电机设计论文范文

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二、变频电机设计特点

对于变频电机，其设计必须与逆变器、机械传动装置相匹配共同满足传动系统的机械特性，如何从调速系统的总体性能指标出发，求得电机与逆变器的最佳配合，是变频电机设计的特点。设计理论依据交流电机设计理论，供电电源的非正弦以及全调速频域内达到满意的综合品质因数是变频电机设计中需要着重注意的两个问题，设计中参数的选取应做特别的考虑。与传统异步电机相比，一般变频电机设计有如下一些特点：

1.用于变频调速的异步电动机要求其工作频率在一定范围内可调，所以设计电机时不能仅仅考虑某单一频率下的运行特性，而要求电机在较宽的频率范围内工作时均有较好的运行性能。如目前大多调速异步电动机的工作频率在5Hz~100Hz内可调，设计时要全面考虑。

2.变频电机在低速时降低供电频率，可以把最大转矩调到起动点，获得很好的起动特性，因而在设计变频电机时不需要对起动性能作特别的考虑，转子槽不必设计为深槽，从而可以重点进行其它方面的优化设计。

3.变频电机通过调节电压和频率，在每一个运行点都可以有多种运行方式，对应多种不同的转差频率，因而总能找到最佳的转差频率，使电机的效率或功率因数在很宽的调速范围内都很高。因而，变频电机的功率因数和效率可以设计得更高，功率密度得以进一步提高。现有数据表明：在额定工作点，逆变器供电下的异步电机效率比普通电机高2%~3%，功率因数高10%~20%。

4.变频电机采用变频装置供电，输入电流中含有较多的高次谐波，产生电机局部放电和空间电荷，增大了介质损耗发热和电磁振动力，加速了绝缘材料的老化，所以应加强电机绝缘和提高整体机械强度，变频电机的绝缘强度一般要达到F级以上。

5.变频供电时产生的轴电压和轴电流会使电机轴承失效，缩短轴承使用寿命，必须在设计上要加以考虑。对较小的轴电流，可以适当增大电机气隙和选用专用脂；另外，增加轴承的电气绝缘或者将电机轴通过电刷接地，可以有效解决轴承损坏问题；对过高轴电压，应设法隔断轴电流的回路，如采用陶瓷滚子轴承或实现轴承室绝缘。同时，在逆变器输出端增加滤波环节，降低脉冲电压dU/dt也是一种有效的方法。

三、电磁设计

在普通异步电动机设计基础之上，为进一步提高变频调速电机的性能，对变频调速异步电动机的设计参数也要进行更加细致的考虑。满足高性能要求时的变频电机设计参数的变化与设计目标之间的关系。在设计参数和性能要求之间还必须折衷选择。电磁设计时不能仅限于计算某一个工作状态，电磁参数的选取应使每个频率点的转矩参数满足额定参数要求，最大发热因数满足温升限值，最高磁参数满足材料性能要求，最高频率点满足转矩倍数要求，额定点效率、功率因数满足额定要求。由于谐波磁势是由谐波电流产生的，为减小变频器输出谐波对异步电动机工作的影响，总之是限制谐波电流在一定范围内。

四、绝缘设计

电机运行于逆变电源供电环境，其绝缘系统比正弦电压和电流供电时承受更高的介电强度。与正弦电压相比，变频电机绕组线圈上的电应力有两个不同点：一是电压在线圈上分布不均匀，在电机定子绕组的首端几匝上承担了约80%过电压幅值，绕组首匝处承受的匝间电压超过平均匝间电压10倍以上。这是变频电机通常发生绕组局部绝缘击穿，特别是绕组首匝附近的匝间绝缘击穿的原因。二是电压(形状、极性、电压幅值)在匝间绝缘上的性质有很大的差异，因此产生了过早的老化或破坏。变频电机绝缘损坏是局部放电、介质损耗发热、空间电荷感应、电磁激振和机械振动等多种因素共同作用的结果。变频电机从绝缘方面看应具有以下几个特点：(1)良好的耐冲击电压性能；(2)良好的耐局部放电性能；(3)良好的耐热、

耐老化性能。

五、结构设计

在结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响，一般应注意以下问题：

1.普通电机采用变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起的振动和噪声变得更加复杂。在设计时要充分考虑电动机构件及整体的刚度，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。

2.电机冷却方式：变频电机一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动，使其在低速时保持足够的散热风量。

3.对恒功率变频电机，当转速超过3000r/min时，应采用耐高温的特殊脂，以补偿轴承的温度升高。

4.变频电机承受较大的冲击和脉振，电机在组装后轴承要留有一定轴向窜动量和径向间隙，即选用较大游隙的轴承。

5.对于最大转速较高的变频电机，可在端环外侧增加非磁性护环，以增加强度和刚度。

6.为配合变频调速系统进行转速闭环控制和提高控制精度，在电机内部应考虑装设非接触式转速检测器，一般选用增量型光电编码器。

7.调速系统对传动装置加速度有较高要求时，电机的转动惯量应较小，应设计成长径比较大的结构。

六、结论

与普通异步电动机不同，变频调速异步电动机采用变频器供电，其运行性能与电机本体和调速系统的设计都密切相关。这一方面使变频调速电机的设计要同时兼顾电机本体和调速系统；另一方面也使得变频调速异步电动机的设计变得灵活，但同时也增加了高性能变频调速系统设计的复杂程度。只有结合变频器和一定的控制策略，从整体上进行电机的设计和优化，才能获得最理想的运行性能。

参考文献：

[1]ANDRZEJM.TRZYNADLOWSKI著，李鹤轩，李扬译.异步电动机的控制.北京：机械工业出版社，2003.

[2]陈伯时，陈敏逊.交流调速系统(第2版).北京：机械工业出版社，2005.

[3]沈本荫.牵引电机.成都：西南交通大学出版社，1990.

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二、如何让学生成为课堂的主人

“以教师为中心”“以灌输为主要形式”的传统教学方式已经无法适应新时代的需求。如果教师仅根据教材对内容进行枯燥的讲解，无法抓住学生的注意力，学生很容易溜号，影响课堂教学质量。因此可以通过引进研究型教学模式、师生互动来活跃课堂气氛。所谓“研究型教学模式”即将教师由知识的传授者转变为学习的指导者，将学生由被动的学习转变为主动的学习。如何使学生成为课堂的主人，在教学实践中发现培养学生的问题意识是课堂教学的有效手段，教师可以通过创设开放的问题情景，引导学生进入主动探求知识的过程，使学生围绕某类主体调查搜索、加工、处理应用相关信息，回答或解决现实问题。比如，以射频技术在物联网中的应用为开放课题，学生通过查资料，分析整理，更深刻体会了射频技术在智能家居、交通物流、儿童防盗等方面的应用，使学生在学习过程中主动把“自我”融入到课程中，敢于承担责任，善于解决问题。

三、让学生走上讲台

学生是课堂的主人，因此，可以改变以往教师在讲台上讲、学生坐在下面听的传统教学模式。让学生走上讲台可以将传统的讲授方式转换为专题研讨的教学模式。教师可以提前布置专题内容，如射频器件模型、射频电路设计、射频技术发展、射频技术的应用及未来发展趋势等。有个专题内容作为核心，学生可以在老师的指导下通过检索资料，组织分析资料，最终走上讲台向老师和其他学生讲述相关的内容。通过几年的实践，发现这样可以增加学生学习的主动性和自觉性、同时也能使学生对相关的问题发表各自的观点，形成对问题各抒己见、取长补短的研讨学习方式，大大拓宽学生的知识面以及综合表述能力。

四、通过实践教学加深理解理论教学内容

理论教学是掌握一门技术的基础，但实践教学也是必不可少的。学生在掌握一定的基础理论的同时，须要通过设计实践来强化巩固。实践教学的引入，不仅能够加深学生对理论知识的深入理解，洞悉细节，提高学生的动手能力，还可以培养学生创新思维及科研能力。因此，教师可以通过设置几个开放的课程设计内容来让学生主动研究探索。在本课程的教学中，本人已经有计划地进行了实践教学活动，例如，在实践教学中，曾经给学生布置了“用于GPS的低噪放电路设计”的实践设计。在该设计过程中，学生须要深入理解多方面知识，比如明确GPS的频段、确定低噪放的电路结构，并有效评估电路性能等。为了课程设计的顺利进行，学生须要进行查阅分析资料、软件安装、软件学习、电路设计、课程论文撰写等几个环节的分析设计工作，并最终在实践中系统深刻地理解掌握课程的理论内容，为以后的工作及深造打下坚实的基础。

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2完善机电设备安装现场深化设计与施工的统筹规划

机电设备的设计与安装工程作为一项整体工作，完整且完善的设计方案是其顺利进行作业的基本前提。因此，应注重机电设备设计与安装施工方案。具体施工方案主要有施工现场的规划设计、工程安装质量的验收、后期维护及调整等环节，由于每个环节环环相扣，而每一个环节是否有效直接影响着机电设备安装质量的高低。故要重视并不断完善设计方案的统筹规划。由于机电设备安装质量须经过严格的质量评估与验收进行确定，而安装工程所涉及的材料种类、设备类型及施工工艺等较为繁多且较复杂，因此相关工作人员应严格安装施工方案及设计内容合理划分不同设备布局、安装等方面内容。为了避免机电设备前后部件安装操作失误问题，应需加强注意以下不合格现象[3]：设备地脚螺栓预埋存在明显偏差和螺栓孔不合格；设备基础强度不符合设计要求及其位置和标高不符合实际情况；设备底座二次灌浆不合格；基础螺栓预留孔不合格。

3进一步落实安全生产责任制度

机电设备管理运营监督管理部门应进一步落实安全生产监督管理责任制度，按照家、省、市有关政策与法规，定期组织安全管理工作研究，加强企业机电设备现场安装安全生产管理，建立完善企业各项机电设备现场安装安全生产管理制度及奖罚机制，落实安全技术措施，同时积极支持安全管理部门及相关工作人员监督检查工作。另外，要认真落实机电设备现场安装安全生产责任制，积极宣传与贯彻各项安全规章制度与规范，加强管理与监督工作。根据实际情况制定定期工作方针与计划，组织安全生产活动。同时制定或修改安全生产管理制度，做好各企业内部机电设备现场安装安全操作规程审查工作。完善落实安管监督排查制度，相关技术管理人员应针对新设备及其新施工工艺的工种工序转移安置制定安全技术操作要求及相应安全措施。施工组织设计应包含切实可行的治理措施，同时对大型机械设备等的安置与摆放应明确。对于须根据设备材质、施工设计要求及作业环境等条件进行方案拟定时，应编制成报表并呈上相关主管部门，通过相关部门审核和论证后才可以安装架设设备器材。对于大中型机电设备安装架设方面，应编制相应的设备架设脚手架搭设方案、单项施工安全技术措施，同时也要进行立面图、平面图和剖面图等的绘制。除此之外，技术管理人员应加强机电设备安装架设质量检验检测工作，确保机电设备的联轴器、轴承等部件的稳固性，以避免因不规则振动牵引而导致主要部件温度骤然升高使得设备出现运转故障。同时对于垫铁布置方面，应避免因布置不合规范而导致其无法承受机电设备的振动力和重力；不断加强设备检测、监测力度，有效测量设备各个部位温升与振动情况。

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1实习目的及意义

大学毕业实习是完整大学生活的一部分，是本科学生毕业前的一个重要的实践教学环节，是成长为一名高级专门技术人才所得到专门实践训练的重要手段。通过毕业实习可以使学生在毕业前有一定的职业意识、职业素养、职业经验，可以使学生能较深入地了解本专业的生产技术、生产过程和管理知识，进一步加深对所学专业理论知识的理解，进一步熟悉实际电子产品研发的方法与过程，培养学生分析问题、解决问题的能力以及工程实际能力，为实际工作打下良好基础。

（1）巩固、联系、充实、加深、扩大所学知识基础理论和专业知识；

（2）提高运用所学知识来解决实际问题的能力；

（3）初步掌握专业设计工作的流程和方法；

（4）学习体会典型电子产品项目开发团队的角色构成及团队角色协同工作技巧；

（5）学习典型的电子产品开发技术；

（6）学习体验课堂理论知识在实际工程项目中的应用，积累项目实战经验；

（7）感受电子产品研发对学生知识结构、技术技能、综合素质的要求；

（8）加速由学生向员工的身份转变，增强同学的就业能力和信心；

（9）学习体会电子产品企业规范化、专业化、标准化、规模化的电子产品设计、开发流程、典型开发团队中人员角色设置。

2实习任务及要求

实习题目：红外遥控小车

实习具体要求：

(1) 可遥控小车的车速、方向、可按喇叭，同时小车的状态用LED灯和数码管显示。

(2) 独立查资料，同时订立方案，然后画出原理图及其相应的PCB板，并且相关的程序并进行仿真。

(3) 焊接电路板，下载源程序进行调试。

3实习时间及地点

实习时间：2010年3月2日～2010年3月19日（3周）

实习地点：西华大学电气信息学院专业实验中心

4实习情况及完成情况

4.1主要芯片介绍

MCS—51系列单片机及其特点

（1）可靠性高：

因为芯片是按工业测控环境要求设计的，故抗干扰的能力优于PC机。系统软件（如：程序指令，常数，表格）固化在ROM中，不易受病毒破坏。许多信号的通道均在一个芯片内，故运作时系统稳定可靠。

（2）便于扩展：

片内具有计算机正常运行所必需的部件，片外有很多供扩展用的（总线，并行和串行的输入/输出）管脚，很容易组成一定规模的计算机应用系统。

（3）控制功能

具有丰富的控制指令：如：条件分支转移指令，I/O口的逻辑操作指令，未处理指令。

（4） 使用性好

体积小，功耗低，价格便宜，易于产品化。

单片机的发展历史简介

（1）第一阶段（1971年到1978年），以MCS-48系列为代表，称4位单片机。在片内：CPU有四位或8位，ROM有4KB或8KB,RAM有64B或128B,只有并行接口，无串行接口，只有一个8位的定时/计数器，中断源只有两个。在片外，寻址范围只有4K,芯片引脚只有40个。

（2）第2阶段（1978年到1983年），以MCS-51系列为代表的成为8为单片机：在片内：CPU有8位，ROM有4KB或8KB,RAM有256B或128B,只有并行接口，有串/并行接口，有2个或3个16位的定时/计数器，中断源有5个至7个。在片外：寻址范围有64KB，芯片引脚有40个。

（3）第3阶段（1983以后），以MCS-96系列为代表，称16位单片机。在片内：CPU有16位，ROM有8KB,RAM有232B,有串/并行接口，有4个16位的定时器，中断源有8个，增加了D/A和A/D转换电路。在片外：寻址范围有64KB，芯片引脚有48个或68个。

以上MCS-51系列以及优良的性价比，在我过得到了广泛的应用。

4.2硬件模块的设计

在本次的设计中，我们涉及的硬件模块主要包括电源电路、串口电路、晶振电路、复位电路、显示电路以及红外收发电路组成。整体的组成框图如图4.1所示：

SHAPE \* MERGEFORMAT

图4.1 硬件组成框图

4.2.1电源电路的设计

这次的设计我们选择用USB接口供电的电路图，是因为用USB接口供电比较方便，并且在此次的设计中，USB仅作供电用，不参与与PC机的数据传输。

在电路设计中，用LED灯来显示电路是否通电，用一个开关制电源的通与断。电源电路如图4.2所示：

图4.2 电源电路

4.2.2串口电路

RS-232C是美国电气工业协会推广使用的一种串行通信总路线标准，是DCE(数据通信设备，如微机)和DTE(数据终端设备，如CRT)间传输串行数据的接口总线。RS-232C最大传输距离为15m，最高传输速率约20kbps，信号的逻辑0电平为+3V～+15V。逻辑1电平为-3V～-15V。RS-232信号线和DB-9引脚关系如表4.1所示。

表4.1 RS-232管脚功能表

符 号

名 称

引 脚

DCD

RXD

TXD

DTR

GND

DSR

RTS

CTS

RI

接收信号载波检测

数据接收线

数据发送线

DTE装置数据就绪

公共地

DCE装置就绪

请求发送

清除发送

振铃指示

1

2

3

4

5

6

7

8

9

该产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口rs232电平是-10v +10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是ttl电平0 +5v,max232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。MAX232是电荷泵芯片，可以完成两路TTL/RS-232电平的转换，它的的9、10、11、12引脚是TTL电平端，用来连接单片机的。

在设计中，若要使单片机和上位机进行通信，则必须要考虑接口电路。由于单片机通过串口发送出来的是TTL逻辑电平（0V和5V），而计算机RS-232总线上输入、输出数据和控制信号为+12V左右的电压，单片机要和PC的上位机通信就必须是电平一致，所以发送部分关键的部分是电平转换和串口发送，电平转换可以用模拟器件进行转换，但是为了方便起见，本次设计采用的是集成芯片，一个芯片加上它的电路即可完成电平的转换的工作。结构简单、方便容易，精确度高。本次所采用的是MAX232，我们要对其电路进行设计。

MAX232是标准的串口通信接口，对于一般的双向通讯，只需要使用串行输入口RXD(第3脚)、串行输出TXD(第2脚)和地线（第7脚）。该电路主要将TTL电平转换为RS232电平注意：单片机的晶振选11.0592MHz，主要是让其串口通信的初试化波特率时可更接近9600。MAX232逻辑电平的规定如表4.2， 其电路如图4.3所示。

表4.2 逻辑电平表

逻辑值

电平幅值（V）

+3~+15

1

-3~-15

图4.3 串行通讯电路

4.2.3晶振电路的设计

晶体震荡电路是为单片机提供稳定的11.0592MHZ的频率。其电路图如图4.4所示：

图4.4晶振电路

4.2.4复位电路的设计

复位电路可以在单片机不正常工作时，让其复位，使其跳出错误的循环，重新开始进行新的运行。本次设计采用了如图4.5的设计。

图4.5 复位电路

4.2.5显示电路的设计

此次设计我们要用到数码管显示电路和LED灯的显示电路用以显示小车状态。数码管显示电路采用74LS138译码器来选择控制数码管的显示，通过PNP三极管对输出信号进行放大来驱动数码管的显示。数码管采用共阳极，显示数据信息通过P2口传输给数码管，这样就能完成数码管对小车状态的显示功能，其电路图如图4.6所示：

图4.6 数码管显示电路

此次电路设计的显示小车状态的电路还有LED显示电路，LED显示电路采用74HC573锁存器将P0口传来的数据用以控制LED灯的亮灭，其电路图如图4.7所示：

图4.7 LED显示电路

4.2.6红外收发电路的设计

该模块使用一体化红外接收头，其电路如图4.8所示。瓷片电容为去耦电容，DOUT即是解调信号的输出端，直接与单片机的P3.7口相连。有红外编码信号发射时，输出为检波整形后的方波信号，并直接提供给单片机。

图4.8 红外收发电路

4.3软件的设计

要对然间进行设计，首先我们应该考虑到红外接收的波形，在熟悉了红外接收的波形的基础上，才好更进一步的对然间进行设计。图4.9是这次设计所用的遥控板的红外接收信号的波形图：

SHAPE \* MERGEFORMAT

图4.9 红外接收波形图

在搞清楚了红外接收波形的原理以后，下面我们就可以开始设计本设计的程序了，图4.10是本次设计的软件流程图：

该流程图设计了P3.7口是否接收到低电平的判断程序,解码程序,遥控执行程序等主要的软件模块。

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图4.10 软件流程图

4.4系统调试

系统调试包括硬件调试和软件调试两部分。

4.4.1硬件调试

在完成了电路板的焊接之后,我们首先要做的是硬件的调试。我们将电路板通过USB接上电源后，电源的显示灯亮了，这表示此电路板已通上电了，把电源处的开关按下之后，指示灯熄灭，这表示此时可以通过电源处的开关来给电路板供电。

然后分别按下与单片机相连的八个开关，对应的LED灯也都亮了，除了第四个灯没亮之外。因此我么就用万用表分别挨着侧了一下与这个LED相关的器件，发现是LED接反了，将其接正了之后，此LED就能正常显示了。由于这个电路比较简单，在加上我们焊接板子的时候比较仔细，因此在硬件调试的时候没有发现电路板有什么大的错误。

4.4.2软件调试

Keil C是重要的软件仿真软件，对软件的编写有着重要的作用。

Keil C51 µVision2集成开发环境是Keil Software，Inc/Keil Elektronik GmbH开发的基于80C51内核的微处理器软件开发平台，内嵌多种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工程建立到管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程尤其是C编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项，在开发大型项目时非常理想。Keil C51集成开发环境的主要功能有以下几点：

µVision2 for Windows：是一个集成开发环境，它将项目管理、源代码编辑和程序调试等组合在一个功能强大的环境中；

C51国际际准化C交叉编译器：从C源代码产生可重定位的目标模块；

A51宏汇编器：从80C51汇编源代码产生可重定位的目标模块；

BL51链接器/定位器：组合由C51和A51产生的可重定位的目标模块，生成绝对目标模块；

LIB51库管理器：从目标模块生成连接器可以使用的库文件；

OH51目标文件至HEX格式的转换器，从绝对目标模块生成Intel Hex文件；

RTX-51实时操作系统：简化了复杂的实时应用软件项目的设计。

这个工具套件是为专业软件开发人员设计的，但任何层次的编程人员都可以使用，并获得80C51单片机的绝大部分应用。

Keil Software提供了一流的80C51系列开发工具软件，下面描述每个套件及其内容：

⑴PK51专业开发套件。PK51专业开发套件提供了所有工具，适合专业开发人员建立和调试80C51系列微控制器的复杂嵌入式应用程序。专业开发套件可针对80C51及其所有派生系列进行配置使用。

⑵DK51开发套件。DK51开发套件是PK51的精简版，它不包括RTX51 Tiny实时操作系统。开发套件可针对80C51及其所以派生系列进行配置使用。

⑶CA51编译器套件。如果开发者只需要一个C编译器而不需要调试系统，则CA51编译器套件就是最好的选择。CA51编译器套件只包含µVision2 IDE集成开发环境，CA51不提供µVision2调试器的功能。这个套件包括了要建立嵌入式应用的所有工具软件，可针对80C51及其所有派生系列进行配置使用。

⑷A51汇编器套件。A51汇编器套件包括一个汇编器和创建嵌入式应用所需要的所有工具。它可针对80C51及其所有派生系列进行配置使用。

⑸RTX51实时操作系统（FR51）。RTX51实时操作系统是80C51系列微控制器的一个实时内核。RTX51 Full提供RTX51 Tiny的所以功能和一些扩展功能，并且包括CAN通信协议接口子程序。

一下是用KEIL C 运行本实验程序的结果如图4.11所示：

图4.11 软件调试图

将用KEILC仿真程序所生成的HEX文件通过串行通信下载到单片机上之后，通过遥控板的控制，就可以实现此次设计的功能：按方向键的时候，相应的LED亮，按档位键的时候，数码管分别显示1、2、3，同时led还要闪烁。

5实习产品的功能及指标参数

本次实习产品是红外遥控小车，小车的功能：

(1)显示小车的方向，车速，分别用LED灯和数码管显示了其状态；

(2)当遥控板按下方向键时，相应的LED灯会亮，以此表示小车的前行方向；

(3)当按下遥控板的档位键时，数码管会分别显示相应的车速1、2、3，同时伴随着LED灯的闪烁，以此表示小车在变速。

6总结与体会

通过三周的努力我们设计出了红外遥控小车的设计、制作和调试的任务。虽然没有真正的小车实物，但我们用了数码管和LED灯来代替了小车的状态，通过遥控板对其进行了控制。

在设计的过程中用到了单片机，用到了Protel 99se。在Protel的界面中找到单片机芯片，画出电源电路，复位电路，晶体振荡电路，LED接口电路连线后实现PCB的转换。做课程设计是为了让我们对平时学习的理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加以综合提高，学会将知识应用于实际的方法，提高分析和解决问题的能力。在做课程设计的过程中，我深深地感受到了自己所学到知识的有限，明白了只学好课本上的知识是不够的，要通过图书馆和互联网等各种渠道来扩充自己的知识。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，只有在充分的分工合作中才可以事半功倍做到最好，所以必须发扬团结协作的精神。

此次任务中主要做了下面几点较突出的工作：

（1）通过查阅大量的相关资料，详细了解了红外遥控系统的原理，明确了研究目标。

（2）通过本次毕业实习进一步加深了对专业软件的了解，并能够灵活运用Protel 99se。

（3）通过此次毕业实习重新复习并进一步学习了单片机；熟练掌握了WORD软件的使用。

同时此次实习中也存在很多的问题，特别是软件方面对程序的编写还比薄弱，编写出的程序还不能完全实现预期的目标。通过这次设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。有了这次的设计经验，相信在以后的学习设计实践过程中，我们可以做到更好。

参考文献

[1] 陈权昌,李兴富.单片机原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社,2007

[2] 吴金戌,沈庆阳,郭庭吉.8051单片机实践与应用[M].北京:清华大学出版社,2002

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[4] 郝建国,郑燕.单片机在电子电路设计中的应用[M].北京:清华大学出版社,2006

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[7] 陈汝全等.电子技术常用器件应用手册[M]. 北京：机械工业出版社,1994.07

[8] 李光飞.单片机课程设计实例指导[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004

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[10] 马忠梅等.单片机的C语言应用程序设计[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2006

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1.1电路图的设计。作为电子设计中的重要环节，设计结构完善、功能全面的电路图很有必要，这是确保电子设计最终产物能够正常使用的根本保障。在电子设计者进行电路原理图的设计工作时，完全可以借助Protel工具，实现原理图的输入。Protel蕴藏着资源丰富的电子器件库，在Protel的辅助下，设计者在绘图期间能够结合设计需求，灵活使用各类电子器件，大大简化了设计的工作量，同时提高了电路原理图的精密度。譬如，使用者绘制完成元器件后，可以根据自己的想象，将其放在任何一个位置，仅需通过拖动就能实现，无需进行其他调整参数等操作。

1.2模拟数据。电子线路CAD技术还能起到模拟数据的作用，以便设计者根据模拟电路运行产生的数据，检验电路设计有无异常。同时，可结合模拟数据，对电路进行更深层次的分析。Protel软件本身自带多种模拟功能，设计者可通过模拟功能的运用，对电子设计在通电情况下的温度、瞬态、灵敏度等情况有一个初步的了解，以确保该电路的功能是否达到预期效果。另外，还可利用数据模拟，了解电路各环节的运行情况，以便设计者及时察觉线路异常，并尽快采取措施进行调整。

1.3设计PCB板。利用Protel软件，将电路设计图进行布线，最终形成的电路板即为PCB板。PCB板的设计，离不开电路原理图的导入，而电路原理图的导入工作，势必需要借助Protel软件的数据模拟功能。同时，为确保PCB板的设计达到理想效果，电路原理图与PCB板中的各类元器件的电气特点务必要保持一致。只有这样，设计者才能借助Prote软件的布线功能完成布线工作，并在后期，通过人工调整的方式，进一步改善布线工作的效果，使电路布线更加精确、整洁。

2运用电子线路CAD技术提高电子设计课程教学质量的有效建议

电子线路CAD课程是一门理论与实际结合性很强，具有一定实践性的新兴课程，是当代电子信息技术专业的核心课程之一。电子线路CAD课程的主要目的，是帮助锻炼学生PCB板的设计能力，能够结合设计需要，完成各种类型的PCB板布局与布线。作为电子信息技术专业的高职学生，务必要掌握：CAD软件的应用能力、原理图绘制能力、原理图元件制作能力。PCB板设计能力、新元件封装制作能力、单面PCB板设计与编辑。双面PCB板设计与编辑，并了解一定的有关多层PCB板设计与编辑以及电子线路仿真知识。结合电子线路CAD技术在电子设计中的应用情况来看，为能有效完成电子线路设计工作，全面落实电子线路CAD技术的教学很有必要。然而，从目前教学工作开展情况来看，在高职电子设计课程的教学工作中，电子线路CAD技术的应用并没有达到理想效果。学生在对电子线路CAD技术始终无法真正掌握电子线路CAD技术，也不能通过灵活应用该技术，顺利完成电子设计工作。学生对该技术的学习，往往只是停留在对理论知识的理解，对实践操作方面的内容，多呈现出临时性记忆的特点，一旦离开教师的辅导或一定时间未接触，就会出现无从下手的情况。针对这一问题，结合发达国家成功经验，发现运用以行动为向导的项目教学法效果更佳。告知电子设计课程在教学过程中，应遵循以下基本原则：

（1）先整体后具体。在开展CAD技术的教学工作时，教师应提前对该技术的应用价值与学习意义进行介绍，告知学生这一知识要点的学习难度与学习目的，使学生做好充分的心理准备后，再进行各项目的教学与实践；

（2）循序渐进。学生初步接触CAD技术时，教师注意引导学生进行简单尝试，带领学生运用该技术进行难度系数低的电子设计，然后不断增减难度，由浅入深，加强学生运用该技术的能力。比如说，相较于高频电子产品，低频电子产品的电路设计更为简单，教师在带领学生进行学习时，应从低频电子产品的设计入手，待学生完全掌握操作技能后，再逐渐转向高频电子产品的电路设计；

（3）鼓励创新。在使用CAD技术进行电子设计时，教师应在学生CAD技术掌握到一定程度时，鼓励学生积极创新，进一步增强学生电子线路CAD技术应用的灵活性；

（4）要求学生将理论落实到实践。子在学生运用CAD技术完成电子设计任务时，教师应要求学生将设计转化为成品，而不是停留在电脑的设计。将设计转化为成品，能有效激发学生学习成就感，使学生更加直观的感受到CAD技术的魅力，今后愿意更加专注地投入学习。

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1.1设计理论本文设计一个108位前导0计数器电路，采用2位分组的并行计数算法，电路设计原理如下：如图2所示，前导0计数电路将数据位宽平分为高半位和低半位两个部分，然后分别对两部分前导0个数进行计算，在下一级计数逻辑对上面两个计数器结果进行汇总．当n＝2时，相当于4位前导0计数电路；当n＞2时，相当于2n位前导0计数电路．

1.24位前导0电路设计如图3所示，Count［1：0］可以表示Data［3：0］不全为0时前导0个数；当Data［3：0］全为0时，前导0的个数为4，Count［1：0］最多也只能表示3，因此需要Z信号作为Count的拓展位［4］．当Data［3：0］全为0时，前导0个数是4，拓展位Z＝1，count［1：0］＝2′b00，Z与Count［1：0］组成3位二进制计数值，为3′b100，正好可以表示Data［3：0］全为0时前导0的个数4．

1.38位前导0电路设计8位前导0电路是在两个4位前导0得出的计数结果后再做一次选择，对前面两个4位前导0的计数结果进行汇总．8位前导0的电路结构如图4所示．图4中，左上方电路计算高4位前导0个数，右上方电路计算低4位前导0个数．当高4位全为0时，则需将高4位前导0个数与低4位前导0个数相加；当高4位不全为0，则只需输出高4位前导0个数即可．当Data［7：0］不全为0，Count［2：0］即可表示前导0的个数；当Data［7：0］全为0，则Count［2：0］＝3’b0，Z＝1，构成二进制1000可以表示成8个0．从8位前导0电路结构，再结合4位前导0电路结构，由此找出前导0电路设计规律，为108位前导0电路设计提供结构的拓展．将8位前导0电路结构进行模块层次化，如图5所示．图5所示，浅灰色模块（四端口模块）是1个NR2D和1个INVD，深灰色模块（三端口模块）是1个AN2D，上一级的白色模块是3个MUX2D，下一级白色模块（五端口模块）是5个MUX2D．在大位宽前导0电路设计中，每向下增加一级模块，模块的个数就会增加一倍，白色模块的MUX2D就会增加2个，浅灰色和深灰色模块的逻辑单元不变．

1.4108前导0电路设计将64位、32位和12位这三个前导0电路进行拼接，组成的108位前导0电路结构如图6所示．如图6所示，从上到下分别是第一级模块、第二级模块、第三级模块、第四级模块、第五级模块、第六级模块、第七级模块．各个模块的内部逻辑电路如图7所示，其中白色模块n（n≥2）是指模块的级数。

2电路优化

2.1Z信号树逻辑优化图6中深灰色模块（三端口模块）是Z信号树逻辑模块，Z信号树经过优化之后如图8所示．

2.2Count树逻辑优化图6中白色模块（五端口模块）构成Count树，Count树由MUX2D逻辑单元构成．由于MUX2D标准单元存在传输管，导致标准单元延时大，以及单元驱动能力弱的情况［5］．因此需要将传输管逻辑单元优化成速度快、稳定性好的CMOS互补逻辑单元。将MUX2D传输管逻辑单元通过逻辑换算，使之成为互补的CMOS逻辑单元，可以有效提高Count树的计算速度和稳定性．根据Count树中白色模块（五端口模块）所处的模块级数，分奇偶两种情况分别进行逻辑换算和重组，优化之后的逻辑结构如图9所示．从图9发现，优化后的逻辑电路中有反相器存在，并且随着模块级数增加，反相器个数也在增加．因此有必要将反相器提取出来，以一个大尺寸的反相器来代替这些分散的反相器，这样既可以满足驱动的需要，也可以用来减少面积．于是进一步优化之后的电路结构如图10所示．

2.3单元尺寸优化在同一级有关联的相邻两个模块，由于扇出不同造成负载不一样，因而不同模块内部单元尺寸的调整顺序也不一样．108位前导0电路逻辑单元尺寸调整的顺序如图11所示．从图11可以看出，首先优化第1条路径的尺寸，按照阿拉伯数字依次增大的顺序，依次进行不同路径的模块单元尺寸调整，最后优化第13条路径．每条路径都是顺着箭头的方向，对各个模块依次进行单元尺寸的调整．

3性能比较

在108位前导0电路设计完成过后，提取电路设计的网表进行PT分析，通过PT分析获得到时序和面积结果．然后分别与传统前导0计数器的RTL级代码［6］进行DC综合的结果，以及8位分组的RTL级代码进行DC综合的结果进行比较，如表1所示．通过比较发现，传统前导0的RTL级代码进行DC综合的时序和面积都太大，相对而言8位分组前导0的RTL级代码进行DC综合的时序却要比它要好得多，这也是当前一直使用8位分组前导0的RTL级代码的原因．然而本文设计的2位分组的108位前导0电路，进行PT分析的时序比8位分组DC综合的时序少了19％，但面积却比8位分组的差了20％．由于计数器的运算速度对浮点加法的运算是至关重要的，在面积相差不大的情况下这个电路设计仍然是非常成功的．

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2对电子书籍设计课程教学模式的尝试

2.1培养模式的改革电子书籍的教学中以综合学科知识运用与新媒体技术结合的方式，改变单一教学模式，以开放式态度对待学生和教学。在电子书籍的内容采集阶段，提倡凸显个性化特征；在创意阶段，鼓励学生突破、创新；在电子书籍的制作阶段，以合理化运用新媒体技术为原则，将视听多媒体元素进行有效的编辑和安排。教师应把握学生在每一个阶段的学习，以不同阶段的要求对学生进行指导，不能一味追求新媒体技术带来的全新效果，而是要本着传统书籍技巧与电子书籍技术结合的方式，确立艺术与技术相结合的人才培养模式。

2.2电子书籍设计教学内容的设置优秀的电子书籍设计是以实用性、艺术性、文化性相结合的产物，教师在电子书籍设计的教学内容中需要注意以下几个方面：强调版式设计：在电子书籍教学中信息传达是电子书籍版面设计中的重点，虽然电子书籍不同于传统书籍的纸质媒介和形态，融合了音频视频以及图形图像为一体的心得表达形式，但是它的呈现，在读者阅读时，仍然以图形、文字、色彩为主要构成，所以将传统设计元素与视频、音频相结合的方式来传达信息。强调适量的设计元素，避免视觉混乱进行有序的设计，准确把握整体和部分的关系。提倡交互式设计：相较于传统书籍，电子书籍运用交互式技术使读者通过界面中的按钮、图标、菜单等交互式设置，来实现阅读的主动性，所以引导学生通过交互式设计来增加读者阅读的互动性、趣味性和主动性是电子书籍设计教学的重点，但在电子书籍中交互设计应当适度、合理，带动读者的参与，调动读者的阅读积极性。鼓励运用新技术：由于电子书籍中的媒体多元化，所以对于新技术（软硬件）的掌握与操作尤为重要，鼓励学生将新技术在电子书籍设计上进行运用，利用flas、视频音频、3D模拟虚拟空间等手法，使学生在电子书籍在个性风格和艺术表现上更为丰富，但这也是教学的难点与挑战，需要学生指导掌握综合知识与技术。在课题设置训练上：以网络上招标的电子书籍设计项目来作为学生训练项目，如：电子杂志、电子书刊、电子报纸等，而不是局限于虚拟课题设计，提升学生的设计能力和兴趣，引导学生结合市场的需求来创意，设计出优秀的电子书籍。

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1.2控制电路与模数转换电路设计选用C8051F410单片机对整个系统进行控制，C8051F410具有与8051兼容的高速CIP-51内核，与MCS-51指令完全兼容。C8051F410资源丰富，具有24个I/O引脚，同时还具有时钟振荡器等功能模块。ADS1274是TI公司生产的24位无失码高性能模数转换器，具有最高144kSPS数据采样速率，功耗低，在52kSPS（高精度模式）采样速率下，单通道功耗仅为31mW，工作温度范围广，最低温度-40°C最高温度+125°C，非常适合应用于条件苛刻的工业控制领域。该芯片模拟前端具有4个单端输入通道,模拟部分采用5V供电，内核为3.3V或者1.8V供电。模拟输入电压为———0.3V~6V。采用THS4521作为AD转换器的驱动器，THS4521极低功耗轨至轨输出全差动放大器，带宽高达145MHz，数据转换速率高达490V/μs，直流开环增益为119dB，宽范围供电电压：+2.5V~+5.5V，单通道电流仅为1.14mA。C8051F410与ADS1274通过标准SPI接口进行通信，设计采用3线制的主、从方式。C8051F410控制ADS1274，C8051F410通过SCLK时钟管脚提供并控制ADS1274提供SPI的时钟信号。单片机的MOSI引脚与ADS1274的DIN引脚相连，向ADS1274发送数据，实现配置寄存器，设置工作模式等功能。C8051F410的MISO引脚与ADS1274的DOUT相连，接收AD转换的数据。ADS1274的RDY引脚与单片机的P0.3引脚相连，当ADS1274完成模数转换以后，RDY引脚有高电平变为低电平，通知单片机模数转换完成，准备读取数据。

1.3恒流电源电路LM2904系列运算放大器是TI公司生产的低功耗双运算放大器。ADXRS646型MEMS陀螺仪需要的供电电压为6V，由LM2904构成的放大电路可以产生两路稳定的6V电压，输出抖动小于5mV，输出电流可以达到40mA，满足MEMS陀螺仪的供电要求。由LM2904构成的基本电压放大电路。放大电路的输入电压5V，电压的放大倍数为1.2倍，由此可以得出两路输出A和B均为6V。

2软件设计

数据采集装置上电后首先对C8051F410进行初始化设置，通过配置寄存器，设置SPI通信模式、内部振荡器的工作频率以及看门狗的监测时间。然后对ADS1274进行AD采样率、工作模式和通信模式等模块的初始化。选择ADS1274的差分模拟输入通道AIN1、AIN2、AIN3进行数据采集，模拟电压输入范围为0~5V，数据寄存器配置为24位。向ADS1274发送开始转换命令，单片机开始计时，计时时间未结束，传输采集的数据；计时时间到，继续开始AD转换。采集后的角速率数据经过单片机简单处理后，由RS232串口输出。

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二、电厂电力孤网电力系统设计

2.1　矿热炉电力设计

镍铁冶炼厂对自备电厂的升压变压器没有特别要求。升压变压器的电压等级取决于项目所在地的电厂和冶炼厂的建厂条件和供电半径等因素，需在现场考察及进行相关设计工作后确定。就目前来说，与50MW的发电机组相适应的矿热电炉容量约36MVA，如果电厂与镍铁冶炼厂合建在统一厂区，由于供电半径较小，36MVA左右的矿热炉亦可由电厂10kV电压直配；但从发展情况考虑，为适应矿热电炉的大型化也可按升压到35kV电压等级。矿热电炉在非正常生产状态下对电网造成的冲击大致分为电极在炉内发生短路故障造成的电流突增和发生故障后保护装置动作跳闸甩负荷两种类型。通常在设计时采取恰当选择电炉变压器的阻抗来限制短路电流冲击的幅值，工程上一般要求将短路电流值限制在额定电流的3.5倍以下；而跳闸后的甩负荷冲击的幅值与电炉的运行功率有关，但超过发电机组在冲击发生前稳态发电功率10%是完全可能的。由于电炉在生产运行时出现故障的时间具有随机性，事先无法准确预测，故在自备电厂的设计中考虑应对该冲击的措施。

2.2　电气主接线

本工程建设2×200t/h燃煤锅炉和2×50MW凝汽式汽轮发电机组，发电机孤网运行。　发电机出口电压为10.5kV，发电机设出口电压母线，高压厂用电电源由发电机出口电压母线引接，每台发电机配置一台60MVA35/10.5kV升压变压器将发电机发出的电能经升压后送至电厂35kV变电所。本工程为孤网运行，因此设柴油发电机组作为厂用起动及备用电源并设置高压起动/备用段，柴油发电机选用4台2000kW，出口电压11kV。

锅炉送、引风机、电动给水泵及循环水泵采用高压电机，工频运行。10.5kVI段高压厂用母线带1#发电机出线断路器柜、1#机组高压负荷、10.5kV高压厂用I段与10.5kV备用段联络柜、1#主变低压侧断路器柜。10.5kVII段厂用母线带2#发电机出线断路器柜、2#机组高压负荷、10.5kV厂用II段与10.5kV备用段联络柜、2#主变低压侧断路器柜，10.5kV厂用III段主要为电站公用系统供电母线。在高压厂用电源进线回路及10.5kV分段处加装串联电抗器。

2.3　厂用电系统

高压及低压厂用电源按机炉分为两个工作段、一个公用段及一个备用段，对应的机炉负荷接在对应的母线上：1#炉所用的送、引风机、1#、2#锅炉给水泵、1#循环水泵、1#厂用工作变压器等接在10.5kV厂用I段上；2#炉所用的高压送、引风机、3#锅炉给水泵、2#、3#循环水泵接线、2#厂用工作变压器接在10.5kV厂用II段上；公用负荷由公用变压器引接，电源引自10.5kV公用母线。

三、电厂电力孤网运行方案论证

3.1　正常运行时

正常生产时，两台机组同时运行，机组出力均为70％，可满足全厂100%用电负荷。当1台机组检修或甩负荷时，另外一台机组出力在100%，可满足全厂70％左右的用电负荷。正常运行时，机组负荷控制转变为频率控制，要求调速系统具有符合要求的静态特性、良好的稳定性和动态响应特性，以保证在用户负荷变化的情况下自动保持电网频率的稳定。

3.2　电厂启动

由于孤网运行，投运前由1＃机组发电利用黑启动柴油发电机组，启动辅机后投入运行，对外供电。1＃机组运行后带动全厂70%的负荷运转，并启动2#机组的辅机运行，进而启动2＃机组发电，直至两台机组同时运行，满足按全厂100%的自供电率，逐步进行电厂和冶炼厂的生产，实现全厂电力负荷平衡。

3.3　发电机甩负荷或非计划跳机时

当机组发电机甩负荷或非计划跳机时，全厂用电出现短时供电不足，此时电厂供电量仅满足全厂约70％的负荷。为了不致将系统电压拉低，造成系统崩溃，应在中央配电站设置低周减载保护，根据工艺要求，对部分负荷进行切除，减少用电量，同时减产运行，保障安全生产。若工艺需要，部分负荷无法切除，同时又无法满足剩余发电机稳定运行，则根据需要在相应的系统侧设置柴油发电机组，以确保分系统的安全稳定运行。

3.4　当用电负荷出现较大波动时

当系统负荷瞬时出现大负荷停机时，电力网络电压上升。若全厂40％以上负荷停机，则直接解列一台发电机组，用剩下的另外一台机组带全厂负荷。

若全厂40％以内大负荷停机，则汽机保护装置瞬时动作，可维持系统频率在50±5Hz以内，系统仍满足稳定运行条件。

若全厂小负荷波动，则可通过DEH的精确调整，以保证系统的稳定运行。

若全厂40％以上大负荷启动，则需要经过调度提前进行通知，调整锅炉及汽机的运行参数。

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二、优化课程教学方式方法

以多媒体教学为主，辅以必要的板书，力求给学生创造生动的课堂氛围；以充分调动学生学习积极性和提升学生设计能力的目标为导向[3]，重点探索启发式、探究式、讨论式、参与式、翻转课堂等教学模式，激励学生自主学习；在教学讲义的各章节中添加最新知识，期末开展前沿专题讨论，帮助学生掌握学科前沿动态。传统教学模式以板书为主，不能满足集成电路设计课程信息量大的需求，借助多媒体手段可将大量前沿资讯和设计实例等信息展现给学生。由于集成电路设计理论基础课程较为枯燥乏味，传统的“老师讲、学生听”的教学模式容易激起学生的厌学情绪，课堂教学中应注意结合生产和生活实际进行讲解，多列举一些生动的实例，充分调动学生的积极性。另外，关于集成电路设计的书籍虽然很多，但是在深度和广度方面都较适合作为本科生教材的却很少，即便有也是出版时间较为久远，跟不上集成电路行业的快速发展节奏，选择一些较新的设计作为案例讲解、鼓励学生浏览一些行业资讯网站和论坛、开展前沿专题讲座等可弥补教材和行业情况的脱节。

三、改革课程考核方式

改革课程考核、评价模式，一方面通过习题考核学生对基础知识和基本理论的掌握情况；另一方面，通过项目实践考核学生的基本技能，加大对学生的学习过程考核，突出对学生分析问题和解决问题能力、动手能力的考察；再者，在项目实践中鼓励学生勇于打破常规，充分发挥自己的主观能动性，培养学生的创新意识。传统“一张试卷”的考核方式太过死板、内容局限，不能充分体现学生的学习水平。集成电路设计牵涉到物理、数学、计算机、工程技术等多个学科的知识，要求学生既要有扎实的基础知识和理论基础，又要有很好的灵活性。因此，集成电路设计课程的考核应该是理论考试和项目实践考核相结合，另外，考核是评价学生学习情况的一种手段，也应该是帮助学生总结和完善课程学习内容的一个途径，课程考核不仅要看学生的学习成果，也要看学生应用所学知识的发散思维和创新能力。

四、加强实践教学

在理论课程讲解到集成电路的最小单元电路时就要求学生首先进行模拟仿真实验，然后随着课程的推进进行设计性实验，倡导自选性、协作性实验。理论课程讲授完后，在暑期学期集中进行综合性、更深层次的设计性实验。集成电路设计是一门实践性很强的课程，必须通过大量的项目实践夯实学生的基础知识水平、锻炼学生分析和解决问题的能力。另外，“设计”要求具备自主创新意识和团队协作能力，应在实践教学中鼓励学生打破常规、灵活运用基础知识、充分发挥自身特点并和团队成员形成优势互补，锻炼和提升创新能力和团队协作能力。

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2电子工程中存在的问题

机械电子工程快速发展，但是到目前为止，世界各国对于机械电子工程都没有明确的定义和统一的认识，出现这种问题的原因，一方面是机械电子工程发展速度太快，所涉猎的领域越来越多，另一方面是因为设立明确的定义必定会对其发展产生一定的限制作用，不利于机械电子工程继续快速发展。电子工程在发展的过程中产生了一些难以解决的问题，电子产品的发展方向是具有更高集成和大容量，同时体积也越来越小，这就需要技术的不断升级来实现发展目标。电子工程设计方案需要获得科学的检验，要对其进行仿真分析。电子元件所处的工作环境是设计人员应该考虑的问题，要对设计方案进行有效优化，最后要对电路特性进行分析。另外电子工程在运行中要避免静电的危害。为了实现电子工程取得进步获得发展，需要在电子工程设计中采用EDA技术。

3电子工程设计要点

3.1仿真分析

机械电子工程设计方案需要通过科学的系统仿真或是结构模拟来说对其可行性、科学性进行验证和分析。通过仿真分析来确保设计方案在后续实践中能够顺利应用。在仿真分析过程中，使用EDA技术可以为仿真分析提供良好的支持。EDA技术能够通过各个环节当中的传递函数来进行数学建模并对其进行仿真分析，这样构建和仿真系统能够准确验证设计方案的实践性，并能够对电子系统工最后程设计方案进行推广和使用。这种仿真分析对于提高我国电子工程设计的整体水平和产品质量有积极的指导意义。

3.2优化设计

对设计方案进行优化的目的是尽可能确保电子元件在应用过程中具备稳定性与可靠性，保证其拥有最佳的容差和工作环境。在实际工作条件下，使用传统的电子工程设计方法，难以对实际容差及电子工程元件工作环境进行全面的检查和分析。不能对电子元件环境进行全面勘测，就容易导致设计方案在此方面出现漏洞，这样一来电子元件的容差及其工作环境温度就很难得到有效的保障。利用EDA技术则能对设计方案进行良好的优化，因为EDA技术可以对电子方案环境进分析计算，获得电子元件在实际工作中所处的环境温度等相关数值。在分析获得的数值基础上，来对电子工程设计方案进行优化，保证方案在实施后，可以稳定工作，具有可靠安全保障。

3.3预防机械结构中的静电

机械结构是根据设计方案来工作并应用于事物成为满足功能需求的结构。在科技快速发展的大环境下，集成电路设计愈来愈复杂，这对静电的防治也提出了更高的要求。静电对电子元件的破坏巨大，静电电场能够对周边电荷有吸引力会破坏绝缘体，使电子元件敏感度降低，甚至是引发集成电路烧毁，使电子产品直接报废。这要求工作人员做好静电防护，对防静电工作区域进行划分，保持操作空间的清洁，降低静电发生的概率。在电子工程故障检测方面，要将传统的电子工程故障检测和智能故障检测方法结合，相互验证，在电子技术投入方面加强，提升电子工程检测技术的能力，增强电子元件、电路对环境的适应能力。

3.4电路特性的有效分析

对电特性进行有效分析是EDA技术中的重要内容，在电子工程设计的过程中，理论分析都是在数据分析和特性分析的基础之上进行。因此，数据分析和特性分析方面的数据必须准确及时，使用传统的电子工程设计方法会受到多方面的限制，难以保证数值的准确性，电力测试的实际精度会受到较大的影响，不利于后期稳定性的建立。EDA技术就能够对整个系统进行全面的测试，并保证测试的精确性与科学性，避免设计方案出现结构性的差异确保设计方案的整体性以及合理性。

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2硬件电路设计

2.1动力电池电压信号检测电路设计

动力电池组是由众多单体电池串联而成。本设计中，选取12个单体电池串联而成的动力电池组，相应的就有12个电压模拟量信号。图2所示为电压采集电路设计。动力电池组中，各个动力电池串联而成。在地参考点的作用下，各个电池正负极对地参考电压近似比例增大，为实现输出的是电池电压，最有效的实现途径是借助由运算放大器“虚短”与“虚断”原理构成的减法电路。图2中，由双运放运算放大器LM358构建2级网络：第1级即为由R1~R4组建的差分放大电路形成减法电路，第2级构成电压跟随器，起到缓冲及隔离的作用。LM358使用单5V电源供电。

2.2动力电池双向电流检测电路设计

电池组在充放电过程中，由于只有一个充放电通道，理论上而言电流检测通道只有一个。根据电路理论电流在其参考方向下存在正负之分，因此必须单独设计充电电流、放电电流各自的检测信号。图3所示为集成的双向电流检测硬件电路设计。从电路中可以看出，该电路的设计非常类似于电气中的互锁电路。从采样电阻中采集的电阻两端电压在电阻分压网络下，产生不同的电压。结合运放的差分放大功能，分别引入LM358运算放大器的2组不同的运放输入端，由于引入同相输入端和反相输入端的电压不同，使得2组运放各自工作在线性工作区与非线性工作区中。当电池组中有任意方向的电流时，均会产生一组运放工作在线性放大区域产生对应的模拟电压信号同时另外一组运放工作在非线性区域而作为电子开关输出供电电源的参考地电压。在实际的电动汽车中，通常选用100AH的动力电池组为电动汽车提供动力源，这样，采样电阻的选择就有了依据。本设计中，选用0.05R/2W的采样电阻多个并联成0.01R的功率电阻作为充放电电流检测元件。

2.3动力电池组温度检测电路设计

温度检测保证电池组工作在可靠温度范围内而不引起电池故障，是电池管理系统中必不可少的有效组成部分。温度检测传感器选用PT100系列温度传感器。最新制造工艺出产的PT100体积小，精度高，比较适合应用在电池管理系统温度检测单元中。本设计中，选用三线式桥式测温电路，其最大优点在于将地线单独引出，参考电阻网络的地线电阻可以与PT100的地线电阻匹配，减小电阻差异带来的偏差问题，提高温度测量精度。其设计原理同电压采集电路基本相同。

3调试数据与分析

设计完毕后，对该套电池管理系统的硬件电路进行了制版调试。在解决了焊接遗留的硬件问题后，通过MCU的监测获取了大量数据。调试过程中某一时刻点的状态量。从测试数据可以看出，无论是电压、电流、还是温度，其相对误差都控制在1%以内，特别是电压检测数据，精度更是达到了3‰，这样的误差在电池管理系统误差允许范围之内，达到了电池管理系统数据采集前端模块硬件电路设计的目的。