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智能电路设计与制作范文1
关键词：微喷灌监控系统；硬件设计；CAN总线
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）10-0244-02
Abstract：This article expounds the CAN bus based intelligent monitor and control system for micro spray irrigation （lower machine （intelligent node） composition and design of hardware circuit. Set out from the system function requirement， the system of key circuit， I/O interface circuit， clock circuit， data acquisition circuit， storage circuit and I/O control circuit of scheme selection， and then determine the overall structure of system， and according to the cost accounting， reliability， power consumption， such as design principles， design based on STC89C52 microprocessor and SJA1000 chips CAN bus adapter controller of the data acquisition module， control module and data processing module of the hardware system.
key words： micro irrigation monitoring system； hardware design； CAN bus
CAN总线是联接上位机与下位机（各智能节点）的网络信媒介。智能节点主要用于接收和发送网络信息，总线网络接发器的电信号驱动能力限制了所有智能节点均须联接成一个网络CAN总线体系，才能达到控制基本功能，本文将这种体系称为功能模块。
1 硬件方案的确定
目前，CAN总线的接口电路的主要有两种：一是带片内CAN控制器MCU；另一种则是选择合适的MCU及独立的CAN总线控制器。使用MCU进行接口电路设计，能大大降低外部电路的复杂性，增加电路的紧凑性，电路板的制作也较为简单。但与一般的微控制器比较，其设计的灵活性较低，成本则相对较高。
如选用合适的MCU及独立CAN控制器的设计方法，电路设计可能比较复杂，但电路设计的灵活性增强，常用的MCU基本都能够满足CAN控制器电路接口的设计需求。本系统采用独立MCU与CAN控制器设计方案，其中微处理器选用STC公司生产的STC89C52。能大大降低外部电路的复杂性，增加电路的紧凑性，电路板的制作也较为简单。但与一般的微控制器比较，大大降低了其设计的灵活性，加之此种有CAN控制器的MCU的成本相对较高。由于CAN总线驱动是CAN控制与物理总线间的连接接口，是决定整个系统网络性能的重要因素之一，所以CAN总线控制器则选用PHILIPS公司生产的目前市场常用的SJA1000作为上、下位机的通讯媒介。总线驱动器选用市场上常见的、性价比相对较高的PCA82C250。
2 CAN总线接口电路
3 其他接口电路的设计
3.1 LED显示接口电路
单片机系统中主要的显示器是七段数码发光二极管（LED数码管）显示器、LCD液晶显示器和CRT图形显示器。从价格、功耗、使用寿命等方面考虑，七段数码发光二极管显示器用得最多。根据本系统的功能设计要求，本系统控制器也是选取最常用的七段数码发光二极管（LED数码管）显示器（简称数码管显示器），来显示并操作修改控制系统的各种参数及各种控制数据。
3.2 按键输入电路
系统参数的设置或显示屏幕的切换是通过一个由五个按键组成的简易独立式键盘来完成。五个按键分别表示上、下、左、右，设置/运行，按键与单片机的连接采用非编码按键接口，五个按键分别与89C52的P1.0―P1.4口相连接，并通过对各接口高低电平来识别并判断是否有某个按键被按下，同时也能判断该按键被按下的次数，以便执行相应的操作。
3.3 复位电路接口的设计
为了确保中央处理器和系统所有部件均能够处于确定的初始化状态，STC89 C52单片机在启动前需要复位，使CPU及其他部件均恢复至一定的初始状态下，通过复位处理后，即可从初始化状态开始运行工作。AT89C52可以通过手动按键和上电自动电路进行复位，本系统通过对电解电容器（22μF）的充电来实现复位，实现单片机与系统部件的初始状态。
3.4 输出驱动电路
本控制系统输出驱动电路为四路12伏的继电器驱动电路。其中四路继电器输出接8155的PB0-PB3引脚。另外，为了提高控制的系统抗干扰力，本系统在继电器与单片机的输出口间利用光耦来实现隔离功能，这使控制系统能持续工作，采用12伏、5伏双电源供电系统。
3.5 时钟电路接口的设计
单片机以时钟信号为基准控制各部件有条不紊地工作，单片机的运算速度受时钟频率直接影响，系统的稳定性则受时钟电路的质量影响。本系统中把该放大器同片外石英晶体作为自激振荡器。XTAL1和XTAL2分别与单片机的XTAL1、XTAL2引脚相连，外接石英晶体和电容器C1、C2组成谐振并联电路，连接在反馈回路中。外接电容器一般取30PF。
4 系统总电路设计
CAN总线的控制器SJA1000的AD0～AD7与AT89C52的P0口对应联接，AT89C52的P2.7口与取反片选端CS连接。P2.7为高电平1时，CPU根据相应地址选中SJA1000，并该这些地址对相应的SJA1000执行读写操作。终端信号的输出端为SJA1000 的INT口，中断时，INT高电平向低电平跳变，由于它与AT89C52的外部中断输入脚INT0相连，从而可通过中断的方式使得AT89C52访问SJA1000。采用光耦6N137主要是为增强CAN总线节点抗干扰力，避免将AT89C52的 RXD和TXD直接与RX0和TX0相连，SJA1000通过高速光耦6N137与AT89C52相连，实现CAN总线节点的电气隔离。AT89C52的CANL和CANH引脚通过串联电阻与总线相连，电阻的限流作用保护AT89C52不受过流的冲击，总线上的高频干扰利用并联电容过滤，避免电磁辐射。
5 小结
通过对设计CAN总线节点的软硬件， STC89C52单片机作为微处理控制器，配合CAN总线控制器SJA1000组成的下位机实时通讯的智能节点，系统采取光电隔离的措施来增强系统的稳定性、可靠性，保证CAN总线网络的工作稳定性和实时性。
参考文献：
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智能电路设计与制作范文2
关键词 测控技术与仪器专业；校内实训；实训内容；实训大纲
中图分类号：G642 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）10-0143-03
On-campus Practical Training Exploration of Measurement and Control Technology and Instrument Specialty//YIN Lunhai， WANG Junsheng， LAN Hehui
Abstract The on-campus practical training teaching system is established. Training target， training content and training module is formulated. All the training contents are from basic to professional， and go from the easy to the difficult and complicated. The Engi-neering practice ability of the students can be increased through training. Students of three year of graduation are trained and good results have been achieved. Both the Engineering practice ability and ability to research of the students are all increased.
Key words measurement and control technology and instrument specialty； on-campus practical training； training content； training syllabus
1 引言
目前许多院校校外实习以走马观花为主，虽然学生在实习过程中可以见到许多未曾见过的仪器设备，可见识到实习单位的整个生产流程和生产工艺，但实习效果仍不理想。所以在校外实习基础上做好校内实习、实训，对提高学生实践动手能力尤为重要。
辽宁工业大学为保障学校各专业培养学生工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力，不断提高工程人才培养质量，在实验实训硬件设施方面采取了一系列保障措施。同时，测控技术与仪器专业（以下简称测控专业）教研室教师丰富的工程实践能力为测控专业学生实习提供了有力的保障。
2 校内实习实训平台建设
目前测控专业可用校内实训的实验室和实训基地条件良好，足可满足学生实训需要。
实验室建设 测控专业基础类实验室有测控技术实验室、单片机实验室、计算机控制技术实验室、“电工电子技术”辽宁省实验教学示范中心、“智能控制理论及应用”省高校重点实验室；专业实验室有过程控制实验室、智能机器人实验室、“新能源汽车智能控制技术”省重点实验室、与德国西门子共建的“PLC实验室”、与美国罗克韦尔自动化公司共建的“工业控制网络实验室”、与美国飞思卡尔半导体公司共建的“嵌入式应用实验室”。
学校实习实训基地建设 2012年，辽宁工业大学在国家发改委专项资金资助下，投资8000余万元建设工程实训中心，面积2.8万余平方米，目前完成试验设备安装并投入使用的有金工实训平台、电工电子实训平台、现代加工技术平台、电气工程综合实训平台、光网络通信实训平台、新能源技术综合实训平台、汽车检测与维修工程训练平台、工业生产过程自动化训练平台、化工生产工艺实训平台和材料工程实训平台。基地可同时满足1000名学生从事创新创业项目训练[1]。10个实训平台中测控专业学生可利用8个进行实训。
实习实训中心实训平台及测控专业实验室的实验设备及装置，为测控专业学生校内实训提供了良好的实训硬件条件。
3 合理的实训师资队伍建设
测控专业教师学历、职称结构合理 测控专业现有专任教师15人，其中教授4人，副教授5人，讲师3人，高工1人，实验师2人；具有博士学位6人，硕士学位7人；中国仪器仪表协会理事1人，辽宁省“百千万人才工程”千人层次1人，辽宁省青年骨干教师2人[2]。聘请了丹东东方测控集团有限公司、丹东华日理学电气有限公司、锦州利达航海电器有限公司等公司8名高级工程师为客座教授，联合指导生产实习、实训等。
测控专业教师具有较强的实践经验和指导学生实习实训的能力 自2013年以来，测控专业教师共指导大学生创新创业计划项目11项，其中省级6项、校级5项；3年来指导学生参加全国大学生电子竞赛，获得国家一等奖1项、省级一等奖4项、省级二等奖5项、省级三等奖3项；指导学生参加中国机器人公开赛，获得国家一等奖1项、国家三等奖1项、省级一等奖2项、省级二等奖1项、省级三等奖1项；指导学生参加飞思卡尔杯智能车竞赛，获得全国总决赛二等奖1项、东北赛区一等奖2项；指导学生参加“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、中国大学生计算机设计大赛、创青春全国大学生创业大赛、“蓝桥杯”软件创业团队赛等大赛，获得多个国家级和省级奖项。
4 确定实训教学目标，建立适合测控专业的实训教学体系
实训的目标是通过实训教学培养学生实践动手能力、创新能力和工程设计能力。基础训练要求：通过实训，学生能够完成控制系统设计；根据被控对象特性与技术参数要求，学会选择传感器、变送器、控制器、执行器、显示仪表等装置，能够完成系统组装调试、系统投运与参数整定；学会各个装置的拆卸与组装、设备维护与维修。能力提高训练要求：能够完成信号调理电路、简单变送器、控制器、输出控制电路的设计、焊接、调试。实训项目包括专业基础技能实训、专业技能实训和创新训练。
专业基础技能实训 主要包括金工实习、电子实习、生产实习、毕业实习、信号变换综合设计、过程控制系统课程设计、单片机原理及接口技术设计、专业基础技能实训。对于基础实训模块内容以“实用、够用、熟练”为原则，要求学生掌握基本的实训技能。综合运用电子技术、电路等电类基础课程知识，设计完成实物制作与调试。实训指导教师根据学生实际情况，有针对性地选择实训内容或项目，为专业技能实训打好基础。
专业技能实训 主要包括以智能仪表为主线的综合实训，培养学生具有仪器仪表开发、设计的创新能力；以仪表工程为主线的综合实训，培养学生具有控制系统设计与仪表选型、安装及调试的工程实践能力。
1）智能仪表实训：主要训练传感器与检测技术、单片机技术、嵌入式技术、DSP技术、测控电路等专业课程内容的综合应用，包括完成仪器仪表的设计、参数选择、仿真、实物制作、调试等环节。
2）仪表工程实训：主要训练传感器与检测技术、测控电路、PLC技术、过程控制系统、控制仪表及装置、DCS技术、工控网络技术、工控组态软件等专业课程内容的综合应用，包括完成控制系统的方案设计与仪器仪表的选型、安装、调试及维修等环节。
实训内容要随着知识的更新有所创新、增减，体现实训的实用性和先进性，同时着重于学生的创新意识和实践能力的培养教育。
创新性训练 主要包括开放性实验设置、创新创业项目设置、科技竞赛项目设置：开放性实验以信号调理、单片机技术和PLC技术课程内容为主设置实验项目；创新创业项目以企业需求为导向，设置检测与控制为主的工程实践类项目；科技竞赛依托校电工电子实验教学示范中心、罗克韦尔自动化实验室、西门子共建PLC实验室、浙大中控共建DCS实验室、校实习实训中心的实验实训资源，开展相应的专业技能竞赛。
5 建立测控专业实训模块
根据培养目标设计相应的实训教学模块，包括专业基础技能实训设置和能力提高实训模块设置。
基本技能实训模块
1）熟悉检测变送器、控制装置结构原理，学会拆卸与组装。传感器拆装与调试包括热电偶拆装与调试、热电阻拆装与调试、压力或差压传感器拆装与调试、流量传感器拆装与调试、物位传感器拆装与调试。变送器拆装与调试包括温度变送器拆装与调试、流量变送器拆装与调试、压力或差压变送器拆装与调试、液位变送器拆装与调试。执行器拆装与调试包括气动薄膜控制阀拆装与调试、气动推杆拆装与调试、电动调节阀拆装与调试、电动推杆拆装与调试、低压电器拆装与调试、变频器调试、电动机拆装与调试。显示仪表拆装与调试包括模拟式显示仪表和智能显示仪表拆装与调试。控制器拆装与调试包括模拟式控制器和智能控制器拆装与调试。
2）根据被控对象特性设计控制系统，如单闭环、串级、比值等控制系统。根据系统要求和被控对象特性选择传感器、变送器、控制器和执行器，然后组成所需控制系统。
3）控制系统组装，将所选择的自动检测和控制装置组装成实际应用的控制系统。根据设备情况，可组成温度检测控制系统、压力检测控制系统、流量检测控制系统、液位检测控制系统，以及四种控制系统合成的综合控制系统。
4）控制器作用方向的确定。根据被控对象特性，选择执行器、变送器作用方向的选择或设定，最终确定控制器作用方向。
5）根据被控对象特性，选择控制规律，设置控制参数。
6）系统投运，包括投运前仪器设备的校验与检修、控制器参数的整定。
能力提高实训模块 为了进一步提高学生工程实践能力，设置了能力提高的实训环节，包括网络控制系统实训和电路设计、制作与调试实训。
网络控制系统实训包括PLC技术、过程控制系统、控制仪表及装置、DCS技术、工控网络技术、工控组态软件等专业课程内容的综合应用，包括完成控制系统的方案设计与仪器仪表的选型、安装、调试及维修等环节。
电路设计类实训包括信号调理电路、变送器、控制器、输出控制电路设计、制作、焊接和调试。相应的实训环节有基于传感器与检测技术、测控电路等课程的信号变换综合设计，基于单片机技术、嵌入式技术、DSP技术等课程的控制器设计等。有些能力提高实训部分安排在基础技能实训模块中进行。
6 制定实训大纲
制订了较为详尽的培养计划，使实训与课程设置紧密结合，实训环节尽量安排在相关课程结束后就进行。比如：专业基础技能实训在电路、电子技术基础结课后的第5学期进行，2学分；信号变换综合设计在传感器与检测技术、测控电路、电力电子技术课程结束后的第5学期进行，2学分。
对于综合性实训环节，只能在所有理论课程都结束后进行，或者分步进行实训。如表1综合实训教学计划，分为6、7两个学期进行实训。同时，根据实训内容多次安排实训学时，并根据学时数与实训项目权重分配成绩比例。实训成绩最终通过现场演示、报告、答辩等方式进行考核。
7 实训效果
实训教学中以学生为中心、以教师为主导开展，根据不同实训模块、教学内容以及每节实训课的重难点，采用不同的教学方法。以教师为主导开展采用启发式教学方法，把学生作为教学的主体，引导学生肯思考、会思考，以提高其分析和解决问题能力。从2013年开始，对2010、2011、2012级测控专业学生进行实训。
传感器拆装、调试实训 使学生深入了解传感器工作原理、特性和输出信号特点，从而可以根据信号特点制作信号调理电路，或者选择传感器。
专业基础技能实训 通过对电子元器件性能测试和简单电路设计制作，充分了解器件性能，为复杂电路设计制作时器件选型获得第一手经验；信号变换综合设计实训要求学生设计信号放大、滤波、隔离、线性化等功能的信号调理电路，设计输出控制电路，利用自己设计的控制器组成一个简单控制系统。这样可以锻炼学生掌握较复杂的控制电路设计、开发、制作能力和电路检修能力。
控制器制作实训 在单片机原理及接口技术、DSP技术及应用、嵌入式系统设计实训过程中，利用相应的开发板，并分层次设置实训内容。在此基础上进行控制器设计、制作、焊接和调试，培养学生电路设计、开发、制作能力，培养学生设计性、综合性和创新性工程设计的能力。
网络控制系统实训 在PLC技术、DCS与FCS实训中，依托S7-300实验室、罗克韦尔实验室、DCS实验室开发创新性实验项目，在3届学生中开展多项技能培训、技能竞赛，取得较好的工程训练效果。
经过实训锻炼，测控专业学生的工程实践能力、研发能力都有了较大的提高，提高了就业竞争能力，部分工程能力较强的学生在工作伊始就表现出较强的科研能力和业务能力。如2010级一名学生，工作不到一年，就成为丹东华日理学仪器有限公司技术骨干，承担科研项目；就业于丹东金洋科技发展集团有限公司的一名2011级学生在实习期满后就成为项目组长，承担项目。
具有了较强的工程实践能力，毕业生在就业时具有较强的竞争优势。通过统计，近3年来，本专业毕业生的一次协议率分别是49.06%、63.86%、73.08%，就业率分别为90.57%、96.39%、98.78%，呈现稳步攀升趋势。
8 结语
建立实训教学体系，实训过程形成从简单到复杂、从基础到专业、从接受基本知识和技能到培养综合能力这样一个逐步积累、深化和提高的完整的教学体系。实训教学与理论教学组成一个完整的测控专业培养体系，全面培养学生的实训技能、科学作风，以及综合分析、发现和解决问题的能力，使学生具有创新、创业精神和较强的工程实践能力。
参考文献
智能电路设计与制作范文3
关键词:FC;SoC;电源管理模块;电路
中图分类号:TP331文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)10-2449-02
随着集成电路设计技术和超深亚微米技术的高速发展,集成电路设计已步入片上系统SoC(System on Chip)时代。SoC是专用集成电路ASIC(Application Specific Integrated Circuits)设计方法学中的新技术,是指以嵌入式系统为核心,以IP核复用技术为基础,集软、硬件于一体,并追求产品系统最大包容的集成芯片。SoC是将数字电路、模拟电路、信号采集和转换电路、存储器、MPU、MCU、DSP等集成在一块芯片上实现一个系统。以超深亚微米(VDSM)工艺和IP核复用(IP Reuse)技术为支撑的系统级芯片技术将是超大规模集成电路(VLSI)发展的必然趋势和主流。
为突破传统电源管理模式,将研发的智能电源管理模块以SoC为核心,利用SoC内部的ARM922T处理器提供处理能力,外部配置AD采样逻辑、存储器等资源;并采用光纤通道(Fiber Channel,FC)为通信接口,通过FC总线,接收系统其它模块发送的控制命令,进一步提高了电源模块的可靠性、通用性、易扩展性和灵活的配置能力,并促进了FC技术的应用,保证了系统功能和性能的优化。
1 智能电源管理模块的系统结构
智能电源管理模块是以片上系统SoC为控制中心,实现对数据的采集。模块由电压电流调理电路、开关阵列电路、AD选通转换电路、控制器、存储器、FC接口等构成,主要负责电源模块的检测和控制。当上电BIT测试正确,则电源管理模块以一组固定的动作序列去控制开关阵列PSA向外供电;若流经PSA电流超出范围Is≥IsMAX,控制PSA并对其进行状态转换;在应急供电下,停止对通用模块供电,只对关键模块供电;电源管理模块通过FC接口与系统管理者进行传输开关动作状态、报警信息、数据(各支路电流),记录电源自测试BIT结果、故障信息。
电源管理模块系统结构包括如图1所示的主要功能块。
2 电源管理模块电路设计
2.1 复位电路
复位类型包括上电复位、手动复位、调试口复位、软件复位和看门狗复位。
上电或手动复位有效时产生200ms的低电平复位信号,提供给SoC芯片作为系统复位触发源之一。调试口复位由外部调试工具产生,用于复位ARM922T处理器的调试接口。软件复位指系统根据软件运行要求生成的复位触发源。而当系统在规定时间内,没有得到响应时产生看门狗复位。
当SoC芯片接收到上述复位类型中任意一种触发复位机制,由SoC芯片输出系统复位信号对电源管理模块进行复位。
2.2 时钟电路
电源管理模块中需要使用时钟的电路有:SoC芯片、FC接口。其中,SoC芯片选择53.125MHz运行时钟,内部进行4倍频提供ARM922T处理器使用。FC接口收、发数据时钟频率为106.25MHz。
2.3 存储器电路
电源管理模块中的存储器是SDRAM存储器。该存储器工作电压为3.3V,封装为54引脚的TSOP,容量为32M*16。在设计时使用2片K4S511632E实现32位操作。SoC芯片内置SDRAM存储器控制器,提供SDRAM的时序控制逻辑,并且提供SDRAM访问时钟,时钟频率为56.125MHz,同存储器时钟的时钟频率和相位在EDA设计时保持一致。
2.4 电压转换电路
模块中使用了多种电压的电源,分别为+3.3V、+2.5V和+1.8V,统一由外部+5V经电压转换电路实现,输出电流可达到3A。由于SoC芯片要求内核上电时间万余I/O上电时间,所以在设计时对内核电压(+1.8V)转换电路增加场效应管控制,使其满足SoC芯片供电要求。
电压转换电路设计图如图2所示。
2.5 模拟量输入电路
系统的模拟量信号是由多路模拟开关进行选通。多路开关是采用2片16通道模拟开关和1片8通道模拟开关,通过4位通道地址选取相应通道,其中最高位为片选位。因此,最多可选通38路模拟信号,满足本模块所需的24路模拟量信号的要求。模拟开关用于选通被测试信号,包括4路电压检测信号、16路电流模拟量信号和4路应急模拟量信号,通过对GPIO0-5配置进行通道选择。
A/D转换器件控制端直接与EBI接口连接,CS信号接EBI_CS2,读写信号则与EBI读写信号相连。A/D转换的操作为中断方式或查询方式,转换结束标志EOC信号作为外部中断连接到SoC芯片,当转换结束后产生中断,由SoC芯片读取转换结果并作出相应处理。EOC信号在设计时也连接到SoC芯片的GPIO端,可作为输入信号,当转换开始后查询该信号状态判断是否转换结束。
模拟量输入和A/D转换电路如图3所示。
2.6 离散量输出电路
离散量输出主要用于控制开关阵列的工作状态,当状态一旦置出,在没有检测到错误或是在没有接受到系统管理者更新指令时,该状态是不能变更的。
在设计时,利用EBI数据作为开关阵列的控制信号。首先,对EBI数据通过锁存器进行锁存,然后进行电平转换,以此输出满足开关阵列使用的+5V电平信号,初始默认开关阵列的状态为全开,所以采用+5V上拉方式保证离散量输出信号为高电平。设计图如图4所示。
2.7 FC接口
SoC芯片提供FC接口,所以只需要在外部连接串并转化器和光电收发器即可。串并转换器具有10bitTx/Rx总线接口,提供并行回环测试模式,接收、发送时钟可达到106.25MHz,兼容SSTL-2电平,供电电压为3.3V。而光电收发器也采用的是一款高性能光纤模块,具有4通道接收器/发送器,单通道带宽1Gbps至2.7Gbps,兼容8B/10B数据格式。设计过程中重点考虑PCB制作和FC接口端接匹配电阻的选择。
3 结论
电源管理系统模块利用FC接口,通过FC总线接受应用系统中其他模块发送的控制命令,并根据命令,控制开关阵列的输出,可以实现分别为各可替换功能模块(LRM)的上下电。而当智能电源模块发生故障时,电源管理模块能够通过FC总线将故障信息发送给应用系统的主控模块。在系统控制下,发生供电系统的重构动作,从而实现电源故障隔离。
参考文献:
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智能电路设计与制作范文4
1加强实验室硬件环境建设
我校电工电子实验教学中心承担全校除人文和经管两个学科之外的全部学科的电工电子类实验和实践教学任务，包括电工电子基础实验课、电工电子实习、电子类课程设计、开放性实验和竞赛培训等实践教学任务。为更好满足实验教学任务，中心加大了实验室硬件环境建设。本中心新组建了6个新实验教室，分别是综合电子实验室、微电子设计实验室、SOPC实验室、电工第三实验室、仿真实验室和开放创新实验室。
中心教师还自主设计制作了51系列单片机开发板，EDA应用开发平台，MSP430单片机应用开发平台、电脑鼠标开发平台、工业总线开发平台、PLC开发平台、嵌入式系统开发平台、声表面波器件应用开发平台、太阳能利用应用开发平台、智能建筑系统开发平台、智能测控系统开发平台和交通控制系统开发平台等。为了使现有设备满足教学需要，中心组织人员与企业合作，改进了实验教学设备80多台，自购元器件，扩展现有设备功能40台。
2改革实验教学
2．1课堂教学与网络教学结合
中心还制作了网络实验教学平台。学生在该平台上，可以获得实验教学大纲、实验指导书、仪器使用课件、电子元器件手册和实验教学课件等教学资源，以便完成实验预习。同时，教师要求学生在实验预习后，提交预习报告，作为学生实验考核的一项重要指标，有效的保证了实验预习质量［2，3］。
2．2电路设计实验与电子设计技能培训结合
中心增加了电子设计自动化软件的课时。例如我们在基础实验内容里为“模拟电子技术”等课程增加SystemView和Multisim等模拟电路设计仿真软件的学习内容;在“数字电子设计”等课程增加了MAX+plusⅡ和ISE等数字电路设计;在系统设计型实验和大型创新实验中加入了ProteIDXP、Proteus和CCS等系统联调及嵌入式系统设计的软件。这些内容拓展了实验的深度和广度，使学生真正掌握目前业界主流的“方案设计—软件仿真—设计与制作—系统调试”设计流程，提高了学生的实践能力［4］。
2．3实验教学内容改革
实验教学中心将实验教学内容由原来的验证型、综合型和设计型实验，改革为由基础理论与实验技能型实验、系统设计型实验和大型创新实验组成的多层次实验教学内容结构。
(1)基础理论与实验技能实验
该实验是由中心原有的验证型、综合型和设计型实验内容组成。这个层次的实验主要完成学生电学素养、电路设计基本技能、电子仪器的使用、实验操作等电学基本能力和素质的培养。
(2)系统设计型实验
该实验是在基础理论与实验技能实验的基础上，综合学生所学到的多个电学理论设计一个具有特定功能的系统，以培养学生综合运用所学理论知识的能力、解决较为复杂的实际问题的能力以及简单电学功能模块设计的能力。例如，利用集成运算放大器设计一个静电测试仪，在这个系统中用到了集成运算放大器的多种基本电路设计以及蜂鸣器、滤波电路等，最终实现了一个在实验室测试静电是否超标，如超标则发出报警。
(3)大型创新实验
该实验是将嵌入式系统、单片机、FPGA、DSP设计与电路设计相结合，设计一个复杂和智能的并具有实际使用功能的系统的实验。这个层次的实验由学生自主选题，自由结合。例如，分布式温湿度控制柜系统的设计实验涉及到传感器技术、单片机技术、PCB设计和制版、TCP/IP传输技术和控制原理等。
2．4综合实验考核方式
中心对学生的实验教学效果考核采取网上实验预习、动手能力现场测试、实验报告和实验后网上应用型考试相结合的形式;考核学生在实验操作过程中能否主动搭建电路、查找问题和分析问题;防止实验报告的抄袭;实验结束后能够主动回顾实验知识和过程，将课堂教学进行复习和升华。
3加强实验室管理
本中心在实验室管理建设上制定了“事必议、议必决、决必行、行必果”的实验室运行管理方针，建立和完善了一系列包括实验室主任岗位职责、实验技术人员岗位职责、实验室设备管理制度、实验室材料管理制度、实验室考勤制度、实验室学生守则、实验室安全制度和开放实验室管理制度等。
智能电路设计与制作范文5
一、传统电子产品设计中遇到的问题
1、传统的电子产品，从设计、调试到验证完成，一般采用面包板或专门的焊机板，通过手工装配，再进行电路的反复测量、评估电路性能。当电路设计非常复杂时，采用这种传统的设计方法，极易产生连线错误、器件损坏等人为错误，常会造成人力、财力、时间的浪费。尤其是设计集成电路时，传统的设计方法无法模拟集成电路的真实特性。
2、电子产品的各项性能的分析，特别是消耗和破坏性的分析与测试。
3、设计过程中的大量的复杂的计算。
二、电子设计自动化的发展过程及解决的问题
在20世纪70年代到80年代中期，计算机技术和电子技术的发展促进了计算机雇主设计(CAD)理论的研究和应用，是CAD技术成为电子设计领域的新兴学科。20世纪80年代中期开始，随着高性能计算机技术的发展，尤其是微型计算机技术的发展，CAD技术迈向了其高级阶段，出现了电子设计自动化(EDA)。电子设计自动化技术(EDA)是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、信息处理技术、及智能化技术，进行链子线路与系统的功能设计、逻辑设计、性能分析、系统优化直至印制电路板的自动设计，它可以完成电子工程设计的全过程。利用EDA工具，电子设计工程师可以从概念、算法等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上自动处理完成。其基本特征是以计算机硬件和相关软件为工作平台、最大限度地提高电子线路或系统的设计质量和效率，从而节省人力、物力和开发城本，缩短开发周期。
三、电子设计自动化的主要特点
1、设计过程自动化
在EDA的应用中，可以利用EDA应用软件，实现由系统层到电路层再到物理层的整个设计过程的自动化。在设计过程中，设计人员可以按照电子线路或系统的指标要求，采用完全独立于芯片厂商及其产品结构的描述语言，在功能级对设计产品进行定义，并利用应用软件提供的仿真技术验证设计结果。具体地讲，设计人员可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统通过计算机机上自动完成。2、高度开发的集成环境利用计算机技术的支持，在计算机平台上安装功能不同的软件，形成一个功能强大的EDA设计环境。在这个环境中，可以控制和管理设计方案、设计过程和设计数据，甚至可以让这些软件共享设计资源。这种高度开放的集成环境，包含了电路设计开发过程，而且其文件类型在不同的EDA软件中是可以共享的。
3、高度智能化的操作
在EDA技术中，由于应用软件的智能化设计，各种设计向导和提示十分完备，使电子设计人员不必学习更高深的专业理论知识，更不必进行手工运算，在应用软件环境中，就可以完成线路或系统的设计，并得到精确的仿真结果。
智能电路设计与制作范文6
【关键词】单片机；舵机控制；速度控制
1.智能车机械结构设计
机械结构是控制算法和软件程序的执行机构，对机械结构性能的了解和改造有利于对控制算法和软件程序的实现。因此对车体机械结构的调整是非常必要的。
1.1车体机械参数调整
前轮参数的调整包括前轮主销后倾角，主销内倾角，前轮外倾角，前轮前束。这几个参数对车体直线行驶的平稳性和转弯的灵活性有很重要的影响。
1.2舵机的安装
舵机转向是整个控制系统中延迟较大的一个环节，在相同的舵机转向条件下，转向连杆在舵机一端的连接点离舵机轴心距离越远，转向轮转向变化越快。这样安装的优点是：改变了舵机的力臂，使转向更灵敏；舵机安装在正中央，使左右的转向基本一致；重心相对来说靠后，减轻舵机的负载。
1.3后轮距与后轮差速机构调整
后轮距的调整：赛车高速行驶时突然转弯时容易翻倒，为了增加整车的平衡能力，可将车模原配的后轮调节件把改为大轮距的调节件,使后轮距在原来基础上增加了4mm。
1.4传感器的安装
1.5车体重心调整
重心越低越好。选择摄像头时选择比较轻的，摄像头支架材料及规格也要加以考虑，电路板的摆放也尽可能低。
2.系统总体硬件电路设计
2.1系统硬件电路结构
此智能车辆定位系统用激光管和接收芯片检测车辆前方的赛道，通过MC9S12XS128采样光电三极管的模拟信号，获得赛道数据，结合一定的算法，提取赛道的黑白线对舵机和电机驱动芯片以合适的控制。
系统先对接收芯片获得的数字信号，速度传感器测得的速度值，加速度传感器检测到的坡度信息，以及拨码开关输入的脉冲值等送入单片机最小系统进行分析处理，发出命令驱动舵机，并使用全桥电机驱动芯片 MC33883驱动场效应管控制电机的正反转，输出 PWM 波形实现对于电机的控制，使用LM 2940S 等稳压芯片对各模块提供电源。
2.2传感器选择及其电路设计
激光传感器好比模型车的眼睛，是整个系统采集赛道信息的核心。前瞻距离最远能够达到1.1M。经过调整和优化，使得激光传感器性能能够完成赛道全部信息采集的任务。
2.2.1激光发射电路设计
当电路连接以后，1脚会输出一个调制频率为180KHZ，占空比大约为30%的方波，然后通过反相器HD74LS04放大驱动激光发射管。
2.2.2传感器接收电路设计
接收管通过接受高频率激光发射的信号直接输出TTL电平，将1.5K电阻直接上拉到VCC_5V。最后RECEIVE_0直接连接到单片机的I/O口。赛道中不是黑线的区域，接收管接收到返回的激光信号，此时输出为低电平；当遇到黑线，没有收到返回的激光信号，输出为高电平。只需要查询单片机的I/O口高低电平状态就可以判断出赛道信息。
2.3电机驱动模块设计
MC33883它可以驱动场效应管实现电机的正反转，场效应管用IRF3205，场效应管为N沟道，MC33883的驱动能力很强，最大电流可以达到110A。本设计采用PWM直流脉宽调速，该方法有效地避免了串电阻调速其调速范围小，平滑性低的缺点， IN_HS1、IN_HS2、IN_LS1、IN_LS2是单片机传给MC33883脉冲信号的接口。
2.4测速电路模块设计
VCC_MCU为5V电压，SIGNAL是编码器的脉冲输出端，SIGNAL和VCC_MCU之间接一个10K上拉电阻，然后将SIGNAL连接到单片机的PT7口，进行脉冲。
2.5稳压芯片选择及电源模块设计
我们需要对配发的标准车模用蓄电池进行电压调节。单片机系统、激光管、接收管、车速传感器电路，LED显示电路等各个电路的工作电压不同，我们需要设计方案来使得电压满足各自的要求。
3.智能车电路板的设计
智能车的电路板设计是利用altium designer软件设计的。在布线时信号线和电源线的宽度不同，信号线的宽度为10mil，稳压后的电源线为20mil或30mil，直接经过电源的电源线为60mil。覆铜的时注意移除死铜，覆铜定义网络标号为GND。
4.系统软件设计
4.1程序开发和调试
本车在开发和调试中所使用的开发环境为Metrowerks 公司的集成开发环境 Metroworks CodeWarrior IDE4.6和与之配套使用的调试软Hiwave，调试器为清华大学工程物理系开发的BDM，辅助调试工具有电视机、刻度尺，串口调试软件等。
4.2调试器
CodeWarrior IDE中的调试器不仅可以进行在线调试，还可以进行在线的仿真。在调试器中，我们可以看到定义的全局变量的变化和各个寄存器的当前值，还可以看到单片机内存中内容等。此外，还有许多其他的实用功能，在赛车的调试过程中使用很是方便有效。
4.3系统程序流程图
如图6显示程序开始进行初始化，然后开始采集信息，在把采集到的信息进行一些数据处理（这里可以用到模糊和PID算法），之后求出速度和转向。为了形成闭环系统这里利用中断进行时时测速，保证小车速度不至于过快或过慢，形成闭环系统，使小车更快，更稳定的完成比赛。
4.4分时发射控制程序设计
由于不可能每个传感器都用不同的频率的发射管来发射来进行不同频率的调制，因此不可能利用减小自然光的方法来解决干扰，最好的方法就是使激光管轮流依次工作，每一路采完数据后开启下一路工作，当时两个传感器之间的时间不能太小也不能太大，我们采用的发射周期为3.6ms，当激光管发射周期小于3.6ms时会出现采集不完全的可能。我设计的6路激光，每一路有两个激光管一共12个，这六路分别由PA0-5控制，这12个管分组为1、7；2、8、；3、9；4、10；5、11；6、12共六组，每组激光管发射延时600us。
4.5 转向舵机的控制程序的设计
一个周期采集完毕以后，要对传感器的原始状态进行处理，我们规定当激光传感器照射到黑线记做1，白线记做0，12个传感器分别赋予对应的权值，当有2个或者1个激光传感器照射到黑线的时候，对它们的权值取平均值，最后单片机通过最终的偏移值计算出控制转向舵机和速度分配值。
number是计算一共有几个传感器在黑线上，lost_number是计算所有在黑线上传感器的偏移值，lost_location是计算激光传感器的平均偏移值。
4.6速度采集程序的设计
速度采集模块需要定时采集速度，根据相同时间内的脉冲数多少来判定速度的快慢，因而我们单独开了一个PIT中断，中断定时周期为3MS，那么每当经过3MS，就读取脉冲累加器计数器PACNT的值，然后将此值和设定速度的值进行比较，完成对速度的闭环控制。 控制函数number_count变量是反馈的速度，用来传递给PID函数；TIME_INTER是速度给定；这里要注意的就是，当进行完毕速度读取，PACNT寄存器一定要清零，防止脉冲的错乱。
5.结论
我们在车模硬件及软件上都有许多改进与创新，采用上排激光管作为循迹传感器。大大提高了前瞻距离和系统的稳定性。激光前瞻达到0.25米，大前瞻是保证高速度的前提条件。采用自己制作的单片机最小系统板。自己制作的单片机最小系统板，尺寸小，重量轻。即减轻了车模总重量，有方便了其它硬件布局。使得整个硬件系统布局更简洁，性能更稳定。 [科]
【参考文献】
［1］陈家瑞.汽车构造.机械工业出版社，2009.
［2］第四届全国大学生“飞思卡尔”智能汽车竞赛杭州电子科技大学钱江一号队技术报告，2009.
［3］第五届全国大学生“飞思卡尔”智能汽车竞赛河北理工轻工学院飞思嘉杭队技术报告，2010.
