单片机软硬件联合仿真解决方案（精选6篇）
【虚拟现实教学系统组成】：
建立一个完整的虚拟现实系统是成功进行虚拟现实应用的关键，而要建立一个完整的虚拟现实系统，首先要做的工作是选择确实可行的虚拟现实系统解决方案。
图像根据虚拟现实技术的内在含义和技术特征，并结合多年的虚拟现实教学建设经验，最新推出的虚拟现实教学系统提供以下组成：
虚拟现实开发平台：
一个完整的虚拟现实系统都需要有一套功能完备的虚拟现实应用开发平台，一般包括两个部分，一是硬件开发平台，即高性能图像生成及处理系统，通常为高性能的图形计算机或虚拟现实工作站；另一部分为软件开发平台，即面向应用对象的虚拟现实应用软件开发平台。开发平台部分是整个虚拟现实系统的核心部分，负责整个VR场景的开发、运算、生成,是整个虚拟现实系统最基本的物理平台，同时连接和协调整个系统的其它各个子系统的工作和运转，与他们共同组成一个完整的虚拟现实系统。因此，虚拟现实系统开发平台部分在任何一个虚拟现实系统中都不可缺少，而且至关重要。虚拟现实显示系统： ·高性能图像生成及处理系统 ·具有沉浸感的虚拟三维显示系统
在虚拟现实应用系统中，通常有多种显示系统或设备，比如：大屏幕监视器、头盔显示器、立体显示器和虚拟三维投影显示系统，而虚拟三维投影显示系统则是目前应用最为广泛的系统，因为虚拟现实技术要求应用系统具备沉浸性，而在这些所有的显示系统或设备中，虚拟三维投影显示系统是最能满足这项功能要求的系统，因此，该种系统也最受广大专业仿真用户的欢迎。虚拟三维投影显示系统是目前国际上普遍采用的虚拟现实和视景仿真实现手段和方式，也是一种最典型、最实用、最高级别的投入型虚拟现实显示系统。这些高度逼真三维显示系统的高度临场感和高度参与性最终使参与者真正实现与虚拟空间的信息交流与现实构想。
虚拟现实交互系统
多自由度实时交互是虚拟现实技术最本质的特征和要求之一，也是虚拟现实技术的精髓，离开实时交互，虚拟现实应用将失去其存在的价值和意义，这也是虚拟现实技术与三维动画和多媒体应用的最根本的区别。在虚拟现实交互应用中通常会借助于一些面向特定应用的特殊虚拟外设，它们主要是6自由度虚拟交互系统，比如：力或触觉反馈系统、数据手套、位置跟踪器或6自由度空间鼠标、操纵杆等等。
虚拟现实集成控制 一个大型的虚拟现实系统包括很多组成部分，比如:多台投影机、音响系统以及多路视频的输入和切换,甚至是辅助的灯光和窗帘,这些都需要方便的控制和管理,每个部分又包括很多产品和设备，这些产品设备之间需要相互连接、相互依赖，彼此之间协同工作。然而，这样一个复杂的系统要顺利地运行并能够协同工作，就需要进行管理，集成控制系统便是承担该项工作的载体，有了集成管理控制系统，上述一系列工作通过简单的遥控器就可完成整个操作过程。
通常，一部分用户并不重视这个部分，而该部分在虚拟现实系统中恰恰又是非常重要的，一个完善的集成控制手段能使用户很方便的使用虚拟现实系统，并能将虚拟现实系统中各个部分的功能充分地发挥出来，如果没有集成控制系统这部分，往往造成整个虚拟现实系统利用率低、系统管理困难、系统稳定性差、协同工作能力低下等等一系列问题。
在通常的集成控制系统中最典型的设备就是中央控制系统或矩阵系统（如图），这些设备功能强大、操作简单、使用便捷、管理方便，它是整个虚拟现实系统有效管理和运行的基本保障。【虚拟现实教学设备配备】
虚拟现实教学主要实验设备包括 ：虚拟现实技术的特征之一就是人机之间的交互性.为了实现人机之间的充分交换信息，必须设计特殊输入和演示设备，以影响各种操作和指令，且提供反馈信息，实现真正生动的交互效果。不同的项目可以根据实际的应用可以有选择的使用这些工具，主要包括：VR系列虚拟现实工作站、立体投影、立体眼镜或头盔显示器、三维空间跟踪定位器、数据手套、3D立体显示器、三维空间交互球、多通道环幕系统、建模软件等。
数据传感手套
观察者还可借助数据手套等设备来操纵虚拟场景中的对象，数据手套中装有许多光纤传感器，能够感知手指关节的弯曲状态，观察者通过手指的活动来实现与虚拟场景交互作用数据手套是一种多模式的虚拟现实硬件，通过软件编程，可进行虚拟场景中物体的抓取,移动,旋转等动作，也可以利用它的多模式性，用作一种控制场景漫游的工具。数据手套的出现，为虚拟现实系统提供了一种全新的交互手段，目前的产品已经能够检测手指的弯曲，并利用磁定位传感器来精确地定位出手在三维空间中的位置。这种结合手指弯曲度测试和空间定位测试的数据手套被称为”真实手套”，可以为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段。在虚拟装配和医疗手术模拟中，数据手套是不可缺少的虚拟现实硬件的一个组成部分。
立体眼镜
三维眼镜是用于观看立体游戏场景、立体电影、仿真效果的计算机装置，是基于页交换模式(Pagefilp)的虚拟现实立体眼镜，分有线和无线两种，是目前最为流行和经济适用的VR观察设备。基于页交换模式(Pagefilp)的立体眼镜，分有线和无线两种。均为图形工作站用立体眼镜（Shutterglasses）许多专业软件都支持CrystalEyes，如机械CAD、产品可视化、仿真、分子建模、地理信息系统/测绘和医学成象等。彩色图像真实、高分辨率。
头盔显示器
无论是要求在现实世界的视场上同时看到需要的数据，还是要体验视觉图像变化时全身心投入的临场感，模拟训练、3D游戏、远程医疗和手术，或者是利用红外、显微镜、电子显微镜来扩展人眼的视觉能力，头盔显示器都得到了应用。比如军事上在车辆、飞机驾驶员以及单兵作战时的命令传达、战场观察、地形查看、夜视系统显示、车辆和飞机的炮瞄系统等需要信息显示的，都可以采用头盔显示器。在CAD/CAM操作上，HMD使操作者可以远程查看数据，比如局部数据清单、工程图纸、产品规格等。波音公司在采用虚拟现实硬件技术进行波音777飞机设计时，头盔显示器就得到了应用
三维空间跟踪仪
三维空间跟踪定位器是用于空间跟踪定位的装置，一般与其他VR设备结合使用，如：数据头盔、立体眼镜、数据手套等，使参与者在空间上能够自由移动、旋转，不局限于固定的空间位置，操作更加灵活、自如、随意。产品有六个自由度和三个自由度之分。
3D立体显示器
3D立体显示器是一项新的虚拟现实产品，过去的立体显示和立体观察都是在CRT监视器上戴上液晶光阀的立体眼镜进行观看，并且需要通过高技术编程开发才能实现立体现实和立体观察。而立体显示器则摆脱以往该项技术需求，不需要任何编程开发，只要您有三维模型，就可以实现三维模型的立体显示，只要用肉眼即观察到突出的立体显示效果，不需要带任何立体眼镜设备；同时，它也可以实现视频图像（如立体电影）的立体显示和立体观察，同样也无须戴任何立体眼镜
虚拟现实工作站
立体投影
立体投影仪，其构成中包括壳体、投影仪、偏振镜片、投影屏，投影屏和投影仪分别位于壳体前、后方，偏振镜片位于投影仪的投影镜头前面，投影仪和偏振镜片的数量各为2个，2个投影仪的水平轴线相交、投影图像在投影屏上重合。图像提供了一种结构简单的立体投影设备，可适宜多种场所，具有观看距离远，不易损伤视力，无辐射的安全使用性能，特别适宜作为家用立体投影设备使用。
多通道立体环幕系统
多通道环幕（立体）投影系统是指采用多台投影机组合而成的多通道大屏幕展示系统，它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率，以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。该系统可以应用于教学、视频播放、电影播放（现在很多影视院采用这种方式）等。多通道环幕（立体）投影系统由于其技术含量高、价格昂贵，以前一般用于虚拟仿真、系统控制和科学研究，近来开始向科博馆、展览展示、工业设计、教育培训、会议中心等专业领域发展。其中，院校和科博馆是该技术的最大应用场所。这种全新的视觉展示技术更能彰显科博馆的先进性和创新性，在今后若干年内不会被淘汰。
【 图像虚拟仿真事业部提供如下教学解决方案：】
图像是国内最早从事虚拟现实技术研究和制作的高新企业，在深圳、北京、美国、日本都拥有分公司，图像不断吸收和学习国外最先进的虚拟现实技术，在虚拟现实教学建设方面拥有一整套最优化解决方案。
一、数字城市系统
城市规划演示厅也被称之为数字城市教学。其主要目标和功能是提供城市规划、城市市政管理、房地产开发与管理、旅游规划以及数字地球（城市）的仿真模拟教学和科研平台。
图像凭借雄厚实力制作了国内最大的数字城市项目，可以为您提供数字内容制作和环幕硬件展示系统整体解决方案。
(图像城市规划演示系统—数字城市教学截图)
二、旅游导游教学
导游培训：培养熟练和优秀的导游是旅游专业的教学目标，但是旅游专业学校又面临教学过程中实习资源匮乏、而实地参观成本又高的难题。图像旅游虚拟仿真系统从导游和旅游专业特点出发，按照旅游专业的教学要求和实施特点，设计出适用于导游实训、旅游模拟、旅游规划、信息查询，景区导航，景区切换等功能模块。为旅游专业学校提供一站式解决方案。
（图像制作的旅游仿真教学）
三、物流仿真教学
（物流仿真教学）
学校教育，由于受到诸多条件的限制，大部分内容还停留在以书本为主的教学体系上。部分学校的学生现在能够在大三和大四年级，获得公司实习的机会，但是由于时间和实习单位的工作人员业务繁忙等原因情况，学生了解到的内容比较片面，了解到的业务单证也比较少，实践机会少，学生对业务的认识程度仍然相当低，缺乏感性认识。在走出学校前，为了使学生对整个的口岸物流有全面和相对深入的了解。图像联合业内人士，根据市场需求，可以为物流专业教学提供：3D仓储模拟实训系统、3D运输模拟实训系统、3D第三方物流模拟实训系统、3D集装箱与堆场模拟实训系统和3D供应链模拟实训系统等一系列解决方案。
四、虚拟维修拆卸教学
图像虚拟拆卸维修教学，充分的利用了 图像开发的这套虚拟拆装模拟培训系统，可以结合大屏幕提供给更多需要虚拟拆卸和虚拟维修以及虚拟组装的客户，让更多的人一起集中练习，提高培训的效率更加节省成本。
五、虚拟手术教学
虚拟手术是虚拟现实技术很高端的应用。国外已经可以利用传感设备进行医学学员的培训教学，甚至已经真正的做到了远程虚拟手术的效果。国内目前还没有这样的水平，不过 图像和科研机构联合，制作出人体的内部的三维模型和一些互动式的动作，同样能满足培训学员和手术新手的需要。
六、仿真驾驶教学
虚拟驾驶，也被称为汽车驾驶仿真，或汽车模拟驾驶。图像利用三维图像即时生成技术、汽车动力学仿真物理系统、大视场显示技术（如多通道立体投影系统）、六自由度运动平台（或三自由度运动平台）、用户输入硬件系统、立体声音响、中控系统等，让体验者在一个虚拟的驾驶环境中，感受到接近真实效果的视觉、听觉和体感的汽车驾驶体验。【 图像对于国内教学型虚拟教学建设的几点建议】
通常，一部分用户并不重视虚拟现实开发平台和虚拟现实控制系统部分，而该部分在虚拟现实系统中恰恰又是非常重要的，一个完善的集成控制手段能使用户很方便的使用虚拟现实系统，并能将虚拟现实系统中各个部分的功能充分地发挥出来，如果没有集成控制系统这部分，往往造成整个虚拟现实系统利用率低、系统管理困难、系统稳定性差、协同工作能力低下等等一系列问题。还有就是虚拟现实开发平台的采用上，最好采用通用性强的能和国际接轨的的虚拟现实开发平台，并注意以下几个方面：
1、用“平民化”的技术实现教学型虚拟教学的建设和应用
2、更新实验教学观念,重新认识虚拟教学
实践教学是单片机教学改革中十分重要的教学环节,是培养学生动手能力、创新思维的必需手段。当前,各个学校的单片机实验室都是购买一些实验板或者实验箱等设备来构建的,但是由于受资金的限制、以及容易损坏、维护费高的原因导致实物实验难以达到应有的效果。此时,虚拟实验室作为传统实验的重要补充,克服了诸多条件的限制,丰富了实践教学的手段[1],是单片机教学改革的重要组成部分。
1 基于Proteus软件的虚拟实验室
Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真及印制电路板设计软件[2],它可以仿真、分析各种模拟电路与集成电路,软件提供了大量模拟与数字元器件及外部设备,各种虚拟仪器,特别是它具有对单片机及其外围电路组成的综合系统的交互仿真功能。
Keil C51是德国Keil Software公司推出的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,它具有丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows操作界面,可以完成从工程建立和管理、编译、连接、目标代码生成、软件仿真等完整的开发流程,是单片机C语言软件开发的理想工具。
Proteus与Keil C51配合使用,可以在不需要硬件投入的情况下,完成单片机C语言应用系统的仿真开发,从而缩短实际系统的研发周期,降低开发成本。几台计算机,安装上Proteus电子仿真软件和集成开发环境软件Keil C51,就相当于一个设备先进、功能完善的虚拟实验室。
2 Proteus和Keil的联合仿真实例
下面以“简易数字钟(延时方式)”实践项目为例,利用虚拟实验室完成对延时、LED数码管、动态显示控制等知识模块的学习。
2.1 硬件设计
该实例的电路由AT89C51单片机,8位LED共阴极数码管和2个反向驱动器74LS04等元器件组成,在Proteus ISIS中绘制系统硬件原理图,如图1所示。
2.2 软件设计
该实践项目的软件在Keil中进行设计。首先在相应的工程项目中编辑创建源程序文件,取名为t1.c,再对该文件进行编译,生成目标代码文件(本例为t1.hex)。若编译失败,可对源程序进行修改调试直至编译成功。部分子程序清单如下:
2.3 联合仿真
把产生的目标代码文件(本例为t1.hex)添加入到硬件电路中的AT89C51内,然后运行仿真,即可看到仿真效果,如图2所示。
3 结论
单片机教学改革后,教学结果表明:如果利用传统的单片机实验室,不仅需要采购大量的硬件设备,而且设备维护工作量也非常巨大,浪费了较多的时间和经费。而基于Proteus和Keil C51的虚拟实验室单片机实践教学,在提高学生的知识水平、专业能力和专业素质方面具有明显的优势,同时降低了设计成本,缩短了开发周期,提高了效率。此外,学生还可以在课外独立设计,验证自己的系统,有助于培养学生的创新素质和创造能力[3],扩展了学生的思路,提高学生的学习兴趣。
参考文献
[1]岳冬梅.基于Proteus的虚拟实验室在实践教学中的应用[J].常州信息职业技术学院学报,2007(3).
[2]张秀国.单片机C语言程序设计教程与实训[M].北京:北京大学出版社,2008.
【关键词】Microchip PIC24F单片机；无线数据传输；Zigbee CC2530；串口通信
1.引言
随着科学技术的不断进步，传感器技术、数据采集技术、数字信号处理技术以及无线通信技术都得到了长足的发展，并已成为了国内外重点发展的科技领域之一[1]。传感器技术在工业、医疗、军事等众多领域中得到了广泛应用。传感器通过感知被测量，按照某一规律完成转换并输出信号。利用数据采集技术实现对信号的采集并进行相应的信号处理。当在一些现场环境复杂、恶劣或者是地处偏远的情况下，有限传输方式无法适应时，就需要采用无线传输方式来解决问题。
目前，无线传输的实现方案有多种，例如：无线局域网（WLAN）、ZigBee、红外线技术、蓝牙（Bluetooth）技术、RFID等[2]。WLAN技术主要特点是上下行速率高、建网快速、组网方式多、移动性强、组网成本低等；红外线技术实现的是点对点的通信，具有功耗低、体积小、简单易用等特点，但点对点之间不能有障碍物的阻挡；蓝牙技术具有多点连接、功耗小、高速率的特点[3]。
本文设计了一种基于Microchip PIC24F单片机的无线数据传输系统，该系统采用了Microchip PIC24F单片机作为CPU，采用Zigbee CC2530作为无线数据收发模块，具有电路结构设计简单、实用性强的特点。
2.无线传输系统设计
本文设计了一种基于Microchip PIC24F单片机的无线数据传输系统，该系统采用Zigbee CC2530作为无线数据收发模块，实现下位机和上位机之间的数据通信；采用Microchip PIC24F单片机作为系统CPU，一方面可以通过Microchip PIC24F单片机内部自带的A/D转换器实现数据的采集，另一方面通过SPI接口实现对Zigbee CC2530的控制。Microchip PIC24F单片机作为系统的CPU，还担负着信号处理的功能。当接收传感器的输出信号时，Microchip PIC24F单片机便可以实现数据的采集和处理，并将处理后的数据通过无线数据收发模块Zigbee CC2530进行无线数据的发送。在接收端依然采用无线数据收发模块Zigbee CC2530进行数据的接收，并送到Microchip PIC24F单片机中。为了可以利用PC机显示发送端上报的数据，采用了串口通信技术，实现了Microchip PIC24F单片机与PC机的数据通信。具体的系统设计方案如图1所示，包括了图1（a）无线传输系统发送端，图1（b）无线传输系统接收端。
2.1 Microchip PIC24F单片机电路
Microchip PIC24F单片机是美国微芯科技公司推出的16位单片机，采用nanoWatt XLP超低功耗技术，在深度休眠模式下，功耗低至20nA，具备16 MIPS的性能、电容触摸传感外设、8 KB RAM、32或64 KB闪存、10位A/D以及实时时钟和日历（RTCC）。该单片机还能够通过外设引脚选择重新配置数字I/O引脚。此外，该单片机具有44引脚QFN和TQFP封装和28引脚QFN、SOIC和PDIP封装。
2.2 无线收发模块CC2530电路
CC2530是TI公司推出的2.4GHz ISM频带的一款芯片，该芯片支持Zigbee/IEEE 802.15.4协议，并且该芯片内部集成了具有高性能射频收发器、工业标准的增强型8051MCU内核。该芯片内部具有8位和16位的定时器，256KB Flash ROM和8KB RAM，具有8个输入可配置的12位ADC，同时具备强大的DMA功能，支持5种工作模式，具备超低功耗系统，在接收和发送模式下，电流损耗分别为24mA。
2.3 串口通信电路
本设计中上位机部分为了实现Microchip PIC24F单片机与PC机之间的通信，采用了串口方式实现通信，即采用了MAX232实现。MAX232芯片是美信公司的一款电平转换芯片，按照RS-232标准串口设计，采用+5V单电源供电。
2.4 电源模块电路
本设计中系统外部供电电压为+5V，而Microchip PIC24F单片机和无线收发模块Zigbee CC2530都工作在+3.3 V，因此需要采用电源模块实现电压转换，采用了低压差线性稳压器TPS7333实现电压转换。
3.系统软件设计
系统软件设计包括下位机软件设计和上位机软件设计。前者主要是Microchip PIC24F单片机通过SPI口对Zigbee CC2530的控制，后者包括串口通信和主界面设计。
Zigbee CC2530片上集成的命令选通协处理器（CSP）提供了Microchip PIC24F单片机与无线电直接的接口，可以处理Microchip PIC24F单片机发出的命令。有程序执行和立即选通命令两种模式[7,8]。其中24字节的程序存储器用以存储软件算法，充当Microchip PIC24F单片机的协处理器。当命令选通协处理器（CSP）复位后，指令写指针复位到位置0，每次RFST写入期间指令写指针累加1，直到程序存储器的终点。命令选通协处理器（CSP）还具备4个寄存器，分别是CSPX、CSPY、CSPT和CSPZ。Microchip PIC24F单片机对他们可以读写，设置命令选通协处理器（CSP）运行所需的参数。程序执行模式下运行一个命令选通协处理器（CSP）的流程如图2所示。
4.结论
本文介绍了一种基于Microchip PIC24F单片机的无线数据传输系统，该系统采用了无线收发模块Zigbee CC2530实现无线数据的传输，采用了低功耗单片机Microchip PIC24FF449实现无线数据收发模块的SPI接口配置。该系统可以利用Microchip PIC24FF449单片机对多个传感器输出的信息量进行采集，并通过无线收发模块Zigbee CC2530实现无线数据传输。上位机部分接收数据后可通过串口通信方式将数据上传至PC机，并通过上位机主界面显示所需数据。由于采用了无线传输方式，该系统适用于各种条件复杂、恶劣或是偏远的安装场合，因此具有较高的应用价值。
参考文献
[1]蒋俊.基于PIC单片机的网络嵌入式系统研究[D].湖南师范大学,2009(10).
[2]张磊.基于PIC24系列微控制器的嵌入式实时操作系统的设计与实现[D].山东大学,2009(01).
[3]张雅洁.基于PIC单片机的电能质量检测仪[D].安徽理工大学,2010(06).
[4]杨占军,杨英杰.基于无线传输技术的多路温度数据采集系统设计[J].东北电力学院学报,2005(1):73-75.
[5]黄浩,李旭婷.ZigBee技术在智能家居中的应用[J].黑龙江科技信息,2011(25).
[6]喻金钱,喻斌.短距离无线通信详解[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009.
[7]李兴春,李恒文,张巍.基于Zigbee CC2530的温度数据无线采集系统的设计[J].仪器仪表用户,2007(2):51-52.
[8]郑陆君.基于ZigBee技术的低功耗电能参数无线监测系统[J].集成电路应用,2011(08).
作者简介：于强（1977—），山东龙口人，大学本科，毕业于黑龙江大学计算机技术专业，信息技术工程师，现供职于哈尔滨哈投投资股份有限公司供热公司。
U盘出现大大小小的问题，很多时候我们都可以通过一些措施及软件来解决，但是如果出现的是硬件故障，很多人就不知道怎样处理了，硬件故障一般出现在劣质的U盘上，由于U盘主体线路板的结构非常简单，其生产工艺也不需要太高深的技巧，因此多量化生产的后果造就了重量轻质的局面。
由于U盘本身质量问题，我们常会遇到这些情况：比如U盘接到电脑引起电脑死机、拷文件过程中U盘长时间卡住、拷文件的过程中U盘掉线、操作系统报不稳定设备后自动退出、设备接到电脑USB接口上时，完全没有识别到设备等情况。这些问题在一定程度上制约着对U盘内资料的获取的时效性，只需补焊或者更换电路板就可以解决。
导致U盘数据丢失的还有一个重要原因——固件层损坏，这得归结于人为因素。人们在使用U盘时常常不按安全移除设备的步骤拔取U盘，或者长时间把U盘与电脑连接都会导致U盘固件层的损坏，此外在传输数据的时候突然断电等意外情况也会使U盘内数据丢失。U盘固件层的一旦损坏，就很难修理了。
对于U盘固件层损坏而导致的数据丢失，建议尽量找大型的专业数据恢复公司来做。由于专门针对这类U盘固件层问题的数据恢复工具全球仅为两种——ACE-FLASH和效率源FLASH数据恢复大师，这两款FLASH芯片数据恢复工具对U盘恢复数据也同样不错，但对操作者要求更高。这两款软件在数据恢复工程师和U盘数据恢复工具设备的配备上也很强，如果说非要把ACE-FLASH和效率源FLASH数据恢复大师做一个选择性的比较。
双粒子联合冲击破岩仿真研究
单粒子冲击破岩与粒子冲击钻井的真实工况有一定的差异,因此,需要研究多粒子联合冲击破岩的规律.在双粒子联合冲击破岩条件下,利用LS-DYNA的参数化设计语言,采用无量纲化分析方法,选择粒子间距、直径、初速度和入射角度为设计变量,建立了它们与岩石破碎体积和侵入深度之间的关系,并绘制了它们之间的变化关系曲线图.进一步分析这些曲线图的`变化规律后发现:间距为0.25个左右的基准直径、粒子直径取0.8~1个基准直径、冲击初速度取每秒32 000~40 000个基准直径、入射角度为0°~40°,粒子冲击破碎岩石效果达到最佳或接近最佳.这些结果可以作为深入研究多粒子联合冲击破岩的参考依据.
作 者：伍开松 荣明 李德龙 况雨春 罗进军 作者单位：伍开松,荣明,况雨春,罗进军(西南石油大学,成都,610500)李德龙(新疆油田分公司,新疆,克拉玛依,834000)
刊 名：岩土力学 ISTIC EI PKU英文刊名：ROCK AND SOIL MECHANICS 年，卷(期)： 30(z1) 分类号：O347.3 关键词：双粒子 无量纲 冲击破岩 LS-DYNA 钻井第1章
1.1 1.2
第2章
2.1 2.2
第3章
3.1 3.2
第4章 预备知识.................................................2
振荡器分为两种：反射式和反馈式.................................................................................2 DRO分为两种：反射式和反馈式....................................................................................2
HFSS11产生S2P文件并在ADS中进行仿真....................4
HFSS11导出S2P文件......................................................................................................4 在ADS2008中对产生的S2P文件仿真...........................................................................5
放大管ATF36077的直流扫描和直流仿真......................6
直流扫描(目的：确定直流工作点VDS,VGS,ID,为设计偏置电路提供依据)...................6 直流仿真(目的：根据3.1确定的偏置点设计和仿真偏置电路)....................................8
S参数仿真..............................................10
第1章 预备知识
1.1 振荡器分为两种：反射式和反馈式
判断这两种形式振荡器是否能振荡的方法分别如下（1）反射式（VCO也属于这一种）
（2）反馈式
1.2 DRO分为两种：反射式和反馈式
本文介绍反馈式DRO的设计方法，其电路框图和大致的autoCAD版图如下：
11.78GDRO设计
第2章 HFSS11产生S2P文件并在ADS中进行仿真
概述：ADS中模型库中自带有一个介质和单根微带线耦合的模型，但是没有一个介质和两根微带线耦合，所以必须在HFSS中建立一个介质和两根微带线耦合的模型，并仿真出S曲线，导出S2P文件，最后导入ADS中进行联合仿真。
2.1 HFSS11导出S2P文件
（1）下面是模型和仿真得到的S21曲线
（3）导出S2P文件
HFSS---->Results--->Solution DATA---->Matrix Data--->Export Matrix Data 就是默认的格式不用改，导出来就是s2p文件了
11.78GDRO设计
2.2 在ADS2008中对产生的S2P文件仿真
概述：由第一章的预备知识可知，反馈式振荡器产生振荡必须同时满足幅度条件和相位条件，具体判断这个11.78GDRO是否能振荡的条件就是：
(1)放大器的增益大于谐振网络(DRO组成的窄带滤波器)的损耗(一般大10dB比较稳当)。
(2)放大器的相位和谐振网络、电路其他元件的相位相加必须为0(同相相加才能产生振荡)。仿真这个反馈式11.78GDRO的大概步骤如下：
(1)在ADS中仿真一个介质和两根微带线耦合模型(谐振网络)的S2P文件，通过S21得到谐振网络在11.78G处的插损和相位。(2)设计放大器，使放大器的增益大于谐振网络的插损；使放大器的相位和谐振网络、电路其他元件的相位相加为0。下面就先进行第(1)步，从而得到谐振网络在11.78G处的插损和相位。
由仿真结果可以看出：谐振网络的损耗只有0.4dB，相位为+152度。
那么接下来的任务就是设计放大器，使放大器的增益大于0.4(一般要大10dB左右，即10.4dB)；使放大器和电路其他元件的相位总和为-152度(即核心始终是：幅度条件和相位条件)。第3章 放大管ATF36077的直流扫描和直流仿真
3.1 直流扫描(目的：确定直流工作点VDS,VGS,ID,为设计偏置电路提供依据)首先分析ATF36077的datasheet，如下图，可见VDS不能超过+3V，ID不能超过45mA(典型值为25mA)，否则可能损坏器件。初步选择VDS=2.5V，ID=25mA。
下面在ADS2008中对ATF36077管进行直流扫描。(1)放入ATF36077管的模型
11.78GDRO设计
(2)放入直流仿真模板。Insert->Template->FET_curve_tracer。(3)连接好，并仿真。
注：(A)根据PDF，初步选择VDS=2.5V，ID=25mA
(B)FET需要D极(正电)和G极(负电)供电，但在某条件下如果G极需要的电压为0，则可直接把G极接地，从而只用给D极单电源供电，可简化设计。
以上两图是对VDS进行扫描。
以上两图是对VDS进行扫描。由仿真结果可以看出：
(A)VDS=2.5V时，VGS=0，从而可只对D极供电，简化了设计；(B)VDS=2.5V时，IDS=26mA，符合要求。
综上，最终确定直流偏置条件为：VDS=2.5V，VGS=0，IDS=26mA。
3.2 直流仿真(目的：根据3.1确定的偏置点设计和仿真偏置电路)(1)计算限流电阻。R=(5-2.5)V/26mA=96欧，取100欧。
(2)在G极和D极各串一个微带，这两根微带的尺寸就是放大器焊盘的尺寸(放大
11.78GDRO设计
器焊盘就是在autoCAD中画的版图那些)。
(3)在lumped-components中选中并放入限流电阻、DC_feed和DC_block。(4)串入探针，注意是有方向的。
(5)在D极放一个节点，目的是：观察D极电压是否是2.5V。
(6)最后的DC仿真电路图如下。
(7)仿真结果如下。
仿真结果为：VDS=2.5V，IDS=26mA，可见偏置电路设计成功。
第4章 S参数仿真
(1)放入S参数控件和稳定仿真控件。
(2)相应完善电路。
(3)开始仿真。注：ADS不能同时进行两种仿真，所以进行一种仿真时，其他仿真控件必须关闭。
(4)由仿真结果可见，11.78G处的K<1，放大器不稳定，改善的措施有两个：
(A)在D极和输出之间串联一个电阻R。原理：串联一个电阻R，就抵消了负阻，成为正阻(正阻：放大器；负阻：振荡器；正阻：消耗能量；负阻：向外提供能量)。串联一个电阻R可以改善稳定性，但是同时又会增大损耗，11.78GDRO设计
使放大器的增益G降低，所以设计时需要调增R的大小，使放大器在稳定性和增益两指标之间折中。(B)在D极和地之间串联一个电阻
现在我们采用(B)方法，电路结构和仿真结果如几图所示(注意多加那个隔直电容是为了防止D极的直流到地了)。
m1freq=11.78GHzStabFact1=1.0561.108.208.15m2freq=11.78GHzdB(S(2,1))=8.086StabFact11.08dB(S(2,1))1.06m18.108.058.007.95m21.041.0211.6011.6511.7011.7511.8011.8511.9011.9512.0011.6011.6511.7011.7511.8011.8511.9011.9512.00freq, GHz-75-80-85-90-95-10011.6011.6511.7011.7511.8011.8511.9011.9512.00freq, GHzphase(S(2,1))m3m3freq=11.78GHzphase(S(2,1))=-88.723
(5)由仿真结果可见，K>1，放大器已经稳定了。11.78G处S21的增益为8dB，11.78G处S21的相位为-88度。(6)下面的任务是：调节那两根微带(TL4和TL5)的长度(把TL4和TL5的长度设成变量l1)，使：幅度尽量大；相位为-152度。即满足振荡的幅度和相位条件。最后的仿真结果如下： freq, GHzm1freq=11.78GHzStabFact1=1.1841.211.208.108.05m2freq=11.78GHzdB(S(2,1))=7.985StabFact11.191.181.171.16m1dB(S(2,1))8.007.957.907.85m211.6011.6511.7011.7511.8011.8511.9011.9512.0011.6011.6511.7011.7511.8011.8511.9011.9512.00freq, GHz-140-145freq, GHzphase(S(2,1))-150-155-160-165m3m3freq=11.78GHzphase(S(2,1))=-152.56111.6011.6511.7011.7511.8011.8511.9011.9512.00
可见K>1，放大器的增益为8dB，放大器的相位为-152度，符合设计要求。下面串上介质和两个微带线模型的S2P文件进行开环分析！
(7)串上介质和两个微带线模型的S2P文件进行开环仿真！开环仿真的目的：调节电路的各个参数(一般是调整微带的长度)，使整个开环电路(放大器+由DRO组成的谐振网络的S2P文件+电路其他部分)的幅度比较大(即放大器的增益要比由DRO组成的谐振网络的损耗和电路其他部分的损耗之和大)，并且相位总和为0，即达到振荡的幅度和相位两个条件。freq, GHz(8)闭环仿真。
首先放入HB控件；为了仿真振荡器的相位噪声，需要串入OSCPORT控件。把第7步的开环电路串上OSCPORT控件(注意OSCPORT控件串在环路中的具体位置
11.78GDRO设计
还待研究？)，再连到放大器的输出端，形成闭合环路，就可以进行闭环仿真了。
下面几个图是需要对HB控件进行的设置。
11.78GDRO设计
