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发表于:2007-8-25 9:29:20
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2007第八届全国电子设计大赛前瞻

准备电子设计大赛都差不多2个月了,再过一个星期我就要上战场啦。现在我把我准备的情况和对电子设计大赛的一点愚见和大家分享一下。

 

纵观历届题目可以分成以下5大类:

 

1.通信,高频电路 :简易无线电遥控系统(1995),调幅广播收音机(1997),短波调频接收机,调频收音机(2001),单工无线呼叫系统(2005

 

2. 自控:水温控制系统(1997),自动往返电动小汽车(2001),简易智能电动车(2003),液体点滴速度监控装置(2003),悬挂运动控制系统(2005

 

3. 测量仪器:多路数据采集系统(1994),简易电阻、电容和电感测试仪(1995),简易数字频率计(1997),测量放大器(1999),数字式工频有效值多用表(1999),频率特性测试仪(1999),波形发生器(2001),简易数字存储示波器(2001),宽带放大器(2003),低频数字式相位测量仪(2003),简易逻辑分析仪(2003),正弦信号发生器(2005),集成运放测试仪(2005),简易频谱分析仪(2005

 

4. 计算机相关:数字化语音存储与回放系统(1999

 

5. 数模结合的电子技术应用:简易数控直流电源(1994),实用低频功率放大器(1995),实用信号源的设计和制作(1995),直流稳定电源(1997),高效率音频功率放大器(2001),电压控制LC振荡器(2003),数控恒流源(2005),三相正弦波变频电源(2005

 

以上是我统计的历年设计大赛题目,由上面可以很明显的看出测量仪器在历届的题目中占的比例十分大,其中1999年和20032005年是它的全盛时期,并且几乎每年都有仪器的题目。我心想:肯定是出题的那个老头暗地里帮测控专业的学生了,不是哪会这么多仪器的题目啊,真是不公平啦!!我预计仪器测控方面的题目应该会在这一届有所减少(如果还是这么多那个老头就不是暗中帮了,这摆明是明帮啦!icon),但是仪器题目在历年的重要地位还是不能忽略的。信号的采集、分析和处理是这一部分的重点。

其次我们看看数模结合的电子技术应用,这方面的题目在历届占的比例是很重的,因为数点和模电是电子技术的基础,而且我们看一下2007的征题要求(1)综合题,应涵盖模-数混合电路,可涉及单片机和可编程逻辑器件的应用,并尽可能适合不同类型学校和专业的学生选用。结合数电模电是最容易出综合题的啦!!所以我预计2007的这一届会有两到三题这方面的题目。如果在这类题目中结合一些最新的电子技术或芯片再加上cpldfpga会提高你得奖的几率。

自控方面的题目在近几年好像有上升的势头,这个势头是不可忽视的。在2007应该会有一题,不过小车应该不会出啦!出题的方向主要是传感器的应用和电机的控制。

通信,高频等的是通信专业同学特长,如果不出,我怕那老头会被扔鸡蛋啊!!哈哈。这里要注意一下sony的芯片和最近很热的DDS芯片,毕竟这个大赛是他赞助的,如果不用它的芯片这怎么都讲不过去吧。icon

最后我们注意一下这条征题要求(3)侧重于模拟电路、数字电路、电力电子技术等课程内容的题目。电力电子技术这方面我觉得出的可能性是极大的,因为在历届都没有出现过电子电力技术的题目,尤其是那些弱电控制强电,逆变电源,GTOGTR等元件的使用都会成为这方面出题的方向。

 

2007年电子设计竞赛规则与往年相比,有以下几点变化:

1. 题目首次分为本科组和专科组.只要一人为本科就只能选本科题.

2. 设计报告正文页限制为6.

3. 分赛区增加设置"成功参赛奖".

 

2007题目类型

1)综合题,应涵盖模-数混合电路,可涉及单片机和可编程逻辑器件的应用,并尽可能适合不同类型学校和专业的学生选用;

2)侧重于某一专业(如电子信息、计算机、通信、自控、电子技术应用等)的题目;

3)侧重于模拟电路、数字电路、电力电子技术等课程内容的题目;

4)侧重于新型集成电路应用的题目;

5)侧重于常用电子产品和电子仪器初步设计的题目。

 

以上是我的一点愚见,可能会预测到题目,也有可能是错的(也许北理工出题的老头看了我这片文章马上改题目,哈哈)。如果对此文章有什么意见或建议请各位网友在这里不吝指出。转载请注明“M理论”http://www.ednchina.com/blog/mtheory/

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发表于:2007-8-20 10:02:03
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最具前途的专业之一-英国电子工程专业解析(转自嵌入式在线)

据笔者了解,在英国的财政收入中,至少一半是来自工程,电子工程在其中占据了显著的份额。这种极为丰富的专家知识与技能在一级方程式赛车运动中得到了最明显的表现:这一运动可说是检验某些最为出色的机械学和电子工程学发明的试金石,而英国的工程师则主宰了这一行业。英国的工程技术也体现在神奇的新型战斗机的研制中,这种新式战机上应用了声音激活和电子感受器融合技术,而且能够利用全球性无线远程通讯网。英国的电子工程还为寻找对付当今问题的更环保、更清洁的解决方案而不懈努力。

  如果学生来英国学习电子工程学科,学生会发现英国的大学和学院都反映了这种前瞻式思考的方式。因为英国工程师在手脑之间更加重视头脑,学生所做的工作将具有很高的创造性,而且智力上富有挑战性。在英国从事电子工程技术的学习,不仅能够掌握技术知识,而且还能发展其他对今后事业有用的重要技能,比如交流能力及团队合作能力。

  电子工程英文的翻译Electronic Engineering:先说说国内这个专业的牛校:清华,西安电子科技大学,华中科技大学,当然北京理工是不能忘的。那么先看一下国内学生的出路,以清华为例,清华电子系毕业去向:首先有相当的一部分人会出国,本来很多人就是把清华读硕作为出国的一个跳板。其次就是工作了,现在工作不是很容易找,这是普遍现象,但是怎么说电子系也是热门,也会比其他的专业好不少。通讯,信号,电路前景都不错,物电与微波跟前面的那些相比差一些,不过出国相对容易。作为一门技术性的学科,想在这个领域有好的发展必须是高,精,尖的人才,否则还不如一门泛泛的管理,多少还可以找到一份工作,当然薪水之差别先不说。不过四年的理工科的思维,想转行也不是那么的困难。所以那些四年读本专业,又对本专业有着深厚感情,想要本领域有所造树的人刚刚进入大三就已经在考虑出路了,留学是其中的一条。那么选择国家中,英国又是个首选。

  当然提到留学美国不得不说,但是美国的签证难是个必须认可的事实,澳大利亚与加拿大也值得一提,可是众所周知加拿大研究生的申请及签证是何等的不易。澳大利亚与英国相比是差着一个辈份的国家(个人说法,在教育上来说),所以说英国是首先。

  英国的研究生的学制一年,电子工程也是,与商科类相比较,英国对工类的学生还是比较欢迎的,苏格兰两个延签计划针对的是所有的学生,那么英格兰则针对理工科的学生,给出了一年的签证,由此可以看出工科类学生还是比较吃香的。同时工科类的申请相对容易,同一所中国综合类大学毕业的学生,工科学生的申请较商科更容易申请到理想的学校。且每年的学费上也会有那么点便宜。下面是大家关心的核心:

  英国大学的电子专业在国际上的声誉是非常突出的,在微电子设计,信号处理,微波通讯,光通信等领域也在世界处于领先地位,南安普敦大学,帝国理工,布里斯托,爱丁堡大学,设菲尔德大学及女王贝尔法斯特大学,曼大等更是中国学生向往的英国名校。

  首先来谈谈大家公认的英国最牛的两所大学,牛剑吧。

  先说牛津,工程系里面没有正统的EE方向,有点自控和材料方面的方向。不过别忘了,英国很多ee方向都放在cs里面。牛津的cs就有一个组是搞网络安全的,不可漏过。至于剑桥,ee其实挺强的,只是前几年times的ee排名没有他,所以少了一些名声。当然了,cam的ee不是很全面,侧重在tecommunication方向,network比较强,也有sas方向,主要偏通信。另外他的cs也有几块network和安全方面的研究,可以留意一下。我有一个非常优秀的学生,专业是EE,申请学校时在我的推荐中选择了IC,Bristol,Southampton可是父母非常坚决多选择一所——CAM,尽管专业不对口,同时学生自己说申请到也不会去上。当时孩子没能上清华一直是父母的一块心病,现在一定要选择第一的学校,可怜父母心。

  接下来说说我心目中的几个ee牛校

  南岸普顿大学(University of Southampton)是首选:

  位于英国南部,综合排名28,专业排名1。此大学工程类课程无论是本科或硕士都很强,engineering其实都很牛,不单单是ee。通信,光通信,微电子技术等在电子专业中最好,当然申请此类大学应该考虑学生自身学习成绩及专业认可度。当然如果学生对英国学校的了解是从排名上来的,那么选择这所学校的学生也未必多。

  爱丁堡大学(The University of Edinburgh)

  位于苏格兰,综合排名第5,专业排名9,传统的ee强校,电子工程类课程可供选择类别较多微电子技术,通讯光缆,电子通信,微电,power全部都有。其实ed的ee是以sas(signal & signal)最为有名的。有一牛人peter grant,如雷贯耳。现在苏格兰把smc(scottish microelectronics center)设在ed,又多了一个净化楼,做一些微电最底层的东东,包括以前听了就慌的铁电。同时也是VCE八校之一。

  帝国理工(Imperial College)

  engineering很牛,ee相比他其他的专业相比已经不算很牛了,但是还是可以傲视群雄。通信和微电都比较强,sas有一牛人。不论是学校名气,综合排名,还是专业排名,这个学校的都足以让你的虚荣心得到满足。我有一个学生是前两年走了,现已在这个学校读博士学位。

  布里斯托大学(University of Bristol)

  位于古城布里斯托,这个充满活力的英格兰海滨城市。综合排名10,专业排名4,移动通信及其出众,不是说移动就是future嘛,也比较赚钱。这个系里搞实业的氛围很浓,与移动通讯企业界联系比较紧密,,学习及实践都很有市场针对性所在城市也算是一个信息企业比较集中的城市,所以funding也比较充裕。这所大学的电子系与中国的华中科技大学有合作关系,招生学生非常严格,据说有一年这个系招收了8个中国学生。

  谢菲尔德大学(The University of Sheffield)

  位于谢菲尔德城市,通信,光通信,电子与电气工程,工程材料实力雄厚,开设控制工程等一系列课程。谢菲尔德大学的电子工程系在英国各大学相同专业中一直名列前茅,目前已成为该校的王牌专业,更是英国电子工程研究领域中的领头人,电子工程系致力于电子工程研究及开发,同许多国际知名大学保持有合作关系及互换项目协议,也同英国的工商企业及欧洲工商企业保持着密切的联系。每年都有欧洲及英国工商企业的专项基金支助其研究及开发。该系在工程技术的各方面均居电子研究领域的领先地位,并且均有各自的研究中心,新建的电子移动通讯技术研究中心使电子工程系同计算机系联系更加紧密,良好的教学设施和优秀的教学质量使谢菲尔德大学的电子工程专业毕业生在英国及欧洲备受欢迎。该系开设的硕士专业包括:数据通讯技术,移动通讯技术等。

  约克大学(The university of York)

  位于约克市,综合排名9,专业排名9通信,控制系统,电子非常优秀,同时提供授课式和研究式两种课程供学生选择,电磁场方面比较有名。

  在我心里这是很牛的几所学校,最后来说说ee的小牛校吧:

  阿斯顿大学(Aston University)

  ee很全面,从通信到微电,到光通信,到power(不在ecs)都有。特别是他的光纤所,可以说世界级的,微电也很不错。通信也是VCE的八校之一,一方面也认可了他的实力。

  Surrey这个学校的ee大家都已经谈了很多了,也知道这个学校的ee靠卫星通信撑着,带动了移动通信飞跃发展。这个学校的ee狂有钱。自己想想,发一颗卫星能赚多少啊。唯一不是很理想的是学校的综合排名。

  queen Belfast这个学校的ee其实很牛,vlsi特别突出,可能是因为在北爱,不被关注。

  UCLee方面的elecommunication很牛,再加上学校的整体声誉,很值得一选。

  Essex总体来说这个学校的ee还是很不错的,也有些funding的机会,特别是音乐方面的信号处理,不错。

  Strathclyde哥拉斯哥的一个学校,他ee很不错,power特别出众,通信也还可以。

  Loughborough她的power也不错,整个学校的ee正在扩张,系里会给部分的funding。

  刚才提到一个词vce,是一个英国政府和世界知名ee企业联合投资的合作项目,做移动通信的方向的研究,已经做了很多年了,全国范围现在划定了八所学校参与,一定程度上肯定了这八个学校的ee水平。ucl, southampton, brisol, edinburgh, Royal Holloway, bradford, strathclyde, surrey。

  这是我个人四年来对英国电子工程的了解。希望对你的学校选择上有所帮助。

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发表于:2007-8-8 21:06:45
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3

我做的一个项目-红外遥控功放放

摘要

本系统采用TIMSP430F2013超低功耗单片机为控制核心,主要是用来作为红外信号的解码和对音频处理芯片的控制。音频处理和功放是采用maxim公司的MAX5406MAX9763能够实现对音量、均衡、低音和高音控制。同时系统具有温度保护功能,在芯片温度达到135摄氏度或以上,会自动关机,保护芯片不被烧坏。

 

后来由于种种原因我把芯片改成了AT89S51,我一并上传keil的代码(因为红外解码需要的时间准确,所以是用汇编写的)。

rarrarrar

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发表于:2007-8-8 20:58:14
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1

嵌入式linux中英文网站

·Linux Now  
丰富的 Linux 资源站
http://www.linuxnow.com/ - 英文
·Linuxdevice  
嵌入开发入口站,新闻,技术文章,白皮书,论坛等
http://linuxdevices.com/ - 英文
·中国Linux论坛  
最大的linux爱好者社区网站,分类的技术交流区,丰富的技术文章和软件下载资源
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·Linux联盟  
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·www.linux.org  
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Linux入口站,分类详细的Linux资源
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·LinuxToday  
著名的Linux新闻站
http://www.linuxtoday.com/ - 英文
·Slashdot  
著名的Linux新闻站
http://www.slashdot.org/ - 英文
·Linux resource  
丰富的 Linux 资源站
http://www.linuxresource.com/ - 英文
·Laptop Linux  
Laptop电脑Linux使用指南
http://www.cs.utexas.edu/users/kharker/linux-laptop/ - 英文
·WEB Watcher  
LINUX 资源的 Yahoo!
http://webwatcher.org/ - 英文
·Bluepoint Linux公司  
Bluepoint Linux 2.0 中文版
http://www.bluepoint.com.cn/
·COSIX Linux公司  
COSIX Linux 2.0 中文版
http://linux.cosix.com.cn/
·中科红旗Linux公司  
Red-flag Linux 2.0 中文版
http://www.redflag-linux.com/
·Linux伊甸园  
http://www.linuxeden.com/
·http://www.chinalinuxpub.com/  
http://www.chinalinuxpub.com/
·中国linux公社  
http://www.linuxfans.org/nuke/index.php
·www.opengroup.org  
There is a list of distributions that have passed the certification to say they conform, which can be found
at http://www.opengroup.org/lsb/cert/cert_prodlist.tpl. Both the Red Hat and SuSE Linux
distributions we have used in the writing of this book are listed as certified, as are many other distributions
of Linux.
http://www.opengroup.org/lsb/cert/cert_prodlist.tpl - 英文
·驱动之家MyDrivers  
Linux硬件驱动程序中文下载站点。
http://www.mydrivers.com/
·linux-embedded  
提供嵌入式Linux链接
http://linux-embedded.com/links.php3 - 英文
·LinuxAid  
Linux社区的专业技术支持网站。
http://www.linuxaid.com.cn/
·linux.org  
Linux官方新闻和信息网站。
http://www.linux.org/ - 英文
·嵌入式资讯网  
嵌入式、linux资料大全
http://www.embeded.cn
·phpbuilder.com  
一个不错的关于PHP的英文站点
http://www.phpbuilder.com/ - 英文
·lwn.net  
LWN.net has been covering the Linux and free software communities since 1998. Our aim is to provide complete information from the development community in a concise, well-written, and objective manner
http://lwn.net - 英文
·Linux Source Navigator  
在SUNSITE, 包含了几乎所有 LINUX 分类的源代码
http://sunsite.unc.edu/linux-source/ - 英文
·JavaWorld  
很好的Java网站
http://www.javaworld.com/ - 英文
·Linux硬件驱动  
Linux硬件驱动程序下载站点。
http://www.newsforge.com/ - 英文
·LinuxKit.com  
有linux内核研究、XML & WEB服务、FreeBSD & Solaris、嵌入式系统技术文章,嵌入式系统论坛等。
http://www.linuxdby.com/

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发表于:2007-8-6 21:46:41
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2

一个uCOS ARM系统的启动过程分析及系统构架

****************************************************
*一个uCOS ARM系统的启动过程分析及系统构架。  *
*Main 函数的代码如下:        *
*****************************************************/
int Main(int argc, char **argv)
{
ARMTargetInit(); // 系统硬件初始化
OSInit(); //初始化操作系统
uHALr_ResetMMU(); //复位MMU
LCD_Init(); //初始化LCD 模块
LCD_printf("LCD initialization is OK
"); //显示液晶屏信息
LCD_printf("240 x 128 Text Mode
");
LoadFont();//装载系统字体
LCD_printf("Create task on uCOS-II...
"); //显示液晶屏信息
//创建系统的任务
OSTaskCreate(Main_Task, (void *)0,
  (OS_STK *)&Main_Stack[STACKSIZE*8-1], Main_Task_Prio);
OSTaskCreate(Led_Flash_Task, (void *)0,
  (OS_STK *)&Led_Flash_Stack[STACKSIZE-1], Led_Flash_Prio );
OSTaskCreate(Lcd_Fresh_Task, (void *)0,
  (OS_STK *)&Lcd_Fresh_Stack[STACKSIZE-1], Lcd_Fresh_prio );
OSTaskCreate(Key_Scan_Task, (void *)0,
  (OS_STK *)&Key_Scan_Stack[STACKSIZE-1], Key_Scan_Task_Prio );
LCD_printf("Starting uCOS-II...
");
LCD_printf("Entering graph mode...
");
LCD_ChangeMode(DspGraMode);//设置液晶屏显示为图形模式
initOSGUI();//初始化图形用户界面
InitRtc();//初始化系统时钟
LCDFresh_MBox=OSMboxCreate(NULL);//创建LCD 刷新邮箱
Lcd_Disp_Sem=OSSemCreate(1);//创建LCD 缓冲区控制权旗语,初值为1 满足互斥条件
Nand_Rw_Sem=OSSemCreate(1); //创建Nand-Flash 读写控制权旗语,初值为1 满足互斥条件
ARMTargetStart(); //启动操作系统的硬件定时器等中断
OSStart(); // 启动操作系统
//程序不会运行至此
return 0;
}//main end



/****************************************************************************
*系统启动的时候创建了4 个系统任务,其中Main_Task 为系统的主任务,用户的应 *
*用程序就是从Main_Task 任务开始的。其代码如下:        *
*****************************************************************************/
void Main_Task(void *Id) //Main_Test_Task
{
POSMSG pMsg="0";
ClearScreen();//清除屏幕
for(;;)
  OSTimeDly(1000);
//消息循环
/* for(;;){
pMsg=WaitMessage(0);
switch(pMsg->Message){
case OSM_KEY:
<I>onKey</I>(pMsg->WParam,pMsg->LParam);
break;
}
DeleteMessage(pMsg);
}*/
}
/****************************************************************************
通常多操作系统中的任务是一个无限循环,同样,Main_Task 也要陷入一个无限循环。
因为uCOS-II 是占先式多任务操作系统,如果没有比Main_Task 任务更高优先级的任务
进入就绪状态,Main_Task 任务是不会放弃CPU 的控制权的。通过调用OSTimeDly(INT16U
ticks)函数,可以使操作系统进行一次任务调度,并且执行下一个优先级最高的就绪状态的
任务。参数Ticks 表示任务延时的节拍数,一旦规定的时间期满,该任务马上又会重新进入
就绪状态。
****************************************************************************/

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发表于:2007-8-5 22:22:33
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1

PID CONTROL

PID Control
A proportional integral derivative controller (PID controller) is a common method of controlling robots. PID theory will help you design a better control equation for your robot.

Shown here is the basic closed-loop (a complete cycle) control diagram:

Robot PID Controller Diagram

The point of a control system is to get your robot actuators (or anything really) to do what you want without . . . ummmm . . . going out of control. The sensor (usually an encoder on the actuator) will determine what is changing, the program you write defines what the final result should be, and the actuator actually makes the change. Another sensor could sense the environment, giving the robot a higher-level sense of where to go.

Terminology
To get you started, here are a few terms you will need to know:

error - The error is the amount at which your device isnt doing something right. For example, if your robot is going 3mph but you want it to go 2mph, the error is 3mph-2mph = 1mph. Or suppose your robot is located at x="5" but you want it at x="7", then the error is 2. A control system cannot do anything if there is no error - think about it, if your robot is doing what you want, it wouldnt need control!

proportional (P) - The proportional term is typically the error. This is usually the distance you want the robot to travel, or perhaps a temperature you want something to be at.

derivative (D) - The derivative term is the change in error made over a set time period (t). This is usually the velocity of your robot. So if your robot was at x="5" about one t ago, and is at x="7" now, then the derivative term is 7 - 5 = 2/t. If you are using a microcontroller, you can calculate the time with this timer tutorial.

integral (I) - The integral term is the rate of change in the error made over a set period of time (t). This is usually the acceleration of your robot. If your derivative term was 2/t a second ago, and it is 2/t now, your integral term is 2 - 2 = 0/t^2. Thats an acceleration error of zero . . .

tweak constant (gain) - Each term (P, I, D) will need to be tweaked in your code. There are many things about a robot that is very difficult to model mathematically (ground friction, motor inductance, center of mass, ducktape holding your robot together, etc.). So often times it is better to just build the robot, implement a control equation, then tweak the equation until it works properly. A tweak constant is just a guessed number that you multiple each term with. For example, Kd is the derivative constant. Idealy you want the tweak constant high enough that your settling time is minimal but low enough so that there is no overshoot.

Typical Control Curve

What you see in this image is typically what will happen with your PID robot. It will start with some error and the actuator output will change until the error goes away (near the final value). The time it takes for this to happen is called the settling time. Shorter settling times are almost always better. Often times you might not design the system properly and the system will change so fast that it overshoots (bad!), causing some oscillation until the system settles. And there will usually be some error band. The error band is dependent on how fine a control your design is capable of - you will have to program your robot to ignore error within the error band or it will probably oscillate. There will always be an error band, no matter how advanced the system.

ignoring acceptable error band example:

    if error <= .000001 //subjectively determined acceptable
      then error = 0; //ignore it

The Complete PID Equation
Combining everything from above, here is the complete PID equation:

Actuator_Output = Kp*P + Ki*I + Kd*D

or in easy to understand terms:

Actuator_Output =

    tweakA * (distance from goal)
    + tweakB * (velocity error)
    + tweakC * (acceleration error)

Simplifications
The nice thing about tuning a PID controller is that you don't need to have a good understanding of formal control theory to do a fairly good job of it. Most control situations will work with just an hour or so max of tuning.

Better yet, rarely will you need the integral term. Thats right, just delete and ignore it! The only time you will need this term is when acceleration plays a big factor with your robot. If your robot is really heavy, or gravity is not on it's side (such as steep hills), then you will need the integral term. But out of all the robots I have ever programmed, only two needed an integral term - and both robots were over 30 lbs with a requirement for extremely high precision (millimeter or less error band). Control without the integral term is commonly referred to as simply PD control.

There are also times when you do not require a derivative term, but usually only when the device mechanical stabalizes itself, works at very low speeds so that overshoot just doesnt happen, or you simply dont require good precision.

Sampling Rate Issues
The sampling rate is the speed at which your control algorithm can update itself. The faster the sampling rate, the higher precision control your robot will have. Slower sampling rates will result in higher settling times and an increased chance of overshoot (bad). To increase sampling rate, you want an even faster update of sensor readings, and minimal delay in your program loop. Its good to have the robot react to a changing environment before it drives off the table, anyway. Humans suffer from the sampling rate issue too (apparently drinking reduces the sampling rate, who would have guessed?).

The rule of thumb is that the sample time should be between 1/10th and 1/100th of the desired system settling time. For a typical homemade robot you want a sampling rate of about 20+/second (very reasonable with today's microcontrollers).

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发表于:2007-8-5 22:17:15
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3

电动小车的电机驱动及控制

一个电动小车整体的运行性能,首 先取决于它的电池系统和电机驱动系统。 电动小车的驱动系统一般由控制器、功率变换器及电动机三个主要部分组成。 电动小车的驱动不但要求电机驱动系统 具有高转矩重量比、宽调速范围、高可靠 性,而且电机的转矩-转速特性受电源功 率的影响,这就要求驱动具有尽可能宽 的高效率区。我们所使用的电机一般为 直流电机,主要用到永磁直流电机、伺服 电机及步进电机三种。直流电机的控制 很简单,性能出众,直流电源也容易实 现。本文即主要介绍这种直流电机的驱 动及控制。

1.H 型桥式驱动电路

     直流电机驱动电路使用最广泛的就 是H型全桥式电路,这种驱动电路可以 很方便实现直流电机的四象限运行,分 别对应正转、正转制动、反转、反转制动。 它的基本原理图如图1所示。
     全桥式驱动电路的4只开关管都工 作在斩波状态,S1、S2为一组,S3、S4 为另一组,两组的状态互补,一组导通则 另一组必须关断。当S1、S2导通时,S3、 S4关断,电机两端加正向电压,可以实 现电机的正转或反转制动;当S3、S4导 通时,S1、S2关断,电机两端为反向电 压,电机反转或正转制动。


      在小车动作的过程中,我们要不断 地使电机在四个象限之间切换,即在正 转和反转之间切换,也就是在S1、S2导 通且S3、S4关断,到S1、S2关断且S3、 S4导通,这两种状态之间转换。在这种 情况下,理论上要求两组控制信号完全 互补,但是,由于实际的开关器件都存在 开通和关断时间,绝对的互补控制逻辑 必然导致上下桥臂直通短路,比如在上 桥臂关断的过程中,下桥臂导通了。这个过程可用图2说明。

因此,为了避免直通 短路且保证各个开关管动作之间的协同 性和同步性,两组控制信号在理论上要 求互为倒相的逻辑关系,而实际上却必须相差一个足够的死区时间,这个矫正过程既可以通过硬件实现,即在上下桥 臂的两组控制信号之间增加延时,也可 以通过软件实现(具体方法参看后文)。
     驱动电流不仅可以通过主开关管流通,而且还可以通过续流二极管流通。当电机处于制动状态时,电机便工作在发电状态,转子电流必须通过续流二极管流通,否则电机就会发热,严重时烧毁。
     开关管的选择对驱动电路的影响很大,开关管的选择宜遵循以下原则:
(1)由于驱动电路是功率输出,要求开关管输出功率较大;
(2)开关管的开通 和关断时间应尽可能小;
(3)小车使用的电源电压不高,因此开关管的饱和压降应该尽量低。
     在实际制作中,我们选用大功率达林顿管TIP122或场效应管IRF530,效果都还不错,为了使电路简化,建议使用集成有桥式电路的电机专用驱动芯片,如L298、LMD18200,性能比较稳定可靠。
     由于电机在正常工作时对电源的干扰很大,如果只用一组电源时会影响单片机的正常工作,所以我们选用双电源供电。一组5V给单片机和控制电路供电, 另外一组9V给电机供电。在控制部分和电机驱动部分之间用光耦隔开,以免影响控制部分电源的品质,并在达林顿管的基极加三极管驱动,可以给达林顿管提供足够大的基极电流。图3所示为采用TIP122的驱动电机电路,IOB8口为“0”,IOB9口输入PWM波时,电机正转,通过 改变PWM的占空比可以调节电机的速度。而当IOB9口为“0”,IOB8口输入PWM 波时,电机反转,同样通过改变PWM的占空比来调节电机的速度。

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     图4为采用内部集成有两个桥式电 路的专用芯片L298所组成的电机驱动电路。驱动芯片L298是驱动二相和四相步进电机的专用芯片,我们利用它内部的 桥式电路来驱动直流电机,这种方法有一系列的优点。每一组PWM波用来控制一个电机的速度,而另外两个I/O口可以控制电机的正反转,控制比较简单,电路也很简单,一个芯片内包含有8个功率管,这样简化了电路的复杂性,如图所示IOB10、IOB11控制第一个电机的方向,IOB8输入的PWM控制第一个电机的速度;IOB12、IOB13控制第二个电机的方向,IOB9输入的PWM控制第二个电机的速度。

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      LMD18200是美国国家半导体公司推出的专用于直流电动机驱动的H桥组件,同一芯片上集成有CMOS控制电路和DMOS功率器件。此种芯片瞬间驱动电流可达6A,正常工作电流可达3A,具有很强的驱动能力,无“shot-through”电流,而且此种芯片内部还具有过流保护的测量电路,只需要在LMD18200的8脚输出端测出电压和给定的电压比较即可保护电路过流,从而实现电路的过流保护功能。由LMD18200组成的电机驱动电路如图5所示。LMD18200的5脚为PWM 波输入端,通过改变PWM的占空比就可调节电机的速度,改变3脚的高低电平即可控制电机的正反转。此电路和以上几种驱动电路比较具有明显的优点,驱动功率大,稳定性好,实现方便,安全可靠。

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2 .P W M 控制

     PWM(脉冲宽度调制)控制,通常 配合桥式驱动电路实现直流电机调速, 非常简单,且调速范围大,它的原理就 是直流斩波原理。如图1所示,若S3、S4 关断,S1、S2受PWM控制,假设高电平 导通,忽略开关管损耗,则在一个周期 内的导通时间为t,周期为T,波形如图 6,则电机两端的平均电压为: U="Vcc" t/ T=αVcc ,其中,α=t/T称为占空比,Vcc为电源电压(电源电压减去两个开关 管的饱和压降)。

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      电机的转速与电机两端的电压成比例,而电机两端的电压与控制波形的占空比成正比,因此电机的速度与占空比成比例,占空比越大,电机转得越快,当占空比α=1时,电机转速最大。
     PWM控制波形的实现可以通过模拟 电路或数字电路实现,例如用555搭成的触发电路,但是,这种电路的占空比不能自动调节,不能用于自动控制小车的调 速。而目前使用的大多数单片机都可以直接输出这种PWM波形,或通过时序模拟输出,最适合小车的调速。我们使用的是凌阳公司的SPCE061单片机,它是16位单片机,频率最高达到49MHz,可提供2路PWM 直接输出,频率可调,占空比16级可调,控制电机的调速范围大,使用方便。SPCE061单片机有32个I/O口, 内部设有2个独立的计数器,完全可以模拟任意频率、占空比随意调节的PWM信号输出,用以控制电机调速。
     在实际制作过程中,我们认为控制信号的频率不需要太高,一般在400Hz以下为宜,占空比16级调节也完全可以满足调速要求,并且在小车行进的过程中,占空比不应该太高,在直线前进和转弯 的时候应该区别对待。若车速太快,则在 转弯的时候,方向不易控制;而车速太慢,则很浪费时间。这时图6可以根据具体情况慢慢调节。在2003年“简易智能电动车”的实际制作中,我们的小车驱动信号的占空比一般在8/16以下。

3.通过软件避免直通短路

     从前面的分析可知,桥式驱动电路中,由于开关管有开通和关断时间,因此存在上下桥臂直通短路的问题。直通短路的存在,容易使开关管发热,严重时烧毁开关管,同时也增加了开关管的能量损耗,浪费了小车宝贵的能量。由于现在的许多集成驱动芯片内部已经内置了死区保护(如LMD18200),这里主要介绍的是利用开关管等分立元件以及没有死区保护的集成芯片制作驱动电路时增加死区的方法。
     死区时间的问题,只有在正转变为反转的时候才存在,而在正转启动或反转启动的时候并没有,因此不需要修正。如果开关管的开通和关断时间非常小,或者在硬件电路中增加延时环节,都可以降低开关管的损耗和发热。当然,通过软件避免直通短路是最好的办法,它的操作简单,控制灵活。通过软件实现死区时间,就是在突然换向的时候,插入一个延时的环节,待开关管关断之后,再开通应该开通的开关管。图7为利用软件修正死区时间的流程图,在开关管每次换向的时候,不立即进行方向的切换,而是先使开关管关断一段时间,使其完全关断后再换向打开另外的开关管。这个关断时间由单片机软件延时实现。

4.总结

     以上主要分析了电机的全桥式驱动电路,这是直流电机调速使用最多的调速方法。目前市场上有很多种电机驱动的集成电路,效率高,电路简单,使用也比较广泛,但是其驱动方法大多与全桥式驱动一样。PWM控制方法配合桥式驱动电路,是目前直流电机调速最普遍的方法。

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发表于:2007-8-2 12:25:04
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2

一些嵌入式的好书

1、C语言初级教材
(1)《C程序设计语言》(The C Programming Language )
    作者:Brian W.Kernighan,  Dennis M.Ritchie
    简介:本书是由C语言的设计者Brian W. Kernighan和Dennis M. Ritchie编写的
一部介绍标准C语言及其程序设计方法的权威性经典著作。一本必读的程序设计语言方面的
参考书。
(2)《C Primer Plus中文版》(C Primer Plus)
    作者:Stephen Prata
    简介:作为核心计算机技术成熟、完整的参考书籍,Primer Plus系列历经十数
年不衰,通过学习《C Primer Plus(第五版)中文版》,你将奠定坚实的C编程基础。
(3)《C和指针》(Pointers on C)
    作者:Kenneth A.Reek
    简介:本书提供与C语言编程相关的全面资源和深入讨论。全书覆盖了数据、语
句、操作符和表达式、指针、函数、数组、字符串、结构和联合等几乎所有重要的C编程话
题。书中给出了很多编程技巧和提示。

2、C语言进阶书籍
(1)《C陷阱与缺陷》(C Traps and Pitfalls)
    作者:Andrew Koenig
    简介:作者以自己1985年在Bell实验室时发表的一篇论文为基础,结合自己的工作
经验扩展成为这本对C程序员具有珍贵价值的经典著作。本书的出发点不是要批判C语言,
而是要帮助C程序员绕过编程过程中的陷阱和障碍。
(2)《C专家编程》(Expert C Programming )
    作者:Perter Van Der LinDen
    简介:展示了最优秀的C程序员所使用的编码技巧。 书中C的历史、语言特性、声
明、数组、指针、链接、运行时、内存以及如何进一步学习C++等问题进行了细致的讲解和
深入的分析。全书撷取几十个实例进行讲解,对C程序员具有非常高的实用价值。
(3)《C语言编程常见问题解答》(C Programming : Just the Faqs )
    作者:Paul S.R.Chisholm 等         
    简介:这是一本专门解答c语言编程常见问题的著作。书中所覆盖的内容相当广
泛,并附有大量鲜明的例子。

3、嵌入式编程书籍
(1)《C/C++嵌入式系统编程》(Programming Embedded Systems in C and C++)
    作者:Michael Barr
    简介:本书中的技术和范例代码均可直接应用于各种实际的嵌入式系统项目。有过嵌
入式系统开发经验的读者,也将从中获益匪浅。
(2)《嵌入式实时操作系统μC/OS-II》(MicroC/OS-II The Real-Time Kernel)
    作者:Jean J.Labrosse
    简介:μC/OSII是源码公开的实时内核,是专为嵌入式应用设计的。通过对μC/OSII源
代码的分析与描述,讲述了多任务实时的基本概念、竞争与调度算法、任务间同步与通
信、存储与定时的管理以及如何处理优先级反转问题;介绍如何将μC/OSII移植到不同CPU
上,如何调试移植代码。
(3)《嵌入式系统构件》(Embedded Systems Building Blocks )
    作者: Jean J.Labrosse
    简介:本书介绍了构建嵌入式系统的一些通用模块,如键盘扫描器、显示器接口、计
量器和输入/输出。大部分代码都是用可移植的C语言编写。

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发表于:2007-7-29 15:36:53
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1

庆祝开blog以来访问人数达1000

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发表于:2007-7-23 19:44:42
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3

模拟设计为工程师软肋,教育缺失是根本(转自电机电气工程网!讲得好!!)

分析2304份有效调查问卷发现,工程师认为最具挑战性的设计前五位分别为EMI/EMC设计、射频设计、低噪声电路设计、信号处理和电源管理,分别占到受访工程师总数的42%、33%、30%、27%和24%,而EMI/EMC设计、射频设计、低噪声电路设计和电源管理都直接关系到模拟电路设计。模拟电路设计成为中国电子设计工程师面临的最大设计挑战。

模拟电路设计挑战分析

“模拟电路设计更像一门艺术而不是一门科学。”这是业界对模拟设计特点的高度总结,而艺术的东西是需要时间去沉淀的,本次参加调查的所有回复者中,工作经验在5年以下的占55%,缺乏设计经验,尤其是对实践性很强的模拟电路设计经验的缺乏是这些工程师的普遍问题。此外,众多的半导体厂商不断推出集成各种新功能和新特性的器件,了解并掌握这些器件对于提高工程师解决问题的能力十分重要,而这本身对于设计工程师来说具有一定的挑战性。另一方面,如何适应电子产品更新换代对设计工程师设计知识和经验带来的更新需求,是所有硬件设计工程师都必须面对的问题。

模拟电路设计挑战分析

“模拟电路设计更像一门艺术而不是一门科学。”这是业界对模拟设计特点的高度总结,而艺术的东西是需要时间去沉淀的,本次参加调查的所有回复者中,工作经验在5年以下的占55%,缺乏设计经验,尤其是对实践性很强的模拟电路设计经验的缺乏是这些工程师的普遍问题。此外,众多的半导体厂商不断推出集成各种新功能和新特性的器件,了解并掌握这些器件对于提高工程师解决问题的能力十分重要,而这本身对于设计工程师来说具有一定的挑战性。另一方面,如何适应电子产品更新换代对设计工程师设计知识和经验带来的更新需求,是所有硬件设计工程师都必须面对的问题。

1. 射频设计的多种挑战因素

射频设计挑战在通信行业更普遍存在,46%以上的通信设计工程师认为射频设计是最大的技术挑战之一。在通信产品设计中,射频问题比较多的表现在射频干扰、天线匹配、接收灵敏度、天线耦合灵敏度、器件参数一致性等问题,解决这些问题需要具有丰富的设计经验、验证测试工具和方法。

随着3C融合趋势的不断发展,越来越多的消费电子产品需要采用射频电路,这给很少接触射频的消费电子工程师带来极大的挑战。长虹数字平面显示公司一位工程师就遇到这个问题,在该公司的一款采用802.11无线传输音视频信号的产品中,如何解决射频信号带来的稳定性、EMI和噪声问题十分棘手。海信公司一位数字电视机顶盒设计师表示,如何选择满足国内有线网络特点的高频头,提高高频头输出后端电路灵敏度是设计中非常具有挑战性的问题。

射频元器件本身对射频电路设计也带来极大的挑战。重庆信威通信公司的一位工程师指出,由于元器件参数的不一致性导致产品射频接收电路的实际性能与电路设计通常有一定的差异,这种问题在设计中很难控制,只能在产品调试中发现并在后期解决。这种问题在射频设计中很普遍,如手机天线开关与放大器之间的匹配、天线耦合灵敏度、射频模块本身的质量问题等。

2 低噪声、电磁兼容设计:缺乏经验是最大的挑战

低噪声设计挑战更多地出现在一些小信号处理应用中,如传感应用、小信号测试、信号采集以及高端音频系统等。噪声源通常来自电源/地波动、数字信号的高频分量干扰、同步开关噪声、信号线与电源及地之间交互影响以及器件本身的热噪声。

电磁兼容和低噪声设计需要综合考虑器件本身的性能、寄生参数、产品的性能要求、成本以及系统设计中的每一个功能模块,通过布局布线优化、增加去耦电容、磁珠、磁环、屏蔽、PCB谐振抑制等措施来确保EMI在控制范围内,需要工程师具有良好的理论基础并具有丰富的实践经验,认真处理设计中的每个细节。然而,这些素养是很多电子设计工程师所不具备的,必须在不断的工程实践中培养和积累。

另外,成本因素对电磁兼容和低噪声设计带来极大的压力。华为的一位工程师表示,考虑到成本的因素, PCB的层数需要尽可能少,因此可能没有完整的地层,这对克服EMI和信号噪声带来很大的挑战性。而为了提高EMC,须要采用像滤波器、磁珠和磁环这些额外器件,对产品成本带来极大的压力。如何以最低的材料成本满足EMC要求对工程师的设计能力提出了极高的要求。

电子产品需要通过3C、CE、FCC和VCCI等认证,电磁兼容性已经成为硬件设计工程师必需考虑的问题。通标标准技术服务有限公司一位实验室经理向本刊透露,由于工程师普遍缺乏EMC的设计经验,几乎所有产品都必须进行多次设计整改才能通过认证测试,通常DVD产品的3C认证通过率仅为20%左右,彩电通过率在50%左右。

3. 电源管理挑战

工程师对电源设计知识和电源元器件缺乏了解是产生电源管理挑战的主要原因之一。TI的一位高级应用工程师指出,很多设计工程师对电源解决方案和电源技术缺乏了解,不能清楚了解电源产品架构的优缺点、特性差异,他们更多的是从价格来区分产品。

半导体技术的发展对管理带来不断的变革。当前处理器、CPU在不同工作状态和频率下,一般有至少有两个不同的工作电压需求;另外,一些先进的电源解决方案增加了很多新的特性,如利用串行接口或片上EEPROM的可编程特性等。这些新的功能特性对于习惯于传统电源设计的工程师来说,在接受这些产品架构特点和设计方法上有一定挑战性。

产品的更新换代同样给电源设计带来挑战,对那些集成媒体播放等丰富功能的便携式电子产品设计来说,低功耗的电源管理压力是传统同类产品所未有的。而在一些产品中低功耗并不是唯一的问题,创维公司的一位资深设计工程师就困扰于电源散热问题:与传统CRT彩电相比,液晶电视具有厚度规定,很难采用传统彩电所用的散热片散热方法,而背光和显示屏产生的环境温度很高,如何提高电源效率、降低电源本身发热非常重要。

此外,电源通常是主要的EMI和噪声源,面临当前更严格的电磁兼容认证要求,电源设计工程师需要在设计中抑制产生的纹波、传导、辐射干扰和噪声。

高校教育缺失之痛

对于中国电子工程师普遍面临的模拟电路设计技术挑战,山东大学一位教授指出了问题的症结:“模拟电路因为难学通常被学生戏称为‘魔鬼电路’,他们普遍偏重数字电路和软件。而且,模拟电路设计实践性很强,而高校难以提供大量的模拟电路设计操作条件。”这样的观点得到了很多高校教授的认同,天津大学电子信息工程学院一位资深教授在接受我们的电话采访时,对于中国射频技术教育的缺失痛心疾呼:“中国电子设计人才培养最差的就是射频技术,高校在射频技术的教育上快成空白了。”他指出,射频课程的教学需要配合大量的实验课程,需要投入大量的高端仪器,而国内高校普遍都严重缺乏这方面的投入。

高校教育的缺位导致设计工程师普遍在模拟设计上基础薄弱。在对参与本次调查的工程师抽样回访中,就射频设计、电磁兼容、低噪声电路设计和电源管理几个反馈最多的设计挑战问题,听到最多的就是“没有接触过”、“缺乏经验”、“积累不够”、“缺乏实践指导类书籍”。一位开发ZigBee工业应用产品的工程师坦言,他们对射频技术缺乏了解,甚至对一些基本的概念都不清楚。而这些设计团队最终的解决办法通常就是采用完整的芯片组方案和参考设计以及半导体厂商/分销商的技术支持,而这样一来不可避免会牺牲产品设计的灵活性、成本等,同时难以实现设计经验的积累。

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