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物化实验1[精选]
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2.11电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数一.目的要求1.了解二级反应的特点,学会用图解计算法求取二级反应的速率常数.2.用电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数,了解反应活化能的测定方法.二.基本原理乙酸乙酯皂化是一个二级反应,其反应式为:在反应过程中,各物质的浓度随时间而变.某一时刻的OH-离子浓度可用标准酸进行滴定求得,也可通过测定溶液的某些物理性质而得到.用电导仪测定溶液的电导值G随时间的变化关系,可以监测反应的进程,进而可求算反应的速率常数.二级反应的速率与反应物的浓度的2次方有关.若反应物和NaOH的初始浓度相同(均设为c),设反应时间为t时,反应所产生的和的浓度为x,若逆反应可忽略,则反应物和产物的浓度时间的关系为:t=0cc00t=tc-xc-xxxt=∞→0→0→c→c上述二级反应的速率方程可表示为:.........(11.1)积分得:或.........(11.2)显然,只要测出反应进程中任意时刻t时的x值,再将已知浓度c代入上式,即可得到反应的速率常数k值.因反应物是稀水溶液,故可假定全部电离.则溶液中参与导电的离子有Na+、OH-和等,Na+在反应前后浓度不变,OH-的迁移率比的大得多.随着反应时间的增加,OH-不断减少,而不断增加,所以体系的电导值不断下降.在一定范围内,可以认为体系电导值的减少量与的浓度x的增加量成正比,即:t=tx=β(G0-Gt).........(11.3)t=∞c=β(G0-G∞).........(11.4)式中,G0和Gt分别是溶液起始和t时的电导值,G∞为反应终了时的电导值,β是比例系数.将(11.3)、(11.4)代入(11.2)得:.........(11.5)据上式可知,只要测出G0、G∞和一组Gt值,据(11.5)式,由对t作图,应得一直线,从其斜率即可求得速率常数k值.三.仪器与试剂 DDS-307型数字电导率仪 1台 恒温器 1套 秒表 1块 双管电导池 1个 移液管(20mL) 2支 DJS-1型铂黑电极 1支 洗耳球 1只 NaOH(0.0mol/L) 若干 CH3COONa(0.0100mol/L) 若干 CH3COOC2H5(0.0200mol/L) 若干四.实验步骤1.开启恒温水浴电源,将温度调至所需值(做两个相差10℃的温度下进行实验,低温应高于室温5℃以上!),如25℃/35℃或30℃/40℃。开启电导率仪的电源预热。2.G0的测定(1)洗净双管电导池并烘干,倒入适量0.01mol/LNaOH溶液(以能浸没铂黑电极并高出1cm为宜)。(2)用电导水洗涤铂黑电极,再用0.01mol/L溶液淋洗,然后插入电导池中。(3)将安装好的双管电导池置于已恒温的水浴中恒温10分钟。(4)测量溶液的电导(率)值,每隔2min测量一次,共3次。(5)更换0.01mol/LNaOH溶液,重复(3)(4)两步测定.若两组数据的测量误差超出允许范围内,则必须再次重复测定,直至符合要求为止。3.G∞的测定图11.1双管电导池实验测定过程不可能进行到t=∞,且反应也并不完全可逆,故通常以0.01mol/L的CH3COONa溶液的电导(率)值作为G∞,测量方法与G0的测量方法相同。但必须注意,每次更换测量溶液时,须用电导水淋洗电极和电导池,再用被测溶液淋洗三次。4.Gt的测定(1)电导池和电极的处理方法与上述相同,安装后置于恒温浴中恒温.(2)用移液管量准确取20mL0.0200mol/LNaOH溶液放入洗净并干燥的电导池的A管,盖上装好电导电极的橡皮塞;用另一支移液管吸取20mL0.0200mol/LCH3COOC2H5溶液注入电导池的B管中,盖上带洗耳球的橡皮塞,置于恒温水浴中恒温至少10min。(3)用洗耳球从B管压气,将CH3COOC2H5溶液快速压入A管中,溶液压入一半时,开始记时,并继续压气,将B管中的溶液全部压入A管,放手,让洗耳球将A管中的溶液吸入B管,约到一半时,再用力压洗耳球,使B管中溶液再次全部进入A管.如此反复几次,使溶液混合均匀,并立即测量溶液的电导(率)值.压气时注意不要使溶液冲出!(4)每隔1min测量一次,直至电导(率)值基本不变为止。除记录第一个数据的外,其它各数据在测量时,应该尽量保持在整数分钟时测定,以便于进行数据处理。整个反应约需时45min～1h。(5)反应结束后,倒掉反应液,洗净电导池和电导电极.按步骤3方法重新测量G∞,若所得结果与前次基本一样,则可进行下一步实验。5.反应活化能的测定按前述各步,重新测定另一温度下的反应速率常数,按阿仑尼乌斯(Arrhenius)公式计算反应的活化能:或.........(11.6)式中,k1、k2分别是温度T1、T2时反应的速率常数,Ea即为反应的活化能。五.数据处理1.
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基于DM6446嵌入式虹膜识别系统的电源设计与实现
[导读]摘要：为了实现嵌入式虹膜识别系统的稳定工作，提出了一种基于软件关机电路的电源系统设计方案，并完成系统的硬件设计。该系统的硬件设计主要分为全局电源，内核电源和I/O模块电源3大部分，能够满足虹膜识别系统的所
摘要：为了实现嵌入式虹膜识别系统的稳定工作，提出了一种基于软件关机电路的电源系统设计方案，并完成系统的硬件设计。该系统的硬件设计主要分为全局电源，内核电源和I/O模块电源3大部分，能够满足虹膜识别系统的所有器件功耗需求。实际应用表明，该电源具有软件可操作性，能够使TMS320DM6446内核达到长期且稳定工作的特点，满足了设计需求。
关键词：嵌入式虹膜识别系统;DM6446;软件关机电路;内核电源
随着社会和科技的发展，身份认证的重要性日益显现。传统的身份识别方式由于其固有的局限性已远远不能满足要求，于是迫切希望有一种安全可靠、易于使用的鉴别身份方式。虹膜识别以其非接触的采集方式，最精确的识别方法，居于生物特征识别系统的首位。目前，虹膜识别系统实现平台可分为基于PC机的虹膜识别系统和基于嵌入式的虹膜识别系统两大类。前者主要用于国防等国家大型管理系统等领域;而后者适用于小范围认证，信息处理量不大，系统结构较为简单的高安全级别门禁系统等领域。
本课题研究开发了基于DM6446的嵌入式虹膜系统，主要研究工作分为3部分：虹膜嵌入式硬件系统的实现、Linux操作系统下驱动编写和虹膜算法在DSP上的移植与优化。本文重点阐述在该嵌入式硬件系统实现过程中的电源设计。根据业界硬件工程师的设计电路经验，电源设计是电路设计的核心，只有电源在长期稳定地工作条件下，嵌入式系统的各个模块才可能完成其相应的工作。因此，电源的设计与实现在该嵌入式系统中占有至关重要的作用。
1 全局电源设计
在本系统中，通过考察各模块电路和芯片参数等多方面因素，确定了整个系统的全局电源为5V输出;由于DM6446中的ARM内核和DSP内核等均为高功耗模块，所以在全局电源设计中，应考虑系统的最大功耗，使其能维护整个模块系统能正常稳定工作，并杜绝过度发热现象。
综上所述，定义全局电源输出电压：Vo=5 V，负荷电流：Io-TYP=12 A，输入电压Vin-TYP=12 V，软启动时间tss=5
ms。选用LM3150降压电源芯片，其输入电压范围可达到6～24 V，输出电流最高达12 A，达到设计要求。
1.1 设计输出电压
全局稳压电源电路图如图1所示，根据输出电压计算公式：
1.2 使能端软件关机电路
该电路使用隔离的小电压控制LM3150电源的使能引脚(EN)，保证了单片机控制电路引脚不受倒灌的高电压侵害。
软件关机电路图如图2所示，在调试阶段，焊接R52电阻，使得Q1基极为低，Q1断开，Power_On端经R10接地，使得LM3150电源电路停用;当不焊接R52电阻时，Q1基极为高电平，Q1导通，此时，Power_on端电压
，由于VPower_on&1.26
V时，启动LM3150电源电路。(注：此时的VPower_on可依据电阻的不同阻值任意调节，实现了小电压控制某大电压通断)
在软件关机电路中，将单片机的引脚连接到Power_set端，当Power_set端为高电平时，Q2导通，使Q1基极为低;当Power_set端为低电平时，Q2断开，使Q1基极为高电平。以实现用单片机控制整个电路电源的通断，并解决了LM3150反馈电流倒灌使单片机烧毁的问题。
2 内核电源设计
根据DM6446内核功耗表，如表1所示，在频率达到594 MHz的情况下，内核电压为1.2 V，功耗为1.05 W，内核所需电流为：
本系统设计时，采用了810 MHz的DM6446，其内核功耗会高于1.05 W，所需内核电流也高于0.875 A，其内核电压为1.3
V;并且在系统板中的FPGA(EP3C55F780)所需内核电压为1.2 V，综上两种因素的考虑，因此，其一，内核电源需提供1.2 V和1.3
V两种不同电压;其二，为使810 MHz的DSP内核能稳定工作，需为其提供功耗余量，提供的最大电流控制在3A左右。
设计时采用TPS54386电源芯片，它不仅能提供最大为3 A的大电流，而且还是双电压输出模式。内核电源的典型电路图如图3所示。
设计反馈电阻R1和R2以保证输出电压为理想输出电压。如图4所示TPS54386反馈电路。
3 I/O模块电源设计
对于DSP外围I/O口模块电压分别为1.8 V和3.3 V，同样采用TPS54386电源芯片，依据以上的设计方法：
在设计过程中，如图5，图6所示，考虑到DSP内核的上电时间应比I/O模块的上电时间提前或同时发生，而两模块供电又是分开的，因此需设计硬件延迟电路。
(其中，VTH=1.2 V、IENX=6&A、R=51 k&O)，这里取C=12 pF时，延迟时间为tDELAY=100 ns。
3.1 CVDD和CVDDSP的隔离
ARM内核和DSP内核上电顺序如图7所示，DSP内核的上电时间晚于ARM内核的上电时问，ARM上电后，使整个系统开始正常运转，而进行数据处理的DSP内核应在ARM上电一段时间后上电或不上电。所以对其提供1.3
V电压时，两内核之间需使用功率电感延迟电流，起到隔离的作用。设计时，将CVDD直接连接1.3 V电源，而CVDDSP经过一个功率电感后，再连接1.3
3.2 PLL电源设计
开关电源干扰主要来源于工频电流的整流波形和开关操作波形，这些波形的电流泄露到输入部位就成为传导噪声和辐射噪声，泄露到输出部位就形成了纹波问题。PLL外部电路如图8所示，考虑到电磁兼容性的有关要求，在外部设计时加入EMI滤波网络，隔离外部电源纹波引入，抑制开关电源上的干扰。
3.3 DAC内核电压和模拟I/O电压的设计
由于DSP内核电压(Vcore=1.3 V)不能直接供给DAC内核(VDDAIPIV=1.2
V)，为增强DAC内核电源稳定性，如图9所示，采用功率电感L21，L22进行纹波滤波处理。而DAC的参考电压0.5
V无需吸入大电流，因此直接选用稳压二极管就能实现。模拟I/O电压VDDAIP8V=1.8 V，设计方法与上相同。
3.4 DDR2电源设计
DDR2外部电路图如图10所示，DVDDR2通过EMI滤波网络将1.8
V电压接入到DDR_VDDDLL引脚，实现对DDR2供电的目的;由于DDR2接口端输入阻抗大，所以DDR_VREF参考电压通过两个阻值为1
k&O的电阻分压为0.9 V。
嵌入式虹膜识别系统的电源网络采用软件关机电路进行控制，满足了810
MHz的DSP等各类高功耗内核的需求，并解决了内核上电时序先后顺序及其延时问题，提高了系统的稳定性和可靠性。该嵌入式虹膜识别系统现已量化投产，并成功投入社会使用。根据其实际应用表明，该电源系统具有可控性好、电压稳定、宽输入电压，并满足嵌入式系统所有器件功耗需求等的特点，达到了设计要求。
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