時(shí)間：2023-10-10 16:08:37
開(kāi)篇：寫(xiě)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篇電路設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);創(chuàng)新教學(xué);模擬豆?jié){機(jī);實(shí)際項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)
單片機(jī)課程是電子、電氣自動(dòng)化等高校專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程，對(duì)于現(xiàn)如今發(fā)展迅速的自動(dòng)化、智能化起著很重要的作用，同時(shí)，又滲透到如今各個(gè)方面，如現(xiàn)在的智能家居也離不開(kāi)單片機(jī)的發(fā)展。為了學(xué)生以后的就業(yè)及專(zhuān)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，學(xué)好單片機(jī)顯得尤為重要。但現(xiàn)在高校中普遍存在學(xué)生學(xué)習(xí)編程吃力，動(dòng)手能力弱，具體項(xiàng)目接觸少，然后課余時(shí)間想學(xué)習(xí)沒(méi)法學(xué)習(xí)的狀況。這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式挫傷了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，不靈活的教學(xué)方式激發(fā)不了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
本文通過(guò)多年的單片機(jī)課程教學(xué)，結(jié)合職業(yè)學(xué)校學(xué)生的特點(diǎn)，靈活的改變的傳統(tǒng)理論教學(xué)，融合多種方式，最大限度的激發(fā)學(xué)生興趣和最大限度的利用學(xué)生的時(shí)間，通過(guò)模擬實(shí)際項(xiàng)目的過(guò)程來(lái)驅(qū)動(dòng)單片機(jī)教學(xué)，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能夠真正的學(xué)到知識(shí)。本次以模擬豆?jié){機(jī)為例。
一、項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)
（一）系統(tǒng)功能介紹：模擬豆?jié){機(jī)有純豆?jié){和五谷雜糧兩種工作模式，每種工作模式下工作流程如下：
（1）純豆?jié){加工流程：
（2）五谷雜糧加工流程：
圖1 項(xiàng)目功能流程圖
學(xué)生通過(guò)項(xiàng)目功能流程圖來(lái)了解項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)功能，做電路設(shè)計(jì)，我們采用單片機(jī)來(lái)控制，選擇AT89S51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。
（二）電路設(shè)計(jì)：
通過(guò)功能選擇電路所用的芯片及電路設(shè)計(jì)。
單片機(jī)選擇AT89S51，熱敏電阻根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定，額定零功率電阻值是 NTC 熱敏電阻在基準(zhǔn)溫度 25 ℃ 時(shí)測(cè)得的電阻值
R25，這個(gè)電阻值就是NTC 熱敏電阻的標(biāo)稱(chēng)電阻值。通常所說(shuō) NTC 熱敏電阻多少阻值，亦指該值選擇NTC103。
（三）畫(huà)圖制板。設(shè)計(jì)好電路通過(guò)PROTEL 畫(huà)圖，制板實(shí)現(xiàn)硬件電路。
（四）軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)硬件設(shè)計(jì)以及我們模擬豆?jié){機(jī)的流程以及模擬豆?jié){機(jī)有純豆?jié){和五谷雜糧兩種工作模式來(lái)進(jìn)行軟件編程實(shí)現(xiàn)功能。
實(shí)現(xiàn)功能的時(shí)候我們需要用到的知識(shí)，單片機(jī)如何檢測(cè)傳感器數(shù)據(jù)、按鍵控制、以及報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)，還需要定時(shí)器計(jì)數(shù)器如何使用，通過(guò)本次項(xiàng)目實(shí)施，我們可以學(xué)習(xí)單片機(jī)中的很多重要的知識(shí)點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】EDA技術(shù)；電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)；自頂向下設(shè)計(jì)方法
EDA技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子設(shè)計(jì)技術(shù)相結(jié)合的一門(mén)嶄新的技術(shù)，其涉及面廣，融合了電路系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、微電子等多個(gè)學(xué)科。應(yīng)用EDA技術(shù)，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過(guò)程都可依靠計(jì)算機(jī)來(lái)完成，大大縮短了電子電路設(shè)計(jì)的周期，提升了設(shè)計(jì)效率，滿(mǎn)足了市場(chǎng)需求。因此，分析EDA技術(shù)在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，對(duì)于基于EDA技術(shù)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的長(zhǎng)足發(fā)展有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
一、EDA技術(shù)簡(jiǎn)介
EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation）的英文縮寫(xiě)。EDA技術(shù)作為現(xiàn)代電子技術(shù)的核心，它以大規(guī)模可編程邏輯器件為設(shè)計(jì)載體，以硬件描述語(yǔ)言HDL為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方式，以計(jì)算機(jī)、大規(guī)模可編程邏輯器件的開(kāi)發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工具，對(duì)設(shè)計(jì)文件自動(dòng)完成邏輯化簡(jiǎn)、邏輯編譯、邏輯分割、邏輯綜合、布局布線(xiàn)，以及邏輯優(yōu)化和仿真測(cè)試，直至實(shí)現(xiàn)既定的電子系統(tǒng)功能。
二、EDA技術(shù)的產(chǎn)生背景與內(nèi)容
在20世紀(jì)后半期，隨著計(jì)算機(jī)和集成電路的迅速發(fā)展，專(zhuān)用集成電路設(shè)計(jì)難度不斷提升，電子設(shè)計(jì)周期日益縮短，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。為了解決這一問(wèn)題，電子設(shè)計(jì)人員需要新的設(shè)計(jì)方法和高層次的設(shè)計(jì)工具，而EDA技術(shù)就在這一現(xiàn)實(shí)背景下產(chǎn)生了。
EDA技術(shù)內(nèi)容豐富，涉及面廣。但從應(yīng)用的角度出發(fā)，應(yīng)了解和掌握以下四個(gè)方面的內(nèi)容：（1）、硬件描述語(yǔ)言；（2）、大規(guī)模可編程邏輯器件的原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；（3）、EDA工具軟件的使用；（4）、實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，EDA技術(shù)的這四個(gè)內(nèi)容依次扮演著表達(dá)方式、載體、設(shè)計(jì)工具、下載及硬件驗(yàn)證工具。
三、在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中EDA技術(shù)的應(yīng)用
1、在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中面向CPLD/FPGA的EDA設(shè)計(jì)流程
完整地了解利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的流程對(duì)于正確地選擇和使用EDA軟件，優(yōu)化設(shè)計(jì)項(xiàng)目，提高設(shè)計(jì)效率十分有益。一個(gè)完整的EDA設(shè)計(jì)流程其基本步驟如下：第一，用一定邏輯表達(dá)手段將設(shè)計(jì)表達(dá)出來(lái)，以進(jìn)行源程序的編輯和編譯；第二，對(duì)設(shè)計(jì)輸入做邏輯綜合和優(yōu)化，進(jìn)而使其生成網(wǎng)表文件；第三，在選定的目標(biāo)器件中應(yīng)用適配器件完成邏輯映射操作；第四，用下載電纜或編程器將編程文件載入目標(biāo)芯片中；最后，要進(jìn)行硬件仿真和硬件測(cè)試，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中要進(jìn)行有關(guān)軟件仿真，模擬有關(guān)設(shè)計(jì)結(jié)果與設(shè)計(jì)構(gòu)想是否相符。
2、EDA技術(shù)與傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)的比較
（1）傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)的弊端
傳統(tǒng)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法都是自底向上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，手工設(shè)計(jì)占很大比重。設(shè)計(jì)過(guò)程中首先要確定可用的元器件，然后根據(jù)這些器件進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，完成各模塊后進(jìn)行連接，最后形成系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)方法只是在對(duì)電路板進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)電路板把具有固定功能的標(biāo)準(zhǔn)集成電路和元器件規(guī)劃在一起，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，它存在很多缺點(diǎn)，比如：只有在設(shè)計(jì)出樣機(jī)或生產(chǎn)出芯片后才能進(jìn)行實(shí)測(cè)；在設(shè)計(jì)中，如果某處出現(xiàn)錯(cuò)誤，查找和修改十分不便；設(shè)計(jì)成果的可移植性較差；設(shè)計(jì)過(guò)程中將產(chǎn)生大量文檔，不易管理；對(duì)于復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試十分困難等。
（2）現(xiàn)代EDA技術(shù)的優(yōu)越性
采用EDA技術(shù)的現(xiàn)代電子產(chǎn)品與傳統(tǒng)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有很大區(qū)別。基于EDA技術(shù)的設(shè)計(jì)方法是自頂向下進(jìn)行的。設(shè)計(jì)工作從高層開(kāi)始，采用完全獨(dú)立于目標(biāo)器件芯片物理結(jié)構(gòu)的硬件描述語(yǔ)言，對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行基本功能或行為級(jí)的描述和定義，逐層描述，逐層仿真，在確保設(shè)計(jì)的可行性與正確性的前提下，完成功能確認(rèn)。
在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，采用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具有很多優(yōu)勢(shì)，比如：采用的“自頂向下”設(shè)計(jì)方法是一種模塊化設(shè)計(jì)方法，對(duì)設(shè)計(jì)的描述從上到下逐步由粗略到詳細(xì)，符合常規(guī)的邏輯思維習(xí)慣；采用完全獨(dú)立于目標(biāo)器件的硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此設(shè)計(jì)易于在各種集成電路工藝或可編程器件之間移植；由于高層設(shè)計(jì)同目標(biāo)器件無(wú)關(guān)，在設(shè)計(jì)最初階段，設(shè)計(jì)人員可以不受芯片結(jié)構(gòu)的約束，集中精力對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行最適應(yīng)市場(chǎng)需求的設(shè)計(jì)，從而避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中的再設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，縮短了產(chǎn)品的上市周期；適合多個(gè)設(shè)計(jì)者同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)等。
四、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)論述EDA技術(shù)在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以看出，EDA技術(shù)“自頂向下”的設(shè)計(jì)理念，使電子設(shè)計(jì)工程師開(kāi)始實(shí)現(xiàn)“概念驅(qū)動(dòng)工程”的夢(mèng)想，簡(jiǎn)化了繁瑣的設(shè)計(jì)工作，極大地提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。21世紀(jì)是EDA技術(shù)的發(fā)展高速期，相信隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，在不久的將來(lái)，EDA技術(shù)必將突破電子設(shè)計(jì)范疇，進(jìn)入其他領(lǐng)域，EDA技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用必將取得更輝煌的成績(jī)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 潘松，黃繼業(yè).EDA技術(shù)與VHDL（第3版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.9.
[2] 王平.EDA技術(shù)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)科技博覽，2011，（38）.
關(guān)鍵詞：Atmega128；溫度采集；機(jī)器人
中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 21-0000-02
1 總體設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的智能溫度采集機(jī)器人，主要任務(wù)是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)把采集到的溫度值傳送回上位機(jī)控制室，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度異常時(shí)實(shí)時(shí)報(bào)警，并實(shí)現(xiàn)上位機(jī)控制、語(yǔ)音控制和遙控器控制三種控制方式，同時(shí)通過(guò)傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能。
傳統(tǒng)的工業(yè)控制機(jī)器人大多采用，AT89C51作為主控芯片，但由于其I/O數(shù)量少和內(nèi)部存儲(chǔ)空間小和資源有限的局限性，需要外接很多芯片實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)充，這樣設(shè)計(jì)的電路板電路復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，抗干擾能力差。本系統(tǒng)采用高性能、低功耗的Atmega128單片機(jī)為主控芯片，其采用精簡(jiǎn)指令集因此有顯著的響應(yīng)速度優(yōu)勢(shì)。同時(shí)集成了大存儲(chǔ)器、多種總線(xiàn)控制器、看門(mén)狗等多種器件，還集成了低功耗休眠、中斷系統(tǒng)、輸入捕獲等多種功能。因此將其應(yīng)用與智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)更加有利。
本系統(tǒng)包括Atmega128單片機(jī)、溫度采集模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、避障功能模塊、語(yǔ)音控制模塊、無(wú)線(xiàn)遙控模塊、及上位機(jī)控制等幾個(gè)部分。
2 硬件電路設(shè)計(jì)
電路設(shè)計(jì)部分包括小汽車(chē)主控電路和遙控器電路的設(shè)計(jì)，基于成本和實(shí)際需求考慮，主控電路的主控芯片采用Atmega128單片機(jī)，遙控器電路的主控芯片采用Atmega8單片機(jī)。
2.1 溫度采集模塊設(shè)計(jì)。采用溫度采傳感器PSS8050，采集機(jī)器人所處環(huán)境的溫度。把采集到的模擬信號(hào)傳送給單片機(jī)，送入到Atmega128單片機(jī)自帶的10位精度的A/D轉(zhuǎn)換器中，進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到實(shí)際的電壓值，并在程序中計(jì)算得到相應(yīng)的溫度值。程序設(shè)計(jì)通過(guò)中斷1秒鐘采集一次當(dāng)前溫度值，并存儲(chǔ)到相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)當(dāng)中，可以存儲(chǔ)60次采集數(shù)據(jù)，之后進(jìn)行更新替換。
2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)行走，需要電機(jī)對(duì)其底部輪子進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分采用LG9110，其是為控制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率放大專(zhuān)用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC之中，使器件成本降低，整機(jī)可靠性提高。具有靜態(tài)工作電流低、飽和壓降低、輸出電平與TTL/CMOS兼容可以直接與CPU相連接、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。并且兩個(gè)輸出端能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反向運(yùn)動(dòng)，因此廣泛應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等電路中。
2.3 避障功能模塊設(shè)計(jì)。利用紅外傳感器探測(cè)機(jī)器人行駛線(xiàn)路中的障礙物[3]，并將探測(cè)信息傳遞給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)避障。
2.4 語(yǔ)音控制模塊設(shè)計(jì)。采用語(yǔ)音識(shí)別芯片AP7003實(shí)現(xiàn)對(duì)特定人的語(yǔ)音識(shí)別，并通過(guò)I/O口將識(shí)別信息傳送給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)運(yùn)算將音頻信息轉(zhuǎn)換為控制信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人行駛狀態(tài)的語(yǔ)音控制。
2.5 無(wú)線(xiàn)遙控模塊設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)遙控機(jī)器人的功能，紅外技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和軍事等遙控探測(cè)領(lǐng)域。紅外探測(cè)器是紅外系統(tǒng)的核心，它是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用呈現(xiàn)出來(lái)的物理效應(yīng)探測(cè)周?chē)矬w，采用紅外接收探頭是TSOP2438，是一款高靈敏器件。遙控器其核心元器件實(shí)質(zhì)就是編碼芯片，將需要實(shí)現(xiàn)的操作指令例如選臺(tái)、快進(jìn)、停止、等事先編碼，設(shè)備接收后進(jìn)行解碼再控制有關(guān)部件執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。
2.6 串口通信設(shè)計(jì)。還可以利用串口把機(jī)器人存儲(chǔ)的大量采集數(shù)據(jù)，傳輸?shù)缴衔粰C(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議，本設(shè)計(jì)串口通信部分采用的基于232串口的通信方式，實(shí)現(xiàn)遙控機(jī)器人和電腦通信的目的。實(shí)際采用通信速率115200，8位數(shù)據(jù)位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位，1位停止位。
3 軟件程序設(shè)計(jì)
3.1 Atmega128單片機(jī)程序設(shè)計(jì)。單片機(jī)程序部分采用C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)上電后，進(jìn)行初始化工作，包括單片機(jī)內(nèi)部（寄存器和中斷等）的初始化和設(shè)備（遙控、語(yǔ)音控制、顯示等）的初始化工作。總體程序流程如圖1所示。
3.2 上位機(jī)控制應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。采用VB語(yǔ)言和SQL數(shù)據(jù)庫(kù)編寫(xiě)，目的是使其具有良好的人機(jī)交互操作界面，能實(shí)現(xiàn)把采集到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示給操作人員、并同時(shí)在后臺(tái)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的分析和匯總，最后存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)用以記錄保存，而且一旦采集到的溫度值超過(guò)了設(shè)定的界限值時(shí)立即提供報(bào)警功能，提示操作人員采取相應(yīng)措施。
4 研究步驟及方法流程
5 總結(jié)
如果把本項(xiàng)目的無(wú)線(xiàn)通信模塊換為Wifi、短波/超短波電臺(tái)或GPRS通信模塊，則可實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程控制，并可以對(duì)單片機(jī)遙控小汽車(chē)的功能進(jìn)行擴(kuò)充，例如可以設(shè)計(jì)視頻采集模塊，實(shí)現(xiàn)視頻實(shí)時(shí)傳輸?shù)墓δ埽_(dá)到更好的監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的目的。
參考文獻(xiàn)：
[1]史洪宇.基于單片機(jī)的多功能智能小車(chē)的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)，2010，12：16-17.
關(guān)鍵詞：電子工程訓(xùn)練;專(zhuān)業(yè)特點(diǎn);Arduino
教育部啟動(dòng)的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，要求持續(xù)深化工程教育改革，加快培養(yǎng)適應(yīng)和引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的卓越工程科技人才。順應(yīng)社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)也增設(shè)了電子工程訓(xùn)練課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。因此，針對(duì)桂林電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)和學(xué)科優(yōu)勢(shì)，通過(guò)完善、豐富教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程安排，建設(shè)一種以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)模式，對(duì)培養(yǎng)具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力、能夠適應(yīng)市場(chǎng)要求和社會(huì)發(fā)展需要的卓越工程師具有重要的意義。
1教學(xué)現(xiàn)狀
目前，我校電子工程訓(xùn)練中心開(kāi)設(shè)的《電子工程訓(xùn)練》課程是一門(mén)綜合性較強(qiáng)的實(shí)踐課程，是專(zhuān)門(mén)面向計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)大三的學(xué)生而開(kāi)設(shè)的，實(shí)訓(xùn)的主要內(nèi)容為：51單片機(jī)電路設(shè)計(jì)、電路板制作和調(diào)試；手工焊接練習(xí)；收音機(jī)的焊接、裝配與調(diào)試。通過(guò)此次實(shí)習(xí)，學(xué)生能掌握基本的電子技術(shù)知識(shí)，了解電子產(chǎn)品的制作流程，實(shí)踐動(dòng)手能力得到進(jìn)一步提高。《電子工程訓(xùn)練》課程在前期教改的基礎(chǔ)上，雖然取得一定的效果，但是還是存在一系列問(wèn)題：第一、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容陳舊。首先，收音機(jī)的焊接、裝配、調(diào)試和檢測(cè)等內(nèi)容已延續(xù)很多年，學(xué)生機(jī)械式的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)產(chǎn)品的原理、設(shè)計(jì)無(wú)法理解。學(xué)生的思維活動(dòng)完全限制在教師預(yù)先安排好的軌道上運(yùn)行，缺乏獨(dú)立思考的機(jī)會(huì)，創(chuàng)新精神和獨(dú)立獲取知識(shí)的能力得不到培養(yǎng)，不能激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)新性，學(xué)生難以形成工程設(shè)計(jì)的整體概念。其次，51單片機(jī)電路設(shè)計(jì)、電路板制作和調(diào)試等內(nèi)容在一定程度上可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并發(fā)揮其創(chuàng)新能力，但是，51單片機(jī)功能單一，可擴(kuò)展性差，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)有限，學(xué)生的創(chuàng)新力得不到充分展現(xiàn)，而且，使用51單片機(jī)還需要了解單片機(jī)內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)和寄存器的設(shè)置，這對(duì)于計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，在短短幾天的時(shí)間里掌握并應(yīng)用是有一定難度的；第二、實(shí)訓(xùn)各項(xiàng)目間聯(lián)系不大，收音機(jī)和單片機(jī)是兩個(gè)完全不一樣的產(chǎn)品，除去焊接練習(xí)、考核驗(yàn)收的時(shí)間外，剩下的7天里要完成這兩個(gè)聯(lián)系不大的項(xiàng)目，時(shí)間有點(diǎn)緊張，只能完成基本的內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)生自己發(fā)揮的機(jī)會(huì)較少，學(xué)生得不到創(chuàng)新訓(xùn)練的體驗(yàn)；第三、實(shí)習(xí)方式不夠靈活，學(xué)生人數(shù)較多。基于此，對(duì)現(xiàn)有的《電子工程訓(xùn)練》教學(xué)內(nèi)容和模式進(jìn)行改革，構(gòu)建培養(yǎng)工程科技人才的教學(xué)模式勢(shì)在必行。
2教學(xué)改革與實(shí)施
2.1根據(jù)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，為學(xué)生量身打造教學(xué)內(nèi)容
桂林電子科技大學(xué)《電子工程訓(xùn)練》課程是一門(mén)綜合性較強(qiáng)的實(shí)踐課程，是專(zhuān)門(mén)面向計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)（含卓越班）大三的學(xué)生而開(kāi)設(shè)的，學(xué)生已先學(xué)習(xí)了電工電子類(lèi)課程，特長(zhǎng)是編程，只是還未形成工程理念，把它們聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用。因此，針對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的特殊性和學(xué)生個(gè)人能力的高低，為學(xué)生量身打造與專(zhuān)業(yè)緊密相關(guān)的綜合性實(shí)習(xí)內(nèi)容，把軟硬件結(jié)合起來(lái)，在硬件平臺(tái)上，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生可設(shè)計(jì)出較復(fù)雜的項(xiàng)目，創(chuàng)新能力和個(gè)人水平可得到充分發(fā)揮。傳統(tǒng)的51單片機(jī)功能單一，擴(kuò)展性差，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)有限，與之相比，開(kāi)源硬件Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開(kāi)源電子原型平臺(tái)，軟硬件完全開(kāi)放，從Arduino相關(guān)網(wǎng)站、博客、論壇里可獲得大量的共享資源，學(xué)生可以不需要了解其內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)和寄存器設(shè)置，就可發(fā)揮自己的編程特長(zhǎng)快速應(yīng)用。因此，可以把Arduino的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)引入《電子工程訓(xùn)練》，老師在Arduino網(wǎng)站上為學(xué)生挑選某個(gè)電路圖，學(xué)生用DXP軟件進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)，隨后制板、焊接、裝配、調(diào)試，最后編寫(xiě)程序下載到自己調(diào)試好的Arduino電路板上，水平層次不同的學(xué)生可實(shí)現(xiàn)不同難度的項(xiàng)目。學(xué)生從硬件設(shè)計(jì)到軟件調(diào)試，獨(dú)立完成了一個(gè)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試、開(kāi)發(fā)，既培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)，又使學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、自己解決問(wèn)題的能力得到進(jìn)一步提高，而且，還讓學(xué)生接觸到了科技的前沿。
2.2建立基于Arduino開(kāi)發(fā)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)室
在強(qiáng)化課堂教學(xué)的同時(shí)，面向?qū)W生建立基于Arduino開(kāi)發(fā)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)室。實(shí)習(xí)課程結(jié)束后，學(xué)生自己完成的Arduino電路板會(huì)讓學(xué)生帶走，為了能讓學(xué)生在課程結(jié)束后還能學(xué)以致用，甚至強(qiáng)化，工程訓(xùn)練中心可以開(kāi)設(shè)一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，給學(xué)生提供Arduino實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板、面包板、面包板連接線(xiàn)和電子元器件，并配備穩(wěn)壓電源。學(xué)生可以利用面包板搭建外設(shè)電路，與學(xué)生自己的Arduino主控板進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)各種各樣的功能，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，為學(xué)生參加科技競(jìng)賽打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2.3完善教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生向創(chuàng)新能力方向發(fā)展
不同的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)用不同的教學(xué)方法，例如，在硬件電路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可采用統(tǒng)一授課的方式，對(duì)于制板環(huán)節(jié)，可通過(guò)學(xué)生組隊(duì)的方式來(lái)完成，焊接裝配則以視頻和演示為主，軟件編程環(huán)節(jié)，實(shí)施案例教學(xué)、項(xiàng)目式教學(xué)方法，注重綜合性項(xiàng)目訓(xùn)練，老師以引導(dǎo)為主，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立完成創(chuàng)意，預(yù)留一定空間讓學(xué)生自由發(fā)揮，引導(dǎo)學(xué)生向創(chuàng)新能力方向發(fā)展，強(qiáng)化學(xué)生工程意識(shí)。
2.4構(gòu)建公平合理的多元化全面考核評(píng)價(jià)體系
評(píng)價(jià)教學(xué)效果很難采用統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于實(shí)踐性教學(xué)而言，更應(yīng)側(cè)重實(shí)習(xí)過(guò)程而不是結(jié)果，構(gòu)建“過(guò)程體驗(yàn)、平時(shí)表現(xiàn)、創(chuàng)新意識(shí)、個(gè)性發(fā)展、團(tuán)隊(duì)合作、個(gè)人貢獻(xiàn)”的多元化評(píng)價(jià)理念。基礎(chǔ)階段注重學(xué)生對(duì)工程概念和實(shí)踐技能的掌握程度；綜合應(yīng)用階段突顯知識(shí)綜合運(yùn)用和創(chuàng)新意識(shí)的考核；創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)偏重于創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及個(gè)人貢獻(xiàn)程度的綜合考核；對(duì)自主設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目、重點(diǎn)突出、思路清晰、方案合理、創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)團(tuán)隊(duì)給予適當(dāng)加分獎(jiǎng)勵(lì)。
3總結(jié)
關(guān)鍵詞:LED點(diǎn)陣; 分批顯示; Proteus; AT89C51
中圖分類(lèi)號(hào):TP312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1004-373X(2010)12-0029-04
Proteus Design and Simulation of LED Chinese-Character Display in Batches
LI Ping
(Zhejiang Water Conservancy and Hydropower College,Hangzhou 310018,China)
Abstract:The simulation of 16 × 16 LED dot-matrix display of Chinese character in batches with an embedded system simulation software Proteus is introduced. The hardware and software design principles about dot-matrix Chinese character display in batches are proposed in detail, the main C-language source codes and the simulation results are given. The LED display system has simple architecture, low power consumption, low cost and good scalability. LED display system significantly reduces the actual development cycle and the development cost through the pre-simulation on Proteus.
Keywords:LED dot matrix; batch display; Proteus; AT89C51
0 引 言
近年來(lái),LED顯示屏由于具有亮度高,壽命長(zhǎng),功耗小,性能穩(wěn)定,驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單以及可視距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)[1],已經(jīng)成為新一代的信息傳播媒體工具。目前,LED顯示屏應(yīng)用十分廣泛,如證券交易顯示、金融信息顯示、體育場(chǎng)館顯示比賽信息、廣告,城市廣場(chǎng)群顯示、道路交通信息顯示等領(lǐng)域。顯示漢字信息時(shí),一般需要多個(gè)LED點(diǎn)陣顯示組合,最常見(jiàn)的組合方式有8×8,16×16,32×16等。由于顯示屏的顯示信息有限,當(dāng)顯示信息較多時(shí),一般需要進(jìn)行分批顯示或者滾動(dòng)顯示。
Proteus是目前最先進(jìn)、最完整的多種型號(hào)微處理器系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)平臺(tái),由ISIS和ARES 兩個(gè)構(gòu)成,其中ISIS是一款智能電路原理圖輸入系統(tǒng)軟件,可作為電子系統(tǒng)仿真平臺(tái),ARES是一款高級(jí)布線(xiàn)編輯軟件,用于制作PCB印制電路板。開(kāi)發(fā)者可以在無(wú)硬件條件下直接使用Proteus進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真調(diào)試,真正實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)中完成電路原理圖設(shè)計(jì)、電路分析與仿真、系統(tǒng)測(cè)試到形成印制電路板的完整電子設(shè)計(jì)、研發(fā)過(guò)程[2]。因此,本課題利用AT89C51單片機(jī)作為主控制器,采用Proteus軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)16×16 LED點(diǎn)陣漢字的分批顯示,仿真運(yùn)行通過(guò)后再進(jìn)行點(diǎn)陣顯示電路制作,大大縮減實(shí)際開(kāi)發(fā)周期,節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本。
1 硬件電路設(shè)計(jì)
在很多LED顯示的場(chǎng)合,需要實(shí)現(xiàn)一系列LED點(diǎn)陣漢字的分批顯示,為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),每批只顯示2個(gè)漢字,分若干次完成全部顯示。利用Proteus ISIS 平臺(tái)畫(huà)出的硬件電路如圖1所示。
該硬件電路的核心是利用單片機(jī)讀取顯示字型碼,通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)16×16共陰極 LED 點(diǎn)陣進(jìn)行動(dòng)態(tài)列掃描,以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣漢字的分批顯示。設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)為Atmel公司的AT89C51,它是一種低功耗,高性能CMOS 8位單片機(jī),片內(nèi)含4 KB可反復(fù)擦寫(xiě)的FLASH ROM,采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造,兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8051引腳結(jié)構(gòu),內(nèi)置看門(mén)狗電路。功能強(qiáng)大的AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號(hào),其中晶振頻率為12 MHz。上電復(fù)位電路可保證單片機(jī)的在程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí),重啟運(yùn)行。
顯示單元是LED漢字顯示屏,由2片16×16 LED 點(diǎn)陣模塊組成。但由于Proteus 軟件目前版本中還沒(méi)有16×16 點(diǎn)陣模塊,設(shè)計(jì)中采用Proteus 軟件中的4個(gè)8×8點(diǎn)陣模塊組合成1個(gè)16×16 點(diǎn)陣模塊[3-4]。點(diǎn)陣漢字的陽(yáng)極驅(qū)動(dòng)是由單片機(jī)的P0口和P2口各自經(jīng)過(guò)一片輸出緩沖器74LS273向4個(gè)8×8 LED點(diǎn)陣輸出字型碼作為行驅(qū)動(dòng)信號(hào);點(diǎn)陣的陰極驅(qū)動(dòng)由P1.0~P1.3經(jīng)過(guò)4-16線(xiàn)譯碼器74HC154譯碼后輸出列選信號(hào)[5],對(duì)4個(gè)8×8點(diǎn)陣進(jìn)行列掃描,從而控制LED點(diǎn)陣的相應(yīng)像素點(diǎn)亮。2個(gè)LED點(diǎn)陣漢字中的列選信號(hào)則分別由P3.0和P3.1控制來(lái)選擇相應(yīng)的74HC154,因此需要兩片74HC154譯碼器。RP1為排阻,含有8個(gè)電阻,作為P0口各位的上拉電阻,以保證P0口能夠輸出高電平。
圖1 硬件電路原理圖
2 點(diǎn)陣漢字分批顯示原理與軟件設(shè)計(jì)
16×16共陰極LED點(diǎn)陣由4個(gè)8×8點(diǎn)陣構(gòu)成,需要顯示漢字字符串“單片機(jī)仿真!”,可通過(guò)建立數(shù)據(jù)表格的形式進(jìn)行[6]。通過(guò)16×16點(diǎn)陣漢字字模提取軟件,可提取各顯示漢字的字模數(shù)據(jù)[2,7],詳見(jiàn)程序設(shè)計(jì)中的顯示字符代碼表1。
在進(jìn)行漢字分批輸出顯示時(shí)采用動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)方式,可按行或列進(jìn)行掃描。當(dāng)按“列”掃描時(shí),需要建立列的掃描代碼表如下:
const uchar tab2[ ]={0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x01,0x00,0x0f,0x0e,0x0d,0x0c,0x0b,0x0a,0x09,0x08}
現(xiàn)以列掃描為例,闡述16×16 LED點(diǎn)陣漢字分批顯示原理。在初始化設(shè)置(關(guān)顯示)后,首先,P1送出┑1列掃描代碼,同時(shí)使P3=0xFD選中U2的74HC154和U4,對(duì)P0輸出段碼給左邊漢字上半部的第1列以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)段點(diǎn)亮;接著,使P3=0xFA選中U2的74HC154和U5,對(duì)P2輸出段碼值給左邊漢字下半部的第1列以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)段點(diǎn)亮,即送出了第一個(gè)漢字“單”的第1列的字模數(shù)據(jù)(16位段碼值);再設(shè)置P3=0xF5選中U3的74HC154和U4,對(duì)P0輸出段碼給右邊漢字的上半部的第1列以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)段點(diǎn)亮。接著,使P3=0xF9亦選中U3的74HC154和U5,對(duì)P2輸出段碼值給由邊漢字下半部的第1列以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)段點(diǎn)亮,即送出了第2個(gè)漢字“片”的第1列的字模數(shù)據(jù)(16位段碼值)。然后,給P1送第2列的掃描代碼,同理再送出第1個(gè)漢字“單”、第2個(gè)漢字“片”的各自第2列的字模數(shù)據(jù),…如此進(jìn)行,經(jīng)過(guò)16次列掃描,分時(shí)送完兩個(gè)漢字的各自16個(gè)段碼值,就可顯示第1批漢字“單”、“片”;再進(jìn)行第2批漢字“機(jī)”、“仿”的顯示;…,直到漢字字符串顯示完成。若字符顯示完畢,又從頭開(kāi)始循環(huán)顯示。LED點(diǎn)陣漢字分批顯示的程序流程如2所示。在某一時(shí)刻,只有1行或1列發(fā)光二極管被對(duì)應(yīng)的字模數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮,但只要掃描間隔時(shí)間合適(一般為數(shù)毫秒),利用人眼的視覺(jué)暫留特性,看上去整批字符就顯示在LED點(diǎn)陣顯示器上。
主要的C語(yǔ)言源程序如下:
#include "reg51.h"
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
code uchar tab1[ ]={ //顯示的字符代碼表
0x00,0x10,0x00,0x10,0x1f,0xd0,0x14,0x90, //“單”
0x94,0x90,0x74,0x90,0x54,0x90,0x1f,0xff,
0x14,0x90,0x34,0x90,0xd4,0x90,0x54,0x90,
0x1f,0xd0,0x00,0x10,0x00,0x10,0x00,0x00,
0x00,0x01,0x00,0x02,0x00,0x0c,0x7f,0xf0, //“片”
0x08,0x80,0x08,0x80,0x08,0x80,0x08,0x80,
0x08,0x80,0xF8,0x80,0x08,0x80,0x08,0xff,
0x08,0x00,0x18,0x00,0x08,0x00,0x00,0x00,
0x10,0x20,0x10,0xc0,0x03,0x00,0xff,0xff,//“機(jī)”
0x12,0x00,0x11,0x82,0x10,0x0C,0x00,0x30,
0x7F,0xc0,0x40,0x00,0x40,0x00,0x40,0x00,
0x7F,0xfc,0x00,0x02,0x00,0x1e,0x00,0x00,
0x02,0x00,0x04,0x00,0x08,0x00,0x37,0xfe, //“仿”
0xe0,0x02,0x50,0x04,0x10,0x18,0x10,0x60,
0x9f,0x80,0x51,0x08,0x71,0x04,0x11,0x02,
0x11,0x04,0x33,0xf8,0x11,0x00,0x00,0x00,
… }; “真”,“!”字符代碼此處略
const uchar tab2[]={0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,//掃描代碼表
0x02,0x01,0x00,0x0f,0x0e,0x0d,0x0c,0x0b,0x0a,0x09,0x08};
void delay(uint n)//延時(shí)函數(shù)
{uint i;
for (i;i
void main( )//主函數(shù)
{int j=0,q=0,y=0;
ucharr,t=0;
P0=0x00;
P3=0xff;//初始化設(shè)置
while(1)
{for(r=0;r
for (j=q;j
{ P1=tab2[t]; //輸出列掃描碼
P3=0xf6;
P0=tab1[j]; //選中U2和U4,輸出段碼給左邊漢字的上半部某列
j++;
P3=0xfa;
P2=tab1[j];//選中U2和U5,輸出段碼給左邊漢字的下半部某列
delay(250);
y=j+31;
P3=0xf5;
P0=tab1[y]; //選中U3和U4,輸出段碼給右邊漢字的上半部某列
y++;
P3=0xf9;
P2=tab1[y]; //選中U3和U5,輸出段碼給右邊漢字的下半部某列
t++;
delay(250);
if(t==16)t=0;} //判斷是否顯示完兩個(gè)漢字的各自16列
q=q+64; //指向下一批漢字字符,準(zhǔn)備顯示
if(q==192) q=0; }}//判斷是否顯示完該字符串
3 程序調(diào)試與仿真
(1) 生成目標(biāo)代碼文件。利用Proteus 平臺(tái)在進(jìn)行仿真時(shí),需要加載程序到單片機(jī)中,加載的程序?yàn)槟繕?biāo)代碼文件.HEX。方法是:利用單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)Keil UVsion3,在新建項(xiàng)目中選擇AT89C51單片機(jī)作為CPU,同時(shí)將創(chuàng)建C語(yǔ)言源程序文件并將其加載到新建項(xiàng)目中。在“Project”下拉菜單中,選擇“Options for Target”對(duì)話(huà)框,在對(duì)話(huà)框中選中“Output”選項(xiàng)卡中的“Create HEX File”選項(xiàng)。在“Project”下拉菜單中選擇“Rebuild all Target Files”選項(xiàng),編譯成功后將生成.HEX目標(biāo)代碼文件[8]。
(2) 調(diào)試與仿真: 在Proteus ISIS 平臺(tái)中,按圖1畫(huà)出硬件電路,單擊鼠標(biāo)右鍵將AT89C51單片機(jī)選中并單擊鼠標(biāo)左鍵,彈出“Edit Component”對(duì)話(huà)框,在其中的“Clock Frequency”欄中設(shè)置單片機(jī)晶振頻率為12 MHz,在“Program File”欄選擇生成的.HEX文件。保存設(shè)計(jì),生成.DSN文件。在“Debug”菜單中選擇“Execute”,可得到仿真運(yùn)行效果[9]。仿真調(diào)試成功后,可看見(jiàn)“單片機(jī)仿真!”點(diǎn)陣漢字的分批顯示。顯示次序?yàn)椤皢纹?機(jī)仿-真!”,其中“機(jī)仿”如圖3所示。通過(guò)Keil 與Proteus 的聯(lián)合調(diào)試取得了良好的效果。
圖2 程序流程圖
圖3 仿真效果圖
4 結(jié) 語(yǔ)
在嵌入式系統(tǒng)仿真平臺(tái)Proteus 的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)對(duì)16×16 LED點(diǎn)陣漢字分批顯示的仿真設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了“單片機(jī)仿真! ”六個(gè)漢字的分批顯示,達(dá)到了良好的設(shè)計(jì)效果。該仿真電路接近于實(shí)際電路,再使用Proteus ARES軟件在仿真原理圖的基礎(chǔ)上直接繪制PCB電路板,即可以制作出實(shí)際的點(diǎn)陣式LED 分批漢字顯示屏。該顯示屏電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔,可靠性高,成本低且易于實(shí)現(xiàn),軟件通過(guò)適當(dāng)修改即可實(shí)現(xiàn)其他顯示功能如滾動(dòng)顯示等[10],顯示靈活,適用領(lǐng)域廣泛。通過(guò)Proteus的前期仿真為L(zhǎng)ED顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)大大縮短了開(kāi)發(fā)周期,降低了開(kāi)發(fā)成本,同時(shí)也為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)、電子電 路的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)等提供了一種嶄新的設(shè)計(jì)方法和有效手段。
參考文獻(xiàn)
[1]靳桅,鄔芝權(quán),李騏,等.基于51系列單片機(jī)的LED顯示屏開(kāi)發(fā)技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2009.
[2]侯玉寶,平,李成群,等.基于Proteus的51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2008.
[3]鐘蔚,袁臣虎.點(diǎn)陣LED滾動(dòng)漢字顯示屏的Proteus仿真設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2008,24(6):106-107.
[4]王猛,陳林.基于Proteus的LED大屏幕的設(shè)計(jì)與仿真[J].微計(jì)算機(jī)信息,2008,24(6):233-235.
[5]游達(dá)章,黃勁.簡(jiǎn)易LED點(diǎn)陣漢字顯示控制模塊設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代顯示,2008(5):43-45.
[6]楊延寧,劉立軍,張志勇.基于Proteus的單片機(jī)漢字點(diǎn)陣顯示電路設(shè)計(jì)[J].液晶與顯示,2009,24(1):98-102.
[7]汪建,張麗娟.嵌入式LED點(diǎn)陣漢字顯示系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)與編碼[J].微處理機(jī),2007(1):119-121.
[8]朱清慧,王志奎.Proteus在LED點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示屏設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].液晶與顯示,2009,24(2):232-235.
【關(guān)鍵詞】圖形處理；DSP；MATLAB；電氣參數(shù)
一、序言
隨著電氣產(chǎn)業(yè)的日益普及和廣泛使用，在電氣產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，如何精確選型避免過(guò)設(shè)計(jì)，成為電子電器產(chǎn)品規(guī)劃、設(shè)計(jì)、銷(xiāo)售人員越來(lái)越關(guān)注的問(wèn)題。同時(shí)當(dāng)今是信息化社會(huì)，圖像是電子電器行業(yè)獲取信息的最重要的來(lái)源之一。本文提出結(jié)合MATLAB來(lái)開(kāi)發(fā)DSP系統(tǒng)的思想，闡述了實(shí)現(xiàn)該思想的兩種工具，并詳細(xì)介紹了使用MATLAB Link for Code Compo-ser Studio輔助DSP設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，包括其功能特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)方式、工作原理等。最后結(jié)合典型的FIR濾波器實(shí)例，探討了使用該工具的方法，并設(shè)計(jì)了圖形用戶(hù)界面。結(jié)果表明應(yīng)用MATLAB輔助開(kāi)發(fā)DSP系統(tǒng)可以發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)門(mén)檻，優(yōu)化開(kāi)發(fā)過(guò)程。
二、具體分析
1.總體思路
數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Proc-essing，簡(jiǎn)稱(chēng)DSP）是一門(mén)涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。MATLAB具有強(qiáng)大的計(jì)算、分析和可視化功能，但MATLAB語(yǔ)言是解釋執(zhí)行的，執(zhí)行速度較慢；而DSP是為了完成實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理任務(wù)而設(shè)計(jì)的，算法的高效實(shí)現(xiàn)是DSP器件的顯著特點(diǎn)，但是其開(kāi)發(fā)門(mén)檻高[1]。如果能把MATLAB和DSP開(kāi)發(fā)工具結(jié)合在一起，取長(zhǎng)補(bǔ)短，相輔相成，將是DSP設(shè)計(jì)人員夢(mèng)寐以求的一種新的開(kāi)發(fā)思想。MATLAB Link for Code Composer Studio可以實(shí)現(xiàn)這一要求。
本文利用matlab的圖形處理功能[2][3]，找出圖形上的點(diǎn)代表的坐標(biāo)，并根據(jù)坐標(biāo)軸的數(shù)值范圍，確定圖形上的點(diǎn)代表的X、Y數(shù)值。對(duì)圖形上點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的X、Y值，做多項(xiàng)式擬合，計(jì)算出在坐標(biāo)軸的數(shù)值范圍內(nèi)X、Y。令數(shù)值的方程Y=f（X）。利用MATLAB Link for Code Composer Studio，進(jìn)行DSP算法移植，最終實(shí)現(xiàn)通過(guò)攝像頭采集電氣參數(shù)圖像信息，顯示器顯示電氣參數(shù)圖像的曲線(xiàn)擬合結(jié)果。
2.實(shí)施方法
（1）功能劃分及邏輯框圖
系統(tǒng)按功能可分為電源模塊、視頻切換、存儲(chǔ)器模塊、DSP、視頻輸入模塊、視頻輸出模塊六個(gè)部分。
（2）關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)
由于SDRAM在PCB板上的布局、布線(xiàn)屬高速數(shù)字信號(hào)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程與低速電路不同，需要考慮電路中的反射、串?dāng)_、電磁干擾等現(xiàn)象，其設(shè)計(jì)的好壞直接影響系統(tǒng)性能，甚至使系統(tǒng)失效，所以該部分設(shè)計(jì)為系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)之一；針對(duì)該問(wèn)題，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要遵循一些基本的高速信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)則，DSP至SDRAM的數(shù)據(jù)線(xiàn)與地址線(xiàn)作等長(zhǎng)布線(xiàn)，PCB設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行性能仿真。
電源設(shè)計(jì)：該系統(tǒng)的電源模塊主要由開(kāi)關(guān)電源（BUCK）、線(xiàn)性電源組成，開(kāi)關(guān)電源器件（如儲(chǔ)能電感、續(xù)流二極管等）的選擇、布局、走線(xiàn)，決定了電源模塊的穩(wěn)定性和EMC性能，所以該模塊設(shè)計(jì)為系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)之一；針對(duì)該問(wèn)題，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要遵循環(huán)路面積最小原則，并注重散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
（3）關(guān)鍵元器件選型分析
（a）DSP：采用高性能數(shù)字多媒體處理器TMS320DM642，最高主頻可達(dá)720MHz。
（b）Flash：選用SPANSION S29GL128S-90TF102，128Mbit FLASH芯片。
（c）SDRAM：根據(jù)算法要求，每個(gè)攝像頭在SDRAM中存放4幀數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)采用1片ISSI生產(chǎn)的IS42S32800B（256-Mbit）。
（d）LM22676：該系統(tǒng)控制器在短時(shí)間耐電壓測(cè)試過(guò)程中，電壓值為24V，控制器工作電流≤1A。根據(jù)以上參數(shù)，可選擇開(kāi)關(guān)電源LM22676。
三、工作實(shí)例分析
1.工作流程
（1）視頻信號(hào)通過(guò)攝像頭采集；
（2）采集信號(hào)通過(guò)視頻解碼傳給DSP處理；
（3）對(duì)采集的圖像進(jìn)行灰度、二值化處理、邊緣提取、濾波等一系列算法處理；
（4）利用上述算法對(duì)處理后的圖像進(jìn)行電氣參數(shù)圖形提取；
（5）對(duì)提取的電氣參數(shù)圖形進(jìn)行多項(xiàng)式擬合[4]；
（6）通過(guò)顯示器，件擬合的結(jié)果顯示，以備后續(xù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)使用。
至此，電氣參數(shù)圖中信息被matlab讀出，轉(zhuǎn)換成函數(shù)關(guān)系方便后續(xù)工程上使用。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，計(jì)算得出的數(shù)值和原圖符合。
2.細(xì)節(jié)分析
（1）使用多項(xiàng)式擬合矩陣DL和矩陣ZS的函數(shù)DL=f（ZS），經(jīng)過(guò)測(cè)試，6此多項(xiàng)式在一定的取值范圍內(nèi)，準(zhǔn)確率最為合適，下面以實(shí)際情況來(lái)分析此細(xì)節(jié)問(wèn)題；
（2）2次多項(xiàng)式：p=polyfit（ZS，DL，2）；
（3）3次多項(xiàng)式，將p=polyfit（ZS，DL，2）改為p=polyfit（ZS，DL，3）；
（4）4次多項(xiàng)式，將p=polyfit（ZS，DL，3）改為p=polyfit（ZS，DL，4）；
（5）5次多項(xiàng)式，將p=polyfit（ZS，DL，4）改為p=polyfit（ZS，DL，5）；
（6）6次多項(xiàng)式，將p=polyfit（ZS，DL，5）改為p=polyfit（ZS，DL，6）；
（7）7次多項(xiàng)式，將p=polyfit（ZS，DL，6）改為p=polyfit（ZS，DL，7）；
經(jīng)過(guò)以上分析，6次多項(xiàng)式精度已經(jīng)較為理想，滿(mǎn)足實(shí)際工程使用精度需求，無(wú)需使用7次多項(xiàng)式擬合。
四、小結(jié)
本文提出結(jié)合MATLAB來(lái)開(kāi)發(fā)DSP系統(tǒng)的思想，闡述了實(shí)現(xiàn)該思想的兩種工具，并詳細(xì)介紹了使用MATLAB Link for Code Composer Studio輔助DSP設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，基于DSP的圖形識(shí)別和處理，直接讀取圖形信息，有效的提升了讀圖的精度與速度，能有效優(yōu)化供應(yīng)商及零部件選型、提升設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低售后風(fēng)險(xiǎn)，整個(gè)系統(tǒng)易于手持使用，特別是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可以直接使用，在實(shí)際工程項(xiàng)目中有著極佳的使用前景。
參考文獻(xiàn)
[1]鄒彥，唐東，寧志剛，等.DSP原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.
[2]MATLAB Link for Code Composer Studio Development Tools User’s Guide.MathWorks，2002.
[3]劉劍科，王艷芬，王勝利.MATLAB Link for CCS Deve-lopment Tools在DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].信息技術(shù)與信息化，2005（4）.
關(guān)鍵詞： 斷路器； 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)； 硬件設(shè)計(jì)； 軟件設(shè)計(jì)
中圖分類(lèi)號(hào)： TN710?34； TP21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）03?0100?05
Design of online monitoring system for breaker status based on closing coils signal
BIAN He?ying， DAI Ke?jie
（College of Electrical and Information Engineering， Pingdingshan University， Pingdingshan 467000， China）
Abstract： Aiming at the research status and deficiencies of online monitoring technology for high voltage circuit breaker， an online monitoring system for high voltage circuit breaker status based on the current signal of the closing coil is provided. The hardware circuits and online monitoring soft were designed. The system can realize collecting， converting， filtering， amplifying and analyzing the real?time current signals quickly， and also can calculate a lot of parameters such as the close?open time， close?open velocity， switching path， close?open path and overshoot distance， which can judge the types of action of the high voltage circuit breaker， and the monitoring results can be displayed on the PC monitor interface. Experiment and actual operation shows that the system has the advantages of better real?time， fully data monitoring， high reliability and high anti?disturbance.
Keywords： circuit breaker； online monitoring； hardware design； software design
0 引 言
隨著電力系統(tǒng)的容量與能量需求的不斷增加，電力設(shè)備的安全運(yùn)行顯得越來(lái)越重要。高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的開(kāi)關(guān)設(shè)備，能夠根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的需要可靠的投入或切除相應(yīng)的線(xiàn)路或電氣設(shè)備，在電網(wǎng)中能起到控制和保護(hù)作用。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)將故障線(xiàn)路或電氣設(shè)備從電網(wǎng)中快速切除，如果高壓斷路器不能及時(shí)開(kāi)斷線(xiàn)路、消除故障，就會(huì)使事故擴(kuò)大造成嚴(yán)重后果[1?2]。因此高壓斷路器工作的可靠程度、性能的好壞是決定電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要因素。
目前，我國(guó)變電站對(duì)高壓斷路器的檢修主要是定期檢修，但對(duì)高壓斷路器定期檢修制度的盲目性大且需要拆卸，常常在拆卸和安裝過(guò)程中會(huì)帶來(lái)新的問(wèn)題[3]。因此對(duì)高壓斷路器必須實(shí)行在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)，為設(shè)備是否需要狀態(tài)檢修提供依據(jù)。
一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)高壓斷路器的在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)已日趨成熟。比如美國(guó)德克薩斯電力公司的便攜式斷路器分析儀、ABB公司開(kāi)發(fā)的SF6斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、日本東京電力公司和東芝公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的GIS在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等[4]。目前我國(guó)還沒(méi)有很成熟的斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，但一些單位在這方面已做出了有益的探索，如清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的高壓斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，華中理工大學(xué)和湖南省電力局聯(lián)合研制的高壓斷路器機(jī)械特性在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等[5?6]。根據(jù)各種資料和文獻(xiàn)的報(bào)導(dǎo)[7?10]，目前高壓斷路器的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)仍存在如下幾個(gè)突出問(wèn)題：在線(xiàn)監(jiān)測(cè)選擇的傳感器不夠精確，診斷精度不高；數(shù)據(jù)的保存、處理等不系統(tǒng)，缺乏科學(xué)的管理，無(wú)法根據(jù)利用斷路器運(yùn)行的歷史對(duì)故障做出合理的判斷；在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置模塊壽命過(guò)短，安裝維護(hù)困難，價(jià)格過(guò)高而精度不夠高；以往在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置所關(guān)心的是機(jī)械參量的計(jì)算結(jié)果，而對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的過(guò)程關(guān)心不多。
基于此，針對(duì)目前高壓斷路器研究的現(xiàn)狀和不足，結(jié)合國(guó)內(nèi)外高壓斷路器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的最新研究成果，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套高壓斷路器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及方案設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)主要包括信號(hào)調(diào)理電路、隔離放大電路、AD7606應(yīng)用電路以及AD7606與STM32的接口電路；軟件設(shè)計(jì)主要是高壓斷路器智能在線(xiàn)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)。具體的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖
設(shè)計(jì)方案如下：首先將采集到的高壓斷路器分合閘線(xiàn)圈電流信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理部分的濾波、轉(zhuǎn)換等作用變成電壓信號(hào)；其次通過(guò)隔離放大電路將此電壓信號(hào)放大到AD7606端口所需的電壓；再通過(guò)AD7606將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸入到STM32微處理器中，利用STM32的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)編碼器的脈沖計(jì)數(shù)，進(jìn)而測(cè)量出高壓開(kāi)關(guān)觸頭行程；最后STM32將測(cè)到的電流數(shù)據(jù)和行程數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后通過(guò)RS 422接口傳給上位機(jī)PC，并在監(jiān)控界面上顯示。
2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)
信號(hào)調(diào)理電路首先將電流傳感器采集到的高壓斷路器的分合閘電流信號(hào)通過(guò)電阻[R104]將此信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電壓信號(hào)，然后經(jīng)三端濾波器FP100將此電壓信號(hào)輸入到模擬運(yùn)算放大器，通過(guò)模擬運(yùn)算放大器AD822將電壓信號(hào)放大[K]倍后把信號(hào)傳輸給隔離放大器電路，其中[K=1+R101R100=10。]信號(hào)調(diào)理電路如圖2所示。
2.2 隔離放大電路設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)的隔離放大電路如圖3所示。
此電路最重要的部分是IC100隔離放大器，其內(nèi)部封裝元件是ISO124，它是一種新的占空比調(diào)制解調(diào)技術(shù)的精密隔離放大器，采用匹配1 pF隔離電容進(jìn)行輸入輸出的隔離，并整體嵌入塑料封裝內(nèi)。IC100的每一個(gè)電源引腳都要接一個(gè)1 μF的電容，電容應(yīng)盡可能地靠近放大器，其內(nèi)部頻率設(shè)定為500 kHz，為把DC/DC轉(zhuǎn)換器饋通噪音減至最低，在電源端設(shè)計(jì)了一個(gè)л型過(guò)濾器。ISO124放大器傳輸信號(hào)通過(guò)一個(gè)500 kHz占空比調(diào)制技術(shù)穿過(guò)一個(gè)隔離電容。對(duì)于輸入信號(hào)低于250 kHz的頻率，這種系統(tǒng)的工作就像任何一個(gè)線(xiàn)性放大器的工作，但是對(duì)于頻率高于250 kHz，其工作的情況與采樣放大器相似。
圖2 信號(hào)調(diào)理電路
圖3 隔離放大電路
2.3 AD7606應(yīng)用電路
設(shè)計(jì)選用16位、8通道同步采樣模數(shù)數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)AD7606，其內(nèi)部包括模擬輸入位保護(hù)、跟蹤保持放大器、16位電荷再分配逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器、靈活的數(shù)字濾波器、2.5 V基準(zhǔn)電壓源、基準(zhǔn)電壓緩沖以及高速串行和并行接口。AD7606的應(yīng)用電路如圖4所示。
圖4中[V1、][V2、][V3]和[V4]分別是由信號(hào)調(diào)理電路經(jīng)隔離放大后輸出的主分電壓、副分電壓、合閘電壓和儲(chǔ)能電機(jī)電壓，作為AD7606的輸入信號(hào)。[RP80]和[RP81]構(gòu)成上拉電阻。電容[C84、][C83、][C80]等可實(shí)現(xiàn)退耦作用，為AD7606提供所需的穩(wěn)定電壓。AD7606數(shù)字端口使用的+3.3 V的電壓，與STM32使用同一路電源，模擬部分電壓AVCC由模塊電源輸出的5 V電壓經(jīng)濾波后提供。
2.4 AD7606與STM32的接口電路
STM32和AD7606接口電路如圖5所示。
圖5 AD7606與STM32接口電路
圖5中STM32的28腳和AD7606的CONVST腳相連，用于啟動(dòng)AD7606進(jìn)行A/D變換；STM32的24腳和AD7606的BUSY?AD相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)AD7606轉(zhuǎn)換狀態(tài)的識(shí)別，AD7606轉(zhuǎn)換未完成時(shí)，引腳為低電平，轉(zhuǎn)換完成后，變成高電平；STM32的25腳和AD7606的CS?AD腳相連，用于選擇AD7606；STM32的27腳和AD7606的RD?AD腳相連，用于讀取AD7606變換后的數(shù)據(jù)。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 斷路器故障監(jiān)測(cè)原理
高壓斷路器一般都是以電磁鐵作為操作的第一級(jí)控制件，而且基本上以直流電源為控制電源，故直流電磁線(xiàn)圈的電流波形中包含著診斷機(jī)械故障的重要信息。線(xiàn)圈的直流供電電路如圖6所示。圖6中[L]的大小取決于線(xiàn)圈和鐵芯鐵軛等的尺寸，并與鐵芯的行程[S]（即是鐵芯向上運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)的路程）有密切關(guān)系，其值隨著[S]的增加而增加，如圖6所示。
設(shè)鐵芯不飽和，則[L]與[i]的大小有關(guān)，電路中開(kāi)關(guān)K合閘后，由圖6電路得：
[u=iR+dwdt] （1）
式中：[w]為線(xiàn)圈的磁鏈，[w=Li，]于是，上式可變?yōu)椋?/p>
[u=iR+dLidt=iR+Ldidt+idLdSdSdtu=iR+Ldidt+idLdSv] （2）
不同[S]處的[dLdS]即為如圖7曲線(xiàn)在[S]處的斜率[tan?；][v]為鐵芯的運(yùn)動(dòng)速度。圖8為高壓斷路器操作時(shí)，線(xiàn)圈中的典型電流波形隨鐵芯運(yùn)動(dòng)的變化過(guò)程可分為以下四個(gè)階段。
圖6 斷路器分合閘電路
圖7 L?S曲線(xiàn)
圖8 線(xiàn)圈電流波形
（1） 鐵芯觸動(dòng)階段：在[t=t0～t1]的時(shí)間段，[t0]為斷路器分（合）命令到達(dá)時(shí)刻，是斷路器分、合時(shí)間計(jì)時(shí)起點(diǎn)；[t1]為線(xiàn)圈中電流、磁通上升到足以驅(qū)動(dòng)鐵芯運(yùn)動(dòng)，即鐵芯開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻，這是指數(shù)上升曲線(xiàn)，對(duì)應(yīng)圖8中[t0～t1]的電流波形起始部分。
（2）鐵芯運(yùn)動(dòng)階段：在[t=t1～t2]間，鐵芯在電磁力的作用下，克服了重力、彈簧力等阻力，開(kāi)始加速運(yùn)動(dòng)，直到鐵芯上端面碰撞到支持部分停止運(yùn)動(dòng)為止。根據(jù)這一階段的電流波形，可診斷鐵芯的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，例如鐵芯運(yùn)動(dòng)有無(wú)卡澀以及脫扣、釋能機(jī)械負(fù)載變動(dòng)的情況。
（3）觸頭分、合閘階段：在[t=t2～t3]間，鐵芯已停止運(yùn)動(dòng)。這一階段是通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)斷路器觸頭分、合閘的過(guò)程。[t2]是鐵芯停止運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻，而觸頭則在[t2]前后開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，[t3]為斷路器輔助接點(diǎn)切除時(shí)刻， [t3～t0]或[t3～t2]可以反映操作傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的情況。
（4）電流切斷階段：[t=t3]時(shí)，輔助接點(diǎn)切斷后開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)，在其觸頭間產(chǎn)生電弧并被拉長(zhǎng)，電弧電流[i]隨之減小至零直至熄滅。
綜合以上幾個(gè)階段情況，通過(guò)分析[i]的波形和[t1，][t2，][t3，][I1，][I2，][I3]等特征值可以分析出鐵芯啟動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)時(shí)間、線(xiàn)圈通電時(shí)間等參數(shù)，從而得到鐵芯運(yùn)動(dòng)和所控制的啟動(dòng)閥，鐵閂和輔助開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換的工作狀態(tài)，即可以監(jiān)測(cè)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)，進(jìn)而預(yù)測(cè)故障。
3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思路：當(dāng)STM32處理器、AD7606、串行接口和編碼器接口初始化后，先經(jīng)A/D采樣后將數(shù)據(jù)信息暫存在環(huán)形存儲(chǔ)器，判斷所得數(shù)據(jù)是否大于閾值，然后將大于閾值的數(shù)據(jù)再次經(jīng)A/D采樣，存儲(chǔ)在正常數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。當(dāng)采樣次數(shù)大于等于2 000時(shí)，就將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并發(fā)送到上位機(jī)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖9所示。
圖9中環(huán)形存儲(chǔ)器只存儲(chǔ)500個(gè)數(shù)據(jù)且只存儲(chǔ)最新的500個(gè)數(shù)據(jù)，即可存儲(chǔ)最近的100 ms數(shù)據(jù)，正常數(shù)據(jù)緩沖區(qū)提供3 000點(diǎn)的存儲(chǔ)容量，提供600 ms的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，可以完整記錄斷路器動(dòng)作一次時(shí)操作機(jī)構(gòu)各個(gè)線(xiàn)圈電流的變化。
3.3 斷路器智能在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件是利用C++語(yǔ)言設(shè)計(jì)的斷路器智能在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)Ρ鞠到y(tǒng)硬件處理后的數(shù)據(jù)在上位機(jī)上可視化顯示的軟件。設(shè)計(jì)軟件中包括基本設(shè)置、設(shè)備參數(shù)、算法選擇、建立連接、分析數(shù)據(jù)、消除報(bào)警、導(dǎo)出數(shù)據(jù)、用戶(hù)管理等功能，本界面通過(guò)和下位機(jī)的連接將采集的數(shù)據(jù)傳送顯示出來(lái)，并將采集的數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中以表的形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。高壓斷路器智能在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面如圖10所示。
圖9 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程
圖10 斷路器智能在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面
圖10為采集信號(hào)后的分析圖，通過(guò)對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行分析，可以給出前述各個(gè)過(guò)程的時(shí)間點(diǎn)，計(jì)算各個(gè)過(guò)程的特征值，同時(shí)可以對(duì)動(dòng)作類(lèi)型進(jìn)行判斷，計(jì)算分合時(shí)間、分合速度、開(kāi)關(guān)超程、分合行程、過(guò)沖距離等參數(shù)。
3.4 系統(tǒng)的功能、可靠性測(cè)試及應(yīng)用
系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行了功能和可靠性測(cè)試，為此專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了模擬測(cè)試系統(tǒng)。模擬電路采用三個(gè)霍爾傳感器，模擬實(shí)際過(guò)程中的主分線(xiàn)圈電流、副分線(xiàn)圈電流，合閘線(xiàn)圈電流，另外用了陶瓷電阻和電容，模擬電流的上升情況。此外還設(shè)計(jì)了一套觸發(fā)裝置，能輸出三路開(kāi)關(guān)量，該裝置能每隔3 min觸發(fā)一次，依次觸發(fā)合閘線(xiàn)圈電流傳感器、主分線(xiàn)圈電流傳感器和副分線(xiàn)圈電流傳感器，主要模擬斷路器的分合。
功能性試驗(yàn)共進(jìn)行了3 000次，試驗(yàn)結(jié)果表明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)動(dòng)作可靠、穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)，符合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
斷路器故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)了各種功能測(cè)試、可靠性測(cè)試以后，于2012年8月在平高集團(tuán)高壓試驗(yàn)大廳進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，并應(yīng)用在公司首臺(tái)252智能GIS（Gas Insulated Switchgear）上。
4 結(jié) 語(yǔ)
變電站綜合自動(dòng)化是智能電網(wǎng)目前發(fā)展的方向，而實(shí)現(xiàn)高壓斷路器的狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)的智能化是智能電網(wǎng)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，為此本文設(shè)計(jì)了一種基于分合閘線(xiàn)圈電流信號(hào)的高壓斷路器狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠快速實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，能對(duì)分合閘線(xiàn)圈的電流信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、濾波、放大、存儲(chǔ)和分析，能夠計(jì)算分合時(shí)間、分合速度、開(kāi)關(guān)行程、分合行程、過(guò)沖距離等參數(shù)，并能夠?qū)Ω邏簲嗦菲鞯膭?dòng)作類(lèi)型進(jìn)行基本的判斷。實(shí)驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行表明該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)全面、操作性和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)目前已經(jīng)在平高集團(tuán)首臺(tái)GIS252上投入運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
[1] 黃建，胡曉光.基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的高壓斷路器機(jī)械故障診斷方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31（12）：108?113.
[2] 喻勝輝，饒文貴，楊濤.斷路器機(jī)械特性測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30（13）：141?143.
[3] 沈力.高壓斷路器機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)的研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1997，27（3）：113?117.
[4] LANDRY M， LONARD F， BEAUCHEMIN R. An improved vibration analysis algorithm as a diagnostic tool for detecting mechanical anomalies on power breakers [J]. IEEE Transactions on Power Delivery， 2008， 23（4）： 1986?1994.
[5] 黃新波，章云，李俊峰.變電站容性設(shè)備介損在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].高電壓技術(shù)，2008，34（8）：1594?1598.
[6] 王鵬，張貴新，李蓮子，等.真空斷路器開(kāi)斷電流在線(xiàn)測(cè)量[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31（3）：91?94.
[7] KEZUNOVIC M.REN Z F， SEVCIK D R. Automated monitoring and analysis of circuit breaker operation [J]. IEEE Transactions on Power Delivery， 2005， 20（3）： 1910?1918.
[8] 吳廣寧.電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的理論與實(shí)踐[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.
關(guān)鍵詞:單片機(jī);碰撞;報(bào)警;檢測(cè)
中圖分類(lèi)號(hào):TP274+.53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1004-373X(2009)19-166-02
Design of Automobile Anti-collision Alarming System Based on Single Chip Computer
MA Yongxiang
(Shaanxi University of Technology,Hanzhong,723003,China)
Abstract:With rising of living standard,the number of cars increased every day,so cars driving safety is particularly important.The system of automobile anti-collision alarming system based on single chip SB5027 is introduced,it can auto detect distance frontage and rear fraise,when reach critical security distance,alarming of sound and light are given,the system hardware composition and software project are showed,Experiment results prove validity and veracity.
Keywords:single chip computer;collision;alarming;detection
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步和高科技的飛速發(fā)展,在日常工作和生活中,汽車(chē)已成為人們理想的交通工具。汽車(chē)在帶給人們方便的同時(shí),也使得交通事故頻繁發(fā)生,并由此造成了人員傷亡及經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)的損失,因此汽車(chē)駕駛的安全性已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。汽車(chē)的碰撞安全技術(shù)是汽車(chē)安全技術(shù)中最難也是最核心的部分[1-3],對(duì)公路交通事故的分析表明,80%以上的車(chē)禍?zhǔn)怯捎隈{駛員反應(yīng)不及引起,超過(guò)65%的車(chē)輛相撞屬于追尾相撞,其余則屬于側(cè)面相撞[4,5]。為了減少汽車(chē)事故的發(fā)生,給擁有汽車(chē)的用戶(hù)提供安全感,研制一種簡(jiǎn)單可靠,使用方便,能自動(dòng)檢測(cè)距離,發(fā)現(xiàn)汽車(chē)距離障礙物小于安全距離時(shí)給駕駛員發(fā)出報(bào)警提醒的安全系統(tǒng)具有實(shí)際意義。由于超聲波檢測(cè)具有快速準(zhǔn)確性等優(yōu)點(diǎn)[6],因此,本設(shè)計(jì)采用超聲波檢測(cè)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)碰撞預(yù)警功能。
1 汽車(chē)防碰撞報(bào)警器硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)產(chǎn)品性?xún)r(jià)比和實(shí)際需要,選用中易電測(cè)研究所研制的智能化超聲波測(cè)距集成電路芯片SB5027,它采用CMOS制造工藝,片內(nèi)具有比較器,標(biāo)準(zhǔn)40 kHz超聲波發(fā)生器以及回波響應(yīng)脈沖接收器,集有動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示信息輸出、操作鍵盤(pán)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、參數(shù)設(shè)定等功能[7,8]。將SB5027用作距離檢測(cè)時(shí)有以下特點(diǎn):動(dòng)態(tài)數(shù)碼跟蹤顯示;可以對(duì)距離上限、中限、下限值等參數(shù)設(shè)定;可以對(duì)距離、時(shí)間、定時(shí)等報(bào)警允許參數(shù)設(shè)置;最大量程及最小分辨率均由用戶(hù)設(shè)置;支持增值測(cè)距功能。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。系統(tǒng)由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、鍵盤(pán)顯示電路、核心功能芯片,輔助電路(復(fù)位電路和晶振電路)及報(bào)警電路等組成。
圖1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖
1.1 超聲波測(cè)距原理
超聲波測(cè)距的基本原理同聲納回聲定位法的原理基本相同。超聲波發(fā)生器不斷的發(fā)出40 kHz超聲波,遇到障礙物反射回反射波,超聲波接收器接收到反射波信號(hào),并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娪嵦?hào)[9,10]。測(cè)出發(fā)射出去的發(fā)射波與收到的反射波的時(shí)間差T,即可求出距離:
S=(1/2)CT
式中:C為超聲波音速,
又:
C= yp/p0
式中:y為氣體的絕熱體積系數(shù)(空氣為1.4);p為氣體的氣壓(海平面為1.013×106 Pa);p0為氣體的密度(空氣為1.29 kg/m3)。
對(duì)于1 L空氣,質(zhì)量為m,體積為v,密度p=m/v。
故:
C=yp/p0=ypv/m
對(duì)于理想氣體,有:
pv=273RT
式中:R為摩爾氣體常數(shù);T為絕對(duì)溫度。
C=yRT/m
由于y,R,m均為已知常數(shù),故聲速C僅與溫度有關(guān),若溫度T不變,則聲音在空氣中的速度與氣壓無(wú)關(guān)。在0 ℃時(shí)C0=331.45 m/s。
對(duì)于任意溫度,有:
ci/co=Tl/273
即:
ci=331.45Tl/273
1.2 聲光報(bào)警、無(wú)線(xiàn)信號(hào)發(fā)射和接收電路設(shè)計(jì)
汽車(chē)防碰撞報(bào)警檢測(cè),采用超聲波傳感器。超聲波傳感器由超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路組成。
超聲波發(fā)射電路由施密特觸發(fā)器、變壓器、發(fā)射傳感器T探頭組成。由于SB5027內(nèi)部有標(biāo)準(zhǔn)40 kHz的超聲波發(fā)生器,所以直接引其內(nèi)部信號(hào)(由引腳SONIC OUT引出),但是該信號(hào)較弱,在發(fā)射電路部分還必須將信號(hào)放大。此信號(hào)經(jīng)過(guò)兩個(gè)施密特反向觸發(fā)器串接,同時(shí)通過(guò)分壓電阻使NPN型晶體管VT導(dǎo)通,并把輸出端的電壓脈沖信號(hào)反饋到變壓器上,經(jīng)過(guò)升壓變壓器將電壓信號(hào)增大,來(lái)驅(qū)使發(fā)射型T40傳感器向外發(fā)射40 kHz的超聲波,電路圖如圖2所示。
圖2 超聲波發(fā)射電路
超聲波信號(hào)接收處理是測(cè)距系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于超聲波接收電路將探頭輸出的微弱信號(hào)放大到足夠驅(qū)動(dòng),控制后級(jí)電路,所以接收電路主要解決接收信號(hào)的表面會(huì)出現(xiàn)漫反射現(xiàn)象,因此接收電路主要解決接收信號(hào)的穩(wěn)定性,即接收信號(hào)的自動(dòng)增益控制問(wèn)題。由于發(fā)射信號(hào)接觸物體表面的一部分比較弱,同時(shí)由于被測(cè)距離的遠(yuǎn)近會(huì)引起反射信號(hào)幅度上的不均等。為消除上述缺陷的影響,接收電路應(yīng)具有信號(hào)放大和自動(dòng)增益控制功能。設(shè)計(jì)中選用芯片LM331來(lái)完成電壓/頻率的裝換。超聲波接收器R將接收到的反射波通過(guò)電容和電阻濾波后經(jīng)過(guò)LM331轉(zhuǎn)換成電壓,再經(jīng)兩個(gè)反向施密特觸發(fā)器串接將LM331裝換過(guò)來(lái)的電壓放大整形后送至SB5027的ECHO IN 端,電路圖如圖3所示。
圖3 超聲波接收電路
報(bào)警電路在測(cè)距越限時(shí),由SB5027的BELLOUT端輸出高電平使晶體管VT1導(dǎo)通, 將報(bào)警器接通電源并發(fā)出報(bào)警聲。電路圖如圖4所示。
圖4 報(bào)警電路
2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
報(bào)警器軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。
圖5 軟件流程圖
系統(tǒng)通電后,主程序完成初始化工作,包括存器置初值等。當(dāng)汽車(chē)處于工作狀態(tài)時(shí),安置在汽車(chē)前后的報(bào)警裝置會(huì)采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào),傳送給SB5027單片機(jī)。單片機(jī)接收的信號(hào)進(jìn)行處理、運(yùn)算、比較,正常時(shí),報(bào)警器不報(bào)警;如果與下限比較產(chǎn)生了越限,則產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào),提醒駕駛員采取相應(yīng)措施。
3 結(jié) 語(yǔ)
本設(shè)計(jì)的汽車(chē)防碰撞報(bào)警器,充分利用了SB5027的內(nèi)部資源,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和時(shí)控制功能,使系統(tǒng)工作處于最佳狀態(tài),提高了系統(tǒng)的綜合反映靈敏度。報(bào)警及時(shí),實(shí)現(xiàn)了防碰撞功能控制。實(shí)踐證明該系統(tǒng)使用效果優(yōu)于其他報(bào)警器,且具有體積小、使用方便、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
[1]王素娟,雷正保.帶保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的螺紋減切式汽車(chē)碰撞吸收裝置的電子控制系統(tǒng)[J].振動(dòng)與沖擊,2007,28(2):181-183.
[2]吉德志,何波.基于蒙特卡洛方法的碰撞預(yù)警系統(tǒng)仿真[J].微計(jì)算機(jī)信息,2009,25(4):197-199.
[3]吳賽艷,楊輝.超聲波測(cè)距信號(hào)處理算法研究[J].福建電腦,2009(3):73-75.
[4]張桂榮,劉佃瑞.汽車(chē)碰撞德結(jié)構(gòu)性模擬數(shù)值分析[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車(chē),2008(6):46-48.
[5]唐波.關(guān)于汽車(chē)碰撞試驗(yàn)設(shè)計(jì)和策劃的探討[J].汽車(chē)與配件,2008(31):24-25.
[6]吳敏,丁小軍.船體焊縫結(jié)構(gòu)的超聲波檢測(cè)[J].無(wú)損檢測(cè),2009(2):164-166.
[7]沙占友.集成傳感器原理[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.
[8]李鳴華.超聲波測(cè)距專(zhuān)用芯片SB5027及其應(yīng)用[J].麗水師范學(xué)院學(xué)報(bào),2000,22(2)::21-23.
關(guān)鍵詞：海上浮體 航向姿態(tài) ARM HMR3000
Abstract： With the requirements of measuring seaborne floating body attitude and course，a professional measurement device was developed in this paper. An ARM controller of STM32F407VGT6 was used as the control core. Time information was obtained with Beidou UM220-IIIN，which is a GPS dual-mode positioning timing module. The measured data were stored in a SD card for convenience. Overall design of the device including software and hardware is also stated and the schematic diagram and parts of branching program were displayed in our paper.
Key words： seaborne floating body； attitude and course； ARM； HMR3000
夢(mèng)乃傅暮I細(xì)√遄ㄓ糜誚懈呶O招緣暮I咸厥庾氨稈槭占觳饈匝槿撾瘛J匝槭貝鈐囟嘀中禿諾募觳庾氨覆⑶沂匝楣討形奕酥凳亍S捎謔艿椒紜⒗擻俊⒑A韉裙餐饔？浮體的航向姿態(tài)隨時(shí)處于變動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)承擔(dān)的軍事測(cè)量使命要求，需獲取浮體的實(shí)時(shí)航向姿態(tài)數(shù)據(jù)，用于事后修正測(cè)量裝備所獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)。根據(jù)試驗(yàn)需求，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于ARM的海上浮體航向姿態(tài)測(cè)量?jī)x。
1 總體組成及軟硬件實(shí)現(xiàn)途徑
1.1 總體組成
基于HMR3000的海上浮體航向姿態(tài)測(cè)量裝置由主控ARM芯片STM32F407VGT6、HMR3000模塊、SD卡電路、UM220-IIIN電路和電源電路組成，原理框圖如圖1所示。
1.2 硬件設(shè)計(jì)說(shuō)明
1.2.1 電源電路
電源模塊選擇LM2576系列降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器LM2576最高輸入電壓為40 V，該系統(tǒng)采用12 V的蓄電池供電，輸入電壓符合穩(wěn)壓器要求。電源電路如圖2所示[1-2]。
圖2中的J1是電源接入插座，D1為IN5406，起到極性保護(hù)作用，當(dāng)輸入電壓接反時(shí)，電路不工作，不會(huì)燒壞電路板上的電子元器件，C3、C3構(gòu)成輸入電源濾波電路。圖2中的U2是開(kāi)關(guān)電源芯片LM2576-5.0，它將12 V輸入電壓變換成5.0 V的直流電源VCC輸出，HMR3000模塊供電。D2、L1、C7、C5構(gòu)成LM2576-5.0芯片的電路。圖2中的U3是開(kāi)關(guān)電源芯片LM2576-3.3，它將12 V輸入電壓變換成3.3 V的直流穩(wěn)定電壓輸出，為ARM芯片和SD卡電路供電。D3、L2、C8、C6構(gòu)成電源芯片LM2576-3.3的電路。
1.2.2 HMR3000模塊接口電路設(shè)計(jì)
該設(shè)計(jì)選擇美國(guó)Honeywell公司生產(chǎn)的數(shù)字羅盤(pán)模塊HMR3000，實(shí)現(xiàn)航向姿態(tài)數(shù)據(jù)的采集。數(shù)字羅盤(pán)HMR3000使用磁阻傳感器和兩軸傾斜傳感器來(lái)提供航向姿態(tài)信息，其航向的精度為±0.5°，分辨率為±0.1°，俯仰角和滾動(dòng)角精度為±0.4°，分辨率為±0.1°。模塊采用NMEA0813語(yǔ)句傳輸數(shù)據(jù)，包括3類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)信息（HDG、HDT和XDR），3類(lèi)專(zhuān)用語(yǔ)句（HPR、RCD和CCD）[3-5]。HMR3000模塊接口電路如圖3所示。
圖3中STM32F407VGT6的UART1用于和電子羅盤(pán)HMR3000通信。圖3中的接口端子COM2是DB9接口，用于連接HMR3000，5 V穩(wěn)壓電源通過(guò)引腳8輸入，HMR3000供電也可以通過(guò)引腳9輸入6～15 V的非穩(wěn)定電源。圖3中的U4是TTL電平與RS232電平互換芯片。HMR3000有4種工作模式：連續(xù)、選通、睡眠和校準(zhǔn)。HMR3000可在連續(xù)和選通模式下工作。在連續(xù)模式下，HMR3000以可組態(tài)的速率輸出羅盤(pán)主動(dòng)提供的NMEA標(biāo)準(zhǔn)信息，而在選通模式下，則根據(jù)用戶(hù)控制電路的申請(qǐng)輸出。
軟件編寫(xiě)時(shí)，采用HMR3000出廠時(shí)的默認(rèn)設(shè)置，即通信波特率為19200bps，1位停止位，8位數(shù)據(jù)位、無(wú)奇偶校驗(yàn)位和1位停止位。通過(guò)用戶(hù)控制申請(qǐng)獲取數(shù)據(jù)。該設(shè)計(jì)只讀取NMEA語(yǔ)句中的$PTNTHPR語(yǔ)句，讀取方法是ARM通過(guò)UART1接口向HMR3000發(fā)送語(yǔ)句$PTNT，HPR， 模塊回送$PTNTHPR語(yǔ)句。具體為ARM發(fā)送語(yǔ)句的具體內(nèi)容為：“$PTNT，HPR*78＼r＼n”，模塊回應(yīng)語(yǔ)句的具體內(nèi)容為：“$PTNTHPR，85.9，N，-0.9，N，0.8，N*2C＼r＼n”。回應(yīng)數(shù)據(jù)中：85.9為航向角，-0.9為俯仰角，0.8為滾動(dòng)角。
根據(jù)以上分析進(jìn)行ARM程序編寫(xiě)，首先對(duì)UART1進(jìn)行初始化，初始化子程序片段如下[4]：
程序中的一維數(shù)組g_quer_HPRdata[i]在程序的頭文件中定義為：
uint8_t g_quer_HPRdata[15]="$PTNT，HPR*78＼r＼n"。
1.2.3 SD卡接口電路設(shè)計(jì)
該設(shè)計(jì)存儲(chǔ)電路采用SD卡方式實(shí)現(xiàn)，ARM芯片STM32F407具備SDIO（Secure digital input/output interface）接口用于讀寫(xiě)8G以下的Micro SD卡。SD卡接口電路如圖4所示[1-6]。
圖4中的J4為Micro SD卡插座，Micro SD卡的引腳7、8、1、2是數(shù)據(jù)接口，連接到STM32F407的PC8、PC9、PC10、PC11，Micro SD卡的引腳3是命令/回應(yīng)接口，連接到STM32F407的PD2，Micro SD卡的引腳5是時(shí)鐘接口，連接到STM32F407的PC12，Micro SD卡的引腳9是卡檢測(cè)接口，連接到STM32F407的PC13，用于檢測(cè)有無(wú)SD卡插入。
該設(shè)計(jì)通過(guò)在STM32F407移植R0.09版本的FATFS文件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)SD卡的讀寫(xiě)。FatFs Module是一種完全免費(fèi)開(kāi)源的FAT文件系統(tǒng)模塊，專(zhuān)門(mén)為小型的嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，它完全用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言編寫(xiě)，所以具有良好的硬件平立性，可以移植到8051、PIC、AVR、SH、Z80、H8、ARM等系列單片機(jī)上而只需做簡(jiǎn)單的修改。它支持FATl2、FATl6和FAT32，支持多個(gè)存儲(chǔ)媒介；有獨(dú)立的緩沖區(qū)，可以對(duì)多個(gè)文件進(jìn)行讀/寫(xiě)[6]。
該系統(tǒng)直接將以前移植過(guò)的FATFS源代碼拷貝過(guò)來(lái)使用，就是將 ff.c文件添加到工程文件夾中，新建diskio.c文件，在diskio.c文件中實(shí)現(xiàn)五個(gè)函數(shù)：
disk_initialize （BYTE）；//卡的初始化。
disk_status （BYTE）；//獲取卡的狀態(tài)。
disk_read （BYTE，BYTE*，DWORD，BYTE）；//從讀取數(shù)據(jù)。
disk_write （BYTE，const BYTE*，DWORD，BYTE）；//寫(xiě)數(shù)據(jù)disk_ioctl （BYTE，BYTE，void*）；//獲取卡文件信息。
1.2.4 UM220-IIIN模塊電路設(shè)計(jì)
授時(shí)模塊選用和芯星通的BD2/GPS雙系統(tǒng)精密授時(shí)產(chǎn)品UM220-IIIN。該模塊為高性能SoC芯片，能夠同時(shí)支持BD2 B1、GPS L1兩個(gè)頻點(diǎn)，其1PPS精度為20 ns。UM220-IIIN模塊包括2個(gè)可配置的串口，默認(rèn)波特率為9 600 bps。2個(gè)串口波特率均可由用戶(hù)自行配置，最高可設(shè)為230 400 bps。輸入/輸出信號(hào)類(lèi)型為L(zhǎng)VTTL電平。UM220-IIIN模塊電路如圖5所示。
圖5中ANT1為北斗/GPS雙模天線(xiàn)接入端，圖5中ARM芯片通過(guò)UART2和UM220-IIIN通信。授時(shí)模塊的1PPS輸出接入ARM芯片的PD0端。ARM嵌入式程序編寫(xiě)時(shí)，如果授時(shí)模塊沒(méi)有鎖住衛(wèi)星則使用ARM內(nèi)部的RTC作為時(shí)間信息，如果授時(shí)模塊鎖住了衛(wèi)星則通過(guò)UART2接收中斷讀取授時(shí)模塊輸出的“$GPGGA”和“$GPRMC”兩條NMEA語(yǔ)句，取出日期和時(shí)間信息，并以PD0輸入的1PPS信號(hào)上升沿作為準(zhǔn)時(shí)刻點(diǎn)，定時(shí)200 ms讀取和存儲(chǔ)一幀數(shù)據(jù)。
1.3 軟件設(shè)計(jì)思想
該系統(tǒng)的ARM程序采用C語(yǔ)音編寫(xiě)，可讀性強(qiáng)，存于ARM芯片STM32F407VGT6內(nèi)部的FLASH存儲(chǔ)器中，軟件系統(tǒng)流程如圖6所示。
程序初始化結(jié)束后，ARM微處理器處于定時(shí)讀取航向姿態(tài)狀態(tài)，定時(shí)200 ms讀取一幀航向姿態(tài)數(shù)據(jù)，讀取的數(shù)據(jù)存入SD卡內(nèi)。SD卡內(nèi)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式為：“編號(hào)、時(shí)間、航向、俯仰、橫滾”的順序，例如：“8 2016/03/20 11：19：40：20 312.5 0.6 -1.4”表示第8條記錄，時(shí)間是2016年03月20日11時(shí)19分40秒20毫秒，航向312.5°，俯仰0.6°，滾動(dòng)-1.4°。
2 測(cè)量結(jié)果分析
測(cè)試方法：將航向姿態(tài)測(cè)量?jī)x放置在傾斜度在0～15°可調(diào)節(jié)的單軸滑臺(tái)上，滑臺(tái)上同時(shí)放置一個(gè)測(cè)量精度為0.1°的Bevel Box數(shù)字測(cè)角儀作為真值。先測(cè)試俯仰角，調(diào)節(jié)滑臺(tái)到測(cè)角儀顯示為0.0°，航向姿態(tài)測(cè)量?jī)x加電開(kāi)始測(cè)量記錄數(shù)據(jù)，手動(dòng)從0°～15°～0°慢慢調(diào)節(jié)滑臺(tái)傾斜度，其中在數(shù)字測(cè)角儀顯示值為1.0°、3.0°、5.0°、7.0°、9.0°、10.0°、13.0°、15.0°處各停留3 s左右。再測(cè)試滾動(dòng)角，將航向姿態(tài)測(cè)量?jī)x轉(zhuǎn)動(dòng)90°再重復(fù)以上過(guò)程。
表1部分只選取了8組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，第一行，序號(hào)26是SD卡的存π蠔牛讀取SD卡的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)后，序號(hào)18～33的俯仰數(shù)據(jù)都是1.1°～1.5°之間，均值為1.3°，在數(shù)字測(cè)角儀顯示值為1.0°時(shí)停留3 s左右，SD卡可記錄15條左右，因此，SD卡內(nèi)序號(hào)18～33的數(shù)據(jù)就是滑臺(tái)在1.0°時(shí)測(cè)得的數(shù)據(jù)。取第26條記錄代表1.0°時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)。余下的7條記錄也采用相同的方法獲得。從表1可以看出，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與測(cè)角儀數(shù)據(jù)之間的誤差不大于0.4°，同樣，對(duì)負(fù)方向的俯仰角和正負(fù)方向的滾動(dòng)角進(jìn)行了對(duì)比，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與測(cè)角儀數(shù)據(jù)之間的誤差絕對(duì)值都不大于0.3°，與HMR3000精度參數(shù)中俯仰角和精度為±0.4°符合。
最后測(cè)試航向角，航向角測(cè)量采用中海達(dá)支持BDS（B1/B3）、GPS（L1/L2）雙天線(xiàn)輸入，四頻高端測(cè)向板卡BX242所測(cè)的航向作為真值，采用10 m長(zhǎng)的玻璃鋼條作為BX242測(cè)向板卡前后天線(xiàn)的基線(xiàn)，則BX242測(cè)向板卡的測(cè)向精度為：0.2°/L= 0.2°/10=0.02°。測(cè)試時(shí)，將BX242測(cè)向板卡固定在為其供電并引出了RS232調(diào)試接口的測(cè)試底板上。航向姿態(tài)測(cè)量?jī)x放置在作為基線(xiàn)的玻璃鋼條中心位置，航向與基線(xiàn)平行且指向前天線(xiàn)方向。玻璃鋼條平行于地面放置在無(wú)遮擋的開(kāi)闊地上，基線(xiàn)0°～360°可連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。將測(cè)向板卡引出的RS232調(diào)試接口COMA通過(guò)USB轉(zhuǎn)RS232連接到筆記本電腦的USB接口，運(yùn)行中海達(dá)提供的WaiView軟件，正確設(shè)置COM接口后即可實(shí)時(shí)觀測(cè)航向數(shù)據(jù)，手動(dòng)從0°～360°慢慢旋轉(zhuǎn)天線(xiàn)基線(xiàn)，每隔5.0°停留3 s左右。
由表2可知，8組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與BX242高精度測(cè)向板獲取的數(shù)據(jù)之間的誤差平均大于2.7°，這與測(cè)量模塊中航向精度為±0.5°不相符。特別是在碼頭實(shí)際安裝到浮體之后，與BX242高精度測(cè)向板獲取的數(shù)據(jù)之間的誤差平均大于8.2°，這種不相符是由使用環(huán)境中存在鐵磁材料造成的，這種環(huán)境引起的誤差是固定值，事后處理時(shí)，浮體上測(cè)得的航向數(shù)據(jù)減去8.2°后，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與BX242高精度測(cè)向板獲取的數(shù)據(jù)之間的誤差絕對(duì)值都不大于0.4°，經(jīng)過(guò)處理后與HMR3000參數(shù)中航向精度為±0.5°相符。
3 結(jié)語(yǔ)
目前，高危險(xiǎn)性復(fù)雜海況的海上特殊裝備驗(yàn)收檢測(cè)試驗(yàn)任務(wù)增多，海上浮體的航向姿態(tài)數(shù)據(jù)獲取是亟待解決的問(wèn)題。基于ARM的海上浮體航向姿態(tài)測(cè)量?jī)x體積小，能夠很方便安裝到海上浮體，在試驗(yàn)過(guò)程中能夠適應(yīng)無(wú)人值守，海上多發(fā)的惡劣環(huán)境，實(shí)時(shí)采集海上浮體的航向姿態(tài)數(shù)據(jù)，且經(jīng)事后誤差修正可實(shí)現(xiàn)精度為±0.5°的航向姿態(tài)數(shù)據(jù)的測(cè)量記錄功能，能夠滿(mǎn)足海上浮體航向姿態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)量要求。
參考文獻(xiàn)
[1]趙晶.Protel 99高級(jí)應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2001.
[2]薛明軍，張輝，趙敏.LM2575系列開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓集成電路及其應(yīng)用[J].國(guó)外電子元器件，2001（1）：67-68.
[3]彭建新，段智文，石明，等.HMR3000電子羅盤(pán)與DSP的接口設(shè)計(jì)及編程[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010（3）：182-185.
[4]杜春雷.ARM體系結(jié)構(gòu)與編程[M].清華大學(xué)出版社，2003.
[關(guān)鍵字]EDA 教學(xué)改革 教學(xué)方式
隨著電路設(shè)計(jì)的規(guī)模越來(lái)越大、集成度越來(lái)越高，傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方法已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代電路設(shè)計(jì)的要求。在這種大的局勢(shì)下，EDA技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，EDA設(shè)計(jì)技術(shù)，是以計(jì)算機(jī)及EDA設(shè)計(jì)軟件為工作平臺(tái)，用硬件描述語(yǔ)言完成設(shè)計(jì)文件，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合及優(yōu)化、布局線(xiàn)、仿真，直至下載到特定的目標(biāo)芯片中去。在當(dāng)今電子產(chǎn)品生命周期短、集成度高、需多次重新設(shè)計(jì)等方面EDA技術(shù)更是表現(xiàn)出獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。因此，EDA技術(shù)已成為現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的重要途徑。并已成為衡量一個(gè)國(guó)家電子技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。在高校中培養(yǎng)具備這方面專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的電子技術(shù)人才，以適應(yīng)世界電子行業(yè)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，所以必須進(jìn)行EDA課程內(nèi)容和教學(xué)手段、實(shí)踐教學(xué)的改革。
一、EDA教學(xué)中常見(jiàn)的問(wèn)題
1.課程內(nèi)容缺乏時(shí)代性
EDA技術(shù)發(fā)展之快，以及編寫(xiě)教材的人往往不是站在技術(shù)的最前沿等等這些因素導(dǎo)致了現(xiàn)在市面上的教材內(nèi)容更新速度慢，缺乏時(shí)代性，跟不上EDA技術(shù)的發(fā)展，不能及時(shí)將EDA技術(shù)的新成果和發(fā)展趨勢(shì)展現(xiàn)給學(xué)生，而且教材編寫(xiě)上理論敘述多而配套的實(shí)驗(yàn)和習(xí)題少，導(dǎo)致學(xué)生不能清晰的認(rèn)識(shí)教學(xué)目標(biāo)，對(duì)課程內(nèi)容感到枯燥、乏味，漸漸就喪失了學(xué)習(xí)興趣。
2.教學(xué)方式封閉、單調(diào)
學(xué)生在封閉的課堂上獲取EDA知識(shí)，課堂教學(xué)仍然是以教師講授為主，學(xué)生只是被動(dòng)的聆聽(tīng)，方式呆板單調(diào)，互動(dòng)有限，傳遞的信息有限。教學(xué)過(guò)程過(guò)分看重教，往往忽視學(xué)生有沒(méi)有學(xué)到，學(xué)到了什么，只是把大綱內(nèi)規(guī)定的內(nèi)容傳授給學(xué)生，不重視學(xué)生對(duì)EDA設(shè)計(jì)思想的理解和掌握。
3.實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ焦袒瑒?chuàng)新性得不到鍛煉
受各種因素的影響，各種條件的制約，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量有限，學(xué)時(shí)少，模式單一，實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍以教師為主體，秉承“教師講解―課堂實(shí)驗(yàn)―遞交實(shí)驗(yàn)報(bào)告”的教學(xué)方式，學(xué)生的創(chuàng)造性得不到鍛煉。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)只是理論課程的其中一部分，實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)诳偝煽?jī)中所占比例不高，而且實(shí)驗(yàn)成績(jī)多少通常取決于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)，而這些并不能準(zhǔn)確地反映出學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。所以導(dǎo)致很多學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。
二、EDA教學(xué)改革
1.課程內(nèi)容定位
EDA課程內(nèi)容改革應(yīng)依據(jù)市場(chǎng)需求，調(diào)整課程結(jié)構(gòu)，精煉課程重點(diǎn)，突出能力培養(yǎng)。使學(xué)生通過(guò)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)，掌握自頂向下的層次化設(shè)計(jì)思想，硬件描述語(yǔ)言的編寫(xiě)方法，EDA軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工具和實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)等硬件驗(yàn)證平臺(tái)的使用。在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)電子系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。在課程內(nèi)容上要將EDA技術(shù)的最新進(jìn)展補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，以便于開(kāi)闊學(xué)生的視野，提高學(xué)習(xí)興趣；針對(duì)當(dāng)今教材習(xí)題少的缺點(diǎn)，增加適當(dāng)?shù)牧?xí)題和實(shí)例，進(jìn)而使學(xué)生熟練掌握硬件描述語(yǔ)言的編寫(xiě)規(guī)則和語(yǔ)法特點(diǎn)；在可編程邏輯器件部分，主要使學(xué)生學(xué)會(huì)選擇和配置器件；開(kāi)發(fā)軟件方面掌握一種軟件作為設(shè)計(jì)平臺(tái)，在硬件實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上，使學(xué)生對(duì)EDA設(shè)計(jì)的流程有一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)。圍繞上述內(nèi)容，設(shè)計(jì)配套實(shí)驗(yàn)，將教與學(xué)學(xué)與練有機(jī)結(jié)合起來(lái)，增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
2.教學(xué)方式改革
（1）教學(xué)中在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，引入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，形成黑板、多媒體、課程網(wǎng)站相結(jié)合的EDA教學(xué)模式，充實(shí)了教學(xué)信息量，加強(qiáng)了師生間的互動(dòng)，提高了教學(xué)質(zhì)量。其中黑板用于描述知識(shí)的結(jié)構(gòu)框架，展現(xiàn)授課重點(diǎn)，使學(xué)生對(duì)所講內(nèi)容有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。多媒體教學(xué)有信息量大、生動(dòng)形象的特點(diǎn)，可以借助于它將EDA技術(shù)的新發(fā)展、新成果傳遞給學(xué)生，使教學(xué)更直觀。并且利用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建EDA技術(shù)課程網(wǎng)站，學(xué)生可以根據(jù)興趣自主學(xué)習(xí)，也為師生互動(dòng)交流搭建了平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)互補(bǔ)。
（2）在教學(xué)中采用案例式教學(xué)方式，針對(duì)某個(gè)具體設(shè)計(jì)實(shí)例，從不同的設(shè)計(jì)方法研究入手，首先明確總體設(shè)計(jì)思想，然后在設(shè)計(jì)中穿插講解所涉及的基本語(yǔ)法，再將幾種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行比較，討論各種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)缺點(diǎn)、選出最佳設(shè)計(jì)方案，總結(jié)設(shè)計(jì)思想，最后有針對(duì)性的選擇設(shè)計(jì)練習(xí)，讓學(xué)生在設(shè)計(jì)中掌握新的語(yǔ)法知識(shí)和培養(yǎng)設(shè)計(jì)思想。這種教學(xué)方法，改變了以往為介紹語(yǔ)法而講解語(yǔ)法的枯燥難懂的授課方式。
3.構(gòu)建科學(xué)的實(shí)踐教學(xué)體系
（1）改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。轉(zhuǎn)變教師在實(shí)驗(yàn)中的地位，變主導(dǎo)為引導(dǎo)，而不致于使學(xué)生遇到困難半途而廢。強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中的主體地位，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與到實(shí)驗(yàn)中。在寬松、自主的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下做實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己可以完成怎樣的電路設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行多個(gè)方案的比較，認(rèn)清自身方案的優(yōu)勢(shì)與不足。學(xué)生經(jīng)過(guò)這一過(guò)程，將對(duì)自己設(shè)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生成就感，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
（2）豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生興趣和能力的不同，建立多層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。在保證基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，加大綜合性實(shí)驗(yàn)的力度，提供一些啟發(fā)性強(qiáng)的題目，由感興趣學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、自主解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，培養(yǎng)創(chuàng)新型思維。
（3）健全合理的實(shí)驗(yàn)考評(píng)機(jī)制。一方面突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)際能力培養(yǎng)中的作用，使學(xué)生在思想上重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)。另一方面提高實(shí)驗(yàn)在整個(gè)課程中所占的比重，建立科學(xué)、合理的實(shí)驗(yàn)考評(píng)機(jī)制，按實(shí)驗(yàn)方案的合理性、操作技能以及實(shí)驗(yàn)分析能力確定實(shí)驗(yàn)成績(jī)，不僅能提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)重視程度，而且可以體現(xiàn)學(xué)生的設(shè)計(jì)技能。
（4）在實(shí)踐教學(xué)中引入項(xiàng)目。EDA課程的實(shí)踐教學(xué)包括課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、實(shí)訓(xùn)等環(huán)節(jié)。課程設(shè)計(jì)通過(guò)所選題目，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和規(guī)范的研究方法。畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)側(cè)重EDA技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，讓學(xué)生在運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的過(guò)程中，積累工程經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐教學(xué)可以通過(guò)引入項(xiàng)目來(lái)實(shí)施，通過(guò)一個(gè)完整的“項(xiàng)目”進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，以“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”為主要形式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的源動(dòng)力；讓學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目制作，使學(xué)生學(xué)以致用；讓學(xué)生在操作中進(jìn)行項(xiàng)目相關(guān)參數(shù)的選擇和計(jì)算，使學(xué)生在實(shí)踐中鞏固所學(xué)理論知識(shí)，做到融會(huì)貫通；最終通過(guò)項(xiàng)目的成功制作，使學(xué)生獲得成功的體驗(yàn)，培養(yǎng)理論與實(shí)踐的綜合應(yīng)用能力和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力，為職業(yè)發(fā)展打好基礎(chǔ)，同時(shí)也可以通過(guò)項(xiàng)目加強(qiáng)其團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。
4.考核方式的改革
考試是教學(xué)過(guò)程中必不可少的重要環(huán)節(jié)，它具有檢驗(yàn)、反饋、督導(dǎo)、激勵(lì)等多種功能。考試既是對(duì)教學(xué)效果的有效測(cè)評(píng)，也是對(duì)教學(xué)內(nèi)容的有力強(qiáng)化。EDA技術(shù)這門(mén)課應(yīng)更注重實(shí)際動(dòng)手設(shè)計(jì)能力。
（1）考核目標(biāo)從以往的“考知識(shí)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤翱寄芰Α薄１苊鈱W(xué)生為應(yīng)付考試死記硬背理論知識(shí)，而忽視了對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用。
（2）改變“一考定成績(jī)”的狀況。這種考核方式不利于全面考核學(xué)生知識(shí)與技能。可將平時(shí)成績(jī)，實(shí)驗(yàn)技能，期末考試等方面進(jìn)行有機(jī)結(jié)合作為最終評(píng)定成績(jī)。（平時(shí)成績(jī)包括行為表現(xiàn)、學(xué)習(xí)的興趣與主動(dòng)性、與小組成員的協(xié)作表現(xiàn)等。學(xué)習(xí)過(guò)程的行為表現(xiàn)由上課缺勤率、課堂表現(xiàn)來(lái)打分；學(xué)習(xí)的興趣與主動(dòng)性由是否積極參與老師提出問(wèn)題的討論、是否積極主動(dòng)提出問(wèn)題等方面進(jìn)行打分。）
（3）以課題設(shè)計(jì)的形式作為期末考核。教師結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)不同難度的課題，根據(jù)學(xué)生能力不同，允許學(xué)生自主選題，然后進(jìn)行獨(dú)立考核。可以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和提高實(shí)踐動(dòng)手能力的目的。
三、結(jié)束語(yǔ)
EDA技術(shù)的迅速發(fā)展，是信息社會(huì)發(fā)展必不可缺的動(dòng)力之一，我們要及時(shí)掌握EDA的最新技術(shù)，并對(duì)EDA的課程進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，為我國(guó)培養(yǎng)出更多的EDA技術(shù)人才。
[參考文獻(xiàn)]
[1].EDA技術(shù)與PLD設(shè)計(jì)課程內(nèi)容與教學(xué)原則的探討[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2001，23（2）：17-20.
[2]柳秀山.EDA教學(xué)與現(xiàn)代化電子設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)[M].廣州：廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（4）.
1、產(chǎn)品市場(chǎng)份額位居中國(guó)大陸前列；
2、產(chǎn)品的可靠性及性能參數(shù)處于國(guó)內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先地位；
3、公司與國(guó)內(nèi)外知名手機(jī)芯片開(kāi)發(fā)企業(yè)建立了緊密的合作關(guān)系。
麥捷科技（300319）是國(guó)內(nèi)片式元件領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)。公司自成立以來(lái)始終專(zhuān)注于片式電感及片式LTCC射頻元器件等新型片式被動(dòng)電子元器件的研發(fā)、生產(chǎn)及銷(xiāo)售，并為下游客戶(hù)提供技術(shù)支持服務(wù)和元器件整體解決方案。目前公司片式電感產(chǎn)品的市場(chǎng)份額位居中國(guó)大陸第二位，片式LTCC射頻元器件產(chǎn)品的市場(chǎng)份額位居中國(guó)大陸第一位。
綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力雄厚
麥捷科技主導(dǎo)產(chǎn)品為片式電感以及片式LTCC射頻元器件，屬于高端被動(dòng)電子元器件，其設(shè)計(jì)、制造具有高精密性。公司產(chǎn)品廣泛用于通訊產(chǎn)品、消費(fèi)類(lèi)電子、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用產(chǎn)品、LED照明、汽車(chē)電子、工業(yè)設(shè)備、航空航天及軍工等領(lǐng)域。隨著下游電子整機(jī)產(chǎn)品的輕薄化、集成化和智能化，以片式化、微型化、低功耗為代表特征的片式電子元器件對(duì)傳統(tǒng)插裝元器件替代進(jìn)程加速，逐步成為元器件行業(yè)主流。
公司綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力雄厚，體現(xiàn)在技術(shù)創(chuàng)新與工藝領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)、人才優(yōu)勢(shì)、品質(zhì)優(yōu)勢(shì)、快速響應(yīng)及早期參與優(yōu)勢(shì)、大客戶(hù)資源優(yōu)勢(shì)、成本優(yōu)勢(shì)六個(gè)方面。
公司擁有國(guó)內(nèi)最早從事片式電感及片式射頻元器件行業(yè)的研發(fā)、管理團(tuán)隊(duì)，公司形成了獨(dú)特、領(lǐng)先、創(chuàng)新的三維電路設(shè)計(jì)理念、強(qiáng)大的研發(fā)設(shè)計(jì)能力、持續(xù)完善的工藝技術(shù)水平以及快速響應(yīng)的運(yùn)營(yíng)體系，掌握了設(shè)計(jì)和制造難度較高的片式電感及射頻元器件的關(guān)鍵技術(shù)，并成為中國(guó)大陸第一家掌握LTCC射頻元器件濕法生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)的廠商。截至2011年11月22日，公司已獲授權(quán)的專(zhuān)利共有13項(xiàng)，另有5項(xiàng)專(zhuān)利正在申請(qǐng)。憑借深厚的技術(shù)積累及嚴(yán)格的現(xiàn)代生產(chǎn)控制工藝，公司產(chǎn)品的可靠性及性能參數(shù)處于國(guó)內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先地位，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
品質(zhì)是貫穿整個(gè)行業(yè)鏈的重要屬性。基于公司成熟的制造工藝和較高的研發(fā)設(shè)計(jì)水平，同樣尺寸、同樣體積的電感產(chǎn)品，公司可以實(shí)現(xiàn)其電感量更大、頻率更高、品質(zhì)因素Q值更高，且抗干擾能力更強(qiáng)，過(guò)濾雜波、穩(wěn)定電流能力更好。目前公司片式電感及片式LTCC射頻元器件產(chǎn)品合格率處于國(guó)內(nèi)行業(yè)領(lǐng)先水平，產(chǎn)品出廠合格率高于99.999%（即不良率小于10PPM），高于同行業(yè)平均合格率水平，公司成立至今無(wú)一例重大質(zhì)量事故。
此外，公司建立了一整套成熟的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工藝流程，搭建了模塊化設(shè)計(jì)工作平臺(tái)，大大縮短了開(kāi)發(fā)周期。公司還通過(guò)參與主流芯片產(chǎn)品的早期設(shè)計(jì)為客戶(hù)量身定做一站式元器件解決方案。為了順應(yīng)主流芯片的發(fā)展潮流，提前掌握市場(chǎng)主動(dòng)權(quán)，提高對(duì)下游市場(chǎng)的響應(yīng)速度，公司與國(guó)內(nèi)外知名的手機(jī)芯片開(kāi)發(fā)企業(yè)建立了緊密的合作關(guān)系。公司的主要客戶(hù)包括TCL王牌、創(chuàng)維集團(tuán)、華為通信等國(guó)內(nèi)外知名電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造商。同時(shí)，該等大型整機(jī)廠商與公司建立合作關(guān)系對(duì)下游眾多中小型整機(jī)廠商也具有較強(qiáng)的示范作用，為公司市場(chǎng)開(kāi)拓奠定了良好的基礎(chǔ)。
募投項(xiàng)目提升競(jìng)爭(zhēng)力
根據(jù)中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2010年全球市場(chǎng)對(duì)LTCC射頻元器件的需求量達(dá)到64億只，合計(jì)36.5億元，需求量同比增長(zhǎng)22.61%，預(yù)計(jì)2014年將達(dá)到125億只，合計(jì)人民幣57.5億元。2011-2014年全球市場(chǎng)對(duì)LTCC射頻元件需求量復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到18.19%。
關(guān)鍵詞： LabVIEW; 四面體非晶碳薄膜; 真空磁過(guò)濾多弧; 離子束表面改性
中圖分類(lèi)號(hào)： TN915.9?34; TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）02?0111?04
Development of LabVIEW?based automatic control system for tetrahedral amorphous carbon film preparation
AN Shu?dong1， BI Peng2， ZHAO Hai?tian3， ZHAO Yu?qing1
（1. Key Laboratory for Physical Electronics and Devices of Ministry of Education， School of Electronics and Information Engineering， Xi’an Jiaotong University， Xi’an 710049， China; 2. City College， Xi’an Jiaotong University， Xi’an 710018， China;
3. Guangzhou Iron & Steel Enterprises Group， Guangzhou 510381， China）
Abstract： A automatic control system for vacuum plasma coating machine was designed by means of graphical programming software LabVIEW and data acquisition card PCI1711， which realized automatic control of tetrahedral amorphous carbon film preparation. The design of the system hardware and the core software is described in detail. This system can be divided into five modules： power control， A/D conversion， D/A conversion， PWM output and inter?host communication. The power supply is mainly controlled by electromagnetic relay. D/A conversion is implemented by output on?off interface. A/D Conversion can be achieved by the multi?channel analog switch chip and data acquisition card. The composite vacuometer， molecular pump and gas mass flowmeter ， and their data acquisition are controlled through RS485 data bus. The experiment results indicate that the control system has the real?time monitoring and control functions of vacuum degree， ion beam surface modification，and filtered cathode vacuum arc coating. Computer control of film preparation was realized.
Keywords： LabVIEW; tetrahedral amorphous carbon film; filtered cathode vacuum arc; ion beam surface modification
0 引 言
近年來(lái)，四面體非晶碳膜（tetrahedral amorphous Carbon films，ta?C）憑借其具備許多堪與天然金剛石相媲美的卓越性能而備受關(guān)注[1?3]。通過(guò)等離子電弧在結(jié)構(gòu)件基體表面沉積ta?C薄膜，能夠極大地提高構(gòu)件的耐磨性、耐腐蝕性等性能。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于微電子、醫(yī)療、國(guó)防等不同領(lǐng)域，成為新型碳材料家族中最具吸引力的材料之一[4?5]。隨著ta?C薄膜的廣泛推廣和應(yīng)用，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因此，對(duì)ta?C薄膜的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究逐漸成為近年來(lái)的熱點(diǎn)。
然而，由于ta?C涂層制備工藝的窗口期很窄，要進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，如果沒(méi)有一套完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)，要保證制備過(guò)程中的一致性和重復(fù)性將會(huì)非常困難，因此研制用于鍍膜裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)，是ta?C薄膜大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵所在。
本文利用圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW編寫(xiě)軟件，通過(guò)研華公司的PCI?1711多功能卡將鍍膜機(jī)中的各個(gè)部件與計(jì)算機(jī)相連接，開(kāi)發(fā)并設(shè)計(jì)了用于ta?C薄膜制備的自動(dòng)控制系統(tǒng)，有效地控制制備過(guò)程中出現(xiàn)的偏差，消除人的主觀性對(duì)薄膜制備質(zhì)量一致性的影響，保證ta?C薄膜在工業(yè)化生產(chǎn)中涂層性能的一致性和可重復(fù)性，對(duì)ta?C薄膜制備的產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)分為5部分。主要由內(nèi)置多功能卡PCI1711的PC機(jī)、各設(shè)備電源控制電路板A、多路模擬電壓信號(hào)選通電路板B、多路數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路板C、多路脈沖量輸出電路板D以及有基于RS 485總線(xiàn)的設(shè)備間互聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)等組成。該系統(tǒng)能夠?qū)Ρ∧ぶ苽涞母鱾€(gè)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
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圖1 薄膜制備硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)為普通工業(yè)用計(jì)算機(jī)或個(gè)人電腦，多功能卡選用北京研華公司的PCI?1711多功能卡，它包含16路單端或8路差分模擬量輸入的12位A/D轉(zhuǎn)換、2路12位模擬量輸出、16路開(kāi)關(guān)量輸入、16路開(kāi)關(guān)量輸出、1路脈沖量輸出。由于實(shí)際本系統(tǒng)要控制的開(kāi)關(guān)量、模擬量輸入路數(shù)、模擬量輸出路數(shù)、脈沖量輸出路數(shù)都遠(yuǎn)大于多功能卡的路數(shù)，因此要對(duì)該卡的功能進(jìn)行擴(kuò)展。需要外加電路板實(shí)現(xiàn)，具體見(jiàn)圖1中的電路板A、B、C、D，這樣才能實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和輸出控制。
在電路板A中，通過(guò)控制電磁繼電器完成對(duì)各個(gè)電源啟動(dòng)與關(guān)閉的控制。
將數(shù)據(jù)采集卡16路開(kāi)關(guān)量輸出的高8位作為地址輸出，低8位作為控制數(shù)據(jù)輸出，在本控制電路板上采用74HC574觸發(fā)器鎖存控制數(shù)據(jù)，每個(gè)74HC574控制8個(gè)設(shè)備，設(shè)計(jì)了15個(gè)74HC574，共可輸出120路控制信號(hào)。每一路控制信號(hào)可以控制一個(gè)三極管的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)電磁繼電器的控制，通過(guò)電磁繼電器的觸頭的接通或斷開(kāi)控制1個(gè)設(shè)備的電源通斷。其中一路的控制電路見(jiàn)圖2。
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圖2 一路設(shè)備的電源控制電路
本系統(tǒng)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路采用8個(gè)DAC7725芯片，該芯片是美國(guó)AD公司出品的高性能12位工業(yè)級(jí)D/A芯片，每個(gè)芯片內(nèi)含4個(gè)獨(dú)立的12位D/A轉(zhuǎn)換器，可以輸出4路各自獨(dú)立的模擬電壓。8個(gè)DAC7725共可提供32路模擬電壓輸出，滿(mǎn)足了本系統(tǒng)需要30路用于設(shè)備控制的模擬電壓需求。通過(guò)DAC7725芯片對(duì)數(shù)據(jù)采集卡輸出的12位數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換公式如下：
[Vout=VREFL+VREFIL-VREFL?N4 095]
式中：Vout為送給設(shè)備的控制電壓;VREFL和VREFH 分別為芯片需要的參考電壓;N為轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)[6]。根據(jù)DAC7725的轉(zhuǎn)換時(shí)序，可將LDAC和R/W均設(shè)置為低電平有效，之后輸入12位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，DAC7725輸出端輸出一個(gè)Vout電壓送至受控設(shè)備的接線(xiàn)見(jiàn)圖3。
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圖3 DAC7725接線(xiàn)圖
模擬量輸入電路（A/D轉(zhuǎn)換），將設(shè)備送來(lái)的0～5 V的模擬電壓，通過(guò)2片8路模擬開(kāi)關(guān)芯片CD4051進(jìn)行選通后送到數(shù)據(jù)采集卡的模擬量輸入端，由于PCI1711共有16路模擬量輸入端，2個(gè)4051占用了2個(gè)輸入通道，還有14個(gè)通道可供模擬電壓輸入，從而共可以提供30路模擬量輸入測(cè)量。滿(mǎn)足本系統(tǒng)28路模擬電壓輸入采集的要求。模擬電壓選通電路見(jiàn)圖4。
在薄膜制備過(guò)程中，需要控制真空室真空度、離子源氣體進(jìn)氣流量、分子泵轉(zhuǎn)速等，而這些設(shè)備都配備了RS 485計(jì)算機(jī)通信接口，并提供了相應(yīng)的通信協(xié)議[7?8]，因此，只需要利用RS 485總線(xiàn)，便能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與這些設(shè)備之間的通信，對(duì)其實(shí)施控制。
圖4 模擬電壓選通電路
2 基于LabVIEW環(huán)境下控制程序設(shè)計(jì)
基于LabVIEW環(huán)境的四面體非晶碳膜制備自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件是采用順序結(jié)構(gòu)的思想來(lái)編寫(xiě)的，流程圖如圖5所示，根據(jù)ta?C薄膜制備工藝中不同設(shè)備的控制方式不同，將程序分為電源控制、數(shù)/模轉(zhuǎn)換、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、多路PWM輸出和機(jī)間通信5部分。
對(duì)于電源的控制，主要通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸出高低電平控制電磁繼電器實(shí)現(xiàn)。在LabVIEW中，利用Diowriteportbyte函數(shù)，一次性輸入8位數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)輸出端state，由于電路通過(guò)反相器以及ULN2003型復(fù)合晶體管，因此，當(dāng)程序輸出低電平（0）時(shí)，控制設(shè)備啟動(dòng)，當(dāng)程序輸出高電平（11111111，即十進(jìn)制255）時(shí)，控制設(shè)備關(guān)閉。
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圖5 薄膜制備工藝流程圖
在數(shù)/模、模/數(shù)轉(zhuǎn)換（D/A、A/D）部分，首先利用控制原理中介紹的公式計(jì)算出需要輸入的12位數(shù)字量，然后分為低8位、高4位分別送入數(shù)據(jù)采集卡，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，輸出對(duì)應(yīng)的0～5 V的模擬電壓信號(hào)，控制設(shè)備的運(yùn)行;如果設(shè)備工作狀態(tài)發(fā)生改變，以模擬量輸出的方式，將自身的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換成0～5 V的模擬電壓信號(hào)傳送到數(shù)據(jù)采集卡的輸入端，實(shí)現(xiàn)信息的反饋，其程序框圖如圖6所示。
在鍍膜過(guò)程中，同樣需要很多設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間的通信，這些通信可以通過(guò)RS 485總線(xiàn)串行通信接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，在軟件設(shè)計(jì)中，VISA函數(shù)可以很好實(shí)現(xiàn)這一功能[9?10]。
設(shè)備使用異步串行通信接口，采用RS 485通信方式，其數(shù)據(jù)格式為：一個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，無(wú)校驗(yàn)位，2個(gè)停止位。設(shè)置串口號(hào)COM1、波特率4 800 b/s、校驗(yàn)位NONE、數(shù)據(jù)位8、停止位2等參數(shù)（注意：設(shè)置的參數(shù)必須與儀器設(shè)置的一致），選擇 16進(jìn)制發(fā)送方式，將要輸入的指令通過(guò)總線(xiàn)接口進(jìn)行傳送，從而達(dá)到與設(shè)備之間的通信，程序框圖如圖7所示。
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圖6 D/A、A/D轉(zhuǎn)換上位機(jī)部分程序框圖和前面板
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圖7 真空室真空度控制程序框圖
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
實(shí)驗(yàn)證明，此系統(tǒng)可以制備出四面體非晶碳膜，運(yùn)行本控制系統(tǒng)的程序界面如圖8所示。<E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201502＼Image＼10t8.tif>
圖8 控制系統(tǒng)程序界面
對(duì)此薄膜用Dimension 3100 SPM型原子力顯微鏡作為測(cè)試儀器，效果如圖9所示。
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圖9 本系統(tǒng)制備出的ta?C薄膜的表面形貌
4 結(jié) 語(yǔ)
本文利用LabVIEW 軟件平臺(tái)構(gòu)建了四面體非晶碳薄膜制備的自動(dòng)控制系統(tǒng)，結(jié)合西安交通大學(xué)磁過(guò)濾陰極真空電弧源多層介質(zhì)涂層設(shè)備，最終制備了高質(zhì)量的ta?C薄膜，同時(shí)，在薄膜沉積過(guò)程中，還可以利用該自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)ta?C薄膜進(jìn)行各種調(diào)控，使薄膜具有更加穩(wěn)定的性能，減少了在傳統(tǒng)人工控制中的許多人為性錯(cuò)誤操作和批量生產(chǎn)質(zhì)量的不一致性，對(duì)ta?C薄膜的廣泛應(yīng)用具有重要意義。
參考文獻(xiàn)
[1] SHI X， TAY B K， TAN H S， et al. Properties of carbon ion deposited tetrahedral amorphous carbon films as a function of ion enery [J]. Applied Physics，1996， 79（3）： 7234?7239.
[2] GRILL A. Diamond?like carbon： state of the art [J]. Diamond and Related Materials， 1999， 8（2）： 428?435.
[3] MCKENZIE D. Tetrahedral bonding in amorphous carbon [J]. Reports on Progress in Physics， 1996， 59（12）： 1611?1616.
[4] 曾毅，馮景偉，張葉方，等.碳化硼涂層顯微結(jié)構(gòu)和性能研究[J].無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)，2000，15（1）：137?142.
[5] 韓亮，楊立，楊拉毛草，等.磁過(guò)濾器電流對(duì)非晶碳薄膜摩擦學(xué)特性影響的研究[J].物理學(xué)報(bào)，2011，60（4）：537?541.
[6] 畢宏彥，佘采青，丁浩，等.基于μC/OS Ⅱ的三維打印機(jī)任務(wù)間的通信技術(shù)研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（23）：136?138.
[7] 劉陸，楊麗英.基于DSP30F6010三相異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（1）：131?133.
[8] 王立文，蔡茂林.基于LabVIEW實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化航材庫(kù)的串行通信[J].自動(dòng)化與儀表，2006（2）：60?63.
