课程文献中心 更多>>

关键词： 能量色散X荧光光谱仪   X射线荧光光谱   下位机   上位机  

摘要： X射线荧光光谱分析技术是一种用于化学元素的定性和定量分析的仪器分析方法,适用于各类样品中主量(major)、次量(minor)和痕量(trace)元素的分析。随着微电子技术的快速发展以及制造工艺的不断提升,现如今的能量色散X荧光光谱仪在测试方法、仪器结构、解谱技术等方面有更大的改进空间。同时,当代社会对环境检测、工业标准制定等问题的重视,为能量色散X荧光光谱仪提供更多的发挥空间。因此,研制一台性价比高、性能优异、适用范围广的能量色散X荧光分析仪有一定的实际意义。本文首先设计能量色散X荧光光谱仪的硬件平台,主要包括激发系统、探测系统和保障系统。激发系统包括高压源发生器、X射线管和滤光片及准直器。探测系统包括样品台、探测器和CCD相机。保障系统包括供电电源、控制板和仪器状态监测。三个功能系统通过控制电路与PC机通信,并在上位机的指令下完成测试工作。控制电路是下位机的核心,负责仪器硬件平台各部件的协调工作。控制电路以STM32f103为主控芯片进行设计,包括主控芯片外围电路、电源电路、控制电路、通讯电路和检测电路。下位机控制程序基于MDK软件开发的,主要任务是负责接收上位机发送的指令并对进行解析,协调下位机各部件完成指定操作。硬件平台搭建完成后,设计了EDXRF的上位机软件。上位机软件的开发环境是DELPHI,主要实现以下几个功能:提供友善的人机交互界面,方便用户操作;与下位机通讯,实现对下位机的控制;实现X荧光分析的解谱操作,提供分析结果;管理分析结果与用户权限。本课题使用第三方架构DEVEXPRESS进行用户界面的开发,通过USB与串口对下位机进行调试和控制,软件实现基本参数法对基体效应校正,基于SQL SERVER对仪器数据进行管理。在完成了EDXRF的上位机与下位机设计后,组装样机并测试样机性能。通过分析青铜标样的多次测量数据,评估样机的性能参数,主要包括的多次测量重复性、测量准确度及仪器稳定性。分析结果表明,研制的EDXRF光谱仪能够实现硅(Si)(Bi)的宽范围的多元素快速分析,具有较好的重复性和测量准确度。

关键词： 电力线载波通信   调制技术   串口联网设备   低压接入网   通信协议  

摘要： 电力线载波通信(PLC)技术是利用电力线作为介质进行数据传输的一种通信手段。电力线通信利用现有的输电线路,不需要重新铺设线路,具有成本低、方便快捷和易于组网的特点。随着网络技术和信息技术的迅猛发展,利用低压电力线进行高速电力线载波通信已成为国内外研究和工程应用的热点。本文针对应用于高速PLC组网中的电力线载波机进行研究与设计实现。本文首先介绍了电力线载波通信的基本原理,并对本设计采用的电力线调制解调模块IT900和以太网接口模块MiiNePort进行了简单介绍,在此基础上,设计了载波机的硬件电路,母板上主要包括IT900和MiiNePort的接口电路,系统侧接口电路、模拟输出电路、模拟输入电路和电源电路等。其中,系统侧可以选择以太网通信和串口通信两种方式。为了提高传输距离,本文专门设计了片外模拟输出电路,其中采用RC滤波器滤除芯片输出的高次谐波分量,前置放大器采用放大倍数高的共射放大电路,功率放大器采用效率较高的甲乙类OTL电路。输入滤波器采用RC滤波器,可根据需要选择工作在FCC和AC频段。除此之外,设计的载波机电源电路主要采用低压差稳压电源获取有稳定输出电流的电压值。本文设计以太接口载波机完成了PCB的设计、制作与调试。最后,结合嵌入式软件在实验室进行了组网测试。主要完成了软件定义的系统参数设置、网络设置、电力线设置,并实现了远动通信规约中定义的应用功能如:总召唤、遥控、遥调等的选择、设置、执行与控制,同时进行了收发报文数、丢包数以及时延的统计分析。测试结果表明,本文设计的硬件电路能实现主站对主站、主站对从站的配置与管理,完成完整的通信过程。

关键词： 机器视觉检测   光路设计   硬件设计   边缘检测   椭圆检测   单晶硅液位检测   单晶硅直径检测  

摘要： 作为信息产业和新能源产业最重要的原材料,单晶硅在国民经济与国家战略中都占有重要地位。使用直拉法生产单晶硅时,需要及时、准确地测量熔硅液位与晶体直径,以便高效率地生产高质量的单晶硅。对单晶硅生产而言,机器视觉是一种理想的非接触检测手段。但受高温环境的影响,机器视觉系统应用于单晶硅生产时,在光路设计、高质量图像获取、图像精确检测等方面面临挑战。本文结合实际需求,对高温单晶硅液位和直径视觉检测的关键技术进行了系统、深入地研究,并把研究成果集成为相应的视觉检测系统,应用到实际生产中,主要内容如下:第一章阐述了单晶硅的重要性和直拉式单晶硅生产技术,并具体分析了现有的单晶硅液位检测技术和直径检测技术的不足。同时,本章概述了机器视觉的发展和国内外研究成果,指出了机器视觉成功应用到单晶硅生产中要解决的几大关键技术。最后,针对这些困难,阐明了本课题的来源与本文的主要研究内容。第二章对机器视觉系统的光路设计和检测原理进行了研究,提出了高温视觉系统要根据被测目标的空间结构特点设计光路、优化检测原理的原则。并以单晶硅生产为例,针对单晶硅液位的结构特点,提出了一种使用钼片平面和线性激光的液位三角测量光路。该光路设计利用单晶硅液位本质上是缝隙的特点,在导流筒底部添加钼片平面,使用线性激光投射液位,在钼片平面上形成入射光条和反射光条。研究发现,两个光条信号端点间的距离与待测液位呈线性关系。同时该光路还设计了“虚拟距离”加速图像处理,提高检测实时性。其中,“虚拟距离”的大小与待测液位也呈正比。针对单晶硅直径成像的空间结构,提出了基于同心椭圆的直径检测方法。这个方法基于释能环与导流筒倒影在图像中呈现为一对同心椭圆的特点,利用同心椭圆中心线的特殊性质,在已知外椭圆的情况下,可以借助中心线弦长比快速计算单晶硅直径,避免了.复杂耗时的椭圆拟合过程,提高了直径检测效率。第三章针对高温图像质量问题,提出了高温高质量图像的3个标准,并结合单晶硅液位检测应用,围绕3个标准展开了硬件设计。为了获取清晰图像,本章分析了相机和镜头的选型。为了在高温中稳定成像,本章设计了高温防护装置。为了获取高信噪比的图像,本章分析了高温物体的辐射特性,建立了激光图像的SNR模型。实验证明,按照以上方法设计的单晶硅液位检测系统,能拍摄出高质量的高温图像。第四章研究了图像中椭圆的检测技术,在分析了常见的椭圆检测算法的基础上,提出了一种新的结合参数降维与随机Hough变换的椭圆检测算法。该算法首先证明了椭圆上任意一组平行弦中心线穿过椭圆中心的几何性质,根据这个性质,利用两组平行弦确定椭圆中心。在获取椭圆中心的基础上,研究了椭圆与其同心圆交点间的对称关系,并发现椭圆旋转角度可以从两个距离椭圆中心相等但不关于中心对称的点中获取。进一步,可以利用这两点计算椭圆的长轴和短轴。使用随机Hough变换,就能从椭圆边缘中计算上述三个参数。实验结果证明本文提出的算法检测结果准确,检测速度快,对噪声和残缺椭圆不敏感,在单晶硅直径测量中能很好地检测导流筒倒影形成的外椭圆。第五章研究了高温应用中边缘检测不准确的问题。针对高温光晕模糊目标边缘的现象,提出了基于轮廓形状和Sigmoid拟合的亚像素边缘检测算法。该算法先用经典的Sobel算子检测得到目标轮廓形状,再用Sigmoid函数对轮廓法线上的像素灰度分布进行了拟合。从拟合得到的模型参数中,能快速求出边缘的亚像素位置。在第六章单晶硅直径视觉检测系统中,将该算法和其他边缘检测算法进行了对比测试,实验结果显示它能准确、快速地检测释能环边缘。第六章将本文的理论研究成果应用于实际的工业化设备开发,研制了单晶硅液位视觉检测系统和单晶硅直径视觉检测系统。通过这两套系统对本文提出的理论成果进行了验证,实验发现这些技术和方法都有很好的实用价值。单晶硅液位视觉检测系统的实验结果显示,该系统在量程范围内的检测精度达到0.068mm,能够实现实时检测,具有良好的稳定性。单晶硅直径视觉检测系统的实验结果显示,该系统不但具备良好的检测精度（0.09mm）,检测效率也比传统方法也得到了大幅提升,并且系统拥有良好的稳定性,满足工业生产需求。第七章进行了全文总结,简要描述了本课题的研究内容、结论和创新点,并对未来的研究工作做了展望。

关键词： STM-1接口   MMC   FPGA   硬件设计  

摘要： 介绍了MMC基本规范和功能；给出了一种STM-1接口板的硬件设计方案和MMC模块接口设计，根据功能要求对硬件设备进行了选型设计；采用FPGA技术，通过对SPI模式下MMC模块接口设计，实现了单片机对MMC单板的12V上电控制，以及单板与主控板（MCH）的信息交互功能，包括在位检测、使能和地址识别(槽位ID和设备ID)、温度检查等功能。

关键词： 电子产品   硬件   设计   实用性  

摘要： 随着我国经济社会的发展，信息化建设的不断推进，电子产业实现了良好的发展态势，市场的功能不断扩展。当前，在经济新常态的引领下，更行业正在进行“提质增效”，电子市场已经摆脱了早期的模式，正在随着现代通讯技术的进步向着绿色、健康、可持续性发展。由于人们对产品质量获得感的需求越来越旺盛，因此，对电子产品硬件的测试要求越来越严格，在设计过程中尽可能发现问题，使电子产品的实用性更强，更加可以受到用户的认可。

关键词： 协议触发   协议解码   串行总线协议   数字示波器  

摘要： 电子技术高速发展,串行总线信号作为电子设备之间通信载体被应用于不同领域,根据应用领域特点,各种串行总线协议标准纷纷问世,协议标准越来越复杂、信号速率越来越高。串行总线协议信号可传递信息包括信号电气特性和数据等信息。示波器作为通用电子测量仪器,原有脉宽、边沿等触发功能只能简单的根据波形特征条件进行信号段的搜索定位。如今,电子设备测试过程中要求数字示波器可以根据用户设置的触发条件完成协议触发功能,并可以对串行总线协议信号完成协议解码和显示功能。协议分析功能也可检测串行总线信号传输过程中所包含数据信息是否存在格式问题和误码等情况,同时协议触发及解码功能模块需要不断丰富串行协议种类,提升运行效率。本项目设计的协议触发及解码模块是以高分辨率数字示波器为基础,可满足该项目对协议分析功能的性能指标要求。在项目研发过程中提出实现串行总线协议分析功能的可行性设计方案,使协议分析模块可完成多种串行协议信号的分析功能。本文重点论述串行总线协议分析功能的实现,主要研究内容如下:1.在高分辨率示波器硬件平台上,完成协议触发及解码硬件模块整体结构方案设计。协议分析模块在其他硬件模块的相互配合下通过软件控制实现协议分析功能。2.协议触发及解码硬件模块功能实现。根据协议标准规定,完成新增协议模块设计方案,以“ADC+FPGA+工控机”结构设计实现包括NRZ、ARINC 429、DigRF-3G、JTAG、USB2.0、SENT、Manchester等串行总线协议触发及解码功能。完成协议触发及解码硬件模块设计的合理性和功能正确性测试,主要包括生成协议测试信号、功能测试方案制定、测试结果对比分析。协议触发及解码硬件模块的设计具有开发效率高、低成本、可维护性好的特点。

关键词： Overhauser磁力仪   CPLD   灵敏度   频率   信噪比  

摘要： Overhauser型质子磁力仪利用Overhauser效应,激发传感器中样品室内的溶液发生核磁共振现象,依据拉莫尔旋进原理实现地磁场的测量。根据核磁共振原理,射频信号的高能量使得溶液中的电子与核双共振,极化程度大大提高,功耗也有所降低。实验室自主研发的第三代Overhauser磁力仪在前面的基础上在硬件和软件上都进行了优化。在本文中,首先阐述了Overhauser磁力仪的研究背景和国内外发展状况,证明了研发Overhauser磁力仪具有重要意义,然后在第二章引入磁力仪的基本原理,并且介绍了实验室自主研发的磁力仪的系统结构,实验室自主研发的磁力仪主要分为传感器和主机两个部分,并且介绍了测量时各部分承担的功能。主机内又可以分为模拟部分和数字部分。本文主要是对磁力仪主机的数字部分的设计进行了研究。第三代磁力仪的数字部分采用的是ARM+CPLD双核设计。从第三章开始,针对磁力仪的主机部分,分为硬件和软件两个方面,对系统的设计与改进分模块进行了详细的阐述,主要有按键模块、极化模块、配谐模块还有频率测量模块。最后,通过一系列室内实验和野外实验,对磁力仪的性能进行了探究。有室内灵敏度实验、室外传感器全向性实验、室外梯度与同步对比实验、快读模式实验。从噪声、灵敏度、时域分析、频域分析等多方面对磁力仪的性能进行全面评价。

摘要： Mathematical compact models play a key role in designing integrated circuits. They serve as a medium of information exchange between foundries and designers. A compact model, which is a set of long mathematical equations based on the physics of each transistor, is capable of reproducing the very complex transistor characteristics in an accurately, fast, and robust manner. This dissertation presents the latest research on compact models for advanced transistor technologies: FinFETs, Ultra-thin body SOIs (UTBSOIs), Gate-All-Around (GAA) FETs, and Negative Capacitance (NC) FETs. Since traditional transistor scaling had reached limitations due short-channel effects and oxide tunneling, the introduction of FinFET and UTBSOIs in high-volume manufacturing at 20nm, 14nm and 10nm technology nodes had let the electronic industry to keep obtaining performance and density advantages in technology scaling. For smaller nodes such as 5nm, and 3nm, GAA FETs transistors are expected to replace traditional transistors. Production ready compact model for current and future FinFETs are presented in this thesis. The Unified Compact Model can model FinFETs with realistic fin shapes including rectangle, triangle, circle and any shape in between. A new quantum effects model will also be presented, it enables accurate modeling of III-V FinFETs. Shape agnostic short-channel effect model for aggressive L G scaling and body bias model for FinFETs on bulk substrates are also included in this work. This computationally efficient model is an ideal turn-key solution for simulation and design of future heterogeneous circuits. For extremely scaled technologies, NC-FETs are quickly emerging as preferred candidates for digital and analog applications. The recent discovery of ferroelectric (FE) materials using conventional CMOS fabrication technology has led to the first demonstrations of FE based NC-FETs. The ferroelectric material layer added over the transistor gate insulator help in several device

关键词： 平衡接收机   硬件设计   电源系统   控制系统   放大系统  

摘要： 高灵敏度平衡接收机是布里渊光时域分析传感系统的重要部分,接收机方案设计分为硬件设计、软件设计两个方面。硬件设计包括系统各功能模块规划、关键器件的选型和电路参数的计算(如电源、控制电路等数模电路混合设计)等,软件部分主要是在硬件电路的基础上,各功能模块的驱动程序编写,包括ADC控制、时钟控制PWM脉冲输出和温度控制等设计程序。本文着重阐述了高灵敏度平衡接收机方案的硬件电路设计。围绕方案中电源模块、控制模块以及放大电路模块的设计做出了详细分析与论证。每一模块电路的设计都会直接影响平衡接收机系统的精度和稳定性。电源模块包括普通芯片供电电源电路设计和提供雪崩二极管偏置电压的正负高压产生电路设计。控制模块主要包括ARM控制器及其外围电路、光纤光栅和雪崩光电二极管的温度控制电路以及高压产生电路中的电流监控电路。在温控电路中利用H桥驱动电路和PID控制原理来实现具体的控制逻辑。放大模块主要实现对光电转换后的微弱光电流信号的放大功能,使用三级放大设计,通过噪声抑制避免放大器自激噪声的影响。本文从平衡接收机的工作原理出发,介绍了方案设计过程中的基本理论并给出总体实现方案,在理论指导下对系统中各模块硬件电路的原理图和PCB布局布线进行了详细设计,并对关键的高压产生电路和温度控制电路进行了实验验证。最终完整地完成了高灵敏度平衡接收机的硬件电路设计。

关键词： 隔离切换子系统   硬件设计   软件开发   模式管理   状态切换  

摘要： 区域宽带移动通信、卫星通信及公共移动通信等作为常见的通信方式，服务于不同的客户群体。市面上常见的各型通信终端，多支持某一通信制式，无法发挥各种通信的优势互补。伴随我国“天地一体化”通信网络的逐步兴建和完善，需要一款融合各种通信制式并能自由切换而又能互相隔离的通信终端产品，真正实现无盲区、全覆盖、全天候、安全可靠的通信体验。　　本课题作为公司项目的一部分，基于单片机设计实现两套子系统的隔离切换子系统，完成两套子系统的模式管理和状态切换。本文借鉴冗余备份系统的系统架构与工作机制，并按照公司项目管理的流程规定，先后开展系统功能需求分析，规划系统的总体设计方案，并进行硬件、软件功能的详细设计，完成各子系统间的互联互通和基本功能的验证，实现了产品的各项基本功能。　　根据本课题和产品计划，并结合前后两轮设计与试制的状态，总结提出需要改进和优化的过程，满足可测试性、可生产性要求;并结合信息管理系统的规划，分析产品的差异化竞争优势，指出产品在定制行业领域的应用前景。基于本课题的研究，配合两套子系统的设计，实现了自主可控的多种通信方式的融合应用，对于提高自主通信能力，构建立体通信体系具有积极的实践意义。