单元电路论文范文
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第1篇
关键词：三端离线PWM开关；正激变换器；高频变压器设计
引言
TOPSwitch是美国功率集成公司（PI）于20世纪90年代中期推出的新型高频开关电源芯片，是三端离线PWM开关（ThreeterminalofflinePWMSwitch）的缩写。它将开关电源中最重要的两个部分——PWM控制集成电路和功率开关管MOSFET集成在一块芯片上，构成PWM/MOSFET合二为一集成芯片，使外部电路简化，其工作频率高达100kHz，交流输入电压85～265V，AC/DC转换效率高达90％。对200W以下的开关电源，采用TOPSwitch作为主功率器件与其他电路相比，体积小、重量轻，自我保护功能齐全，从而降低了开关电源设计的复杂性，是一种简捷的SMPS（SwitchModePowerSupply）设计方案。
TOPSwitch系列可在降压型，升压型，正激式和反激式等变换电路中使用。但是，在现有的参考文献以及PI公司提供的设计手册中，所介绍的都是用TOPSwitch制作单端反激式开关电源的设计方法。反激式变换器一般有两种工作方式：完全能量转换（电感电流不连续）和不完全能量转换（电感电流连续）。这两种工作方式的小信号传递函数是截然不同的，动态分析时要做不同的处理。实际上当变换器输入电压在一个较大范围发生变化，和（或者）负载电流在较大范围内变化时，必然跨越两种工作方式，因此，常要求反激式变换器在完全能量和不完全能量转换方式下都能稳定工作。但是，要求同一个电路能实现从一种工作方式转变为另一种工作方式，在设计上是较为困难的。而且，作为单片开关电源的核心部件高频变压器的设计，由于反激式变换器中的变压器兼有储能、限流、隔离的作用，在设计上要比正激式变换器中的高频变压器困难，对于初学者来说很难掌握。笔者采用TOP225Y设计了一种单端正激式开关电源电路，实验证明该电路是切实可行的。下面介绍其工作原理与设计方法，以供探讨。
1TOPSwitch系列应用于单端正激变换器中存在的问题
TOPSwitch的交流输入电压范围为85～265V，最大电压应力≤700V，这个耐压值对于输入最大直流电压Vmax=265×1.4=371V是足够的,但应用在一般的单端正激变换器中却存在问题。
图1是典型的单端正激变换器电路，设计时通常取NS=NP，Dmax<0.5（一般取0.4）,按正激变换器工作过程,TOPSwitch关断期间，变压器初级的励磁能量通过NS，D1，E续流（泄放）。此时，TOPSwitch承受的最大电压为
VDSmax≥2E=2Vmax=742V（1）
大于TOPSwitch所能承受的最大电压应力700V，所以，TOPSwitch不能在一般通用的正激变换器中使用。
2TOPSwitch在单端正激变换器中的应用
由式（1）可知，TOPSwitch不能在典型单端正激变换器中应用的关键问题，是其在关断期间所承受的电压应力超过了允许值，如果能降低关断期间的电压应力，使它小于700V，则TOPSwitch仍可在单端正激变换器中应用。
2.1电路结构及工作原理
本文提出的TOPSwitch的单端正激变换器拓扑结构如图1所示。它与典型的单端正激变换器电路结构完全相同,只是变压器的去磁绕组的匝数为初级绕组匝数的2倍,即NS=2NP。
TOPSwitch关断时的等效电路如图2所示。
若NS与NP是紧耦合，则，即
VNP=1/2VNS=1/2E（2）
VDSmax=VNP＋E=E=1.5×371
=556.5V<700V（3）
2.2最大工作占空比分析
按NP绕组每个开关周期正负V·s平衡原理，有
VNPon(Dmax/T)=VNPoff[(1-Dmax)/T]（4）
式中：VNPon为TOPSwitch开通时变压器初级电压，VNPon=E；
VNPoff为TOPSwitch关断时变压器初级电压，VNPoff=（1/2）E。
解式（4）得
Dmax=1/3（5）
为保险，取Dmax≤30％
2.3去磁绕组电流分析
改变了去磁绕组与初级绕组的匝比后，变压器初级绕组仍应该满足A·s平衡，初级绕组最大励磁电流为
im(t)|t=DmaxT=Ism=DmaxT=(E/Lm)DmaxT（6）
式中：Lm为初级绕组励磁电感。
当im(t)=Ism时，B=Bmax，H=Hmax，则去磁电流最大值为
Ism==(Hmaxlc/Ns)=1/2Ipm(7)
式中：lc为磁路长度；
Ipm为初级电流的峰值。
根据图2（b）去磁电流的波形可以得到去磁电流的平均值和去磁电流的有效值Is分别为
下面讨论当NP=NS，Dmax=0.5与NP=NS，Dmax=0.3时的去磁电流的平均值和有效值。设上述两种情况下的Hmax或Bmax相等，即两种情况下励磁绕组的安匝数相等，则有
Im1NP1=Im2NP2（10）
式中：NP1为Dmax=0.5时的励磁绕组匝数；
NP2为Dmax=0.3时的励磁绕组匝数；
设Lm1及Lm2分别为Dmax=0.5和Dmax=0.3时的初级绕组励磁电感，则有
Im1=E/Lm1×0.5T为Dmax=0.5时的初级励磁电流；
Im2=E/Lm2×0.3T为Dmax=0.3时的初级励磁电流。
由式（10）及Lm1，Lm2分别与NP12，NP22成正比，可得两种情况下的励磁绕组匝数之比为
(NP1)/(NP2)=0.5/0.3
及(Im1)/(Im2)=(Np2)/(Np1)=0.3/0.5(12)
当NS1=NP1时和NS2=2NP2时去磁电流最大值分别为
Ism1=Im1=Im（13）
Ism2=Im2=(0.5/0.6)Im（14）
将式（10）～（14）有关参数代入式（8）～（9）可得到，当Dmax=0.5时和Dmax=0.3时的去磁电流平均值及与有效值Is1及Is2分别为
Is1=1/4ImImIs1=0.408Im（Dmax=0.5）
Is2≈0.29ImIs2=0.483Im（Dmax=0.3）
从计算结果可知，采用NS=2NP设计的去磁绕组的电流平均值或有效值要大于NS=NP设计的去磁绕组的电流值。因此，在选择去磁绕组的线径时要注意。
3高频变压器设计
由于电路元件少,该电源设计的关键是高频变压器,下面给出其设计方法。
3.1磁芯的选择
按照输出Vo=15V，Io=1.5A的要求，以及高频变压器考虑6％的余量，则输出功率Po=1.06×15×1.5=23.85W。根据输出功率选择磁芯，实际选取能输出25W功率的磁芯，根据有关设计手册选用EI25，查表可得该磁芯的有效截面积Ae=0.42cm2。
3.2工作磁感应强度ΔB的选择
ΔB=0.5BS，BS为磁芯的饱和磁感应强度，由于铁氧体的BS为0.2～0.3T，取ΔB=0.15T。
3.3初级绕组匝数NP的选取
选开关频率f=100kHz（T=10μs），按交流输入电压为最低值85V，Emin≈1.4×85V，Dmax=0.3计算则
取NP=53匝。
3.4去磁绕组匝数NS的选取
取NS=2NP=106匝。
3.5次级匝数NT的选取
输出电压要考虑整流二极管及绕组的压降，设输出电流为2A时的线路压降为7％，则空载输出电压VO0≈16V。
取NT=24匝。
3.6偏置绕组匝数NB的选取
取偏置电压为9V，根据变压器次级伏匝数相等的原则，由16/24=9/NB，得NB=13.5,取NB=14匝。
3.7TOPSwitch电流额定值ICN的选取
平均输入功率Pi==28.12W（假定η=0.8），在Dmax时的输入功率应为平均输入功率，因此Pi=DmaxEminIC=0.3×85×1.4×IC=28.12，则IC=0.85A，为了可靠并考虑调整电感量时电流不可避免的失控，实际选择的TOPSwitch电流额定值至少是两倍于此值，即ICN>1.7A。所以，我们选择ILIMIT=2A的TOP225Y。
4实验指标及主要波形
输入AC220V，频率50Hz，输出DCVo=15(1±1％)V，IO=1.5A，工作频率100kHz，图3及图4是实验中的主要波形。
图3中的1是开关管漏源电压VDS波形，2是输入直流电压E波形，由图可知VDS=1.5E；图4中的1是开关管漏源电压VDS波形，2是去磁绕组电流is波形，实验结果与理论分析是完全吻合的。
第2篇
在新技术、新设备不断更新的今天，供电企业对安全的要求越来越高，不同层次、不同岗位的员工，随时面临着巨大的压力，安全教育培训是满足员工渴望在一个安全、舒适的环境中工作的自身需求，维护员工权益的基础保障。对于个人来说，员工应通过企业提供的各种安全教育培训，将接受和参与安全教育培训作为企业最大的福利，进行安全知识和安全防护技能的补充、更新、拓宽，提高安全素质，增强新形势下对企业安全需求的适应能力，维护自己最大的权益。
当前供电企业安全教育培训工作中存在的问题
1.对安全教育培训重要性认识不足。部分基层单位、班组负责人，对安全教育培训工作重要性和紧迫性的认识存在盲区，导致员工岗位安全教育培训工作没有被纳入单位、班组日常工作计划的现象出现，受经济效益、工作进度等客观因素的影响，显现出员工岗位安全教育培训缺乏的现象。
2.安全教育培训制度尚不健全。随着供电企业快速发展和企业员工对安全教育培训满意度的变化，现有安全培训制度显现出安全教育培训管理制度或标准的缺失，可操作性欠缺，安全教育培训职能交叉加重了基层的负担等方面的问题。
3.安全教育培训覆盖面不足。基层单位、班组受培训能力限制，导致员工安全教育培训有名无实，流于形式，造成基层员工安全教育培训严重缺失，在不断积累之后造成员工整体安全素质和安全意识偏低。
4.安全教育培训针对性不强。当前，安全培训多以理论讲解为主，由于与现场安全工作实际出现脱节，开展安全教育培训工作之前没有开展前期调研，广泛征求员工对安全教育培训的需求，导致安全教育培训没有真正按照不同专业、不同层次员工的工作特点把握安全教育培训需求，有针对性的拟定安全教育培训计划和实施方案，使基层单位、班组的安全教育培训显现出走过场，为了培训而培训，缺乏针对性等方面的问题。
5.安全教育培训评价管理机制还不够完善。目前，供电企业员工安全培训体系建设逐步趋于完善，但培训评价管理体系相对滞后，导致基层单位、班组安全培训开展情况的监督、检查和培训质效的考核、认证欠缺规范。
6.安全教育培训师资较薄弱。一是基层单位、专业班组培训员由于长期从事繁忙的现场工作、接触的专业前沿信息较少、时间和精力有限等原因，导致教育理念更新不及时，教育理论知识相对欠缺；二是由于基层单位、专业班组培训员在承担现场培训教学任务的同时还要面对和处理复杂、动态的现场作业工作，导致培训人员投入到培训教学上的时间、精力很难保证；三是一些基层单位将培训人员承担的培训任务划为义务劳动，缺乏有效的激励机制，导致培训人员在开展安全教育培训教学工作中的积极性受挫，培训效能感下降，从而影响了安全生产教育培训教学质量。
做好企业安全教育培训工作的对策研究
1.企业要健全和完善安全教育培训体系的基础建设。企业在完善三级安全教育培训体系的同时，一是在硬件设施的投入和配备等方面要安排专用资金，落实具体部门，建设并完善企业员工安全教育培训基地，配置必要的培训设备和设施，深入基层开展培训课题调研，根据企业安全生产管理要求，制定安全教育培训计划；二是加强企业安全教育培训师资队伍的建设，通过基层选拔、自主培养，专业人员引进等多种方式，做好安全教育培训师资资源的储备，建立能满足企业安全教育培训要求的师资队伍，保证安全教育培训工作的质效，使安全教育培训计划能够得到有效落实。
2.企业要将安全教育培训与企业安全目标愿景进行有效结合。安全教育培训具有形式和载体多元化的特征，但无论是通过企业安全文化建设，还是通过安全知识和技能培训、竞赛、演讲、论坛、专题讲座等形式开展安全教育培训，始终都要同企业安全发展的安全目标愿景相结合。一是企业要将安全教育培训与员工个人的岗位追求、价值追求相结合。从关心员工各方面利益的角度出发，通过安全教育培训使员工树立正确的安全价值观，能够发自内心的真正认识到只有保证了安全，才能得到个人利益，实现个人追求，真正实现“要我安全”到“我要安全”的转变，主动接受安全教育培训，自觉汲取安全知识、提升安全技能。二是安全教育培训要纳入企业的教育培训总体规划中，与专业技能培训、学历教育培训有机融合，确定专责部门和人员统一管理，形成完善的安全教育培训体系，避免安全教育培训流于形式的现象出现，使安全教育培训在培训资金、培训时间、培训场所、培训设施、培训质效等方面从组织结构和管理上得到保障。
3.企业要形成安全教育培训的闭环管理流程。安全教育培训的闭环流程包括全面掌握企业和员工安全技能和素质提升需求，做好安全教育培训需求分析；根据安全教育培训需求有针对性的编制安全教育培训计划，设置培训课程；安全教育培训实施过程和安全教育培训质效评价等四个方面。企业和员工安全技能和素质提升需求调查，是确定安全教育培训目标、制定安全教育培训计划的基础，是进行安全教育培训实施过程和安全教育培训质效评价的前提，也是加强培训工作计划性、针对性、可控性和预见性的关键。企业和员工安全技能和素质提升需求调查主要包括以下几个方面的内容：一是安全教育培训部门和基层单位、班组对企业安全教育培训制度的落实情况；二是企业安全水平和缺陷、隐患、事故状况，员工安全意识、安全技能水平和“三违”现象发生率；三是员工对岗位新工艺、新设备、新技能的认知状况，应急处置技能和水平。
编制安全教育培训计划和设置培训课程，应根据各级安全教育培训体系组织机构实际，结合安全教育培训需求调查制定。计划要做到有目标、有内容、有措施，注重针对性、实效性、可行性和操作性。
安全教育培训实施过程首先是要明确培训要求，科学合理的控制培训进度，着重从员工安全意识的提升、安全知识的完善、安全技能的补缺等方面提高员工整体安全素质。基层的单位和班组在安全教育培训工作的实施中，可从制度、规范、常态、学用结合等方面出发，采用安全知识和技能培训、竞赛、演讲、论坛、专题讲座等多种形式，唤起员工参与安全教育培训积极性；把握好安全理念、安全启迪、事故警示、人机互动等环节，对员工进行全方位的安全教育培训；结合工作实际和安全实践经历，紧贴本单位和班组安全生产工作实际，开展安全知识和技能学习、讨论分析事故案例等，真正做到有的放矢。
安全教育培训质效评价是安全教育培训取得实效的保障，包括评估确定、评估方案制定、评估实施和评估反馈四个步骤。一是利用听课、座谈、问卷调查等方式，对参培人员进行培训计划安排、培训内容、培训教材、培训进度、培训环境、后勤服务、授课技巧等方面认可程度的评价；二是利用试卷答题、技能实操以及撰写培训心得体会等方式，掌握参培人员对培训内容的掌握情况和安全知识与技能的提升情况；三是通过对参训者行为观察及访谈其主管或同事，评定参训者接受培训后在工作行为上的变化；四是评估培训后带来的组织相关产出的变化效果。
第3篇
关键词：低功耗；无线供能；电荷泵整流器；低压差线性稳压器；带隙基准电压源；电源抑制
中图分类号：TM44；TN722；TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）12-00-04
0 引 言
近几年，受益于集成电路工艺技术与片上系统（System on Chip，SOC）的不断发展，射频识别、微传感网络以及环境感知等智能技术得到了飞速发展。其中，对于无线供能植入式芯片的能量管理、功耗等问题受到了持续关注与研究。当能量采集完成后，如何管理该能量是下一代被动与半被动植入式医疗设备的要点之一。
在低功耗植入式芯片中，如低噪声放大器、模数转换器等对工作电压及其纹波都有一定的要求，因此须通过无线能量管理单元（Wireless Power Management Unit，WPMU）将其电源性能优化。在被动式芯片中，电荷泵整流器（Charge Pump Rectifier，CPR）、带隙基准源（Bandgap Reference，BGR）、低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator，LDO）是WPMU的重要组成单元[1]。芯片工作时，人体各种低频信号（EEG、ECG）会通过相应的耦合方式传输到电源通路上，从而产生低频噪声，因此必须采用相关技术获得高电源抑制比电源。论文首先通过电荷守恒定理对传统Dickson电路进行动态分析及能量转换效率的改进；然后采用电源抑制增强（Power Supply Rejection Boosting，PSRB）与前馈消除（Feed-forword Cancellation，FWC）等技术分别提高BGR、LDO在运放工作带宽内的电源抑制力（Power Supply Rejection，PSR），并在输出节点并联电容以滤除超高频纹波；最后为保证LDO在负载变化时的稳定性，利用零极点追踪补偿来满足相位裕度的要求。
论文对高性能无线能量管理单元预设指标为：
（1）CPR在输入500 mV交流小信号时能输出2 V电压并驱动200 A的电流。
（2）BGR输出电源抑制比在LDO的工作范围内尽可能大于60 dB，以减小对LDO的影响。
（3）LDO输出电源抑制比在生物信号频率处（01 kHz）及CPR输入信号处大于60 dB，从而提供负载电路高性能的工作电压。
（4）在满足以上性能的情况下，尽可能减小电路工作时的静态电流。
1 无线能量管理单元的基本原理
图1所示为论文采用的无线供能能量管理单元拓扑结构。由图1可知，WPMU主要包含CPR、BGR、LDO及保护电路（PRO）等模块。芯片通过片外天线采集到由基站发射的高频无线能量信号，CPR将信号整流后进行升压，产生纹波较大的电压，并将该能量储存到Cs中。由BGR与LDO所组成的环路通过负反馈输出纹波较小的VDD来驱动负载电路。其中BGR为LDO提供一个精准稳定的参考电压，因此BGR的性能影响着LDO输出电压的性能。芯片中的保护电路包括过温保护电路、过压保护电路、限流电路，其主要目的在于意外情况下对电路关断，实现对电路的保护。
设计能量管理单元时，在无线供能的环境下要注意相关性能的优化，而这又伴随着其它性能的牺牲，下面将详细分析论文采用的CPR、BGR、LDO设计原理及电路结构。
3 版图及后仿真结果
采用SMIC 0.18 m CMOS工艺，在Cadence下对电路进行仿真验证，无线能量管理单元的版图如图7所示，其中包含了CPR、BGR、LDO及PRO等模块，芯片的尺寸大小为277 m×656 m。
电路在工作时要避免反馈环路发生震荡，必须保证LDO环路的相位裕度，论文在tt、ff、ss三个工艺角下对其进行不同负载电流（0200 A）的仿真，仿真结果如表1所列。该结果表明在负载电流0200 A内，由于零极点追踪补偿的作用，相位裕度均大于60度，根据奈奎斯特稳定判据，LDO环路能在负载变化的范围内稳定工作。
图8所示为BGR、LDO的PSR仿真波形，从图中可以看出，BGR采用PSRB技术后，PSR在低频降低了近25 dB。当LDO采用FWC技术时，电源抑制在低频段得到了显著提升，电路空载时，在100 Hz内提升了近20 dB，满载时提升了近40 dB。
图912给出了WPMU中CPR与LDO的相关瞬态仿真结果，当输入频率为500 MHz、幅度为0.5 V的正弦波时，电路建立时间约为13 s，CPR的纹波约为5 mV，而LDO的输出电压纹波减小至2.3 V，即高频处PSR约为-66 dB。因此论文采用的LDO在生物信号频率处（DC-10 kHz）与输入信号频率处（100 MHz以上）具有较好的PSR。表2对相关文献与本文设计进行性能比较，可以看出，该电源管理单元能输出性能更好的工作电压。
4 结 语
论文针对CPR、LDO、BGR进行研究，设计了一种应用于低功耗无线供能植入式医疗芯片的能量管理单元。采用SMIC 0.18 m CMOS工艺提供的本征MOS管使CPR的效率得到提升。利用PSRB将BGR的PSR在低频处从-75 dB降低到-95 dB，这是优化LDO电源抑制能力的基本前提。通过FWC、零极点追踪补偿改善LDO的PSR与稳定度，在驱动0.2 mA的负载电流时，PSR为-85 dB@DC，而相位裕度在负载范围内均大于60度，该性能可适用于对电源性能要求较高的模块。
参考文献
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[6]王忆.高性能低压差线性稳压器研究与设计[D].杭州：浙江大学，2010.
第4篇
关键词：全国大学生电子设计竞赛，教学改革，电子技术，本科
0.引言
作为全国最高规格的学生电子类竞赛，全国大学生电子设计竞赛一直引导高校在实验教学中注重培养大学生创新能力、协作精神和理论联系实际的学风。[1]每一届的竞赛都涌现出许多优秀的、动手能力强的电子人才，但另一方面，也暴露了现今高校电子类本科教学的许多不足之处。
在全国大学生电子设计竞赛中，参赛的大多是每所高校最具动手能力的学生。但从交作品的情况看，即便是优秀学生，某些学生的电子设计水平还是明显不足：有的学生拿不出一点成果，既没有硬件电路，也没有软件程序，甚至没有设计论文；有的参赛学生虽然把一些硬件电路板做出来了，却因为程序调试不通过，即使设计论文写得再好，也没有达到题目的基本要求。而从这些学生的参赛过程，可以分析其在电子设计方面存在的主要问题。
1.知识面窄
面对竞赛题目，方案选型、实际产品制作，学生表现出知识面非常狭窄，思维不够活跃，不能够提出多种设计方案来选择。根本原因在于学生甚至个别教师，在教与学过程中都过于注重教科书的个别经典案例，而对实际应用、设计思路却知之甚少，导致面对设计题目时不知所措。论文大全。
因此，电子专业教学中就要加入大量的关于电子设计、应用的内容。应该在保证基础知识的前提下，适当剔除对实际应用意义不大而偏重理论研究的内容，将这些内容留给考研学生或研究生学习。另外，集成技术和芯片封装飞速发展，要求我们在教学过程中强调基本原理、基本分析方法的同时，增加新器件和专用集成电路内容，使基本原理和实际应用有机结合，进而着重分析由功能单元构成的通用集成电路的应用。因此，应该根据社会的需求和电子设计竞赛的内容增加介绍一些新集成电路和可编程器件等教学内容。同时，还可以组织开展一些跟电子设计有关的选修课、讲座以及技能训练活动，以提高学生的专业水平、开拓学生的专业视野。
2.实践动手能力较弱
部分学生虽然做过相关课程的实验、实习，但制作实际产品时却不知从何做起，基本的电子制作技能较差，不能做到布线规范、焊接牢固、懂得排除故障等等。若一个电子设计者不掌握这些技能，那么他不可能把自己的设计成果做成实物来调试，也就不能验证其设计的合理性。论文大全。因此，这些都是把电子产品付诸实际的基础技能。而部分学生缺乏技能锻炼，能力亟待提高。
要解决这个问题，建议压缩纯理论的教学内容，把时间留给学生多做实验、多做实习、多做电子产品的设计，而且学生要有足够的时间把这些实践练习仔细做、重复做。譬如电子工艺实习时，制作电子产品的每一步骤都应该让学生操作：从电子元器件（包括贴片元件）的识别与检测，到印制电路板的设计、制作，再到电子元器件的安装、焊接（包括拆焊），整机调试、测试，最后写出总结报告。整个过程缺一不可，而且应该在实习中安排若干件电子产品，让学生通过这几件产品把每个步骤都重复几遍。只有这样，学生才会练就制作电子产品的功底，在真正设计电路的时候，就会减少因为制作上的失误而导致调试失败、产品完成不了的机会。
3.综合运用知识能力差
一个电子产品的开发，包括方案论证、器件选取、单元电路调试、电路图的设计、电路板的制作、程序编写、调试及系统测试等内容。这一方面要求设计者有很强的系统概念，对整个方案的选取有宏观的把握；另一方面，又要求设计者对每个单元电路有相当的把握。在电子系统的设计中，部分学生会因一个很小的细节问题而导致整个系统最终失败或开发停滞不前。而另外一些学生，虽然对每个知识点都熟悉，但是多个知识点结合起来，关系错综复杂，多个模块组合成一个系统的时候，驾驭能力明显力不从心，综合应用所学知识的能力不强。论文大全。
学生出现此问题，归根结底是因为他们缺乏电子设计的锻炼。所以，可以改变以理论带动教学的传统思维，尝试以典型产品来带动电子技术理论课程的教学，能使理论与实践结合，提高教学效果。譬如以电子时钟作为主题，当学生学习数字电子技术时，教师引导学生利用数字集成电路芯片设计一款电子时钟；当学生学习单片机技术时，教师引导学生采用软件和硬件相结合的思想重新设计一款电子时钟，用与之前完全不同的电路结构实现同样的功能；随着课程的继续，在基本的电子时钟的基础上逐步加入闹钟、整点报时、语音报时等等功能。用这种方法推广到以多个典型产品来带动教学，学生就既能掌握到理论知识，又能掌握到设计技术，更对基本的电子产品烂熟于胸，这不止对其比赛，对其以后的工作或深造也是极为有利的。
4.眼高手低
全国大学生电子设计竞赛极能检测学生的电子设计功底。若学生在课外不花大量时间浸在电子设计的世界中，很难锻炼出设计实际产品的能力。很多学生在校学习过程中，老师布置的作业、实验、实习、小设计等都能很好地完成，考试也能高分通过，就觉得自己能自如地参与竞赛。但实际上，在有限的四天三夜的竞赛时间里，真正能踏踏实实做出实物，调试成功的却凤毛麟角。这反映出学生缺乏对自身能力的审视，眼高手低。
针对此情况，可以开展校内电子设计大赛，这样既可形成学习气氛，提高学生的实际动手能力，让学生有审视自身能力的机会，也可为学生提供施展才能的空间，为更多的优秀学生脱颖而出创造条件，更能为全国大学生电子设计竞赛选拔优秀学生。其次，建立电子设计竞赛训练中心，定时开展课外活动，让学生在教师的指导下根据自己的兴趣，自己或组队选题、设计，进行电子制作，培养学生自主学习和合作能力。
5.结束语
“重理论轻实践”一直是高等教育中的问题。[2]大学生电子设计竞赛再一次证实了问题的存在，也正在促进各大高校的教学改革。而教学改革又会提高竞赛的水平。竞赛与教改，必将互相要求、互相促进，共同为培养优秀的电子人才而持续发展。
【参考文献】
[1]侯蕊,刘国通.电子设计竞赛对高职实践教学改革的启发[J].中国电力教育,2009，（147:145-146
[2]巩恩福,江兴盟.从全国电子设计大赛谈第二课堂与人才培养[J].电子制作,2008,1:7-9.
第5篇
【关键词】开关柜；特征气体；诊断
高压开关柜在电力系统中担负着关合及断开电力线路、保护系统安全的双重功能，随着电力系统向着高电压、大机组、大容量的迅速发展，电网日益扩大以及变电站无人值班管理模式和综合自动化的普及推广，高压开关柜的安全运行越来越重要。高压开关柜内闸刀触头、电力电缆进出线的接头接触不良时，接触电阻增大，在负载电流流过时会产生发热现象，过热会引起金属材料的机械强度下降，绝缘材料老化并可能导致击穿，形成事故。在高压开关柜中，固体绝缘中的空穴、不同特性的绝缘层之间，以及金属（或半导电）电极的尖锐边缘处，由于气体的击穿场强比固体介质低得多，气体中的电场又比固体介质中高，往往在气隙的部位产生局部放电。这些局部放电会造成电介质绝缘强度逐步下降，最终导致绝缘的损坏。此外，高压开关柜中还存在SF6气体的泄漏，同样会造成设备性能的下降。因此，测量和监视高压开关柜内的运行状态，是避免重大事故发生及控制故障恶化的有力手段，对于保证高压开关柜的正常运行，提高电力系统的运行可靠性和自动化程度具有非常重要的意义。
目前已有的各个测试系统存在各种各样的缺陷，并且各种方法只能实现对某一种故障的监测，还无法实现对高压开关柜的运行状态准确监测。针对于上述的情况，针对于上述的情况，对高压开关柜在运行过程中各故障状态下的气体成分进行了分析，发现各种故障状态下，高压开关内部会产生不同的特征气体。由此可见，采用变压器油色谱测试的原理，通过对不同特征气体的分析，可以实现对高压开关柜运行状态的监测。基于上述的原理，本论文介绍了基于故障气体原理开发了便携式开关柜故障探测装置，该系统通过提取开关柜运行过程中所形成的气体，采用气敏传感器对各种气体成分进行分析，从而对开关柜的运行状态做出可靠判断，确保高压开关柜的安全运行。
一、开关柜内部故障的特征气体分析
对于采用SF6断路器的小车式开关柜，最容易发生的异常是接头发热、SF6气体泄漏和局部放电。下文将分别研究每种异常状况的特征气体特点。
1.接头发热
接头发热是一次设备的常见故障，对于常用的小车式开关设备，由于其断路器小车经常被移进移出，断路器的触指和触头很容易受到撞击等外力作用而变形，导致接触不良而发热，另外其电缆接头也是发热故障的高发部位，由于开关柜内部发热几乎不能早期发觉，接头发热故障对于开关柜的安全运行事关重大。接头发热产生的特征气体比较复杂，各种气体的组分和浓度随发热温度和接头材料的不同而不同，主要特征气体有以下几种：
a.烷烃和硫化氢——主要是接头电力脂、脂、示温蜡片中杂质受热分解产生，由于断路器触头无一例外地涂有脂，如果接头发热，凡士林融化导致内部少量碳原子数量较少的烷烃和硫化物等杂质气化而分布在柜内的空气中，由于各种气体传感器对于烷烃等可燃气体灵敏度极高，因此很容易检出。
b.单质铜和氧化铜颗粒——如果温度过高，接头的铜会逐步氧化发黑形成氧化铜，极少量的氧化铜和单质铜会升华进入空气，并产生微量烟雾。
c.绝缘材料分解气体——发热接头附近的绝缘材料（如环氧树脂）受热也会产生一定特殊气体，另外接头部位的灰尘受热也会产生特殊气体，主要有氢溴酸、胺类、腈类、酚类、烷烃、醛类、氮氧化物，多环芳烃、杂环族化合物、羟基化合物等。
2.局部放电
局部放电也是一次设备的常见故障，空气中的放电现象会产生氮氧化合物、臭氧和负离子，因此对于空气中的局部放电，如沿面放电等，可采用探测上述气体的传感器进行探测，对于固体介质内部的局部放电则没有作用。
3.SF6泄漏
绝大部分的小车式开关柜均为装设断路器SF6压力表或密度继电器，如发生SF6泄漏，只有等到压力低于报警或闭锁值时，才能通过处罚压力接点的方式用光子牌、指示灯间接显示出来，如果压力接点失灵，SF6气体即使漏完运行人员也无法知道，如果此时操作断路器可能导致设备爆炸的严重后果，因此采用另一种手段探测SF6泄漏也很有必要。由于现有的SF6气体传感器能检测到0.1ppm以下浓度的SF6气体，因此开关柜内部的SF6泄漏应该能很容易地检出。
二、气体传感器设计
1.传感器的选择
通过对不同传感器的性能比较，分析了各种传感器在寿命、灵敏度、成本、加热功耗和反应速度方面的优缺点，本论文提出了采用电化学可燃气体传感器+离子型烟雾传感器+TGS型空气质量传感器”检测接头发热、大气型臭氧传感器检测局部放电、环境监测型SF6传感器检测SF6的方案。
接头发热采用电化学可燃气体传感器，该传感器灵敏度很高，用其可满意地检出微量的硫化氢或其他可燃气体；游离碳、游离状氧化铜和单质铜用气体传感器较难检出，为了提高检测性能，又加上了离子型烟雾传感器，这样如果柜内有极少量的烟雾颗粒，也能及时检出，通过联合使用2种不同原理的气体传感器，就能较可靠地探测出开关柜内部发热异常。局部放电和SF6泄漏的检测分别采用O3/S-5型大气监测用臭氧传感器和SM-SF6型SF6气体传感器，该两种传感器的检出灵敏度都在0.1ppm以下，足以探测开关柜内部的SF6气体泄漏和表面局部放电现象。
2.气体传感器的典型应用电路
气体传感器是一种将特征气体浓度量转化为电量的传感器，大部分气体传感器都采用电阻率变化的方式输出信号，当环境中某种特征气体含量较低时，传感器电阻较大，当该气体浓度增大后，传感器电阻减小，大部分气体传感器的电阻在一定范围内都能与气体浓度成比例变化，具有较高的线性度。
典型的采用加热方式工作的气体传感器电路如图1所示，传感器的1、2端口为加热端口，3、4端口为输出端口，R2为加热端口的限流电阻，用以将加热电流调整到传感器所规定的电流值，R1为输出端负载电阻，当传感器启动后，需要加热一段时间，加热完毕后即能工作，此时3、4端口的电阻值会随着外界气体浓度的变化而变化，从而使R1上的电流和输出端的电压变化，起到监测气体浓度的作用。
三、系统结构设计
通过上述的研究，本论文对整个测试系统进行了设计，其整个原理如图2所示。
从上述监测系统的结构框图可以看出，整个系统由CPU控制系统、按键、液晶显示屏、通信总线、A/D数据采集单元、局部放电探测单元、SF6泄漏探测单元和触头过热探测单元所构成。整个系统的工作过程为：首先采用抽气的方式，将开关柜内的运行气体送入到各测量单元中，利用局部放电探测单元、SF6泄漏探测单元和触头过热探测单元中的气敏传感器对各种故障的特征气体进行测量，实现非电量向电量的转换，接着将各测试信号传到A/D数据采集单元，将模拟信号转换成数字信号，最后将数字信号送入CPU控制单元中，对采集的数据进行归类、统计分析，将测试结果和分析结果显示在液晶屏中，其显示的内容可通过按键进行更改。此外，整个系统还可以通过通信总线，将测试结果上传至监控中心。
四、测试电路设计
针对于上述电路的框架，本论文对其的测量电路进行了设计，其原理如图3所示。
从图3中可以看出，整个测试电路由模拟开关、AD采样电路和MCU组成，其工作原理：首先将测量信号（如热信号、局部放电信号等）接入模拟开关，然后利用MCU控制模拟开关，实现对其分时控制，将模拟信号输入AD采集单元中，接着MCU控制AD采集单元实现对其模拟量的数字转换，从而实现对被测量的测量。
五、系统软件设计
根据上述的测量电路，对其控制软件进行了设计，其程序的流程框图如图4所示。从图中可以看出，整个程序的流程为：首先对系统进行初始化，如接口的电平、寄存器初值的设定，中断的关闭等，然后控制模拟开关，使模拟信号进入AD的输入端，接着对其进行模数转换，实现对模拟量的分时采样，然后对所测量的数据进行分析，对高压开关柜的运行状态作出判断。
六、样机的效果测试
鉴于要寻找内部存在异常的运行开关柜比较困难，因此设计了一些模拟实验，来验证该样机的实际效果，试验结果如表1所示，图4为测量程序流程图。
七、结论
本文说明了空气绝缘开关柜内部异常早期探测的必要性，提出一种通过检测开关柜内空气质量和特征气体组分的方式，来探测空气绝缘开关柜内部异常状态的方法。通过理论分析和实验证明了其具有较高的可行性和实用性，对于接头发热、表面放电和SF6泄漏异常具有较高的检出率，能够实现对高压开关柜的监测。
参考文献
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第6篇
关键词：EDA技术，项目化教学方法，课程改革
EDA技术是以数字电子技术课程知识为基础，具有较强实践性、工程性的专业课程。将数字电路设计从简单元器件单元电路设计，EWB软件仿真提到了更高一级的可编程操作平台上，进一步巩固和提高学生电子电路综合设计能力。但是，传统的教学模式是将两门课程分开，先上数字电路，后上EDA技术，分两学期授课。这样的教学模式存在弊端，减弱了课程之间的联系，降低了学生对数字电路理论的认识程度。通过对EDA技术课程的教学改革，以实训的方式采用项目教学法，使学生在较短的时间内掌握EDA技术基础及其实验系统，从数字系统的单元电路，如译码器、计数器等入手，加深对数字电路基础理论的认识，逐渐完成数字系统设计。
1. EDA技术及其在教学中的应用
1.1 EDA技术
EDA技术即电子设计自动化(Electronic DesignAutomation)是以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果而形成的一门新技术毕业论文格式，是一种能够设计和仿真电子电路或系统的软件工具。采用”自顶向下”的层次化设计，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路（ASIC）实现，然后采用硬件描述语言（HDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。图1为一个典型的EDA设计流程。
图1 EDA设计流程图
1.2 EDA技术在教学中的应用
在教学过程中，EDA技术利用计算机系统强大的数据处理能力，以及配有输入输出器件(开关、按键、数码管、发光二极管等)、标准并口、RS232串口、DAC和ADC电路、多功能扩展接口的基于SRAM的FPGA器件EDA硬件开发平台，使得在电子设计的各个阶段、各个层次可以进行模拟验证，保证设计过程的正确性。从而使数字系统设计起来更加容易，让学生从传统的电路离散元件的安装、焊接、调试工作中解放出来，将精力集中在电路的设计上。同时，采用EDA技术实现数字电路设计，不但提高了系统的稳定性，也增强了系统的灵活性，方便学生对电路进行修改、升级，让实验不在单调的局限于几个固定的内容，使教学更上一个台阶，学生的开发创新能力进一步得到提高。
2.课程教学改革实施
2.1课程改革思路
课程改革本着体现巩固数字电路基础，掌握现代电子设计自动化技术的原则来处理和安排EDA技术教学内容。打破传统的从EDA技术概述、VHDL语言特点、VHDL语句等入手的按部就班的教学方法，以设计应用为基本要求，开发基于工作过程的项目化课程，以工作任务为中心组织课程内容，让学生在完成具体项目的过程中来构建相关理论知识。将EDA技术分为四个方面的内容，即：可编程逻辑器件、硬件描述语言、软件开发工具、实验开发系统，其中，可编程逻辑器件是利用EDA技术进行电子系统设计的载体，硬件描述语言是利用EDA技术进行电子系统设计的主要表达手段，软件开发工具是利用EDA技术进行电子系统设计的智能化的自动设计工具,实验开发系统则是利用EDA技术进行电子系统设计的下载工具及硬件验证工具。采用项目化教学方法，以实训的方式展开，让学生在“学中做，做中学”。
2.2课程改革措施
以电子线路设计为基点，从实例的介绍中引出VHDL语句语法内容。在典型示例的说明中，自然地给出完整的VHDL描述，同时给出其综合后的表现该电路系统功能的时序波形图及硬件仿真效果。通过一些简单、直观、典型的实例毕业论文格式，将VHDL中最核心、最基本的内容解释清楚，使学生在很短的时间内就能有效地掌握VHDL的主干内容，并付诸设计实践。这种教学方法突破传统的VHDL语言教学模式和流程，将语言与EDA工程技术有机结合，以实现良好的教学效果，同时大大缩短了授课时数。表1为课程具体内容及实训学时分配。
能力
目标
学习情境
项目载体
课时
QuartusⅡ开发工具使用能力
QuartusⅡ开发环境、实验系统
二选一音频发生器设计
6
VHDL语言编程能力
VHDL语言基本结构
计数器电路设计
6
VHDL语言并行语句
8位加法器设计
8
VHDL语言顺序语句
7段数码显示译码器设计
8
VHDL语言综合运用
数控分频器的设计
8
层次化调用方法
4位加减法器的设计
4
综合开发调试能力
8位16进制频率计设计；
十字路通灯设计；
数字钟设计；
波形信号发生器设计，等。
(任选一题)
20
总计
第7篇
论文摘要：结合高职院校数字电路实验教学现状，以培养学生的电子设计能力、实践能力与创新能力为目标，对数字电路设计性实验进行了研究，提出了构建实验课程体系、加强实验教师队伍建设、完善实验考核机制等措施，取得了良好的教学效果。
随着高职院校实验教学改革的深人，实验教学已成为高职院校教学工作的重要组成部分。实验教学已从过去单纯的验证性实验逐步深人到综合性、设计性实验，从利用实验来加深对已学理论知识的理解，深人到将实验作为学生学习新知识、新技术、新器件，培养学生实践能力、创新能力的重要目的仁‘〕。
1高职院校实验教学存在的问题
数字电路实验是高职院校电子信息类、机电类专业必修的实践性技术基础课程，对培养学生的综合素质、创新能力具有重要的地位。在传统的实验教学中，数字电路实验教学多以验证性实验为主，并按实验指导书的实验步骤去完成实验，这种实验教学模式禁锢了学生的创新思维，失去了“实验”真正的含义，培养出来的学生实践技能差，无法达到高职教育人才培养的要求〔2)0
2开设数字电路设计性实验采取的措施
通过多年来的实验教学改革实践，证明了开设设计性实验有利于巩固课堂所学的理论知识;有利于提高学生电子系统设计能力、综合素质、创新能力[’]。2005年我校电子技术实验教学中心(以下简称中心)以“加强基础训练，培养能力，注重创新”为指导思想，在面向各类专业的数字电路实验教学中，开设了以学生为主、教师为辅的数字电路设计性实验教学，取得了良好的教学效果。
2. 1构建实验教学课程体系
数字电路设计性实验是一种较高层次的实验教学，是结合数字电路课程和其它学科知识进行电路设计，培养学生电子系统设计能力、创新能力的有效途径，具有综合性、创新性及探索性[[4]。数字电路设计性实验是学生根据教师给定的实验任务和实验条件，自行查阅文献、设计方案、电路安装等，激发学生的创新思维。设计性实验的实施过程，如图1所示。
为了提高学生的电子设计能力和创新能力，中心根据高职教育教学特点与规律，构建了基础型、提高型、创新型三个递进层次的数字电路设计性实验课程体系。三个实训模块的内容坚持以“加强基础型设计性实验，培养学生的电子设计能力、创新意识”为主线，由单元电路设计到系统电路设计，循序渐进，三年不断线，为不同基础、不同层次的学生逐步提高电子设计能力、创新能力的空间，如图2所示。
基础型设计性实验是课程中所安排的教学实验，学生在完成了验证性、综合性实验以后，具有了一定的实验技能，结合数字电路的基本原理设计一些比较简单的单元电路，学生按照教师给出的实验要求根据实验室所拥有的仪器设备、元器件，从实验原理来确定实验方法、设计实验电路等，且在规定的实验学时内完成实验。如表1所示。这一阶段主要是让学生熟悉门电路逻辑功能及应用，掌握组合逻辑电路、时序电路的设计方法，培养学生的设计意识、查阅文献等能力。
提高型设计性实验对高职院校来说，可认为是数字电路课程设计。它体现了学生对综合知识的掌握和运用，课题内容是运用多门课程的知识及实验技能来设计比较复杂的系统电路，如表2所示。整个教学过程可分10单元，每个单元为4学时，每小组为一个课题。学生根据教师提供的设计题目确定课题，查阅文献、设计电路、电路仿真、电路安装调试、撰写课程设计报告等，完成从电路设计到制作、成品的全部实践过程。通过这一阶段的训练，学生的软硬件设计能力进一步提高，报告撰写趋于成熟，善于接受新器件，团队协作趋于成熟。
创新型设计性实验主要为理论基础知识扎实、实验技能熟练的优秀学生选做，为“开放式”教学，实验内容主要是结合专业的科研项目、工程实际及全国或省级电子设计竞赛的课题。通过创新型设计性实验，强化学生电子系统设计能力，充分发挥学生的潜能，全面提高学生的电子系统设计能力、创新能力，为参加大学生电子设计竞赛奠定坚实的基础。
数字电路设计性实验课程体系将数字电路基本原理、模拟电路、eda技术等多门课程知识点融合在一起，从单元电路设计到系统电路设计，深化了“系统”概念的意识。在每一轮设计性实验结束后进行总结，开展学生问卷调查，对设计性实验的教学方法、手段等进行全面评估，从而了解设计性实验教学的效果。在实验过程中，实验教师鼓励学生从不同角度去分析，大胆创新，设计不同的方案。
2. 2加强实验教师队伍的建设
近年来，中心依托省级精品课程“数字电路与逻辑设计基础”、省级应用电子技术精品专业建设，合理规划，制定了实验教师队伍培养计划;专业教师定期到企业培训;专职实验教师参加实验教学改革研讨和对新知识、新技术的培训;同时制定优惠政策，吸引企业中具有丰富实践经验的工程师、技师到实训基地担任实验教师tb}，形成一支能培养高素质技能型人才、能跟踪电子信息技术发展、勇于创新并积极承担教学改革项目的专兼职结合的实验教师队伍，实现了实验教师队伍的整体优化。
2. 3开放实验室
为了保证设计性实验教学的有效实施，中心实行时间和内容两方面开放的教学方法。学生除了要完成教学计划内指定实验外，还可以根据自己的专业和兴趣，选择规定以外的实验项目。为了提高设计性实验的教学效果，学校制定了系列激励政策，调动了实验教师及学生的积极性。
2. 4建设创新实训室
为了培养学生的电子设计能力、创新能力，给优秀学生营造良好的自主学习环境，提供展现创新设计的舞台，中心先后投人了30多万元，更新了实验仪器设备，建设了一个软件环境优良、硬件条件先进的创新实训室。该实训室配置了计算机、函数信号发生器、频率计、扫频仪、数字存储示波器、单片机系统设计实验开发系统、打孔机、制版机等仪器设备〔7〕。
2. 5完善实验考核机制
对于数字电路设计性实验的考核，不能仅靠一份实验报告或作品来评定成绩，要关注设计方案的可行性、实验过程中学生的操作能力、创新能力等方面。如以100分计，分别从实验设计方案(20分)、实验方案的实施和完善(40分)、设计的创新性(20分)、实验报告或论文、成品(20分)几个环节来评定学生的实验成绩。为了激励优秀学生，激发创新欲望，中心建立了“创新设计性实验优秀论文、作品评奖制度”，对经专业教师评审选出的优秀论文、创新作品的学生给予表彰、奖励。
第8篇
关键词：隔离开关；二次控制信号；回路
一、控制电路的基本构成
牵引变电所的断路器、隔离开关的控制电路一般是由指令单元、闭锁单元、联锁单元、中间传送放大单元、执行单元和连接它们的导线等二次电气设备组成。指令单元一般由控制开关、转换开关、按钮、保护出口继电器和自动装置等构成，其作用是发出断路器、隔离开关分、合闸命令脉冲。
闭锁单元般是由闭锁继电器接点、断路器的辅助接点组成，其作用是当一次设备发生重故障时，闭锁接点打开，切断分合闸回路，避免断路器重合闸于故障设备，防止事故范围进一步扩大。隔离开关操作顺序的正确性。中间传送、放大单元是由继电器、接触器及其接点组成，其作用是将指令单元发出的命令脉冲放大，并按一定程序送给执行机构。执行单元是断路器、隔离开关的操动机构，其作用是按命令驱使断路器分合闸。
二、110kV隔离开关的作用和构造
110kV隔离开关在结构上无灭弧装置，但是有一个明显的断开口。它的作用就是当其他设备检修的时候，用隔离开关隔离有电与无电部分，造成一个明显的断开点，使得检修设备与电力系统完全隔离，保证工作人员人身和设备的安全。开关和隔离开关互相配合，进行倒闸操作，以改变运行方式，以及可以用其来分合一些无故障的低负荷小电流的电路等。
110kV隔离开关的基本构造包含有导电主刀、绝缘子、传动垂直杆、底座、操作机构等。机构箱内安装有一个可以通过电气控制正反转的电机，利用电机的转动带动垂直传动杆和各相间的连杆，以驱动旋转绝缘子，就可使得隔离开关的导电主刀进行分合闸。
三、电动操作控制回路原理分析
隔离开关的控制方式可以分为远动控制、距离控制和就地控制三种。110kV隔离开关的电路是由一个控制回路和一个电机回路组成（如下图）。在控制回路中，可以通过实现隔离开关“远方”和“就地”进行分合闸操作。由转换开关SA1的切换，隔离开关既可进行运动控制，又能进行所内距离控制。合、分闸操作通过电动操动机构实现。通过手动/电动行S3的转换，隔离开关既能在操动机构箱内通过控制按钮进行就地分、合闸电动操作，又能通过机械手柄进行就地手动操作。
电路接通，但因接通的励磁绕组极性与合闸时相反，电动机逆时针方向旋转，使隔离开关分闸。隔离开关分闸到位后，分闸行程开关S21-2断开，分间接触器线圈失电，KM21-2、KM23-4断开返回，自动切断电动机回路，电机停止转动。分闸完毕后，隔离开关辅助接点QS17-19闭合，分闸位置继电器KCT受电，KCT11-9闭合，位置信号灯绿灯GN亮，表示隔离开关在分位。
正常运行时，通过牵引变电所主控室或电力调度中心对隔离开关进行距离操作，但在事故情况或检修、试验时，可以在操作机构箱内通过控制按钮进行当地分会间操作，SB1为合闸控制按钮，SB2为分闸控制按钮，其工作原理与距离操作类似。
第9篇
关键词：数控机床故障维修
由于数控机床具有先进性、复杂性和高智能化的特点，特别是近几年数控系统不断更新换代，数控机床被广泛应用于机械制造业，给传统制造业带来巨大的变化，使制造业成为工业化的领头军。数控机床是一种典型而复杂的机电一体化产品，种类繁多，形式多样，通常是集机械、电气、液压、气动等于一体的加工设备，其中任何一部分出现故障，都可能使机床停机，从而造成生产停顿，给企业的正常生产带来较大的影响。因此，提高数控机床维修人员的素质和能力，就显得十分重要。本文介绍了数控机床故障诊断与维修的一些原则和常用方法。
一、故障诊断的一般原则
数控机床主要由主机CNC装置、PMC可编程控制器、主轴驱动单元、进给伺服驱动单元、显示装置、操作面板、辅助控制装置、通信装置等组成。故障原因不外乎是操作错误、参数错误、外界环境及电源造成的故障、线路故障、器件损坏等。通常的故障诊断原则有：（1）先静后动。先在机床断电的静止状态下，通过观察测量，分析确定为非破坏性故障后，方可给机床送电。论文参考网。在工作状态下，进行动态的的观察、检验和测试，查找故障点。而对破坏性故障，必须先排除危险后，方可送电。（2）先机后电。一般来说，机械故障较易察觉，而数控系统故障的诊断难度较大，先排除机械性故障，往往可以达到事半功倍的效果。（3）先外后内。根据机床故障原因调查统计，80％以上来自于外部原因，只有不到20％是内部原因引起的。因此维修人员应由外向内进行排查，尽量避免随意启封、拆卸，否则可能会扩大故障，使机床精度减弱，降低性能。（4）先简后繁。当出现多种故障互相交织掩盖，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。如果是功能性的故障，就应先从执行元件入手，看看气缸、电磁阀、电机、接触器等，是否存在卡滞等性能下降现象；然后是传感器、行程开关等输入信号元件；再次是电气接头、插件、活动的电线电缆等部位。这些外部元件受环境因素影响较大，比如磕碰、腐蚀、积尘等。还有元件本身的不良和机械磨损等原因，都决定了它们常是故障的根源。通常，简单问题解决后，难度大的问题也就变得容易了。
二、故障诊断与完善方法
2.1常规检测法是通过观察或借助简单的工具确定机床故障的方法。这种方法应先弄清楚故障的症状，有何特征及伴随情况，将故障范围缩小到一个模块或一块印刷电路板。它可以简单地归纳为4个字：“问，看，嗅，摸”。问，就是调查情况，在诊断故障前，修理人员询问操作手故障发生前的机床运转情况，产生在哪道程序及时间，操作方式是否得当等；看，就是观察，仔细检查有无保险丝烧断，元器件有无烧焦或开裂等情况；嗅，就是从机床散发出的某些特殊气味来判断，如某些元件烧焦的气味；摸，就是用手触试可能产生故障的温度、振动情况，以及元器件有无松动等。
2.2测量比较诊断法数控机床的生产厂家为了调整、维修机床的便利，在印刷电路板上往往设计了多个检测用的端子。用户也可利用这些端子，将怀疑有故障的印刷电路板同正常电路板进行比较。通过测量这些端子的电压与波形，可以分析故障的具体部位与原因。维修人员如果能在机床正常状态时，留心记录这些印刷电路板的测量端子，或一些关键部位的电压值和波形，在机床出现故障时，查找故障部位及原因将会更加方便。
2.3自诊断法现代数控系统具有很强的自诊断能力，当数控系统一旦出现故障，借助系统的诊断功能，可以迅速、准确地查明原因，并确定故障部位。
三、举例说明常见非机械故障和排除方法
3.1北京第一机床厂生产的XK5040数控立铣，数控系统为FANUC-3MA1.故障现象驱动Z轴时就产生31号报警。2.检查分析查维修手册，31号报警为误差寄存器的内容大于规定值。论文参考网。根据31号报警指示，将31号机床参数的内容由2000改为5000，与X、Y轴的机床参数相同，然后用手轮驱动Z轴，31号报警消除，但又产生了32号报警为：Z轴误差寄存器的内容超过±32767式数模交换器的命令值超出了-8192～+8191的范围。将参数改为3333后，32号报警消除，31号报警又出现。反复修改机床参数，故障均不能排除。为诊断Z轴位置控制单元是否出现了故障，将800，801，802诊断号调出，实现800在-1与-2之间变化，801在+1与-1之间变化，802却为0，没有任何变化，这说明Z轴、Y轴的位置信号控制进行交换，即用Y轴控制信号去控制Z轴，用Z轴去控制Y轴，Y轴就产生31号报警（实际是Z轴报警）。论文参考网。同时，诊断号8012为“0”，802有了变化。通过这样交换，再次说明Z轴位置控制单元有问题，这样就将故障定位在Z轴伺服电动机上。打开Z轴伺服电动机，发现位置编码器与电动机之间的十字联络块脱落，致使电动机在工作中无反馈信号而产生上述故障报警。3.故障处理将十字联络块与伺服电动机位置编码器重新连接好，故障排除。
3.2一台加工中心配量FANUC-6M1.故障现象机床在自动方式中出现416号报警。2.故障分析按下列顺序检查：脉冲编码器未出现不良；各连接器均牢固连接；X轴卯制线路板未出现异常；用万用表测量电动机连接线，也未发现问题。在重新启动机床，回零之后，用自动方式运转，机床正常但1H后又出现416号报警，再次按上述顺序复查一遍，发现反馈信号有一根已断，换按备用线后，机床正常，报警不再出现。
四、结论
因此，对维修人员来说，熟悉系统的自诊断功能是十分重要。包括开机自诊断和运行自诊断。开机自诊断，就是数控系统通电后，系统自诊断软件会对系统最关键的硬件和控制软件检查，如CPU、RAM、ROM等芯片，I／O口及监控软件。如果正常，将进人正常操作界面，如检测不通过，即在液晶上显示报警信息或报警号，指出哪个部分发生了故障，将故障原因定位在一定的范围内，然后通过维修手册找出造成故障的真正原因，根据书上的说明进行排除；运行自诊断，
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第10篇
关键词：雷达整车智能配电 显控管理模块 CAN总线通信 触屏 液晶显示
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）12-0001-02
1 引言
随着雷达整车系统对后级设备用电状况的信息越来越重视，对安全性和智能化管理的要求越来越高，传统的配电已经不能满足雷达整车操作的需求。为此，一套能够综合采集、监控、保护及显示各级配电设备信息的智能化、模块化的配电系统，能够极大程度的提高生产、调试、维修的效率，也给用户对雷达整车系统的供电管理带来全新的体验。
显控管理模块作为雷达整车智能配电系统的重要组成部分，主要采用现代计算机、信息处理、通信及触摸液晶屏显示等技术，完成对配电网和负载的运行进行监视、管理和控制，是整车配电系统的监视、控制和管理中心。
2 整体设计
整个配电系统是基于模块化的设计思路，显控管理模块作为系统的核心管理控制模块，主要通过CAN总线对内部执行模块进行通信、从而实现控制、配电数据的采集与实时显示。显控模块原理框图如图1所示，显控模块包括了基于ARM内核的高性能单片机、通信单元、电源转换单元、按键控制单元以及液晶显示单元。
3 单元设计
3.1 单片机介绍
显控模块的单片机采用的是基于ARM内核的STM32F407ZGT6芯片，工作频率可以达到168MHz。该芯片使用广泛，接口齐全，它最多有140个I/O口，3路12位A/D转换器，2路12位D/A转换器等，通信接口有2路CAN控制器，3路SPI串口，2路I2C，2路UART等，完全满足了本设计的要求。
3.2 通信单元
显控模块的通信单元主要包括对内通信和对外通信。对外通信使用以太网或CAN通讯方式，将配电数据传输给上位机。对内通讯采用CAN总线方式进行连接组网，实现对后级执行模块的控制与管理。
网口电路采用ARM内部MAC控制器结合以太网PHY控制器（DP83848IVV），通过RMII连接模式，经隔离变压器（H1102NL）输入输出，实现网口通信。CAN接口采用ARM内部两路CAN控制器，结合隔离CAN总线收发器（ADM3053BRZ），构成双CAN通讯网络。
3.3 电源转换单元
电源转换单元采用MINMAX公司DC/DC模块MCWI05-24S05。先将输入24V电源转换成5V，然后再使用78D33三端稳压器，转换成芯片所需要的3.3V。电路图如图2所示。
MCWI系列DC/DC模块采用SIP-8封装，具有小体积（21.8*9.3mm），较高的输出效率（83%），且具有4：1宽输入特性，输入电压范围在9V～36V，输出功率为5W。
3.4 按键控制单元
为了实现配电系统的本控加电操作，显控管理模块预留了16路本控非持续动作型按键，可以对16个执行模块进行加断电操作。此外，上位机同样有按键电平控制信号，对执行模块进行逻辑控制。
按键电路采用光耦隔离方式，可以有效的隔离按键供电对单片机控制电路的影响。电路图如图3所示。
3.5 液晶显示单元
液晶显示单元选择了英硕自动化公司的EPP320-0571-35触摸液晶屏幕。该屏幕不仅仅是一款显示器，它相当于一个小型的嵌入式显示终端，可以执行所有控制器上能运行的软件组件。可以通过Automation Studio编程工具进行编程。
该液晶终端外置了串口、网口、USB等通讯接口，便于开发和调试，从硬件资源上已经可以完全满足项目设计要求，同时其显示系统比较清晰，5.7寸的显示屏，分辨率达到了QVGA级，用户的使用体验优于一般市面上的液晶屏。此外，软件开发环境Automation Studio功能强大，使用户可以较为简单的设计出友好的操作界面，其多任务的操作系统Automation Runtime设计思路和丰富的底层库函数使用户可以写出健壮的控制显示程序。
4 软件设计
显控模块主要包含2个部分的软件设计：单片机软件设计和液晶显示器的软件设计。
4.1 单片机软件设计
单片机的软件设计主要是利用MDK-ARMKeilv4.7开发软件对STM32F407进行编程设计。
显控模块的单片机程序包含两个部分：主程序（main）和中断服务程序（ISR）。系统的主程序简单，主要完成了一些外设的初始化和TIM等设备中断的初始化，其中UART通讯速率设定为115200bit/s，CAN通讯速率设定为500kbit/s。系统的中断服务程序由三级中断嵌套而成，分别为定时器中断级别第三（最低），UART接收中断级别第二，用于液晶模块的通信，CAN接收中断级别第一（最高），用于内部CAN总线通信。
ISR中的定时器中断服务周期为100ms，所有其他功能函数以及其他中断服务函数均必须在这100ms内完成。选择该设计方式主要为了达到两个目的：其一是以100ms为控制周期的主要目的是在用户最快反应周期（0.1s）内完成对液晶模块内容的更新，使得液晶模块能够实时显示所有子设备的运行信息，提高用户体验和使用感受；其二是该设计方式可以确定系统对外部事件的响应速度，对配电系统的实时性得到一定控制和预测。
定时器中断服务函数主要完成了对液晶模块的发送数据和接收数据的CRC-16校验、对按键的防抖扫描、对液晶模块操作指令和按键操作指令的综合判断和信息同步、对CAN总线上从设备的控制指令发送和设备周期轮询，其函数流程图如图4所示。
4.2 液晶模块软件设计
液晶模块的软件设计主要是利用Automation Studio软件对EPP320屏幕进行编程，编程包括界面的设计和后台程序的编写。在Automation Studio中设计界面非常简单，软件内部已经提供了大量的显示对象供用户使用，大多数的显示对象提供了特定唯一的控制变量，通过后台的变量声明和捆绑环节，用户可以通过更改控制变量来更改显示对象的效果。软件设计的界面如图5、图6所示。图5为智能配电平台的总界面，可以显示后级设备的工作状态信息，图6是其中一个设备的详细页面，在详细页面内会具体的显示该设备的运行信息，例如电压、电流、温度等，并可以人为的复位或更改其内部保护门限参数。
5 实物展示（图7）
6 结语
该显控模块已经完成调试，并已安装于雷达整车智能配电系统之中。全系统已经顺利通过项目实测验收，在功能上，稳定性上，操作性上都满足项目设计要求。
参考文献
[1]李飞飞.基于ARM的模块化配电变压器监测终点研制[D].天津大学硕士学位文，2012.
第11篇
关键词：换流变压器 内部电场 有限元分析
一、简介
据统计，换流变压器在运行过程中绝缘事故在全部故障中所占的比例在50%以上，而所有这些绝缘故障主要发生在阀侧绕组或与之相关的部位。故对换流变压器绝缘尤其是阀侧绕组端部绝缘的研究显得尤为重要。而针对换流变压器所采用的油纸复合结构，阀侧绕组电场的研究是必要的。
二、换流变压器模型的建立
本次仿真采用串联12脉动换流电路。12脉动换流单元是两个交流侧电位差为30°的6脉动单元在直流侧串联所组成的。图1为串联12脉动换流变压器的接线原理图，利用变压器二次侧绕组接法的不同，使输出整流电压Ud在每个交流电源周期中脉动12次。且为了保证换流变压器阀侧每相线电压相等，阀侧星接绕组与角接绕组的变比比值为k1：k2=1：。
变压器工作时每个时刻只有4个晶闸管导通，且变压器各阀的编号与阀的导通次序是一致的。本文为了简化计算，故作以下规定：
（一）整流角=0°，即在自然换相点进行换相，可用二极管等效晶闸管。换相重叠角=0°，即设换相时为理想情况。
（二）阀侧角接绕组与星接绕组的等效阻抗相等。
由可求出，阀侧星接绕组线电压幅值为242kV。为了便于仿真，将角接绕组简化为星接绕组，在阀侧形成两组对应相相差30°星接电路。
三、仿真元件的选择
本文应用ORCAD软件对换流变压器阀侧电压进行仿真，为了便于仿真，做了以下简化：
（一）电源采用阀侧线电压，省略对变压器的数值计算。
（二）由于仿真的电压过高，对整个电路采取归一，即对直流侧电压为800V的电路进行阀侧电压的仿真。
（三）=0°，采用二极管等效整流，考虑阀侧所承受的电压幅值，在元件库中选择D1N4007。
四、换流变压器阀侧电压的软件仿真
本文对一台换流变压器纯电阻、阻容、阻感三种负载情况下进行仿真。
（一）纯电阻负载
在软件环境下建立如图2的仿真模型，仿真结果如图3、4所示。由于换流变压器网侧电源的三相对称性，本文在进行仿真时，只取其中一相（A相）对其波形进行研究，且仿真时间设为两个周期，即40ms。
在上图中，图形1为直流侧输出电压Ud的波形，图形2为角接绕组的对地电压Ub1的波形，图形3为串联星接绕组的输出电压Ua1-Um的波形。（下面图采取相似图形表示方法）
图3包含直流端输出电压Ud，其波形波动幅度不大，一个周期内波动12次，输出波形接近直流。由阀侧两个串联端输出的线电压Ub1和Ua1-Um可知，串联的两组换流阀输出等效电压相等，差别是角接绕组电压超前相应星接绕组30°，这与设计原理吻合。
比较图4中换流变压器阀侧星接绕组对地电压Ua1与图3中Ub1可知，Ua1幅值、有效值明显比Ub1的幅值、有效值高。这是因为星接绕组的对地电压是自身输出与角接绕组的对地电压叠加而成。
由此可见，在阀侧两组绕组中，所承受交流电幅值相同时，星接绕组所承受直流电压明显比角接绕组所承受的直流电压高。故换流变压器的这种特性对变压器的绝缘设计，尤其是阀侧绕组绝缘设计，增加了很大难度。
（二）阻容性负载
建立如图5示的阀侧阻容性负载仿真模型，其仿真输出电压波形如图6、7所示，其中。由于采用的是三相对称电源，故以A相为例进行分析。
如图6所示，Ud的图形趋于直线，与图3相比电压稳定在800V，这是由于电容的钳位作用使Ud波形在阀侧电压变化时保持稳定。
因为直流输电中大多数电缆或负载呈现阻容性，由以上分析可知，阻容性负载电路会降低平波电抗器和直流滤波器等高压设备所承受的电压负荷变化率，提高这些高压电器的工作寿命。
（三）阻感性负载
建立如图8所示的阀侧阻感性负载仿真模型，其仿真输出电压波形如图9、10所示，其中。
如图9、10可知，波形变化较纯阻性电路相比并无显著变化。因为在实际电路中会存在少量的残余电感，由9、10可知，当这种电感很小时，对电路影响并不大。所以我们在实际电路中应保证残余电感相对电路负载足够小，降低残余电感对电能传输效率的影响。
五、总结
大型换流变压器常采用串联12脉整流单元，其阀侧绕组的两个阀桥分别为星接和角接。换流变压器网侧与普通电力变压器并无差别，而阀侧绕组则不同。阀侧绕组不仅承受交流电压还要承受直流电压，除此之外还会承受极性反转电压和各种暂态过电压，这是换流变压器与普通电力变压器的首要区别。
实际输电系统中，不会出现负载为纯电阻的情况，都会掺杂电容和电感。对于电路，电容的引入可以减缓换相时电路中电压的快速变化，也会降低电抗器等高压电器上的电压波动。而较小的电感的引入不会对输出波形有明显的影响，因而可以尽量降低电路负载处残余电感。
参考文献
[1]胡毳.800kV直流换电站电气一次设计及研究.昆明理工大学工程硕士学位论文，2008.3：1-16.
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[3]王宁之.换流变压器和平抗器研制简介.变压器，2007.2，44（2）：44-46.
[4]李海英，陈松林，张宏波等.超高压直流系统中的换流变压器保护，中国论文下载中心：4-6.
[5]王燕，王建平.800kV穗东换流站直流阀侧绕组接线的初步研究.武汉大学学报（理学报），2005.12，51（S2）：102-104.
[6]刘宝宏，殷威扬，杨志栋，孙中明.800kV特高压直流输电系统主回路参数研究.高电压技术，2007.1，33（1）：18-26.
[7]闫金春.特高压直流输电三脉动换流器模型的研究.华北电力大学硕士学位论文，2007.3：21-29.
（作者单位：青岛科技大学）
第12篇
上位机程序以Visual C++为开发平台,设计了友好的用户界面;下位机以C51单片机语言为基础,设计了下位机软件与硬件协调统一的工作共同实现设计要求。
Abstract
This system is composed of fore-channel, Backward-channel, single-chip microcomputer system and the periphery circuit, up-bit machine and down-bit machine soft. The fore-channel will make the signal amplify, filter and A/D transform, then store the signal to the RAM by single-chip microcomputer. The step-channel will amplify ,filter, and D/A transform the data from the RAM, then impel the louDSPeaker. This article uses the single-chip microcomputer as core and extends the RAM of 512k. It applies the keyboard to control and LCD to display. At the same time, the article uses RS232 to communicate with up-bit machine and realizes the data transmission.
Up-bit machine program uses VC++ as the developing platform , Down-bit machine based on C51 language designs the software and the hardware to collaborate.
目录
摘 要 I
Abstract II
第一章 前言 1
1.2语音信号处理的发展与前景 2
1.3总体设计思路 2
第二章 数字语音存储与回放的通道设计 4
2.1整机结构框图和电路图 4
2.2 前向通道 8
2.2.1前向通道的组成框图 8
2.2.2前向通道各个单元的介绍 8
2.2.3前向通道的单元电路设计 12
2.3后向通道 19
2.3.1 后向通道的组成框图 19
2.3.2后向通道各个单元介绍 20
2.3.3后向通道的电路设计 20
第三章 系统其它部分电路设计 24
3.1单片机电路设计 24
3.2 LCD显示器设计 27
3.3数据存储电路设计 30
第四章 程序设计介绍 33
4.1下位机程序介绍 33
4.2 上位机程序介绍 34
第五章 用V[，！]C ++实现上位机的编程 36
5.1 VC++简介 36
5.2 ActiveX控件简介 36
5.3通讯控件MSComm介绍 37
5.4程序设计总方框图 39
5.5通信控件串口编程的说明 40
5.5.1 初始化并打开串口 40
5.5.2捕捉串口事件 41
5.5.3串口读写 41
5.6串行通讯协议程序 41
5.6.1主窗口 41
5.6.2运行窗口 43
5.6.3错误窗口 44
致 谢 47
第13篇
关键词：过程控制系统，液位，测量原理，控制方式，测量设备
1 前言
德国FESTO公司研制的“PCS” 即“过程控制系统”，是一套集目前工业控制中较为典型的控制系统（液位控制、流量控制、压力控制、温度控制）于一体的实验装置（见图1.1）。实验装置由四个操作站和一个中间调度站组成，分别实现四种典型环节（液位、流量、压力、温度）的检测与控制。每站由相应的检测传感器、控制器和电动执行器构成。控制器由中央处理单元、信号处理单元和驱动电路等组成，可以实现开环、闭环 PID算法控制开度阀（比例阀）动作和直流电动机的调速。各站之间通过管道及开关阀（电磁阀）连接，由中间站的PLC控制开关阀导通，可形成耦合系统。
2 液位系统简介
本文中的液位系统如图1所示。
图1液位系统
液位控制系统是FESTO四个独立站中的一站，包括一高一低两个容器（通过中间连接管道上手动阀的开闭控制其通断）、超声波液传感器、直流电机、直流电机调速器；以及四个系统都包含的向中间调度站PLC传送开关量的电容接近传感器，和PLC控制的电磁开度阀。
3 相关测量原理
液位测量是料位测量的一类。许多生产过程都要求监视工艺流程中各种容器内的物料贮量和控制容器进出料量的平衡。免费论文。为此目的所需要的信号当前主要通过测量容器中的物料表面位置得到。[1]
料位包括液位和固体颗粒的料位，本文采用的料位测量方法是超声波式，利用超声波在一定状态介质中的传播具有一定速度这一特性，当声源与料位的距离变化时，回声的时间（从发射到接收超声波的时间间隔）也要改变，这是非接触式测量，可用于液位和固体颗粒料位测量。
4测量设备
超声波液位传感器
它是基于声波的产生和在物体上的反射探测原理。正常情况下，大气作为了超声波的载体。声发生器在短时间内启动，发射出超声脉冲，人耳无法听到。随着超声脉冲的发射，超声波被固定的物体所反射，并返回给接收器。超声脉冲的持续时间可用电子方法评估。在一个固定的范围内，在超声脉冲信号持续时间，输出信号是成比例的。
电机/泵：
不带调速，只起搅和作用；
离心泵适合于冷水或加热水的再循环；泵不能干燥的使用，也不能用海水或受污染的液体。
（3）电容接近传感器：
电容接近传感器的工作原理是基于RC谐振电路中电容器的电容变化来估算的。当有物体接近传感器时，电容增加。这导致了RC电路振荡作用的变化。LED的黄色发光二极管指示切换状态。电容的变化很大程度上依靠距离，和各自材质的尺寸以及介电常数【3】。
（4）电机调速器：
通过改变输入电压来改变泵的转速，输入-10V――+10V，输出-24V――+24V 【4】。
5 控制方式
过程控制系统按照控制方式的不同分为开环控制、闭环控制，单回路控制、串级控制、比值控制等多种方式【2】。免费论文。本液位控制系统采用闭环单回路控制方式，如图2所示。
第14篇
论文摘要 测控系统在变电站综合自动化系统中肩负着测量与控制任务，随着电网电压等级的提高，变电站综合自动化对测控系统的要求不断提高。根据变电站综合自动化系统的设计思路．对一种由总线组成的新型现场总线型测控系统的硬件设计进行研究。
一、引言
变电站综合自动化是在微处理技术、自动控制技术和远动技术发展到一定程度的基础上，为使变电站二次设备更合理、有效地运行而提出的一种变电站自动化模式。变电站综合自动化系统除了实现对现场的监测、控制和保护之外。更重要的是能实现当地和远方对现场的监控、调节和保护。
二、变电站综合自动化中的测控系统的功能要求
(一)遥信功能。遥信功能通常用于测量下列信号开关的位置信号、变压器内部故障综合信号保护装置的动作信号、通信设备运行状况信号、调压变压器抽头位置信号、自动调节装置的运行状态信号和其它可提供继电器方式输出的信号事故总信号及装置主电源停电信号等。
( )j噩测功能。遥测功能常用于变压器的有功和无功采集、线路的有功功率采集、母线电压和线路电流采集、温度、压力、流量流速等采集、周波频率采集、主变油温采集和其它模拟信号采集。
(三)遥控功能。遥控功能常用于断路器的合、分和电容器、电抗器的投切以及其它可以采用继电器控制的功能。
(四)遥调功能。遥调常用于有载调压变压器抽头的升、降调节和其它可采用一组继电器控制的、具有分级升降功能的场合。
三、测控系统硬件设计研究
针对测控单元存在的不足之处．考虑到高压、超高压变电站的自动化特点及变电站综合自动化的发展对测控单元的要求，结合电子元器件发展、通信技术的进步和其它新技术的出现，提出了新型线路测控单元的模块化硬件设计方案。
线路单元测控装置的硬件构成主要包括80C196KC基本处理模块、电流型互感器模块、滤波放大电路、多路模拟开关、A／D转换电路、频率检测电路、遥信输入光祸隔离电路、遥脉输入光藕隔离电路、控制输出继电器、双CAN总线通信模块、串行通信模块。
(一)80C196K0
80C196KC是Intel公司16位单片机系列的第三代产品，是目前应用最广泛的16位单片机，具有以下特点：
1 废除了CPU的累加器(ACC)与算术逻辑运算部件(ALU)的传统结构，采用了寄存器阵列／算术逻辑部件(RALU)。OOH－1FFH单元包含寄存器阵列、专用寄存器和256字节的附加RAM。OOH—017H是专用寄存器区。018H—OFFH是寄存器阵列．可由RALU直接访问。IOOH—1FFH是附加的256字节RAM．这些RAM通过“垂直寄存器窗”结构，也可以作为寄存器由RALU直接访问，因而给程序设计带来很大方便。
2 特殊功能寄存器直接控制I／O口，实现了I／O口的高速输入与高速输出。四个高速输入口最小能记录分辨间隔为1微秒的外部事件发生时间(时钟频率为16MHZ)；六个高速输出口，可在预定的时间内触发外部电路。
3 两个16位定时／计数器及四个软件定时器可以很方便地为众多的外部或内部事件提供定时与计数功能。所谓软件定时器就是对HSO编程，可以按预定的时间产生中断。
4 具有高速运算处理器。80C196KC可以采用16EiZ的晶振．其运行速度比12MHz的90c196KB快33％，比12MHZ的8096BH快1倍。
5 3路D／A转换采用脉冲宽度调制输出(PWM)，调制精度为8位，输出波形为占空比可变的方波，方波可经积分后变成直流电平．其电平随占空比变化有256级输出。
6 有16位WATCHDOG监视定时器，用于监视软件运行是否发生故障，当系统由于干扰或其它扰动导致软件运行紊乱时，它能够使系统自动复位。
7 有高速数据交换能力。支持DMA(直接存储器存取)方式数据交换和PTS方式数据交换。
(二)测控单元的组成
80C196KC基本处理模块主要由80C196KCl6位中央处理器、128Kbyte程序存储器EPROM，64Kbyte数据存储器RAM，16Kbyte的存储器EEPROM及译码电路组成；电流型互感器模块完成将100V，5A的电压电流信号转化为+2.5mA的弱电信号，经过信号变换．放大滤波变成标准信号送入多路模拟开关，在CPU的控制下依次A／D转抉，将现场输入的模拟量转变成数字量，供CPU处理。频率检测模块对输入的交流正弦信号进行整形变成主波信号，输入CPU的高速输入口，通过测量跳变的周期测量频率及进行频率跟踪。遥信、遥脉输入光藕隔离电路完成信号变换及隔离功能，支持220V／110V／24V直流电压信号输入。键盘显示模块提供人机交互功能．采用薄膜键盘和带背光的128*64的点阵式液晶．屏幕一屏可显示16×8个英文字母或8×4个汉字。
第15篇
【关键词】容错技术硬件冗余 VHDL代码
1 引言
数字硬件电路设计越来越精密，但其故障的检测也越来越难。而数字电路的设计大都是用VHDL语言来描述的，因此提出了一个在VHDL描述中自动插入故障容错结构的工具。采用这种工具来做容错电路的设计，用户可以根据不同的需求在VHDL源码级自动做电路故障容错设计。
2 电路源码级故障容错的插入工具
数字电路自动化实现故障容错，也就是在用VHDL语言设计数字电路时，自动化的加入故障容错结构，并且最后得到具有容错功能的VHDL描述的数字电路。这个自动化的过程用一个工具来实现，也就是故障容错结构自动插入工具。该工具由六部分组成，如图1所示。
VHDL源码经过分析器转化成一种特殊的中间数据格式，存储在设计库中；这种数据格式以有向无环图（DAG）的形式组织起来，保存了VHDL完整的语义信息。用户通过用户接口输入某些信息，来定位所需容错的关键部件及从故障容错器选择所用的容错器件。容错后的数据重新送回到设计库中，用反编译系统再次恢复成VHDL代码。本文对基于硬件冗余技术对源码级容错结构插入过程进行阐述。
3 硬件冗余技术
硬件冗余技术采用在系统中多加的硬件资源，包括被动冗余、主动冗余及主被动相结合三种形式。
被动冗余又称为静态冗余（Masking Redundancy ），它不改变系统的结构，靠附加的元器件来屏蔽掉故障元器件的作用。常用的被动冗余称为三模冗余（Triple Modular Redundancy， TMR）结构。系统由相同功能的三个模块及表决器构成，三个相同模块同步运行，三个模块的输出作为表决器的输入，系统的输出是多数表决的结果。
所谓的主动冗余技术，就是能让系统配置动态的改变，从而消除故障对系统的影响，同时补充系统冗余。当系统模块发生故障时，依靠存储多个模块和故障检测机构，通过系统内部的一次重组来切除或替换故障模块。
4 硬件冗余的插入过程
数字电路设计者在使用该工具时，首先需要编写电路的VHDL源码、同时要提供采用的容错技术类型及想要的容错的位置（设计单元名和需复制的对象名）这些信息。
此处假定需要容错的位置是：设计单元A，需复制的对象RESULT，而容错技术采用硬件被动冗余中的三模冗余技术。插入技术主要由以下过程来实现。
4.1 三个新信号的拷贝
如图2所示，首先通过设计库的search（pname，sname）函数从库中找到用户所输入的设计单元A，然后再使用符号表的 search（object_name，global）函数从符号表中查找目标对象RESULT，进行相对应的属性修改后，清空temp。经过这些步骤后，完成了三模冗余技术所需要的新对象的声明。
4.2 语句的复制
如图3所示，该流程图是对于语句的修改。
经过上面的步骤，完成了三模冗余技术的对象复制部分，将这些信息修改完成后再返存入设计库中，实现了在数字电路的VHDL源码级进行故障容错结构的插入。
5 结语
利用自动化工具在数字电路的VHDL源码级进行故障容错结构的插入，能够有效的提高设计者的工作效率。
参考文献
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