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測控電路設計與應用范文1
關鍵詞：單片機；教學；實踐
中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）24-0181-02
單片機具有體積小、控制功能強、可靠性高、性價比高等特點，得到越來越廣泛的應用。目前，很多工科高校都開展了《單片機原理及應用》課程，并且在各相關專業中占有重要地位?！秵纹瑱C原理及應用》是一門實踐性、綜合性很強的課程，可以綜合學生所學的電路、數字電路、模擬電路、可編程邏輯器件、編程語言、控制系統設計、傳感器等多門基礎課和專業基礎課的知識，主要培養學生進行智能化電子系統整體設計能力?！秵纹瑱C原理及應用》必須加強實踐教學才能取得好的效果。但是，目前在實踐教學過程中所使用的教學設備主要是實驗箱，其主要元件一般是目前已經淘汰的插接式器件，同時由于實驗時間場地的限制，學生很難有足夠的實踐時間。為此，本文設計了單片機教學實踐系統，主要元件均采用貼片元件，體積小、成本低，可直接使用計算機的USB接口供電和下載程序，并且采用了目前單片機應用領域最流行的多種總線技術，CPLD技術等，使學生可以從認識元件開始，到設計、加工、調試、設計較復雜測控系統，全面培養學生的設計、實踐能力。
一、單片機實踐教學系統組成
為使學生在學生使用過程中，盡可能學生更新的知識，并且與教學過程相匹配，同學又要留有足夠的擴展空間供學有余力的學生有更多深入學習的機會，因此在設計過程中，既保留的目前教學課本中最經典的教學內容，同時，又引入了目前實際應用領域中廣泛使用的新技術。系統主要組成如圖1所示。
教學系統以AT89S52單片機為核心，設計了CPLD擴展電路、人機接口、模擬信號輸入輸出電路、數字量輸入輸出電路、存儲器擴展電路及幾種比較典型的應用電路。
二、單片機實踐教學系統電路設計
1.CPU及CPLD擴展電路設計。CPU選擇AT89S52作為主控CPU，可以在線編程，內部8K的Flash存儲器，不需要擴展程序存儲器，內帶看門狗，最大工作頻率33MHz。擴展8K數據存儲器（62624），可以滿足學習需要。數字量的輸入、輸出羅輯均由CPLD實現，CPLD采用EPM7128，它帶有2500門，128個宏單元，8個邏輯陣列，可用輸入輸出引腳100個。CPLD輸出實現數字量的輸入、輸出外，還實現單片機總線擴展的鎖存器、譯碼器等需要的數字邏輯單元。為學生使用方便，為學生提供輸入、輸出接口、計數器、數值比較器等基本數字電路的程序示例及單片機控制程序示例，以保證沒有學過CPLD的同學無障礙的學習使用單片機。
2.模擬信號輸入輸出電路設計。模擬信號輸出采用目前教學過程中普遍采用的8位逐次逼近型A/D轉換器ADC0809，帶8個模擬通道，芯片內帶通道地址譯碼鎖存器，輸出帶三態數據鎖存器，啟動方式為脈沖啟動方式，每一通道的轉換時間大約100微秒。模擬信號輸出通道采用DAC0832，它由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A轉換器組成。模擬信號的參考電壓均采用REF195設計，輸出5V標準信號。地址譯碼及選通信號等邏輯信號均在CPLD中編程實現，可以使學生充分靈活的實現自己的接口設計。
3.人機接口電路。人機接口電路采用了單片機電路最常用的鍵盤、數碼管管理器件HD7279作為核心電路，設計了3×4的小鍵盤及四位數碼管，可以滿足測控的基本需要，同時可以滿足學生對于人機接口程序設計聯系的需要。
4.USB下載電路及供電電路設計。單片機實踐教學系統采用USB供電，即可以保證學生可以充分自由的使用教學系統，同時也保證使用安全。單片機程序下載采用USB下載，提供給學生上位機的下載程序，方便學生使用。下載電路采用AVR的單片機Atmeg8為核心，Atmeg8是一個簡指令單片機，是一款功能強、可靠性高的工業級單片機，內帶Flaseh、SRAM、EEPROM等典型存儲器，A/D轉換器等實用的單元。電路設計中除了將它用于程序下載外，還提供了一路數字量和一路模擬量的輸入，以使學有余力的學生可以學習到一種新的單片機，擴展單片機知識。
5.典型應用電路設計。為保證學生不僅學到單片機的基礎知識，還要兼顧目前流行的新技術，同時又要提高學生的學習效率，在盡可能短的時間內學習到更多的知識，選擇了三種典型的新器件，既具有實用性，又具有代表性。其中DS18B20是基本于單總線的溫度傳感器，DS1302是基于SPI總線的日歷時鐘芯片，AT24C02是基于二線串行總線的EEPROM芯片，三種芯片采用了三種不同的總線，基本涵蓋了單片機測控領域最常用的串行總線方式。
測控電路設計與應用范文2
[關鍵詞]實驗教學；創新能力；實踐能力；研究生教育
[中圖分類號] G643 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）01-0168-02
研究生教育屬于國民教育序列中的高等教育，對國家創新人才培養以及提高國家科技競爭力具有決定性意義。研究生教育不僅要求學生在本門學科內掌握堅實的基礎理論和系統的專門知識，而且要求具備從事科學研究和教學工作或獨立承擔專門技術工作的能力和創新能力。因此，與本科及其之前的教育不同，研究生教育的核心是培養學生的科研能力、工程實踐能力以及創新能力。為更好地實現培養目標，提高培養質量，當前國內外很多工科類大專院校在研究生階段的課程系統中開設有實驗課程。大量的事實證明，研究生實驗能力的高低，決定其科技創新水平的高低。而創新是研究生培養質量的標志和靈魂，離開了創新，就談不上高質量高素質的研究生教育。
一、優化教學內容
“測控電路與裝置”是我院儀器科學與技術學科研究生選修課，主要介紹測控系統常用硬件電路與裝置的原理及實現技術，其完整的教學體系包括信號運算與處理電路、信號轉換與模擬電路、信號激勵與檢測電路、測控系統設計以及新型集成電路的應用等，內容涵蓋了基本的原理電路和大規模集成芯片的應用。
為了培養研究生的實驗能力，我們摒棄了傳統的以教員講授為主、學生被動接受知識為輔的教學模式，對教學內容進行優化，體現由“學科系統式”向“應用系統式”的轉變、由“微觀局布式”向“宏觀整體式”的轉變、由“面面俱到式”向“精選式”的轉變，將教學內容用若干個基礎驗證實驗、綜合設計實驗和創新型實驗貫穿起來。我們利用基礎驗證實驗培養學生掌握堅實的基礎知識，培養和激發學生創新意識，利用綜合設計實驗培養學生的知識綜合應用能力，利用創新型實驗培養學生的創新和解決實際問題的能力。
實驗內容的劃分可用圖1表示?；A驗證實驗包括：運算放大器的特性與參數、運算電路的特性與參數調整、信號變換電路的特性與調整等；綜合設計實驗包括：基本信號處理電路設計與調整、函數發生器電路設計與調整、直流穩壓電路的設計與調整、濾波電路的設計與調整等；創新性實驗包括：信號產生電路設計與應用、數據采集電路設計與應用、線性系統性能分析、CPLD和FPGA芯片的應用等實驗。實際教學過程中，這些實驗的具體內容、要求，以及使用的器件或芯片等會根據研究生的知識掌握程度和技術的發展進行更新或調整，并鼓勵研究生自主設計，自己動手，自由探索，開設創新性實驗。
二、創新教學實施方法
教學過程由基礎講授、實驗、撰寫報告、匯報交流或檢查評估等環節組成。教員在基礎內容講授的基礎上，布置實驗內容、要求及注意事項。研究生根據實驗內容和要求進行仿真實驗或實際實驗，仿真實驗利用Multisim軟件在計算機上進行，實際實驗內容利用具體的元器件和電路實驗。實驗由研究生一人一組進行，實驗完成后要寫出實驗報告并制作PPT課件，在課堂進行交流。對于綜合性和創新性實驗，還要由教員和全體學員共同評估項目的完成情況，作為課程考核平時成績的評定依據。2015年研究生“測控電路與裝置”課程教學實施計劃，我們安排了運算放大器的特性與參數、運算電路的特性與參數調整、信號變換電路的特性與調整3個基礎驗證性實驗，綜合實驗安排了RC有源濾波器設計與調整、信號處理電路調試與仿真，最后以信號產生電路的設計、仿真與調試為創新性實驗，鼓勵研究生自主設計與創新。
創新過程可能發生在設計過程，也可能發生在仿真和調試過程中。例如，在DDS仿真電路中，U1似乎是多余的，因為它沒有任何連接，而且從原理上講DDS電路也是不需要MCU的，那么U1在電路中的作用是什么呢？在進行DDS仿真實驗時，我們發現MultiSim不支持ROM的設置，即利用MultiSim無法直接設置正弦數據存儲器的值，但是研究發現，在進行MCU仿真時，MultiSim允許將程序編譯下載到MCU的外部程序存儲器，于是我們可以將整個DDS電路看作MCU的電路，并利用MCU的程序編譯過程實現對U2的加載，進而實現DDS電路的仿真。
三、完善實驗環境
培養研究生的實驗能力對教員的素質和教學的實驗條件提出了更高的要求。教員不僅要熟練掌握教學內容，還要具有豐富的相關學科知識，能正確解答研究生在實驗過程中提出的問題。同時，實驗條件也應滿足教學要求，包括虛擬仿真實驗所需的計算機和電路仿真軟件，以及實際實驗中用到的實驗平臺、儀器儀表、元件器件等。
虛擬仿真實驗利用計算機和電路仿真軟件MultiSim進行。針對實際電路實驗，我們建立了相應的實驗平臺。該實驗平臺除了可完成熱電偶、光敏電阻、霍爾器件等基本元器件測試以及基本的模擬、數字電路實驗外，還可對實驗內容三個層次完成運算放大器特性與參數調整、差動放大器性能分析、波形轉換電路實驗、信號產生電路實驗、濾波電路實驗、數據采集系統設計與分析、線性系統的頻域響應分析、典型環節時域響應分析、電工電子創新設計、機電一體化綜合創新設計以及智能飛行器創新系統設計等實驗項目。
四、構建綜合考核評價體系
實驗教學考核評價體系的構建應該將鼓勵創新放在首位。“測控電路與裝置”課程考核成績主要由實驗設計與操作的成績、平時成績、創新設計成績三部分構成。其中，實驗設計與操作成績包括實驗方案設計報告、實驗操作情況、實驗報告等三部分成績，主要考核研究生的工程實踐能力、團隊協作能力和創新能力；平時成績主要包括課堂專題討論情況、答疑討論情況、定期匯報報告情況等幾部分，主要考核學員的理論知識綜合應用能力和總結表達能力；設立創新設計成績，支持和鼓勵有創新意識的研究生積極進行創新實驗活動。通過這種綜合性的考核方法能夠盡可能地考核學員的各種能力，督促研究生學員有意識地加強創新實踐能力的鍛煉。
五、教學效果分析
采用實驗教學為“測控電路與裝置”課程教學帶來了生機和活力，提高了課程的教學效果和研究生的實驗能力。主要體現在：
1.實驗教學實現了以研究生為主體的良好教學環境，使研究生在主動完成實驗內容的過程中積極探索，主體意識明顯增強，學習積極性大大提高；
2.轉變了研究生的學習觀念，激發了研究生的學習主動性，提高了動手實踐能力、協調能力及解決問題和應變的能力，自我探究能力也在不斷提高；
3.在完成實驗的過程中，有很多問題需要討論和相互協作，研究生之間、教員與研究生之間溝通加強，增強了團隊的合作意識；
4.通過實驗結果的總結和討論，提高了研究生的語言和文字表達能力，最大限度地開發了研究生的獨立思考能力，提升了研究生對于科研創新的信心。
從幾年的教學效果和研究生的反饋信息來看，研究生樂意接受這種以實驗能力培養為主的教學形式，課程取得了很好的實效，同時，也為理工科課程的研究生創新實踐能力培養提供了一些有益的借鑒經驗：
首先，要加強課程體系建設，從課程體系上深化研究生實驗能力的培養。
其次，在基礎實驗的框架下，針對不同專業背景或不同知識掌握程度的研究生，制訂深度不同、程度合理的實驗內容，因材施教，讓能者在專業上得到長足發展。
另外，隨著高校實驗教學改革的深入開展，創新和改革實驗教學方式和考試方式更有待深入細致的探索和實踐，尤其需要采用多元化方式激勵研究生投入更多的創新思維到實驗設計中去，并且不斷在實踐教學中檢驗和發展改革效果與運行機制。
[ 參 考 文 獻 ]
測控電路設計與應用范文3
測控技術作為新興產業，是電子技術中的重要內容。測控技術無論是在科學研究領域，還是在工業領域，都起到了技術支撐作用。測控電路在實際的應用領域中，可以保證多種電子設備和產品正常運行。為了保證電子設備和產品能夠安全穩定地運行，本論文針對電子技術中測控技術的應用展開研究。
關鍵詞：
測控電路；電子技術；應用
科學技術的進步讓人們感受到時展越來越快。特別是電子技術已經深深地滲入到人們的生活中，是人們賴以生存的專業技術。隨著工業自動化方向發展，電子技術中的測控技術在工業領域中得以廣泛應用。但是電子設備實際運行中會出現各種干擾源而導致測控系統的運行難以滿足技術要求。為了確保測控系統能夠處于運行可靠，就要采用相關的抗干擾技術將抗干擾措施制定出來。
一、測控系統干擾源的分析
（一）電磁干擾
當電子設備處于運行狀態的時候，就必然會在電子設備的周圍產生電磁場。其中的主要原因就在于，電子設備運行中必然會使得電壓和電流產生變化。但是，這種變化或者是連續發生的，或者是間歇性的，如果電壓和電流的變化速度過快，就會有電磁場產生[1]。電磁場中的電磁能量并不僅僅在有限的磁場范圍內，而是會以電路為主體，不斷地擴展活動范圍，由此而影響了測控電路的正常運行。
（二）地線干擾
地線具有一定的抗阻性。當電流沿著接地線流動的時候，就會使地線上有電壓產生。電流受到阻抗的影響而不斷增大，電壓也會隨之增大而導致地線的負載增加。當測控系統對電子設備進行測試的時候，如果電子設備為大功率設備，在地線中就會有強電流通過，隨之，連接電子設備的電纜上也會有電流通過，而且電纜中所流通的電流缺乏穩定性，導致每一根電纜中所流經的電流都會有所不同，這些電纜中的電壓也會各有不同。缺乏穩定性的電流和電壓的大量存在，就會產生差模電壓而影響電路的正常運行。因此，應在測控電路中增加相應的過壓保護電路，以保證整個測控電路以及測控系統的正常運行。（圖1：過壓保護電路）
（三）濕度干擾
電路處于運行中如果環境濕度過低，就會在電路周圍產生靜電效應從而對電子設備造成干擾，特別是在靜電干擾下使得測控電路中的檢測信號受到干擾而導致元器件失效，最終造成整個測控系統無法正常運行；如果環境濕度過高，就會引起元器件間的短路和PCB的焊點銹蝕，在高濕度環境的影響下則這些焊點的接觸電阻就會有所提升，而影響了使用性能的發揮。如果這些焊點處已經被銹蝕，就會導致電子元器件功能減退而引發電路短路。
二、電子測控技術的應用
（一）合理的電路設計
所有的元器件在使用之前都要做好測試，并根據實際應用需要而經過技術處理，調試合格之后方可使用。如果是邏輯元器件，要采用接地技術，以提高電路的抗干擾能力，確保電路處于正常的運行狀態。在電路的設計上，注意邏輯電路與數字電路要分別單獨使用，且要對電源線進行加粗處理。接地線要盡量選擇網狀的接地線或者環形的接地線，并在連接接地線之前，要做好加粗處理工作，以確保邏輯電路和數字電路在數據的傳輸和走向能的傳遞上保持方向上的一致[2]。在進行布線的時候，折線的角度不可以超過90度，以在電路運行中能夠對頻率很高的噪音產生抑制作用。為了避免來自噪聲的干擾，還要采用接入旁路電容的方法，即將旁路電容接入到PCB板上面的IC點。所有接入的引線都要與接受旁路處理的端口相靠近，注意接入的引線長度要合適，避免由于過長而影響技術處理效果。
（二）屏蔽技術的應用
如果是對電磁場屏蔽，就要對噪聲騷擾源使用接地導體將其包圍起來，可以對電路以有效保護。屏蔽體所使用的導線要以銅或者鋁等具有良好的導電性能的材料為主，控制好中心導線的長度，以避免其從屏蔽體中伸出過長。如果屏蔽體是網狀的，網孔要盡量小，且要采用單端接地的方式，以保證屏蔽體有效地發揮屏蔽作用。如果既具有干擾能力的電磁場具有很高的干擾強度，在設計屏蔽電路的時候，就需要采用雙層屏蔽技術。但是，這種雙層屏蔽技術在使用中需要注意要加裝濾波電路，且內屏蔽盒與外屏蔽盒之間不能夠多處連接，一點連接即可。雙層屏蔽的兩個屏蔽體之間所間隔的距離不可以太大，以確保獲得最好的屏蔽效果，而且屏蔽層之間不可以有間隙，間隙的厚度與單層屏蔽材料的厚度等同[3]。如果干擾電磁波為空間電磁波，很容易對具有較高靈敏度的信號接受設備造成干擾。對這種空間電磁波可以采用金屬網屏蔽室進行屏蔽，屏蔽效能可以達到45dB至50dB。如果金屬網屏蔽室為雙層的，且有絕緣襯墊安裝在其中，所能夠獲得的屏蔽效能就可以達到75dB至95dB。屏蔽室的連接要正確，以在發揮屏蔽作用的同時，還確保屏蔽體本身能夠安全運行。此外，可同時根據電子產品的不同特性在測控電路中增加不同類型的濾波電路，可以將騷擾電磁過濾掉。（圖2：濾波電路）
（三）接地技術的應用
測控系統的接地多會采用三條地線，其一為信號地線，用于低電平電路接地；其二為噪聲地線，包括電動機的地線、繼電保護裝置的地線等等；其三為外接地線，連接在交流電源的接地線上，用于外殼、機架等接地使用。雖然接地技術可以單獨使用，但是要獲得良好的抗干擾效果，則需要與屏蔽體結合使用。如果電路處于運行狀態時，工作頻率沒有超過1兆赫，就可以將屏蔽體的接線用于一點接地設計，地線的長度要局限于信號波長的1/20[4]。如果工作頻率超過10兆赫，就可以將屏蔽體的接線用于多點接地設計。所選用的接地線要加粗，特別是連接印刷板上的接地線，要確保接電線所流過的電流要達到印刷板上所流過的電流的3倍之多。如果印刷板上為數字電路，就需要接地線的線路為閉環線路。
三、總結
綜上所述，電子技術中，測控技術屬于是新型的技術，而且隨著電子技術的發展，測控技術也在不斷地更新。各種電子設備中的測控系統往往會受到各種因素的干擾而導致系統無法可靠運行。特別是電子設備的使用功能不同，對使用環境也具有不同的要求，當然，其中的測控電路受到干擾的原因也會有所不同。這就需要提高測控電路的抗干擾能力，在測控電路的設計中加入相應的抗干擾電路，以確保測控系統處于良性運行狀態。
參考文獻：
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[3]馮嘉鑫.電子技術中測控技術的應用[J].基本建設經濟,2014(03):197-198.
測控電路設計與應用范文4
關鍵詞： 信號完整性； OMAPL138； 反射； 串擾； 電源完整性
中圖分類號： TN911.6?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）12?0089?03
0 引 言
當今的數字電路設計中，隨著用戶需求的提高、半導體工藝的不斷發展，處理器芯片的速度越來越快、密度越來越大、面積越來越小[1]。與低速數字電路設計相比，高速數字電路設計不僅要保證電路原理圖設計的正確性，還要考慮當數字信號的上升時間減小到一定程度時，無源元件的電容、電感特性所導致的信號完整性問題。如果信號完整性問題在電路設計中被忽略，將會導致系統不穩定或無法運行，甚至整個設計都要被，極大地降低了設計效率[2]。
所以，為了提高高速數字電路設計的首次成功率，信號完整性問題得到了越來越普遍的關注。這里結合OMAPL138的高速信號處理系統，對如何解決高速數字電路中的信號完整性問題進行了具體的闡述。
1 系統簡介
該系統是基于OMAPL138的高速信號處理系統， OMAPL138是整個系統的核心。OMAPL138是美國德州儀器（TI）新推出的DSP+ARM雙核架構的高性能處理器，其主頻最高可達456 MHz，支持浮點運算，不僅具有DSP超強的數字信號處理能力，又面向應用，具備ARM的豐富外設接口的特點，其外設接口包括EMIFA、EMIFB，UART，EMAC等[3]。DSP核和ARM核通過片內共享內存區域進行相互通信[4]。
系統硬件結構圖如圖1所示。系統包括NAND FLASH模塊、DDRⅡ模塊、VME總線模塊、串口模塊和網口模塊。除了VME總線模塊需要通過FPGA進行EMIFA到VME的接口轉換外，其他模塊都與OMAPL138相應的外設接口直接連接。其中，NAND FLASH模塊用于存放引導程序、內核和文件系統；DDRⅡ模塊用于系統運行時過程文件和臨時數據的存儲[5]；VME總線模塊和網口模塊用于與其他系統的數據通信；串口模塊用于連接上位機，系統調試時，可以打印調試信息。
該系統應用在光刻機的物鏡控制箱中。系統工作時，首先通過網口接收數據采集卡發送的物鏡中鏡片的位置、溫度等信息，然后經由OMAPL138進行高速數據處理，最后通過VME總線向驅動板卡發送處理后的數據，由驅動板卡對鏡片的位置、溫度等進行調整。
2 信號完整性分析與仿真
常見的信號完整性問題主要包括：單條傳輸線的信號反射、相鄰傳輸線之間的信號串擾、時序控制以及電源完整性問題等。
在該系統中，高速信號的信號完整性特性主要表現在OMAPL138與DDRⅡ的接口上，DDRⅡ的時鐘最高可達312 MHz，地址、數據和控制信號頻率為時鐘的[12]，即156 MHz。下面主要以此接口為例，對信號完整性進行分析，并在Cadence軟件環境下進行仿真說明。
2.1 單條傳輸線的信號反射
對于單條信號線來說，幾乎所有的信號完整性問題都來源于信號傳輸路徑上的阻抗不連續性所導致的反射。解決信號反射問題有三種方法：降低系統時鐘頻率、縮短PCB走線和端接阻抗匹配。第一種降低了系統的運行效率，第二種需要增加PCB板的層數，提高了設計成本，顯然這兩種方法都不可取，第三種是最有效的解決方法。端接阻抗匹配包括源端端接和終端端接，源端端接主要應用于消除二次反射；終端端接又可分為并聯匹配、戴維寧匹配、交流中斷匹配、二極管匹配和串聯匹配[6]。幾種匹配方式中，只有串聯匹配最適用于大規模并行總線的的阻抗匹配應用，所以對于DDRⅡ的地址、數據和控制總線都采用串聯端接阻抗匹配。
2.2 相鄰傳輸線間的信號串擾
形成串擾的原因有兩種，分別是電感性耦合和電容性耦合，它們會導致向前、向后兩種類型的串擾。串擾的產生和強度大小取決于傳輸線中電流的變化和走線的距離，電流變化的越快、走線距離越近，耦合就越強，串擾就越嚴重。因此，解決串擾問題的方法有兩種，分別是降低信號速率和增加走線間距。由于降低信號速率會影響系統的性能，所以應采用增加走線間距的方式來減小相鄰傳輸線間的信號串擾。
2.3 時序控制
在高速數字電路設計中，對時序的要求非常嚴格，具體時序要求包括信號發送端的時序、傳輸路徑上的延時和信號接收端的時序。在PCB的實際設計中，就要通過控制傳輸線的阻抗和傳播延時滿足信號發送端和接收端對信號建立時間和保持時間的要求[7]。
2.4 電源完整性
關于電源完整性，在高速數字電路設計中，旁路電容和去耦電容的使用也非常重要。其作用主要包括：為各種噪聲提供流通到地平面的低阻抗通路；當電源波動較大時，通過儲能為器件供電，保證電源的穩定性。在本系統中，有源器件的每個電源引腳與地之間都布置了0.1 μF的電容，同時整個電路板上布置了若干大容量鉭電容。需要注意的是，電容的位置要盡量靠近器件的電源引腳；電容引腳走線盡可能短，因為引線越長，電感性的越強，電容的作用就越小。
3 結 語
現代高速數字電路設計中，信號完整性問題扮演著越來越不可忽視的角色。基于OMAPL138的高速信號處理系統，在測試中，沒有發現因為信號完整性問題而使系統運行不穩定的情況。實踐證明，分析信號完整性問題的產生原因，通過仿真得到解決信號完整性問題的方案，可以有效地防止反射、串擾等信號完整性問題對高速數字電路系統的運行產生影響，極大的提高了高速數字電路設計的一次成功率。
參考文獻
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測控電路設計與應用范文5
通過參考成熟的CAN/LIN總線設計電路，經過基礎測試及單元電路測試，應用電路設計軟件Alti-umDesigner10．0設計了電路原理圖，如圖1所示．本設計采用SiliconLaboratories公司生產的汽車級控制芯片C8051F500Q作為整個硬件系統核心控制芯片;恩智浦半導體(NXP)公司生產的TJA1040、TJA1020收發器分別作為控制局域網CAN物理總線與協議控制器之間的硬件接口，LIN主機從機協議控制器和LIN傳輸媒體之間的接口;采用AT24C04作為存儲擴展，并結合JTAG調試燒寫電路和12V轉5V轉壓電路共同構成一個獨立完整的工作電路［3－4］．
2中央控制器硬件
電路中央控制電路如圖2所示，由于數字電路的頻率高、模擬電路的敏感度強的特點，針對通信信號線，高頻的信號線要盡可能遠離敏感的模擬電路器件，因此，本設計將模擬地與數字地進行隔離．C8051F500芯片內部提供了穩定的24M內部晶振，因而電路中未設置外部晶振電路．SiliconLabs公司C8051F500芯片內部集成博世CAN控制器，采用CAN協議進行串行通信．CAN控制器包含一個CAN核、控制寄存器、消息RAM及消息處理狀態機．控制器符合博世2．0A基本CAN標準和2．0B全功能CAN標準，方便在CAN網絡上的通信．
3電源電路設計
采用了LM2937IMP－5．0的12V轉5V轉壓芯片;為保護轉壓電路的安全性，防止回流，采用二極管N5817;輸入及輸出兩端的電容起到穩定兩端電壓的作用．CAN/LIN總線接口芯片電路設計CAN總線接口電路如圖4所示，其中P0口的P0．6和P0．7分別為CAN總線收發器TJA1040與主控制器C8051F500Q的發送接口和接收接口．TJA1040作為CAN物理總線和控制器之間的硬件接口，能提高對CAN總線的差動發送與差動接收能力［5］．LIN總線接口電路如圖5所示，LIN總線通信需要12V外部供電，P1口的P1．0和P1．1分別作為LIN總線收發器TJA1020與主控制器C8051F500Q的發送接口和接收接口，P1．2作為LIN的啟動引腳．TJA1020是LIN物理總線和主———從協議控制器之間的硬件接口，工作波特率在2．4kbits/s～20kbits/s之間．TXD管腳輸入的發送數據通過LIN收發器轉換成LIN總線信號，通過收發器控制轉換速率與波形，這樣能夠減少EME．通過一個內部終端電阻LIN總線的輸出管腳被拉成高電平．通過LIN總線的輸入管腳，收發器檢測到的數據流通過RXD管腳發送至微控制器［6－7］．
4系統調試
測控電路設計與應用范文6
關鍵詞：自動調節 單片機 檢測系統
中圖分類號：G642 文獻標識碼： A 文章編號：1672-1578（2014）4-0093-02
1 引言
隨著大棚技術的普及，溫室大棚數量不斷增多，溫室大棚的溫濕度控制便成為一個十分重要的課題。本文介紹的溫濕度測控系統就是基于單總線技術及其器件組建的。該系統能夠對大棚內的溫濕度進行采集，利用溫濕度傳感器將溫室大棚內溫濕度的變化，變換成數字量，其值由單片機處理，最后由單片機去控制液晶顯示器，顯示溫室大棚內的實際溫濕度，同時通過與預設量比較，對大棚內的溫度進行自動調節，如果超過我們預先設定的濕度限制，濕度報警模塊將進行報警。該系統抗干擾能力強，具有較高的測量精度，安裝簡單方便，性價比高，可維護性好。
系統分為兩個部分，一個是由溫濕度傳感器組成的檢測部分，另一個是由單片機和顯示模塊組成的主控與顯示部分。溫、濕度傳感器將檢測到的數據送到單片機，單片機對接收到的數據進行處理并送到顯示模塊顯示，5V穩壓電源給各部分供電。
2 系統硬件設計
2.1單片機及接口電路設計
單片機主控模塊包括了振蕩電路、復位電路，同時接入了各個模塊的接口，保證了整個系統的靈活性。單片機是整個系統的控制中樞，它指揮器件協調工作，從而完成特定的功能。硬件實現上采用模塊化設計，每一模塊只實現一個特定功能，最后再將各個模塊搭接在一起。這種設計方法可以降低系統設計的復雜性。
控制電路的核心器件AT89C52是一種低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8K在系統可編程Flash存儲器，使用ATMEL公司高密度非易失性存儲器技術制造，片上Flash允許ROM在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使其為眾多嵌入式控制應用系統提供靈活的解決方案；價格低廉、性能可靠、抗干擾能力強。因此廣泛應用于工業控制和嵌入式系統中。
2.2溫度傳感器及接口電路設計
DS18B20溫度傳感器體積更小、更經濟、更靈活。DS18B20溫度傳感器測量溫度范圍為-55℃～+125℃。在-10℃～+85℃范圍內，精度為±0.5℃?，F場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。DS18B20溫度傳感器工作原理框圖如圖1所示。
2.3 濕度傳感器及接口電路設計
HS1101電容傳感器，在電路構成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。涉及如何將電容的變化量準確地轉變為計算機易于接受的信號時，常用兩種方法：一是將HS1101置于運放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產生的正弦波電壓信號經整流、直流放大、再A/D轉換為數字信號；另一種是將HS1101置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉為與之呈反比的電壓頻率信號，可直接被計算機所采集。
2.4串口通訊電路
STC89C52單片機有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和電腦之間可以方便地進行串口通訊。我們采用了專用芯片MAX232進行轉換，雖然也可以用幾個三極管進行模擬轉換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。我們采用了三線制連接串口，也就是說和電腦的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的GND、第2腳的RXD、第3腳的TXD。這是最簡單的連接方法，但是對我們來說已經足夠使用了，電路如下圖所示，MAX232的第10腳和單片機的11腳連接，第9腳和單片機的10腳連接，第15腳和單片機的20腳連接。串口通訊的硬件電路如下圖所示。
3 基于單片機的大棚溫、濕度的檢測系統的軟件設計
3.1 控制系統的軟件流程
3.2 溫度傳感器數據讀取的程序編寫
DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820 相同，只是得到的溫度值的位數因分辨率不同而不同，且溫度轉換時的延時時間由2s減為750ms。低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器1。高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數器 2 的脈沖輸入。計數器1和溫度寄存器被預置在-55℃所對應的一個基數值。計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數器1的預置將重新被裝入，計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數器1的預置值。
3.3濕度傳感器數據讀取的程序編寫
4 結語
通過單片機對大棚溫、濕度的檢測系統的設計，克服了傳統的溫濕度控制精度低及耗費大量的人力物力的缺點，實現了溫濕度實時測量、顯示和控制。該系統抗干擾能力強，具有較高的測量精度，安裝簡單方便，性價比高，可維護性好。這種溫濕度測控系統可應用于農業生產的溫室大棚，通過網絡的支持，實現對溫度的實時控制，是一種比較智能、經濟的方案，適于大力推廣，以便促進農作物的生長，從而提高溫室大棚的畝產量，以帶來很好的經濟效益和社會效益。
參考文獻：
[1]康華光等.電子技術基礎[M]. 北京：高等教育出版社.
[2]彭介華.電子技術課程設計指導[M]. 北京：高等教育出版社.
