單元電路論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇單元電路論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

當前供電企業安全教育培訓工作中存在的問題

1.對安全教育培訓重要性認識不足。部分基層單位、班組負責人，對安全教育培訓工作重要性和緊迫性的認識存在盲區，導致員工崗位安全教育培訓工作沒有被納入單位、班組日常工作計劃的現象出現，受經濟效益、工作進度等客觀因素的影響，顯現出員工崗位安全教育培訓缺乏的現象。

2.安全教育培訓制度尚不健全。隨著供電企業快速發展和企業員工對安全教育培訓滿意度的變化，現有安全培訓制度顯現出安全教育培訓管理制度或標準的缺失，可操作性欠缺，安全教育培訓職能交叉加重了基層的負擔等方面的問題。

3.安全教育培訓覆蓋面不足。基層單位、班組受培訓能力限制，導致員工安全教育培訓有名無實，流于形式，造成基層員工安全教育培訓嚴重缺失，在不斷積累之后造成員工整體安全素質和安全意識偏低。

4.安全教育培訓針對性不強。當前，安全培訓多以理論講解為主，由于與現場安全工作實際出現脫節，開展安全教育培訓工作之前沒有開展前期調研，廣泛征求員工對安全教育培訓的需求，導致安全教育培訓沒有真正按照不同專業、不同層次員工的工作特點把握安全教育培訓需求，有針對性的擬定安全教育培訓計劃和實施方案，使基層單位、班組的安全教育培訓顯現出走過場，為了培訓而培訓，缺乏針對性等方面的問題。

5.安全教育培訓評價管理機制還不夠完善。目前，供電企業員工安全培訓體系建設逐步趨于完善，但培訓評價管理體系相對滯后，導致基層單位、班組安全培訓開展情況的監督、檢查和培訓質效的考核、認證欠缺規范。

6.安全教育培訓師資較薄弱。一是基層單位、專業班組培訓員由于長期從事繁忙的現場工作、接觸的專業前沿信息較少、時間和精力有限等原因，導致教育理念更新不及時，教育理論知識相對欠缺；二是由于基層單位、專業班組培訓員在承擔現場培訓教學任務的同時還要面對和處理復雜、動態的現場作業工作，導致培訓人員投入到培訓教學上的時間、精力很難保證；三是一些基層單位將培訓人員承擔的培訓任務劃為義務勞動，缺乏有效的激勵機制，導致培訓人員在開展安全教育培訓教學工作中的積極性受挫，培訓效能感下降，從而影響了安全生產教育培訓教學質量。

做好企業安全教育培訓工作的對策研究

1.企業要健全和完善安全教育培訓體系的基礎建設。企業在完善三級安全教育培訓體系的同時，一是在硬件設施的投入和配備等方面要安排專用資金，落實具體部門，建設并完善企業員工安全教育培訓基地，配置必要的培訓設備和設施，深入基層開展培訓課題調研，根據企業安全生產管理要求，制定安全教育培訓計劃；二是加強企業安全教育培訓師資隊伍的建設，通過基層選拔、自主培養，專業人員引進等多種方式，做好安全教育培訓師資資源的儲備，建立能滿足企業安全教育培訓要求的師資隊伍，保證安全教育培訓工作的質效，使安全教育培訓計劃能夠得到有效落實。

2.企業要將安全教育培訓與企業安全目標愿景進行有效結合。安全教育培訓具有形式和載體多元化的特征，但無論是通過企業安全文化建設，還是通過安全知識和技能培訓、競賽、演講、論壇、專題講座等形式開展安全教育培訓，始終都要同企業安全發展的安全目標愿景相結合。一是企業要將安全教育培訓與員工個人的崗位追求、價值追求相結合。從關心員工各方面利益的角度出發，通過安全教育培訓使員工樹立正確的安全價值觀，能夠發自內心的真正認識到只有保證了安全，才能得到個人利益，實現個人追求，真正實現“要我安全”到“我要安全”的轉變，主動接受安全教育培訓，自覺汲取安全知識、提升安全技能。二是安全教育培訓要納入企業的教育培訓總體規劃中，與專業技能培訓、學歷教育培訓有機融合，確定專責部門和人員統一管理，形成完善的安全教育培訓體系，避免安全教育培訓流于形式的現象出現，使安全教育培訓在培訓資金、培訓時間、培訓場所、培訓設施、培訓質效等方面從組織結構和管理上得到保障。

3.企業要形成安全教育培訓的閉環管理流程。安全教育培訓的閉環流程包括全面掌握企業和員工安全技能和素質提升需求，做好安全教育培訓需求分析；根據安全教育培訓需求有針對性的編制安全教育培訓計劃，設置培訓課程；安全教育培訓實施過程和安全教育培訓質效評價等四個方面。企業和員工安全技能和素質提升需求調查，是確定安全教育培訓目標、制定安全教育培訓計劃的基礎，是進行安全教育培訓實施過程和安全教育培訓質效評價的前提，也是加強培訓工作計劃性、針對性、可控性和預見性的關鍵。企業和員工安全技能和素質提升需求調查主要包括以下幾個方面的內容：一是安全教育培訓部門和基層單位、班組對企業安全教育培訓制度的落實情況；二是企業安全水平和缺陷、隱患、事故狀況，員工安全意識、安全技能水平和“三違”現象發生率；三是員工對崗位新工藝、新設備、新技能的認知狀況，應急處置技能和水平。

編制安全教育培訓計劃和設置培訓課程，應根據各級安全教育培訓體系組織機構實際，結合安全教育培訓需求調查制定。計劃要做到有目標、有內容、有措施，注重針對性、實效性、可行性和操作性。

安全教育培訓實施過程首先是要明確培訓要求，科學合理的控制培訓進度，著重從員工安全意識的提升、安全知識的完善、安全技能的補缺等方面提高員工整體安全素質。基層的單位和班組在安全教育培訓工作的實施中，可從制度、規范、常態、學用結合等方面出發，采用安全知識和技能培訓、競賽、演講、論壇、專題講座等多種形式，喚起員工參與安全教育培訓積極性；把握好安全理念、安全啟迪、事故警示、人機互動等環節，對員工進行全方位的安全教育培訓；結合工作實際和安全實踐經歷，緊貼本單位和班組安全生產工作實際，開展安全知識和技能學習、討論分析事故案例等，真正做到有的放矢。

篇（2）

傳統的搶答器一般利用數字邏輯電路做成，功能單一，已不適應社會發展需要。隨著科學技術的進步，單片機與串口通信的結合已廣泛應用到各個電子系統。本文是基于單片機為核心的搶答系統設計，通過串口通信動態傳輸數據，使搶答系統具有電路簡單、操作方便、功能強大等特點。特別是搶答系統與PC通信相聯系，使整個搶答系統功能更完善。

1、系統總體方案設計

傳統搶答器功能過于單一，因此，可將其功能進行擴展，設計出以單片機為核心的搶答器系統，總體框圖如圖1所示。

搶答系統由控制開關、搶答開關、加/減分電路、計時電路、顯示電路、報警電路、PC通信等幾部分構成，如圖1所示。

圖1、總體方案電路圖

完成功能如下：

a、搶答開始時，在規定的時間內，最先按動搶答按鈕的選手應具優先權，搶答系統應能準確迅速地判斷出第一搶答者并將其信號鎖存，同時將輸入端關閉而使其它搶答信號無效。選手編號/得分情況能夠在顯示屏上顯示。此功能由中央控制單元,譯碼、顯示電路完成。

b、問題回答完畢，主持人應根據回答的準確性給予不同分值的加/減。此功能由加/減分電路完成。

c、在規定的時間內若有人搶答，搶答有效，終止定時，若無人搶答，此次無效。此功能由計時，中央控制單元完成。

d、每次問題回答結束，主持人應通過復位按鈕進行復位，各種程序又回到初始狀態。為進行下一輪的搶答工作做準備。

搶答開始之前，賦予選手一定的初始分，若選手違例搶答，報警電路工作，提醒有人違例搶答，同時編號牌顯示違例選手號碼，該違例選手會被自動扣分。搶答開始時，記分牌顯示選手初始值，此時，主持人根據需要，選定不同分值的題目讓選手回答。當主持人宣布搶答開始，同時按下開始鍵的時候，選手搶答，編號牌顯示選手編號。這時只能有第一位選手優先搶答成功，其他搶答無效。與此同時，倒計時就開始計時，在剩下最后幾秒的時候，報警電路工作，提醒選手。搶答時間結束，本題搶答無效。選手回答問題完畢，主持人應根據回答問題的情況，對選手成績做出相應的處理。每一題搶答結束后，主持人進行電路復位功能，為下一題做準備。而每一題的搶答過程中，編號顯示牌和各選手的得分情況會自動的送到PC機上進行動態顯示。科技論文。

1.1 硬件電路設計

1.1.1、中央控制單元

中央控制單元是控制系統的中樞，是系統的信息處理部分，鍵盤開關，控制開關等發出信號，中央控制單元收到信號后做出分析、響應，完成電路功能的執行。科技論文。

系統選用ISP-Flash系列單片機AT89S8252，它是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數據存儲器，兼容標準MCS-51指令系統，功能強大，它可向輸出單元輸出控制信號。

1.1.2、鍵盤輸入及加/減分電路

選手通過按鍵進行搶答，單片機識別到有按鍵按下時，轉到相應的程序，控制譯碼顯示器顯示選手的編號或分數。而開始鍵，加/減分鍵也是通過鍵盤轉到相應的程序實現功能。

鍵盤作為輸入設備，結構簡單，通過程序可實現很多功能。搶答器按如圖2所示的矩陣結構連接，可有效減少單片機的I/O口。用單片機位處理指令來判斷是否有鍵按下，若有鍵按下，則有電平輸入。轉到相應程序，顯示有效選手的號碼，而其他選手再按“搶答鍵”也無效。若無人搶答，報警電路工作，表示本次搶答無效。若選手違例提前搶答，報警電路提醒選手注意，顯示牌顯示違例選手號碼，單片機通過程序指令讓該違例選手減去一定分值。

加/減分電路與搶答鍵工作原理一樣，當按下加/減分按鍵，單片機控制程序指令，給選手加/減相應的分值，每一題只能給與搶答選手一次的加減分機會，若有特殊情況，主持人可在控制臺進行操作。

若搶答鍵太少，可通過增加I/O口數量或者在中央處理單元外再外擴一片可編程I/O接口芯片。

圖2、鍵盤結構圖

1.1.3、選手編號/分數顯示電路

譯碼顯示：利用單片機串行口加外圍芯片74LS164，構成多個并行輸出口，用于串－并轉換，驅動CD4511鎖存-譯碼器進行LED數碼管顯示。科技論文。數據從單片機輸出經74LS04反相器進入74LS164的輸入端，而時鐘脈沖經74LS04反相器連接到74LS164的CLK脈沖信號端，在LED顯示相應的十進制數字，從而完成選手編號的顯示。

選手得分顯示電路與編號顯示電路原理一樣，可將多片74LS164芯片相連，增加其顯示位數。

1.1.4計時、報警等電路

倒計時器電路中，選用四位十進制減法定時/計數專用集成電路EC9410和7448TTLBCD--7段譯碼器組成可預置數的十進制減法器。在時鐘脈沖的作用下，倒計時開始。若某組搶答有效，計時停止并顯示倒計時時刻。若一直無人搶答.則倒計時到“00”自然停止。

報警輸出單元如圖3所示，數據輸入端與單片機相連，電路由三極管外加揚聲器等外圍電路構成，當中央控制單元通過分析確定存在違例搶答或是倒計時停止，便通過指令給報警電路數據輸入端一個高電平，三極管就導通，產生信號驅動揚聲器發出警報，從而形成一個報警電路，可通過調節報警聲長短來判斷是倒計時停止報警還是違例搶答報警。

圖3、報警電路

1.2單片機與PC機的通信

搶答過程中，顯示數據需要傳入PC機內。單片機與PC機間的通信選用USB串口通

信，將單片機采集的信息傳送到PC機中，由PC機進行處理。該系統使用Phillps公司的PDIUSBD12芯片作為USB接口芯片。PDIUSBD12通常用于微控制器系統并與微控制器通過高速通用接口進行通信，也支持本地DMA傳輸。該器件采用模塊化的方法實現一個USB接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統微控制器，性能較好。

USB接口芯片PDIUSD12的八位I/O口線DATA0至DATA7具有可控的三態門電路，故而PDIUSBD12芯片可以直接與AT89S8252的數據總線相連，掛在系統總線上。當系統將采樣得到的信息通過USB總線上傳給PC時，AT89S8252選通PDIUSBD12芯片，將單片機內的采樣信息通過系統總線傳給USB接口芯片，繼而傳給上位機，完成數據的傳輸。

USB串口通信可采用控制傳輸模式，塊傳輸模式，同步傳輸模式，中斷傳輸模式等4種傳輸模式，根據本設計電路特點，采用中斷傳輸模式。其傳輸模式圖如圖4、圖5所示。

圖4、中斷輸入事務

圖5、中斷輸出事務

中斷服務子程序處理由PDIUSBD12產生，在中斷服務子程序中把數據從PDIUSBD12芯片的緩沖區中轉移到單片機環形緩沖區中，并清除該芯片內部緩沖區的使能，以便PDIUSBD12芯片接受新的數據包。而后建立正確的時間標志，通知主程序進行正確的處理。

2、結束語

文章創新點在于（1）以ISP-Flash系列單片機AT89S8252為核心的搶答器功能強大，（2）采用USB串口通信，使功能進一步得以完善。整個方案較好地完成了搶答器系統的設計，此外，還需考慮需報警，增加語音報警等情況，功能強大的AT89S8252中央控制單元配合USB串口通信，使整個搶答器反映快，功能齊全，使用性強，可靠運行。

參 考 文 獻

[1] 楊文顯，現代微型計算機原理與接口技術教程.清華大學出版社[M]，2006。

篇（3）

 

前言

單片機控制系統在實驗室反復實驗都可以得到很好的預期效果,然而把系統放到實際現場運行時卻不能工作。論文大全，遙控系統抗干擾分析。原因是工作現場比實驗室環境惡劣,系統受到了各種各樣的干擾,加之構成系統的元器件本身方面存在的可靠性，以及系統本身各部分之間的相互耦合因素等原因，系統必須增加一些有效的抗干擾措施才能正常運行。論文大全，遙控系統抗干擾分析。據工作經驗之談，有時存在后期的抗干擾工作往往會比前期的設計工作還要艱巨,花費的時間也需要得更多,所以說抗干擾技術是非常重要,關于在抗干擾措施是否能夠運用得恰當方面，其直接關系到系統的穩定性和可靠性。

一、單片機遙控系統系統工作原理

單片機以其體積小、價格廉、面向控制等方面的獨特優點，使得單片機在各種工業控制、儀器儀表、產品的自動化、智能化方面獲得了廣泛的應用。單片機的遙控系統以單片機系統為基本控制單元,能夠構成無線傳輸系統、速度調節系統等等,而且其優點是，能夠在三公里外控制運動目標的啟動、速度快慢、停止、往返。而且最特別的是在運動目標的運行過程中，可根據需要隨機調節速度快慢,調速一般是在7~25km/h范圍。單片機實現控制了所有這些狀態,開始通過鍵盤輸入控制參數,然后經過單片機運算和處理行為,并且通過無線數傳模塊完成對參數的無線傳輸、運行狀態以及調速設備的控制方式,達到遙控運行的目的要求。

二、單片機遙控系統系統受干擾原因及危害

在電磁干擾較弱時，其可靠性和穩定性往往是容易達到應用要求，這方面尤其是在室內體現出來，然而對在室外，會遇到各種各樣的環境條件，尤其是那種在工作環境較惡劣的情況下，就會導致儀器儀表工作不正常或失靈。而單片機的遙控系統一般都安裝在工業現場，而在工業現成環境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現，而這樣的形式其最終造成微機系統故障的多數現象都是“死機”現象。究其原因是計算機中的CPU在執行某條指令時，受周圍環境干擾的沖擊，影響到它的操作碼或地址碼發生改變，最終致使該條指令出現錯誤。這時，CPU就會執行隨機拼寫的指令，并將其操作數作為操作碼執行，從而導致有關程序“跑飛”或進入“死循環”。對于在工業現場中由于諸多大型用電設備的投入或者是撤出電網運行，經常都會造成系統的電源電壓不穩，如果當電源電壓降低或掉電時，這樣就會造成重要的數據丟失的可能性，以至于系統不能正常運行，而且干擾也會導致單片機內部程序指針錯亂現象，從而使得中斷程序運行超出定時時間。關于RAM中計時數據被沖亂，導致程序計算出錯誤的結果。論文大全，遙控系統抗干擾分析。假設設法在電源電壓降到一定的限量值之前，單片機進行快速地保存重要數據，將會最大限度地減少損失，對于干擾源的影響會使系統的可靠性和穩定性大大降低，嚴重的情況還會導致系統的運行紊亂，造成生產事故。

三 如何實現單片機的遙控系統的抗干擾

關于高頻干擾噪聲和有用信號的頻帶是不同的,其解決方法是在導線上增加濾波器的方法來切斷高頻干擾噪聲的傳播,或者也可加隔離光耦來解決這個問題。關于電源噪聲的危害最大。需要把電源做得好,其整個電路的抗干擾能力就解決了一大半問題。對于在單片機系統中還可借助于一定的外部附加電路來監測電源電壓，當在電源發生故障時能夠及時通知單片機快速保存重要數據，同時斷開單片機外圍設備用電電源，從而使整個應用系統的功耗降到最低點。目前市場上許多單片機對電源噪聲都是十分敏感的,那么就要給單片機電源加濾波電路或穩壓器,達到減小電源噪聲對單片機的干擾。比如,可以利用磁珠和電容組成π形濾波電路,當然條件要求不高時也可用100Ω電阻代替磁珠。當電源恢復正常時，取消掉電工作方式，通過復位單片機，使系統重新正常工作。

單片機系統設備的抗干擾與系統的接地方式也存在很大的影響，接地技術有能夠抑制噪音的效果。所以說一個良好的接地能在很大程度上抑制系統內部噪音耦合的現象，而且還能夠防止外部干擾的侵入，能夠真正提高系統的抗干擾能力。在這里需要注意的是，如果要求設備的金屬外殼等需要安全接地，其屏蔽用的導體的必須能夠很好的接地，這樣才能為單片機系統提供良好的地線，并且對提高系統的抗干擾能力極為有效果。論文大全，遙控系統抗干擾分析。尤其是對于有防雷擊要求的系統，其良好的接地是至關重要的。假設系統不能接地，或者是雖有地線現象，但是接地電阻過大，就會抗干擾元件就不能正常發揮其應有的作用了。

關于單片機供電的電源的地俗稱邏輯地，并且和大地的地的關系具有相通性、浮空性、或接電阻性。但是不能把地線隨便接在暖氣管子上。堅決不能把接地線與動力線的火線、零線中的零線相混淆。因為單片機系統通常存在模擬電路和數字電路兩種，并且關于數字地與模擬地是要分開，只是在一點相連，假設兩者不分，就會存在互相干擾現象，那么可以把控制條件中的關于一次采樣和處理控制輸出更改為循環采樣和處理控制輸出，這樣能夠對慣性較大的控制系統具有良好的抗偶然因素干擾作用效果。

設置輸出狀態寄存單元來抗干擾。其程序是根據單片機系統對數據處理后的輸出結果為依據，設置出相應的輸出狀態寄存單元形式，假設其中干擾侵入輸出通道將輸出狀態破壞時，系統就會在定時查詢寄存單元的輸出狀態信息時，并發現錯誤，及時糾正輸出狀態。論文大全，遙控系統抗干擾分析。

設置自檢程序來抗干擾。論文大全，遙控系統抗干擾分析。通常是在計算機內的特定位置或某些內存單元中來設置狀態標志，并且在開機后或有自檢中斷請求要求時，計算機系統首先將運行自檢測試程序，如對整個系統或關鍵環節進行模擬方面的測試，對測試結果再通過某種方式顯示出來，目的是保證系統中信息存儲、傳輸、運算的高可靠性。設計單片機的遙控系統過程中，要求電路的元器件或線路布局合理以消除元器件之間的電磁耦合相互干擾，如去耦電路或者是平衡電路等。還有種方法是采用冗余結構，也稱容錯技術或故障掩蓋技術，該方法是通過增加完成同一功能的并聯或備用單元數目來提高系統可靠性的一種設計方法。當某些元器件發生故障時也不影響整個系統的運行。對于消減外部電磁干擾，可采用電磁兼容設計，目的是提高單片機系統在電磁環境中的適應性，即能保持完成規定功能的能力。

參考文獻：

[1]麥山.基于單片機的協議紅外遙控系統.電子技術.1998

[2]孟慶建張恭孝.單片機系統的電磁兼容問題[J].自動化儀表,2004

篇（4）

高壓開關柜在電力系統中擔負著關合及斷開電力線路、保護系統安全的雙重功能，隨著電力系統向著高電壓、大機組、大容量的迅速發展，電網日益擴大以及變電站無人值班管理模式和綜合自動化的普及推廣，高壓開關柜的安全運行越來越重要。高壓開關柜內閘刀觸頭、電力電纜進出線的接頭接觸不良時，接觸電阻增大，在負載電流流過時會產生發熱現象，過熱會引起金屬材料的機械強度下降，絕緣材料老化并可能導致擊穿，形成事故。在高壓開關柜中，固體絕緣中的空穴、不同特性的絕緣層之間，以及金屬（或半導電）電極的尖銳邊緣處，由于氣體的擊穿場強比固體介質低得多，氣體中的電場又比固體介質中高，往往在氣隙的部位產生局部放電。這些局部放電會造成電介質絕緣強度逐步下降，最終導致絕緣的損壞。此外，高壓開關柜中還存在SF6氣體的泄漏，同樣會造成設備性能的下降。因此，測量和監視高壓開關柜內的運行狀態，是避免重大事故發生及控制故障惡化的有力手段，對于保證高壓開關柜的正常運行，提高電力系統的運行可靠性和自動化程度具有非常重要的意義。

目前已有的各個測試系統存在各種各樣的缺陷，并且各種方法只能實現對某一種故障的監測，還無法實現對高壓開關柜的運行狀態準確監測。針對于上述的情況，針對于上述的情況，對高壓開關柜在運行過程中各故障狀態下的氣體成分進行了分析，發現各種故障狀態下，高壓開關內部會產生不同的特征氣體。由此可見，采用變壓器油色譜測試的原理，通過對不同特征氣體的分析，可以實現對高壓開關柜運行狀態的監測。基于上述的原理，本論文介紹了基于故障氣體原理開發了便攜式開關柜故障探測裝置，該系統通過提取開關柜運行過程中所形成的氣體，采用氣敏傳感器對各種氣體成分進行分析，從而對開關柜的運行狀態做出可靠判斷，確保高壓開關柜的安全運行。

一、開關柜內部故障的特征氣體分析

對于采用SF6斷路器的小車式開關柜，最容易發生的異常是接頭發熱、SF6氣體泄漏和局部放電。下文將分別研究每種異常狀況的特征氣體特點。

1.接頭發熱

接頭發熱是一次設備的常見故障，對于常用的小車式開關設備，由于其斷路器小車經常被移進移出，斷路器的觸指和觸頭很容易受到撞擊等外力作用而變形，導致接觸不良而發熱，另外其電纜接頭也是發熱故障的高發部位，由于開關柜內部發熱幾乎不能早期發覺，接頭發熱故障對于開關柜的安全運行事關重大。接頭發熱產生的特征氣體比較復雜，各種氣體的組分和濃度隨發熱溫度和接頭材料的不同而不同，主要特征氣體有以下幾種：

a.烷烴和硫化氫——主要是接頭電力脂、脂、示溫蠟片中雜質受熱分解產生，由于斷路器觸頭無一例外地涂有脂，如果接頭發熱，凡士林融化導致內部少量碳原子數量較少的烷烴和硫化物等雜質氣化而分布在柜內的空氣中，由于各種氣體傳感器對于烷烴等可燃氣體靈敏度極高，因此很容易檢出。

b.單質銅和氧化銅顆粒——如果溫度過高，接頭的銅會逐步氧化發黑形成氧化銅，極少量的氧化銅和單質銅會升華進入空氣，并產生微量煙霧。

c.絕緣材料分解氣體——發熱接頭附近的絕緣材料（如環氧樹脂）受熱也會產生一定特殊氣體，另外接頭部位的灰塵受熱也會產生特殊氣體，主要有氫溴酸、胺類、腈類、酚類、烷烴、醛類、氮氧化物，多環芳烴、雜環族化合物、羥基化合物等。

2.局部放電

局部放電也是一次設備的常見故障，空氣中的放電現象會產生氮氧化合物、臭氧和負離子，因此對于空氣中的局部放電，如沿面放電等，可采用探測上述氣體的傳感器進行探測，對于固體介質內部的局部放電則沒有作用。

3.SF6泄漏

絕大部分的小車式開關柜均為裝設斷路器SF6壓力表或密度繼電器，如發生SF6泄漏，只有等到壓力低于報警或閉鎖值時，才能通過處罰壓力接點的方式用光子牌、指示燈間接顯示出來，如果壓力接點失靈，SF6氣體即使漏完運行人員也無法知道，如果此時操作斷路器可能導致設備爆炸的嚴重后果，因此采用另一種手段探測SF6泄漏也很有必要。由于現有的SF6氣體傳感器能檢測到0.1ppm以下濃度的SF6氣體，因此開關柜內部的SF6泄漏應該能很容易地檢出。

二、氣體傳感器設計

1.傳感器的選擇

通過對不同傳感器的性能比較，分析了各種傳感器在壽命、靈敏度、成本、加熱功耗和反應速度方面的優缺點，本論文提出了采用電化學可燃氣體傳感器+離子型煙霧傳感器+TGS型空氣質量傳感器”檢測接頭發熱、大氣型臭氧傳感器檢測局部放電、環境監測型SF6傳感器檢測SF6的方案。

接頭發熱采用電化學可燃氣體傳感器，該傳感器靈敏度很高，用其可滿意地檢出微量的硫化氫或其他可燃氣體；游離碳、游離狀氧化銅和單質銅用氣體傳感器較難檢出，為了提高檢測性能，又加上了離子型煙霧傳感器，這樣如果柜內有極少量的煙霧顆粒，也能及時檢出，通過聯合使用2種不同原理的氣體傳感器，就能較可靠地探測出開關柜內部發熱異常。局部放電和SF6泄漏的檢測分別采用O3/S-5型大氣監測用臭氧傳感器和SM-SF6型SF6氣體傳感器，該兩種傳感器的檢出靈敏度都在0.1ppm以下，足以探測開關柜內部的SF6氣體泄漏和表面局部放電現象。

2.氣體傳感器的典型應用電路

氣體傳感器是一種將特征氣體濃度量轉化為電量的傳感器，大部分氣體傳感器都采用電阻率變化的方式輸出信號，當環境中某種特征氣體含量較低時，傳感器電阻較大，當該氣體濃度增大后，傳感器電阻減小，大部分氣體傳感器的電阻在一定范圍內都能與氣體濃度成比例變化，具有較高的線性度。

典型的采用加熱方式工作的氣體傳感器電路如圖1所示，傳感器的1、2端口為加熱端口，3、4端口為輸出端口，R2為加熱端口的限流電阻，用以將加熱電流調整到傳感器所規定的電流值，R1為輸出端負載電阻，當傳感器啟動后，需要加熱一段時間，加熱完畢后即能工作，此時3、4端口的電阻值會隨著外界氣體濃度的變化而變化，從而使R1上的電流和輸出端的電壓變化，起到監測氣體濃度的作用。

三、系統結構設計

通過上述的研究，本論文對整個測試系統進行了設計，其整個原理如圖2所示。

從上述監測系統的結構框圖可以看出，整個系統由CPU控制系統、按鍵、液晶顯示屏、通信總線、A/D數據采集單元、局部放電探測單元、SF6泄漏探測單元和觸頭過熱探測單元所構成。整個系統的工作過程為：首先采用抽氣的方式，將開關柜內的運行氣體送入到各測量單元中，利用局部放電探測單元、SF6泄漏探測單元和觸頭過熱探測單元中的氣敏傳感器對各種故障的特征氣體進行測量，實現非電量向電量的轉換，接著將各測試信號傳到A/D數據采集單元，將模擬信號轉換成數字信號，最后將數字信號送入CPU控制單元中，對采集的數據進行歸類、統計分析，將測試結果和分析結果顯示在液晶屏中，其顯示的內容可通過按鍵進行更改。此外，整個系統還可以通過通信總線，將測試結果上傳至監控中心。

四、測試電路設計

針對于上述電路的框架，本論文對其的測量電路進行了設計，其原理如圖3所示。

從圖3中可以看出，整個測試電路由模擬開關、AD采樣電路和MCU組成，其工作原理：首先將測量信號（如熱信號、局部放電信號等）接入模擬開關，然后利用MCU控制模擬開關，實現對其分時控制，將模擬信號輸入AD采集單元中，接著MCU控制AD采集單元實現對其模擬量的數字轉換，從而實現對被測量的測量。

五、系統軟件設計

根據上述的測量電路，對其控制軟件進行了設計，其程序的流程框圖如圖4所示。從圖中可以看出，整個程序的流程為：首先對系統進行初始化，如接口的電平、寄存器初值的設定，中斷的關閉等，然后控制模擬開關，使模擬信號進入AD的輸入端，接著對其進行模數轉換，實現對模擬量的分時采樣，然后對所測量的數據進行分析，對高壓開關柜的運行狀態作出判斷。

六、樣機的效果測試

鑒于要尋找內部存在異常的運行開關柜比較困難，因此設計了一些模擬實驗，來驗證該樣機的實際效果，試驗結果如表1所示，圖4為測量程序流程圖。

七、結論

本文說明了空氣絕緣開關柜內部異常早期探測的必要性，提出一種通過檢測開關柜內空氣質量和特征氣體組分的方式，來探測空氣絕緣開關柜內部異常狀態的方法。通過理論分析和實驗證明了其具有較高的可行性和實用性，對于接頭發熱、表面放電和SF6泄漏異常具有較高的檢出率，能夠實現對高壓開關柜的監測。

參考文獻

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篇（5）

1.引言

在低壓配電系統中，低壓斷路器是應用最為廣泛保護裝置之一，主要應用于要求實現保護且不頻繁操作的場合。它不僅能在正常工作情況下接通、分斷負載電流，而且允許在故障或不正常的情況下自動切斷電路，從而保護變壓器、用電設備和供電線路;同時通過上下級線路的選擇性配合，能夠避免非故障區域的停電，減少不必要的損失。鑒于此設計一款智能的低壓斷路器具有很大的現實意義[1]。

2.總體方案設計

論文所設計的系統包括參量中央處理控制模塊、信號采集模塊、信號調理模塊、人機交互模塊、通信模塊以及電源模塊等。圖1為硬件系統結構框圖：

圖1 整體結構框圖

本論文所設計的智能斷路器控制單元所要實現的基本保護功能包括：三段電流保護（過載長延時保護、短路短延時保護及短路瞬時保護）和單相接地保護，用戶可根據實際需要選用過電壓保護、低電壓保護。

3.電路設計

3.1 單片機I/O口擴展

圖2 AT89C51RC2單片機接口擴展原理圖

AT89C51RC2單片機最小系統如圖2所示，本論文所實際的智能控制系統是以AT89C51RC2片上系統為核心的單片機應用系統。

3.2 A/D轉換模塊

由于AT89C51RC2單片機內部并沒有集成ADC模塊，因此必須外接ADC芯片，這里我們選用了一種美國TI公司生產的TLC1543芯片。TLC1543是一款11模擬輸入通道，高性價比，采用CMOS工藝的10位開關電容逐次逼近原理實現的模數轉換器。該芯片內置3路自測方式，片內集成系統時鐘，固有的采樣和保持功能，具有轉換速度快、誤差小的特點[2]。TLC1543芯片采用串行通信接口，與單片機接線簡單，引線很少，能夠很好節省單片機的I/O資源。TLC1543芯片與單片機接線如圖3所示。

3.3 電源模塊

常用的電壓源設計有電流源供電和電壓源供電。由于電流互感器裝設在裝置的出線端，一旦斷路器跳閘，控制單元就將失去電壓，所以必須設置備用電源來保證電源模塊失去供電電壓之后單片機、LCD顯示器等電子元件的正常工作，電源電路設計較為復雜。因此，我們采用電壓源供電的方式，即任意取一相電壓經電源變壓器變壓、整流單元整流后，采用DC-DC模塊轉換為所需電壓。電壓源供電是由裝置進線端饋電線路供電，只要饋電線路不失去電壓，即使斷路器跳閘，也能保證控制單元的正常供電。系統電源電路如圖4所示。

圖3 TLC1543芯片與單片機接線原理圖

圖4 電源輸出原理圖

3.4 通信模塊

為了對測量數據顯示、后續數據處理及測量信號校正，可利用單片機的串行口與PC機進行串行通信，將單片機采集的數據傳送到PC機中，由PC機的高級語言對數據進行整理及統計等復雜處理。在實現計算機與單片機之間的串行通信時，通常采用標準通信接口進行串行通信。美國電子工業協會（EIA）正式公布的通信標準總線包括：RS-232、RS-449、RS-422、RS-423、RS-485等[3]。在串行通信中，應用最廣泛的標準總線是RS-485，其通信距離約為1219m，最高速率10Mbps。SN65LBC184芯片與單片機AT89C51RC2的接線如圖5所示。

圖5 串口通信電路

3.5 溫度檢測、時鐘輸入電路

為了防止因溫度過高導致斷路器誤動作甚至損壞設備本身，采用MAXIM公司微型化、高性能的1-Wire數字溫度傳感器DS18B20對智能控制單元工作環境溫度進行檢測與控制。

現代化的配電系統往往要求能夠記錄故障發生、人員登錄、設備操作等的具體時間，以便在事后進行故障分析。這就要求我們給智能控制單元配備實時時鐘輸入電路。DS1302芯片是MAXIM公司推出的一款性能較好、功耗低的實時時鐘芯片。

單片機與DS1302芯片、DS18B20芯片的接線原理如圖6所示。

圖6 DS1302、DS18B20與單片機的接線原理圖

圖7 主程序流程圖

4.系統主程序

主程序是整個軟件系統的中樞，它不僅指揮著程序流程，而且將各功能子模塊有效地連接起來，因此主程序的設計對于整個軟件設計起著至關重要的作用。系統上電或復位后，首先進行系統自檢，判斷硬、軟件有無故障，如果有故障則報警，然后開中斷，判斷是否需要設定整定值，隨后進行信號采樣，一周期采樣完成后計算有效值，所計算的有效值與事先設置的整定值進行比較，判斷有無故障或不正常工作狀態發生，隨即判斷是否需要脫扣，如果系統發出脫扣信號則系統推出，如果無故障發生或不需要脫扣，則返回到采樣環節循環。本文設計了如圖7所示的整體程序流程圖。

圖8 顯示功能界面

5.仿真

本設計所用的仿真軟件為英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及器件。它是目前比較好的仿真單片機及器件的工具。智能斷路器不僅能夠顯示三相電流、三相電壓、頻率、溫度參數，而且還具有時間顯示的功能，由于1602是顯示字符的液晶顯示屏，一共能顯示2行，每行能顯示16個字符。所以參數的顯示需要通過鍵盤進行切換。顯示功能界面如圖8所示。在試驗中，我們采用一個繼電器代替脫扣電路，當仿真開始時，繼電器閉合。當系統出現故障時，繼電器斷開以保護設備。

6.結論

本文結合具體設計要求，系統能夠實現三段電流保護、單相接地保護、過電壓保護、短路保護、欠電壓保護以及過溫保護，保護精度控制在正常的范圍之內。本文為實現斷路器的智能化和可通信等功能。經仿真調試結果表明，該系統不僅實現了較好的保護功能，還實現了測量和監控等功能。所設計的控制器可靠性高，實時性好，特別是實現了現場通信，應用前景廣闊。

參考文獻

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篇（6）

1 RN8316（SOC）簡介

圖1 RN8316系統框圖

RN8316是深圳銳能微公司提供的一款低功耗、高性能、寬電壓、高集成度、高精度的三相MCU芯片，產品系統框圖如圖1所示。該產品內嵌32位ARM Cortex-M0核，最高運行頻率可達29.4812MHz，最大支持224Kbytes FLASH存儲器、16Kbytes SRAM和16Kbytes EEPROM，內置單cycle乘法器（32bit*專業提供論文寫作和寫作服務,歡迎您的光臨lunwen.   1KEJI AN.  C OM32bit）、CM0內嵌系統定時器、2個DMA控制器，支持外部中斷等多種喚醒方式，提供完善的集成開發軟硬件環境。該芯片支持高速GPIO，可與不同電壓外設器件連接，最大支持10位ADC，8*32位的LCD，支持芯片電源電壓及外部電壓檢測。通信接口最大支持6路UART，2個7816口，1路I2C和1路SPI。同時，RN8316還集成了RTC、看門狗和加密處理器。

2 硬件電路設計

電力能效監測終端主要由電源模塊、計量單元、存儲單元、載波模塊、通信模塊、直流模擬量采集等部分組成。系統的結構框圖如圖2所示。

圖2 電力能效監測終端設計框圖

2.1 電源模塊設計

為保證終端能夠穩定工作，并具有良好的電磁兼容特性，電源模塊采用三路電源供電，分別為主電源8 V、兩路12 V輔助電源，之間相互隔離。主電源VDD8V通過LDO降為VDD5V和VDD3.3V電源，主電源5 V為SOC、紅外、電能質量監測模塊供電，主電源3.3V給計量芯片供電。一路ZB12V輔助電源用于載波電路供電；另一路AUX12V輔助電源為遙信電路供電，同時通過LDO降為AUX5V，為RS485、直流模擬量電路供電。電源電路設計如圖3所示。

2.2 采樣計量單元

采樣計量單元是電力能效監測終端的重要單元，設計中采用銳能微公司的RN8302計量芯片來實現對電壓、電流、功率、功率因數、諧波等數據的計量，并輸出有功、無功脈沖。RN8302占用SOC一路SPI，同時SOC配置中斷、復位口從而能夠實現對計量芯片的控制和通信。RN8302管腳資源配置如圖4所示。

圖4 RN8302管腳資源配置

采樣電路中，考慮到生產成本和計量精度，電壓采樣采用電阻分壓采樣的方式，UA/UAN，UB/UBN，UC/UCN為采樣信號，而電流采樣采用電流互感器采樣的方式，IAP/IAN，IBP/IBN，ICP/ICN為采樣信號，電路圖分別如圖5和圖6所示，電壓采樣電路中的1K電阻和電流采樣電路中的5R電阻采用精度1%的精密電阻，電容用于去耦和濾波，以保障采樣精度。同時電壓采樣信號可用于電能質量的監測，擴展電力能效監測終端的功能配置。

圖5 電壓采樣電路

圖6 電流采樣電路

2.3 遙信電路

電力能效監測終端配置兩路遙信端口，使用光耦LVT-816同SOC進行隔離。遙信電路原理圖如圖7所示。

圖7 遙信電路

2.4 RS485電路

在實際工程運用中，由于受到工程人員操作能力，經驗等因素的影響，RS485的A、B端子常常接反，導致不能夠正常抄表。因此，在電力能效監測終端RS485電路的設計中，采用了無極性485芯片ECH485NE專業提供論文寫作和寫作服務,歡迎您的光臨lunwen.   1KEJI AN.  C OM，A、B端子正反接都能夠正常通信。終端配置兩路RS485電路，分別用于抄表和維護，占用SOC兩路UART端口，485芯片用光耦同SOC進行隔離。RS485電路如圖8所示。

2.5 直流模擬量電路

直流模擬量電路主要針對非電氣量的采集，該能效終端采用瑞薩電子的RL78/G13系列單片機進行控制，SOC通過一路UART端口進行通信，并配置復位腳進行控制。直流模擬量電路通過光耦同主電路進行隔離，終端配置了兩路信號的采集，拓展了數據的采集范圍，實現了采集和能效監測的多樣化。直流模擬量采集電路圖如圖9所示。

2.6 載波電路

電力能效監測終端的載波用于同能效采集服務器進行通信，載波電路占用SOC一路UART端口用于收發數據，占用一路7816口實現載波的設置、復位、事件輸出等功能，并通過光耦同SOC進行隔離，接口標準符合最新國網三相電表規范，可方便插拔和替換多個廠家的載波模塊，提升了產品的兼容性。載波電路如圖10所示。

3 結束語

本文在智能用電及能效管理的基礎上，根據電力能效監測終端技術標準，采用SOC芯片RN8316，進行了硬件的設計。相對于傳統的基于獨立功能芯片的用電終端，基于SOC的電力能效監測終端在功耗，穩定性，可靠性等方面表現更加優異，并且體積小，所用元器件少，生產成本較低，具有良好的市場前景。

參考文專業提供論文寫作和寫作服務,歡迎您的光臨lunwen.   1KEJI AN.  C OM獻

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篇（7）

一、控制電路的基本構成

牽引變電所的斷路器、隔離開關的控制電路一般是由指令單元、閉鎖單元、聯鎖單元、中間傳送放大單元、執行單元和連接它們的導線等二次電氣設備組成。指令單元一般由控制開關、轉換開關、按鈕、保護出口繼電器和自動裝置等構成，其作用是發出斷路器、隔離開關分、合閘命令脈沖。

閉鎖單元般是由閉鎖繼電器接點、斷路器的輔助接點組成，其作用是當一次設備發生重故障時，閉鎖接點打開，切斷分合閘回路，避免斷路器重合閘于故障設備，防止事故范圍進一步擴大。隔離開關操作順序的正確性。中間傳送、放大單元是由繼電器、接觸器及其接點組成，其作用是將指令單元發出的命令脈沖放大，并按一定程序送給執行機構。執行單元是斷路器、隔離開關的操動機構，其作用是按命令驅使斷路器分合閘。

二、110kV隔離開關的作用和構造

110kV隔離開關在結構上無滅弧裝置，但是有一個明顯的斷開口。它的作用就是當其他設備檢修的時候，用隔離開關隔離有電與無電部分，造成一個明顯的斷開點，使得檢修設備與電力系統完全隔離，保證工作人員人身和設備的安全。開關和隔離開關互相配合，進行倒閘操作，以改變運行方式，以及可以用其來分合一些無故障的低負荷小電流的電路等。

110kV隔離開關的基本構造包含有導電主刀、絕緣子、傳動垂直桿、底座、操作機構等。機構箱內安裝有一個可以通過電氣控制正反轉的電機，利用電機的轉動帶動垂直傳動桿和各相間的連桿，以驅動旋轉絕緣子，就可使得隔離開關的導電主刀進行分合閘。

三、電動操作控制回路原理分析

隔離開關的控制方式可以分為遠動控制、距離控制和就地控制三種。110kV隔離開關的電路是由一個控制回路和一個電機回路組成（如下圖）。在控制回路中，可以通過實現隔離開關“遠方”和“就地”進行分合閘操作。由轉換開關SA1的切換，隔離開關既可進行運動控制，又能進行所內距離控制。合、分閘操作通過電動操動機構實現。通過手動/電動行S3的轉換，隔離開關既能在操動機構箱內通過控制按鈕進行就地分、合閘電動操作，又能通過機械手柄進行就地手動操作。

電路接通，但因接通的勵磁繞組極性與合閘時相反，電動機逆時針方向旋轉，使隔離開關分閘。隔離開關分閘到位后，分閘行程開關S21-2斷開，分間接觸器線圈失電，KM21-2、KM23-4斷開返回，自動切斷電動機回路，電機停止轉動。分閘完畢后，隔離開關輔助接點QS17-19閉合，分閘位置繼電器KCT受電，KCT11-9閉合，位置信號燈綠燈GN亮，表示隔離開關在分位。

篇（8）

本課程的重點是電路設計，內容側重綜合應用所學知識，設計制作較為復雜的功能電路或小型電子系統。一般給出實驗任務和設計要求，通過電路方案設計、電路設計、電路安裝調試和指標測試、撰寫實驗報告等過程，培養學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力，提高電路設計水平和實驗技能。在實踐中著重培養學生系統設計的綜合分析問題和解決問題的能力，培養學生創新實踐的能力。電子技術課程設計一般要求學生根據題目要求，通過查閱資料、調查研究等，獨立完成方案設計、元器件選擇、電路設計、仿真分析、電路的安裝調試及指標測試，并獨立寫出嚴謹的、文理通順的實驗報告。

具體地說，學生通過課程設計教學實踐，應達到以下基本要求：建立電子系統的概念，綜合運用電子技術課程中所學習到的理論知識完成一個電子系統的設計；掌握電子系統設計的基本方法，了解電子系統設計中的關鍵技術；進一步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用器件的原則；掌握查閱有關資料和使用器件手冊的基本方法；掌握用電子設計自動化軟件設計與仿真電路系統的基本方法；進一步熟悉電子儀器的正確使用方法；學會撰寫課程設計總結報告；培養嚴肅認真的工作作風和嚴謹的科學態度。

2.電子技術課程設計的教學過程

電子技術課程設計是在教師指導下，學生獨立完成課題，達到對學生理論與實踐相結合的綜合性訓練，要求本課程設計涵蓋模擬電路知識和數字電路知識，因此課程設計的選題要求包含數字電子技術和模擬電子技術。教學環節可以分為以下四個部分。

2.1課堂講授。

課程設計開始前，需要確定指導老師。由指導老師通過兩學時的教學，明確課程設計的要求，主要內容包括課程介紹、教學安排、成績評定方法等。在課堂教學環節中，指導老師介紹課題的基本情況與要求，要求學生從多個課題中選擇一個。

2.2設計與調試環節。

2.2.1前期準備、方案及電路設計。

前期準備包括選擇題目、查找資料、確定方案、電路設計、電路仿真等。在確定方案時要求學生認真閱讀教材，根據技術指標，進行方案分析、論證和計算，獨立完成設計。設計工作內容如下：題目分析、系統結構設計、具體電路設計。學生根據所選課題的任務、要求和條件進行總體方案的設計，通過論證與選擇，確定總體方案。此后是對方案中單元電路進行選擇和設計計算，稱為預設計階段，包括元器件的選用和電路參數的計算。最后畫出總體電路圖（原理圖和布線圖），此階段約占課程設計總學時的30％。

2.2.2在實驗室進行電路安裝、調試，指標測試等。

在安裝與調試這個階段，要求學生運用所學的知識進行安裝和調試，達到任務書的各項技術指標。預設計經指導教師審查通過后，學生即可購買所需元器件等材料，并在實驗箱上或試驗板上組裝電路。運用測試儀表調試電路、排除電路故障、調整元器件、修改電路（并制作相應電路板），使之達到設計指標要求。此階段往往是課程設計的重點與難點，所需時間約占總學時的50％。

2.3撰寫總結報告，總結交流與討論。

撰寫課程設計的總結報告是對學生寫科學論文和科研總結報告能力的訓練。學生寫報告，不僅要對設計、組裝、調試的內容進行全面總結，而且要把實踐內容上升到理論高度。總結報告應包括以下方面：系統任務與分析、方案選擇與可行性論證、單元電路的設計、參數計算及元器件選擇、元件清單和參考資料目錄。除此之外，還應對以下幾部分進行說明：設計進程記錄，設計方案說明、比較，實際電路圖，功能與指標測試結果，存在的問題及改進意見，等等。總結報告具體內容如下：課題名稱、內容摘要、設計內容及要求、比較和選擇設計的系統方案、畫出系統框圖、單元電路設計、參數計算和器件選擇。畫出完整的電路圖，并說明電路的工作原理。組裝調試的內容，包括使用的主要儀器和儀表；調試電路的方法和技巧；測試的數據和波形并與計算結果比較分析；調試中出現的故障、原因及排除方法。總結設計電路的特點和方案的優缺點，指出課題的核心及實用價值，列出系統需要的元器件清單，列出參考文獻，收獲、體會，并對本次設計提出建議。

2.4成績評定。

課程的實踐性不僅體現實際操作能力，而且體現獨立完成設計和分析的能力。因此，課程設計的考核分為以下部分：設計方案的正確性與合理性。設計成品：觀察實驗現象，是否達到技術要求。（安裝工藝水平、調試中分析解決問題的能力）實驗報告：實驗報告應具有設計題目、技術指標、實現方案、測試數據、出現的問題與解決方法、收獲體會等。課程設計答辯：考查學生實際掌握的能力和表達能力，設計過程中的學習態度、工作作風和科學精神及創新精神，等等。

3.電子技術課程設計的步驟

篇（9）

Research on practice teaching mode of computer aided design of IC layout course

Shi Min， Zhang Zhenjuan， Huang Jing， Zhu Youhua， Zhang Wei

Nantong University， Nantong， 226019， China

Abstract： In this paper， the practice teaching mode of Computer Aided Design of IC layout course is discussed. According to one trunk line and two related course experiments mode， the experiment contents and methods were designed and implemented. Meanwhile， other efforts including emphasis of extracurricular scientific competition and reform of course practicum， were adopted to pay attention to the cultivation of comprehensive ability for students. The practice teaching mode proved that better teaching effect have been obtained.

Key words： Computer Aided Design of IC layout； practice teaching mode； course experiments； practicum

目前，高速發展的集成電路產業使IC設計人才炙手可熱，而集成電路版圖CAD技術是IC設計人才必須具備的重要技能之一。集成電路版圖CAD課程是我校電子科學與技術專業和集成電路設計與集成系統專業重要的專業主干課，開設在大三第二學期，并列入我校第一批重點課程建設項目。本課程的實踐教學是教學活動的重要組成部分，它是對理論教學的驗證、補充和拓展，具有較強的直觀性和操作性，旨在培養學生的實踐動手能力、組織管理能力、創新能力和服務社會能力。結合幾年來的教學實踐，筆者從本課程實驗、課程設計、課外科技競賽等實踐環節的設計工具、教學內容設計、教學方法和教學手段、師資隊伍建設以及考核管理等方面進行總結。探討本課程實踐教學模式可加強學生應用理論知識解決實際問題的能力，提升就業競爭力，對他們成為IC設計人才具有十分重要的意義。

1 版圖設計工具

集成電路CAD技術貫穿于集成電路整個產業鏈（設計、制造、封裝和測試），集成電路版圖設計環節同樣離不開CAD工具支持。目前業內主流版圖設計工具有Cadence公司的Virtuoso，Mentor Graphics公司的IC Flow，Springsoft公司的Laker_L3，Tanner Research公司的L_Edit和北京華大九天公司的Aether等。這些版圖設計工具的使用流程大同小異，但在自動化程度、驗證規模、驗證速度等方面有所差異，在售價方面，國外版圖設計工具貴得驚人，不過近年來這些公司相繼推出大學銷售計劃，降低了版圖設計工具的價格。高校選擇哪種版圖設計工具進行教學，則視條件而定。我校電子信息學院有2個省級實驗教學示范中心和1個省部共建實驗室，利用這些經費，我們購買了部分業內一流的EDA工具進行教學和科研。目前，我校版圖設計工具有北京華大九天公司的Aether和Springsoft公司的Laker_L3。

2 兩種相輔相成的實驗教學模式

我校集成電路版圖CAD課程共48學時（理論講授24學時、實驗24學時），實驗環節是本課程教學的重要部分，在有限的實驗教學時間內既要完成教學內容，又要培養學生創新能力，需要對實驗教學模式進行改革和創新。本課程實驗教學的目的與要求：與理論教學相銜接，熟練使用版圖設計工具，學會基本元器件、基本數字門電路、基本模擬單元的版圖設計，為本課程后續的課程設計環節做準備。緊緊圍繞“一個規則（版圖幾何設計規則）、兩個流程（版圖編輯流程和驗證流程）、四個問題”這條主線設計實驗內容[1，2]。要解決的4個問題分別是：（1）版圖設計前需要做哪些準備工作？（2）如何理解一個元器件（晶體管、電阻、電容、電感）的版圖含義[3，4]？（3）如何修改版圖中的幾何設計規則檢查錯誤？（4）如何修改版圖和電路圖一致性錯誤？表1為本課程實驗內容、對應學時及對應知識點。筆者設計了兩種相輔相成的實驗教學模式：系統化實驗教學模式和實例化實驗教學模式。系統化實驗教學從有系統的、完整的角度出發設計了實驗教學內容，如設計實驗3（數字基本門電路版圖閱讀）時，安排了5學時，采用3種版圖閱讀方式：讀現有版圖庫中的單元電路版圖、顯微鏡下讀版圖和讀已解剖的芯片版圖照片。針對同一內容，采用不同形式，彼此類比，加深印象，既有實物，又有動手操作，增強了直觀性和感性認識。又如設計實驗5（模擬單元MOS差分對管版圖設計）時，安排了5學時，從器件匹配的重要性入手，給出MOS差分對管的電路圖，講解具體器件的形狀、方向、連接對匹配的影響，特別是工藝過程引入器件的失配和誤差，對MOS差分對管的3種版圖分布形式（管子方向不對稱形式、垂直對稱水平柵極形式、垂直對稱垂直柵極形式）進行逐一分析，指出支路電流大小對金屬線的寬度要求，對較大尺寸的對管，采用“同心布局”結構。實例化實驗教學先提出目標實例，圍繞該實例，設計具體步驟，教師先示范，學生再模仿，如設計實驗7（集成無源器件版圖設計）時，由于集成電阻、電容和電感種類很多，不能面面俱到，要求只對多晶硅電阻、平板多晶硅電容和金屬多匝螺旋形電感等常用元件進行版圖分析和設計。課堂實驗的內容和課時是有限的，為此我們設置了課外實驗項目，感興趣的學生選取一些實驗項目自己完成，指導教師定期檢查。學院開放了EDA實驗中心（2007年該中心被遴選為省級實驗教學示范中心建設點，2009年12月通過省級驗收），學生對本課程很感興趣，課外使用EDA實驗室進行自主實驗相當踴躍。通過上述的實驗教學方法，特別是課外實驗項目的訓練，學生分析問題、解決問題的能力和科研素養得到了提高。

表1 課程實驗內容、對應學時及對應知識點

表1（續）

4 基于0.6μmCMOS工藝的數字門電路版圖設計 5 理解上華華潤0.6 μm硅柵CMOS幾何設計規則；學會CMOS反相器、傳輸門、與非、或非等基本門電路版圖設計；DRC檢查。

5 基于0.6 μmCMOS工藝的MOS差分對管版圖設計 4 MOS差分對管版圖設計，包括匹配原則、同心布局等，DRC檢查。

6 版圖電路圖一致性檢查 3 掌握LVS流程、LVS錯誤修改。

7 集成無源器件版圖設計 3 多晶硅電阻、平板多晶硅電容和金屬多匝螺旋形電感等常用元件版圖設計。

3 改革課程設計環節

課程設計是本課程培養學生工程應用能力的綜合性實踐教學環節，時間2周，集中指導，提前1個月發給學生任務書和指導書，每個班配備2名指導教師，注重過程控制。筆者在教學內容、考核等方面進行了改革和創新：在教學內容設計上，給出了必做題和選做題，在選做題中要求每位學生完成數字電路版圖1題和模擬電路版圖1題，具體題目由抽簽決定，做到1人1題，避免學生抄襲。考核成績由課程設計成果（占50%）、小論文（占30%）、答辯（占20%）三方面綜合給出。以往的課程設計報告改為撰寫科技小論文，包括中英文題目、中英文摘要及關鍵詞、引言、電路原理與分析、版圖設計過程、分析與討論、結束語和參考文獻，讓學生學習如何撰寫科技論文。精選優質小論文放在本課程網上學習資料庫里，供學生相互傳閱和學習。課程設計答辯具體要求參照畢業設計（論文）答辯要求，包括準備PPT講稿、講解5分鐘、指導教師點評等過程，每位學生至少需要10分鐘時間。學生對課程設計答辯反映相當好，鍛煉了語言組織和口頭表達能力，而且相互間可以直接交流和學習。我們還挑選課程設計成績優秀的學生參加校內集成電路版圖設計大賽。雖然課程設計的改革和實踐需要教師付出很多精力和時間，但我們無怨無悔，學生的認可和進步是我們最大的收獲。

4 精心指導學生參加課外科技競賽

目前我校學生參加的集成電路版圖設計競賽有校級版圖設計大賽以及行業協會和企業組織的版圖設計競賽等。由校教務處主辦，電子信息學院承辦的南通大學版圖設計大賽是校級三大電子設計競賽之一，每年8月底舉行，邀請集成電路設計公司一線設計人員和半導體協會專業人士擔任評委，增加了競賽的專業性和公正性，目前已經舉辦了6屆，反響不錯。從校級版圖設計大賽獲獎者中挑選一部分學生參加行業協會和企業組織的版圖設計競賽，如蘇州半導體協會主辦的集成電路版圖設計技能競賽、北京華大九天公司主辦的“華大九天杯”集成電路設計大賽，其中“華大九天杯”集成電路設計大賽將挑選優秀獲獎學生參加華潤上華的免費流片，學生經歷從電路設計、版圖設計及驗證、流片到測試各個環節，提高了綜合訓練能力。

5 加強師資隊伍建設

要提高課程實踐環節的教學質量，關鍵是指導教師要思想素質好，專業理論知識強，科研水平高，因此我們著力建立一支年齡結構、職稱合理的實踐教學隊伍。目前很多年輕教師是從校園走向校園，畢業后直接上崗指導學習實踐，缺少工程實踐經歷和經驗。為了提高教師自身的業務水平，加強對年輕教師的培養，近十年來，我院每年暑假舉行集成電路CAD技術實踐培訓班，由經驗豐富的教學、科研一線教師主講；不定期地邀請一流IC設計公司一線設計人員來院開設講座；同時挑選年輕骨干教師到一流IC設計公司學習和實踐，時間至少半年以上；現已聘請IC設計公司一線設計人員6人為兼職教師，指導課程設計和畢業設計。集成電路CAD技術日新月異，課程實踐環節師資隊伍建設必須與時俱進。

6 結束語

我校電子科學與技術專業、集成電路設計與集成系統專業2012年被評為省重點建設專業，也是江蘇省首批培養卓越工程師的專業。集成電路版圖設計是這兩個專業卓越工程師培養計劃的重要內容之一，總結和探討集成電路版圖CAD課程實踐教學意義重大，今后我們要繼續推進該課程實踐環節的建設與改革，不斷探索，為我國集成電路設計人才的培養而努力奮斗。

參考文獻

[1] 施敏，孫玲，景為平.淺談“集成電路版圖CAD”課程建設[J].中國集成電路，2007（12）：59-62.

篇（10）

一、簡介

據統計，換流變壓器在運行過程中絕緣事故在全部故障中所占的比例在50%以上，而所有這些絕緣故障主要發生在閥側繞組或與之相關的部位。故對換流變壓器絕緣尤其是閥側繞組端部絕緣的研究顯得尤為重要。而針對換流變壓器所采用的油紙復合結構，閥側繞組電場的研究是必要的。

二、換流變壓器模型的建立

本次仿真采用串聯12脈動換流電路。12脈動換流單元是兩個交流側電位差為30°的6脈動單元在直流側串聯所組成的。圖1為串聯12脈動換流變壓器的接線原理圖，利用變壓器二次側繞組接法的不同，使輸出整流電壓Ud在每個交流電源周期中脈動12次。且為了保證換流變壓器閥側每相線電壓相等，閥側星接繞組與角接繞組的變比比值為k1：k2=1：。

變壓器工作時每個時刻只有4個晶閘管導通，且變壓器各閥的編號與閥的導通次序是一致的。本文為了簡化計算，故作以下規定：

（一）整流角=0°，即在自然換相點進行換相，可用二極管等效晶閘管。換相重疊角=0°，即設換相時為理想情況。

（二）閥側角接繞組與星接繞組的等效阻抗相等。

由可求出，閥側星接繞組線電壓幅值為242kV。為了便于仿真，將角接繞組簡化為星接繞組，在閥側形成兩組對應相相差30°星接電路。

三、仿真元件的選擇

本文應用ORCAD軟件對換流變壓器閥側電壓進行仿真，為了便于仿真，做了以下簡化：

（一）電源采用閥側線電壓，省略對變壓器的數值計算。

（二）由于仿真的電壓過高，對整個電路采取歸一，即對直流側電壓為800V的電路進行閥側電壓的仿真。

（三）=0°，采用二極管等效整流，考慮閥側所承受的電壓幅值，在元件庫中選擇D1N4007。

四、換流變壓器閥側電壓的軟件仿真

本文對一臺換流變壓器純電阻、阻容、阻感三種負載情況下進行仿真。

（一）純電阻負載

在軟件環境下建立如圖2的仿真模型，仿真結果如圖3、4所示。由于換流變壓器網側電源的三相對稱性，本文在進行仿真時，只取其中一相（A相）對其波形進行研究，且仿真時間設為兩個周期，即40ms。

在上圖中，圖形1為直流側輸出電壓Ud的波形，圖形2為角接繞組的對地電壓Ub1的波形，圖形3為串聯星接繞組的輸出電壓Ua1-Um的波形。（下面圖采取相似圖形表示方法）

圖3包含直流端輸出電壓Ud，其波形波動幅度不大，一個周期內波動12次，輸出波形接近直流。由閥側兩個串聯端輸出的線電壓Ub1和Ua1-Um可知，串聯的兩組換流閥輸出等效電壓相等，差別是角接繞組電壓超前相應星接繞組30°，這與設計原理吻合。

比較圖4中換流變壓器閥側星接繞組對地電壓Ua1與圖3中Ub1可知，Ua1幅值、有效值明顯比Ub1的幅值、有效值高。這是因為星接繞組的對地電壓是自身輸出與角接繞組的對地電壓疊加而成。

由此可見，在閥側兩組繞組中，所承受交流電幅值相同時，星接繞組所承受直流電壓明顯比角接繞組所承受的直流電壓高。故換流變壓器的這種特性對變壓器的絕緣設計，尤其是閥側繞組絕緣設計，增加了很大難度。

（二）阻容性負載

建立如圖5示的閥側阻容性負載仿真模型，其仿真輸出電壓波形如圖6、7所示，其中。由于采用的是三相對稱電源，故以A相為例進行分析。

如圖6所示，Ud的圖形趨于直線，與圖3相比電壓穩定在800V，這是由于電容的鉗位作用使Ud波形在閥側電壓變化時保持穩定。

因為直流輸電中大多數電纜或負載呈現阻容性，由以上分析可知，阻容性負載電路會降低平波電抗器和直流濾波器等高壓設備所承受的電壓負荷變化率，提高這些高壓電器的工作壽命。

（三）阻感性負載

建立如圖8所示的閥側阻感性負載仿真模型，其仿真輸出電壓波形如圖9、10所示，其中。

如圖9、10可知，波形變化較純阻性電路相比并無顯著變化。因為在實際電路中會存在少量的殘余電感，由9、10可知，當這種電感很小時，對電路影響并不大。所以我們在實際電路中應保證殘余電感相對電路負載足夠小，降低殘余電感對電能傳輸效率的影響。

五、總結

大型換流變壓器常采用串聯12脈整流單元，其閥側繞組的兩個閥橋分別為星接和角接。換流變壓器網側與普通電力變壓器并無差別，而閥側繞組則不同。閥側繞組不僅承受交流電壓還要承受直流電壓，除此之外還會承受極性反轉電壓和各種暫態過電壓，這是換流變壓器與普通電力變壓器的首要區別。

實際輸電系統中，不會出現負載為純電阻的情況，都會摻雜電容和電感。對于電路，電容的引入可以減緩換相時電路中電壓的快速變化，也會降低電抗器等高壓電器上的電壓波動。而較小的電感的引入不會對輸出波形有明顯的影響，因而可以盡量降低電路負載處殘余電感。

參考文獻

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