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測控電路設(shè)計與應(yīng)用范文第1篇

>> GIS開關(guān)油壓監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 基于小型高效直流開關(guān)電源的控制電路設(shè)計 針對反激式開關(guān)電源箝位電路設(shè)計分析 電路設(shè)計與開關(guān) 開關(guān)電源設(shè)計 開關(guān)電源系統(tǒng)穩(wěn)定性補(bǔ)償電路的設(shè)計 開關(guān)電源無源PFC電路優(yōu)化設(shè)計探析 開關(guān)電源電路分析與技術(shù)改進(jìn) 硬件電路設(shè)計流程與方法 開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)設(shè)計 超聲波導(dǎo)盲系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 MPEG－4的解碼系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 網(wǎng)絡(luò)型停車場控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計與實現(xiàn) 基于M51995A開關(guān)電源保護(hù)電路的設(shè)計 開關(guān)電源并聯(lián)均流系統(tǒng) 數(shù)字機(jī)開關(guān)電源輸出電路檢修方法與實例 基于反激式開關(guān)電源電路實現(xiàn)與測試分析 開關(guān)電源EMC設(shè)計實例 通用開關(guān)電源的設(shè)計 開關(guān)電源電磁兼容設(shè)計 常見問題解答 當(dāng)前所在位置：

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；UCC3895；測控系統(tǒng)

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.10.012

引言

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

由于單電壓環(huán)反饋模式簡單有效的優(yōu)點，本文基于UCC3895移相全橋控制芯片采用單電壓環(huán)加限流環(huán)的反饋模式和單片機(jī)相結(jié)合設(shè)計了直流開關(guān)電源數(shù)字模擬混合測控系統(tǒng)，詳細(xì)設(shè)計了閉環(huán)系統(tǒng)、控制器參數(shù)、保護(hù)電路，顯示電路，調(diào)壓電路，并對測控系統(tǒng)進(jìn)行了實驗。

系統(tǒng)方案

采用應(yīng)用廣泛的TI公司生產(chǎn)的UCC3895芯片與單片機(jī)相結(jié)合的方案設(shè)計了直流開關(guān)電源數(shù)字模擬混合測控系統(tǒng)。如圖1所示，利用UCC3895對DC/DC變化器主電路進(jìn)行PWM移相控制，并與單片機(jī)相結(jié)合來實現(xiàn)對主電路的檢測與反饋控制，以及輸出過壓，過流，過溫等保護(hù)。其中，所選單片機(jī)型號為美國微芯公司生產(chǎn)的PIC16F873單片機(jī)。PIC16F873共28個引腳，內(nèi)部自帶5個10位A/D通道，2個定時計數(shù)器，2個脈寬調(diào)制（PWM）通道。

UCC3895電路設(shè)計

如圖4所示，UCC3895的EAN腳為內(nèi)部誤差放大器反相輸入端，E A O U T腳為誤差放大器輸出端，R 3、R 4、R 6、C 1、C 2、C 3構(gòu)成了閉環(huán)控制系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)器，輸出電壓Vo經(jīng)過電阻分壓接到電壓調(diào)節(jié)器反相輸入端構(gòu)成反饋電壓，改變可調(diào)電阻R2的值可以改變電源輸出電壓。RT、CT可以實現(xiàn)開關(guān)頻率的設(shè)定，A D S腳為自適應(yīng)延遲死區(qū)時間設(shè)置端，接地表示輸出延遲死區(qū)時間設(shè)為最大。限流調(diào)節(jié)器輸出端也接到UCC3895的EAOUT腳，故障保護(hù)電路接到CS腳實現(xiàn)電源系統(tǒng)的故障保護(hù)功能。

故障保護(hù)電路設(shè)計

UCC3895的CS腳有過流保護(hù)功能，當(dāng)CS腳電壓高于2.5V時，UCC3895芯片將會被軟關(guān)斷，驅(qū)動脈沖被封鎖，CS腳低于2.5V，芯片將進(jìn)入下一個軟啟動過程。如圖5所示，保護(hù)電路的設(shè)計就是基于CS腳的過流保護(hù)功能，正常情況下保護(hù)電路的輸出為低電平，一旦出現(xiàn)輸出過壓、過流、過溫等故障，相應(yīng)的電壓比較器輸出高電平，同時故障信號被單片機(jī)檢測，通過單片機(jī)數(shù)字控制也可使電壓比較器輸出為高電平，開關(guān)管T1導(dǎo)通，輸出一個高于2.5V的高電平至CS腳，使芯片封鎖驅(qū)動信號，從而使主電路停止工作，實現(xiàn)電源系統(tǒng)的數(shù)字模擬雙重保護(hù)功能。

限流值可調(diào)的限流環(huán)電路設(shè)計

單片機(jī)與電路設(shè)計

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

調(diào)壓電路設(shè)計

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

實驗及結(jié)果

圖10是直流開關(guān)電源上電輸出電壓瞬態(tài)波形，上電輸出瞬態(tài)電壓的超調(diào)量為1.1%，調(diào)整時間為50ms，穩(wěn)態(tài)誤差為0.5V。圖11是直流開關(guān)電源突加突減負(fù)載輸出電壓瞬態(tài)波形，突加突減負(fù)載輸出瞬態(tài)電壓的恢復(fù)時間為30ms，電壓動態(tài)降落為22%。圖12是突加過載限流波形，過流后限流環(huán)起作用，通過調(diào)節(jié)輸出電壓，使得電流很快限制在限流值上。

測控電路設(shè)計與應(yīng)用范文第2篇

關(guān)鍵詞 供電系統(tǒng)；測控裝置；動作保護(hù)

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

0 引言

本裝置的作用是在高壓配電開關(guān)內(nèi)部，采集系統(tǒng)需要的電壓、電流、溫度、真空開關(guān)的分、合狀態(tài)等參數(shù)。

檔供電回路出現(xiàn)故障時及時作出保護(hù)。也可數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳便于遠(yuǎn)程測控。本裝置具有體積小，耗電少，連線簡單，功能強(qiáng)，工作可靠等特點。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

本裝置主要由AT89C52單片機(jī)作為主控芯片，通過電壓傳感器，電流傳感器等將電參量經(jīng)信號調(diào)整電路送入A/D轉(zhuǎn)換單元，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號供單片機(jī)作為數(shù)據(jù)計算依據(jù)。通過軟件編程實現(xiàn)對電信號的處理和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。

本裝置也可以作為上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器該裝置可安裝于現(xiàn)有的高壓真空配電裝置內(nèi)，通過單片機(jī)的異步串行通信口可與其上一級變電所分站通信傳遞數(shù)據(jù)，這樣的優(yōu)點是設(shè)計靈活，如可將電壓、電流、過流的電流等需要整定的數(shù)值放到地面主控計算機(jī)中隨時設(shè)置，具有更高的通用性。

本測控裝置配有液晶顯示和鍵盤輸入，方便控制參數(shù)的現(xiàn)場設(shè)置。

圖1測控裝置電氣結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 前端采樣電路設(shè)計

本設(shè)計需要采集三相電壓電流信號，分別有三個精密電壓互感器和電流互感器作為信號采集元件，信號采集后經(jīng)半波整定，濾波等相關(guān)處理電路進(jìn)行信號處理最終將調(diào)整好的電流信號和電壓信號數(shù)據(jù)送入A/D轉(zhuǎn)換單元。采樣電路如圖所示：

圖2 電壓前端采樣電路圖 圖3 電流前端采樣電路圖

2.2 開關(guān)量輸入輸出電路設(shè)計

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

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

開關(guān)量信號的輸出主要通過單片機(jī)輸出控制信號經(jīng)光耦隔離來驅(qū)動繼電器吸合。本設(shè)計由中由單片機(jī)引腳P2.0連接非門并與P2.1一起講信號送入與非門作為光耦的邏輯驅(qū)動。當(dāng)單片機(jī)引腳P2.1輸出1時，P2.0輸出1時，此時光耦的發(fā)光二級管不工作，即繼電器不能導(dǎo)通。

當(dāng)P2.0輸出為0時，發(fā)光二級管發(fā)光，接收管接收到光信號后導(dǎo)通，此時大電流流過繼電器的線圈產(chǎn)生相應(yīng)的磁力將繼電器的銜鐵吸合。此時開關(guān)將閉合。

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

3 軟件設(shè)計

本測控裝置的軟件設(shè)計流程主要為：系統(tǒng)初始化完畢以后，MCU進(jìn)入循環(huán)等待中斷的過程，由中斷服務(wù)子程序?qū)崿F(xiàn)一些基本功能，中斷服務(wù)子程序主要包括：時鐘中斷子程序、電參數(shù)處理子程序、外部報警中斷子程序、通訊處理子程序等。當(dāng)有故障數(shù)據(jù)出現(xiàn)時，通過計算對故障信息進(jìn)行分析處理，發(fā)出相應(yīng)的控制命令。

4 結(jié)論

本文采用單片機(jī)設(shè)計的測控系統(tǒng)對煤礦井下高壓供電回路進(jìn)行相應(yīng)的電參量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和保護(hù)。

當(dāng)供電回路發(fā)生故障時能夠及時作出相應(yīng)的開關(guān)動作，避免供電事故的發(fā)生。此裝置也可將故障數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳給井上供電監(jiān)控系統(tǒng)，提高供電監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)

測控電路設(shè)計與應(yīng)用范文第3篇

關(guān)鍵詞 LabWindows/CVI 虛擬儀器 串口通信

中圖分類號：O55文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Labwindows是常用的編寫控制系統(tǒng)的軟件，基于它的采集系統(tǒng)可以通過串行通信實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的溫度采集，而且這樣的系統(tǒng)兼容性和擴(kuò)展性好，可以被集成在一個更大的系統(tǒng)里面實現(xiàn)復(fù)雜的工業(yè)控制，具有良好的應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)總體功能設(shè)計

本系統(tǒng)的所有功能都是由上位機(jī)控制完成，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求可以抽象出具體的功能：

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

系統(tǒng)功能設(shè)計主要分為溫度轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)采集處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、上位機(jī)測控模塊。

溫度轉(zhuǎn)換電路將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號，其最關(guān)鍵的就是溫度傳感器電路；單片機(jī)采集處理模塊對此模擬電信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并進(jìn)行計算處理從而獲得上位機(jī)所需數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸模塊是單片機(jī)與PC機(jī)的接口電路，單片機(jī)輸出的數(shù)據(jù)與上位機(jī)的控制信號都通過此模塊進(jìn)行傳輸；上位機(jī)測控模塊對傳上來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到此時的溫度值，對單片的采集控制也是通過此模塊進(jìn)行的。

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

2 硬件設(shè)計

硬件設(shè)計部分主要分為三個部分，即溫度轉(zhuǎn)換電路設(shè)計、單片機(jī)數(shù)據(jù)采集處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸處理模塊。

2.1 溫度轉(zhuǎn)換電路設(shè)計

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

2.2 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集處理模塊

電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，如選用內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換的STC12C5410AD單片機(jī)，有如下優(yōu)點：（1）減少了單片機(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片連接的電路；（2）省去了模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片需要精確電壓的供電要求；（3）單片機(jī)的編程時減少了對電路的復(fù)雜控制；（4）減少了調(diào)試時間和誤差。采用單片機(jī)數(shù)據(jù)采集中，主要方法是：通過多次采樣得到一個A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)序列，然后對這個數(shù)據(jù)序列進(jìn)行中值濾波、算術(shù)平均濾波、去極值平均濾波、加權(quán)平均濾波等方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸模塊

數(shù)據(jù)的傳輸是指單片機(jī)STC12C5410AD與PC機(jī)之間的通信，系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要是單片機(jī)處理獲得的數(shù)據(jù)、對STC12C5410AD進(jìn)行ISP（在系統(tǒng)可編程）時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及上位機(jī)產(chǎn)生的控制信號。在數(shù)據(jù)采集過程中，通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較少，對實時性要求不高，應(yīng)采用常規(guī)的RS232串口。

3 LabWindows虛擬儀器平臺軟件設(shè)計

表1

Labwindows/CVI有許多標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫，其中的RS232函數(shù)庫提供了各種方式的串口通訊控制函數(shù)和IO函數(shù)，可分為打開IO關(guān)閉函數(shù)、IO讀寫函數(shù)、調(diào)制解調(diào)器控制函數(shù)、串口設(shè)置函數(shù)、寄存器狀態(tài)函數(shù)和回調(diào)函數(shù)6類。這里主要介紹串口檢測功能，代碼如表1：

4 結(jié)束語

STC12C5410AD單片機(jī)集成A/D轉(zhuǎn)換并兼容51指令的強(qiáng)大功能使得硬件電路開發(fā)變得更加的簡單和方便。以LabWindows/CVI虛擬儀器為軟件開發(fā)平臺，用STC12C5410AD來代替?zhèn)鹘y(tǒng)溫度傳感器，不僅在其內(nèi)部就能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，而且輸出的數(shù)據(jù)可以直接供單片機(jī)處理，提高了系統(tǒng)在采集水溫數(shù)據(jù)時的抗干擾性和可靠性，精度高，有利于在復(fù)雜環(huán)境的布線工作，適用于工業(yè)其他領(lǐng)域或行業(yè)的溫度測量。

參考文獻(xiàn)

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

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

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

測控電路設(shè)計與應(yīng)用范文第4篇

【關(guān)鍵詞】RS總線 多點溫度測控 系統(tǒng)設(shè)計 可靠性

在與日俱進(jìn)的社會發(fā)展上，技術(shù)和生產(chǎn)的水平越來越高，數(shù)字信息化的模式越來越深的灌輸?shù)礁黝惙矫?。使用具備設(shè)備簡單，價格低廉，能實現(xiàn)長距離信息傳輸?shù)腞S484收發(fā)器系統(tǒng)能有效的將分布廣泛的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析控制，利用其多點測控的特點及其優(yōu)勢對溫度進(jìn)行檢測和控制，能有效的對環(huán)境和生產(chǎn)帶來益處，對其有著不可忽視的作用。

一、RS485總線

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

二、RS485系統(tǒng)設(shè)計的要求

在針對基于RS485總線的多點溫度測控系統(tǒng)的設(shè)計中，主要要根據(jù)該系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境和具體內(nèi)容，對系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行四點的要求。主要有要體積小，因為此系統(tǒng)有別于其他普通的溫度測量系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)主要用于設(shè)置在生產(chǎn)車間廠區(qū)內(nèi)，對廠區(qū)的溫度進(jìn)行測量，所以要對其體積進(jìn)行盡量小的設(shè)計，減少占地面積，給生產(chǎn)設(shè)備和廠區(qū)規(guī)劃提供更多的應(yīng)用空間，而且對其體積進(jìn)行縮小有利于系統(tǒng)的安裝和修理，并且為以后的更新?lián)Q代打下基礎(chǔ)。其次，要在設(shè)計中實現(xiàn)對遠(yuǎn)距離信息的實時傳輸，這有利于在面積大，范圍廣的廠區(qū)中，能遠(yuǎn)距離的進(jìn)行遠(yuǎn)距離通訊，而且對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸線路進(jìn)行必要的簡化，提供可靠的實時數(shù)據(jù)傳輸。另外，系統(tǒng)的可靠性要符合明確的要求，保證在生產(chǎn)的環(huán)境中減少溫度測量的誤差，提供有效的測量數(shù)據(jù)，加強(qiáng)其持久性和耐用性與準(zhǔn)確性。最后一點就是要設(shè)計低成本的系統(tǒng)，在滿足生產(chǎn)需求的情況下，盡量減少對其安裝設(shè)置生產(chǎn)的成本，如此才具有更高的效益比。

三、系統(tǒng)方案的確定

在基于RS485總線的多點溫度測控系統(tǒng)的設(shè)計方案中，要明確其整個系統(tǒng)的組成和模塊的功能，主要將系統(tǒng)分為溫度測量模塊和溫度接受模塊。而這兩個模組間的聯(lián)系和通訊與信息交互就是由RS485總線進(jìn)行傳輸?shù)?。明確溫度測量模塊與傳輸模塊分別的作用，前者為負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，后者為負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸與處理

四、RS485的理論簡述

對于RS485總線多點溫度測控系統(tǒng)中的RS485，其就是一個電器接口規(guī)范，是一個七層開放系統(tǒng)互連模型物理層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。他不僅支持半雙工模式還支持全雙工模式，對它的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟餐ǔ２捎玫氖墙K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)。而對于環(huán)型或星型網(wǎng)絡(luò)，它是不支持的。RS485采用的是平衡傳輸方式，它可以采用二線或四線的方式進(jìn)行多點雙向通信和點對多點的通信。在實現(xiàn)通信的方面上，它一般采用平衡發(fā)送和差分接收的方式，所以它具有很強(qiáng)的抗共模干擾能力，并且具備了很高的接收靈敏度，這使得它能檢測到200mv的電壓，同時它的最大傳輸距離與最大傳輸速率也大大的增強(qiáng)。

五、RS485的網(wǎng)絡(luò)配置

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

六、基于RS485總線的硬件設(shè)計

作為現(xiàn)代通訊技術(shù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一，RS485總線是在工業(yè)中應(yīng)用非常成熟的一個技術(shù)。它具有簡便的多站互聯(lián)功能，采用一對雙絞線便能實現(xiàn)。而針對其采用的是平衡發(fā)送和差分接收，所以為了提高系統(tǒng)的抗共模干擾能力，要求在信號的傳輸上，要在發(fā)送端，利用驅(qū)動器將TTL電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號，而在信號的接收上，將差分信號通過接收器轉(zhuǎn)變成TTL電平。并且在總線的末端連接一個與總線的特性阻抗相當(dāng)?shù)钠ヅ潆娮鑂F，從而吸收總線上的反射信號，使得其傳輸?shù)男盘柲苷o毛刺的穩(wěn)定傳輸。并且對RS485系統(tǒng)的設(shè)計中，要避免集中供電，這是為了防止由于微機(jī)系統(tǒng)上造成電時節(jié)點的收發(fā)混亂而出現(xiàn)的總線堵塞現(xiàn)象，避免出現(xiàn)在上電時節(jié)點的不正常。最后要值得注意的是，為了實現(xiàn)對總線的使用權(quán)進(jìn)行有效的分配，完全隔離連接到總線上的單機(jī)發(fā)送控制信號的時間，保證發(fā)送和接收信號的完整與正確，避免總線信號的互擾，要對MAX1487E芯片DE端通過單片機(jī)I/O口進(jìn)行控制。

七、溫度測量系統(tǒng)硬件的設(shè)計

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

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

八、對RS485的通信效率進(jìn)行提高

在對基于RS485總線的多點溫度測控系統(tǒng)的設(shè)計中，要對RS485的通信效率進(jìn)行有效的提高，因為其采用的通信工作模式，即其一對多點的主從應(yīng)答模式，犧牲了其通訊的工作效率，所以對于此問題，要在設(shè)計中選用合適的通信協(xié)議與控制方式。首先，要對總線穩(wěn)態(tài)控制進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計，在對現(xiàn)有資料和實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一般大多數(shù)使用者都將收發(fā)控制端TC在數(shù)據(jù)發(fā)送前的1ms調(diào)至成高電平，使得在發(fā)送數(shù)據(jù)時總線進(jìn)入了穩(wěn)定的發(fā)送狀態(tài)。隨后在數(shù)據(jù)發(fā)送完成后的1ms再將TC調(diào)至成低電平，使得在數(shù)據(jù)在可靠發(fā)送完成后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)。而比較符合效率的做法是在三點五個機(jī)器周期的延時便可以滿足其通訊質(zhì)量的要求。然后，在對每個字節(jié)進(jìn)行校驗的時候，要盡可能的減少特征字和校驗字，這是為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。在選擇慣用的數(shù)據(jù)包格式上，一般優(yōu)先選擇和盡量使其由引導(dǎo)碼、地址碼、數(shù)據(jù)、校驗碼、長度碼、命令碼、尾碼組成，這便導(dǎo)致了每個數(shù)據(jù)包的長度過長，而在RS485總線中，太復(fù)雜的協(xié)議會嚴(yán)重影響其工作效率，所以要求其簡練，盡量選擇使用MODBUS協(xié)議。從而進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部的運行環(huán)境，簡化協(xié)議的復(fù)雜程度，進(jìn)而提高RS485系統(tǒng)的通信效率。

九、系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計

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

十、電源部分的電路設(shè)計

在系統(tǒng)的電源部分的電路設(shè)計上，一般通過變壓、穩(wěn)壓和濾波環(huán)節(jié)將+24V的輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞑糠炙璧碾妷骸２⑶覟榱吮ＷC更好的轉(zhuǎn)換特性，并且為了使其具有更高的高頻特性，對其并接一個0.1μF的電容。同時，為了保證較好的過濾特性與穩(wěn)定性，在MAX875的輸出端并聯(lián)一個0.1μF的電容和一個10μF的電解電容，而且，使得經(jīng)過濾波得到的LM2575輸出的較為精準(zhǔn)的+5V的電壓能更為持久安全穩(wěn)定的輸出。

十一、 RS485總線部分的電路設(shè)計

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

十二、系統(tǒng)的軟件設(shè)計

在基于RS485總線的多點溫度測控系統(tǒng)設(shè)計中，對其軟件的設(shè)計可謂是關(guān)系到整個系統(tǒng)能否按照標(biāo)準(zhǔn)發(fā)揮應(yīng)有的功能，對整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)和系統(tǒng)的效能提供保證。在軟件的設(shè)計上，要避免通信出現(xiàn)異常，這是因為74BC184并不帶有失效保護(hù)。所以在系統(tǒng)進(jìn)入正常通信之前，要通過主機(jī)將總線驅(qū)動大于正常值，使得所有節(jié)點的接收器產(chǎn)生高電平輸出，從而保證數(shù)據(jù)接收的完整性。然后要對控制端DE的軟件的編程，通過對系統(tǒng)數(shù)據(jù)收發(fā)的工作的延時進(jìn)行對系統(tǒng)工作的可靠性的保障。通常的做法是在延時1ms左右的時間后發(fā)送有效的數(shù)據(jù)，這些都是在數(shù)據(jù)發(fā)送的狀態(tài)下完成的，等到一包數(shù)據(jù)發(fā)送完全結(jié)束后，再通過對系統(tǒng)的延時1ms，從而達(dá)到在總線工作狀態(tài)的切換狀態(tài)下，有一個穩(wěn)定工作的過程的標(biāo)準(zhǔn)。而針對鼓風(fēng)機(jī)和至冷氣等設(shè)備的較長響應(yīng)時間，這就要求主機(jī)在發(fā)出控制繼電器的命令后要有一個比較長的延時事件，以應(yīng)對其工作的時間，加強(qiáng)且工作的準(zhǔn)確。為保證系統(tǒng)處理速度，提高系統(tǒng)的執(zhí)行能力，節(jié)約系統(tǒng)內(nèi)存，對程序的編輯，要盡量避免其中帶有符號，減少處理程序帶有符號處理數(shù)據(jù)。

總之，在與日俱進(jìn)的社會發(fā)展上，技術(shù)和生產(chǎn)的水平越來越高，數(shù)字信息化的模式越來越深的灌輸?shù)礁黝惙矫妗Ｊ褂镁邆湓O(shè)備簡單，價格低廉，抗干擾能力強(qiáng)，能實現(xiàn)長距離信息傳輸?shù)腞S484收發(fā)器系統(tǒng)能有效的將分布廣泛的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析控制。在使用中，要加強(qiáng)對485芯片的保護(hù)力度，要加強(qiáng)對其優(yōu)點的發(fā)揮，利用其多點測控的特點及其優(yōu)勢對溫度進(jìn)行檢測和控制，這能有效的對環(huán)境和生產(chǎn)帶來益處，對社會的發(fā)展和企業(yè)的發(fā)展有著不可忽視的作用。

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

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測控電路設(shè)計與應(yīng)用范文第5篇

關(guān)鍵詞：電子設(shè)計自動化；課程特點；教學(xué)方法

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

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

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

隨著半導(dǎo)體技術(shù)及電子信息工業(yè)的不斷發(fā)展，電子設(shè)計自動化技術(shù)在信息行業(yè)中的應(yīng)用范圍越來越廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域也涉及產(chǎn)業(yè)鏈中的幾乎任何一個環(huán)節(jié)。一方面是社會上對電子設(shè)計自動化人才的急需，另一方面是我國高校中電子設(shè)計自動化人才培養(yǎng)的落后，兩者之間的矛盾也促使眾多的高校開始在電子信息、微電子技術(shù)等專業(yè)中開設(shè)“電子設(shè)計自動化”課程。如今，該課程已成為眾多信息類學(xué)科的專業(yè)必修課，這為我國電子設(shè)計自動化人才的培養(yǎng)和充實做出了巨大的貢獻(xiàn)。

“電子設(shè)計自動化”課程教學(xué)效果直接影響著人才培養(yǎng)的質(zhì)量，因此，優(yōu)秀的教學(xué)方法和教學(xué)質(zhì)量是教學(xué)過程中必須重視的。筆者根據(jù)近幾年的教學(xué)經(jīng)歷，總結(jié)經(jīng)驗，開拓創(chuàng)新，形成了一套特有的教學(xué)方法，旨在培養(yǎng)出基礎(chǔ)牢、思路清、知識廣、能力強(qiáng)的電子設(shè)計自動化人才。

一、“電子設(shè)計自動化”課程教學(xué)的特點

電子設(shè)計自動化是一個較為寬泛的概念，它涵蓋了電路設(shè)計、電路測試與驗證、版圖設(shè)計、PCB板開發(fā)等各個不同的應(yīng)用范圍。而當(dāng)前“電子設(shè)計自動化”課程設(shè)置多數(shù)側(cè)重電路設(shè)計部分，即采用硬件描述語言設(shè)計數(shù)字電路。因此，該課程的教學(xué)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(xué)過程中需要把電子設(shè)計自動化所包含的各個不同的應(yīng)用環(huán)節(jié)都要讓學(xué)生了解，從而使學(xué)生從整個產(chǎn)業(yè)鏈的角度出發(fā)，把握電子設(shè)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(xué)過程中緊抓電路設(shè)計這個重點，著重講解如何使用硬件描述語言設(shè)計硬件電路，使學(xué)生具備電路設(shè)計的具體技能，并能夠應(yīng)用于實踐和工作當(dāng)中。

2.突出硬件電路設(shè)計的概念

在眾多高校開設(shè)的“電子設(shè)計自動化”課程中，多數(shù)是以硬件描述語言VHDL作為學(xué)習(xí)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(xué)過程中首先要讓學(xué)生明白這門語言與前期所學(xué)的其他語言的區(qū)別，并通過實例，如CPU的設(shè)計及制造過程，讓學(xué)生明白VHDL等硬件描述語言的真正用途，并將硬件電路設(shè)計的概念貫穿整個教學(xué)過程。

3.理論與實踐并重

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

二、“電子設(shè)計自動化”課程教學(xué)方法總結(jié)

良好的教學(xué)方法能起到事半功倍的效果。因此，針對“電子設(shè)計自動化”課程的教學(xué)特點，筆者根據(jù)近幾年的教學(xué)經(jīng)驗總結(jié)了一些行之有效的教學(xué)方法。

1.以生動的形式帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入電子設(shè)計自動化的世界

電子設(shè)計自動化對學(xué)生來說是一個全新的概念。如何讓他們能夠快速地進(jìn)入到這個世界中，并了解這個世界的大概，從而對這個領(lǐng)域產(chǎn)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(xiàn)代化的多媒體授課技術(shù)，讓學(xué)生更直觀地了解電子設(shè)計自動化。由于電子設(shè)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(nèi)容來讓學(xué)生了解這個領(lǐng)域。從學(xué)生最熟悉的電腦CPU引入，通過一段“CPU從設(shè)計到制造過程”的視頻，讓學(xué)生了解集成電路設(shè)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(xiàn)在的集成電路的圖片對比，引出EDA的概念，并詳細(xì)講解EDA對于集成電路行業(yè)的發(fā)展所作的巨大貢獻(xiàn)。在教學(xué)過程中，通過向?qū)W生介紹一些使用EDA技術(shù)實現(xiàn)的當(dāng)前比較主流的產(chǎn)品及其應(yīng)用，提高學(xué)生對EDA的具體認(rèn)識。這些方法不僅使學(xué)生對EDA相關(guān)的產(chǎn)業(yè)有了相應(yīng)的了解，更激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能夠踴躍地投入到“電子設(shè)計自動化”的學(xué)習(xí)中。

2.以實例展開理論教學(xué)

“電子設(shè)計自動化”的學(xué)習(xí)內(nèi)容包含三大部分：[3]硬件描述語言（以VHDL語言為學(xué)習(xí)對象）、開發(fā)軟件（以QUARTUS II為學(xué)習(xí)對象）和實驗用開發(fā)板（以FPGA開發(fā)板為學(xué)習(xí)對象）。

硬件描述語言的學(xué)習(xí)屬于理論學(xué)習(xí)部分，是重中之重。對于一門編程語言的學(xué)習(xí)來說，語法和編程思想是學(xué)習(xí)要點。在傳統(tǒng)的編程語言學(xué)習(xí)的過程中，通常都是將語法作為主線，結(jié)合語法實例逐漸形成編程思想。這種學(xué)習(xí)方法會使學(xué)生陷入到學(xué)編程語言就是學(xué)習(xí)語法的誤區(qū)中，不僅不能學(xué)到精髓，還會因為枯燥乏味而產(chǎn)生厭倦感。

如何能使學(xué)生既能掌握電路設(shè)計的方法，又輕松掌握語法規(guī)則是一個教學(xué)難題。筆者改變傳統(tǒng)觀念，將編程思想的學(xué)習(xí)作為教學(xué)主線，在理論學(xué)習(xí)過程中，以具體電路實例為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生從分析電路的功能入手，熟悉將電路功能轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的程序語句的過程，并掌握如何將這些語句按照規(guī)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(guī)則。由于整個過程中學(xué)生的思考重點都放在電路功能的實現(xiàn)上，而語法的學(xué)習(xí)就顯得不那么突兀，也不會產(chǎn)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(xué)過的語法現(xiàn)象，以避免學(xué)生遺忘，以此讓學(xué)生明白，學(xué)習(xí)編程語言的真正目的是為了應(yīng)用于電路設(shè)計。通過一些實踐，學(xué)生體會到語言學(xué)習(xí)的成就感，進(jìn)一步提高了學(xué)習(xí)興趣，此方法收到了良好的教學(xué)效果。

3.將硬件電路設(shè)計的概念貫穿始終

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

在講述應(yīng)用實例時，需要向?qū)W生分析該例中的語句和硬件電路的關(guān)系，并強(qiáng)調(diào)這些語句與軟件語言的區(qū)別。以if語句為例，在VHDL語言中，if語句的不同應(yīng)用可以產(chǎn)生不同的電路結(jié)構(gòu)。完整的if語句產(chǎn)生純組合電路，不完整的if語句將產(chǎn)生時序電路，如果應(yīng)用不當(dāng)，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(xué)生更深刻地理解不同的if語句對應(yīng)的硬件電路結(jié)構(gòu)特性，可以通過一個小實例綜合之后的電路結(jié)構(gòu)圖來說明。

如以下兩個程序：

（1）entity muxab is

port（a，b：in bit；

y：out bit）；

end；

architecture behave of muxab is

begin

process（a，b）

begin

if a>b then y

elsif a

end if；

end process；

end；

（2）entity muxab is

port（a，b：in bit；

y：out bit）；

end；

architecture behave of muxab is

begin

process（a，b）

begin

if a>b then y

else y

end if；

end process；

end；

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

強(qiáng)化硬件電路設(shè)計的思想，可以促使學(xué)生逐漸形成一種規(guī)范、高效、資源節(jié)約的設(shè)計風(fēng)格，培養(yǎng)一個優(yōu)秀的硬件電路設(shè)計工程師。

4.通過實踐拓展強(qiáng)化學(xué)生動手能力

“電子設(shè)計自動化”是一門實用性很強(qiáng)的課程，學(xué)生在學(xué)完該課程后必須具備一定的硬件電路設(shè)計和調(diào)試的能力，因此在教學(xué)中需要不斷地用實踐訓(xùn)練來強(qiáng)化學(xué)生在課堂所學(xué)習(xí)的理論知識，并使他們達(dá)到能夠獨立設(shè)計較復(fù)雜硬件電路的能力。

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

三、結(jié)束語

掌握“電子設(shè)計自動化”課程的特點，有針對性地改善教學(xué)方法，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，強(qiáng)化理論和實踐教學(xué)相結(jié)合，一方面使學(xué)生把握課程的全局性，了解和熟悉電子設(shè)計自動化行業(yè)的狀況和最新動態(tài)；另一方面培養(yǎng)學(xué)生具有扎實的理論基礎(chǔ)和良好的動手能力，培養(yǎng)出厚基礎(chǔ)、重實踐、有創(chuàng)新的高素質(zhì)人才，具有重要的社會意義。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]Roth,C.H.數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與VHDL[M].金明錄,劉倩,譯.北京:電子工業(yè)出版社,2008.