計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在電子電路中的應(yīng)用研究

陳龍坡

摘要：中國(guó)當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，在現(xiàn)實(shí)生活中也得到了廣泛應(yīng)用，其中計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在電子電路中的應(yīng)用起著重要作用?；诖吮疚闹饕陀?jì)算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，并對(duì)其在電子電路當(dāng)中的應(yīng)用加以探究，希望能夠通過(guò)此次的理論研究對(duì)實(shí)際操作有所幫助。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制 電子電路 應(yīng)用研究

引言

電子電路的主體是綜合技術(shù)的應(yīng)用，主電路和控制電路的組成是重要的組成部分。在電子發(fā)展的初級(jí)階段，電路的主電源開(kāi)關(guān)使用整流器和晶閘管。隨著社會(huì)的發(fā)展，這些不能滿足當(dāng)前的實(shí)際需求，因此引入計(jì)算機(jī)控制技術(shù)來(lái)促進(jìn)電子電路的發(fā)展。

1 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的特征及電力電子電路分析

1.1計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的主要特征分析

目前對(duì)電子電路的要求越來(lái)越高，所有全控制電力電子設(shè)備都得到了迅速的發(fā)展，以前不可控器件的設(shè)備的應(yīng)用無(wú)法滿足實(shí)際需求。與以前的模擬控制方法相比，計(jì)算機(jī)控制的電力電子電路具有許多獨(dú)特的功能和優(yōu)點(diǎn)。比如，在靈活使用上，對(duì)特殊的控制規(guī)律能夠方便的實(shí)現(xiàn)，對(duì)程序的部分修改就可通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行改變，在不增加設(shè)備的基礎(chǔ)上對(duì)控制水平進(jìn)行有效提高。

再者就是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)能夠?qū)ΤＲ?guī)模擬調(diào)節(jié)器所存在的溫度漂移等問(wèn)題進(jìn)行實(shí)際的解決，對(duì)參數(shù)調(diào)節(jié)也能夠進(jìn)行改變。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在故障診斷方面比較強(qiáng)大，可以自動(dòng)存儲(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)，為故障分析提供了極大的方便。同時(shí)，它可以減少組件數(shù)量的應(yīng)用，簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性，并能夠與上級(jí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控的作用。

1.2電力電子電路的理論分析

電力電子電路單片機(jī)是在芯片上集成諸多單元的微控制芯片，其自身有著速度快及效率高和性能可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)。電力電子電路中的單片機(jī)主要是對(duì)數(shù)據(jù)的采集及運(yùn)算的處理等，通常作為整個(gè)電路主控芯片的運(yùn)行進(jìn)而來(lái)完成綜合性功能。其中單片機(jī)配合轉(zhuǎn)換器以及其他的相關(guān)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM正弦脈寬調(diào)制。單片機(jī)控制克服了模擬電路所固有的缺陷，在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的作用下實(shí)現(xiàn)了靈活多樣化的控制特性，單片機(jī)的工作頻率其實(shí)是和控制精度有著矛盾，處理的效率上不高，所以對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用就較為迫切。

2 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在電力電子電路中的應(yīng)用

2.1在電力電子電路中運(yùn)用單片機(jī)進(jìn)行調(diào)控

單片機(jī)是一種電力電子電路中的單片微控制器。從表面上看，它只是一個(gè)邏輯功能芯片，但是在某些條件下，計(jì)算機(jī)是由微芯片制成的。該單片機(jī)不僅具有硬件重量輕，體積小的顯著優(yōu)點(diǎn)，也為工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和實(shí)際應(yīng)用研究提供了重要理論依據(jù)，為正確掌握這種單片機(jī)的基本工作結(jié)構(gòu)原理和基本結(jié)構(gòu)功能奠定了理論基礎(chǔ)。在使用電子電路時(shí)，單片機(jī)用于調(diào)節(jié)電壓，電流和控制電路。這直接關(guān)系到整個(gè)電路系統(tǒng)的操作。在電子電路的計(jì)算機(jī)控制中，實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了雙頻控制高頻PWM控制技術(shù)。在一定水平上使用微控制器可以緩解或解決PWM精度與高頻之間的矛盾。此外，該單片機(jī)還用于智能儀表，工業(yè)測(cè)試等結(jié)構(gòu)中，并且將來(lái)可能在家用電器中使用。傳統(tǒng)模擬電路的新進(jìn)展是使用單片機(jī)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)提高工作效率。但是，單片機(jī)控制中仍然存在頻率和精度等缺點(diǎn)，在處理大量數(shù)據(jù)時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種錯(cuò)誤。因此，DSP作為一種更先進(jìn)的電子電路技術(shù)，應(yīng)運(yùn)而生。

2.2 運(yùn)用DSP在電力電子電路中進(jìn)行調(diào)控

DSP技術(shù)繼承了與波特率信號(hào)發(fā)生器和數(shù)字FIFO信號(hào)緩沖器技術(shù)集成在一起的新型第一代數(shù)字可編程信號(hào)處理器，也可說(shuō)就是新的數(shù)字信號(hào)采集處理器。DSP可以以更高的速度與標(biāo)準(zhǔn)異步串行端口同步，甚至某些端口芯片組還會(huì)同時(shí)具有自動(dòng)采樣、保持同步功能，PWM信號(hào)輸出，a/d信號(hào)轉(zhuǎn)換控制電路等。與普通的單片機(jī)相比，它在測(cè)量CPU存儲(chǔ)器的容量，處理速度和系統(tǒng)集成度各個(gè)方面等都具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。減少指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)DSP可以在一個(gè)周期內(nèi)完成大多數(shù)指令，但是DSP使用處理技術(shù)來(lái)在同一周期內(nèi)同時(shí)完成多條指令。此外，DSP均使用經(jīng)過(guò)改進(jìn)的美國(guó)哈佛軟件結(jié)構(gòu)，因此其應(yīng)用程序和執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間相對(duì)獨(dú)立，可以同時(shí)用來(lái)存儲(chǔ)編程數(shù)據(jù)和執(zhí)行程序。還有就是，DSP具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算功能。單片計(jì)使用屬于復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，并將數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)在同一空間中。這樣，指令和數(shù)據(jù)不能同時(shí)被訪問(wèn)，指令執(zhí)行周期通常需要2-3個(gè)指令周期。單片機(jī)受ALU功能的限制，只能執(zhí)行求和操作，不能同時(shí)完成多條指令，這需要通過(guò)軟件完成乘法運(yùn)算，并且需要更多的指令周期和較慢的DSP才能通過(guò)一條指令執(zhí)行運(yùn)算。命令執(zhí)行速度提高了8-10倍，單次高速運(yùn)算的除數(shù)乘法運(yùn)行時(shí)間比普通單片機(jī)快16到30倍。在這些電子控制電路中，DSP主要通過(guò)控制電路監(jiān)視，保護(hù)和管理主電路系統(tǒng)，并與其進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信，其中我們使用的控制電路主要是一個(gè)功率因數(shù)校正控制電路，ups則是逆變器驅(qū)動(dòng)控制電路、諧波抑制電路和交流電動(dòng)機(jī)速度控制電路。除上述功能外，DSP還負(fù)責(zé)檢測(cè)，控制顯示，數(shù)字鎖相以及與主機(jī)的通信。盡管DSP具有許多優(yōu)點(diǎn)，但存在一些缺點(diǎn)，例如采樣超時(shí)，采樣率難以選擇，PWM控制信號(hào)產(chǎn)生頻率和測(cè)量精度，工作持續(xù)時(shí)間和測(cè)量精度等，這些缺點(diǎn)都會(huì)直接影響到電路控制能力。

2.3電力電子電路中FPGA的運(yùn)用實(shí)踐

FPGA是基于GAL和EPLD編程器的可編程門(mén)陣列。在新情況下，它更符合人們對(duì)專用傳統(tǒng)電路的需求，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)可編程設(shè)備門(mén)電路數(shù)量有限的缺點(diǎn)，并解決了定制電路數(shù)量有限的缺點(diǎn)。 FPGA是一種可重配置的設(shè)備，可以根據(jù)用戶內(nèi)部邏輯中的個(gè)人需求對(duì)其進(jìn)行配置。它受到用戶的喜愛(ài)，并廣泛用于電子電路中。FPGA可以分為三部分：可編程模塊，可編程內(nèi)部電纜和可編輯邏輯塊。 FPGA集成度很高。 FPGA中有成千上萬(wàn)的校門(mén)，可以科學(xué)地解決這些復(fù)雜的邏輯并對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)地配置，以形成單個(gè)組件，從而形成電路和多個(gè)機(jī)車(chē)的定點(diǎn)路。此外，F(xiàn)PGA可以使用VHDL來(lái)設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)，通常包括三個(gè)級(jí)別的電路系統(tǒng)：行為描述，RTL描述和門(mén)機(jī)描述。只要所有方面都滿足要求，就可以混合電子電路以模擬上述各種級(jí)別，從而可以設(shè)計(jì)數(shù)字電路系統(tǒng)。 DSP更適合與更復(fù)雜的軟件和更低的采樣率一起使用，而FPGA更適合于更高的數(shù)據(jù)速率，更低的采樣率，相對(duì)單一的任務(wù)和簡(jiǎn)單的任務(wù)。當(dāng)前，PWM技術(shù)被用于PWM控制，直流電動(dòng)機(jī)和逆變器控制系統(tǒng)市場(chǎng)。

3 結(jié)論

由于單片機(jī)，DSP和FPGA的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)已在電力電子電路中引起廣泛的關(guān)注和認(rèn)可。與傳統(tǒng)的模擬控制電路相比，單片機(jī)，DSP和FPGA具有更多的優(yōu)勢(shì)，但事實(shí)證明，僅這一技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足用戶的需求。因此，各種芯片的混合產(chǎn)品已經(jīng)被推向市場(chǎng)，例如DSP + FPGA混合芯片，它們結(jié)合了DSP軟件的靈活性和高速FPGA硬件，更好地調(diào)整了硬件和軟件的靈活性，使用過(guò)程更加的高效。 單片機(jī)和DSP結(jié)構(gòu)結(jié)合了兩個(gè)的優(yōu)點(diǎn)，并允許應(yīng)用更高的頻率和速度芯片。當(dāng)將FPGA嵌入DSP時(shí)，可以把具有信號(hào)處理功能的DSP模塊嵌入FPGA，速度和處理能力更符合時(shí)代的實(shí)際發(fā)展需要。

簡(jiǎn)而言之，在電子電路中使用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)具有優(yōu)于常規(guī)模擬控制電路的優(yōu)勢(shì)。多年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷改進(jìn)，并且使用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)發(fā)現(xiàn)了許多問(wèn)題。但是它具有自己的優(yōu)勢(shì)，例如單片機(jī)，DSP或FPGA，但在實(shí)際應(yīng)用中也存在許多缺點(diǎn)而且還有一定的局限性。基于此，出現(xiàn)了控制芯片的混合產(chǎn)品。這種新產(chǎn)品可以將各種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，更好地利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，從而促進(jìn)電子電路的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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