测控电路设计与应用

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测控电路设计与应用范文第1篇

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关键词：开关电源；UCC3895；测控系统

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.10.012

引言

大中功率直流开关电源一般采用移相全桥DC/DC变换器 。实现全桥变换器的移相控制主要有以下三种方法：（1）采用分立器件进行逻辑组合；（2）采用DSP或CPLD实现数字控制；（3）采用专用集成控制芯片 。采用分立器件进行逻辑组合构成的模拟控制电路结构复杂，不利于开关电源小型化；采用DSP或CPLD实现数字控制的成本较高，且存在数字电路延迟；采用专用的集成控制芯片电路简单且成本较低。第三种方法中可以采用UCC3895芯片来产生PWM控制波形，UCC3895是一款优良的移相全桥控制芯片，有电压和电流两种控制模式，占空比可从0%～100%， 且可以为零电压开关（ZVS）提供高效高频的解决方案。国内外常用的移相全桥反馈模式为电流模式 ，但其双闭环控制电路复杂，不易实现。

由于单电压环反馈模式简单有效的优点，本文基于UCC3895移相全桥控制芯片采用单电压环加限流环的反馈模式和单片机相结合设计了直流开关电源数字模拟混合测控系统，详细设计了闭环系统、控制器参数、保护电路，显示电路，调压电路，并对测控系统进行了实验。

系统方案

采用应用广泛的TI公司生产的UCC3895芯片与单片机相结合的方案设计了直流开关电源数字模拟混合测控系统。如图1所示，利用UCC3895对DC/DC变化器主电路进行PWM移相控制，并与单片机相结合来实现对主电路的检测与反馈控制，以及输出过压，过流，过温等保护。其中，所选单片机型号为美国微芯公司生产的PIC16F873单片机。PIC16F873共28个引脚，内部自带5个10位A/D通道，2个定时计数器，2个脉宽调制（PWM）通道。

UCC3895电路设计

如图4所示，UCC3895的EAN脚为内部误差放大器反相输入端，E A O U T脚为误差放大器输出端，R 3、R 4、R 6、C 1、C 2、C 3构成了闭环控制系统的电压调节器，输出电压Vo经过电阻分压接到电压调节器反相输入端构成反馈电压，改变可调电阻R2的值可以改变电源输出电压。RT、CT可以实现开关频率的设定，A D S脚为自适应延迟死区时间设置端，接地表示输出延迟死区时间设为最大。限流调节器输出端也接到UCC3895的EAOUT脚，故障保护电路接到CS脚实现电源系统的故障保护功能。

故障保护电路设计

UCC3895的CS脚有过流保护功能，当CS脚电压高于2.5V时，UCC3895芯片将会被软关断，驱动脉冲被封锁，CS脚低于2.5V，芯片将进入下一个软启动过程。如图5所示，保护电路的设计就是基于CS脚的过流保护功能，正常情况下保护电路的输出为低电平，一旦出现输出过压、过流、过温等故障，相应的电压比较器输出高电平，同时故障信号被单片机检测，通过单片机数字控制也可使电压比较器输出为高电平，开关管T1导通，输出一个高于2.5V的高电平至CS脚，使芯片封锁驱动信号，从而使主电路停止工作，实现电源系统的数字模拟双重保护功能。

限流值可调的限流环电路设计

单片机与电路设计

单片机部分电路和电源状态显示电路分别如图7和图8所示。单片机部分引脚功能分配如下：AN0脚是限流信号检测，AN1脚是输出电压检测，AN2脚是输出电流检测，AN4脚是温度检测，其中AN0、AN1、AN2、AN4脚均为A/D转换端口。CCP2脚（PWM端口）提供可调的限流调节器的限流参考值，CCP1脚（PWM端口）提供可调的电压调节器的输出电压参考值，SCK、SDO、RB4脚用于电源状态显示，RB1脚（I/ O口）为单片机数字控制。单片机通过SPI（同步串行通讯）向移位寄存器SN74HC164发送电源当前工作状态数据，由移位寄存器把串行数据转换为并行数据并输出给显示模块。单片机RB4脚（I/O口）控制发光二极管的供电电压，在刚开机还没有采集工作状态之前，保证所有二极管不工作。单片机SCK（时钟）脚接在三个移位寄存器的脉冲输入口（CLK）作为脉冲输入。单片机SDO（SPI通讯数据输出）脚接到移位寄存器的数据输入口（A、B脚），并把三个移位寄存器接到一起串联使用。通过数码管实时显示输出电流值，通过4个LED灯图11 突加突减负载电压波形的亮灭表示电源当前的工作状态，其中发光二极管D4（绿灯）灯亮表示电源正常工作，D3（红灯）灯亮表示输出过压故障，D2（红灯）灯亮表示输出限流，D1（红灯）灯亮表示过温故障。

调压电路设计

单片机CCP1脚为PWM波端口，可以通过调节PWM波的占空比产生不同的电压。如图9所示，PWM信号经过滤波电路由数字量转变为模拟量输入到由运放5构成的电压跟随器进行缓冲与隔离，该模拟电压与参考电压VDD叠加构成分压电路，分压信号输入到由运放6构成的电压跟随器正向输入端。输出端经过滤波电路接到UCC3895芯片电压调节器参考电压端（EAP）。改变CCP1的PWM波占空比即可调整电压调节器参考电压，进而改变电源输出电压。图中由R2、R3、R4构成的分压电路可以设定PWM占空比为最低时电压调节器参考电压的最低值，保证电源电压的最低输出。可调电阻R2的作用是调节电压调节器参考电压的范围，改变R2的值，在输出占空比范围不变的情况下，输出参考电压的范围可以进行调整，进而改变电源输出电压的范围。图12 过载限流波形

实验及结果

图10是直流开关电源上电输出电压瞬态波形，上电输出瞬态电压的超调量为1.1%，调整时间为50ms，稳态误差为0.5V。图11是直流开关电源突加突减负载输出电压瞬态波形，突加突减负载输出瞬态电压的恢复时间为30ms，电压动态降落为22%。图12是突加过载限流波形，过流后限流环起作用，通过调节输出电压，使得电流很快限制在限流值上。

测控电路设计与应用范文第2篇

关键词 供电系统；测控装置；动作保护

中图分类号TP368.1 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）84-0143-01

0 引言

本装置的作用是在高压配电开关内部，采集系统需要的电压、电流、温度、真空开关的分、合状态等参数。

档供电回路出现故障时及时作出保护。也可数据远传便于远程测控。本装置具有体积小，耗电少，连线简单，功能强，工作可靠等特点。

1 系统总体方案设计

本装置主要由AT89C52单片机作为主控芯片，通过电压传感器，电流传感器等将电参量经信号调整电路送入A/D转换单元，将模拟量转换为数字量信号供单片机作为数据计算依据。通过软件编程实现对电信号的处理和数据远传。

本装置也可以作为上位机监控系统的数据采集器该装置可安装于现有的高压真空配电装置内，通过单片机的异步串行通信口可与其上一级变电所分站通信传递数据，这样的优点是设计灵活，如可将电压、电流、过流的电流等需要整定的数值放到地面主控计算机中随时设置，具有更高的通用性。

本测控装置配有液晶显示和键盘输入，方便控制参数的现场设置。

图1测控装置电气结构图

2 系统硬件设计

2.1 前端采样电路设计

本设计需要采集三相电压电流信号，分别有三个精密电压互感器和电流互感器作为信号采集元件，信号采集后经半波整定，滤波等相关处理电路进行信号处理最终将调整好的电流信号和电压信号数据送入A/D转换单元。采样电路如图所示：

图2 电压前端采样电路图 图3 电流前端采样电路图

2.2 开关量输入输出电路设计

本测控装置需要检测外部设备的通断状态以及输出相应的控制开关量信号来处理故障时的触点通断。因此本装置设计了相应的开关量输入输出电路。

开关量输入信号主要由光耦组成。外部开关量经10K电阻送入光耦的发射部分，当开关量闭合，光耦的发光二极管点亮，这样接收管部分通过1.2K上拉电阻将低电平信号送给单片机的P1.0引脚。当单片机检测到此引脚为低电平时，则可判断开关量闭合。

开关量信号的输出主要通过单片机输出控制信号经光耦隔离来驱动继电器吸合。本设计由中由单片机引脚P2.0连接非门并与P2.1一起讲信号送入与非门作为光耦的逻辑驱动。当单片机引脚P2.1输出1时，P2.0输出1时，此时光耦的发光二级管不工作，即继电器不能导通。

当P2.0输出为0时，发光二级管发光，接收管接收到光信号后导通，此时大电流流过继电器的线圈产生相应的磁力将继电器的衔铁吸合。此时开关将闭合。

继电器将外部设备的电路连接，使其工作。此种工作方式可以通过逻辑对比，可靠地通过光电耦合器对继电器进行控制从而达到控制外部电路的合闸与分闸。

3 软件设计

本测控装置的软件设计流程主要为：系统初始化完毕以后，MCU进入循环等待中断的过程，由中断服务子程序实现一些基本功能，中断服务子程序主要包括：时钟中断子程序、电参数处理子程序、外部报警中断子程序、通讯处理子程序等。当有故障数据出现时，通过计算对故障信息进行分析处理，发出相应的控制命令。

4 结论

本文采用单片机设计的测控系统对煤矿井下高压供电回路进行相应的电参量数据进行采集和保护。

当供电回路发生故障时能够及时作出相应的开关动作，避免供电事故的发生。此装置也可将故障数据远传给井上供电监控系统，提高供电监控系统的可靠性。

参考文献

测控电路设计与应用范文第3篇

关键词 LabWindows/CVI 虚拟仪器 串口通信

中图分类号：O55文献标识码：A

Labwindows是常用的编写控制系统的软件，基于它的采集系统可以通过串行通信实现远距离的温度采集，而且这样的系统兼容性和扩展性好，可以被集成在一个更大的系统里面实现复杂的工业控制，具有良好的应用前景。

1 系统总体功能设计

本系统的所有功能都是由上位机控制完成，根据系统设计要求可以抽象出具体的功能：

（1）能够选择串口端口并在点击检测之后能够判断此端口是否连接正常以及是否能够正常的收发数据。（2）能够控制下位机的数据采集并能随时暂停采集；能够根据采集上来的温度值绘制出温度波动曲线。（3）能够任意设置温度超限值并以此判断采集的温度是否超界。（4）能保存当前的波形图并能够恢复。

系统功能设计主要分为温度转换电路、单片机采集处理模块、数据传输模块、上位机测控模块。

温度转换电路将温度信号转换为电信号，其最关键的就是温度传感器电路；单片机采集处理模块对此模拟电信号进行A/D转换并进行计算处理从而获得上位机所需数据；数据传输模块是单片机与PC机的接口电路，单片机输出的数据与上位机的控制信号都通过此模块进行传输；上位机测控模块对传上来的数据进行处理得到此时的温度值，对单片的采集控制也是通过此模块进行的。

在这些模块中最关键的是设计温度转换电路，它对整个系统的精度和误差以及数据处理方式都会产生影响。将温度信号转化为电信号信号依赖于温度传感器，常用的温度传感器可以选用PT100。PT系列电阻是铂热电阻，其R/T转换关系在-200~650℃温度范围内线性度已经非常接近直线，所以用它来作为温度传感器能做到精度高、稳定性好、性能可靠。

2 硬件设计

硬件设计部分主要分为三个部分，即温度转换电路设计、单片机数据采集处理模块和数据传输处理模块。

2.1 温度转换电路设计

准备有效地计算某时刻水温，关键技术是准确地测量此时刻PT100的电阻值，即怎样将PT100的电阻值转为电压值供STC12C5410AD采样并由此计算出电阻值。常用的有两种方案：一种是设计一个恒流源法，另一种是采用惠斯顿电桥法。

2.2 单片机数据采集处理模块

电信号转化为数字信号，如选用内部集成了A/D转换的STC12C5410AD单片机，有如下优点：（1）减少了单片机与模数转换芯片连接的电路；（2）省去了模数转换芯片需要精确电压的供电要求；（3）单片机的编程时减少了对电路的复杂控制；（4）减少了调试时间和误差。采用单片机数据采集中，主要方法是：通过多次采样得到一个A/D 转换的数据序列，然后对这个数据序列进行中值滤波、算术平均滤波、去极值平均滤波、加权平均滤波等方法进行数据处理。

2.3 数据传输模块

数据的传输是指单片机STC12C5410AD与PC机之间的通信，系统中传输的数据主要是单片机处理获得的数据、对STC12C5410AD进行ISP（在系统可编程）时产生的数据以及上位机产生的控制信号。在数据采集过程中，通信传输的数据量较少，对实时性要求不高，应采用常规的RS232串口。

3 LabWindows虚拟仪器平台软件设计

表1

Labwindows/CVI有许多标准函数库，其中的RS232函数库提供了各种方式的串口通讯控制函数和IO函数，可分为打开IO关闭函数、IO读写函数、调制解调器控制函数、串口设置函数、寄存器状态函数和回调函数6类。这里主要介绍串口检测功能，代码如表1：

4 结束语

STC12C5410AD单片机集成A/D转换并兼容51指令的强大功能使得硬件电路开发变得更加的简单和方便。以LabWindows/CVI虚拟仪器为软件开发平台，用STC12C5410AD来代替传统温度传感器，不仅在其内部就能进行A/D转换，而且输出的数据可以直接供单片机处理，提高了系统在采集水温数据时的抗干扰性和可靠性，精度高，有利于在复杂环境的布线工作，适用于工业其他领域或行业的温度测量。

参考文献

[1] 吴赘,蒋新华,解晶莹.基于LabWindows/CVI的BMS测试系统设计[A].电源技术,2009.7(33):621-623.

[2] 王浩,齐建宇.基于Labwindows/CVI的捷联惯导测试软件设计[A].航天控制,2011.2(29):56-60.

[3] 陈怀民,安玉娇,王亮.基于LabWindows/CVI虚拟测试系统软件设计与实现[A].测控技术,2009.11(28):61-62.

测控电路设计与应用范文第4篇

【关键词】RS总线 多点温度测控 系统设计 可靠性

在与日俱进的社会发展上，技术和生产的水平越来越高，数字信息化的模式越来越深的灌输到各类方面。使用具备设备简单，价格低廉，能实现长距离信息传输的RS484收发器系统能有效的将分布广泛的数据进行采集和分析控制，利用其多点测控的特点及其优势对温度进行检测和控制，能有效的对环境和生产带来益处，对其有着不可忽视的作用。

一、RS485总线

RS-485采用平衡发送和差分接收，具有抑制共模干扰的能力，并且具备抑制共模干扰的能力，其总线收发器具有很高的灵敏度。市场上一般RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。其联网构成的分布式系统能很大程度的提高连接驱动器和接收器的容量，提高工作效率。

二、RS485系统设计的要求

在针对基于RS485总线的多点温度测控系统的设计中，主要要根据该系统的应用环境和具体内容，对系统的设计进行四点的要求。主要有要体积小，因为此系统有别于其他普通的温度测量系统，并且该系统主要用于设置在生产车间厂区内，对厂区的温度进行测量，所以要对其体积进行尽量小的设计，减少占地面积，给生产设备和厂区规划提供更多的应用空间，而且对其体积进行缩小有利于系统的安装和修理，并且为以后的更新换代打下基础。其次，要在设计中实现对远距离信息的实时传输，这有利于在面积大，范围广的厂区中，能远距离的进行远距离通讯，而且对系统数据的传输线路进行必要的简化，提供可靠的实时数据传输。另外，系统的可靠性要符合明确的要求，保证在生产的环境中减少温度测量的误差，提供有效的测量数据，加强其持久性和耐用性与准确性。最后一点就是要设计低成本的系统，在满足生产需求的情况下，尽量减少对其安装设置生产的成本，如此才具有更高的效益比。

三、系统方案的确定

在基于RS485总线的多点温度测控系统的设计方案中，要明确其整个系统的组成和模块的功能，主要将系统分为温度测量模块和温度接受模块。而这两个模组间的联系和通讯与信息交互就是由RS485总线进行传输的。明确温度测量模块与传输模块分别的作用，前者为负责数据的采集，后者为负责数据的传输与处理

四、RS485的理论简述

对于RS485总线多点温度测控系统中的RS485，其就是一个电器接口规范，是一个七层开放系统互连模型物理层的协议标准。他不仅支持半双工模式还支持全双工模式，对它的网络拓扑也通常采用的是终端匹配的总线型结构。而对于环型或星型网络，它是不支持的。RS485采用的是平衡传输方式，它可以采用二线或四线的方式进行多点双向通信和点对多点的通信。在实现通信的方面上，它一般采用平衡发送和差分接收的方式，所以它具有很强的抗共模干扰能力，并且具备了很高的接收灵敏度，这使得它能检测到200mv的电压，同时它的最大传输距离与最大传输速率也大大的增强。

五、RS485的网络配置

在RS485系统的网络配置上，最为典型的就是具为一个主机和多个从机，并且在这些从机上面都分配了唯一的地址。而且为了提高数据在传输时的可靠性，在系统通信方式的设计上，将其定为命令/应答的通信方式，在工作时，命令帧与应答帧都是唯一相互对应的，在发出指令的主机上，发出命令从机的命令帧，命令帧到达要访问的从机，从机接收后给予回应，发出应答帧，期间从机与主机的地址匹配，其他的从机并不对主机发出的命令帧进行回应，从而以这种问答式的通信方式加强其通讯的可靠性。不过在对其进行设计时需要注意的是，由于网络节点数与所选的RS485的芯片驱动能力和接收器的输入阻抗有关，所以在设置和设计节点数上，要按照RS485芯片最大值的70%选取，对其传输速率与通信距离等方面都根据有关的通信效率和节点数与实地环境等因素进行综合性的考虑与设计。还有就是针对其节点与主干的距离，从理论上来说，对RS485节点与主干的距离的设计要求越短越好，同时由于RS485是多用于一对多点的以半双工为结构通信的总线设计，所以在安置主机的时候尽量将其安置于一端，避免将其安置于中间。

六、基于RS485总线的硬件设计

作为现代通讯技术的工业标准之一，RS485总线是在工业中应用非常成熟的一个技术。它具有简便的多站互联功能，采用一对双绞线便能实现。而针对其采用的是平衡发送和差分接收，所以为了提高系统的抗共模干扰能力，要求在信号的传输上，要在发送端，利用驱动器将TTL电平信号转换成差分信号，而在信号的接收上，将差分信号通过接收器转变成TTL电平。并且在总线的末端连接一个与总线的特性阻抗相当的匹配电阻RF，从而吸收总线上的反射信号，使得其传输的信号能正常无毛刺的稳定传输。并且对RS485系统的设计中，要避免集中供电，这是为了防止由于微机系统上造成电时节点的收发混乱而出现的总线堵塞现象，避免出现在上电时节点的不正常。最后要值得注意的是，为了实现对总线的使用权进行有效的分配，完全隔离连接到总线上的单机发送控制信号的时间，保证发送和接收信号的完整与正确，避免总线信号的互扰，要对MAX1487E芯片DE端通过单片机I/O口进行控制。

七、温度测量系统硬件的设计

（1）单片机控制器AT89S52。单片机控制器AT89S52是一款具有功耗低、高性能特点的CMOS8位微控制器，在他的系统可编程Flash存储器中具有8K的内存。单片机控制器AT89S52可以在众多嵌入式控制应用系统中，为其提供高灵活和超有效的解决方案，而且单片机控制器AT89S52可以运行静态逻辑操作，并且支持两种软件可选择节电模式。并且它的串行口可以用于网络通信，并且可以实现串行异步通信，同时能作为同步移位寄存器进行使用。在其单片机地址输入的连接方式上，因为其两个口，分别为单片机的P2口和P0口具有第二功能，可以分别输入高低地址，所以在其运行中，能通过P2口的运作进行对从机地址的确定。还需要提出的是，在单片机复位电路的设计中，影响单片机系统运行稳定性的因素可以分为外因和内因两个部分。外因为射频干扰，内因为振荡源的稳定性。而要解决这些问题，就要通过电源滤波和隔离，还要进行对电路参数整定稳定度受振荡器类型温度和电压等参数的设定与调整等手段进行优化。而复位电路的功能就是对系统上电后提供复位信号。它是一个重要的工作方式，对系统的安全性与稳定性提供了有效的保障。

（2）数字温度传感器DS18B20。 数字温度传感器DS18B20是一款世界上先进的，将所有的传感原件与转换电路集中在一只形如三极管的集成电路内的温度传感器。它能对电压的变化和不稳性更好的适应，而且它采用的独特的单线接口方式使得其在实现与微处理器进行双向通讯时能更为简单的仅需一条口线。而且数字温度传感器DS18B20支持多点的组网功能，可以实现将其多个的并联在一条三线上，从而对测温进行联网的多点测量。数字温度传感器DS18B20的精度高，不会因为电源极性的错误烧毁芯片，拥有机枪的抗干扰纠错能力，而且对数据的处理更快，准确度更高。是为基于RS485总线的多点温度测控系统提供有效多点测控和多点数据处理传输提供支持的有效保证。

八、对RS485的通信效率进行提高

在对基于RS485总线的多点温度测控系统的设计中，要对RS485的通信效率进行有效的提高，因为其采用的通信工作模式，即其一对多点的主从应答模式，牺牲了其通讯的工作效率，所以对于此问题，要在设计中选用合适的通信协议与控制方式。首先，要对总线稳态控制进行优化和设计，在对现有资料和实地调查发现，一般大多数使用者都将收发控制端TC在数据发送前的1ms调至成高电平，使得在发送数据时总线进入了稳定的发送状态。随后在数据发送完成后的1ms再将TC调至成低电平，使得在数据在可靠发送完成后，系统转入接收状态。而比较符合效率的做法是在三点五个机器周期的延时便可以满足其通讯质量的要求。然后，在对每个字节进行校验的时候，要尽可能的减少特征字和校验字，这是为了保证数据传输的质量。在选择惯用的数据包格式上，一般优先选择和尽量使其由引导码、地址码、数据、校验码、长度码、命令码、尾码组成，这便导致了每个数据包的长度过长，而在RS485总线中，太复杂的协议会严重影响其工作效率，所以要求其简练，尽量选择使用MODBUS协议。从而进一步优化系统内部的运行环境，简化协议的复杂程度，进而提高RS485系统的通信效率。

九、系统硬件电路的设计

在对系统硬件电路的设计中，为了现场监控和采集现场的温度与湿度信号，一般在系统的下位机上采用AT89C2051作为其基本的控制器。采用DS18B20和HIH-3610分别总为系统的温度与湿度的传感器，而在系统的A/D转换上一般选取采用TLC1549。而为了提高A/D的准确性，加强系统的工作稳定性能，一般在设计上，对其进行优化，通常的做法的是将MAX875变换的输出作为A/D转换的基准电压，在其通信接口的芯片选用上选择75LBC184。其他的，比如系统的上位机和显示驱动芯片、时钟芯片分别采用AT89C2052、ZLG7289、HT1380。

十、电源部分的电路设计

在系统的电源部分的电路设计上，一般通过变压、稳压和滤波环节将+24V的输入电压转变为各部分所需的电压。并且为了保证更好的转换特性，并且为了使其具有更高的高频特性，对其并接一个0.1μF的电容。同时，为了保证较好的过滤特性与稳定性，在MAX875的输出端并联一个0.1μF的电容和一个10μF的电解电容，而且，使得经过滤波得到的LM2575输出的较为精准的+5V的电压能更为持久安全稳定的输出。

十一、 RS485总线部分的电路设计

因为RS485总线部分的电路对整个系统的运行有着十分重要的意义，所以在对RS485总线部分的电路设计上，要对各种可能出现的因素充分考虑，对线路上的可能出现的干扰进行提前的预防。由于该系统应用的环境是处于复杂，各类干扰因素和不稳定因素繁多的一个工业生产环境，所以在对其设计的时候，要对RS485的传输端加行一定的保护措施设计。具体上，对保护电路可以用稳压管DI和D2组成回路的方法，而为了对系统的通信进行有效的保护，保持系统通信的流程，对系统的通信进行可靠性的优化，所以需要对系统的电路上，对总线两端的差分端口上安置安全电阻的匹配，将其跨接在线路中，这便减少了因为不匹配造成而引起的反射，从而有效的降低了噪声的干扰。然后对A/B两个输出端上的电阻进行上下拉的调整，使其A端的电压高于B端的电压，这便能有效的避免了接收器的误操作，引起误接受，造成数据的不准确性。同时要对线路的特殊情况进行充分的考虑和预知，采取多加装电阻的措施避免出现故障后整个系统的崩溃，能保证总线系统的通信的稳定性。还要对系统在上电情况下RS485芯片处于接受输入张泰，对各类部件的相互干扰做到应有的防护措施，避免误触发，误接收，从而全面提高RS485系统的通讯准确信和可靠性。

十二、系统的软件设计

在基于RS485总线的多点温度测控系统设计中，对其软件的设计可谓是关系到整个系统能否按照标准发挥应有的功能，对整个系统的工作状态和系统的效能提供保证。在软件的设计上，要避免通信出现异常，这是因为74BC184并不带有失效保护。所以在系统进入正常通信之前，要通过主机将总线驱动大于正常值，使得所有节点的接收器产生高电平输出，从而保证数据接收的完整性。然后要对控制端DE的软件的编程，通过对系统数据收发的工作的延时进行对系统工作的可靠性的保障。通常的做法是在延时1ms左右的时间后发送有效的数据，这些都是在数据发送的状态下完成的，等到一包数据发送完全结束后，再通过对系统的延时1ms，从而达到在总线工作状态的切换状态下，有一个稳定工作的过程的标准。而针对鼓风机和至冷气等设备的较长响应时间，这就要求主机在发出控制继电器的命令后要有一个比较长的延时事件，以应对其工作的时间，加强且工作的准确。为保证系统处理速度，提高系统的执行能力，节约系统内存，对程序的编辑，要尽量避免其中带有符号，减少处理程序带有符号处理数据。

总之，在与日俱进的社会发展上，技术和生产的水平越来越高，数字信息化的模式越来越深的灌输到各类方面。使用具备设备简单，价格低廉，抗干扰能力强，能实现长距离信息传输的RS484收发器系统能有效的将分布广泛的数据进行采集和分析控制。在使用中，要加强对485芯片的保护力度，要加强对其优点的发挥，利用其多点测控的特点及其优势对温度进行检测和控制，这能有效的对环境和生产带来益处，对社会的发展和企业的发展有着不可忽视的作用。

参考文献：

[1]李乐，郑宾，秦建斌.全双工RS485总线发送机制的研究[J].中国仪器仪表，2008，（02）.

[2]宋兵跃，吴军辉，黄斌.单片机的高效串行通信研究[J].单片机与嵌入式系统应用，2010，（01）.

[3]陈在平，杜金利.面向RS485协议配置应用的单片机与PC机之间的通信[J]天津理工大学学报，2009，（02）.

测控电路设计与应用范文第5篇

关键词：电子设计自动化；课程特点；教学方法

作者简介：董素鸽（1983-），女，河南叶县人，郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院，助教；李华（1972-），男，河南郑州人，郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院，助教。（河南郑州451150）

中图分类号：G642.41     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）11-0046-02

电子设计自动化（EDA：Electronic Design automation）是将计算机技术应用于电子设计过程中而形成的一门新技术，[1]它已经被广泛应用于电子电路的设计和仿真、集成电路的版图设计、印刷电路板（PCB）的设计和可编程器件的编程等各项工作中。

随着半导体技术及电子信息工业的不断发展，电子设计自动化技术在信息行业中的应用范围越来越广泛，应用领域也涉及产业链中的几乎任何一个环节。一方面是社会上对电子设计自动化人才的急需，另一方面是我国高校中电子设计自动化人才培养的落后，两者之间的矛盾也促使众多的高校开始在电子信息、微电子技术等专业中开设“电子设计自动化”课程。如今，该课程已成为众多信息类学科的专业必修课，这为我国电子设计自动化人才的培养和充实做出了巨大的贡献。

“电子设计自动化”课程教学效果直接影响着人才培养的质量，因此，优秀的教学方法和教学质量是教学过程中必须重视的。笔者根据近几年的教学经历，总结经验，开拓创新，形成了一套特有的教学方法，旨在培养出基础牢、思路清、知识广、能力强的电子设计自动化人才。

一、“电子设计自动化”课程教学的特点

电子设计自动化是一个较为宽泛的概念，它涵盖了电路设计、电路测试与验证、版图设计、PCB板开发等各个不同的应用范围。而当前“电子设计自动化”课程设置多数侧重电路设计部分，即采用硬件描述语言设计数字电路。因此，该课程的教学具非常突出的特点。

1.既要有广度，又要有深度

有广度即在教学过程中需要把电子设计自动化所包含的各个不同的应用环节都要让学生了解，从而使学生从整个产业链的角度出发，把握电子设计自动化的真正含义，以便于他们建立起一个全局概念。有深度即在教学过程中紧抓电路设计这个重点，着重讲解如何使用硬件描述语言设计硬件电路，使学生具备电路设计的具体技能，并能够应用于实践和工作当中。

2.突出硬件电路设计的概念

在众多高校开设的“电子设计自动化”课程中，多数是以硬件描述语言VHDL作为学习重点的。而VHDL语言是一门比较特殊的语言，与C语言、汇编语言等存在很大的不同。因此，在教学过程中首先要让学生明白这门语言与前期所学的其他语言的区别，并通过实例，如CPU的设计及制造过程，让学生明白VHDL等硬件描述语言的真正用途，并将硬件电路设计的概念贯穿整个教学过程。

3.理论与实践并重

“电子设计自动化”是一门理论性与实践性都很强的课程，必须两者并重，才能收到良好的教学效果。在理论学习中要突显语法要点和电路设计思想，[2]并通过实践将这些语法与设计思想得以加强和巩固，同时在实践中锻炼学生的创新能力。

二、“电子设计自动化”课程教学方法总结

良好的教学方法能起到事半功倍的效果。因此，针对“电子设计自动化”课程的教学特点，笔者根据近几年的教学经验总结了一些行之有效的教学方法。

1.以生动的形式带领学生进入电子设计自动化的世界

电子设计自动化对学生来说是一个全新的概念。如何让他们能够快速地进入到这个世界中，并了解这个世界的大概，从而对这个领域产生兴趣，是每个老师在这门课授课之前必须要做的一件事情。教师可以采用一些现代化的多媒体授课技术，让学生更直观地了解电子设计自动化。由于电子设计自动化是一个很抽象的概念，因此，可以通过播放视频、图片等一些比较直观的内容来让学生了解这个领域。从学生最熟悉的电脑CPU引入，通过一段“CPU从设计到制造过程”的视频，让学生了解集成电路设计与制造的流程与方法，并引出集成电路这个概念。

通过早期的集成电路与现在的集成电路的图片对比，引出EDA的概念，并详细讲解EDA对于集成电路行业的发展所作的巨大贡献。在教学过程中，通过向学生介绍一些使用EDA技术实现的当前比较主流的产品及其应用，提高学生对EDA的具体认识。这些方法不仅使学生对EDA相关的产业有了相应的了解，更激发了学生的学习兴趣，使学生能够踊跃地投入到“电子设计自动化”的学习中。

2.以实例展开理论教学

“电子设计自动化”的学习内容包含三大部分：[3]硬件描述语言（以VHDL语言为学习对象）、开发软件（以QUARTUS II为学习对象）和实验用开发板（以FPGA开发板为学习对象）。

硬件描述语言的学习属于理论学习部分，是重中之重。对于一门编程语言的学习来说，语法和编程思想是学习要点。在传统的编程语言学习的过程中，通常都是将语法作为主线，结合语法实例逐渐形成编程思想。这种学习方法会使学生陷入到学编程语言就是学习语法的误区中，不仅不能学到精髓，还会因为枯燥乏味而产生厌倦感。

如何能使学生既能掌握电路设计的方法，又轻松掌握语法规则是一个教学难题。笔者改变传统观念，将编程思想的学习作为教学主线，在理论学习过程中，以具体电路实例为基础，引导学生从分析电路的功能入手，熟悉将电路功能转换为相应的程序语句的过程，并掌握如何将这些语句按照规则组织成一个完整无误的程序。在此过程中，不断引入新的语法规则。由于整个过程中学生的思考重点都放在电路功能的实现上，而语法的学习就显得不那么突兀，也不会产生厌倦感。由于语法时刻都需要用到且容易忘记，因此在后期的实例讲解过程中需要不断地巩固之前所学过的语法现象，以避免学生遗忘，以此让学生明白，学习编程语言的真正目的是为了应用于电路设计。通过一些实践，学生体会到语言学习的成就感，进一步提高了学习兴趣，此方法收到了良好的教学效果。

3.将硬件电路设计的概念贯穿始终

硬件描述语言与软件语言有本质区别。很多学生由于不了解硬件描述语言的特点，在学习过程中很容易将之前所学的C语言等软件编程语言的思维惯性的应用于VHDL语言的学习过程中，这对于掌握硬件电路设计的实质有非常大的阻碍。因此，在教学过程中，从最初引入到最后设计电路，都要始终将硬件电路设计的概念和思维方式贯穿其中。

在讲述应用实例时，需要向学生分析该例中的语句和硬件电路的关系，并强调这些语句与软件语言的区别。以if语句为例，在VHDL语言中，if语句的不同应用可以产生不同的电路结构。完整的if语句产生纯组合电路，不完整的if语句将产生时序电路，如果应用不当，会在电路中引入不必要的存储单元，增加电路模块，耗费资源。[4]而对于软件语言，并没有完整if语句与不完整if语句之分。为了让学生更深刻地理解不同的if语句对应的硬件电路结构特性，可以通过一个小实例综合之后的电路结构图来说明。

如以下两个程序：

（1）entity muxab is

port（a，b：in bit；

y：out bit）；

end；

architecture behave of muxab is

begin

process（a，b）

begin

if a>b then y

elsif a

end if；

end process；

end；

（2）entity muxab is

port（a，b：in bit；

y：out bit）；

end；

architecture behave of muxab is

begin

process（a，b）

begin

if a>b then y

else y

end if；

end process；

end；

（1）（2）两个程序唯一的不同点在于：程序（1）中使用的是elsif语句，是一个不完整的if语句描述，而程序（2）使用的是else语句，是一个完整的if语句描述。这一条语句的区别却决定了两个程序的电路结构有很大的不同。（1）综合的结果是一个时序电路，电路结构复杂，如图1所示。而（2）综合的结果是一个纯组合电路，电路结构非常简单，如图2所示。通过综合后的电路图比较，学生更深刻理解这两类语句的区别。

强化硬件电路设计的思想，可以促使学生逐渐形成一种规范、高效、资源节约的设计风格，培养一个优秀的硬件电路设计工程师。

4.通过实践拓展强化学生动手能力

“电子设计自动化”是一门实用性很强的课程，学生在学完该课程后必须具备一定的硬件电路设计和调试的能力，因此在教学中需要不断地用实践训练来强化学生在课堂所学习的理论知识，并使他们达到能够独立设计较复杂硬件电路的能力。

笔者在教学过程中鼓励学生将课程实践和毕业设计内容相结合的方法，让学生强化实践能力，收到了良好的效果。学习“电子设计自动化”课程的学生基本上都是即将进入大四，此时他们的毕业设计已经开始进入选题，开始了初步设计的过程。笔者先在实验课堂向学生布置一些常用硬件电路设计的题目，比如交通灯、自动售货机、电梯控制器等，让学生体会电子设计自动化课程的实用性，激发他们的思考和学习兴趣。在此基础上分组组建实践小团队，让每组学生共同完成一个较复杂的电路系统，比如遥控小车、温度测控系统等，鼓励他们将所做的内容与毕业设计对接。其中大部分同学通过这些训练都可以掌握硬件电路设计的基本方法和流程，有一部分同学还能设计出比较出色的作品。此过程不仅让学生体会到了学习知识的快乐，也培养了他们的团队协作精神，为他们以后的继续深造和工作做了铺垫。

三、结束语

掌握“电子设计自动化”课程的特点，有针对性地改善教学方法，充分调动学生的学习积极性，强化理论和实践教学相结合，一方面使学生把握课程的全局性，了解和熟悉电子设计自动化行业的状况和最新动态；另一方面培养学生具有扎实的理论基础和良好的动手能力，培养出厚基础、重实践、有创新的高素质人才，具有重要的社会意义。

参考文献：

[1]潘松,黄继业.EDA技术与VHDL(第二版)[M].北京:清华大学出版社,2007.

[2]Roth,C.H.数字系统设计与VHDL[M].金明录,刘倩,译.北京:电子工业出版社,2008.