单元电路论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇单元电路论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

当前供电企业安全教育培训工作中存在的问题

1.对安全教育培训重要性认识不足。部分基层单位、班组负责人，对安全教育培训工作重要性和紧迫性的认识存在盲区，导致员工岗位安全教育培训工作没有被纳入单位、班组日常工作计划的现象出现，受经济效益、工作进度等客观因素的影响，显现出员工岗位安全教育培训缺乏的现象。

2.安全教育培训制度尚不健全。随着供电企业快速发展和企业员工对安全教育培训满意度的变化，现有安全培训制度显现出安全教育培训管理制度或标准的缺失，可操作性欠缺，安全教育培训职能交叉加重了基层的负担等方面的问题。

3.安全教育培训覆盖面不足。基层单位、班组受培训能力限制，导致员工安全教育培训有名无实，流于形式，造成基层员工安全教育培训严重缺失，在不断积累之后造成员工整体安全素质和安全意识偏低。

4.安全教育培训针对性不强。当前，安全培训多以理论讲解为主，由于与现场安全工作实际出现脱节，开展安全教育培训工作之前没有开展前期调研，广泛征求员工对安全教育培训的需求，导致安全教育培训没有真正按照不同专业、不同层次员工的工作特点把握安全教育培训需求，有针对性的拟定安全教育培训计划和实施方案，使基层单位、班组的安全教育培训显现出走过场，为了培训而培训，缺乏针对性等方面的问题。

5.安全教育培训评价管理机制还不够完善。目前，供电企业员工安全培训体系建设逐步趋于完善，但培训评价管理体系相对滞后，导致基层单位、班组安全培训开展情况的监督、检查和培训质效的考核、认证欠缺规范。

6.安全教育培训师资较薄弱。一是基层单位、专业班组培训员由于长期从事繁忙的现场工作、接触的专业前沿信息较少、时间和精力有限等原因，导致教育理念更新不及时，教育理论知识相对欠缺；二是由于基层单位、专业班组培训员在承担现场培训教学任务的同时还要面对和处理复杂、动态的现场作业工作，导致培训人员投入到培训教学上的时间、精力很难保证；三是一些基层单位将培训人员承担的培训任务划为义务劳动，缺乏有效的激励机制，导致培训人员在开展安全教育培训教学工作中的积极性受挫，培训效能感下降，从而影响了安全生产教育培训教学质量。

做好企业安全教育培训工作的对策研究

1.企业要健全和完善安全教育培训体系的基础建设。企业在完善三级安全教育培训体系的同时，一是在硬件设施的投入和配备等方面要安排专用资金，落实具体部门，建设并完善企业员工安全教育培训基地，配置必要的培训设备和设施，深入基层开展培训课题调研，根据企业安全生产管理要求，制定安全教育培训计划；二是加强企业安全教育培训师资队伍的建设，通过基层选拔、自主培养，专业人员引进等多种方式，做好安全教育培训师资资源的储备，建立能满足企业安全教育培训要求的师资队伍，保证安全教育培训工作的质效，使安全教育培训计划能够得到有效落实。

2.企业要将安全教育培训与企业安全目标愿景进行有效结合。安全教育培训具有形式和载体多元化的特征，但无论是通过企业安全文化建设，还是通过安全知识和技能培训、竞赛、演讲、论坛、专题讲座等形式开展安全教育培训，始终都要同企业安全发展的安全目标愿景相结合。一是企业要将安全教育培训与员工个人的岗位追求、价值追求相结合。从关心员工各方面利益的角度出发，通过安全教育培训使员工树立正确的安全价值观，能够发自内心的真正认识到只有保证了安全，才能得到个人利益，实现个人追求，真正实现“要我安全”到“我要安全”的转变，主动接受安全教育培训，自觉汲取安全知识、提升安全技能。二是安全教育培训要纳入企业的教育培训总体规划中，与专业技能培训、学历教育培训有机融合，确定专责部门和人员统一管理，形成完善的安全教育培训体系，避免安全教育培训流于形式的现象出现，使安全教育培训在培训资金、培训时间、培训场所、培训设施、培训质效等方面从组织结构和管理上得到保障。

3.企业要形成安全教育培训的闭环管理流程。安全教育培训的闭环流程包括全面掌握企业和员工安全技能和素质提升需求，做好安全教育培训需求分析；根据安全教育培训需求有针对性的编制安全教育培训计划，设置培训课程；安全教育培训实施过程和安全教育培训质效评价等四个方面。企业和员工安全技能和素质提升需求调查，是确定安全教育培训目标、制定安全教育培训计划的基础，是进行安全教育培训实施过程和安全教育培训质效评价的前提，也是加强培训工作计划性、针对性、可控性和预见性的关键。企业和员工安全技能和素质提升需求调查主要包括以下几个方面的内容：一是安全教育培训部门和基层单位、班组对企业安全教育培训制度的落实情况；二是企业安全水平和缺陷、隐患、事故状况，员工安全意识、安全技能水平和“三违”现象发生率；三是员工对岗位新工艺、新设备、新技能的认知状况，应急处置技能和水平。

编制安全教育培训计划和设置培训课程，应根据各级安全教育培训体系组织机构实际，结合安全教育培训需求调查制定。计划要做到有目标、有内容、有措施，注重针对性、实效性、可行性和操作性。

安全教育培训实施过程首先是要明确培训要求，科学合理的控制培训进度，着重从员工安全意识的提升、安全知识的完善、安全技能的补缺等方面提高员工整体安全素质。基层的单位和班组在安全教育培训工作的实施中，可从制度、规范、常态、学用结合等方面出发，采用安全知识和技能培训、竞赛、演讲、论坛、专题讲座等多种形式，唤起员工参与安全教育培训积极性；把握好安全理念、安全启迪、事故警示、人机互动等环节，对员工进行全方位的安全教育培训；结合工作实际和安全实践经历，紧贴本单位和班组安全生产工作实际，开展安全知识和技能学习、讨论分析事故案例等，真正做到有的放矢。

篇（2）

传统的抢答器一般利用数字逻辑电路做成，功能单一，已不适应社会发展需要。随着科学技术的进步，单片机与串口通信的结合已广泛应用到各个电子系统。本文是基于单片机为核心的抢答系统设计，通过串口通信动态传输数据，使抢答系统具有电路简单、操作方便、功能强大等特点。特别是抢答系统与PC通信相联系，使整个抢答系统功能更完善。

1、系统总体方案设计

传统抢答器功能过于单一，因此，可将其功能进行扩展，设计出以单片机为核心的抢答器系统，总体框图如图1所示。

抢答系统由控制开关、抢答开关、加/减分电路、计时电路、显示电路、报警电路、PC通信等几部分构成，如图1所示。

图1、总体方案电路图

完成功能如下：

a、抢答开始时，在规定的时间内，最先按动抢答按钮的选手应具优先权，抢答系统应能准确迅速地判断出第一抢答者并将其信号锁存，同时将输入端关闭而使其它抢答信号无效。选手编号/得分情况能够在显示屏上显示。此功能由中央控制单元,译码、显示电路完成。

b、问题回答完毕，主持人应根据回答的准确性给予不同分值的加/减。此功能由加/减分电路完成。

c、在规定的时间内若有人抢答，抢答有效，终止定时，若无人抢答，此次无效。此功能由计时，中央控制单元完成。

d、每次问题回答结束，主持人应通过复位按钮进行复位，各种程序又回到初始状态。为进行下一轮的抢答工作做准备。

抢答开始之前，赋予选手一定的初始分，若选手违例抢答，报警电路工作，提醒有人违例抢答，同时编号牌显示违例选手号码，该违例选手会被自动扣分。抢答开始时，记分牌显示选手初始值，此时，主持人根据需要，选定不同分值的题目让选手回答。当主持人宣布抢答开始，同时按下开始键的时候，选手抢答，编号牌显示选手编号。这时只能有第一位选手优先抢答成功，其他抢答无效。与此同时，倒计时就开始计时，在剩下最后几秒的时候，报警电路工作，提醒选手。抢答时间结束，本题抢答无效。选手回答问题完毕，主持人应根据回答问题的情况，对选手成绩做出相应的处理。每一题抢答结束后，主持人进行电路复位功能，为下一题做准备。而每一题的抢答过程中，编号显示牌和各选手的得分情况会自动的送到PC机上进行动态显示。科技论文。

1.1 硬件电路设计

1.1.1、中央控制单元

中央控制单元是控制系统的中枢，是系统的信息处理部分，键盘开关，控制开关等发出信号，中央控制单元收到信号后做出分析、响应，完成电路功能的执行。科技论文。

系统选用ISP-Flash系列单片机AT89S8252，它是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器，兼容标准MCS-51指令系统，功能强大，它可向输出单元输出控制信号。

1.1.2、键盘输入及加/减分电路

选手通过按键进行抢答，单片机识别到有按键按下时，转到相应的程序，控制译码显示器显示选手的编号或分数。而开始键，加/减分键也是通过键盘转到相应的程序实现功能。

键盘作为输入设备，结构简单，通过程序可实现很多功能。抢答器按如图2所示的矩阵结构连接，可有效减少单片机的I/O口。用单片机位处理指令来判断是否有键按下，若有键按下，则有电平输入。转到相应程序，显示有效选手的号码，而其他选手再按“抢答键”也无效。若无人抢答，报警电路工作，表示本次抢答无效。若选手违例提前抢答，报警电路提醒选手注意，显示牌显示违例选手号码，单片机通过程序指令让该违例选手减去一定分值。

加/减分电路与抢答键工作原理一样，当按下加/减分按键，单片机控制程序指令，给选手加/减相应的分值，每一题只能给与抢答选手一次的加减分机会，若有特殊情况，主持人可在控制台进行操作。

若抢答键太少，可通过增加I/O口数量或者在中央处理单元外再外扩一片可编程I/O接口芯片。

图2、键盘结构图

1.1.3、选手编号/分数显示电路

译码显示：利用单片机串行口加外围芯片74LS164，构成多个并行输出口，用于串－并转换，驱动CD4511锁存-译码器进行LED数码管显示。科技论文。数据从单片机输出经74LS04反相器进入74LS164的输入端，而时钟脉冲经74LS04反相器连接到74LS164的CLK脉冲信号端，在LED显示相应的十进制数字，从而完成选手编号的显示。

选手得分显示电路与编号显示电路原理一样，可将多片74LS164芯片相连，增加其显示位数。

1.1.4计时、报警等电路

倒计时器电路中，选用四位十进制减法定时/计数专用集成电路EC9410和7448TTLBCD--7段译码器组成可预置数的十进制减法器。在时钟脉冲的作用下，倒计时开始。若某组抢答有效，计时停止并显示倒计时时刻。若一直无人抢答.则倒计时到“00”自然停止。

报警输出单元如图3所示，数据输入端与单片机相连，电路由三极管外加扬声器等外围电路构成，当中央控制单元通过分析确定存在违例抢答或是倒计时停止，便通过指令给报警电路数据输入端一个高电平，三极管就导通，产生信号驱动扬声器发出警报，从而形成一个报警电路，可通过调节报警声长短来判断是倒计时停止报警还是违例抢答报警。

图3、报警电路

1.2单片机与PC机的通信

抢答过程中，显示数据需要传入PC机内。单片机与PC机间的通信选用USB串口通

信，将单片机采集的信息传送到PC机中，由PC机进行处理。该系统使用Phillps公司的PDIUSBD12芯片作为USB接口芯片。PDIUSBD12通常用于微控制器系统并与微控制器通过高速通用接口进行通信，也支持本地DMA传输。该器件采用模块化的方法实现一个USB接口，允许在众多可用的微控制器中选择最合适的作为系统微控制器，性能较好。

USB接口芯片PDIUSD12的八位I/O口线DATA0至DATA7具有可控的三态门电路，故而PDIUSBD12芯片可以直接与AT89S8252的数据总线相连，挂在系统总线上。当系统将采样得到的信息通过USB总线上传给PC时，AT89S8252选通PDIUSBD12芯片，将单片机内的采样信息通过系统总线传给USB接口芯片，继而传给上位机，完成数据的传输。

USB串口通信可采用控制传输模式，块传输模式，同步传输模式，中断传输模式等4种传输模式，根据本设计电路特点，采用中断传输模式。其传输模式图如图4、图5所示。

图4、中断输入事务

图5、中断输出事务

中断服务子程序处理由PDIUSBD12产生，在中断服务子程序中把数据从PDIUSBD12芯片的缓冲区中转移到单片机环形缓冲区中，并清除该芯片内部缓冲区的使能，以便PDIUSBD12芯片接受新的数据包。而后建立正确的时间标志，通知主程序进行正确的处理。

2、结束语

文章创新点在于（1）以ISP-Flash系列单片机AT89S8252为核心的抢答器功能强大，（2）采用USB串口通信，使功能进一步得以完善。整个方案较好地完成了抢答器系统的设计，此外，还需考虑需报警，增加语音报警等情况，功能强大的AT89S8252中央控制单元配合USB串口通信，使整个抢答器反映快，功能齐全，使用性强，可靠运行。

参 考 文 献

[1] 杨文显，现代微型计算机原理与接口技术教程.清华大学出版社[M]，2006。

篇（3）

 

前言

单片机控制系统在实验室反复实验都可以得到很好的预期效果,然而把系统放到实际现场运行时却不能工作。论文大全，遥控系统抗干扰分析。原因是工作现场比实验室环境恶劣,系统受到了各种各样的干扰,加之构成系统的元器件本身方面存在的可靠性，以及系统本身各部分之间的相互耦合因素等原因，系统必须增加一些有效的抗干扰措施才能正常运行。论文大全，遥控系统抗干扰分析。据工作经验之谈，有时存在后期的抗干扰工作往往会比前期的设计工作还要艰巨,花费的时间也需要得更多,所以说抗干扰技术是非常重要,关于在抗干扰措施是否能够运用得恰当方面，其直接关系到系统的稳定性和可靠性。

一、单片机遥控系统系统工作原理

单片机以其体积小、价格廉、面向控制等方面的独特优点，使得单片机在各种工业控制、仪器仪表、产品的自动化、智能化方面获得了广泛的应用。单片机的遥控系统以单片机系统为基本控制单元,能够构成无线传输系统、速度调节系统等等,而且其优点是，能够在三公里外控制运动目标的启动、速度快慢、停止、往返。而且最特别的是在运动目标的运行过程中，可根据需要随机调节速度快慢,调速一般是在7~25km/h范围。单片机实现控制了所有这些状态,开始通过键盘输入控制参数,然后经过单片机运算和处理行为,并且通过无线数传模块完成对参数的无线传输、运行状态以及调速设备的控制方式,达到遥控运行的目的要求。

二、单片机遥控系统系统受干扰原因及危害

在电磁干扰较弱时，其可靠性和稳定性往往是容易达到应用要求，这方面尤其是在室内体现出来，然而对在室外，会遇到各种各样的环境条件，尤其是那种在工作环境较恶劣的情况下，就会导致仪器仪表工作不正常或失灵。而单片机的遥控系统一般都安装在工业现场，而在工业现成环境中的干扰大多是以窄脉冲的形式出现，而这样的形式其最终造成微机系统故障的多数现象都是“死机”现象。究其原因是计算机中的CPU在执行某条指令时，受周围环境干扰的冲击，影响到它的操作码或地址码发生改变，最终致使该条指令出现错误。这时，CPU就会执行随机拼写的指令，并将其操作数作为操作码执行，从而导致有关程序“跑飞”或进入“死循环”。对于在工业现场中由于诸多大型用电设备的投入或者是撤出电网运行，经常都会造成系统的电源电压不稳，如果当电源电压降低或掉电时，这样就会造成重要的数据丢失的可能性，以至于系统不能正常运行，而且干扰也会导致单片机内部程序指针错乱现象，从而使得中断程序运行超出定时时间。关于RAM中计时数据被冲乱，导致程序计算出错误的结果。论文大全，遥控系统抗干扰分析。假设设法在电源电压降到一定的限量值之前，单片机进行快速地保存重要数据，将会最大限度地减少损失，对于干扰源的影响会使系统的可靠性和稳定性大大降低，严重的情况还会导致系统的运行紊乱，造成生产事故。

三 如何实现单片机的遥控系统的抗干扰

关于高频干扰噪声和有用信号的频带是不同的,其解决方法是在导线上增加滤波器的方法来切断高频干扰噪声的传播,或者也可加隔离光耦来解决这个问题。关于电源噪声的危害最大。需要把电源做得好,其整个电路的抗干扰能力就解决了一大半问题。对于在单片机系统中还可借助于一定的外部附加电路来监测电源电压，当在电源发生故障时能够及时通知单片机快速保存重要数据，同时断开单片机外围设备用电电源，从而使整个应用系统的功耗降到最低点。目前市场上许多单片机对电源噪声都是十分敏感的,那么就要给单片机电源加滤波电路或稳压器,达到减小电源噪声对单片机的干扰。比如,可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路,当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。当电源恢复正常时，取消掉电工作方式，通过复位单片机，使系统重新正常工作。

单片机系统设备的抗干扰与系统的接地方式也存在很大的影响，接地技术有能够抑制噪音的效果。所以说一个良好的接地能在很大程度上抑制系统内部噪音耦合的现象，而且还能够防止外部干扰的侵入，能够真正提高系统的抗干扰能力。在这里需要注意的是，如果要求设备的金属外壳等需要安全接地，其屏蔽用的导体的必须能够很好的接地，这样才能为单片机系统提供良好的地线，并且对提高系统的抗干扰能力极为有效果。论文大全，遥控系统抗干扰分析。尤其是对于有防雷击要求的系统，其良好的接地是至关重要的。假设系统不能接地，或者是虽有地线现象，但是接地电阻过大，就会抗干扰元件就不能正常发挥其应有的作用了。

关于单片机供电的电源的地俗称逻辑地，并且和大地的地的关系具有相通性、浮空性、或接电阻性。但是不能把地线随便接在暖气管子上。坚决不能把接地线与动力线的火线、零线中的零线相混淆。因为单片机系统通常存在模拟电路和数字电路两种，并且关于数字地与模拟地是要分开，只是在一点相连，假设两者不分，就会存在互相干扰现象，那么可以把控制条件中的关于一次采样和处理控制输出更改为循环采样和处理控制输出，这样能够对惯性较大的控制系统具有良好的抗偶然因素干扰作用效果。

设置输出状态寄存单元来抗干扰。其程序是根据单片机系统对数据处理后的输出结果为依据，设置出相应的输出状态寄存单元形式，假设其中干扰侵入输出通道将输出状态破坏时，系统就会在定时查询寄存单元的输出状态信息时，并发现错误，及时纠正输出状态。论文大全，遥控系统抗干扰分析。

设置自检程序来抗干扰。论文大全，遥控系统抗干扰分析。通常是在计算机内的特定位置或某些内存单元中来设置状态标志，并且在开机后或有自检中断请求要求时，计算机系统首先将运行自检测试程序，如对整个系统或关键环节进行模拟方面的测试，对测试结果再通过某种方式显示出来，目的是保证系统中信息存储、传输、运算的高可靠性。设计单片机的遥控系统过程中，要求电路的元器件或线路布局合理以消除元器件之间的电磁耦合相互干扰，如去耦电路或者是平衡电路等。还有种方法是采用冗余结构，也称容错技术或故障掩盖技术，该方法是通过增加完成同一功能的并联或备用单元数目来提高系统可靠性的一种设计方法。当某些元器件发生故障时也不影响整个系统的运行。对于消减外部电磁干扰，可采用电磁兼容设计，目的是提高单片机系统在电磁环境中的适应性，即能保持完成规定功能的能力。

参考文献：

[1]麦山.基于单片机的协议红外遥控系统.电子技术.1998

[2]孟庆建张恭孝.单片机系统的电磁兼容问题[J].自动化仪表,2004

篇（4）

高压开关柜在电力系统中担负着关合及断开电力线路、保护系统安全的双重功能，随着电力系统向着高电压、大机组、大容量的迅速发展，电网日益扩大以及变电站无人值班管理模式和综合自动化的普及推广，高压开关柜的安全运行越来越重要。高压开关柜内闸刀触头、电力电缆进出线的接头接触不良时，接触电阻增大，在负载电流流过时会产生发热现象，过热会引起金属材料的机械强度下降，绝缘材料老化并可能导致击穿，形成事故。在高压开关柜中，固体绝缘中的空穴、不同特性的绝缘层之间，以及金属（或半导电）电极的尖锐边缘处，由于气体的击穿场强比固体介质低得多，气体中的电场又比固体介质中高，往往在气隙的部位产生局部放电。这些局部放电会造成电介质绝缘强度逐步下降，最终导致绝缘的损坏。此外，高压开关柜中还存在SF6气体的泄漏，同样会造成设备性能的下降。因此，测量和监视高压开关柜内的运行状态，是避免重大事故发生及控制故障恶化的有力手段，对于保证高压开关柜的正常运行，提高电力系统的运行可靠性和自动化程度具有非常重要的意义。

目前已有的各个测试系统存在各种各样的缺陷，并且各种方法只能实现对某一种故障的监测，还无法实现对高压开关柜的运行状态准确监测。针对于上述的情况，针对于上述的情况，对高压开关柜在运行过程中各故障状态下的气体成分进行了分析，发现各种故障状态下，高压开关内部会产生不同的特征气体。由此可见，采用变压器油色谱测试的原理，通过对不同特征气体的分析，可以实现对高压开关柜运行状态的监测。基于上述的原理，本论文介绍了基于故障气体原理开发了便携式开关柜故障探测装置，该系统通过提取开关柜运行过程中所形成的气体，采用气敏传感器对各种气体成分进行分析，从而对开关柜的运行状态做出可靠判断，确保高压开关柜的安全运行。

一、开关柜内部故障的特征气体分析

对于采用SF6断路器的小车式开关柜，最容易发生的异常是接头发热、SF6气体泄漏和局部放电。下文将分别研究每种异常状况的特征气体特点。

1.接头发热

接头发热是一次设备的常见故障，对于常用的小车式开关设备，由于其断路器小车经常被移进移出，断路器的触指和触头很容易受到撞击等外力作用而变形，导致接触不良而发热，另外其电缆接头也是发热故障的高发部位，由于开关柜内部发热几乎不能早期发觉，接头发热故障对于开关柜的安全运行事关重大。接头发热产生的特征气体比较复杂，各种气体的组分和浓度随发热温度和接头材料的不同而不同，主要特征气体有以下几种：

a.烷烃和硫化氢——主要是接头电力脂、脂、示温蜡片中杂质受热分解产生，由于断路器触头无一例外地涂有脂，如果接头发热，凡士林融化导致内部少量碳原子数量较少的烷烃和硫化物等杂质气化而分布在柜内的空气中，由于各种气体传感器对于烷烃等可燃气体灵敏度极高，因此很容易检出。

b.单质铜和氧化铜颗粒——如果温度过高，接头的铜会逐步氧化发黑形成氧化铜，极少量的氧化铜和单质铜会升华进入空气，并产生微量烟雾。

c.绝缘材料分解气体——发热接头附近的绝缘材料（如环氧树脂）受热也会产生一定特殊气体，另外接头部位的灰尘受热也会产生特殊气体，主要有氢溴酸、胺类、腈类、酚类、烷烃、醛类、氮氧化物，多环芳烃、杂环族化合物、羟基化合物等。

2.局部放电

局部放电也是一次设备的常见故障，空气中的放电现象会产生氮氧化合物、臭氧和负离子，因此对于空气中的局部放电，如沿面放电等，可采用探测上述气体的传感器进行探测，对于固体介质内部的局部放电则没有作用。

3.SF6泄漏

绝大部分的小车式开关柜均为装设断路器SF6压力表或密度继电器，如发生SF6泄漏，只有等到压力低于报警或闭锁值时，才能通过处罚压力接点的方式用光子牌、指示灯间接显示出来，如果压力接点失灵，SF6气体即使漏完运行人员也无法知道，如果此时操作断路器可能导致设备爆炸的严重后果，因此采用另一种手段探测SF6泄漏也很有必要。由于现有的SF6气体传感器能检测到0.1ppm以下浓度的SF6气体，因此开关柜内部的SF6泄漏应该能很容易地检出。

二、气体传感器设计

1.传感器的选择

通过对不同传感器的性能比较，分析了各种传感器在寿命、灵敏度、成本、加热功耗和反应速度方面的优缺点，本论文提出了采用电化学可燃气体传感器+离子型烟雾传感器+TGS型空气质量传感器”检测接头发热、大气型臭氧传感器检测局部放电、环境监测型SF6传感器检测SF6的方案。

接头发热采用电化学可燃气体传感器，该传感器灵敏度很高，用其可满意地检出微量的硫化氢或其他可燃气体；游离碳、游离状氧化铜和单质铜用气体传感器较难检出，为了提高检测性能，又加上了离子型烟雾传感器，这样如果柜内有极少量的烟雾颗粒，也能及时检出，通过联合使用2种不同原理的气体传感器，就能较可靠地探测出开关柜内部发热异常。局部放电和SF6泄漏的检测分别采用O3/S-5型大气监测用臭氧传感器和SM-SF6型SF6气体传感器，该两种传感器的检出灵敏度都在0.1ppm以下，足以探测开关柜内部的SF6气体泄漏和表面局部放电现象。

2.气体传感器的典型应用电路

气体传感器是一种将特征气体浓度量转化为电量的传感器，大部分气体传感器都采用电阻率变化的方式输出信号，当环境中某种特征气体含量较低时，传感器电阻较大，当该气体浓度增大后，传感器电阻减小，大部分气体传感器的电阻在一定范围内都能与气体浓度成比例变化，具有较高的线性度。

典型的采用加热方式工作的气体传感器电路如图1所示，传感器的1、2端口为加热端口，3、4端口为输出端口，R2为加热端口的限流电阻，用以将加热电流调整到传感器所规定的电流值，R1为输出端负载电阻，当传感器启动后，需要加热一段时间，加热完毕后即能工作，此时3、4端口的电阻值会随着外界气体浓度的变化而变化，从而使R1上的电流和输出端的电压变化，起到监测气体浓度的作用。

三、系统结构设计

通过上述的研究，本论文对整个测试系统进行了设计，其整个原理如图2所示。

从上述监测系统的结构框图可以看出，整个系统由CPU控制系统、按键、液晶显示屏、通信总线、A/D数据采集单元、局部放电探测单元、SF6泄漏探测单元和触头过热探测单元所构成。整个系统的工作过程为：首先采用抽气的方式，将开关柜内的运行气体送入到各测量单元中，利用局部放电探测单元、SF6泄漏探测单元和触头过热探测单元中的气敏传感器对各种故障的特征气体进行测量，实现非电量向电量的转换，接着将各测试信号传到A/D数据采集单元，将模拟信号转换成数字信号，最后将数字信号送入CPU控制单元中，对采集的数据进行归类、统计分析，将测试结果和分析结果显示在液晶屏中，其显示的内容可通过按键进行更改。此外，整个系统还可以通过通信总线，将测试结果上传至监控中心。

四、测试电路设计

针对于上述电路的框架，本论文对其的测量电路进行了设计，其原理如图3所示。

从图3中可以看出，整个测试电路由模拟开关、AD采样电路和MCU组成，其工作原理：首先将测量信号（如热信号、局部放电信号等）接入模拟开关，然后利用MCU控制模拟开关，实现对其分时控制，将模拟信号输入AD采集单元中，接着MCU控制AD采集单元实现对其模拟量的数字转换，从而实现对被测量的测量。

五、系统软件设计

根据上述的测量电路，对其控制软件进行了设计，其程序的流程框图如图4所示。从图中可以看出，整个程序的流程为：首先对系统进行初始化，如接口的电平、寄存器初值的设定，中断的关闭等，然后控制模拟开关，使模拟信号进入AD的输入端，接着对其进行模数转换，实现对模拟量的分时采样，然后对所测量的数据进行分析，对高压开关柜的运行状态作出判断。

六、样机的效果测试

鉴于要寻找内部存在异常的运行开关柜比较困难，因此设计了一些模拟实验，来验证该样机的实际效果，试验结果如表1所示，图4为测量程序流程图。

七、结论

本文说明了空气绝缘开关柜内部异常早期探测的必要性，提出一种通过检测开关柜内空气质量和特征气体组分的方式，来探测空气绝缘开关柜内部异常状态的方法。通过理论分析和实验证明了其具有较高的可行性和实用性，对于接头发热、表面放电和SF6泄漏异常具有较高的检出率，能够实现对高压开关柜的监测。

参考文献

[1]吴家棍，孙良彦.传感器技术[J].1997（1）：18-21.

[2]尚文，刘杏芹，汤笑婷.应用化学[J].1998（2）：60-63.

[3]陈尔绍.传感器实用装置制作集锦[M].北京：人民邮电出版社，2000（4）.

[4]陆凡，王小平等.传感器技术[J].1997，26（3）：5-6.

篇（5）

1.引言

在低压配电系统中，低压断路器是应用最为广泛保护装置之一，主要应用于要求实现保护且不频繁操作的场合。它不仅能在正常工作情况下接通、分断负载电流，而且允许在故障或不正常的情况下自动切断电路，从而保护变压器、用电设备和供电线路;同时通过上下级线路的选择性配合，能够避免非故障区域的停电，减少不必要的损失。鉴于此设计一款智能的低压断路器具有很大的现实意义[1]。

2.总体方案设计

论文所设计的系统包括参量中央处理控制模块、信号采集模块、信号调理模块、人机交互模块、通信模块以及电源模块等。图1为硬件系统结构框图：

图1 整体结构框图

本论文所设计的智能断路器控制单元所要实现的基本保护功能包括：三段电流保护（过载长延时保护、短路短延时保护及短路瞬时保护）和单相接地保护，用户可根据实际需要选用过电压保护、低电压保护。

3.电路设计

3.1 单片机I/O口扩展

图2 AT89C51RC2单片机接口扩展原理图

AT89C51RC2单片机最小系统如图2所示，本论文所实际的智能控制系统是以AT89C51RC2片上系统为核心的单片机应用系统。

3.2 A/D转换模块

由于AT89C51RC2单片机内部并没有集成ADC模块，因此必须外接ADC芯片，这里我们选用了一种美国TI公司生产的TLC1543芯片。TLC1543是一款11模拟输入通道，高性价比，采用CMOS工艺的10位开关电容逐次逼近原理实现的模数转换器。该芯片内置3路自测方式，片内集成系统时钟，固有的采样和保持功能，具有转换速度快、误差小的特点[2]。TLC1543芯片采用串行通信接口，与单片机接线简单，引线很少，能够很好节省单片机的I/O资源。TLC1543芯片与单片机接线如图3所示。

3.3 电源模块

常用的电压源设计有电流源供电和电压源供电。由于电流互感器装设在装置的出线端，一旦断路器跳闸，控制单元就将失去电压，所以必须设置备用电源来保证电源模块失去供电电压之后单片机、LCD显示器等电子元件的正常工作，电源电路设计较为复杂。因此，我们采用电压源供电的方式，即任意取一相电压经电源变压器变压、整流单元整流后，采用DC-DC模块转换为所需电压。电压源供电是由装置进线端馈电线路供电，只要馈电线路不失去电压，即使断路器跳闸，也能保证控制单元的正常供电。系统电源电路如图4所示。

图3 TLC1543芯片与单片机接线原理图

图4 电源输出原理图

3.4 通信模块

为了对测量数据显示、后续数据处理及测量信号校正，可利用单片机的串行口与PC机进行串行通信，将单片机采集的数据传送到PC机中，由PC机的高级语言对数据进行整理及统计等复杂处理。在实现计算机与单片机之间的串行通信时，通常采用标准通信接口进行串行通信。美国电子工业协会（EIA）正式公布的通信标准总线包括：RS-232、RS-449、RS-422、RS-423、RS-485等[3]。在串行通信中，应用最广泛的标准总线是RS-485，其通信距离约为1219m，最高速率10Mbps。SN65LBC184芯片与单片机AT89C51RC2的接线如图5所示。

图5 串口通信电路

3.5 温度检测、时钟输入电路

为了防止因温度过高导致断路器误动作甚至损坏设备本身，采用MAXIM公司微型化、高性能的1-Wire数字温度传感器DS18B20对智能控制单元工作环境温度进行检测与控制。

现代化的配电系统往往要求能够记录故障发生、人员登录、设备操作等的具体时间，以便在事后进行故障分析。这就要求我们给智能控制单元配备实时时钟输入电路。DS1302芯片是MAXIM公司推出的一款性能较好、功耗低的实时时钟芯片。

单片机与DS1302芯片、DS18B20芯片的接线原理如图6所示。

图6 DS1302、DS18B20与单片机的接线原理图

图7 主程序流程图

4.系统主程序

主程序是整个软件系统的中枢，它不仅指挥着程序流程，而且将各功能子模块有效地连接起来，因此主程序的设计对于整个软件设计起着至关重要的作用。系统上电或复位后，首先进行系统自检，判断硬、软件有无故障，如果有故障则报警，然后开中断，判断是否需要设定整定值，随后进行信号采样，一周期采样完成后计算有效值，所计算的有效值与事先设置的整定值进行比较，判断有无故障或不正常工作状态发生，随即判断是否需要脱扣，如果系统发出脱扣信号则系统推出，如果无故障发生或不需要脱扣，则返回到采样环节循环。本文设计了如图7所示的整体程序流程图。

图8 显示功能界面

5.仿真

本设计所用的仿真软件为英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件，它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及器件。它是目前比较好的仿真单片机及器件的工具。智能断路器不仅能够显示三相电流、三相电压、频率、温度参数，而且还具有时间显示的功能，由于1602是显示字符的液晶显示屏，一共能显示2行，每行能显示16个字符。所以参数的显示需要通过键盘进行切换。显示功能界面如图8所示。在试验中，我们采用一个继电器代替脱扣电路，当仿真开始时，继电器闭合。当系统出现故障时，继电器断开以保护设备。

6.结论

本文结合具体设计要求，系统能够实现三段电流保护、单相接地保护、过电压保护、短路保护、欠电压保护以及过温保护，保护精度控制在正常的范围之内。本文为实现断路器的智能化和可通信等功能。经仿真调试结果表明，该系统不仅实现了较好的保护功能，还实现了测量和监控等功能。所设计的控制器可靠性高，实时性好，特别是实现了现场通信，应用前景广阔。

参考文献

[1]卢丽君.基于TLC1543的单片机多路采样监测系统的设计[J].仪器仪表与分析监测，2007（4）：5-6，40.

篇（6）

1 RN8316（SOC）简介

图1 RN8316系统框图

RN8316是深圳锐能微公司提供的一款低功耗、高性能、宽电压、高集成度、高精度的三相MCU芯片，产品系统框图如图1所示。该产品内嵌32位ARM Cortex-M0核，最高运行频率可达29.4812MHz，最大支持224Kbytes FLASH存储器、16Kbytes SRAM和16Kbytes EEPROM，内置单cycle乘法器（32bit*专业提供论文写作和写作服务,欢迎您的光临lunwen.   1KEJI AN.  C OM32bit）、CM0内嵌系统定时器、2个DMA控制器，支持外部中断等多种唤醒方式，提供完善的集成开发软硬件环境。该芯片支持高速GPIO，可与不同电压外设器件连接，最大支持10位ADC，8*32位的LCD，支持芯片电源电压及外部电压检测。通信接口最大支持6路UART，2个7816口，1路I2C和1路SPI。同时，RN8316还集成了RTC、看门狗和加密处理器。

2 硬件电路设计

电力能效监测终端主要由电源模块、计量单元、存储单元、载波模块、通信模块、直流模拟量采集等部分组成。系统的结构框图如图2所示。

图2 电力能效监测终端设计框图

2.1 电源模块设计

为保证终端能够稳定工作，并具有良好的电磁兼容特性，电源模块采用三路电源供电，分别为主电源8 V、两路12 V辅助电源，之间相互隔离。主电源VDD8V通过LDO降为VDD5V和VDD3.3V电源，主电源5 V为SOC、红外、电能质量监测模块供电，主电源3.3V给计量芯片供电。一路ZB12V辅助电源用于载波电路供电；另一路AUX12V辅助电源为遥信电路供电，同时通过LDO降为AUX5V，为RS485、直流模拟量电路供电。电源电路设计如图3所示。

2.2 采样计量单元

采样计量单元是电力能效监测终端的重要单元，设计中采用锐能微公司的RN8302计量芯片来实现对电压、电流、功率、功率因数、谐波等数据的计量，并输出有功、无功脉冲。RN8302占用SOC一路SPI，同时SOC配置中断、复位口从而能够实现对计量芯片的控制和通信。RN8302管脚资源配置如图4所示。

图4 RN8302管脚资源配置

采样电路中，考虑到生产成本和计量精度，电压采样采用电阻分压采样的方式，UA/UAN，UB/UBN，UC/UCN为采样信号，而电流采样采用电流互感器采样的方式，IAP/IAN，IBP/IBN，ICP/ICN为采样信号，电路图分别如图5和图6所示，电压采样电路中的1K电阻和电流采样电路中的5R电阻采用精度1%的精密电阻，电容用于去耦和滤波，以保障采样精度。同时电压采样信号可用于电能质量的监测，扩展电力能效监测终端的功能配置。

图5 电压采样电路

图6 电流采样电路

2.3 遥信电路

电力能效监测终端配置两路遥信端口，使用光耦LVT-816同SOC进行隔离。遥信电路原理图如图7所示。

图7 遥信电路

2.4 RS485电路

在实际工程运用中，由于受到工程人员操作能力，经验等因素的影响，RS485的A、B端子常常接反，导致不能够正常抄表。因此，在电力能效监测终端RS485电路的设计中，采用了无极性485芯片ECH485NE专业提供论文写作和写作服务,欢迎您的光临lunwen.   1KEJI AN.  C OM，A、B端子正反接都能够正常通信。终端配置两路RS485电路，分别用于抄表和维护，占用SOC两路UART端口，485芯片用光耦同SOC进行隔离。RS485电路如图8所示。

2.5 直流模拟量电路

直流模拟量电路主要针对非电气量的采集，该能效终端采用瑞萨电子的RL78/G13系列单片机进行控制，SOC通过一路UART端口进行通信，并配置复位脚进行控制。直流模拟量电路通过光耦同主电路进行隔离，终端配置了两路信号的采集，拓展了数据的采集范围，实现了采集和能效监测的多样化。直流模拟量采集电路图如图9所示。

2.6 载波电路

电力能效监测终端的载波用于同能效采集服务器进行通信，载波电路占用SOC一路UART端口用于收发数据，占用一路7816口实现载波的设置、复位、事件输出等功能，并通过光耦同SOC进行隔离，接口标准符合最新国网三相电表规范，可方便插拔和替换多个厂家的载波模块，提升了产品的兼容性。载波电路如图10所示。

3 结束语

本文在智能用电及能效管理的基础上，根据电力能效监测终端技术标准，采用SOC芯片RN8316，进行了硬件的设计。相对于传统的基于独立功能芯片的用电终端，基于SOC的电力能效监测终端在功耗，稳定性，可靠性等方面表现更加优异，并且体积小，所用元器件少，生产成本较低，具有良好的市场前景。

参考文专业提供论文写作和写作服务,欢迎您的光临lunwen.   1KEJI AN.  C OM献

[1]余贻鑫.面向21世纪的智能配电网[J].南方电网技术研究，2006，2（6）：14-16.

[2]陈树勇，宋书芳，李兰欣，等.智能电网技术综述[J].电网技术，2009，33（8）：1-7.

[3]虞斐，孔繁虹，梅生伟，许哲雄.智能电网下的新型能源管理系统设计方案[J].华东电力，2009（7）：1176-1178.

[4]周晓红.新型智能电表的发展现状及趋势[J].中国高新技术企业，2011（11）：119-120.

[5]中国化工仪器.我国仪器仪表行业现状及发展趋势[J].中国计量，2011（1）：78-81.

[6]静恩波.智能电网AMI中的智能电表系统设计[J].电测与仪表，2010，47（7A）：36-39.

[7]赵定远.SOC与嵌入式系统[J].成都大学学报（自然科学版），2007（4）：305-308.

篇（7）

一、控制电路的基本构成

牵引变电所的断路器、隔离开关的控制电路一般是由指令单元、闭锁单元、联锁单元、中间传送放大单元、执行单元和连接它们的导线等二次电气设备组成。指令单元一般由控制开关、转换开关、按钮、保护出口继电器和自动装置等构成，其作用是发出断路器、隔离开关分、合闸命令脉冲。

闭锁单元般是由闭锁继电器接点、断路器的辅助接点组成，其作用是当一次设备发生重故障时，闭锁接点打开，切断分合闸回路，避免断路器重合闸于故障设备，防止事故范围进一步扩大。隔离开关操作顺序的正确性。中间传送、放大单元是由继电器、接触器及其接点组成，其作用是将指令单元发出的命令脉冲放大，并按一定程序送给执行机构。执行单元是断路器、隔离开关的操动机构，其作用是按命令驱使断路器分合闸。

二、110kV隔离开关的作用和构造

110kV隔离开关在结构上无灭弧装置，但是有一个明显的断开口。它的作用就是当其他设备检修的时候，用隔离开关隔离有电与无电部分，造成一个明显的断开点，使得检修设备与电力系统完全隔离，保证工作人员人身和设备的安全。开关和隔离开关互相配合，进行倒闸操作，以改变运行方式，以及可以用其来分合一些无故障的低负荷小电流的电路等。

110kV隔离开关的基本构造包含有导电主刀、绝缘子、传动垂直杆、底座、操作机构等。机构箱内安装有一个可以通过电气控制正反转的电机，利用电机的转动带动垂直传动杆和各相间的连杆，以驱动旋转绝缘子，就可使得隔离开关的导电主刀进行分合闸。

三、电动操作控制回路原理分析

隔离开关的控制方式可以分为远动控制、距离控制和就地控制三种。110kV隔离开关的电路是由一个控制回路和一个电机回路组成（如下图）。在控制回路中，可以通过实现隔离开关“远方”和“就地”进行分合闸操作。由转换开关SA1的切换，隔离开关既可进行运动控制，又能进行所内距离控制。合、分闸操作通过电动操动机构实现。通过手动/电动行S3的转换，隔离开关既能在操动机构箱内通过控制按钮进行就地分、合闸电动操作，又能通过机械手柄进行就地手动操作。

电路接通，但因接通的励磁绕组极性与合闸时相反，电动机逆时针方向旋转，使隔离开关分闸。隔离开关分闸到位后，分闸行程开关S21-2断开，分间接触器线圈失电，KM21-2、KM23-4断开返回，自动切断电动机回路，电机停止转动。分闸完毕后，隔离开关辅助接点QS17-19闭合，分闸位置继电器KCT受电，KCT11-9闭合，位置信号灯绿灯GN亮，表示隔离开关在分位。

篇（8）

本课程的重点是电路设计，内容侧重综合应用所学知识，设计制作较为复杂的功能电路或小型电子系统。一般给出实验任务和设计要求，通过电路方案设计、电路设计、电路安装调试和指标测试、撰写实验报告等过程，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，提高电路设计水平和实验技能。在实践中着重培养学生系统设计的综合分析问题和解决问题的能力，培养学生创新实践的能力。电子技术课程设计一般要求学生根据题目要求，通过查阅资料、调查研究等，独立完成方案设计、元器件选择、电路设计、仿真分析、电路的安装调试及指标测试，并独立写出严谨的、文理通顺的实验报告。

具体地说，学生通过课程设计教学实践，应达到以下基本要求：建立电子系统的概念，综合运用电子技术课程中所学习到的理论知识完成一个电子系统的设计；掌握电子系统设计的基本方法，了解电子系统设计中的关键技术；进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用器件的原则；掌握查阅有关资料和使用器件手册的基本方法；掌握用电子设计自动化软件设计与仿真电路系统的基本方法；进一步熟悉电子仪器的正确使用方法；学会撰写课程设计总结报告；培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

2.电子技术课程设计的教学过程

电子技术课程设计是在教师指导下，学生独立完成课题，达到对学生理论与实践相结合的综合性训练，要求本课程设计涵盖模拟电路知识和数字电路知识，因此课程设计的选题要求包含数字电子技术和模拟电子技术。教学环节可以分为以下四个部分。

2.1课堂讲授。

课程设计开始前，需要确定指导老师。由指导老师通过两学时的教学，明确课程设计的要求，主要内容包括课程介绍、教学安排、成绩评定方法等。在课堂教学环节中，指导老师介绍课题的基本情况与要求，要求学生从多个课题中选择一个。

2.2设计与调试环节。

2.2.1前期准备、方案及电路设计。

前期准备包括选择题目、查找资料、确定方案、电路设计、电路仿真等。在确定方案时要求学生认真阅读教材，根据技术指标，进行方案分析、论证和计算，独立完成设计。设计工作内容如下：题目分析、系统结构设计、具体电路设计。学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案。此后是对方案中单元电路进行选择和设计计算，称为预设计阶段，包括元器件的选用和电路参数的计算。最后画出总体电路图（原理图和布线图），此阶段约占课程设计总学时的30％。

2.2.2在实验室进行电路安装、调试，指标测试等。

在安装与调试这个阶段，要求学生运用所学的知识进行安装和调试，达到任务书的各项技术指标。预设计经指导教师审查通过后，学生即可购买所需元器件等材料，并在实验箱上或试验板上组装电路。运用测试仪表调试电路、排除电路故障、调整元器件、修改电路（并制作相应电路板），使之达到设计指标要求。此阶段往往是课程设计的重点与难点，所需时间约占总学时的50％。

2.3撰写总结报告，总结交流与讨论。

撰写课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告能力的训练。学生写报告，不仅要对设计、组装、调试的内容进行全面总结，而且要把实践内容上升到理论高度。总结报告应包括以下方面：系统任务与分析、方案选择与可行性论证、单元电路的设计、参数计算及元器件选择、元件清单和参考资料目录。除此之外，还应对以下几部分进行说明：设计进程记录，设计方案说明、比较，实际电路图，功能与指标测试结果，存在的问题及改进意见，等等。总结报告具体内容如下：课题名称、内容摘要、设计内容及要求、比较和选择设计的系统方案、画出系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择。画出完整的电路图，并说明电路的工作原理。组装调试的内容，包括使用的主要仪器和仪表；调试电路的方法和技巧；测试的数据和波形并与计算结果比较分析；调试中出现的故障、原因及排除方法。总结设计电路的特点和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，列出系统需要的元器件清单，列出参考文献，收获、体会，并对本次设计提出建议。

2.4成绩评定。

课程的实践性不仅体现实际操作能力，而且体现独立完成设计和分析的能力。因此，课程设计的考核分为以下部分：设计方案的正确性与合理性。设计成品：观察实验现象，是否达到技术要求。（安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力）实验报告：实验报告应具有设计题目、技术指标、实现方案、测试数据、出现的问题与解决方法、收获体会等。课程设计答辩：考查学生实际掌握的能力和表达能力，设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神及创新精神，等等。

3.电子技术课程设计的步骤

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，高速发展的集成电路产业使IC设计人才炙手可热，而集成电路版图CAD技术是IC设计人才必须具备的重要技能之一。集成电路版图CAD课程是我校电子科学与技术专业和集成电路设计与集成系统专业重要的专业主干课，开设在大三第二学期，并列入我校第一批重点课程建设项目。本课程的实践教学是教学活动的重要组成部分，它是对理论教学的验证、补充和拓展，具有较强的直观性和操作性，旨在培养学生的实践动手能力、组织管理能力、创新能力和服务社会能力。结合几年来的教学实践，笔者从本课程实验、课程设计、课外科技竞赛等实践环节的设计工具、教学内容设计、教学方法和教学手段、师资队伍建设以及考核管理等方面进行总结。探讨本课程实践教学模式可加强学生应用理论知识解决实际问题的能力，提升就业竞争力，对他们成为IC设计人才具有十分重要的意义。

1 版图设计工具

集成电路CAD技术贯穿于集成电路整个产业链（设计、制造、封装和测试），集成电路版图设计环节同样离不开CAD工具支持。目前业内主流版图设计工具有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和北京华大九天公司的Aether等。这些版图设计工具的使用流程大同小异，但在自动化程度、验证规模、验证速度等方面有所差异，在售价方面，国外版图设计工具贵得惊人，不过近年来这些公司相继推出大学销售计划，降低了版图设计工具的价格。高校选择哪种版图设计工具进行教学，则视条件而定。我校电子信息学院有2个省级实验教学示范中心和1个省部共建实验室，利用这些经费，我们购买了部分业内一流的EDA工具进行教学和科研。目前，我校版图设计工具有北京华大九天公司的Aether和Springsoft公司的Laker_L3。

2 两种相辅相成的实验教学模式

我校集成电路版图CAD课程共48学时（理论讲授24学时、实验24学时），实验环节是本课程教学的重要部分，在有限的实验教学时间内既要完成教学内容，又要培养学生创新能力，需要对实验教学模式进行改革和创新。本课程实验教学的目的与要求：与理论教学相衔接，熟练使用版图设计工具，学会基本元器件、基本数字门电路、基本模拟单元的版图设计，为本课程后续的课程设计环节做准备。紧紧围绕“一个规则（版图几何设计规则）、两个流程（版图编辑流程和验证流程）、四个问题”这条主线设计实验内容[1，2]。要解决的4个问题分别是：（1）版图设计前需要做哪些准备工作？（2）如何理解一个元器件（晶体管、电阻、电容、电感）的版图含义[3，4]？（3）如何修改版图中的几何设计规则检查错误？（4）如何修改版图和电路图一致性错误？表1为本课程实验内容、对应学时及对应知识点。笔者设计了两种相辅相成的实验教学模式：系统化实验教学模式和实例化实验教学模式。系统化实验教学从有系统的、完整的角度出发设计了实验教学内容，如设计实验3（数字基本门电路版图阅读）时，安排了5学时，采用3种版图阅读方式：读现有版图库中的单元电路版图、显微镜下读版图和读已解剖的芯片版图照片。针对同一内容，采用不同形式，彼此类比，加深印象，既有实物，又有动手操作，增强了直观性和感性认识。又如设计实验5（模拟单元MOS差分对管版图设计）时，安排了5学时，从器件匹配的重要性入手，给出MOS差分对管的电路图，讲解具体器件的形状、方向、连接对匹配的影响，特别是工艺过程引入器件的失配和误差，对MOS差分对管的3种版图分布形式（管子方向不对称形式、垂直对称水平栅极形式、垂直对称垂直栅极形式）进行逐一分析，指出支路电流大小对金属线的宽度要求，对较大尺寸的对管，采用“同心布局”结构。实例化实验教学先提出目标实例，围绕该实例，设计具体步骤，教师先示范，学生再模仿，如设计实验7（集成无源器件版图设计）时，由于集成电阻、电容和电感种类很多，不能面面俱到，要求只对多晶硅电阻、平板多晶硅电容和金属多匝螺旋形电感等常用元件进行版图分析和设计。课堂实验的内容和课时是有限的，为此我们设置了课外实验项目，感兴趣的学生选取一些实验项目自己完成，指导教师定期检查。学院开放了EDA实验中心（2007年该中心被遴选为省级实验教学示范中心建设点，2009年12月通过省级验收），学生对本课程很感兴趣，课外使用EDA实验室进行自主实验相当踊跃。通过上述的实验教学方法，特别是课外实验项目的训练，学生分析问题、解决问题的能力和科研素养得到了提高。

表1 课程实验内容、对应学时及对应知识点

表1（续）

4 基于0.6μmCMOS工艺的数字门电路版图设计 5 理解上华华润0.6 μm硅栅CMOS几何设计规则；学会CMOS反相器、传输门、与非、或非等基本门电路版图设计；DRC检查。

5 基于0.6 μmCMOS工艺的MOS差分对管版图设计 4 MOS差分对管版图设计，包括匹配原则、同心布局等，DRC检查。

6 版图电路图一致性检查 3 掌握LVS流程、LVS错误修改。

7 集成无源器件版图设计 3 多晶硅电阻、平板多晶硅电容和金属多匝螺旋形电感等常用元件版图设计。

3 改革课程设计环节

课程设计是本课程培养学生工程应用能力的综合性实践教学环节，时间2周，集中指导，提前1个月发给学生任务书和指导书，每个班配备2名指导教师，注重过程控制。笔者在教学内容、考核等方面进行了改革和创新：在教学内容设计上，给出了必做题和选做题，在选做题中要求每位学生完成数字电路版图1题和模拟电路版图1题，具体题目由抽签决定，做到1人1题，避免学生抄袭。考核成绩由课程设计成果（占50%）、小论文（占30%）、答辩（占20%）三方面综合给出。以往的课程设计报告改为撰写科技小论文，包括中英文题目、中英文摘要及关键词、引言、电路原理与分析、版图设计过程、分析与讨论、结束语和参考文献，让学生学习如何撰写科技论文。精选优质小论文放在本课程网上学习资料库里，供学生相互传阅和学习。课程设计答辩具体要求参照毕业设计（论文）答辩要求，包括准备PPT讲稿、讲解5分钟、指导教师点评等过程，每位学生至少需要10分钟时间。学生对课程设计答辩反映相当好，锻炼了语言组织和口头表达能力，而且相互间可以直接交流和学习。我们还挑选课程设计成绩优秀的学生参加校内集成电路版图设计大赛。虽然课程设计的改革和实践需要教师付出很多精力和时间，但我们无怨无悔，学生的认可和进步是我们最大的收获。

4 精心指导学生参加课外科技竞赛

目前我校学生参加的集成电路版图设计竞赛有校级版图设计大赛以及行业协会和企业组织的版图设计竞赛等。由校教务处主办，电子信息学院承办的南通大学版图设计大赛是校级三大电子设计竞赛之一，每年8月底举行，邀请集成电路设计公司一线设计人员和半导体协会专业人士担任评委，增加了竞赛的专业性和公正性，目前已经举办了6届，反响不错。从校级版图设计大赛获奖者中挑选一部分学生参加行业协会和企业组织的版图设计竞赛，如苏州半导体协会主办的集成电路版图设计技能竞赛、北京华大九天公司主办的“华大九天杯”集成电路设计大赛，其中“华大九天杯”集成电路设计大赛将挑选优秀获奖学生参加华润上华的免费流片，学生经历从电路设计、版图设计及验证、流片到测试各个环节，提高了综合训练能力。

5 加强师资队伍建设

要提高课程实践环节的教学质量，关键是指导教师要思想素质好，专业理论知识强，科研水平高，因此我们着力建立一支年龄结构、职称合理的实践教学队伍。目前很多年轻教师是从校园走向校园，毕业后直接上岗指导学习实践，缺少工程实践经历和经验。为了提高教师自身的业务水平，加强对年轻教师的培养，近十年来，我院每年暑假举行集成电路CAD技术实践培训班，由经验丰富的教学、科研一线教师主讲；不定期地邀请一流IC设计公司一线设计人员来院开设讲座；同时挑选年轻骨干教师到一流IC设计公司学习和实践，时间至少半年以上；现已聘请IC设计公司一线设计人员6人为兼职教师，指导课程设计和毕业设计。集成电路CAD技术日新月异，课程实践环节师资队伍建设必须与时俱进。

6 结束语

我校电子科学与技术专业、集成电路设计与集成系统专业2012年被评为省重点建设专业，也是江苏省首批培养卓越工程师的专业。集成电路版图设计是这两个专业卓越工程师培养计划的重要内容之一，总结和探讨集成电路版图CAD课程实践教学意义重大，今后我们要继续推进该课程实践环节的建设与改革，不断探索，为我国集成电路设计人才的培养而努力奋斗。

参考文献

[1] 施敏，孙玲，景为平.浅谈“集成电路版图CAD”课程建设[J].中国集成电路，2007（12）：59-62.

篇（10）

一、简介

据统计，换流变压器在运行过程中绝缘事故在全部故障中所占的比例在50%以上，而所有这些绝缘故障主要发生在阀侧绕组或与之相关的部位。故对换流变压器绝缘尤其是阀侧绕组端部绝缘的研究显得尤为重要。而针对换流变压器所采用的油纸复合结构，阀侧绕组电场的研究是必要的。

二、换流变压器模型的建立

本次仿真采用串联12脉动换流电路。12脉动换流单元是两个交流侧电位差为30°的6脉动单元在直流侧串联所组成的。图1为串联12脉动换流变压器的接线原理图，利用变压器二次侧绕组接法的不同，使输出整流电压Ud在每个交流电源周期中脉动12次。且为了保证换流变压器阀侧每相线电压相等，阀侧星接绕组与角接绕组的变比比值为k1：k2=1：。

变压器工作时每个时刻只有4个晶闸管导通，且变压器各阀的编号与阀的导通次序是一致的。本文为了简化计算，故作以下规定：

（一）整流角=0°，即在自然换相点进行换相，可用二极管等效晶闸管。换相重叠角=0°，即设换相时为理想情况。

（二）阀侧角接绕组与星接绕组的等效阻抗相等。

由可求出，阀侧星接绕组线电压幅值为242kV。为了便于仿真，将角接绕组简化为星接绕组，在阀侧形成两组对应相相差30°星接电路。

三、仿真元件的选择

本文应用ORCAD软件对换流变压器阀侧电压进行仿真，为了便于仿真，做了以下简化：

（一）电源采用阀侧线电压，省略对变压器的数值计算。

（二）由于仿真的电压过高，对整个电路采取归一，即对直流侧电压为800V的电路进行阀侧电压的仿真。

（三）=0°，采用二极管等效整流，考虑阀侧所承受的电压幅值，在元件库中选择D1N4007。

四、换流变压器阀侧电压的软件仿真

本文对一台换流变压器纯电阻、阻容、阻感三种负载情况下进行仿真。

（一）纯电阻负载

在软件环境下建立如图2的仿真模型，仿真结果如图3、4所示。由于换流变压器网侧电源的三相对称性，本文在进行仿真时，只取其中一相（A相）对其波形进行研究，且仿真时间设为两个周期，即40ms。

在上图中，图形1为直流侧输出电压Ud的波形，图形2为角接绕组的对地电压Ub1的波形，图形3为串联星接绕组的输出电压Ua1-Um的波形。（下面图采取相似图形表示方法）

图3包含直流端输出电压Ud，其波形波动幅度不大，一个周期内波动12次，输出波形接近直流。由阀侧两个串联端输出的线电压Ub1和Ua1-Um可知，串联的两组换流阀输出等效电压相等，差别是角接绕组电压超前相应星接绕组30°，这与设计原理吻合。

比较图4中换流变压器阀侧星接绕组对地电压Ua1与图3中Ub1可知，Ua1幅值、有效值明显比Ub1的幅值、有效值高。这是因为星接绕组的对地电压是自身输出与角接绕组的对地电压叠加而成。

由此可见，在阀侧两组绕组中，所承受交流电幅值相同时，星接绕组所承受直流电压明显比角接绕组所承受的直流电压高。故换流变压器的这种特性对变压器的绝缘设计，尤其是阀侧绕组绝缘设计，增加了很大难度。

（二）阻容性负载

建立如图5示的阀侧阻容性负载仿真模型，其仿真输出电压波形如图6、7所示，其中。由于采用的是三相对称电源，故以A相为例进行分析。

如图6所示，Ud的图形趋于直线，与图3相比电压稳定在800V，这是由于电容的钳位作用使Ud波形在阀侧电压变化时保持稳定。

因为直流输电中大多数电缆或负载呈现阻容性，由以上分析可知，阻容性负载电路会降低平波电抗器和直流滤波器等高压设备所承受的电压负荷变化率，提高这些高压电器的工作寿命。

（三）阻感性负载

建立如图8所示的阀侧阻感性负载仿真模型，其仿真输出电压波形如图9、10所示，其中。

如图9、10可知，波形变化较纯阻性电路相比并无显著变化。因为在实际电路中会存在少量的残余电感，由9、10可知，当这种电感很小时，对电路影响并不大。所以我们在实际电路中应保证残余电感相对电路负载足够小，降低残余电感对电能传输效率的影响。

五、总结

大型换流变压器常采用串联12脉整流单元，其阀侧绕组的两个阀桥分别为星接和角接。换流变压器网侧与普通电力变压器并无差别，而阀侧绕组则不同。阀侧绕组不仅承受交流电压还要承受直流电压，除此之外还会承受极性反转电压和各种暂态过电压，这是换流变压器与普通电力变压器的首要区别。

实际输电系统中，不会出现负载为纯电阻的情况，都会掺杂电容和电感。对于电路，电容的引入可以减缓换相时电路中电压的快速变化，也会降低电抗器等高压电器上的电压波动。而较小的电感的引入不会对输出波形有明显的影响，因而可以尽量降低电路负载处残余电感。

参考文献

[1]胡毳.800kV直流换电站电气一次设计及研究.昆明理工大学工程硕士学位论文，2008.3：1-16.

[2]V.F.Lescale.Modern HVDC State of the art and development t rends[C].Proc.of International Conference on Power System Technology.Beijing，Electric Power Research Institute，1998：446-2450.

[3]王宁之.换流变压器和平抗器研制简介.变压器，2007.2，44（2）：44-46.

[4]李海英，陈松林，张宏波等.超高压直流系统中的换流变压器保护，中国论文下载中心：4-6.

[5]王燕，王建平.800kV穗东换流站直流阀侧绕组接线的初步研究.武汉大学学报（理学报），2005.12，51（S2）：102-104.

[6]刘宝宏，殷威扬，杨志栋，孙中明.800kV特高压直流输电系统主回路参数研究.高电压技术，2007.1，33（1）：18-26.

[7]闫金春.特高压直流输电三脉动换流器模型的研究.华北电力大学硕士学位论文，2007.3：21-29.