基于MCU集成电路技术的智能仪器仪表硬件电路设计与实现

微控制单元(Micro Control Unit,MCU)集成电路技术具有强大的处理能力和可配置性,能有效支持复杂的数据处理和控制任务。智能仪器仪表对高精度、高可靠性及良好用户交互性的高标准需求,正驱动着相关人员探索先进的硬件电路设计方案,以适应日益严苛的工业应用标准。介绍基于MCU集成电路技术的智能仪器仪表的硬件电路设计与实现,阐述关键组件的选择与设计、印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)布局设计等,并探讨硬件电路的实现,旨在为智能仪器仪表的设计提供一套完整的解决方案。

MCU控制的太阳能电池最大功率跟踪控制器

介绍了一种采用AT89C4051单片机以及外围器件实现太阳能电池最大功率点跟踪(MPPT)控制的精简设计。在该设计中提出了采用"爬山改进法"来实现最大功率点控制,并给出了实验方法。实验结果表明,控制器达到了最大功率点跟踪的目的。

基于FPGA+MCU的全数字式滑移脉冲信号发生器的研制

介绍了一种基于现场可编程逻辑门阵列FPGA和微控制器MCU设计的高性能全数字式滑移脉冲信号发生器的系统结构,详细说明了仪器软、硬件各部分的设计思路和实现的技术。通过对标准核能谱仪多道脉冲幅度分析器的检测试验,该仪器达到了高精度、高稳定性的技术指标,满足了用户的生产需求。

面向医疗电子应用的16位RISCMCU设计与实现

通过医疗电子的应用需求分析,提出一款具有专用指令集的微处理器结构:PKU-DSPII。该结构采用多级存储并内嵌直接存储访问控制器,包含多种系统控制模块且接口丰富,支持3种启动模式并可进行系统自动升级。PKU-DSPII采用CSMC 0.18μm工艺和LQFP封装实现,芯片面积为3.2 mm×3.2 mm,在100 MHz工作频率下实测功耗为96.9 mW。

MCU控制的光伏电池测试仪设计

为了检测太阳能组件或组件阵列的各项性能参数,提出一种利用数控电阻测试光伏电池输出特性的方法。测试仪采用数控电阻器、高精度ADC和微控制器结合的方案,与传统的电子负载相比,具有便携、精度高、智能化和测量时间短等特点。利用制作的样机,在自然光照条件下进行了光伏电池测试实验,并在Matlab环境中对光伏电池模型进行了仿真验证。通过样机试验结果和仿真结果比较,结果表明测试仪具有较高的精度。

基于MCU和DSP的无人机控制系统设计

为了实现无人机飞行控制系统导航控制能力强,实时性好,小型化,低成本,小体积的目标,设计了一种基于TI公司的DSP(导航计算机)和MCU(控制计算机)组合的飞控系统方案.导航计算机采集姿态传感器信号、GPS定位信号及目标信息并处理得到控制指令,控制计算机实现基于PID算法进行舵机指令分配.通过了大量地面实验和动态试验,试验结果表明该系统性能良好,满足设计要求.

基于MCU的风光互补独立电源系统

结合实践论述了风光互补能源的合理性,给出了基于MCU的风光互补独立电源的硬件构成以及软件流程。并对其中的关键技术:如双标三阶段充电的流程、逆变模块的MCU实现硬件构成等详加阐述。同时也结合实例,介绍了风光互补独立电源系统的实际应用。

Kinetis系列MCU时钟系统结构与配置研究

内嵌ARMCortex TM-M核的Kinetis系列微控制器具有复杂的时钟系统,时钟系统中多功能时钟发生器、锁相环、锁频环、晶振系统等功能模块协调工作时能为应用系统提供稳定的时钟源。通过对K60时钟系统的结构和配置方法的剖析,以及对多功能时钟发生器运行机制的梳理,提出了时钟源性能的测试方法以及芯片系统各功能模块时钟源的选择方法,为Kinetis相关芯片应用设计过程中的时钟系统配置以及时钟源选择提供了借鉴与参考。

智能传感器中MCU的节电设计

智能传感器中的微控制器(MCU)在给传感器功能带来很多智能的同时,也应给传感器的节电增加了某种智能,传感器的等待状态就是可利用的途径之一。从节电角度看,传感器的等待状态可分为略忙和全停2种。与此对应,MCU在这2种情况下可分别采用休闲或掉电的策略来实现节电,若将它们综合应用,则可达到最佳节电效果。针对这一思路,提出了相应的综合方法,并以一个基于MCS51系列MCU的光电传感器作为实例,探讨了其具体设计方法和实际节电效果。该方法对其他系列的MCU也具有广泛的适用性。

双频点骨伤愈合超声波治疗仪的研究与设计

针对骨折、骨裂和骨挫伤等骨伤治疗中存在的恢复周期长、手术创伤和术后恢复期不便等问题,研制一款基于STM32单片机的骨伤愈合超声波治疗仪。该治疗仪以低强度脉冲超声波为治疗手段,通过刺激骨组织和神经系统的生物学反应,促进骨伤部位的修复和再生,并且具有非侵入性、无副作用等优点。通过实物测试证明,该治疗仪输出功率稳定,总体性能优良。目前该治疗仪已与某医院联合进行临床试验,为低强度脉冲超声波的应用开发提供一定参考。

基于FPGA与MCU的一种接口设计

因脉冲幅度分析器研发的需要,设计了该系统接口总线,它具有高速、高效率以及接口电路简单、实用性强的特点。具体利用C8051F340单片机,通过该接口总线实现对A3P250 FPGA内部RAM的读写,其寻址范围0～255。其中,FPGA设计采用VerilogHDL语言,而单片机设计由C语言完成。经过仿真、下载调试,实际应用,验证了该设计方案的可行性及实用性。

采用新兴隧穿器件的低功耗微控制器设计与实现

基于隧穿场效应晶体管(TFET)器件的低功耗微控制器设计将器件、电路和系统结合,利用具有超低亚阈值摆幅特性的器件使得电路在非工作情况下达到极低泄露功耗,避免了金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件亚阈值摆幅理论极限带来的功耗瓶颈,解决了目前对电池供电设备中微控制器的低功耗需求问题。TFET器件与传统MOSFET器件在工作机理上差异较大,主要体现在关断后具有更低的泄露电流,可以在更低的电压下工作,适用于长休眠电池供电低功耗需求下的物联网应用场景设计。该文调研了近年来TFET器件在低功耗电路设计方面的研究,介绍了传统微控制器的结构以及功耗来源,同时阐述了TFET器件的工作原理、特性以及设计挑战,在数字电路、模拟电路以及系统设计各领域考察了TFET器件的研究发展进程,并对各设计方案进行了优劣势分析,结合文献调研分析了TFET器件在低功耗微控制器设计领域的未来展望。

面向内河码头的低压标准化岸电管理系统

针对内河码头数量多、分布广的特点,采用低压标准化岸电管理系统,解决设备规格不统一、用户操作不方便、数据采集不规范等问题,有助于提高港口岸电设备的使用率,从而实现环境污染、噪声污染的减少。基于低压标准化岸电管理系统结构,从管理平台、智能控制单元、岸电设备等方面展开探究,搭建了适用于内河码头的低压岸电设备的综合管理平台,并在上海港大范围推广应用,推进低压标准化岸电的建设及使用。

用于混合信号处理器的嵌入式MCU系统

介绍一种用于混合信号处理器的嵌入式微控制器(MCU)系统。针对系统可重构的要求,采用将存储在片外EEPROM中的指令存取到片内指令SRAM中的方法,由MCU系统读取指令并执行所需要的操作。经过SMIC0.18μmCMOS混合信号工艺流片,芯片面积为1.06mm2,工作电源电压为1.8V。测试结果表明,该系统能正确执行指令,产生符合SPI总线协议的数据对处理器进行配置,完成所需要的功能。

基于DSC和MCU的多输入多功能特种电源的研究

研究设计了一款多输入多功能特种电源,该电源以数字信号控制器(DSC)MC56F8037和微控制单元(MCU)MC9S12G48为控制核心,可将交流和直流输入电转换为满足特种车辆起动、供电、焊接及蓄电池充电所需的直流电,具有技术先进、安全性高、可靠性好、环境适应性强等优点。

基于MCU的高精度太阳位置传感器

基于单片机(MCU)和双轴驱动的太阳位置传感器,是在一块方形底板上,安装一高度为10cm双层十字形挡光板,将底板分割成6个受光区;每区各有一直径1 mm的透光孔,孔下各安装1只光敏电阻器,感知各区光照情况。根据Ⅰ~Ⅳ区光照度的差异,确定电机调整方向,根据Ⅴ区和Ⅵ区光强变化,判断是否对齐太阳;在方向判断环节设置Δu经验值参数,在跟踪控制环节采用“自我比较”方法,有效降低了光敏电阻离散特性带来的影响,使跟踪精度可达0.2°。

用于开发车辆MCU的变参数电机硬件在环测试方法

分析了电机驱动控制器硬件在环(HIL)仿真技术的关键点,基于NI平台和OPAL-RT电机和电力电子仿真工具包建立了完整的用于开发、测试和验证车辆微控制单元(MCU)的HIL仿真测试系统,功能涵盖试验配置和管理、模型自定义、非线性特征定义和在线调参等。详细介绍了试验中各部分模型的建立方法。结合电机标定测试工况,分别基于电机定参数模型和变参数模型进行仿真测试。测试结果表明,变参数电机模型的试验结果与真实台架的测试结果近似,误差小于15%。通过软件故障注入功能,方便地实现了功率管失效、桥臂直通和相间短路等电气故障注入测试。

基于单片机的宿舍门闩系统改造

鉴于学校宿舍门是用门闩上锁,学生出入行走不便,为此设计一款以89C52单片机为控制器、RFID-RC522为门禁感应装置、舵机为执行机构的宿舍门禁系统。通过构建系统设计方案、选择硬件模块,对各模块进行相应的程序设计,完成门闩系统的改造。设计的系统可实现录卡、消卡、陌生卡报警功能。不但可以使用校园卡,还可将卡片信息通过NFC写入手机,实现手机开门。经过测试验证,该装置实现内外简便电动开门,极大地方便学生出入。

网侧电压跌落下计及无功支撑效能的直流微电网多目标优化策略

当直流微网的并网点电压由于网侧故障等因素发生短时跌落时,并网换流站通常采取最低限度的无功输出策略,以尽量保留直流微网安全运行所需的有功调节裕度。然而,大量案例表明,上述策略过于偏重换流站有功调节裕度对直流微网自身安稳的影响,而忽视了主动无功支撑对交流电网安稳的积极意义。为了获得更为合理的换流站有功-无功分配方式及对应微网控制策略,首先,构建网侧电压跌落期间换流站有功安全裕度-无功支撑效能的量化评估模型。随后,通过分析系统层面的有功平衡与直流电压波动转换关系,以及元件层面的微网内部各元件短时工作限制,获得直流微网在有功调节和无功支撑过程中的动态约束条件。在此基础上,基于INSGA2-DS算法以统筹优化换流站的无功支撑效能与有功安全裕度。考虑到在线应用场景下INSGA2-DS算法的求解时间较长,难以适配电压跌落的时间尺度,提出了“准同步计算,实时匹配”的时序优化策略。针对分布式电源的波动性对准同步计算时效性的负面影响,同步设计一种帕累托曲线映射规则以修正前沿曲线偏差。最后,大量算例仿真验证了所提模型和策略能够获得的有效性。

基于μPMU测量数据的配电网线路阻抗参数估计

为解决长期以来低压配电网线路阻抗参数缺失的问题,基于微型同步相量测量单元(micro phasor measurement unit,μPMU)提供的测量数据,首先,以线路阻抗参数为变量,根据测量数据推算台区首端状态值,以推算值与实测值的差值作为目标函数,将阻抗参数的求解转化为多目标最优化问题;然后,通过实验确定合适的目标函数权重系数取值和数据集大小,以减少误差对求解结果的影响,使模型求解精度达到较高水准;最后,搭建了包含26个负荷节点、34条线路支路的低压配电网台区算例,在考虑实际测量误差的情况下,线路阻抗参数计算平均误差为3.87%。算例结果表明,所提方法实现了阻抗参数的精确计算,验证了所提模型的有效性。