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測控電路設計與應用范文第1篇

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關鍵詞：開關電源；UCC3895；測控系統

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.10.012

引言

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

由于單電壓環反饋模式簡單有效的優點，本文基于UCC3895移相全橋控制芯片采用單電壓環加限流環的反饋模式和單片機相結合設計了直流開關電源數字模擬混合測控系統，詳細設計了閉環系統、控制器參數、保護電路，顯示電路，調壓電路，并對測控系統進行了實驗。

系統方案

采用應用廣泛的TI公司生產的UCC3895芯片與單片機相結合的方案設計了直流開關電源數字模擬混合測控系統。如圖1所示，利用UCC3895對DC/DC變化器主電路進行PWM移相控制，并與單片機相結合來實現對主電路的檢測與反饋控制，以及輸出過壓，過流，過溫等保護。其中，所選單片機型號為美國微芯公司生產的PIC16F873單片機。PIC16F873共28個引腳，內部自帶5個10位A/D通道，2個定時計數器，2個脈寬調制（PWM）通道。

UCC3895電路設計

如圖4所示，UCC3895的EAN腳為內部誤差放大器反相輸入端，E A O U T腳為誤差放大器輸出端，R 3、R 4、R 6、C 1、C 2、C 3構成了閉環控制系統的電壓調節器，輸出電壓Vo經過電阻分壓接到電壓調節器反相輸入端構成反饋電壓，改變可調電阻R2的值可以改變電源輸出電壓。RT、CT可以實現開關頻率的設定，A D S腳為自適應延遲死區時間設置端，接地表示輸出延遲死區時間設為最大。限流調節器輸出端也接到UCC3895的EAOUT腳，故障保護電路接到CS腳實現電源系統的故障保護功能。

故障保護電路設計

UCC3895的CS腳有過流保護功能，當CS腳電壓高于2.5V時，UCC3895芯片將會被軟關斷，驅動脈沖被封鎖，CS腳低于2.5V，芯片將進入下一個軟啟動過程。如圖5所示，保護電路的設計就是基于CS腳的過流保護功能，正常情況下保護電路的輸出為低電平，一旦出現輸出過壓、過流、過溫等故障，相應的電壓比較器輸出高電平，同時故障信號被單片機檢測，通過單片機數字控制也可使電壓比較器輸出為高電平，開關管T1導通，輸出一個高于2.5V的高電平至CS腳，使芯片封鎖驅動信號，從而使主電路停止工作，實現電源系統的數字模擬雙重保護功能。

限流值可調的限流環電路設計

單片機與電路設計

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

調壓電路設計

單片機CCP1腳為PWM波端口，可以通過調節PWM波的占空比產生不同的電壓。如圖9所示，PWM信號經過濾波電路由數字量轉變為模擬量輸入到由運放5構成的電壓跟隨器進行緩沖與隔離，該模擬電壓與參考電壓VDD疊加構成分壓電路，分壓信號輸入到由運放6構成的電壓跟隨器正向輸入端。輸出端經過濾波電路接到UCC3895芯片電壓調節器參考電壓端（EAP）。改變CCP1的PWM波占空比即可調整電壓調節器參考電壓，進而改變電源輸出電壓。圖中由R2、R3、R4構成的分壓電路可以設定PWM占空比為最低時電壓調節器參考電壓的最低值，保證電源電壓的最低輸出?？烧{電阻R2的作用是調節電壓調節器參考電壓的范圍，改變R2的值，在輸出占空比范圍不變的情況下，輸出參考電壓的范圍可以進行調整，進而改變電源輸出電壓的范圍。圖12 過載限流波形

實驗及結果

圖10是直流開關電源上電輸出電壓瞬態波形，上電輸出瞬態電壓的超調量為1.1%，調整時間為50ms，穩態誤差為0.5V。圖11是直流開關電源突加突減負載輸出電壓瞬態波形，突加突減負載輸出瞬態電壓的恢復時間為30ms，電壓動態降落為22%。圖12是突加過載限流波形，過流后限流環起作用，通過調節輸出電壓，使得電流很快限制在限流值上。

測控電路設計與應用范文第2篇

關鍵詞 供電系統；測控裝置；動作保護

中圖分類號TP368.1 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）84-0143-01

0 引言

本裝置的作用是在高壓配電開關內部，采集系統需要的電壓、電流、溫度、真空開關的分、合狀態等參數。

檔供電回路出現故障時及時作出保護。也可數據遠傳便于遠程測控。本裝置具有體積小，耗電少，連線簡單，功能強，工作可靠等特點。

1 系統總體方案設計

本裝置主要由AT89C52單片機作為主控芯片，通過電壓傳感器，電流傳感器等將電參量經信號調整電路送入A/D轉換單元，將模擬量轉換為數字量信號供單片機作為數據計算依據。通過軟件編程實現對電信號的處理和數據遠傳。

本裝置也可以作為上位機監控系統的數據采集器該裝置可安裝于現有的高壓真空配電裝置內，通過單片機的異步串行通信口可與其上一級變電所分站通信傳遞數據，這樣的優點是設計靈活，如可將電壓、電流、過流的電流等需要整定的數值放到地面主控計算機中隨時設置，具有更高的通用性。

本測控裝置配有液晶顯示和鍵盤輸入，方便控制參數的現場設置。

圖1測控裝置電氣結構圖

2 系統硬件設計

2.1 前端采樣電路設計

本設計需要采集三相電壓電流信號，分別有三個精密電壓互感器和電流互感器作為信號采集元件，信號采集后經半波整定，濾波等相關處理電路進行信號處理最終將調整好的電流信號和電壓信號數據送入A/D轉換單元。采樣電路如圖所示：

圖2 電壓前端采樣電路圖 圖3 電流前端采樣電路圖

2.2 開關量輸入輸出電路設計

本測控裝置需要檢測外部設備的通斷狀態以及輸出相應的控制開關量信號來處理故障時的觸點通斷。因此本裝置設計了相應的開關量輸入輸出電路。

開關量輸入信號主要由光耦組成。外部開關量經10K電阻送入光耦的發射部分，當開關量閉合，光耦的發光二極管點亮，這樣接收管部分通過1.2K上拉電阻將低電平信號送給單片機的P1.0引腳。當單片機檢測到此引腳為低電平時，則可判斷開關量閉合。

開關量信號的輸出主要通過單片機輸出控制信號經光耦隔離來驅動繼電器吸合。本設計由中由單片機引腳P2.0連接非門并與P2.1一起講信號送入與非門作為光耦的邏輯驅動。當單片機引腳P2.1輸出1時，P2.0輸出1時，此時光耦的發光二級管不工作，即繼電器不能導通。

當P2.0輸出為0時，發光二級管發光，接收管接收到光信號后導通，此時大電流流過繼電器的線圈產生相應的磁力將繼電器的銜鐵吸合。此時開關將閉合。

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

3 軟件設計

本測控裝置的軟件設計流程主要為：系統初始化完畢以后，MCU進入循環等待中斷的過程，由中斷服務子程序實現一些基本功能，中斷服務子程序主要包括：時鐘中斷子程序、電參數處理子程序、外部報警中斷子程序、通訊處理子程序等。當有故障數據出現時，通過計算對故障信息進行分析處理，發出相應的控制命令。

4 結論

本文采用單片機設計的測控系統對煤礦井下高壓供電回路進行相應的電參量數據進行采集和保護。

當供電回路發生故障時能夠及時作出相應的開關動作，避免供電事故的發生。此裝置也可將故障數據遠傳給井上供電監控系統，提高供電監控系統的可靠性。

參考文獻

測控電路設計與應用范文第3篇

關鍵詞 LabWindows/CVI 虛擬儀器 串口通信

中圖分類號：O55文獻標識碼：A

Labwindows是常用的編寫控制系統的軟件，基于它的采集系統可以通過串行通信實現遠距離的溫度采集，而且這樣的系統兼容性和擴展性好，可以被集成在一個更大的系統里面實現復雜的工業控制，具有良好的應用前景。

1 系統總體功能設計

本系統的所有功能都是由上位機控制完成，根據系統設計要求可以抽象出具體的功能：

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

系統功能設計主要分為溫度轉換電路、單片機采集處理模塊、數據傳輸模塊、上位機測控模塊。

溫度轉換電路將溫度信號轉換為電信號，其最關鍵的就是溫度傳感器電路；單片機采集處理模塊對此模擬電信號進行A/D轉換并進行計算處理從而獲得上位機所需數據；數據傳輸模塊是單片機與PC機的接口電路，單片機輸出的數據與上位機的控制信號都通過此模塊進行傳輸；上位機測控模塊對傳上來的數據進行處理得到此時的溫度值，對單片的采集控制也是通過此模塊進行的。

在這些模塊中最關鍵的是設計溫度轉換電路，它對整個系統的精度和誤差以及數據處理方式都會產生影響。將溫度信號轉化為電信號信號依賴于溫度傳感器，常用的溫度傳感器可以選用PT100。PT系列電阻是鉑熱電阻，其R/T轉換關系在-200~650℃溫度范圍內線性度已經非常接近直線，所以用它來作為溫度傳感器能做到精度高、穩定性好、性能可靠。

2 硬件設計

硬件設計部分主要分為三個部分，即溫度轉換電路設計、單片機數據采集處理模塊和數據傳輸處理模塊。

2.1 溫度轉換電路設計

準備有效地計算某時刻水溫，關鍵技術是準確地測量此時刻PT100的電阻值，即怎樣將PT100的電阻值轉為電壓值供STC12C5410AD采樣并由此計算出電阻值。常用的有兩種方案：一種是設計一個恒流源法，另一種是采用惠斯頓電橋法。

2.2 單片機數據采集處理模塊

電信號轉化為數字信號，如選用內部集成了A/D轉換的STC12C5410AD單片機，有如下優點：（1）減少了單片機與模數轉換芯片連接的電路；（2）省去了模數轉換芯片需要精確電壓的供電要求；（3）單片機的編程時減少了對電路的復雜控制；（4）減少了調試時間和誤差。采用單片機數據采集中，主要方法是：通過多次采樣得到一個A/D 轉換的數據序列，然后對這個數據序列進行中值濾波、算術平均濾波、去極值平均濾波、加權平均濾波等方法進行數據處理。

2.3 數據傳輸模塊

數據的傳輸是指單片機STC12C5410AD與PC機之間的通信，系統中傳輸的數據主要是單片機處理獲得的數據、對STC12C5410AD進行ISP（在系統可編程）時產生的數據以及上位機產生的控制信號。在數據采集過程中，通信傳輸的數據量較少，對實時性要求不高，應采用常規的RS232串口。

3 LabWindows虛擬儀器平臺軟件設計

表1

Labwindows/CVI有許多標準函數庫，其中的RS232函數庫提供了各種方式的串口通訊控制函數和IO函數，可分為打開IO關閉函數、IO讀寫函數、調制解調器控制函數、串口設置函數、寄存器狀態函數和回調函數6類。這里主要介紹串口檢測功能，代碼如表1：

4 結束語

STC12C5410AD單片機集成A/D轉換并兼容51指令的強大功能使得硬件電路開發變得更加的簡單和方便。以LabWindows/CVI虛擬儀器為軟件開發平臺，用STC12C5410AD來代替傳統溫度傳感器，不僅在其內部就能進行A/D轉換，而且輸出的數據可以直接供單片機處理，提高了系統在采集水溫數據時的抗干擾性和可靠性，精度高，有利于在復雜環境的布線工作，適用于工業其他領域或行業的溫度測量。

參考文獻

[1] 吳贅,蔣新華,解晶瑩.基于LabWindows/CVI的BMS測試系統設計[A].電源技術,2009.7(33):621-623.

[2] 王浩,齊建宇.基于Labwindows/CVI的捷聯慣導測試軟件設計[A].航天控制,2011.2(29):56-60.

[3] 陳懷民,安玉嬌,王亮.基于LabWindows/CVI虛擬測試系統軟件設計與實現[A].測控技術,2009.11(28):61-62.

測控電路設計與應用范文第4篇

【關鍵詞】RS總線 多點溫度測控 系統設計 可靠性

在與日俱進的社會發展上，技術和生產的水平越來越高，數字信息化的模式越來越深的灌輸到各類方面。使用具備設備簡單，價格低廉，能實現長距離信息傳輸的RS484收發器系統能有效的將分布廣泛的數據進行采集和分析控制，利用其多點測控的特點及其優勢對溫度進行檢測和控制，能有效的對環境和生產帶來益處，對其有著不可忽視的作用。

一、RS485總線

RS-485采用平衡發送和差分接收，具有抑制共模干擾的能力，并且具備抑制共模干擾的能力，其總線收發器具有很高的靈敏度。市場上一般RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發送狀態。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。其聯網構成的分布式系統能很大程度的提高連接驅動器和接收器的容量，提高工作效率。

二、RS485系統設計的要求

在針對基于RS485總線的多點溫度測控系統的設計中，主要要根據該系統的應用環境和具體內容，對系統的設計進行四點的要求。主要有要體積小，因為此系統有別于其他普通的溫度測量系統，并且該系統主要用于設置在生產車間廠區內，對廠區的溫度進行測量，所以要對其體積進行盡量小的設計，減少占地面積，給生產設備和廠區規劃提供更多的應用空間，而且對其體積進行縮小有利于系統的安裝和修理，并且為以后的更新換代打下基礎。其次，要在設計中實現對遠距離信息的實時傳輸，這有利于在面積大，范圍廣的廠區中，能遠距離的進行遠距離通訊，而且對系統數據的傳輸線路進行必要的簡化，提供可靠的實時數據傳輸。另外，系統的可靠性要符合明確的要求，保證在生產的環境中減少溫度測量的誤差，提供有效的測量數據，加強其持久性和耐用性與準確性。最后一點就是要設計低成本的系統，在滿足生產需求的情況下，盡量減少對其安裝設置生產的成本，如此才具有更高的效益比。

三、系統方案的確定

在基于RS485總線的多點溫度測控系統的設計方案中，要明確其整個系統的組成和模塊的功能，主要將系統分為溫度測量模塊和溫度接受模塊。而這兩個模組間的聯系和通訊與信息交互就是由RS485總線進行傳輸的。明確溫度測量模塊與傳輸模塊分別的作用，前者為負責數據的采集，后者為負責數據的傳輸與處理

四、RS485的理論簡述

對于RS485總線多點溫度測控系統中的RS485，其就是一個電器接口規范，是一個七層開放系統互連模型物理層的協議標準。他不僅支持半雙工模式還支持全雙工模式，對它的網絡拓撲也通常采用的是終端匹配的總線型結構。而對于環型或星型網絡，它是不支持的。RS485采用的是平衡傳輸方式，它可以采用二線或四線的方式進行多點雙向通信和點對多點的通信。在實現通信的方面上，它一般采用平衡發送和差分接收的方式，所以它具有很強的抗共模干擾能力，并且具備了很高的接收靈敏度，這使得它能檢測到200mv的電壓，同時它的最大傳輸距離與最大傳輸速率也大大的增強。

五、RS485的網絡配置

在RS485系統的網絡配置上，最為典型的就是具為一個主機和多個從機，并且在這些從機上面都分配了唯一的地址。而且為了提高數據在傳輸時的可靠性，在系統通信方式的設計上，將其定為命令/應答的通信方式，在工作時，命令幀與應答幀都是唯一相互對應的，在發出指令的主機上，發出命令從機的命令幀，命令幀到達要訪問的從機，從機接收后給予回應，發出應答幀，期間從機與主機的地址匹配，其他的從機并不對主機發出的命令幀進行回應，從而以這種問答式的通信方式加強其通訊的可靠性。不過在對其進行設計時需要注意的是，由于網絡節點數與所選的RS485的芯片驅動能力和接收器的輸入阻抗有關，所以在設置和設計節點數上，要按照RS485芯片最大值的70%選取，對其傳輸速率與通信距離等方面都根據有關的通信效率和節點數與實地環境等因素進行綜合性的考慮與設計。還有就是針對其節點與主干的距離，從理論上來說，對RS485節點與主干的距離的設計要求越短越好，同時由于RS485是多用于一對多點的以半雙工為結構通信的總線設計，所以在安置主機的時候盡量將其安置于一端，避免將其安置于中間。

六、基于RS485總線的硬件設計

作為現代通訊技術的工業標準之一，RS485總線是在工業中應用非常成熟的一個技術。它具有簡便的多站互聯功能，采用一對雙絞線便能實現。而針對其采用的是平衡發送和差分接收，所以為了提高系統的抗共模干擾能力，要求在信號的傳輸上，要在發送端，利用驅動器將TTL電平信號轉換成差分信號，而在信號的接收上，將差分信號通過接收器轉變成TTL電平。并且在總線的末端連接一個與總線的特性阻抗相當的匹配電阻RF，從而吸收總線上的反射信號，使得其傳輸的信號能正常無毛刺的穩定傳輸。并且對RS485系統的設計中，要避免集中供電，這是為了防止由于微機系統上造成電時節點的收發混亂而出現的總線堵塞現象，避免出現在上電時節點的不正常。最后要值得注意的是，為了實現對總線的使用權進行有效的分配，完全隔離連接到總線上的單機發送控制信號的時間，保證發送和接收信號的完整與正確，避免總線信號的互擾，要對MAX1487E芯片DE端通過單片機I/O口進行控制。

七、溫度測量系統硬件的設計

（1）單片機控制器AT89S52。單片機控制器AT89S52是一款具有功耗低、高性能特點的CMOS8位微控制器，在他的系統可編程Flash存儲器中具有8K的內存。單片機控制器AT89S52可以在眾多嵌入式控制應用系統中，為其提供高靈活和超有效的解決方案，而且單片機控制器AT89S52可以運行靜態邏輯操作，并且支持兩種軟件可選擇節電模式。并且它的串行口可以用于網絡通信，并且可以實現串行異步通信，同時能作為同步移位寄存器進行使用。在其單片機地址輸入的連接方式上，因為其兩個口，分別為單片機的P2口和P0口具有第二功能，可以分別輸入高低地址，所以在其運行中，能通過P2口的運作進行對從機地址的確定。還需要提出的是，在單片機復位電路的設計中，影響單片機系統運行穩定性的因素可以分為外因和內因兩個部分。外因為射頻干擾，內因為振蕩源的穩定性。而要解決這些問題，就要通過電源濾波和隔離，還要進行對電路參數整定穩定度受振蕩器類型溫度和電壓等參數的設定與調整等手段進行優化。而復位電路的功能就是對系統上電后提供復位信號。它是一個重要的工作方式，對系統的安全性與穩定性提供了有效的保障。

（2）數字溫度傳感器DS18B20。 數字溫度傳感器DS18B20是一款世界上先進的，將所有的傳感原件與轉換電路集中在一只形如三極管的集成電路內的溫度傳感器。它能對電壓的變化和不穩性更好的適應，而且它采用的獨特的單線接口方式使得其在實現與微處理器進行雙向通訊時能更為簡單的僅需一條口線。而且數字溫度傳感器DS18B20支持多點的組網功能，可以實現將其多個的并聯在一條三線上，從而對測溫進行聯網的多點測量。數字溫度傳感器DS18B20的精度高，不會因為電源極性的錯誤燒毀芯片，擁有機槍的抗干擾糾錯能力，而且對數據的處理更快，準確度更高。是為基于RS485總線的多點溫度測控系統提供有效多點測控和多點數據處理傳輸提供支持的有效保證。

八、對RS485的通信效率進行提高

在對基于RS485總線的多點溫度測控系統的設計中，要對RS485的通信效率進行有效的提高，因為其采用的通信工作模式，即其一對多點的主從應答模式，犧牲了其通訊的工作效率，所以對于此問題，要在設計中選用合適的通信協議與控制方式。首先，要對總線穩態控制進行優化和設計，在對現有資料和實地調查發現，一般大多數使用者都將收發控制端TC在數據發送前的1ms調至成高電平，使得在發送數據時總線進入了穩定的發送狀態。隨后在數據發送完成后的1ms再將TC調至成低電平，使得在數據在可靠發送完成后，系統轉入接收狀態。而比較符合效率的做法是在三點五個機器周期的延時便可以滿足其通訊質量的要求。然后，在對每個字節進行校驗的時候，要盡可能的減少特征字和校驗字，這是為了保證數據傳輸的質量。在選擇慣用的數據包格式上，一般優先選擇和盡量使其由引導碼、地址碼、數據、校驗碼、長度碼、命令碼、尾碼組成，這便導致了每個數據包的長度過長，而在RS485總線中，太復雜的協議會嚴重影響其工作效率，所以要求其簡練，盡量選擇使用MODBUS協議。從而進一步優化系統內部的運行環境，簡化協議的復雜程度，進而提高RS485系統的通信效率。

九、系統硬件電路的設計

在對系統硬件電路的設計中，為了現場監控和采集現場的溫度與濕度信號，一般在系統的下位機上采用AT89C2051作為其基本的控制器。采用DS18B20和HIH-3610分別總為系統的溫度與濕度的傳感器，而在系統的A/D轉換上一般選取采用TLC1549。而為了提高A/D的準確性，加強系統的工作穩定性能，一般在設計上，對其進行優化，通常的做法的是將MAX875變換的輸出作為A/D轉換的基準電壓，在其通信接口的芯片選用上選擇75LBC184。其他的，比如系統的上位機和顯示驅動芯片、時鐘芯片分別采用AT89C2052、ZLG7289、HT1380。

十、電源部分的電路設計

在系統的電源部分的電路設計上，一般通過變壓、穩壓和濾波環節將+24V的輸入電壓轉變為各部分所需的電壓。并且為了保證更好的轉換特性，并且為了使其具有更高的高頻特性，對其并接一個0.1μF的電容。同時，為了保證較好的過濾特性與穩定性，在MAX875的輸出端并聯一個0.1μF的電容和一個10μF的電解電容，而且，使得經過濾波得到的LM2575輸出的較為精準的+5V的電壓能更為持久安全穩定的輸出。

十一、 RS485總線部分的電路設計

因為RS485總線部分的電路對整個系統的運行有著十分重要的意義，所以在對RS485總線部分的電路設計上，要對各種可能出現的因素充分考慮，對線路上的可能出現的干擾進行提前的預防。由于該系統應用的環境是處于復雜，各類干擾因素和不穩定因素繁多的一個工業生產環境，所以在對其設計的時候，要對RS485的傳輸端加行一定的保護措施設計。具體上，對保護電路可以用穩壓管DI和D2組成回路的方法，而為了對系統的通信進行有效的保護，保持系統通信的流程，對系統的通信進行可靠性的優化，所以需要對系統的電路上，對總線兩端的差分端口上安置安全電阻的匹配，將其跨接在線路中，這便減少了因為不匹配造成而引起的反射，從而有效的降低了噪聲的干擾。然后對A/B兩個輸出端上的電阻進行上下拉的調整，使其A端的電壓高于B端的電壓，這便能有效的避免了接收器的誤操作，引起誤接受，造成數據的不準確性。同時要對線路的特殊情況進行充分的考慮和預知，采取多加裝電阻的措施避免出現故障后整個系統的崩潰，能保證總線系統的通信的穩定性。還要對系統在上電情況下RS485芯片處于接受輸入張泰，對各類部件的相互干擾做到應有的防護措施，避免誤觸發，誤接收，從而全面提高RS485系統的通訊準確信和可靠性。

十二、系統的軟件設計

在基于RS485總線的多點溫度測控系統設計中，對其軟件的設計可謂是關系到整個系統能否按照標準發揮應有的功能，對整個系統的工作狀態和系統的效能提供保證。在軟件的設計上，要避免通信出現異常，這是因為74BC184并不帶有失效保護。所以在系統進入正常通信之前，要通過主機將總線驅動大于正常值，使得所有節點的接收器產生高電平輸出，從而保證數據接收的完整性。然后要對控制端DE的軟件的編程，通過對系統數據收發的工作的延時進行對系統工作的可靠性的保障。通常的做法是在延時1ms左右的時間后發送有效的數據，這些都是在數據發送的狀態下完成的，等到一包數據發送完全結束后，再通過對系統的延時1ms，從而達到在總線工作狀態的切換狀態下，有一個穩定工作的過程的標準。而針對鼓風機和至冷氣等設備的較長響應時間，這就要求主機在發出控制繼電器的命令后要有一個比較長的延時事件，以應對其工作的時間，加強且工作的準確。為保證系統處理速度，提高系統的執行能力，節約系統內存，對程序的編輯，要盡量避免其中帶有符號，減少處理程序帶有符號處理數據。

總之，在與日俱進的社會發展上，技術和生產的水平越來越高，數字信息化的模式越來越深的灌輸到各類方面。使用具備設備簡單，價格低廉，抗干擾能力強，能實現長距離信息傳輸的RS484收發器系統能有效的將分布廣泛的數據進行采集和分析控制。在使用中，要加強對485芯片的保護力度，要加強對其優點的發揮，利用其多點測控的特點及其優勢對溫度進行檢測和控制，這能有效的對環境和生產帶來益處，對社會的發展和企業的發展有著不可忽視的作用。

參考文獻：

[1]李樂，鄭賓，秦建斌.全雙工RS485總線發送機制的研究[J].中國儀器儀表，2008，（02）.

[2]宋兵躍，吳軍輝，黃斌.單片機的高效串行通信研究[J].單片機與嵌入式系統應用，2010，（01）.

[3]陳在平，杜金利.面向RS485協議配置應用的單片機與PC機之間的通信[J]天津理工大學學報，2009，（02）.

測控電路設計與應用范文第5篇

關鍵詞：電子設計自動化；課程特點；教學方法

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

中圖分類號：G642.41     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）11-0046-02

電子設計自動化（EDA：Electronic Design automation）是將計算機技術應用于電子設計過程中而形成的一門新技術，[1]它已經被廣泛應用于電子電路的設計和仿真、集成電路的版圖設計、印刷電路板（PCB）的設計和可編程器件的編程等各項工作中。

隨著半導體技術及電子信息工業的不斷發展，電子設計自動化技術在信息行業中的應用范圍越來越廣泛，應用領域也涉及產業鏈中的幾乎任何一個環節。一方面是社會上對電子設計自動化人才的急需，另一方面是我國高校中電子設計自動化人才培養的落后，兩者之間的矛盾也促使眾多的高校開始在電子信息、微電子技術等專業中開設“電子設計自動化”課程。如今，該課程已成為眾多信息類學科的專業必修課，這為我國電子設計自動化人才的培養和充實做出了巨大的貢獻。

“電子設計自動化”課程教學效果直接影響著人才培養的質量，因此，優秀的教學方法和教學質量是教學過程中必須重視的。筆者根據近幾年的教學經歷，總結經驗，開拓創新，形成了一套特有的教學方法，旨在培養出基礎牢、思路清、知識廣、能力強的電子設計自動化人才。

一、“電子設計自動化”課程教學的特點

電子設計自動化是一個較為寬泛的概念，它涵蓋了電路設計、電路測試與驗證、版圖設計、PCB板開發等各個不同的應用范圍。而當前“電子設計自動化”課程設置多數側重電路設計部分，即采用硬件描述語言設計數字電路。因此，該課程的教學具非常突出的特點。

1.既要有廣度，又要有深度

有廣度即在教學過程中需要把電子設計自動化所包含的各個不同的應用環節都要讓學生了解，從而使學生從整個產業鏈的角度出發，把握電子設計自動化的真正含義，以便于他們建立起一個全局概念。有深度即在教學過程中緊抓電路設計這個重點，著重講解如何使用硬件描述語言設計硬件電路，使學生具備電路設計的具體技能，并能夠應用于實踐和工作當中。

2.突出硬件電路設計的概念

在眾多高校開設的“電子設計自動化”課程中，多數是以硬件描述語言VHDL作為學習重點的。而VHDL語言是一門比較特殊的語言，與C語言、匯編語言等存在很大的不同。因此，在教學過程中首先要讓學生明白這門語言與前期所學的其他語言的區別，并通過實例，如CPU的設計及制造過程，讓學生明白VHDL等硬件描述語言的真正用途，并將硬件電路設計的概念貫穿整個教學過程。

3.理論與實踐并重

“電子設計自動化”是一門理論性與實踐性都很強的課程，必須兩者并重，才能收到良好的教學效果。在理論學習中要突顯語法要點和電路設計思想，[2]并通過實踐將這些語法與設計思想得以加強和鞏固，同時在實踐中鍛煉學生的創新能力。

二、“電子設計自動化”課程教學方法總結

良好的教學方法能起到事半功倍的效果。因此，針對“電子設計自動化”課程的教學特點，筆者根據近幾年的教學經驗總結了一些行之有效的教學方法。

1.以生動的形式帶領學生進入電子設計自動化的世界

電子設計自動化對學生來說是一個全新的概念。如何讓他們能夠快速地進入到這個世界中，并了解這個世界的大概，從而對這個領域產生興趣，是每個老師在這門課授課之前必須要做的一件事情。教師可以采用一些現代化的多媒體授課技術，讓學生更直觀地了解電子設計自動化。由于電子設計自動化是一個很抽象的概念，因此，可以通過播放視頻、圖片等一些比較直觀的內容來讓學生了解這個領域。從學生最熟悉的電腦CPU引入，通過一段“CPU從設計到制造過程”的視頻，讓學生了解集成電路設計與制造的流程與方法，并引出集成電路這個概念。

通過早期的集成電路與現在的集成電路的圖片對比，引出EDA的概念，并詳細講解EDA對于集成電路行業的發展所作的巨大貢獻。在教學過程中，通過向學生介紹一些使用EDA技術實現的當前比較主流的產品及其應用，提高學生對EDA的具體認識。這些方法不僅使學生對EDA相關的產業有了相應的了解，更激發了學生的學習興趣，使學生能夠踴躍地投入到“電子設計自動化”的學習中。

2.以實例展開理論教學

“電子設計自動化”的學習內容包含三大部分：[3]硬件描述語言（以VHDL語言為學習對象）、開發軟件（以QUARTUS II為學習對象）和實驗用開發板（以FPGA開發板為學習對象）。

硬件描述語言的學習屬于理論學習部分，是重中之重。對于一門編程語言的學習來說，語法和編程思想是學習要點。在傳統的編程語言學習的過程中，通常都是將語法作為主線，結合語法實例逐漸形成編程思想。這種學習方法會使學生陷入到學編程語言就是學習語法的誤區中，不僅不能學到精髓，還會因為枯燥乏味而產生厭倦感。

如何能使學生既能掌握電路設計的方法，又輕松掌握語法規則是一個教學難題。筆者改變傳統觀念，將編程思想的學習作為教學主線，在理論學習過程中，以具體電路實例為基礎，引導學生從分析電路的功能入手，熟悉將電路功能轉換為相應的程序語句的過程，并掌握如何將這些語句按照規則組織成一個完整無誤的程序。在此過程中，不斷引入新的語法規則。由于整個過程中學生的思考重點都放在電路功能的實現上，而語法的學習就顯得不那么突兀，也不會產生厭倦感。由于語法時刻都需要用到且容易忘記，因此在后期的實例講解過程中需要不斷地鞏固之前所學過的語法現象，以避免學生遺忘，以此讓學生明白，學習編程語言的真正目的是為了應用于電路設計。通過一些實踐，學生體會到語言學習的成就感，進一步提高了學習興趣，此方法收到了良好的教學效果。

3.將硬件電路設計的概念貫穿始終

硬件描述語言與軟件語言有本質區別。很多學生由于不了解硬件描述語言的特點，在學習過程中很容易將之前所學的C語言等軟件編程語言的思維慣性的應用于VHDL語言的學習過程中，這對于掌握硬件電路設計的實質有非常大的阻礙。因此，在教學過程中，從最初引入到最后設計電路，都要始終將硬件電路設計的概念和思維方式貫穿其中。

在講述應用實例時，需要向學生分析該例中的語句和硬件電路的關系，并強調這些語句與軟件語言的區別。以if語句為例，在VHDL語言中，if語句的不同應用可以產生不同的電路結構。完整的if語句產生純組合電路，不完整的if語句將產生時序電路，如果應用不當，會在電路中引入不必要的存儲單元，增加電路模塊，耗費資源。[4]而對于軟件語言，并沒有完整if語句與不完整if語句之分。為了讓學生更深刻地理解不同的if語句對應的硬件電路結構特性，可以通過一個小實例綜合之后的電路結構圖來說明。

如以下兩個程序：

（1）entity muxab is

port（a，b：in bit；

y：out bit）；

end；

architecture behave of muxab is

begin

process（a，b）

begin

if a>b then y

elsif a

end if；

end process；

end；

（2）entity muxab is

port（a，b：in bit；

y：out bit）；

end；

architecture behave of muxab is

begin

process（a，b）

begin

if a>b then y

else y

end if；

end process；

end；

（1）（2）兩個程序唯一的不同點在于：程序（1）中使用的是elsif語句，是一個不完整的if語句描述，而程序（2）使用的是else語句，是一個完整的if語句描述。這一條語句的區別卻決定了兩個程序的電路結構有很大的不同。（1）綜合的結果是一個時序電路，電路結構復雜，如圖1所示。而（2）綜合的結果是一個純組合電路，電路結構非常簡單，如圖2所示。通過綜合后的電路圖比較，學生更深刻理解這兩類語句的區別。

強化硬件電路設計的思想，可以促使學生逐漸形成一種規范、高效、資源節約的設計風格，培養一個優秀的硬件電路設計工程師。

4.通過實踐拓展強化學生動手能力

“電子設計自動化”是一門實用性很強的課程，學生在學完該課程后必須具備一定的硬件電路設計和調試的能力，因此在教學中需要不斷地用實踐訓練來強化學生在課堂所學習的理論知識，并使他們達到能夠獨立設計較復雜硬件電路的能力。

筆者在教學過程中鼓勵學生將課程實踐和畢業設計內容相結合的方法，讓學生強化實踐能力，收到了良好的效果。學習“電子設計自動化”課程的學生基本上都是即將進入大四，此時他們的畢業設計已經開始進入選題，開始了初步設計的過程。筆者先在實驗課堂向學生布置一些常用硬件電路設計的題目，比如交通燈、自動售貨機、電梯控制器等，讓學生體會電子設計自動化課程的實用性，激發他們的思考和學習興趣。在此基礎上分組組建實踐小團隊，讓每組學生共同完成一個較復雜的電路系統，比如遙控小車、溫度測控系統等，鼓勵他們將所做的內容與畢業設計對接。其中大部分同學通過這些訓練都可以掌握硬件電路設計的基本方法和流程，有一部分同學還能設計出比較出色的作品。此過程不僅讓學生體會到了學習知識的快樂，也培養了他們的團隊協作精神，為他們以后的繼續深造和工作做了鋪墊。

三、結束語

掌握“電子設計自動化”課程的特點，有針對性地改善教學方法，充分調動學生的學習積極性，強化理論和實踐教學相結合，一方面使學生把握課程的全局性，了解和熟悉電子設計自動化行業的狀況和最新動態；另一方面培養學生具有扎實的理論基礎和良好的動手能力，培養出厚基礎、重實踐、有創新的高素質人才，具有重要的社會意義。

參考文獻：

[1]潘松,黃繼業.EDA技術與VHDL(第二版)[M].北京:清華大學出版社,2007.

[2]Roth,C.H.數字系統設計與VHDL[M].金明錄,劉倩,譯.北京:電子工業出版社,2008.