測控電路設計與應用范文

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篇1

關鍵詞:包裝機;電加熱器;自動斷電;斷路故障

中圖分類號:TP277 文獻標識碼:B

文章編號:1004-373X(2009)21-141-03

Design and Application of Measuring and Control Device of

Open Circuit Fault in Electric Heater

LV Yuming,LIU Yingui

(Tianjin Electronic Information Vocational College,Tianjin,300132,China)

Abstract:In equipments such as automatic packing machine and bagging machines which required the electric heater to package plastic products,it is common that electric heater is often in open circuit fault.To detect the inductive voltage of the circuit by current is to determine whether the electric heater is working properly.Alarm output or host control can be realized by using opto-coupler device to determine whether the normal temperature controller is on/off.Electric heater circuit fault monitoring and control devices can automatically identify whether temperature heater is off and whether the electric heater is in open circuit.After trial on the packaging machine,the device of the performance parameters can meet requirements of packaging equipments and users.It also meets the requirement of packaging machinery equipment.

Keywords:packaging machines;electric heater;automatic power-off;open circuit fault

針對目前全自動包裝機、制袋機、塑料注塑機等設備均需電加熱器進行塑料產品的封裝,電加熱器燒斷(斷路)是設備使用中最常見的故障,一旦電加熱器出現斷路故障,不及時排除,輕則不能保證塑料成形產品的產品質量,重則會造成原材料浪費,增加企業運行成本。本技術及專利產品能正確判斷電加熱器是溫度升高自動斷電還是電加熱器斷路故障。

1 該裝置的研究意義

該裝置的研究意義主要來源于相關設備廠家(如包裝機械、制袋機械、注塑機械等)及產品的直接應用企業,這些企業的生產過程表明:

(1) 在包裝行業電加熱設備具有廣泛的應用市場。

(2) 電加熱器燒斷(斷路)是設備使用中最常見的故障。

(3) 電加熱器燒斷故障不及時排除,輕則不能保證塑料成形產品的產品質量,重則會造成原材料浪費,造成人力、物力資源損失,增加企業運行成本。

針對塑料包裝加工行業的需求,該裝置應達到下列要求:

(1) 電加熱器斷路檢測裝置能夠自動識別溫度升高加熱器斷電和電加熱器斷路故障。

(2) 電加熱器斷路后立即控制加工機器停止運行,給出報警信號。

2 該裝置提出的背景

中國是世界包裝制造和消費大國,在20世紀90年代后由于包裝制品工業發展的需要而出現了高速度發展,年平均增長率為30%[1],而塑料包裝在包裝產業總產值中的比例已超過30%,成為包裝產業中的生力軍,在食品塑料包裝、醫藥塑料包裝、化妝品塑料包裝、農藥塑料包裝及工農業生產各個領域發揮著不可替代的作用[2]。目前國內包裝機、制袋機、注塑機等電加熱類機械設備產量將大增,但它的電加熱器使用壽命卻僅有2~3個月,一旦加熱器出現燒斷故障,將造成原材料的浪費和使產品質量受到影響。

2.1 關鍵技術

包裝機上電加熱器一般由溫度控制儀表的觸點來控制交流電源通斷。當電加熱器溫度低于設定溫度時,溫度控制儀表的觸點接通,電加熱器溫度上升。當電加熱器溫度高于設定溫度時,溫度控制儀表的觸點斷開,電加熱器溫度下降。溫度控制儀表的觸點通斷,保證電加熱器工作在一定溫度范圍內。一旦加熱器出現燒斷故障,操作人員無法判斷是溫度升高加熱器正常斷電還是加熱器斷路故障造成的斷電。由于加熱器的熱慣性,溫度需延遲一段時間才降下來,這樣當操作人員發現產品不合格后,已造成百上千的產品浪費,使產品質量受到影響。電加熱器斷路檢測裝置應能夠自動識別溫度升高加熱器斷電和電加熱器斷路故障[3]。

2.2 國內外的現有技術情況

目前,國外智能溫度控制儀表中兼有低溫檢測及報警功能,而無加熱器斷路故障檢測,如日本富士、歐姆龍公司產品;國內某些企業生產的相關產品體積大、檢測及報警配置復雜、可靠性差、不便于安裝維護,不能很好滿足相關企業的需求。

2.3 市場需求量大,要求該技術產品性價比高、便于安裝

目前國內包裝機、制袋機、注塑機等電加熱類機械設備產量大增,用戶多為中小型企業。由于市場競爭激烈,特別是塑料加工機械成形產品的直接用戶更需要產品價格低、性能可靠、安裝維護方便的電加熱器斷路故障測控裝置以保證塑料包裝機械成形產品的質量。

3 該裝置的工作原理

電加熱器斷路故障測控裝置是串接于加熱器和溫度控制儀表觸點之間,主要用加熱器斷路(燒斷)的電流檢測和儀表觸開關點K通斷的電壓檢測。若儀表觸點K正常通斷,對本裝置沒有影響,無信號輸出;只有當加熱器出現斷路故障,本裝置才有信號輸出,再與其他裝置(顯示、蜂鳴、主機控制等)配合,實現控制功能要求。

系統配置示意圖如圖1所示。包裝機電加熱器斷路測控裝置,由觸點動作檢測電路、加熱器故障檢測電路、測控信號輸出電路及直流電源組成;橫封觸點動作檢測電路、縱封觸點動作檢測電路分別并接于橫封溫度控制儀表觸點開關(K1)和縱封溫度控制儀表觸點開關(K2)的兩端,用于對儀表觸點開關處的電壓檢測。當觸點開關K1和K2斷開時,發光二極管L1和L2發光;當觸點開關K1和K2閉合時,發光二極管L3和L4發光。橫封(縱封)加熱器故障檢測電路串接于橫封(縱封)加熱器和溫度控制儀表觸點開關K1(K2)之間,用于對橫封(縱封)加熱器斷路的電流檢測;當加熱器正常時,發光二極管L5(L6)不發光;當橫封(縱封)加熱器斷路時,發光二極管L5(L6)發光報警;同時繼電器J吸合,對外給出控制信號。如圖2所示[4]。

包裝機一般都由橫封加熱電路和縱封加熱電路組成,兩電路結構一樣,故只分析橫封加熱電路。橫封觸點動作檢測電路包括電阻(R1,R2)、整流二極管(D1)、濾波電容(C1)、光電耦合器件TLP521-1(U1)及LED發光二極管(L1)。當觸點開關(K1)斷開時,LED發光二極管(L1)發光;光電耦合器件(U1)輸出低電平,測控信號輸出電路三極管(Q3,Q5)截止;當觸點開關(K1)閉合時,LED發光二極管(L1)不發光,光電耦合器件(U1)輸出高電平,二極管(D9)截止,三極管(Q1)導通,LED發光二極管(L3)發光,鉗位二極管(D10)導通,測控信號輸出電路三極管(Q3,Q5)截止[5]。

由法拉第電磁感應定律知道,只要線圈所交鏈的磁通發生變化,均要在線圈中產生感應電動勢,不管所交鏈的磁通是否是由本線圈的電流產生[6]。所以,橫封加熱器故障檢測電路是由互感電路完成,包括互感器(H1)、整流二極管(D2)、濾波回路電容(C2)、電阻(R4)、三極管(Q1)、LED發光二極管(L3)及雙路電壓比較器LM393(U3);電阻(R9,R10)組成分壓電路為電壓比較器(U3)提供1 V的基準電壓;當橫封加熱器正常時,LED發光二極管(L3)發光,指示橫封觸點開關K1閉合,電壓比較器(U3)輸出高電平,三極管(Q1)導通,鉗位二極管(D10)導通,橫封加熱回路指示LED發光二極管(L5)不發光,輸出驅動電路三極管(Q3,Q5)截止,對外沒有輸出;當橫封加熱器斷路時,電流檢測互感器(H1)上沒有感應電壓,電壓比較器(U3)輸出低電平,三極管(Q1)截止,測控信號輸出電路三極管(Q3,Q5)導通,發光二極管(L5)發光報警;同時繼電器(J)吸合,對外給出控制信號[7]。

電源模塊采用三端集成穩壓器,在三端集成穩壓器中包括了串聯型直流穩壓的各個組成部分,另外加上保護電路和啟動電路。在W7800系列三端集成穩壓器中,已將三種保護電路集成在芯片內部,它們是限流保護電路、過熱保護電路和過壓保護電路[8]。

電路直流穩壓電路由變壓器(H3)、整流二極管(D5～D8)、濾波電容(C5,C6)及三端穩壓器W7812(U4)組成,為斷路測控器提供12 V直流電壓[9]。

在電加熱器斷路故障測控裝置設計中主要考慮:

(1) 在實際的電子電路系統中,不可避免地存在各種各樣的干擾信號,若電路的抗干擾能力差將導致測量、控制準確性的降低,產生誤動作,從而帶來破壞性的后果。若硬件上采用一些設計技術,破壞干擾信號進入測控系統的途徑,可有效地提高系統的抗干擾能力。采用隔離技術是一種簡便目行之有效的方法。隔離技術是破壞“地”干擾途徑的抗干擾方法,硬件上常用光電耦合器件實現電一光一電的隔離,他能有效地破壞干擾源的進入,可靠地實現信號的隔離[10]。因此,在輸入/輸出電路上采用光電隔離技術,保證強弱電間的隔離及干擾的串入。

(2) 獨立的外觀結構,明確的信號輸入/輸出接線端子,保證安裝維護的安全與快捷。

(3) 電加熱器斷路后使主機立即停止運行。

經過反復試驗和調試,產品如圖3所示。

4 申報專利轉化成果

該裝置已申報實用新型專利,專利號為:ZL2007 2 0096249.2,專利名稱:包裝機加熱器斷路測控器。

由天津電子信息職業技術學院研發的 “電加熱器斷路故障測控裝置”已由天津市富航儀表新技術產業有限公司組織生產,并為包裝機械行業的電加熱器控制系統配套使用。

該項目是天津市高等學校科技發展基金計劃項目,項目名稱:電加熱器斷路故障測控裝置,項目號:20060617,已于2008年7月通過專家驗收結題。

5 結 語

該實用新型裝置作為相關設備的配套部件,具備了加熱器斷路檢測,并且在加熱器斷路后快速報警輸出,迅速停止主機運行,同時在故障出現后不浪費塑料成形材料,降低工業生產成本,保證產品質量。經過一年來的使用,該產品結構設計合理,電路構思巧妙、成本低、性能可靠,特別是對于舊包裝機械的改造安裝方便靈活,取得很好的經濟效益和社會效益。

創新點:該裝置能夠準確判斷電加熱器是由于溫度升高自動斷電還是電加熱器斷路故障,徹底解決了包裝行業電加熱器斷路故障檢測難題。

參考文獻

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[6]石生,韓肖寧.電路基本分析[M].北京:高等教育出版社,2000.

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[10]謝子青.光電隔離抗干擾技術及應用[J].現代電子技術,2003,26(13):33-34.

篇2

該設備供電電壓為三相380VAC，頻率為50HZ，總功率為11KW。

該機的電氣控制系統應用了先進的電子技術和微機控制技術，其電氣技術水平和自動化控制程度已達到了國內同類產品的先進水平。

自動模切機由五臺電動機拖動，主電機采用的是電磁調速電機，可實現恒轉矩無級調速。可實現在1500張/小時到7000張/小時的 范圍內連續可調，調速平穩。通過PLC控制整個過程，在送紙、輸紙、歸紙、壓切、收紙、計數中，做到全自動化控制，較好的實現了模切機的各項功能。

根據模切機的工藝過程以及對模切機的自動化程度、精度、速度的要求，模切機的電氣控制采用PLC控制.利用PLC外部結構簡單、內部功能齊全的特點，實現模切機的自動控制。模板位置顯示、壓切速度及出紙計數均由數字顯示。檢測部分采用光－電、機－電為一體的檢測手段。對錯誤操作、機械故障及紙張的送、運故障均發出聲、光報警。

以上各項技術的應用，確保了整機性能的先進性、可靠性和安全性。

關鍵字 自動模切機 可編程控制器 梯形圖

The molding machine is controlled by PLC

Abstract

This paper introduced the molding machine， including of the development of the birth background and the further， also the process of the working. In this paper， it had realized many functions， for example， the main circuit design， power source circuit design， controlling circuit design， monitoring circuit design and the PLC software design and so on.

According to the working process of the molding machine and the need to the automatic， precision and speed， the molding machine makes use of the PLC control. The PLC has some advantages， which needs connecting less wires， the functions is more， complete the automatic control of the molding machine.

The automatic molding machine has five electrical machines. The main electrical machine makes use of electromagnetism to adjust the speed. because of the PLC control， realize the all parts are automatic， including of sending papers， inputting papers， molding slice， accepting papers and counting.

Key words automatic molding machine programmable logic controller ladder-shape figure

目錄

第一章 緒 論………………………………………………………………………………1

1.1 概述 …………………………………………………………………………………1

1.2 課題研究的意義 ……………………………………………………………………1

1.3 模切機的發展現狀 …………………………………………………………………2

1.4 主要技術參數 ………………………………………………………………………3

第二章 MW640模切機方案論……………………………………………………………4

2.1 系統整體設計 ………………………………………………………………………4

2.2 系統的控制方案 ……………………………………………………………………4

2.3 可編程控制器PLC的選擇 …………………………………………………………9

2.4 方案的確定…………………………………………………………………………10

2.5 PLC的原理與結構 …………………………………………………………………11

第三章 系統硬件設計……………………………………………………………………17

3.1 主電路設計 ………………………………………………………………………17

3.2 接口控制電路設計……………………………………………………………… 20

3.3 模切控制電路設計 ………………………………………………………………30

3.4 溫度控制電路設計 ………………………………………………………………31

3.5收紙臺控制電路設計 ……………………………………………………………32

3.6送紙臺控制電路設計………………………………………………………………33

3.7電氣原理……………………………………………………………………………35

第四章 系統軟件設計……………………………………………………………………37

4.1 梯形圖設計 ……………………………………………………………………37

4.2 梯形圖參照表 …………………………………………………………………46

第五章 結束語……………………………………………………………………………49

致 謝 …………………………………………………………………………………50

參考文獻 …………………………………………………………………………………51

附 錄 A …………………………………………………………………………………52

附 錄 B …………………………………………………………………………………54

第一章 緒論

1．1 概述

自動模切機的發展經過了一段相當長的過程。在模切加工發展過程中，由原始祖先一手握住鐵制沖模，一手握住錘子，用錘子敲擊沖模頂端，而得到的印刷制品，到現在的專用模切機，已經逐步發展成熟。但是現在模切機仍然利用原始加工的原理，形成了整體模式。

現代模切機用合金鋼制成，其鋒刃與被切的形狀相同。隨著技術水平的不斷提高，模切機自動化水平提高很快。隨著需求量的日益增加，對模切機的自動化的要求也越來越高，液壓、程控、PLC控制的模切機已占領越來越多的市場。先進的微機及屏幕直接顯示的自動控制系統，可以存儲及其復雜的模切程度，并且具有簡單的編程方法、多層次的人機對話系統，配備完善的附加設備，為包裝業立下了汗馬功勞。經過加工的包裝印刷品可以大幅度地提高檔次，對宣傳產品、吸引顧客、增加產品附加值起著重要作用。

我國加入世貿組織之后，包裝業有了很大的發展空間，包裝品表面整飾成型、加工需求隨之有了更大的增長，模切燙金設備與技術市場服務也加倍引起人們的關注，我國的包裝印刷工業開始進入發展繁榮的新時期。

1.2 課題研究的意義

隨著社會文明的發展和生活水平的提高，新產品的不斷問世，銷售量逐漸擴大。與國內外客戶的進一步交流，促使我國包裝工業迅速發展，市場急需大量高性能的自動化包裝機械以滿足人們日益增長的社會需求。近些年來，由于人們環保意識的不斷的加強，折疊紙盒由于它具有易回收、無污染等特點，因而受到各國環保部門的重視，具有很大的應用價值。在各種包裝材料中，紙包裝容器的應用最為廣泛，占總消耗品的45～50%。但是，在要求環保的同時，對產品的包裝要求更是越來越高，不僅要求產品外包裝上具有較艷麗的印刷圖案，而且還要求產品外包裝的盒型精美、別致、造型漂亮。

模切機作為一種模壓折疊紙盒工藝的專用包裝機械，出現在人們的面前，它利用模切刀，根據產品設計要求的圖樣組合成模切板，在壓力作用下，將印刷品或其它板料、坯料軋切成所需形狀和切痕的成型工藝，用以進行印品模切壓痕加工，制作出來的包裝品結實耐用，而且立體美觀，滿足了人們對美的要求，它的完善發展顯現出其巨大的市場價值。

隨著科技水平的提高，模切機的自動化水平提高很快，液壓、程控、PLC控制的模切機以占領越來越多的市場。很多公司經過很多年的發展已經成為品種齊全、覆蓋面很廣的專業生產企業，產品大大縮短了與國外先進機器的差距。有些模切機性能已接近歐洲先進水平，但與國外領先的模切機相比，在穩定性、可靠性、新技術的應用、設備制造水平等方面還存在不少的差距。

因此，我們應在如何提高自動模切機的自動化程度以及人機對話等方面努力工作，完善自動模切機的控制系統，改進自動模切機的模切工藝，從而與世界先進的模切機技術接軌。

1.3 模切機的發展現狀

1.3.1 國內現狀

改革開放的不斷深入，入世的實現，我國對外貿易的迅速擴大，包裝印刷更加引起人們的重視。不斷擴大的市場需求，使得模切壓痕、凹凸壓印技術及設備越來越廣泛應用于包裝盒、紙箱、商標的制作。模切機尤其是自動模切機獲得了空前的發展機遇，國產自動模切機已成為印后加工設備中發展最快、技術含量及自動化程度最高，與國外先進機器差距最小的印后加工設備之一。

十年前，國產模切機以立式平壓平機型為主，該機型自動化程度低，模切質量不高，但由于價格低廉、易調整、適于小批量生產，所以至今應用仍相當廣泛。近些年來，由于包裝印刷的發展，需求的急劇增加，通過引進、消化、吸收外國先進模切技術及設備，國產自動模切機，尤其是臥式自動平壓平模切機、模切燙金兩用機發展成為主流機型。國內各個公司生產的模切機以能滿足絕大多數的市場需求，有多種模切機通過了歐洲CE認證，產品已銷到歐美的許多國家。MY1050—P自動排廢模切機具有全清廢功能，由PLC可編程控制器控制，實現全過程的自動化，人機界面可自動顯示機器的速度、加工數量、運行時間和運行狀態，使得操作及故障排除既快捷又方便。電器上采用變頻調速，實現了無級變速，最高模切速度達7000次/時，而帶排廢功能速度為5500次/時，套準精度±0.15mm，適合于復雜紙盒、煙包的自動排廢模切。

有些國內產品已接近國際先進水平，令人欣慰。其中MW1050AⅡ自動模切機具有模切速度快、模切精度高自動化程度高等優點。由PLC和電子凸輪分度器對全機運行和故障進行監控，采用LCD觸摸屏顯示人機對話，使操作直觀而方便。該機堪稱國產自動模切機先進機型的典型代表。

但就產品的模切精度、速度及精度保持性等方面看，仍存在一定的缺陷，加強此類產品的基礎理論研究，采用先進的設計手段，完善和建立各類元器件的試驗和分析設備，進一步提高工藝手段，從而保證加工、裝配的準確性、統一性，使整機水平有一個質的飛躍。

1.3.2 國外現狀

國外模切機已有60多年的發展歷史，模切技術已經達到了相當高的水平.而且正進一步向智能化、高速化、高精度、多功能、大幅度、高穩定性及聯機化方向發展。當前，國外自動平壓模切機的工作速度普遍在7500~9000 張/小時。在DRUPA2000展覽會上，瑞士BOBST公司生產的SPRINT EPA106PER自動模切壓痕機創造了12000 張/小時的單機模切壓痕速度。從模切精度上講，國外自動平壓模切機的模切精度通常可以控制在0.1mm左右。并帶有清廢裝置。觸摸監視器上的圖象符號、控制信號便可通過獨立的微機系統立即傳遞到工作裝置。各印刷和模切裝置上的微機能相互交換信息，精確而簡單地通過觸摸高清晰度彩色顯示屏，達到最佳標準。

1.4 主要技術參數

1.供電電源:3相，50HZ，380V；

2.模切速度:1500張/小時到7000張/小時；

3.有連續運行功能和手動運行功能；

4.可實現自動送紙、自動模切、自動收紙功能及自動計數功能；

5．可實現運行紙速、模板位置、紙張計數顯示；

6．有故障檢測能力及安全保護裝置；

7．對錯誤操作、機械故障及紙張的送、運故障均發出聲光報警；

第二章 MW640模切機方案論證

2.1 系統整體設計

本系統采用PLC可編程控制器等先進技術，集光、機、電于一體，可實現自動給紙、輸紙、模切、收紙、計數等功能，并有故障檢測能力及安全保護裝置。完成主電路設計、電源電路設計、控制電路設計、檢測電路設計，PLC軟件設計，器件選擇等。

2.2 系統的控制方案

2.2.1 單片機控制方案

單片機是在一塊半導體硅片上集成了微處理器（CPU），存儲器和各種輸入、輸出接口（定時器/計數器，并行I/O口，串行口，A/D轉換器以及脈寬調制器PWM等），這樣一塊集成電路芯片具有一臺計算機的屬性，因而被稱為單片微型計算機，簡稱單片機。它主要應用于測控領域，用以實現各種測試和控制功能。

單片機以其卓越的性能，得到了廣泛的應用，以深入到各個領域。它有很多特點：

（1）小巧靈活、成本低、易于產品化。它能方便地組裝成各種智能測控設備及各種智能儀器儀表。

（2）可靠性好，適應溫度范圍寬。單片機芯片本身是按工業測控環境要求設計的，分為民品、工業品、軍品、其中工業品、軍品具有較強的適應惡劣環境的能力。

（3）易擴展，很容易構成各種規模的應用系統，控制功能強。單片機的邏輯控制功能很強，指令系統有各種控制功能的指令。

（4）可以很方便地實現多機和分布式控制系統。

（5）減少硬件系統設計開發的周期，因為單片機、SRAM和FLASH等已經集成在一個核心模塊中。

（6）具有強大的存儲能力，可以寫幾萬行C語言代碼和存儲大量的數據

（7）具有競爭力的價格因素。

篇3

防潮是糧食儲存過程中一項重要內容，對糧食的儲存質量有很重要的作用。它直接影響到儲備物資的使用壽命和工作可靠性。為保證日常工作的順利進行，首要問題是加強倉庫內溫度與濕度的監測工作。但傳統的方法是用扦樣式玻璃溫度計，人工判讀等最原始的測溫方法，工作量大，難以控制，滯后嚴重，做好日常的糧情檢查工作，可以發現問題，及時處理，以保證儲糧的安全。本論文側重介紹“單片機溫度檢測系統”的軟、硬件設計及相關內容。論文的主要內容包括：采樣、LED顯示，單片機89C51的開發以及系統應用軟件開發等。作為控制系統中的一個典型實驗設計，單片機溫度檢測系統綜合運用了單片機技術、模擬電子技術、通信技術、數碼顯示技術等諸多方面的知識。

2糧倉濕度檢測系統硬件設計

糧情測控系統是計算機硬件與軟件的結合體，實現了計算機對儲糧的檢測與預警。系統硬件由控制部分和信號檢測部分組成，其中，控制部分包含五個模塊：控制器模塊、手動按鍵、顯示模塊、通信模塊和報警模塊；信號檢測部分包含一個模塊：濕度檢測模塊。

2.1核心單元電路

綜合考慮系統的方便性，可靠性，性價比等因素，系統主機芯片采用AT89C51。AT89C51是控制系統常用的單片機，應用在很多領域，利用它完成的報警系統很多。使用AT89C51單片機構成的計算機系統能夠實現準確的采樣煤氣濃度，能夠達到題目的設計要求，而且AT89C51單片機相對于其它型號的單片機，更加易于學習和掌握，性能也相對比較好。

2.2檢測傳感器和檢測電路

濕度檢測采用的是濕度傳感器HS1101。在糧情測控系統中主要是檢測室內與室外的濕度，一般一個糧倉有兩個濕度檢測點，且精度要求不高。

2.3顯示電路設計

系統顯示模塊采用數碼管動態顯示原理，清晰的顯示實時濕度值

3軟件設計

整個系統軟件設計分為兩個部分，作為主控的上位機的軟件設計及作為數據采樣的單片機終端節點的軟件設計。系統采用模塊化編程，將各部分功能分別實現，主要的功能子程序有：數據采集、標度變換、線性校正、數制轉換、數值顯示、發送、接收和部分中斷子程序。

4系統調試

本次設計采用的是模塊化電路和模塊化程序，因此在聯調時只需要把各模塊進行正確的連接就可以實現仿真，其模塊與電路圖在前面已經介紹這里只是給出總體調試的效果，把軟件調試的.HEX文件燒入其中的AT89C51中就可以運行了。

5結語

篇4

蒙特卡羅方法是容查分析方法的一種,被大量應用于電路防真分析。蒙特卡羅方法的本質思想是假定所研究問題是若干已知概率分布的隨機變量的函數,并據此建立一個數學模型;對隨機變量進行反復抽樣,并根據模型計算每次抽樣下的相關統計量,當抽樣足夠大的時候,統計量的平均值可作為問題的近似解,而解的可能覆蓋范圍可用統計量的標準偏差來計算。

關鍵詞:電源可靠性容差分析仿真

容差分析實例:

以下以一車載電源為例,展開蒙特卡羅分析,蒙特卡羅分析是容差分析的一種具體方法。

如圖是由LM317等構成的充電器電路。它是采用LM317的恒流充電電路,其輸入電壓Ui為+17～+30V,輸出電壓U。最大為13.8V,電流為1A。輸出電壓與被充電電池的充電終止電壓一致,由分壓電阻R1和R2進行設定。用R6檢測輸出電流,再通過Q1和Q2自動調整LM317使其輸出電壓與電池端子電壓一致,輸出約0.35A的恒定電流。R6阻值可按下式確定,即R6=UBE/1A=0.7V/0.35A≈2Ω,電路中選用2Ω。

對于電源電路,輸出電壓的穩定值是電路設計最為關心的指標。輸出電壓的穩定值由R1和R2電阻所決定,因此對R1和R2兩個參數進行分析,他們實際電路取值為240Ω和1.9KΩ,選擇電阻精度為1%,輸出電壓要求為5.0V +/-0.2。如果電阻R1和R2公差精度等級由1%放寬到5%,輸出電壓要求仍然為5.0V +/-0.2。

根據傳統電路設計經驗,無法對電路參數和穩定性之間的影響做定量的分析,因此工程師一般就采用低公差高穩定性的高成本元器件,雖然對性能沒有影響,穩定性也有所保證,但是元器件成本較高,這樣做勢必造成產品成本提高,制造困難。

蒙特卡羅分析利用一種統計分析方法,分析電路元件的參數在一定數值范圍內在按照指定的誤差分布變化時對電路特性的影響。對電路進行蒙特卡羅分析時,一般要進行多次仿真分析。首先按電路元件標稱值進行仿真,然后在電路元件參數標稱值基礎上加減一個δ值進行仿真分析,所去的值取決于所選擇的δ概率分布類型。

蒙特卡羅參數仿真器參數設置主要有以下幾個部分:

1、蒙特卡羅分析次數。最小值必須大于等于2

2、模型參數公差設置。即選擇公差范圍百分比

3、輸出節點選擇

Multisim 軟件在蒙特卡羅性能參數設置:電阻R1和R2為電路中需要進行蒙特卡羅仿真的雙參數,電阻值分別為240Ω和1.9KΩ。本例僅以選擇電阻精度等級角度(精度等級由1%放寬到5%)來說明Multisim 仿真方法在定量進行容差分析中的蒙特卡羅分析中的應用。蒙特卡羅分析精度與仿真次數(抽樣次數)直接相關,抽樣次數直接在“分析參數”中按照需要設定。假設本例中30次已經能夠滿足統計精度要求,則在運行次數中設定30次.在對該電路仿真前同時按照要求設定公差,此例中電阻R1和R2公差設置為5%。

輸出波形是仿真后得到的30條輸出電壓響應曲線,如圖(Car Power Supplier Monte Carlo Analysis)所示。

根據圖示蒙特卡羅分析,可以得出:基于Multisim仿真方法,對電路參數進行定量分析,證明該電路電阻R1和R2公差精度等級由1%放寬到5%完全能夠滿足系統工作的要求。

結論:

容差分析作為電路系統可靠性設計與分析的一個重要環節,提供了同時研究多個變量對一個輸出變量的效應的方法。這些實驗有一系列運行或檢驗組成,其中對輸入變量進行有目的更改,并在每次運行后收集數據。特別是在開發階段通過防真軟件(Saber, Multisim)的容差分析技術和方法的應用研究,可以實現在電路設計階段中對元器件公差選擇和最終電路的輸出特性分布做出預測,并得到批量生產時產品的系統性能可靠性以及電路參數變化對系統性能的影響,由此為電路可靠性設計和研究提供了一種有效的方法。

參考文獻:

[1]熊偉、侯傳教、梁青、孟濤. 電路設計及仿真應用. 清華大學出版社.

篇5

超聲促滲是指運用超聲波對人體皮膚產生的空化作用、熱效應等，促進藥物透過皮膚進入軟組織的過程。本電路設計具有頻率、功率可調，過壓和過流保護，克服目前超聲透皮儀智能化低、安全性差等缺陷。相關實驗取得了良好的效果，具有一定實用價值。

【關鍵詞】超聲促滲 前置放大器 msp430f149

1 引言

經皮給藥是指給定的藥物通過皮膚經過毛細血管吸收進入體循環產生藥效的一種給藥方式，它能提供十倍于常規給藥方法的持續穩定的滲透率。其次，溫度對于經皮給藥也有一定的影響，但超聲具有熱效應，因此既要保證安全的條件下，盡量提高滲透率；本文采用TI單片機msp430f149作為控制芯片，具有可調頻率、功率以及可控恒溫的特點。

2 硬件設計

本系統核心為mspf430f149，核心電路包括：溫度檢測控制電路、超聲功放電路、過流保護電路、顯示模塊；總體框圖如圖1。

2.1 溫度檢測控制電路

溫度的檢測采用鉑電阻Pt100，接線方式采用三線制，采樣電路為橋式測量電路，經采樣后輸出正電壓，A/D轉換后變為數字量，然后送入單片機進行分析、處理，經過數字濾波后，在讀入DS18B20測定的數值，二者先做一個比較，取較小值，將其溫度與設定溫度值相比較，然后在單片機進行模糊PID運算，輸出通斷控制脈沖信號，通過過零觸發驅動雙向晶閘管（MOC3601），控制其導通時間，控制電阻絲的電源電壓，改變加熱功率，從而控制溫度。

在電路系統中，對生理信號的放大，前置放大器選用儀表放大器INA326，它具有高共模抑制比、高輸入阻抗、低漂移、低噪聲等特點；它和Pt100構成的溫度檢測和前置放大如圖2。

上式表明：該電路可以通過調節RG進行增益的控制。

在溫度檢測控制電路中，設計模糊PID控制器，如圖3所示，它由兩部分構成，直接控制器和間接控制器，直接控制器采用PID控制器，間接控制器為模糊推理；通過對測定溫度值與用戶設定溫度值的偏差|e|和偏差變化率|e'|的分析判斷，而且根據實際控制結果，修正參數KP，KD，KI，使控制效果達到最佳。

2.2 超聲功放電路

超聲波功放電路主要是由msp430f149產生脈沖，驅動電路（IR2110）、變壓器耦合電路和阻抗匹配電路四部分組成。

如圖4所示：用單片機msp430f149作為信號源，產生f=20kHz功率為 的方波；送入IR2110驅動電路，放大后驅動功率管交替導通，產生相應的激勵信號加載到變壓器的副邊；經過變壓器的耦合，送入阻抗匹配電路從而驅動超聲換能器；阻抗匹配使超聲換能器負載實現最大功率傳輸。而由D1、R3、C4構成的回路能吸收功率管開、斷產生的尖峰脈沖，從而有效保護功率開關管。為了防止電路系統的不穩定而產生大電流，因此加入了過流保護電路。

3 軟件設計

整體程序包括主程序、溫度控制程序、超聲發生程序、溫度采集與顯示、人機交互程序等。整體程序如圖5。

4 小結

本文通過控制溫度、頻率和功率等多種因素來促進超聲波經皮的滲透性。整個電路目前在實驗室標測中均表現出顯著的效果和良好的實測值，但在臨床上的應用，還將繼續實驗。

參考文獻

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[4]袁燕玲，周紅.單片機控制的脈寬調制功率放大器設計與研究[J]. 電子元器件應用，2008， 10（4）：36-39.

篇6

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QUARTUSII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）entitymuxabisport（a，b：inbit；y：outbit）；end；architecturebehaveofmuxabisbeginprocess（a，b）beginifa>btheny<=''''1''''；elsifa<btheny<=''''0''''；endif；endprocess；end；（2）entitymuxabisport（a，b：inbit；y：outbit）；end；architecturebehaveofmuxabisbeginprocess（a，b）beginifa>btheny<=''''1''''；elsey<=''''0''''；endif；endprocess；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。

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關鍵詞：多媒體課件 電路仿真軟件 三維掃描儀 數控加工仿真系統

在課堂教學中采用多媒體技術已經成為現代教育的必備手段和方法。與板書的教學方法相比，不僅課堂的信息量成倍增加，而且利用聲、光、音頻、視頻、動畫和仿真等多媒體技術可以使講授內容更加逼真地、全視角、多維地展現在學生面前，有利于學生全面、深入地掌握所講授內容。測控電路課程為測控技術與儀器專業的必修專業課，其主要講授測控系統中常用的各種單元電路，使學生熟悉怎樣運用電子技術解決測量與控制中的任務，在電子學和實際測控任務之間架起一座橋梁[1]。由于此課程是一門實踐性非常強的課程，在課堂講授中各種多媒體技術的應用比較廣泛，但目前主要采用靜止的PPT播放方式，多媒體技術的作用沒有得到充分發揮。因此，將電路仿真軟件、測量系統工作視頻和數控機床仿真加工軟件等技術用于測控電路課程課件的制作，提高了課件的質量和授課效果。

1 課件制作

1.1 自動輸送與喂料演示系統

圖1a所示為自動輸送與喂料系統組成示意圖。系統機械部分由輸送單元和加料單元組成，電路系統包括傳感器及其轉換電路、輸送電機控制電路和加料執行機構控制電路。傳感器類型為光電開關式位置傳感器和光電計數式加料檢測傳感器。控制電路接口包括正向運動（Fwd）、反向運動（Rev）、運動停止（Stop）、加料控制（Drop）和速度控制（Speed）等信號。

在Multisim[2]軟件環境下進行仿真電路設計，實現此系統功能所需要的傳感器信號轉換電路、處理電路以及驅動電路。在電路仿真調試過程中，利用Multisim軟件中提供的多路示波器實時演示傳感器輸出信號和驅動接口信號。如圖1b所示，當容器經過位置傳感器1時，位置傳感器輸出一個與容器寬度相關的正脈沖信號，并且控制傳輸帶速度的模擬電壓信號減小，傳輸帶以低速運動，以便精確控制容器停止位置。當位置傳感器2輸出信號變為高電平時，表明容器已到達預定位置，傳輸帶停止運動，加樣控制信號開始有效，開始往容器內加樣。每加一個樣品，光電計數式加料檢測傳感器就輸出一個脈沖信號，當加到所需要的樣品數時，停止加樣，控制電路輸出速度控制信號，傳輸帶載著加滿了樣品的容器又重新開始運動。當容器到達位置傳感器3時，位置傳感器輸出高電平，傳輸帶停止運動，完成自動輸送和加樣任務。

通過傳輸帶運動過程、樣品加樣過程演示以及和傳感器輸出波形、有關電路波形的實時對比，可以更直觀、形象地了解有關測控電路的作用。

1.2 三維激光掃描儀掃描視頻

圖2a所示的三維激光掃描儀可以獲取人的足部、鞋楦等被掃描對象三維點云數據，建立三維模型，并且可以同步采集足部負荷的大小，得到足部三維尺寸隨負荷變化規律。通過圖2b所示掃描過程工作視頻、圖2c所示系統電路框圖和原理的講解，了解三維掃描儀中涉及的電路及其在系統中起的作用。如圖2c所示，在一維運動系統中涉及伺服電機控制電路、光電隔離電路、伺服放大器電路和電源濾波器電路；圖像采集系統中涉及半導體激光器驅動電路、圖像采集卡電路和多路同步信號發生器電路；在壓力測量系統中涉及壓力傳感器信號轉換電路、LED顯示電路以及RS232接口電路。

1.3 數控銑床加工仿真

圖3所示為數控銑床課件組成部分，其中圖3a數控銑床組成結構圖，通過此圖的介紹可以全面了解數控銑床的基本組成部分，每一個模塊在銑床中的位置和作用以及銑床加工工件的大致過程。在數控銑床加工仿真軟件[3]環境下，通過編寫加工“測控”兩個字控制程序，逼真地模擬數控銑床的工作過程，圖3b為數控銑床仿真加工“測控”兩個字的視頻截圖。通過加工仿真過程的演示，可以更深入地了解主軸的運動以及工作臺的運動過程，了解電路部分所起的作用。圖3c所示為系統電路框圖，通過此圖的介紹，可以掌握數控銑床包含哪些單元電路，以及每個單元的作用。圖3d比較詳細地介紹了其中一個控制軸的反饋控制系統框圖及所涉及的測控單元電路，例如，在位置檢測部分可能涉及光電轉換、放大器、比較器、細分和辨向電路、可逆計數器和調制解調等單元電路。反饋控制系統由3個控制環組成，最內部的為電流控制環，中間為速度控制環，最外部為位置控制環，3個環路組成的反饋控制系統根據工件加工給定路徑對工作臺在這個軸的位置進行控制。

2 結束語

介紹了電路仿真軟件、激光三維掃描儀工作視頻和數控機床加工仿真軟件等多媒體技術在測控電路、現代電子技術及應用課程教學課件中的應用，提高了課件的制作質量和授課效果。這些技術也可以用于智能儀器、測控儀器設計等其他專業課程的課件制作。當然，只有各種多媒體技術和所要講授的內容有機結合，才能充分發揮多媒體的作用，否則事倍功半。

參考文獻

[1] 張國雄.測控電路[M].北京：機械工業出版社，2011.

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關鍵詞：項目驅動；測控儀器設計；教學模式；實踐

0引言

測控儀器是利用測量和控制的理論，采用機械、電子、光學等各種計量測試原理及控制系統與計算機技術相結合的一種范圍廣泛的測量儀器。測控儀器設計課程是對機械設計、微機原理、單片機、傳感器、測控電路、信號分析、誤差理論等課程內容的深化和延伸，實踐性很高。學生通過該門課的學習，應該掌握測控儀器的開發、設計方面的專業知識，具有很強的動手能力。

1問題的引出

在實際教學中，這門課的現有教學模式存在如下弊端：一是仍然采用傳統的灌輸教育，使學生產生厭倦情緒，失去對課程的興趣。二是實踐教學不具有系統性，因實踐教學課時的限制，學生只能對測控儀器設計的少數環節進行實踐學習。三是缺乏對已學知識的綜合應用，對學生創造力的訓練有限[1]。基于此，改變測控儀器課程的教學模式，建立以項目為中心的教學模式，突出項目在課程教學中所扮演的角色，整個教學活動的主線是學生圍繞項目開展自主學習，教師主要起輔導、答疑的作用。

2項目驅動法

項目驅動法是一種建立在建構主義教學理論基礎上的教學方法。這種方法認為學生學習的動力來自生存環境的壓力———待解決的問題。項目驅動法是實施探究式教學方法的一種，以老師為引導、以學生為主體、以任務為驅動。主要目標是使學生置身于探索知識的情景之中，即在真實世界中應用相關的知識解決特定的項目問題，從而促使學生主動吸收、重組自己的知識結構。從根本上將傳統課堂中老師“滿堂灌”轉變為“學生為主體，教師為主導”的教學模式。這種教學的關鍵在于培養學生自我學習、認知能力和團隊協作能力，并使教學理念的實施更符合人的認知學習規律[2]。

3項目驅動教學法在測控儀器設計課程中的實施

教學中選擇的項目應盡可能覆蓋測控儀器設計課程的所有知識點，項目完成后學生能理解和掌握測控儀器設計課程所涉及的所有理論知識，掌握運用這些理論知識的技能。同時，項目要具有開放性，不同項目小組的學生可以采用不同的方案、選擇不同的元器件實現。此為，盡量選擇實際的工程項目，可以鍛煉學生從事工程項目開發能力，從而拓寬學生畢業就業渠道。因此，選擇DGB-5B型電感測微儀的數字化作為項目開展教學活動。電感測微儀作為本院實驗室的儀器，在精密測量領域應用廣泛。項目的研究內容包含在測控儀器設計課程的不同章節，由不同的理論知識進行指導。在總體設計這一章的課程上完后，項目小組可以根據設計需求，討論電感測微儀的數字化的總體方案（單片機還是PC機作為主控單元）。在電路和軟件設計這一章的課程上完后，學生可以完成調理電路的設計（模擬電路還是集成電路設計調理電路），AD采樣電路的設計（數據采集卡還是獨立的AD芯片完成模數轉換），軟件的開發（開發單片機程序還是PC機程序）。在儀器的精度理論這一章上完后，學生可以討論如何對數字化后的測微儀進行標定，提高儀器的測量精度。下面以其中一組學生實施的方案，簡要說明項目實施的過程。該組學生設計的總體方案如圖1[3]。線性位移傳感器的結構剖面圖如圖2。AD698信號調理電路連接及學生制作的實物圖如圖3。USB-6002數據采集卡外觀如圖4。程序采用LabVIEW開發，學生開發的程序界面如圖5，程序框圖（代碼）略。項目完成后，各項目小組將項目過程中形成的設計方案、圖紙、軟硬件整理后，結合項目的心得體會撰寫項目報告，其他小組成員可以對該組的項目展開討論，提出改進意見。

4結論

通過在測控儀器設計課程的教學中引入項目驅動教學法，學生對該課程產生更大的興趣，加強了與教師的交流，學生的理論知識和實踐技能得到了系統訓練，有助于學生嘗試創新設計和進行科研活動[4]，同時，更多的學生通過課程項目的訓練，參與到各類競賽中，增強了學生的專業自信。

參考文獻：

[1]戴金橋，俞阿龍，孫華軍.項目驅動法在智能儀器設計課程教學中的應用[J].中國教育技術裝備，2015（16）：83-85.

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[3]蔣彥，侯建偉，黃智，等.DGB-5B型電感測微儀的數字化設計初探[J].數字技術與應用，2014（8）：150.

篇9

關鍵詞： 飛機充氧車 測控系統 單片機

1.信號檢測與報警系統的工作原理

飛機充氧車的單片機檢測、報警系統以8031單片機為核心，對兩個模擬量、11個開關量進行循環檢測。兩個模擬量包括：壓縮機轉速和壓縮機排氣壓力；11個數字量包括：壓縮機左缸膜片破裂、壓縮機右缸膜片破裂、壓縮機左隨動閥膜片破裂、壓縮機右隨動閥膜片破裂、壓縮機滑油壓力低、壓縮機滑油溫度高、壓縮機排氣溫度高、壓縮機艙溫度高、火災、汽車發動機滑油壓力低、汽車水箱溫度高。循環檢測頻率達40次/秒。

工作正常期間通過4個數碼管實時顯示工作時間、壓縮機轉速和壓縮機排氣壓力。當檢測的參數超出正常范圍時，發出汽車喇叭鳴叫報警，并顯示故障代碼。當有嚴重故障（如火災、膜片破裂等）時，將自動停機。故障代碼與發生故障的時刻將記入系統內部的EEPROM中，可供查詢。

2.硬件電路設計

系統的工作電源由汽車自帶的12V直流電源提供，可直接供12V繼電器使用。11個檢測的開關量高電平大于10V，低電平小于1V。單片機、存儲器、A/D轉換芯片的工作電源由12V經7805穩壓器輸出5V提供。

充氧車的單片機檢測、報警系統硬件電路系統包括：8031單片機及其時鐘、復位電路，程序存儲器2764和數據存儲器2864擴展電路，A/D轉換0809和檢測信號輸入電路，報警輸出及控制系統停機電路，數碼顯示電路，等等。

2.1 8031單片機及其時鐘、復位電路。

8031的P0口與P2口作為擴展系統的數據/地址總線。P1口作為開關量輸入和報警、停機信號輸出。P3口作為開關量輸入、讀/寫信號控制、顯示的串行輸出等。復位電路能夠完成上電復位功能。時鐘電路向單片機提供6MH時鐘信號。

2.2程序存儲器和數據存儲器擴展電路。

程序存儲器2764EPROM地址范圍：0000H―1FFFH，存儲控制程序及常數。數據存儲器2864EEPROM地址范圍：6000H―7FFFH，記錄工作時間與故障代碼。

2.3 A/D轉換0809和檢測信號輸入電路。

A/D轉換接口芯片0809的地址范圍：0000H―0007H，屬于數據存儲器空間。由它輸入的量有：兩個模擬量，四個開關量，兩個按鍵開關量：單項/循環顯示開關――控制三個顯示量是單項顯示還是循環顯示，電腦查詢開關――控制是否查詢并顯示故障。

2.4報警輸出及控制系統停機電路。

當系統出現故障時，由8031的P1.6輸出低電平信號，使繼電器K1吸合，報警喇叭鳴叫。當出現嚴重故障時，由P1.7輸出低電平信號，使繼電器K2動作，繼電器K3自鎖，電磁閥斷開，停機。

2.5數碼顯示電路。

利用8031串行口的方式0外接移位寄存器54LS164擴展4個數碼顯示管，顯示被測參數和故障代碼。

3.軟件系統流程

下圖是充氧車檢測、報警系統的軟件流程圖。

4.結語

本文所介紹的飛機充氧車的測控系統在檢測信號進入單片機，經過計算比較后發出相應的控制信號，控制系統的執行機構性能良好，系統能按指定要求工作，在系統出現危險或錯誤時能夠及時報警。

參考文獻：

［1］梁潔婷.單片機原理與應用.高等教育出版社.

［2］王義方.微型計算機原理及應用.機械工業出版社.

篇10

關鍵詞 24位A/D轉換器；16位單片機接口

中圖分類號TP368.1 文獻標識碼A 文章編號 1674—6708（2012）76—0197—02

0 引言

隨著嵌入式系統在測控領域的不斷發展，單片微處理器已被廣泛地應用于測量系統，利用其處理速度快、集成度高、系統結構簡單、控制功能強、易于模塊化等優點，降低了測量系統的制造成本，大幅提升了測量系統的數據處理能力，增強了系統運行效率與穩定性。在測量系統中，諸如溫度、壓力這些模擬量的采集處理主要靠A/D轉換器來實現，而要實現高精度的數據測量，則必須采用高分辨率的A/D轉換器。

AD771X是Analog Devices公司推出的24位A/D轉換器系列，采用電荷平衡技術，可直接測量傳感器輸出的微弱信號，測量精度達到24位無丟失編碼，適用于寬動態范圍低頻、高精度工業級的信號測量。80C196是Intel公司推出的一種準16位單片機系列，寄存器兼有RAM和累加器的功能，消除了一般累加器結構存在的瓶頸現象，提高了數據處理執行效率，且中斷源豐富，具有全雙工串行接口和多種功能的并行接口。AD771X與80C196的特點，決定了二者組合非常適合應用于高精測量、自動化儀表與控制等領域。本文將以AD7710與80C196之間的數據通信接口為例，詳細分析AD771X型A/D轉換器與單片微處理器之間接口電路設計方法。

1 硬件設計

1.1 串行口連接電路

單片機通常都具有全雙工的硬件串行接口，可以方便地利用它與AD771X進行串行口通信。在外部時鐘工作方式下，利用單片機查詢方式，AD7710可直接與單片機80C196的硬件串行接口連接。將80C196的P1.5與AD7710的DRDY非直接連接置為輸入端接受查詢信號，串行口的RXD連接SDATA讀寫數據，TXD連接SLCK輸出串行時鐘，其接口電路設計原理圖如圖1所示，此時，80C196的串行口工作于方式0，查詢方式。

圖1 AD7710與80C196單片機串行口連接電路

1.2 高速輸入（HSI）口連接電路

AD771X是一種先轉換后輸出的串行輸入輸出的A/D轉換器，芯片本身對數據傳輸的波特率沒有嚴格要求。基于AD7710的這一特點，可擴展80C196的串行接口，利用高速輸入口進行連接，其接口電路設計原理圖見圖2。先在80C196的P1.6上通過軟件來產生同步移位脈沖信號SCLK，用P1.7收發數據，用P1.2～P1.4控制AD7710的讀寫狀態，然后將80C196的HSI.0與相連，利用HSI.0中斷源，在中斷程序中接收A/D轉換后的數據。

圖2 AD7710與80C196單片機高速輸入口連接電路

1.3 普通輸入輸出口連接電路

在高速輸入口連接電路設計中，80C196單片機與AD7710A/D轉換器之間是利用了HSI.0中斷源，采用中斷方式進行數據交換，也可以采用查詢方式工作，將P1.5與相連，通過查詢P1.5口上的信號即的狀態來接收A/D轉換后的數據，接口電路設計如圖3所示。

圖3 AD7710與80C196單片機普通高速輸入輸出口連接電路

2 軟件設計及程序實現

程序設計分為主程序和外部中斷兩部分，主程序主要包括程序初始化、讀寫校準系數、數據處理標志判斷以及ADD710讀寫操作等，中斷服務程序實現數據處理功能。讀操作時，先將SCLK置低，然后檢測SDATA引腳是否處于高電平，保持所有數據位在SCLK下降沿至下一個上升沿期間有效。寫操作時，發送SDATA電平后產生時鐘信號，保持SCLK 高電平有效，且數據位先于SCLK 的上升沿。

2.1 程序初始化

AD7710與80C196單片機串行口連接時，AD7710必須初始化。首先置P1.5為輸入方式，直接接受查詢信號DRDY非，然后置P1.2～P1.4輸出1使TFS非、RFS非、A0=1，接著P2.0切換為TXD管腳，設置串行口方式0的波特率，置串行口為方式0，發送狀態，置AD7710寫命令字狀態A0=0，TFS非=0。

2.2 ADD710讀操作子程序

首先，將待接收存儲數據的串行緩沖器SP1_BUF內存空間清零，并置P1.7～P1.5初始化狀態為高電平“1”；其次，根據P1口的狀態查詢數據處理標志讀取數據，讀P1.7腳的電平值移位至SP1_BUF中，并置P1.6狀態為低電平“0”；最后，按照時鐘信號SLCK的讀操作時序，80C196中SP1_BUF中送入AD7710，在SDATA上輸出。由于一字節數據為8位，上述讀數據程序需循環8次，串行緩沖器SP1_BUF才完成一字節數據的接收，并且已接收的數據高位排在SP1_BUF高位。實現讀操作的子程序如下：

SP1_IN： LDB AL+1，#08H

CLRB SP1_BUF；串行緩沖器清零

SP1_L2： LDB BL，P1

ORB BL，#11100000B

STB BL，P1；讀P1口狀態

LDB AL，P1

SHLB AL，1

ADDCB SP1_BUF，SP1_BUF

LDB BL，P1；緩沖器接收數據

ORB BL，#10100000B

ANDB BL，#10111111B；P1.6置低電平

STB BL，P1

DJNZ AL+1，SP1_L2；循環8次

RET

2.2 ADD710寫操作子程序

ADD710寫操作時，將串行緩沖器SP1_BUF存儲的字節，按照從高位至低位的順序依次送入P1.7，其他位狀態保持不變；其次，改變P1.6狀態送入一個上跳脈沖，P1.6=1時，將數據位從P1.7送入AD7710中，在SDATA上輸出。最后，由于一字節數據為8位，其余7位數據按照從高位至低位順序依次移位到P1.7上，重復上述寫操作過程，即完成一個字節的串行數據發送。實現寫操作功能的子程序如下：

SP1_OUT：LDB AL+1，#08H

SP1_L1：LDB AL，SP1_BUF

ANDB AL，#10000000B

LDB BL，P1

ANDB BL，#01111111B

ORB BL，#00100000B；P1.5輸入

ORB AL，BL

STB AL，P1；待發字節高位送到P1.7

SHLB SP1_BUF，1

LDB BL，P1

ORB BL，#01100000B；P1.6輸出上跳脈沖

STB BL，P1

LDB BL，P1

ORB BL，#00100000B

ANDB BL，#10111111B；P1.6置低電平

STB BL，P1

DJNZ AL+1，SP1_L1；循環8次

RET

3 結論

以本文設計的AD771X與80C196單片機的接口電路，進行實驗將模擬電壓轉換為數字信號輸出，并模數轉換與數據處理。實驗表明，幾種接口方式下系統設計成本低、數據處理精度高、速度快，產品易于模塊化，具有較高的實用價值。

參考文獻

[1]劉軍，等.基于AD7710的高精度測溫儀表[J].船海工程，2005，6.