件進行總體方案的設計，通過論證與選擇，確定總體方案。此后是對方案中單元電路進行選擇和設計計算，稱為預設計階段，包括元器件的選用和電路參數(shù)的計算。最后畫出總體電路圖（原理圖和布線圖），此階段約占課程設計總學時的30％。
2.2.2在實驗室進行電路安裝、調試，指標測試等。
在安裝與調試這個階段，要求學生運用所學的知識進行安裝和調試，達到任務書的各項技術指標。預設計經指導教師審查通過后，學生即可購買所需元器件等材料，并在實驗箱上或試驗板上組裝電路。運用測試儀表調試電路、排除電路故障、調整元器件、修改電路（并制作相應電路板），使之達到設計指標要求。此階段往往是課程設計的重點與難點，所需時間約占總學時的50％。
2.3撰寫總結報告，總結交流與討論。
撰寫課程設計的總結報告是對學生寫科學論文和科研總結報告能力的訓練。學生寫報告，不僅要對設計、組裝、調試的內容進行全面總結，而且要把實踐內容上升到理論高度。總結報告應包括以下方面：系統(tǒng)任務與分析、方案選擇與可行性論證、單元電路的設計、參數(shù)計算及元器件選擇、元件清單和參考資料目錄。除此之外，還應對以下幾部分進行說明：設計進程記錄，設計方案說明、比較，實際電路圖，功能與指標測試結果，存在的問題及改進意見，等等。總結報告具體內容如下：課題名稱、內容摘要、設計內容及要求、比較和選擇設計的系統(tǒng)方案、畫出系統(tǒng)框圖、單元電路設計、參數(shù)計算和器件選擇。畫出完整的電路圖，并說明電路的工作原理。組裝調試的內容，包括使用的主要儀器和儀表；調試電路的方法和技巧；測試的數(shù)據(jù)和波形并與計算結果比較分析；調試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法。總結設計電路的特點和方案的優(yōu)缺點，指出課題的核心及實用價值，列出系統(tǒng)需要的元器件清單，列出參考文獻，收獲、體會，并對本次設計提出建議。
2.4成績評定。
課程的實踐性不僅體現(xiàn)實際操作能力，而且體現(xiàn)獨立完成設計和分析的能力。因此，課程設計的考核分為以下部分：設計方案的正確性與合理性。設計成品：觀察實驗現(xiàn)象，是否達到技術要求。（安裝工藝水平、調試中分析解決問題的能力）實驗報告：實驗報告應具有設計題目、技術指標、實現(xiàn)方案、測試數(shù)據(jù)、出現(xiàn)的問題與解決方法、收獲體會等。課程設計答辯：考查學生實際掌握的能力和表達能力，設計過程中的學習態(tài)度、工作作風和科學精神及創(chuàng)新精神，等等。
3.電子技術課程設計的步驟
在“電子技術基礎”理論課程教學中，通常只介紹單元電路的設計。然而，一個實用的電子電路通常是由若干個單元電路組成的。通常將規(guī)模較小、功能單一的電子電路稱為單元電路。因此，一個電子系統(tǒng)的設計不僅包括單元電路的設計，還包括總體電路的系統(tǒng)設計（總體電路由哪些單元電路構成，以及單元電路之間如何連接，等等）。隨著微電子技術的發(fā)展，各種通用和專用的模擬和數(shù)字集成電路大量涌現(xiàn)，電子系統(tǒng)的設計除了單元電路的設計外，還包括集成電路的合理選用。電子電路的系統(tǒng)設計越來越重要，不過從教學訓練角度出發(fā)，課程設計仍應保留一定的單元電路內容。電子系統(tǒng)分為模擬型、數(shù)字型及兩者兼而有之的混合型三種。雖然模擬電路和數(shù)字電路設計的方法有所不同（尤其單元電路的設計），但總體電路的設計步驟是基本相同的。電子電路的一般設計方法與步驟包括：總體方案的設計與方案論證、單元電路的設計、單元電路間的連接方法、繪制總體電路草圖、關鍵電路試驗、EDA仿真、繪制正式的總體電路圖等。
論文關鍵詞：GPRS，SIM300模塊，短消息，AT指令，S3C44B0，GPS
1 引言
隨著社會經濟的發(fā)展和科學技術的進步，人們對各種場所的安全越來越關注并提出了更高的要求。但是傳統(tǒng)的安防設備成本比較高、實時性不強、集中管理控制困難等情況。本文基于ARM7、GPRS無線網絡和GPS全球定位系統(tǒng)技術開發(fā)出一種實時、無線、便于管理、成本低廉的主動性全球性定位監(jiān)控報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)體積小，靈活性好，性價比高，空間擴展功能強。
GPRS是通用分組無線業(yè)務(GeneralPacketRadioService)的英文簡稱，目的是為GSM用戶提供分組形式的無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組收發(fā)，用戶永遠在線，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，接入速度快，并按流量計費，有效的降低服務成本。
2系統(tǒng)總體結構
全球定位監(jiān)控報警系統(tǒng)主要由S3C44B0作為主控器，GPRS、GPS、圖像疊加模塊、人機接口模塊、傳感器模塊作為硬件與S3C44B0進行通信，由S3C44B0對各個部分進行統(tǒng)一管理控制，從而實現(xiàn)各項功能。本文主要研究GPRS與處理器協(xié)調工作這方面，全球定位監(jiān)控報警系統(tǒng)組成框圖如下圖l所示。
系統(tǒng)工作流程如下：首先通過人機接口模塊按照實際報警監(jiān)控要求對系統(tǒng)進行初始設置，并開放相應的端口進行監(jiān)控。系統(tǒng)在運行過程中如果遇到異常情況將通過傳感器模塊感應傳送給S3C44B0處理器，處理器收到感應信息后，將信號進行采集并進行初步的處理，再通過GPS模塊接收來自衛(wèi)星的導航電文，并對電文摘要可通過GPRS對系統(tǒng)進行反饋控制，實現(xiàn)實時監(jiān)控。
圖l 全球定位監(jiān)控報警系統(tǒng)組成框圖
3系統(tǒng)硬件組成和功能
3．1 S3C44B0處理器模塊
S3C44B0是Samsung公司推出的一款高性能、低功耗的16/32位RISC內核ARM7TDMI微處理器。為了降低系統(tǒng)成本及外圍器件數(shù)目，S3C44B0在ARM7TDMI核的基礎上，擴展了一系列的外圍器件，主要包括CPU單元、系統(tǒng)時鐘管理單元、存儲單元和系統(tǒng)功能接口單元。片上集成具體的功能部件有8KB的cache、外部擴充存儲器控制器、LCD控制器、帶有1個LCD專用DMA通道、2個通用DMA通道，2個帶外部請求引腳的DMA、2個帶有握手協(xié)議的UART、1個同步SIO接口、1個I2C總線控制器、5個PWM定時器、1個內部定時器、1個看門狗定時器、71個通用可編程I/O口、8個外部中斷源、8路10位ADC、具有日歷功能的RTC、PLL倍頻器、功耗控制模式有正常、低、休眠和停止等。
3.2 SIM300模塊
SIM300模塊是SIMCOM公司研制的GSM／GPRS通信產品，SIM300模塊體積小，性能可靠,內嵌有強大的TCP/IP協(xié)議，集成了完整的射頻電路和GSM的基帶處理器，主要為語音傳輸、短信息和數(shù)據(jù)業(yè)務提供無線接口，適合于開發(fā)一些GSM／GPRS的無線應用產品。SIM300提供標準的RS232串行接口，實現(xiàn)了語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸，本設計使用SIM300全串口通信。
3.2.1 SIM300模塊電源電路
電源對模塊非常重要，一旦在電源上產生擾動、干擾，都可能造成SIM300模塊的死機，模塊在發(fā)送的時候電流約2A，因此在電源電路設計時模塊的供電電流應該有大于2A 的裕量，功率應大于8W的裕量，電源線應該盡量寬、走線盡量短以便減小線路阻抗增強電源的穩(wěn)定性。
為了提高模塊的抗干擾能力，最好在PCB板與模塊金屬屏蔽罩相接觸的地方大面積鋪地并露銅，并使模塊屏蔽罩與PCB露銅部分接觸良好；在外部輸入電源與模塊系統(tǒng)間串入感性器件以達到更好的干擾抑制效果，而在電池與模塊系統(tǒng)間不要串接任何器件，以避免對電池供電系統(tǒng)造成影響；如果采用多層板，電源走線最好走外層，以利于PCB板的散熱。電源電路設計如下圖2所示：
圖2 電源電路
3.2.2 SIM300模塊SIM卡連接電路
SIM300模塊的SIM卡接口電路支持外部SIM卡，可直接與1.8 V和3.0 V的SIM卡連接，采用I2C總線結構，通過串行時鐘線和串行數(shù)據(jù)線完成串口數(shù)據(jù)傳輸，其時鐘線時鐘頻率為13MHz/4；串行數(shù)據(jù)線接一個10K電阻上拉到SIM卡電源上，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性,為了對靜電的抑制，在SIMRST、SIMCLK、SIMDAT三線上分別串入的10K電阻進行抗傳導型干擾。SIM卡連接電路設計如下圖3所示：
圖3 SIM卡連接電路
3.2.3SIM300模塊啟動電路
SIM300模塊的啟動方式是通過控制PWRKEY管腳，在該管腳上產生一個一段時間的低電平，然后在PWRKEY引腳產生高阻態(tài)或高電平進行啟動，模塊啟動后將發(fā)送RDY信號通知模塊已經啟動。啟動電路設計如下圖4所示：
圖4 啟動電路
3.2.4 SIM300模塊指示電路
SIM300模塊的指示電路主要包括網絡狀態(tài)指示電路和模塊來電指示電路。指示電路的設計如下圖5所示：
圖5 網絡狀態(tài)指示電路來電指示電路
4系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)
GSM\GPRS在全球定位監(jiān)控報警系統(tǒng)中軟件設計主要是通過ARM7對SIM300模塊發(fā)送AT指令進行控制和傳送信息，AT指令的執(zhí)行過程需要ARM7與模塊交互應答完成，每一次發(fā)送或接收的字節(jié)有嚴格的規(guī)定。
收發(fā)短信模式主要Text模式和PDU二種模式，Text模式主要是以純文本方式發(fā)送信息，在國內很少被采用。PDU模式編碼的短消息不僅可以發(fā)送英文短消息，也可以發(fā)送中文短消息，被普遍采用。當ARM7通過SIM300發(fā)送中文短消息時應注意以下幾個問題：(1)ARM7是以ASCII編碼的形式發(fā)送所有AT指令的指令符號、常數(shù)、指令結束符、PDU數(shù)據(jù)包符號等；(2)在ARM7控制SIM300模塊工作時，必須通過AT指令“AT+CMGF=0”把模塊的短信息工作模式設置為PDU模式，以PDU編碼方式發(fā)送短消息；(3)ARM7發(fā)送每一條AT指令后，必須立即發(fā)送回車符的ASCII碼0DH，如果缺少回車符，模塊將不能識別指令；(4)ARM7發(fā)送中文短信息時，發(fā)送的是漢字的Unicode編碼，可以通過Unicode編碼表查出要發(fā)送漢字的Unicode碼進行發(fā)送，適用于發(fā)送漢字信息較少且固定的情況；也可以借助漢字GB-2312碼與Unicode碼轉換表，利用函數(shù)在ARM編譯系統(tǒng)生成的GB-2312碼轉換成漢字的Unicode碼進行發(fā)送。
GSM\GPRS在全球定位監(jiān)控報警系統(tǒng)中軟件設計，軟件采用C語言編寫，在ADS下調試編譯，軟件流程如下圖6所示：
圖6 軟件流程框圖
5結束語
SIM300模塊在全球定位監(jiān)控報警系統(tǒng)能夠方便、快速地完成各種有效傳感信息的傳送，經過多次實際使用驗證表明，SIM300模塊在全球定位監(jiān)控報警系統(tǒng)中應用具有優(yōu)良的穩(wěn)定性、可靠性和性價比，是當前改善監(jiān)控報警系統(tǒng)的廣泛性和智能性的有效途徑。本系統(tǒng)可廣泛應用在工業(yè)、農業(yè)等多種遠程監(jiān)控領域中，具有較大的市場價值。
參考文獻
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【關鍵詞】語音同傳;FPGA;數(shù)字鎖相
引言
DSL是一種數(shù)字用戶線路技術，針對該技術的研究及應用，在上世紀90年代初開始，當時的DSL為HDSL（高速數(shù)字用戶線），傳輸速率一般為2M，解決交換機之間數(shù)字中繼的傳輸，傳輸距離比較近，為3Km左右，用戶主要為電信局[1]。本論文研究正是基于DSL、高速數(shù)據(jù)復分接、FPGA數(shù)據(jù)處理、模擬驅動前端、話音編解碼等技術，構建一個在通信容量、實時性、抗干擾能力、可靠性和低功耗等方面比傳統(tǒng)通信網有明顯的提高的有線語音同傳系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。
1.系統(tǒng)工作原理及組成
1.1 系統(tǒng)原理分析
PCM（脈沖編碼調制）通信系統(tǒng)模型在發(fā)送端通過抽樣、量化、編碼將模擬信號變換成數(shù)字信號，經信道傳輸?shù)竭_接收端，在接收端先由譯碼器恢復抽樣值序列，然后經低通濾波器濾出模擬基帶信號[2]。PCM時分多路復用系統(tǒng)模型在各路PCM通信系統(tǒng)模型的基礎上增加了利用FPGA作為數(shù)據(jù)處理器的復用器和分路器。
1.2 系統(tǒng)結構
數(shù)話同傳設備電路主要是由主處理器模塊、數(shù)據(jù)復分解模塊、用戶接口模塊、顯示模塊、收發(fā)器模塊、電源變換模塊、工作模式設置模塊和網絡接口模塊等組成。主處理器模塊主要是用FPGA芯片和ARM芯片來實現(xiàn)的。采用Altera公司的FPGA芯片EP1C3T144C8N為處理器，主要完成收發(fā)器模塊的初始化管理和控制、工作模式的設置和控制、工作狀態(tài)的顯示等。ARM芯片主要是處理視頻文件的播放，采用SAMSUNG公司的S3C2440作為為核心處理器來處理視頻播放文件。數(shù)據(jù)復分接單元主要由串口數(shù)據(jù)、網絡接口單元、用戶接口單元，控制信令、數(shù)據(jù)復分接單元和收發(fā)器單元組成的。收發(fā)器單元由曼徹斯特編碼器模塊、曼徹斯特解碼器模塊、發(fā)送緩沖器、接收緩沖器、配置寄存器、通訊存儲器控制單元和主控制單元FPGA等部分組成。用戶接口電路主要是完成與子機終端的接口，主要是由安全保護電路、用戶饋電電路和話音編解碼電路組成。電源電路主要采用DC/DC，主要實現(xiàn)12v直流電源到+5v、-5v、+9v、+1.8v和+3.3v的變換。顯示模塊分為兩部分，主機通過液晶屏來顯示當前的播放模式和圖像的播放，子機通過數(shù)碼管來顯示當前語音通道的選擇和音量的大小。
2.系統(tǒng)硬件組成
系統(tǒng)分成主機部分和從機部分，傳輸線采用常用的5類以太網雙絞線，各子機模塊通過分路器并聯(lián)連接在總線上，且總線上帶有12V的直流饋電，各子機供電均來自總線上。
主機可最大輸入30路的語音信號，語音信號通過前級的300Hz～3400Hz帶通并放大后，送入到脈沖編碼（PCM）芯片進行模擬信號數(shù)字化過程，轉換成8位串行信號，輸入到FPGA芯片，F(xiàn)PGA將30路的串行信號進行復接并插入幀同步碼元和控制碼得到碼元速率為2Mbit/s的碼元流。為了提高信號在信道中的傳輸距離，F(xiàn)PGA對2Mbit/s的碼元流進行編碼，從而得到4Mbit/s的CMI碼元流，并把CMI編碼進行單極性碼到雙極性碼的變換，經過隔離變壓器后送入雙絞線進行傳輸。考慮到子機的供電問題，雙絞線采用常用的5類以太網網絡線，包含了4對雙絞線，其中1對用于傳送碼元，1對用來傳送12V直流饋電，另外2對為地線。子機可以通過按鍵任意切換30個來自主機的語音信號進行接收，子機首先通過在雙絞線上取得直流饋電，并從將總線上的雙極性信號轉換成單極性信號送入FPGA進行數(shù)據(jù)的分接處理，分接后得到當前時隙的串行語音數(shù)據(jù)，送入PCM譯碼芯片進行數(shù)模轉換，將音頻信號進行數(shù)字音量的控制和放大后輸出。
3.系統(tǒng)軟件組成
幀復接與分接部分軟件。該系統(tǒng)軟件主要由FPGA復接和分接軟件組成，F(xiàn)PGA編譯器采用ALTERA公司的Quatrst II9.0，該編譯器編譯界面友好，生成代碼效率高，占用資源空間小，使得控制起來更為實時、方便、高效，也使得程序可讀性和可維護性更強。
為了能夠保證在子機具有很好的同步性，分接軟件中核心部分為位同步信號的提取。位同步的方法有插入導頻法（外同步法）和直接法（自同步法）2種[3]，直接法又分為濾波法和鎖相法2種，本系統(tǒng)選用數(shù)字通信中常使用的數(shù)字鎖相法進行位同步信號的提取。
系統(tǒng)采用了改進型的30/32路PCM的幀結構，一幀由32個時隙組成;一個時隙為8位碼組。時隙1～30共30個時隙用來傳送30路語音信號;時隙0（TS0）是“幀定位碼組”，用于發(fā)/收端同步，固定內容為00011111;時隙31（TS31）用于傳送主機到子機的控制指令。
FPGA數(shù)字鎖相法提取位同步信號過程主要包括：本地高速時鐘源、位同步基準提取、相位比較器和分頻器等構成。
總線上傳輸數(shù)據(jù)為差分的雙極性碼元，通過變換后輸入到FPGA的碼元是不歸零的隨機二進制序列，不包含同步信息，進入FPGA后需要將該碼元進行微分、整流，使之成為歸零脈沖，才能從中提取位同步信息。信號提取的過程：利用FPGA芯片EP1C3T100C8N中的內置鎖相環(huán)（PLL）將本地的32.768MHz時鐘6倍頻后得到196.608MHz的高速時鐘，然后以這個高速的時鐘為基準對輸入的2Mbit/S的碼元進行微分整流得到位同步基準，并將他送入相位比較器，相位比較器將他和分頻計數(shù)器的輸出進行比較，并判斷是同步、滯后還是超前，然后輸出相應的控制信號給控制器，控制器再對分頻值進行相應的調整，直到輸入和輸出同步為止，最終鎖相輸出256KHz的位同步信號。
在總線幀結構中，一共包含了32個時隙，其中的TS32時隙用于傳送數(shù)據(jù)指令，也就是說可以通過主機下達除語音信號以外的廣播控制指令。主機廣播下達的八位二進制值0000，0000代表所有子機關機;八位二進制值0100，0000代表所有子機開機;八位二進制值10XX，XXXX代表主機廣播子機音量控制（6Bit）;八位二進制值1100，0000為預留位。
4.結論
本系統(tǒng)很好的利用了PCM時分復用結構，以FPGA為核心實現(xiàn)了將多路語音信號和數(shù)據(jù)指令同時按照時分復用的方式復接在傳輸線上，到達接收端后，子機可以通過按鍵任意選取通道進行語音數(shù)據(jù)的接收，所有子機也可以通過主機進行廣播控制。由于本系統(tǒng)采用全數(shù)字方式進行傳輸，傳輸過程中語音信號清晰、無雜音，可以很好的運用在國際會議上的同聲傳譯、飛機和旅游巴士中的音頻同傳等系統(tǒng)當中，具有很好的實用價值。
參考文獻
[1]許博.高速有線數(shù)話同傳技術研究[M].北京：北京郵電大學，2010.
【關鍵詞】輸液點滴 HT66FU50 監(jiān)控 步進電機
1引言
目前我國幾乎所有醫(yī)院采取的都是傳統(tǒng)的輸液方式，護士和醫(yī)生只能根據(jù)經驗和病人的反饋來控制墨菲式管的輪夾，輸液速度不能精確控制。顯然，這是不方便的，并有可能造成不必要的傷害。如果有液體點滴速度監(jiān)控裝置，將會大受歡迎。目前的輸液監(jiān)控報警器體積較大，價格較高，并不適合它的應用以及普及。針對這一情況，本文設計了一種由單片機控制的輸液監(jiān)控報警系統(tǒng)。
該系統(tǒng)包括紅外發(fā)射接受裝置，HT66FU50單片機，步進電機，LED顯示屏等。其中紅外檢測電路和單片機共同實現(xiàn)滴液速度的紅外檢測功能，用于將液滴滴下一滴的信息轉換為電信號傳入單片機，經過單片機計算其液滴滴速，并用LED顯示。通過電機控制儲液袋的高度來達到控速的目的。在實際應用中，系統(tǒng)還分為主站和從站兩部分，以便醫(yī)護人員同時對多床位進行遠程監(jiān)控。監(jiān)控中心（主站）顯示各床位的輸液情況。當輸液結束或出現(xiàn)異常時，從站向主站發(fā)送報警信號，等待護士前來處理。整個裝置簡單實用，操作簡單，安裝方便，成本低，十分有意義。
2方案的總體結構
本設計基于HT66FU50的輸液監(jiān)控系統(tǒng)主要有三大部分組成，主站，從站，以及主從站之間的通信線路。其中，主站根據(jù)需要可以簡單設計為輸液現(xiàn)場信息顯示以及聲光報警。而從站包含的主要模塊有：輸液信號采集單元、聲光報警單元、電動機單元、按鍵顯示單元、通信單元和單片機電路等。輸液信號采集單元將采集到的信號經過整形后發(fā)送給單片機，經單片機處理后在鍵盤上顯示計算所得的液滴滴速并將其與所設定的值進行比較來控制電動機的正反轉。同時，從站的單片機要將所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給主站，如果發(fā)生意外，則從站還要發(fā)出報警信號并將信號發(fā)送給主站。從站系統(tǒng)框圖如圖1所示。
3系統(tǒng)硬件設計
系統(tǒng)從站主要有5個單元構成，分別是HT66FU50單片機最小系統(tǒng)、紅外線檢測單元、步進電機單元、聲光報警單元、鍵盤及顯示單元。該設計以HT66FU50單片機最小系為中心。紅外傳感檢測單元傳感器采用紅外對射器，基本原理是以光電效應為基礎，將被測量的變化轉換為光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉化成電信號。當有液滴滴落要經過光源和光電接受器件之間時，光線會發(fā)生折射和散射，導致光電接收器件接收不到光信號，這時光電器件輸出一個電平跳變。然后送到HT66FU50單片機進行處理。聲光報警采用一個蜂鳴器與一個發(fā)光二極管實現(xiàn)。當傳感器檢測到液位低于預設值或傳感器檢測不到有液滴滴落時，從站單片機控制蜂鳴器和報警燈工作，在發(fā)出聲光報警的同時向主站發(fā)出報警信息。步進電機單元由單片機產生脈沖，經驅動電路變換、放大后輸入步進電機。控制電路每發(fā)一個脈沖，驅動電路則驅動步進電機走一步，進而去控制儲液袋的高度來達到控速的目的。
4 系統(tǒng)軟件結構
主程序功能：它對一系列寄存器進行初始化，中斷寄存器，內部振蕩器控制寄存器，計數(shù)器/定時器控制寄存器，端口I/O交叉開關控制寄存器。在其循環(huán)程序中主要進行顯示滴速（實際滴速與設置滴速），鍵盤查詢，判斷與設置滴速與實際滴速之間的關系從而控制電動機正反轉，另外循環(huán)程序中還要判斷是否有報警信號，如果有則要使發(fā)光二極管發(fā)光，驅動蜂鳴器發(fā)聲，停止電動機工作。主程序的功能流程圖如圖2。
5結語
輸液點滴監(jiān)控器能夠準確地反應輸液瓶的中的液滴滴速，并能夠在120秒內及時平穩(wěn)地調整輸液瓶的高度，使實際的輸液速度達到醫(yī)療人員設定的值，并且在出現(xiàn)異常情況或者輸液完成及時發(fā)出聲光報警信息，有效的將病人的輸液信息發(fā)送到醫(yī)護中心。
最近幾十年來，隨著計算機技術、網絡通訊技術、微電子技術和自動控制技術的發(fā)展和互聯(lián)網+的應用，國內外遠程醫(yī)療監(jiān)控技術的水平也在不斷提高，然而醫(yī)療監(jiān)護技術的設備發(fā)展仍不能滿足醫(yī)院，病人，人身健康等各方面的要求，因此，更加方便、智能的監(jiān)控設備已具有迫切的市場需求和廣闊的市場前景。
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關鍵詞:專用集成電路設計;創(chuàng)新;教學;探討
中圖分類號:G424文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)04-0920-02
Discussing about How to Teach the "Design of Application-Specific Integrated Circuit" Course
WU Yu-hua
(Beijing Electronic Science and Technology Institute, Beijing 100070, China)
Abstract: "Design of Application-Specific Integrated Circuit" is an important specialty course. In this paper, we will discuss the teaching technique about this course of non-micro-electronics specialty. Combining the teaching practice, several teaching experiences about "Design of Application-Specific Integrated Circuit" course are summarized.
Key words: design of application-specific integrated circuit; innovate; teaching; discuss
《專用集成電路設計》是電氣信息類專業(yè)開設的一門比較重要的專業(yè)課。為了培養(yǎng)寬口徑、基礎扎實的集成電路設計人才,滿足IC行業(yè)對人才的大量需求,無論是在微電子專業(yè),還是在相關的其他電氣信息類專業(yè),不少重點高等院校都已經開設了本門課程。在學生已經掌握了模擬電子技術、數(shù)字電子技術和一定的晶體管原理知識的基礎上,通過學習《專用集成電路設計》課,進行ASIC設計理論的學習和實踐的強化,進一步掌握集成電路和電路系統(tǒng)的設計知識,提高集成電路設計能力,增長集成電路設計經驗;通過理論教學和實踐教學,來加強電氣信息類專業(yè)學生的電路設計基礎、版圖設計基礎以及集成電路設計各環(huán)節(jié)的驗證知識等,培養(yǎng)學生在集成電路設計方面的研究興趣,為后續(xù)課程的學習和進一步的深造打好基礎。
由于專業(yè)建設和人才培養(yǎng)的需要,北京電子科技學院同樣開設了《專用集成電路設計》的專業(yè)選修課,授課對象是電子信息工程專業(yè)的本科生,由于非微電子的專業(yè)背景原因,他們并不具備足夠的半導體物理、晶體管原理等知識,因此在本課程的教學過程中,必然要針對具體對象,調整教學內容,創(chuàng)新教學思路,加強教學研究,找到一種適合于非微電子專業(yè)本科生的教學思想和教學方法。通過教學實踐,學生對于課程組在這一課程中的創(chuàng)新、探索和具體的教學方法比較認可。這里把我們在《專用集成電路設計》課教學實踐中的初步探索做一些總結,希望與大家分享。
1 結合實際合理設置授課內容,以學生能夠接受為目標
電子信息工程專業(yè)的學生在學習《專用集成電路設計》課程之前,已經系統(tǒng)地學習了《電路分析》、《模擬電子技術》、《數(shù)字電子技術》、《EDA技術》等有關電子技術和電路系統(tǒng)的課程,對于電路系統(tǒng)的設計已經有了一定的理解,并進行過比較系統(tǒng)的動手實踐訓練,為進一步學習《專用集成電路設計》課程打下了比較堅實的知識基礎和實踐基礎。但是由于專業(yè)背景的原因,該專業(yè)不太可能只是為了《專用集成電路設計》課而專門開設《半導體物理》、《晶體管原理》等這些在微電子專業(yè)才有的課程,因此,與微電子專業(yè)相比,電子信息工程專業(yè)的本科生欠缺有關晶體管原理和半導體工藝等方面的必要知識。在設置授課內容時,必然要考慮到這一點,總的原則應當是以學生能夠接受、但又不應該過于輕松接受為目標,而且要盡量避免與《EDA技術》等課程的知識重復。
根據(jù)我們的課程內容設置原則,將《專用集成電路設計》課的講授內容分為以下幾章:第一章:ASIC設計概述;第二章:CMOS邏輯;第三章:ASIC庫設計;第四章:ASIC的前端設計;第五章:ASIC的后端設計;第六章:可測性設計技術;第七章:SOC設計技術簡介。在各章的講授中,占用課時較多的分別是第二章、第三章和第五章。在講授時強調培養(yǎng)學生的系統(tǒng)設計能力,使學生對專用集成電路的設計、制造、測試等一整套流程有一般性、整體性的了解,建立專用集成電路的基本概念和方法,了解IC領域的最新發(fā)展趨勢,激發(fā)學生潛在的對集成電路前、后端設計的興趣。為了配合理論教學,提升教學效果,還設置了合適的實驗教學內容。
2 注重實驗教學效果,以培養(yǎng)動手實踐能力為目標
集成電路設計類課程除了理論教學以外,實驗教學尤為重要,因為這類課程對學生的訓練重點正是在于動手實驗,提前接觸到未來在進一步的研究和工作中可能會應用到的一些軟件工具、設計流程以及設計技巧等,這樣才能促進學生理論與實踐相結合,真正幫助學生掌握ASIC設計技術。因此本課程要更加注重實驗教學效果,著力培養(yǎng)學生的動手實踐能力,進而使學生能夠更加準確、具體和形象地掌握在課堂上學到的理論知識。根據(jù)這一原則,經過試用修訂,我們專門編印了《專用集成電路設計實驗指導書》,根據(jù)大綱的變化,使用工具版本的提高,目前已經編印了2007版和2009版的實驗指導書,共設計了五個實驗,具體是:實驗一:IC設計工具的使用;實驗二:單元電路的前端設計;實驗三:標準單元的版圖繪制與驗證;實驗四:四位加法器和減法器ASIC的設計;實驗五:計數(shù)器ASIC的設計。每個實驗3學時,其中實驗二、實驗四和實驗五為綜合性、設計性實驗。
選用一種合適的集成電路設計工具是順利進行實踐教學的關鍵。我們選用了美國Tanner Research公司開發(fā)的一種優(yōu)秀集成電路設計工具――Tanner Tools Pro,它雖然在功能上不如Cadence、Synopsys等大型工具強大,但它的最大優(yōu)點是成本低,可以在PC機上使用,而且圖形處理速度快,編輯功能強,便于學習,使用方便,特別適用于高校進行相關的教學和科研工作。Tanner Pro工具在美國和臺灣的很多大學中早已被廣泛應用,臺灣不少IC設計企業(yè)也在使用Tanner Pro工具。該工具較新版本為Tanner Tools Pro 13.0,主要包含了S-EDIT(原理圖編輯)、L-EDIT(版圖編輯)、T-SPICE(電路仿真)、W-EDIT(波形觀察)和LVS(版圖與原理圖比對)等幾個功能不同的子工具,滿足了集成電路設計從前端到后端、設計驗證的一系列過程的需要,完全可以適用于《專用集成電路設計》課程的實踐教學。通過我們在課程實驗、畢業(yè)設計等實踐教學環(huán)節(jié)的使用,發(fā)現(xiàn)學生對這個工具上手快、掌握熟,對于以后使用其他的IC設計工具也有一定的幫助,而且培養(yǎng)了他們將來涉足IC設計領域的興趣和信心。圖1是學生在實踐教學中得到的一個版圖設計結果。
3 適當講授最新技術進展,以讓學生跟上行業(yè)發(fā)展腳步為目標
我們都知道,集成電路設計技術、制造工藝等的發(fā)展速度飛快,遵循著集成電路最小特征尺寸以每三年減小70%的速度下降、集成度每年翻一番和價格每兩年下降一半的著名的摩爾定律,集成電路的設計和制造技術發(fā)展日新月異。因此,在《專用集成電路設計》的教學過程中,必須要根據(jù)教學大綱的要求,在系統(tǒng)講授已經設置好的教學內容的前提下,結合具體授課內容,適當講授最新技術進展,以期讓學生跟上集成電路設計行業(yè)發(fā)展的腳步,并不斷將這些新技術、新進展、新方法、新工具、新工藝融入到授課內容中,做到授課內容常講常新。其實這除了讓學生可以接受到最新的知識和了解到該領域最新進展之外,同時也是一個教學相長的過程,對于教師的教學和相關科研也是一種無形的促進,可以督促教師不斷地跟蹤與IC設計、制造相關的最新研究成果,并進行精心的組織,將這些成果有機融入到課程教學中,做到授課內容的不斷更新,而且這樣也才能夠避免一份講稿多年重復使用,保證教師在教學中的激情,增強教學效果。
在這里僅僅舉一個具體例子。在一次講授到集成電路工藝的內容時,作者為同學們講授了不斷發(fā)展的集成電路工藝水平,以及所遇到的工藝發(fā)展瓶頸對于摩爾定律的挑戰(zhàn),還具體講到了Intel公司新推出的0.45nm工藝的CPU,它采用了大大不同于以往的工藝方法,這次工藝變革可以稱得上是“拯救摩爾定律”的一大技術進展。本次課后,不少同學紛紛通過互聯(lián)網等來查閱這一最新工藝的具體情形,表現(xiàn)出了濃厚的學習興趣。
4 創(chuàng)新課程考查方式,以激發(fā)學生進一步的研究興趣為目標
一門課程的考查方式如何,對于這門課程能不能按照教師的預想,達到既定的最終教學目的,有著比較重要的作用。傳統(tǒng)的一張試卷去“考”出學生學習效果的方式雖然比較簡單省事,但卻過于單調,雖然從某種程度上能夠考查出學生對這門課程知識的掌握程度,但是對于激發(fā)學生在學完這門課程之后,對本學科、本領域進行進一步研究的興趣卻作用不大。由于自從接受學校教育以來經歷了無數(shù)次的考試,不少學生厭煩考試的情緒比較嚴重,恨不得考完后把教材、作業(yè)、筆記等都馬上丟棄,這是現(xiàn)實存在的、我們必須得承認的事實。從某種意義上說,通過考試來考查學生的學習,有時對最終教學目標的實現(xiàn)會起到一定的反作用。而且單純考試的方式也很難發(fā)現(xiàn)學生對于這門課、這個領域、這個行業(yè)的獨特想法和創(chuàng)新思路。
作者在《專用集成電路設計》教學過程中,結合課程的專業(yè)特點,積極探索并實踐了采用提交論文和現(xiàn)場答辯相結合的課程考查方式,即在課程講授到二分之一左右時,布置給學生論文題目,對于論文的范圍、參考文獻的篇數(shù)、論文的格式和字數(shù)等做出明確而具體的規(guī)范,要求學生在最后一次課之前提交自己的論文,做好答辯ppt,并利用專門的時間集中進行答辯,每位學生對自己準備的論文,進行5分鐘左右的講解,并接受教師和其他學生的提問。通過創(chuàng)新課程考查方式,提交論文和現(xiàn)場答辯相結合,讓學生在準備論文和答辯材料的過程中對專用集成電路設計的有關內容和工藝、方法等有了更加深刻的理解,并有了一個系統(tǒng)的知識梳理過程,現(xiàn)場答辯的方式也更能夠展現(xiàn)學生對于集成電路設計的一些獨特的思路和創(chuàng)新性的理解,學生在經歷這一過程時,也促使自己積極思考,主動研究,努力去探索和集成電路、微電子學有關的一些研究方法和最新進展,激發(fā)自己在完成本門課程的學習后、甚至是大學畢業(yè)后進行進一步研究的興趣和信心;另外還在這個過程中提升了學生的論文寫作能力、科學研究能力。
5 結束語
《專用集成電路設計》課(或者其他名稱的類似課程)在不少設有微電子學專業(yè)的重點大學中開設較為普遍,但在沒有微電子學專業(yè)的高校特別是非重點高校中開設并不多,對于該課程教學實踐中的一些具體的方法研究和探討需要更加深入。作者在教學實踐中,緊密圍繞本校、本專業(yè)的培養(yǎng)目標,以授課對象為主體,遵循課程的教學規(guī)律和科學研究規(guī)律,選擇合適的授課內容和教學方法,并且不斷地對此進行探索和研究,收到了初步的教學效果。當然,教學創(chuàng)新永無止境,教學方法的研究和探討不能止步,作為一名年輕教師,在今后的教學實踐中,作者將在加強學習以及與同行交流的前提下,進一步拓寬和創(chuàng)新教學思路,探索和完善教學模式,研究和更新教學內容,學習和探討教學技巧,敢于創(chuàng)新,善于創(chuàng)新,真正做到教好書,育好人。
參考文獻:
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[2] 路而紅.專用集成電路設計與電子設計自動化[M].北京:清華大學出版社,2004.
[3] 廖裕評,陸瑞強.集成電路設計與布局實戰(zhàn)指導[M].北京:科學出版社,2004.
【關鍵詞】SOPC；光電開關；恒流驅動電源；調光
1.總體方案設計
設計一套模擬路燈控制系統(tǒng)，能夠控制多條支路的路燈開關，設定支路控制器，支路控制器有時鐘功能，能設定、顯示開關燈時間，控制整條支路按時開燈和關燈；能根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動開燈和關燈，獨立控制每條支路上的開關燈時間；能根據(jù)交通和環(huán)境自動調節(jié)亮燈狀態(tài)，當有移動物體經過時候自動亮燈，超出燈的一定覆蓋范圍自動熄燈，不同路燈之間能夠平滑切換；能夠對監(jiān)控路燈故障，發(fā)出報警信息。
方案設計如圖1所示，采用可擴展性能和系統(tǒng)控制性能較強的FPGA器件作為核心，用可編程技術把整個系統(tǒng)的控制功能集中在一塊芯片上，即SOPC可編程片上系統(tǒng)，在FPGA嵌入高性能的嵌入式IP核(Nios)處理器軟核，通過模擬處理器，提供豐富的接口資源，直接連接時鐘、鍵盤顯示、轉換點測量裝置光電開關、光敏器件單元控制器等設備，整個系統(tǒng)靈活的設計方式，可裁減、可擴充、可升級，并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。
由于FPGA控制容易實現(xiàn)，資源豐富，液晶顯示準備采用128*64的模塊，而且設置多級顯示菜單，鍵盤采用4*4的行列式鍵盤，提高了人機交互的便捷性，使操作界面更加美觀性。
在這個方案中Cyclone、數(shù)字電位器、電平轉換、光電開關驅動、鍵盤顯示等都屬于支路控制器部分，可以根據(jù)路燈支路的多少進行增加或者減少；繼電器、LED恒流源、比較器等屬于單元控制器。
2.主要電路設計
①FPGA底層設計
首要任務就是用FPGA模擬處理器。在FPGA中我們定義了A/D采樣模塊、鎖相環(huán)模塊、CPU模塊。
CPU模塊是真?zhèn)€FPGA模擬的核心，加載在嵌入式IP軟核，CPU模塊下根據(jù)電路需求又定義了1個矩陣鍵盤模塊、1個時鐘模塊、2個功率控制模塊、2個故障告警模塊、1個動態(tài)存儲器模塊；分別處理鍵盤輸入、實時時鐘、恒流源輸出功率調節(jié)等。
從上面，我們知道如果需要更多的擴展路燈，在資源夠用的情況下，在FPGA定義更多的功能模塊就可以了，如所圖2所示，所以說用FPGA方案具有良好的擴展性。
②LED恒流源調節(jié)電路
本設計采用FPGA，則在硬件電路方面的要求不高，我們利用LM324運放和三極管構成恒流源如圖3所示。
來自FPGA的調節(jié)指令加在具有256個抽頭的數(shù)字電位器MAX5402上，MAX5402兩端最大有10KΩ電阻，通過串聯(lián)20KΩ的電阻對5V進行分壓，轉換成為電壓信號，不同的調節(jié)等級轉換為不同的電壓等級加在恒流源上，調節(jié)恒流源的輸出功率。
LED_CS用于對LED燈進行抽樣，送入電壓比較器中比較，如果沒有電壓，說明LED燈故障，如果有電壓而且到一定程度說明LED正常。
3.軟件控制和人機交互
軟件實現(xiàn)的功能如下：①控制切換過程；②時間設定；③測試狀態(tài)顯示；④故障報警判斷、⑤環(huán)境判斷、⑥人機交互等。
簡要主控軟件流程如圖4所示。
為了方便操作，人機交互界面設計的非常人性化，液晶采用菜單式命令進入操作，方便快捷，用一個“燈”的圖形變化顯示標明路燈的工作狀態(tài)，形象生動。
4.切換點控制流程
切換點控制流程如圖5所示。
5.設計創(chuàng)新
本設計創(chuàng)新的設計了人性化人機交互界面，預留可擴展路燈端口，自制恒流源，可調光功能，燈運行狀態(tài)顯示，單元控制器具有調光功能，路燈驅動電源
輸出功率能在規(guī)定時間按設定要求自動減小，該功率應能在20%～100%范圍內設定并調節(jié)，調節(jié)誤差≤2%。
參考文獻
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[3]Nios II Software Developer’s Handbook ALTERA co.
作者簡介：
關鍵詞：STM32F103，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)通信
仿真駕駛模擬器是機械、電子及計算機技術為一體的復雜系統(tǒng)，該系統(tǒng)由駕駛室與電動伺服裝置組成的仿真駕駛單元，計算機、投影機和環(huán)形幕組成顯示單元及駕駛數(shù)據(jù)采集模塊單元組成。仿真駕駛模擬器除可進行模擬駕駛訓練外，還具有汽車駕駛技能形成性評價、個性化培訓計劃、交通事故經典案例教學、駕駛案例性測評等的汽車駕駛應用培訓教學。論文格式。論文格式。其中數(shù)據(jù)采集單元實時采集仿真駕駛室內的各操縱機構狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)經串口傳送到上位機，上位機通過汽車動力學模型及當前路況信息計算出當前速度、加速度、方向、位置等信息作為計算機實時生成圖象和控制電動伺服缸動作依據(jù)，同時依據(jù)采集到的數(shù)據(jù)完成對駕駛行為過程回放、行為分析、技能等綜合評估。
1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設計
如圖1所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由各檢測模塊及檢測電路、單片機、采集芯片、通信接口和上位機組成。其中采集芯片是系統(tǒng)的核心部件，采用ARM核心的STM32F103芯片，采集芯片控制系統(tǒng)的變速器、轉向盤、加速踏板及各種開關等的位置狀態(tài)，包括對數(shù)據(jù)進行采集、存取、時間參數(shù)設置與主機通信等。時鐘信號也是由采集芯片產生，定時對采集芯片機產生復位信號，使主單片機完成一次數(shù)據(jù)采集，然后又進入休眠狀態(tài)。其中轉向裝置采用光電編碼器和現(xiàn)場可編程邏輯正列（FPEG）組成數(shù)字式傳感器，通過RS232與STM32通信。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在工作時，對模擬數(shù)據(jù)首先要通過放大器對信號進行處理后傳送到STM32F103的ADC模塊轉化為數(shù)字信號，對開關量和數(shù)字傳感器信號通過I/O或通信接口傳送到STM32F103，最后采集來的信號按照一定的通信協(xié)議發(fā)送到上位機處理。
圖1 汽車模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設計
2 硬件設計
仿真駕駛室內的需要檢測各種模擬裝置的信號。這些狀態(tài)根據(jù)采用的傳感器可分為三類：數(shù)字量、模擬量和開關量。
2.1 模擬量的采集
加速踏板、離合器踏板和行車制動踏板（三踏板）的踏板行程分別反映供油量大小、離合器結合程度及制動力大小，所以傳感器應采集出的是連續(xù)變化的量，即是模擬量。模擬量的采集要去抗干擾能力強，在設計中選擇了線性位移傳感器與三踏板的機械連接組成。線性位移傳感器的阻值變化特性為直線型，能夠準確反映三踏板行程的大小。
STM32 核心為CORTEX-M3，內部集成了2個1Msps12bit的獨立ADC，2個ADC前端由兩個多路切換器組成16路的模擬輸入通道，并將每個模擬輸入通道的結果存入對應的16個A/D轉換數(shù)據(jù)寄存器（ADDR）中。并且內部高達 72MHZ的主頻，高達1.25DMIPS/MHZ的處理速度，ADC最高速采樣的時候需要1.5+12.5個ADC周期，高速的DMA傳輸功能，靈活強大的4個TIMER等。加速踏板、離合器踏板和行車制動踏板模擬信號經多路模擬開關和信號調理電路經相應的控制電路與ADC0、ADC1和ADC2三個模擬通道相連，完成對信號的采樣與轉換。
2.2 開關量采集
模擬的操作有大量的開關量信號。組合開關、點火開關等采用EQ153型實車開關來實現(xiàn)仿真駕駛的開關操作功能，在實車開關上都有微動開關，主芯片可通過光電隔離器與微動開關相連，提取開關量，并轉換為標準邏輯電平進行處理。變速器采集模塊采用兩個PCB電路板構成變速器模擬裝置，一個PCB電路板裝有4對發(fā)光二極管和光敏三極管，一對放光二極管和光敏三極管構成一路采集，固定于變速器外殼內與機械結合采集檔位桿操作動作，變速器采集模塊與主控板I/O采集接口連接，當有檔位使能動作時，主控單片機要實時采集到變速器的使能動作。手制動采集模塊選用行程開關模擬，采集手制動動作，行程開關安裝于手制動控制桿底側，手制動采集模塊接線端子與主控板I/O接口連接，主控板能實時采集到手制動操作使能。
2.3轉向盤關電編碼設計
轉向盤度采集模塊采集轉向盤的旋轉的角度、方向。考慮在實際駕駛中轉向盤要求有一定的間隙，在采集時，采集精度要低，所以選用了以光電編碼為原理的碼盤檢測機構與轉向盤的轉向立柱連接用于模擬轉向裝置，光電編碼為750個脈沖/圈，將轉向盤的角位移轉換為電脈沖輸出。光電編碼單獨采用現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)數(shù)據(jù)處理，F(xiàn)PGA不僅具有高精度的同步傳輸能力，而且具有速度高、體積小、抗干擾能力強的優(yōu)點。如圖2所示，由光電編碼器輸出的A相、B相和Z相脈沖信號經光電耦合器抑制傳輸過程中的高頻噪聲信號后送入FPGA處理器，在FPGA中按照倍頻和鑒別方向設置等進行計數(shù)處理，得到實時脈沖數(shù)，最后通過RS232與采集芯片通信，并傳輸?shù)街骺匦酒琒TM32F103。
圖2 轉向盤光電編碼硬件設計
2.3 與主機的通信接口
由于數(shù)據(jù)采集單元與上位機的主控室距離較長，所以采用傳輸距離可達1000多米，傳輸速率10Mbs的RS485總線通信標準。通信接口芯片采用Sipex公司的SP3075E芯片，接口設計如圖3所示。論文格式。
圖3 通信接口連接圖
3軟件設計
模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集過程中，應完成多路模擬信號的采集和轉換，在上位機指令下將采集到的數(shù)據(jù)按一定的通信協(xié)議向上位機發(fā)送，并根據(jù)上位機下傳的各種輸出信號直行相應的操作并開始下一次數(shù)據(jù)采集，將采集的數(shù)據(jù)儲存在采集系統(tǒng)的存儲器中，等待上位機的上傳指令。按照采集任務，主程序可分為多路AD轉換模塊、RS485通信模塊和中斷服務程序模塊，軟件流程圖如圖4所示。
圖4 主程序流程圖
3.1 AD信號采集程序片段及注釋
ADC1->CR2.B.ADON = 1; //開啟ADC
ADC1->SMPR1.W= 0; //設置每個通道的采樣時間
ADC1->SQR1.W= 0; //設置序列轉換長度和通道
ADC1->CR1.B.SCAN= 1; //掃描模式開啟
ADC1->SQR1.B.L= 5; //轉換長度為6
ADC1->CR2.B.DMA= 1; //使用DMA
ADC1->CR2.B.EXTTRIG= 1; //使用外部觸發(fā)信號
ADC1->CR2.B.CAL= 1; //開始ADC校準
3.2通信接口程序片段及注釋
與上位機的通信模塊使用了兩個中斷，分別用于接收和發(fā)送中斷。通信模塊中還需設置破特率BRR。
USART1->BRR.W= UARTclk/Bud; //設置波特率
USART1->CR1.B.UE= 1; //使能UART1模塊
USART1->CR1.B.TE= 1; //使能UART1模塊發(fā)送功能
USART1->CR1.B.RE= 1; //使能UART1模塊接收功以
USART1->CR3.B.DMAT= 1; //發(fā)送使用DMA方式
USART1->CR1.B.TCIE= 0; //禁止UART1模塊發(fā)送完成中斷
USART1->CR1.B.RXNEIE= 1; //使能UART1模塊接收中斷
NVIC->ISER2.B.UART1= 1; //使能UART1的中斷
NVIC->ISER1.B.DMA1_CH4= 1; //使能DMA結束中斷
4 結束語
本文闡述了汽車仿真駕駛模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計，經實踐表明，STM32主控芯片具有強大的數(shù)據(jù)運算和處理能力，保證了汽車仿真模擬駕駛器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠以高精度和高準確度工作，完成對模擬器數(shù)據(jù)的采集。
參考文獻：
[1]孫洪波等.TMS320C5000系列DSP系統(tǒng)設計與開發(fā)實例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.
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論文關鍵詞：LED顯示屏的常見故障及排除方法
經過四十多年的發(fā)展，LED顯示技術越來越成熟，LED顯示屏的普及程度也越來越高。和其他大屏幕終端顯示設備相比，LED顯示屏具有自己的優(yōu)點，如亮度高、壽命長、視角大、屏幕面積可大可小及可與計算機連接，支持軟件豐富等。LED顯示屏不僅可以用于有關信息，還可以起到烘托氣氛的作用，如通過顯示屏幕播放上級領導及各種貴賓蒞臨參觀、指導的歡迎詞，及各種重大節(jié)日的慶祝標語等。因此，不少重要場所、大型演出活動采用LED顯示屏作為顯示設備，包括許多學校也安裝了LED顯示屏。和其他電子產品一樣，LED顯示屏使用一段時間后，不可避免地會出現(xiàn)這樣那樣的故障。由于目前的顯示屏系統(tǒng)在屏體結構上都采用了單元化、模塊化設計，方便了系統(tǒng)的維護。因此，也有些常見故障，只要用戶具備一定的計算機知識和電器維修經驗，掌握了顯示屏系統(tǒng)結構及信號的流向，有些以前需要專業(yè)人員解決的問題自己也可以動手解決。
LED顯示屏的工作原理及基本結構
進行故障排除，必須了解LED顯示屏的工作原理及基本結構，明確信號的流向。LED是發(fā)光二極管的簡稱科技小論文，LED顯示屏即是用大量LED發(fā)光管按一定順序排列形成的顯示設備。顯示屏一般由單元板（模組）拼成，每個單元板上按一定規(guī)律集成了一定數(shù)量的LED燈及控制和供電電路。作為一個完整的系統(tǒng)，LED顯示屏由控制計算機、屏體、供電裝置、信號傳輸線等組成。在所有的組成部分中，屏體出故障的可能性最大，屏體故障的排除也是LED顯示屏日常維護、維修的重點。
顯示屏常見故障及排除辦法
LED顯示屏按使用的環(huán)境分室
摘要的工作電壓，輸出電壓為直流5伏。
常見故障一：某一條塊無信號
通過上面對LED顯示屏屏體結構的闡述，某一條（塊）單元板無信號的原因有兩種可能，一是電源供電不正常，二是顯示信號沒能傳送過來。對于第一種情況，可以檢查該單元板上的供電插頭是否接觸不良，或用萬用表測量輸出電壓是否正常。對于第二種情況，應檢查傳送信號的排線是否松動，斷裂，可用替換法進行排除。通常情況下，供電造成某一條塊無信號的可能性最大，其次是排線有問題，而單元板芯片出問題的可能性較小。
常見故障二：大面積無信號
LED顯示屏長時間工作后，常出現(xiàn)大面積無信號顯示的情況，如只有底部一小部分有顯示，其余則無。出現(xiàn)這樣的狀況往往是各級聯(lián)的接收卡之間信號傳送不暢造成的。在上面的屏體結構分析中提到，各接收卡之間是用網線傳遞信號的，每塊接收卡上有兩個RJ-45接口，其中一個接收前面的接收卡送來的信號，另一個接口給下一個接收卡傳送信號。大面積無信號的故障往往是RJ-45接頭和接口之間接觸不良造成的論文開題報告范例。尤其是室外屏，受環(huán)境影響大，更易出現(xiàn)接觸不良的現(xiàn)象，而接收卡本身出故障的情況要少得多。在進行故障排除時可以將網線插頭反復插拔幾次，最好重做一根網線替代，而水晶頭的質量要好，抗氧化、耐腐蝕性要強。
常見故障三：常亮點的出現(xiàn)
常亮點也稱為失控點。該亮點對應的發(fā)光二極管處于長亮狀態(tài)，不隨輸入信號的變化而變化。該故障的出現(xiàn)主要是由于相應發(fā)光二極管的管腳短路造成的，如導電碎屑（新屏出現(xiàn)的概率大些）和水珠（雨雪天氣）引起的。當故障出現(xiàn)時，可以在屏體上該亮點對應的單元板上仔細查找短路位置，清除即可。
常見故障四：單元板上蜂窩狀黑點的出現(xiàn)
單元板上出現(xiàn)蜂窩狀黑點也是常見故障之一。黑點和常亮點一樣，都稱為失控點，但故障原因不同。黑點的出現(xiàn)一般是由于發(fā)光二極管的管腳接觸不良引起的，即出現(xiàn)了虛焊。要重新焊接虛焊點，一定要將單元板從屏上取下，等焊好后再安裝到原位置。不能在屏體上直接進行焊接，因為直接在屏體上焊接的話可能因光線不好或空間狹小引起誤操作，還可能出現(xiàn)焊錫落到其他單元板上科技小論文，引起新的故障。
常見故障五：拖尾現(xiàn)象
和電腦顯示器要設置刷新頻率一樣，LED顯示屏的刷新頻率設置不當也會帶來問題。刷新頻率是LED顯示屏的顯示數(shù)據(jù)每秒鐘被重復顯示的次數(shù)。刷新頻率越高，圖像越清晰，但也不能太高，太高會出現(xiàn)黑屏現(xiàn)象且影響使用壽命；太低則會出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象，尤其是信號末端不夠清晰。筆者最近就遇到了類似問題：兩塊顯示屏以串聯(lián)方式顯示同樣內容，最近發(fā)現(xiàn)在屏幕的一端出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象，且兩塊屏的故障部位幾乎相同。在排除了屏體的原因后，經檢查發(fā)送卡的參數(shù)設置，發(fā)現(xiàn)刷新頻率設置較低，為200Hz，室外屏的設置應為300 Hz——600 Hz。重新設置后，顯示正常。
以上是LED顯示屏在使用過程常遇到的幾種常見故障。其實，為了減少出故障的幾率，關鍵是要養(yǎng)成良好的使用習慣，進行規(guī)范操作。如使用時要先開控制主機，待進入播放軟件后，方可開屏通電，關閉時的順序則相反。在環(huán)境溫度過高或散熱條件不好時，應注意不要長時間開屏。遇雨雪天氣或空氣濕度大時，不能立即使用，對系統(tǒng)設置的重要參數(shù)要有備份，及做到專機專用等等。
關鍵詞：ZPW-2000A;無絕緣軌道電路;故障及對策;
中圖分類號：U284 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-10-00-01
一、ZPW-2000A 型無絕緣軌道電路系統(tǒng)
（一）技術特點
ZPW-2000A 型無絕緣軌道電路系統(tǒng)，其設計理念符合機車信號為主體信號的自動閉塞及列車超速防護系統(tǒng)的設計要求。它采用 1700Hz-2600Hz 載頻段、FSK 制式軌道電路傳輸特性、主要參數(shù)及計算機技術，主要涵蓋了以下幾點技術特性：實現(xiàn)軌道電路全程電氣折斷檢查，解決了調諧區(qū)斷軌檢查;充分肯定、保持UM71 無絕緣軌道電路的技術特點和優(yōu)勢;防護拍頻干擾;檢查調諧單元斷線故障;優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，提高軌道電路傳輸長度;減少了調諧區(qū)分路死區(qū);根據(jù)固定軌道電路長度，通過允許最小道碴電阻方式對軌道電路進行調整，一方面提高了軌道電路系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性;另一方面滿足了1Ω/km 標準道碴電阻和低道碴電阻傳輸長度要求;通過采用提高機械絕緣節(jié)軌道電路傳輸長度的方式，與電氣絕緣節(jié)軌道電路實現(xiàn)等長傳輸;減小銅芯線徑，采用國產信號數(shù)字電纜代替法國 ZC03 電纜，加大傳輸距離，減少備用芯組，提高軌道電路系統(tǒng)技術性能價格比;為了便于維護，降低工程造價，發(fā)送、接收設備通用四種載頻頻率，電碼化器材種類減少，從而降低運轉備用數(shù)量;為了便于防護和維修，采用長鋼包銅引接線代替 70mm2 銅引接線;信號收發(fā)設備具有完美的檢測功能，發(fā)送器同時能實現(xiàn)“N+1”冗余，接收器可以實現(xiàn)雙機互為冗余;在傳輸長度、安全性、可靠性、抗干擾性方面 ZPW-2000A 與 UM71 對比。
（二）主要技術條件
1、環(huán)境要求。ZPW-2000A 無絕緣軌道電路系統(tǒng)安全運行時的環(huán)境特點如下：相對濕度不大于 95%（溫度30℃時）。大氣壓力為 74.8kPa-106kPa（相對海拔高度2500m 以下）。室外溫度為 -30℃-+70℃，室內溫度為-5℃-+40℃。周圍沒有易腐或易爆的氣體。
2、直流電源電壓。電能消耗： 設備穩(wěn)定運行過程中發(fā)送器負載為 400Ω、功出為 1 電平時，電流耗電為5.55A，接收器正常工作時耗電電流小于 500mA;在功出短路時發(fā)送器耗電電流小于 10.5A。直流電源電壓范圍：23.5V-24.5V。
3、軌道電路。分路殘壓小于 140mA（帶內），分路靈敏度為0.15Ω。具備分離式斷軌檢查功能，有關軌道繼電器可靠失磁、檢測軌道電路全程（含主軌與小軌）斷軌。傳輸長度符合相關規(guī)定。主軌道無分區(qū)死路;調諧區(qū)分路死區(qū)不大于 5m。
4、系統(tǒng)冗余方式。接收器采用成對雙機并聯(lián)運用，發(fā)送器采用“N+1”冗余，實行故障檢測轉換。
二、ZPW-200OA軌道電路維修
區(qū)間軌道電路發(fā)生紅光帶時，首先要分清是主軌道部分還是小軌道部分故障，是室內故障還是室外故障。
用CD96系列移頻表測試衰耗器“軌出1”測試塞孔，電壓不低于240mV時，說明主軌道正常，屬小軌道故障;若測得電壓低于240mV時，說明主軌道有問題。進一步測試衰耗器“XGJ”測試孔電壓，當測得直流電壓正常（不低于23V）時，為主軌道故障，不正常為小軌道故障。
主軌道信號可在區(qū)間綜合柜發(fā)送端電纜模擬網格盤上“電纜側”測試孔測試，測得電壓低或者無電壓，則是室內發(fā)送設備故障。當測得發(fā)送電壓正常時，測試接收端“電纜側”測試孔電壓，如果電壓正常，則是室內接收部分故障;電壓不正常。則是室外設備故障。
室內設備不良以電纜模擬網絡防雷元件劣化產生短路居多，室外設備故障一般以補償電容性能下降、鋼包銅等阻引接線接觸電阻大等較為常見。
（一）發(fā)送設備故障時，檢查發(fā)送器工作的五個必備條件是否滿足：
1、發(fā)送電源電壓為24V，且極性正確。電壓低于23V時查找原因;
2、有且只有一路低頻編碼條件;
3、有且只有一路載頻條件;
4、有且只有一個“-1”或“-2”選擇;
5、功出負載不能短路。
檢查發(fā)送器工作正常時，測試發(fā)送功出電壓，若電壓不正常為發(fā)送器故障;正常時，再測試發(fā)送端電纜模擬網絡盤空載電壓，電壓正常為模擬網絡盤故障，不正常是發(fā)送器至模擬網絡間連線故障。
（二）接收設備故障。
因為接收器是雙機并用工作，主機故障時，改為并機接收。所以接收器故障導致的設備故障的可能性很小。當接收發(fā)備故障時，測試模擬網絡盤空載電壓，不正常為模擬網絡盤故障;正常時，在衰耗器背面端子（Cl、C2）上測試輸入電壓，正常為衰耗器故障，不正常為衰耗器至模擬網絡間連線不良。
（三）小軌道故障時，首先測試運行方向下一區(qū)段衰耗器上“軌出2”測試塞孔電壓，若電壓正常，再測試“XG”測試塞孔直流24V電壓是否正常，若正常為本區(qū)段“XGJ”至下一區(qū)段“XG”間連線斷線，若測得下區(qū)段“XG”電壓無輸出，則是下一區(qū)段衰耗器故障。如果測得“軌出2”電壓較低時，且在“軌入”塞孔測試小軌道移頻電壓低于42mV，可能是室外補償電容不良;若“軌入”塞孔測試小軌道移頻電壓大于42mv，則斷定為下一區(qū)段衰耗器故障（小軌道調整不當）。
（四）列車運行正方向時3JG、反方向運行時lLQG沒有下一區(qū)段，它們的XGJ檢查條件是，直接向相應接收器供+24V電源。出現(xiàn)3JG軌道電路故障時，只檢查主軌信號和24V電源是否正常。
（五）主發(fā)送器故障時，不能倒向N+l發(fā)送導致軌道電路故障。可能原因是主發(fā)送的報警繼電器落下條件接入N+1發(fā)送的選擇條件故障。逐一檢查發(fā)送功出選擇、載頻選擇、低頻選擇是否正確。
參考文獻：
[1]彭天育 ZPW-2000A無絕緣軌道電路驗收調試故障的探討[期刊論文]-鐵路通信信號工程技術 2014（2）
論文摘要：數(shù)控機床fanuc系統(tǒng)是目前應用最廣泛的系統(tǒng)之一，雖然fanuc系統(tǒng)具有很好的可靠性和先進性，但是對于比較復雜的數(shù)控系統(tǒng)總會遇到這樣或那樣的問題出現(xiàn)，而這些問題又都通過數(shù)控系統(tǒng)界面顯現(xiàn)出來，怎樣靈活、快速、高效、準確的解決這些問題，成為每個維修人員必須面對的現(xiàn)實。主要就日常機床工作中遇到的一些輸入電源故障問題進行了探討和分析。
1. 前言
fanuc數(shù)控系統(tǒng)輸入電源故障是數(shù)控機床常見的故障之一，根據(jù)曾多次參與多種fanuc數(shù)控系統(tǒng)的機床維修，就自己淺薄的經驗來看，提高維修人員的綜合判斷能力，將數(shù)控機床電氣、機械各部分有機的綜合起來整體考慮，是準確判斷數(shù)控系統(tǒng)電源問題的一個較好方法，有利于快速解決維修過程中的難題。以下是電源常見故障分析。
2. 接通總電源開關后，電源指示燈不亮
外部電源開關未接通；電源進線熔斷器熔芯斷或機床總熔斷器熔芯斷；機床電源進線斷；機床總電源開關壞；控制變壓器輸入端熔斷器熔芯斷(或斷路器跳)；指示燈控制電路中熔斷器熔芯斷或斷線；電源指示燈燈泡壞。
機床設計時選擇的空氣開關容量過小，或空氣，開關的電流選擇撥碼開關選擇了一個較小的電流；機床上使用了較大功率的變頻器或伺服驅動。
3. fanuc輸入電源故障
fanuc的數(shù)控系統(tǒng)，一般采用fanuc公司生產的“輸入單元”模塊，通過相應的外部控制信號，進行數(shù)控系統(tǒng)伺服驅動的電源的通、斷控制。電源接通條件如下：
(1)電柜門互鎖觸電閉合。
(2)外部電源切換觸電閉合。
(3)mdi／crt單元的電源切斷off按鈕觸電閉合。
(4)系統(tǒng)電源模塊無報警，報警觸點斷開。
不符合以上條件之任何一條，則會出現(xiàn)電源斷電故障：維修要點：fanuc6／11等系統(tǒng)的電源輸入單元的元器件，除熔斷器外，其他元器件損壞的幾率非常小，維修時切勿輕易更換元器件。在某些機床上，由于機床互鎖的需要，使用了外部電源切斷信號，這時應根據(jù)機床電氣原理圖，綜合分析故障原因，排除外部電源切斷的因素，才能啟動。
4. cnc電源單元不能通電
4.1 當電源單元不能接通時，如果電源指示燈(綠色)不亮
(1)電源單元的保險熔斷輸入高電壓，元器件損壞，造成短路或過流。
(2)輸入電壓低，檢查輸入電壓，電壓的允許值為ac200v±10％，50hz±1hz。
(3)電源單元不良，元器件損壞。
4.2 電源指示等亮，報警燈也消失，但電源不能接通
電源接通條件如下：
(1)電源on按鈕閉合。
(2)電源off按鈕閉合。
(3)外部報警接點打開。
4.3 電源單元報警燈亮
24v輸出電壓的保險絲熔斷：顯示器屏幕使用+24v電壓，+24v與地短路，顯示器／手動數(shù)據(jù)輸入板不良，或短路。
5. cnc電源單元不能通電
5.1 當電源單元不能接通時，如果電源指示燈(綠色)不亮
(1)電源單元的保險熔斷：輸入高電壓，元器件損壞，造成短路或過流。
(2)輸入電壓低：檢查輸入電壓，電壓的允許值為ac200v±10％，50hz±1hz。
(3)電源單元不良，元器件損壞。
5.2 電源指示等亮。報警燈也消失，但電源不能接通電源接通條件如下：
(1)電源on按鈕閉合。
(2)電源off按鈕閉合。
(3)外部報警接點打開。
5.3 電源單元報警燈亮
(1)24v輸出電壓的保險絲熔斷顯示器屏幕使用+24v電壓，+24v與地短路。顯示器／手動數(shù)據(jù)輸入板不良或短路。
(2)電源單元不良，檢查步驟：
a.把電源單元的所有輸出插頭拔掉，只留下電源輸入線和開關控制線。
b.把機床所有電源關掉，把電源控制部分整體拔掉。
c.再開電源，此時如果電源報警燈熄滅，那么可以認為電源單元正常，而如果電源報警燈仍然亮，那么電源單元壞。注意事項：16／18系統(tǒng)電源拔下的時間不要超過半小時，因為sram的后備電源在電源單元上。
(3)24v的保險熔斷
a.+24v是提供外部輸入／輸出信號用的，參照下圖檢查外部輸入，輸出回路是否短路。
b.外部輸入／輸出開關引起+24v短路或補充i／o板不良。
(4)5v電源負荷短路，檢查方法：
a.把+5v電源所帶負荷一個一個地拔掉，每拔一次，必須關電源再開電源。
b.在拔掉任何一個+5v電源負荷后，電源報警燈熄滅，那么可以證明該負荷及其連接電纜出現(xiàn)故障，注意事項：當拔掉電機編碼器的插頭時，如果是絕對位置編碼器，還需要重新回零，機床才能恢復正常。
(5)系統(tǒng)的印刷電流板上有短路。檢查：用完用表測量+5v，+15v，+24d與ov之間的電阻必須在電源關的狀態(tài)下測量。
a.把系統(tǒng)各印刷板一個一個的往下拔，再開電源，確認報警燈是否再亮。
b.如果當某一印刷板拔下后，電源報警燈不亮，那就證明該板有問題，需更換該板或維修。
c.對于o系統(tǒng)，如果+24d與ov短路，更換時一定要把輸入／輸出板與主板同時更換。
d.當計算機與cnc系統(tǒng)進行通信作業(yè)，如果cnc通信接口燒壞，有時也會使系統(tǒng)電源不能接通。
6. 電源開關與機床開關后，電源不能接通
(1)電源輸入端熔斷器熔芯熔斷或爆斷(或自動開關跳閘)。
(2)機床電源進線斷。
(3)機床總電源開關或電源開關壞。
(4)電氣控制柜門未關好，開門斷電保護開關動作。
(5)電氣控制柜上的開門斷電保護開關損壞或關門后與碰塊接觸不良。
7. 控制電源故障
控制變壓器無輸入電壓(輸入端保險燒斷或斷路器跳)原因：變壓器內部短路、過載線短路，電流過大無dc電流輸出原因：因直流側短路、過流、過壓、過熱等造成整流模塊或直流電源損壞；整流電路有斷線或接觸不良電源連接線接觸不良或斷線控制變壓器輸入電源電壓過高過低(超過±10％)或電壓浪涌控制變壓器損壞原因：熔斷器，斷路器的電流過大，沒有起到保護作用：電源短路，串接：負荷過大，內部繞組短路，短路等。控制變壓器副邊熔斷器熔斷或爆斷。
8. i／0無輸入信號，+24v電源報警
+24v電源保險燒壞：i／o輸入短路，檢查輸入+24v電源是否對地短路，排除故障；更換保險。i／o無輸入信號維修：更換輸入／輸出板在機床運行中，控制系統(tǒng)偶爾出現(xiàn)突然掉電現(xiàn)象原因：電源供應系統(tǒng)故障維修：更換系統(tǒng)電源，更換電源輸入單元。系統(tǒng)工作半個月或一個月左右，必須更換電池，不然參數(shù)有可能丟失：原因：電池是為了保障系統(tǒng)在不通電的情況下，不會丟失nc數(shù)據(jù)維修：檢查確認電池連接電纜是否有破損存儲板上的電池保持回路不良，請更換存儲板。電池質量不好，更換質量較好的電池。
9. 結語
從以上常見fanuc數(shù)控電源維修事例中。不難看出，對于較為復雜的數(shù)控機床來說，往往對維修人員的綜合分析能力有較高要求，如果我們拘泥一格、就事而論，往往會舍本逐末，找不到問題的根源所在，數(shù)控系統(tǒng)的任何報警和故障都有可能是幾個方面因素的相互作用造成的，我們必須善于透過表面現(xiàn)象，抓住問題的本質，快速、高效的解決這些故障，只有這樣才能更好的保障數(shù)控機床的正常使用，為生產服務。
參考文獻：
[1]鄭小年，楊克，中，數(shù)控機床故障診斷與維護[m]，華中科技大學出版社，2005：76-78.
