導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電路設(shè)計開發(fā)流程，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：集成電路設(shè)計；版圖；CMOS

作者簡介：毛劍波（1970-），男，江蘇句容人，合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，副教授；汪濤（1981-），男，河南商城人，合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，講師。（安徽?合肥?230009）

基金項目：本文系安徽省高校教研項目（項目編號：20100115）、省級特色專業(yè)項目（項目編號：20100062）的研究成果。

中圖分類號：G642?????文獻標(biāo)識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）23-0052-02

集成電路（Integrated Circuit）產(chǎn)業(yè)是典型的知識密集型、技術(shù)密集型、資本密集和人才密集型的高科技產(chǎn)業(yè)，是關(guān)系國民經(jīng)濟和社會發(fā)展全局的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心和關(guān)鍵，對其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有巨大的支撐作用。經(jīng)過30多年的發(fā)展，我國集成電路產(chǎn)業(yè)已初步形成了設(shè)計、芯片制造和封測三業(yè)并舉的發(fā)展格局，產(chǎn)業(yè)鏈基本形成。但與國際先進水平相比，我國集成電路產(chǎn)業(yè)還存在發(fā)展基礎(chǔ)較為薄弱、企業(yè)科技創(chuàng)新和自我發(fā)展能力不強、應(yīng)用開發(fā)水平急待提高、產(chǎn)業(yè)鏈有待完善等問題。在集成電路產(chǎn)業(yè)中，集成電路設(shè)計是整個產(chǎn)業(yè)的龍頭和靈魂。而我國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)的發(fā)展遠滯后于計算機與通信產(chǎn)業(yè)，集成電路設(shè)計人才嚴重匱乏，已成為制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此，培養(yǎng)大量高水平的集成電路設(shè)計人才，是當(dāng)前集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展中一個亟待解決的問題，也是高校微電子等相關(guān)專業(yè)改革和發(fā)展的機遇和挑戰(zhàn)。[1-4]

一、集成電路版圖設(shè)計軟件平臺

為了滿足新形勢下集成電路人才培養(yǎng)和科學(xué)研究的需要，合肥工業(yè)大學(xué)（以下簡稱“我校”）從2005年起借助于大學(xué)計劃，和美國Mentor Graphics公司、Xilinx公司、Altera公司、華大電子等公司合作建立了EDA實驗室，配備了ModelSim、IC Station、Calibre、Xilinx ISE、Quartus II、九天Zeni設(shè)計系統(tǒng)等EDA軟件。我校相繼開設(shè)了與集成電路設(shè)計密切相關(guān)的本科課程，如集成電路設(shè)計基礎(chǔ)、模擬集成電路設(shè)計、集成電路版圖設(shè)計與驗證、超大規(guī)模集成電路設(shè)計、ASIC設(shè)計方法、硬件描述語言等。同時對課程體系進行了修訂，注意相關(guān)課程之間相互銜接，關(guān)鍵內(nèi)容不遺漏，突出集成電路設(shè)計能力的培養(yǎng)，通過對課程內(nèi)容的精選、重組和充實，結(jié)合實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的開展，構(gòu)成了系統(tǒng)的集成電路設(shè)計教學(xué)過程。[5，6]

集成電路設(shè)計從實現(xiàn)方法上可以分為三種：全定制（full custom）、半定制（Semi-custom）和基于FPGA/CPLD可編程器件設(shè)計。全定制集成電路設(shè)計，特別是其后端的版圖設(shè)計，涵蓋了微電子學(xué)、電路理論、計算機圖形學(xué)等諸多學(xué)科的基礎(chǔ)理論，這是微電子學(xué)專業(yè)的辦學(xué)重要特色和人才培養(yǎng)重點方向，目的是給本科專業(yè)學(xué)生打下堅實的設(shè)計理論基礎(chǔ)。

在集成電路版圖設(shè)計的教學(xué)中，采用的是中電華大電子設(shè)計公司設(shè)計開發(fā)的九天EDA軟件系統(tǒng)（Zeni EDA System），這是中國唯一的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的EDA工具軟件。該軟件與國際上流行的EDA系統(tǒng)兼容，支持百萬門級的集成電路設(shè)計規(guī)模，可進行國際通用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，它的某些功能如版圖編輯、驗證等已經(jīng)與國際產(chǎn)品相當(dāng)甚至更優(yōu)，已經(jīng)在商業(yè)化的集成電路設(shè)計公司以及東南大學(xué)等國內(nèi)二十多所高校中得到了應(yīng)用，特別是在模擬和高速集成電路的設(shè)計中發(fā)揮了強大的功能，并成功開發(fā)出了許多實用的集成電路芯片。

九天EDA軟件系統(tǒng)包括ZeniDM（Design Management）設(shè)計管理器，ZeniSE（Schematic Editor）原理圖編輯器，ZeniPDT（physical design tool）版圖編輯工具，ZeniVERI（Physical Design Verification Tools）版圖驗證工具，ZeniHDRC（Hierarchical Design Rules Check）層次版圖設(shè)計規(guī)則檢查工具，ZeniPE（Parasitic Parameter Extraction）寄生參數(shù)提取工具，ZeniSI（Signal Integrity）信號完整性分析工具等幾個主要模塊，實現(xiàn)了從集成電路電路原理圖到版圖的整個設(shè)計流程。

二、集成電路版圖設(shè)計的教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)結(jié)合九天EDA軟件的功能特點，在本科生三年級下半學(xué)期開設(shè)了為期一周的以九天EDA軟件為工具的集成電路版圖設(shè)計課程。

篇2

文文介紹了單片機控制的電動機Y-啟動電路設(shè)計，該設(shè)計是一個以弱電控制強電的設(shè)計，有多方面的功能，為智能控制和精確控制電動機的啟動提供了合理有效的解決方案。本文對系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行了詳細的闡述，并論述了各環(huán)節(jié)中的硬件電路設(shè)計，針對軟件設(shè)計與硬件的綜合調(diào)試進行了全面的分析，以實現(xiàn)弱點控制強電為目的，并通過獨立式鍵盤對電動機的啟動進行調(diào)控，該設(shè)計經(jīng)過調(diào)試和檢測，實現(xiàn)了設(shè)計任務(wù)的各種指標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】單片機 電動機啟動 電路設(shè)計

在我們生活中的各個領(lǐng)域隨處可見單機片的蹤跡：計算機網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸、各種智能IC卡、轎車的安全系統(tǒng)、攝影機、飛機上的各種控制儀表，甚至電子寵物和程控玩具，都離不開單片機的應(yīng)用。在工業(yè)中，電動機的星三角啟動的應(yīng)用十分廣泛，隨著技術(shù)自動化的普及，工業(yè)中也出現(xiàn)了很多自動機器，人們將原本需要人來控制的電動機啟動的工作交給了單片機，不僅防止了很多意外的發(fā)生，同時也提高了電動機的生產(chǎn)效率。

1 單片機控制的電動機Y-Δ啟動電路的總體設(shè)計任務(wù)和選擇

首先要設(shè)計一個單片機控制的電動機Y-Δ啟動，設(shè)置3秒鐘的啟動時間，并通過按鍵設(shè)置電動機Y-Δ進行操作運行和終止。該設(shè)計的基本要求和主要內(nèi)容有：控制器要采用STC89C52RC單機片；電動機的選擇要用三相異步電動機；正5V電源需要選用LM7805三端不可調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓集成器來實現(xiàn)；在弱電控制強電模塊中選用DC5V繼電器；在電動機運行模塊中要采用220V的交流接觸器；顯示模塊要用兩位級聯(lián)共陰數(shù)碼管；設(shè)置模塊需要通過獨立式鍵盤來進行設(shè)置和調(diào)控；指示模塊需選用不同顏色的發(fā)光二極管進行指示操控。

根據(jù)上述任務(wù)設(shè)計的要求，經(jīng)分析探討，基于單片機定時器系統(tǒng)的設(shè)計中包括的內(nèi)容有：電源模塊、定時模塊、控制器模塊、顯示模塊、設(shè)置模塊以及指示模塊。

2 單片機控制的電動機Y-Δ啟動電路中系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的硬件電路設(shè)計

2.1 電源模塊電路

該設(shè)計通過+5V直流電壓來供電，一般來說，直流穩(wěn)壓電源的組成部分有電源變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓電路。電源變壓器是把交流電網(wǎng)中220V的電壓轉(zhuǎn)換成為比所需要的值，交流電壓經(jīng)過整流電路變?yōu)槊}動的直流電壓，因為脈動的直流電壓中含有大幅度的紋波，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動、溫度和負載發(fā)生變化時穩(wěn)壓電路能夠繼續(xù)保持直流電壓的穩(wěn)定，選用輸出電壓為+5V的三端集成穩(wěn)壓器LM7805，變壓器會將電網(wǎng)220V的電壓轉(zhuǎn)為+9V，通過發(fā)光二極管橋式整流之后，送入LM7805的輸入端。

2.2 復(fù)位和晶振電路

單片機在平時復(fù)位端電平是0，單片機復(fù)位主要通過按鍵高電平復(fù)位，該設(shè)計中的復(fù)位電路既能用于操作復(fù)位，也能實現(xiàn)上電復(fù)位。通電時，電極兩端可看做短路，RESET端電壓逐漸下降，也就是低電平，此時單片機開始工作。LED發(fā)光二極管在復(fù)位電路中主要用來指示電路電源是否安全接通，晶振電路采用的是外部無源晶振，晶振值選用12MHz，兩個諧振電容取值為30PF。

2.3 弱電控制強電電路

電氣觸頭可通過電流，可以把強電接觸器的線圈直接接在弱電繼電器觸頭上，如果弱電繼電器觸頭可通過電流，可在其上加一個中間繼電器以控制強電。

2.4 電動機運行模塊電路

電動機的電源通斷可以通過單片機控制的接觸器主觸頭加以控制，同時電機的星型啟動三角運行的效果可由單片機的定時來轉(zhuǎn)換。

2.5 電路設(shè)置

設(shè)置電路的過程中，電路可通過獨立式鍵盤的設(shè)置和調(diào)控加以控制，采用P2口作為獨立式鍵盤的行線，在這里不必加上拉電阻。

2.6 電路指示

此設(shè)計主要采用發(fā)光二極管作為指示燈，將發(fā)光二極管接在接口處，當(dāng)兩端的電壓差超出自身導(dǎo)通壓降時就會開始工作，此時的電流要滿足電流和電壓的要求，并與發(fā)光二極管的電流相適應(yīng)，二極管才可以正常發(fā)光。在發(fā)光二極管的連接處接入一個電阻，此電阻能夠通過對二極管圖電流的限制以減小耗損。該設(shè)計在+5V的電壓作用下采用510歐對電阻進行限流，二極管會在不超出單片機的最大限流的前提下正常工作。

3 單片機控制的電動機Y-Δ啟動電路中的軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)主程序流程

系統(tǒng)設(shè)計的整個過程在系統(tǒng)主程序流程中的具體表現(xiàn)如下：

首先，可以對系統(tǒng)進行初始化，包括地址的常量定義、初始化單片機各端口、資源分配、初始化電動機的啟動時間和定時器、設(shè)置推棧指針等。其次，能夠調(diào)用啟動時間處理程序，電動機的啟動時間為十六進制數(shù)，存儲在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，如果要顯示出數(shù)碼管，就要進行十進制進行區(qū)分，并且每一位都存在不同的單元。最后，可以調(diào)用啟動時間以顯示程序，在顯示程序當(dāng)中，要對顯示的數(shù)值進行滅0處理，當(dāng)啟動的時間十位是0的話，將不顯示該位，以降低閱讀差錯。先控制數(shù)碼管的位碼，選中要點亮的數(shù)碼管，此時將顯示出段碼。

3.2 程序設(shè)計和軟件調(diào)試

程序流程圖設(shè)計好之后就可以根據(jù)流程圖編寫程序了，該設(shè)計采用匯編語言編寫，經(jīng)調(diào)試，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計任務(wù)的要求。軟件的調(diào)試通過應(yīng)用KEIL軟件和ISIS軟件仿真電路進行操作和控制，應(yīng)用KEIL軟件調(diào)試后會生成HEX文件，先對設(shè)計中的各個環(huán)節(jié)進行調(diào)試，再對主程序進行調(diào)試，最后將各部分程序連接起來進行整體調(diào)試。

4 結(jié)論

綜上所述，本設(shè)計開發(fā)了一種適用于人們的生產(chǎn)生活的，在單片機的基礎(chǔ)上控制電動機星三角啟動的定時裝置。同時，對系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行了詳細的闡述和分析，論述了各環(huán)節(jié)中的硬件電路設(shè)計，針對軟件設(shè)計與硬件的綜合調(diào)試進行了全面的分析，以實現(xiàn)弱點控制強電為目的，并通過獨立式鍵盤對電動機的啟動進行調(diào)控，該設(shè)計經(jīng)過調(diào)試和檢測，實現(xiàn)了設(shè)計任務(wù)的各種指標(biāo)。

參考文獻

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篇3

關(guān)鍵詞：汽車；自動空調(diào)控制系統(tǒng)；設(shè)計分析

引言

近年來，汽車市場消費呈現(xiàn)逐漸增長的趨勢，消費者也越來越看重汽車的整體性能，要求盡可能的改善汽車的駕駛環(huán)境，提高駕車體驗。汽車空調(diào)，作為汽車的一個關(guān)鍵舒適功能件，其當(dāng)前的主要調(diào)控方式為手動控制和少量自動控制，總體上檢測性不高，控制效果較差。針對這一問題，必須要強化對汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)力度，實現(xiàn)汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)性能的最優(yōu)化。

1 汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成分析

本研究中汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)的控制核心為PIC單片機，包括人機交互、執(zhí)行驅(qū)動、傳感器及控制芯片四個單元，在控制芯片和CAN總線的作用下，控制系統(tǒng)的執(zhí)行驅(qū)動單元、傳感器能夠有效的聯(lián)系起來。

同傳統(tǒng)的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)相比，研制的汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)一方面具有手動控制的功能，另一方面還應(yīng)該具備良好的自動調(diào)控性能。當(dāng)汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)處在自動調(diào)控的情況下，系統(tǒng)內(nèi)部的傳感器能夠?qū)ζ噧?nèi)/外部溫度、光照強度、車內(nèi)濕度、蒸發(fā)器及發(fā)動機水溫等狀況進行實時性的監(jiān)測，綜合把握多方面的狀況，根據(jù)周圍環(huán)境各項參數(shù)，對汽車內(nèi)部的溫度環(huán)境進行優(yōu)化調(diào)整[1]。此外，當(dāng)汽車內(nèi)含有較多的有害物質(zhì)或人工設(shè)置的溫度狀況與實際狀況不統(tǒng)一時，在控制系統(tǒng)芯片的作用下，借助驅(qū)動單元能夠使各個機構(gòu)高效的運行，將相關(guān)參數(shù)一一呈現(xiàn)在汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)的顯示面板中，便于更好的了解和掌握自動空調(diào)控制系統(tǒng)的實際狀況。

2 汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 溫度檢測電路設(shè)計

本研究中汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)的溫度傳感器動包括五路，分別發(fā)揮對車內(nèi)部、外部溫度進行實時性的采集，對發(fā)動機溫度進行采集，對蒸發(fā)器溫度進行采集的功能，除了發(fā)動機溫度采集電路系統(tǒng)之外，其他的溫度傳感器電路相一致。由瑞士盛思銳企業(yè)所提供的SHT11系列貼片型溫濕度傳感器是溫度監(jiān)測電路的關(guān)鍵構(gòu)成，該電路中設(shè)置的溫濕度傳感器為建立在CMOSensTM技術(shù)基礎(chǔ)上的單片全校準(zhǔn)溫濕度傳感器。汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)的溫度檢測電路可以將數(shù)字量通過直接的方式輸出，聚合體濕度敏感、溫度敏感兩大元件共同構(gòu)成了溫度檢測電路的芯片，前者為電容式，能夠使?jié)穸绒D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，而后者?yīng)用的原料為能帶隙材料，電信號通過溫度轉(zhuǎn)化而來[2]。

在設(shè)計控制系統(tǒng)溫度檢測電路的過程中，在微弱電荷信號放大器的作用下，可以對電信號進行放大處理，之后利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（14位）進行進一步的操作，最后到達單片機同步串口。

2.2 控制芯片設(shè)計

汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)中的控制芯片為pic18f2480-iso單片機，在接收由傳感器傳送的信號后，對其進行處理和有效的轉(zhuǎn)化，生成操控系統(tǒng)部件的控制信號，對系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)進行相應(yīng)的控制，例如：新風(fēng)、混合或模式風(fēng)門，為系統(tǒng)控制功能的實現(xiàn)奠定堅實的基礎(chǔ)[3]。自動空調(diào)控制電路中使用的單片機主要涵蓋模數(shù)轉(zhuǎn)換通道（分辨率為10位，共十三路）、可編程定時器/計數(shù)器（8位一個，16位3個）及輸入捕捉/輸出比較/脈寬調(diào)制模塊（兩路）。

2.3 鼓風(fēng)機控制電路設(shè)計

鼓風(fēng)機控制電路也是汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計的重要部分，該電路中使用的是直流鼓風(fēng)電機，在實際調(diào)控風(fēng)量的過程中，需要通過調(diào)節(jié)直流電機轉(zhuǎn)速的方式來實現(xiàn)。本研究對電機運行轉(zhuǎn)速進行控制的主要途徑就是脈寬調(diào)制，脈寬調(diào)制信號能夠從芯片脈沖寬度調(diào)制端口獲取，該信號具有占空比可調(diào)的特點，直流電機正反轉(zhuǎn)和調(diào)速軍利用L298N進行調(diào)控，將電機的風(fēng)速控制在有效的范圍內(nèi)。

2.4 空氣質(zhì)量檢測電路設(shè)計

設(shè)計空氣質(zhì)量檢測電路時，為了最大限度的降低車內(nèi)有害物質(zhì)對用戶健康的損害，需要嚴格的監(jiān)測有害氣體的含量是否超出了標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并及時性的通風(fēng)，增大空氣的更換率[4]?？梢詰?yīng)用新型的三電極體系電化學(xué)氣體傳感器，根據(jù)相應(yīng)電阻數(shù)值的大小對二氧化碳、一氧化碳及碳氫化合物、氮氧化物等氣體含量進行測試，提高空氣的質(zhì)量。

2.5 風(fēng)門驅(qū)動控制電路設(shè)計

在系統(tǒng)風(fēng)門驅(qū)動控制電路中，可以通過開關(guān)調(diào)節(jié)混合風(fēng)門的方式，實現(xiàn)冷、熱風(fēng)比例的最優(yōu)化，從而使用戶設(shè)置的溫度參數(shù)與實際狀況相符，保證輸出合理的溫度。直流電機是混合風(fēng)門的主要運行動力，該執(zhí)行機構(gòu)包括除霜、吹腳除霜、吹腳/頭等多個檔位，能夠調(diào)整成內(nèi)/外循環(huán)、百分之三十新風(fēng)等新風(fēng)風(fēng)門檔。電機位置信號信息可以被芯片所獲得，如果電機實際狀況同設(shè)置規(guī)定不符，會通過SH-2043芯片的控制指令做出相應(yīng)的調(diào)整。

3 汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計及測試結(jié)果

通過C語言編寫程序?qū)ζ囎詣涌照{(diào)控制系統(tǒng)進行開發(fā)設(shè)計，使得系統(tǒng)軟件的后期升級操作簡便化，方便進行調(diào)試，且可讀性良好。汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵控制程序分為以下幾個部分：控制鼓風(fēng)機、控制風(fēng)門、檢測參數(shù)/按鍵和初始化等。完成初始化操作后，系統(tǒng)要先對車內(nèi)部和外部的溫度進行檢測，得到有關(guān)風(fēng)門、蒸發(fā)器等部件的溫度信息，對按鍵值進行掃描操作[5]。如果用戶與實際的參數(shù)數(shù)據(jù)不同，需要應(yīng)用到鼓風(fēng)機、風(fēng)門的調(diào)節(jié)子程序，使執(zhí)行機構(gòu)進行有效的運行。在制冷情況下，對控制系統(tǒng)進行測試，表明本研究中的控制系統(tǒng)能夠?qū)ζ噧?nèi)部的溫度進行高效的調(diào)控。

綜上所述，基于PIC單片機基礎(chǔ)上的汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)具有良好的性能，通過相應(yīng)的設(shè)計開發(fā)方案，可以保障系統(tǒng)的實用性，有效的提高了系統(tǒng)的整體可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)精細化的調(diào)控和管理，提高用戶的滿意度，獲得了較大的效益。

參考文獻

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篇4

在系列產(chǎn)品開發(fā)過程中與企業(yè)進行項目合作,同行業(yè)一線專家一起進行技術(shù)開發(fā),并共同進行課程開發(fā)和實驗室建設(shè),建立工廠化的專業(yè)實習(xí)實訓(xùn)基地;借助項目合作企業(yè)的連鎖經(jīng)營或者特許經(jīng)營,所有學(xué)生自己制作的產(chǎn)品經(jīng)檢驗合格后,都可以通過合作企業(yè)正式對外銷售,達到產(chǎn)學(xué)合作的目的。從系統(tǒng)論角度研究,將人才培養(yǎng)系統(tǒng)設(shè)計分為頂層設(shè)計、中間層設(shè)計、底層設(shè)計三個部分。

1.1頂層設(shè)計—系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以設(shè)計為:信息采集、信息統(tǒng)計和人才培養(yǎng)方案設(shè)計的組織和實施部門為教務(wù)處,而實施部門為教學(xué)系部;課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的組織部門為教學(xué)系部,實施部門為相應(yīng)教研室;課程教案設(shè)計與執(zhí)行的組織部門為教研室,實施部門為教師,共同組成了教學(xué)系統(tǒng)。

1.2中間層設(shè)計—人才培養(yǎng)方案與課程體系設(shè)計

課程體系設(shè)計采用目標(biāo)模式的任務(wù)分解的設(shè)計方法。基于目標(biāo)模式的任務(wù)分解課程體系設(shè)計方法,目標(biāo)分解然后具體化為任務(wù),任務(wù)分解然后具體化為核心課程。這樣來實現(xiàn)由宏觀到微觀,由抽象到具體的人才培養(yǎng)方案或課程體系設(shè)計過程。目標(biāo)的實現(xiàn)要體現(xiàn)在具體任務(wù)的完成中,所以任務(wù)是目標(biāo)的具體化。而任務(wù)的實現(xiàn)要體現(xiàn)到具體課程實現(xiàn)中,所以課程又是任務(wù)的具體化,如此完成課程體系的構(gòu)造。實現(xiàn)目標(biāo)的任務(wù)可以是不同的,這體現(xiàn)了異曲同工之效,因此就可在不同學(xué)校的同一個專業(yè),通過任務(wù)設(shè)計的不同而體現(xiàn)各自的特色。人才培養(yǎng)方案設(shè)計中,總目標(biāo)是提高運用知識解決實際問題的能力。該目標(biāo)分解為基礎(chǔ)能力目標(biāo)、專業(yè)能力目標(biāo)和社會能力目標(biāo)。通過“系列產(chǎn)品(項目)驅(qū)動”、“校企合作、訂單培養(yǎng)”等方式著重培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力;將社團、勤工助學(xué)、創(chuàng)業(yè)孵化基地等活動融入到社會能力課程模塊,引導(dǎo)學(xué)生把情商相關(guān)理論知識用于實際過程,實現(xiàn)學(xué)生情商的提升,促進社會能力的培養(yǎng);通過組織基礎(chǔ)能力課程競賽,將競賽項目融入到課程教學(xué)全過程的方式,提高學(xué)生基礎(chǔ)能力。這里的系列產(chǎn)品(項目)在具體設(shè)計時應(yīng)該具有如下五個特點:①是在相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域具有知識的綜合性、可持續(xù)的技術(shù)先進性和一定競爭力的產(chǎn)品或項目;②具有完整的服務(wù)和使用功能且在關(guān)鍵部件上最好有自主知識產(chǎn)權(quán);③通過一定的努力、協(xié)同和教師的指導(dǎo),學(xué)生可以在三年內(nèi)完成;④在設(shè)計、制作或開發(fā)上不需要投入過多資金;⑤在一定時間內(nèi)具有良好的商業(yè)價值和市場前景。

1.3底層設(shè)計—課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計

其主要的設(shè)計思路是:課程目標(biāo)是教學(xué)生完成一個與課程相關(guān)的實際項目或任務(wù)。課程的組織是按照實際的項目或任務(wù)完成時的操作過程進行逐層的任務(wù)分解,以此構(gòu)成有任務(wù)分解邏輯關(guān)系的實踐系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上,確定完成每個最底層的子項目或子任務(wù)需要的知識。這種設(shè)計保證了實踐內(nèi)容的系統(tǒng)性和完整性,而知識是根據(jù)最底層的子項目或子任務(wù)的需要確定的,它可能是不完整的或不系統(tǒng)的。

2產(chǎn)品或項目驅(qū)動描述

基于“無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制模塊系列產(chǎn)品”的開發(fā)流程,按照工程實際工作過程將開發(fā)流程分解成需求分析與系統(tǒng)設(shè)計、模塊電路設(shè)計、PCB設(shè)計與制作、模塊焊接安裝調(diào)試、通信建模、模塊控制與調(diào)試、開發(fā)應(yīng)用等工序。然后將完成每一道工序的任務(wù)所需的技術(shù)和相關(guān)理論,設(shè)計一門或兩門核心課程,并根據(jù)教育的規(guī)律,從基礎(chǔ)到高級技能、從模塊到綜合系統(tǒng)安排教學(xué)內(nèi)容。

2.1產(chǎn)品或項目的使用說明

1)系列產(chǎn)品概述?！盁o線傳感網(wǎng)絡(luò)控制模塊”主要分為三個部分:控制模塊、RF無線電發(fā)射模塊和RF無線電接收模塊,通過USB接口從計算機下載控制程序,利用串、并行的方式來發(fā)送數(shù)據(jù)信息、機器人控制信息及其他信息,從而實現(xiàn)遠程無線遙控。

2)使用說明。以機器人為例,“無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制模塊”可以直接連接在控制板部分,機器人通過接口與RF無線模塊通訊,使用RF無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)就像通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)一樣,在一個簡單的通信協(xié)議下可以實現(xiàn)多個機器人間的數(shù)據(jù)通信,組成無線傳輸網(wǎng)絡(luò)。這樣兩個或更多的機器人在一起可以共享數(shù)據(jù)信息,如傳感器信息,位置信息等,可以使多個機器人協(xié)同工作。RF信號的覆蓋范圍可達150米,這樣便可通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程機器人的控制。

2.2產(chǎn)品或項目的設(shè)計開發(fā)流程

“無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制模塊”系列產(chǎn)品,運用電路分析與設(shè)計技術(shù)、單片機技術(shù)、接口技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)、通信技術(shù)、C語言編程技術(shù)、電子制板技術(shù)、生產(chǎn)工藝與品質(zhì)管理技術(shù),在通信技術(shù)專業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域具有知識的綜合性,在技術(shù)上具有可持續(xù)的先進性和一定競爭力,有著良好的商業(yè)價值和市場前景。需求與功能分析,系統(tǒng)概要設(shè)計階段:根據(jù)市場調(diào)研進行需求分析,產(chǎn)生需求規(guī)格說明書;根據(jù)需求分析進行可行性分析,產(chǎn)生可行性分析報告;由此進行確定產(chǎn)品的主要功能,根據(jù)產(chǎn)品功能需求對產(chǎn)品進行系統(tǒng)概要設(shè)計,建立系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、進行模塊劃分,產(chǎn)生系統(tǒng)概要設(shè)計說明書;編寫項目進度,進行項目管理。主要技術(shù)及相關(guān)理論知識:資料搜集與分析、項目管理技術(shù)、技術(shù)文檔編輯規(guī)范等。模塊電路設(shè)計階段需對模塊功能進行可行 性分析,據(jù)此設(shè)計電路,再根據(jù)工程計算結(jié)果、工程經(jīng)驗以及參考文獻與技術(shù)手冊選用合適的元器件,最后利用常用電子線路仿真軟件對電路進行仿真,直至仿真結(jié)果滿足功能需求。該階段所需的技術(shù)與理論知識有:功能與可行性分析、元器件識別與選用、電路設(shè)計與仿真、文獻查閱技術(shù)、電子線路知識、工程計算知識、電機控制知識。PCB設(shè)計與制作階段需使用CAD軟件進行電路的原理圖繪制與PCB版圖設(shè)計,若仿真結(jié)果正確,則輸出PCB文件,根據(jù)PCB文件進行印制電路板的制作。該階段所需的技術(shù)與理論知識有:CAD軟件安裝與使用、印制電路板制作設(shè)備的使用、計算機輔助設(shè)計方法與常用元器件庫相關(guān)知識。模塊焊接按照調(diào)試階段需根據(jù)電路需要選購元器件,再進行電路的焊接,最后進行電路的硬件調(diào)試。該階段所需的技術(shù)與理論知識有:電子產(chǎn)品制造技術(shù)、電子產(chǎn)品測量技術(shù)、電子產(chǎn)品調(diào)試技術(shù)、電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝知識、常用電子儀器儀表與電子產(chǎn)品焊裝基本知識。模塊控制與調(diào)試階段需要對做好的模塊電路進行控制程序的編寫、編譯、下載與調(diào)試。該階段所需的技術(shù)與理論知識包括:單片機的C語言編程技術(shù)、編譯與下載軟件使用、軟件調(diào)試工具的使用、單片機與接口技術(shù)等相關(guān)知識。通信建模主要構(gòu)建無線通信傳輸模型,根據(jù)協(xié)議確定傳輸模式,進行編碼算法設(shè)計。該階段所需的技術(shù)與理論知識包括:信號與系統(tǒng)、通信協(xié)議、傳輸模式、軟件調(diào)試工具的使用等相關(guān)知識。模塊開發(fā)應(yīng)用階段需對整機電路功能進行分析,再根據(jù)功能進行編碼算法設(shè)計、最后進行整機裝配與調(diào)試,具體要求如下:(1)整機功能分析:根據(jù)需求規(guī)格說明書進行可行性分析,系統(tǒng)

架構(gòu)設(shè)計、功能模塊設(shè)計,并完成各部分相應(yīng)文檔的編寫。該部分主要包括整機電路功能可行性分析、整機電路設(shè)計等方面的內(nèi)容。(2)源代碼開發(fā)與下載:是對系統(tǒng)功能的實現(xiàn),主要進行程序的編碼、算法實現(xiàn)、功能測試。為實現(xiàn)系統(tǒng)的功能此階段所需的知識為:C語言程序設(shè)計、單片機應(yīng)用技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)等。(3)整機裝配與調(diào)試:系統(tǒng)測試階段主要是針對前段編碼設(shè)計階段模塊單元測試和集成測試。測試所需的理論知識和技術(shù)為:測試計劃、測試工具、整機電路裝配與調(diào)試測試文檔的編寫、測試過程管理等。

篇5

關(guān)鍵詞：雨水井清掏機;STC89C52;遙控器

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.21.101

1 引言

國內(nèi)雨水井的疏通一直沿用人工清掏的方式，一般應(yīng)用大鐵勺、鐵鏟等手工工具，也有采用一些較先進的手工清掏工具，如污泥鏟、污泥鉗等，但人工清掏工作效率低、勞動強度大。本文在清掏機械手機械設(shè)計及主控制器的基礎(chǔ)上，進一步研究一種遙控裝置，解決雨水井場地狹小，人員操作效率低和質(zhì)量差等問題，提高使用的方便性。

2 機械手整體結(jié)構(gòu)與控制方案

本文設(shè)計的清掏機機械結(jié)構(gòu)采用鉸鏈?zhǔn)椒桨?，通過液壓缸控制桿式鉸鏈結(jié)構(gòu)動作，以提高工作效率，它將清掏機安裝于可轉(zhuǎn)動的底座上，其轉(zhuǎn)動的控制可以通過手動進行，也可使用液壓缸對底座進行控制;由升降缸、伸縮缸組合控制抓斗的位置，抓斗升降缸控制抓取裝置延井口上下移動，夾緊放松缸控制抓取機構(gòu)動作，以實現(xiàn)清掏作業(yè)。因此，該設(shè)備至少需要使用5個電磁液壓閥才可完成對各動作進行液動控制?？刂品桨钢?，定位、轉(zhuǎn)動等采用手動助力控制，抓斗升降與抓取動作可采用手動和自動兩種控制模式。

操作人員采用無線遙控方式，通過手持遙控器對機械手的動作進行控制，其中，抓取機構(gòu)的上下運動和抓取動作需要配有點動或自動運行模式，其他為點動控制。遙控器上電后與主控部分進行通信對接，如果對接成功則相應(yīng)的指示燈亮，遙控器的數(shù)碼管上顯示初始值，此時，可對設(shè)備進行相應(yīng)的控制，也可對設(shè)備的相關(guān)參數(shù)進行設(shè)置。遙控器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

3 控制器無線通信方式與協(xié)議

手持器采用帶有休眠功能的JZ891微功率無線數(shù)傳模塊進行手持機與主機之間的數(shù)據(jù)傳輸，這樣可有效延長工作時間;主控機采用不帶休眠功能的數(shù)傳模塊。

JZ881數(shù)傳模塊是高集成度的微功率半雙工的無線數(shù)傳模塊，其采用高性能射頻芯片及高速單片機，模塊提供8個頻道，工作頻率470-510MHz、傳輸距離1500米（1200bps）、GFSK 的調(diào)制方式、透明傳輸方式、內(nèi)置看門狗，以保長期可靠運行、UART/TTL、RS232、RS485接口、方便、靈活的軟件編程、超大的512bytes數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、適合內(nèi)置式的安裝。本設(shè)計采用休眠模式的3V供電模塊，電壓為直流2.7-3.3V，通上電源，模塊處于休眠狀態(tài)，必須由用戶控制模塊的喚醒腳，模塊才可進行收發(fā)數(shù)據(jù)。在軟件設(shè)計時還增加校驗校驗檢錯模式，以便對錯誤資料重發(fā)，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩耘c可靠性。協(xié)議為兩字節(jié)數(shù)據(jù)。

4 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

4.1 CPU及存儲器的確定

采用了STC公司生產(chǎn)的型號STC89LE54RD的單片機為搖控制設(shè)備的控制核心，工作電壓3V。沿用了經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，較于傳統(tǒng)的51單片機綜合性能高，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇。本系統(tǒng)選用11.0592MHz的晶體振蕩器、12分頻時，機器周期為1us。由于STC89C52芯片內(nèi)部無能夠在關(guān)電后繼續(xù)存儲數(shù)據(jù)的存儲器，本文選用了能夠在1.8V～6V范圍進行擦寫的存儲器24C02作為設(shè)置與運行過程數(shù)據(jù)的存儲。

4.2 數(shù)傳模塊引腳定義及硬件聯(lián)接

JZ881 模塊有J1 接口座，共有6 個引腳，與單片機聯(lián)接關(guān)系定義如表1：

4.3 顯示電路設(shè)計

選用了4位共陽LED數(shù)碼管作為顯示設(shè)備，采用動態(tài)顯示方式驅(qū)動LED數(shù)碼管。數(shù)碼管的A-G引腳經(jīng)過限流電阻與P0端口相連接。P0端口的功能是輸出顯示數(shù)據(jù)。P1端口的任務(wù)是選擇數(shù)碼管，具體由P1.0、P1.1、P1.2和P1.3控制。由于位控制的電流消耗較大，每位需選用一個PNP三極管驅(qū)動連接在數(shù)碼管的兩個公共端。當(dāng)某位引腳為低電位，相對應(yīng)的數(shù)碼管會顯示出端口的數(shù)據(jù)。

4.4 按鍵電路設(shè)計

遙控器按鍵需要有下降，上升，夾緊，放松，臂升，臂降六個操鍵，保存，+1，-1三個設(shè)置鍵和取消，設(shè)置，單周，自動四個功能鍵;本設(shè)計中，采用復(fù)用鍵模式，將電路設(shè)計為六個控制鍵和三個功能鍵共九個鍵，使用P3.2、P3.3、P3.4與P3.5、P3.6、P3.7組成矩陣鍵盤電路，用以檢測，自帶上拉電阻。

5 手持器的軟件設(shè)計

5.1 手持器工作要求

打開電源開關(guān)，如控制板上電，測可實現(xiàn)與手持板握手，正常發(fā)送燈亮，否則錯誤發(fā)送燈亮;復(fù)位按鍵使程序初始化，并發(fā)出停止命令;上電后默認在控制狀態(tài)，即下降，上升，夾緊，放松，臂升，臂降均處于手動點動控制狀態(tài)，即按對應(yīng)按鍵，控制板上的對應(yīng)繼電器動作;如在控制狀態(tài)下按單周自動，則設(shè)備動作順序為：下降-放松-下降-夾緊-提升-放松-夾緊;按設(shè)置鍵，設(shè)備進入單周自動運行的各時間段的時間設(shè)置模式。從1-4分別為：下降時間，上升時間，夾緊時間，移動時間依次增循環(huán)選擇，按一次設(shè)置增1，到4后回1，在設(shè)置過程中，按下取消鍵，直接返回到控制狀態(tài);例如下降時間的設(shè)置：按設(shè)置鍵，尾數(shù)為7時為下降時間設(shè)置，此時讀出原來的下降時間值，在此基礎(chǔ)上，通過+1，-1鍵增減到所設(shè)定的值（差值為1秒）。此時，如按保存鍵則保存設(shè)置值并進入下一個參數(shù)，直到4個參數(shù)設(shè)置完成，即在顯示6時，按下保存后進入控制狀態(tài)，結(jié)束設(shè)置過程;如按取消鍵則不保存直接進入控制狀態(tài)，結(jié)束設(shè)置過程;在設(shè)置狀態(tài)下，被設(shè)置的那個參數(shù)通過數(shù)碼管和下方的指示燈均有顯示;開關(guān)接通后兩分鐘內(nèi)沒有操作，設(shè)備進入休眠狀態(tài)，此時電源燈亮，如需操作，需先按一下復(fù)位鍵讓設(shè)備重新開始運行。

5.2 手持器主程序流程

手持器主程序流程為上電后，首先對器件進行初始化操作，即完成寄存器初始值設(shè)定、部件初始化等系統(tǒng)配置;讀取存儲器的的設(shè)置數(shù)據(jù)，并配置。隨后發(fā)送全停命令，以便與主機握手;隨后可進行設(shè)制與控制，并將數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)BCD碼送至顯示模塊，在LED數(shù)碼顯示管上完成對數(shù)值的顯示;采用查詢方式對鍵盤進行掃描，通過按鍵控制向主控制器發(fā)送命令控制主機動作。

6 控制系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試包括硬件、軟件調(diào)試兩大部分，其目的是為了及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計中的錯誤和不完善的地方，對其加以修改，以實現(xiàn)系統(tǒng)的正常運作。兩臺或多臺881模塊要進行通訊，則各臺模塊的頻率和空中速率必須一致。模塊與用戶設(shè)備要進行通訊，則模塊和用戶設(shè)定的串口參數(shù)必須一致。在本設(shè)計的軟件的編程過程，先使用調(diào)試助手對控制器的簡單功能進行測試，完成后與主控制器聯(lián)機調(diào)試，并對設(shè)備的性能進行進一步的改進，直到成功。

參考文獻：

[1]梁景凱，蓋玉先.機電一體化技術(shù)與設(shè)計[M].機械工業(yè)出版社，2014.

[2]李夢紅，李捍東.基于STC89C52單片機的無線遙控小車設(shè)計[J].自動化與儀器儀表，2015（06）.

篇6

關(guān)鍵詞：數(shù)模一體機；中頻解調(diào)；模塊化設(shè)計

引言

數(shù)模一體機可以同時接收模擬和數(shù)字廣播電視信號。筆者參與研發(fā)的數(shù)模一體機采用晨星半導(dǎo)體公司解碼芯片MSD209為核心，不需要外接機頂盒，只需要一條電視天線輸入就可以同時接收數(shù)字和模擬電視信號。由于解碼芯片內(nèi)部包括對模擬和數(shù)字信號的解碼，解碼芯片的集成度比較高，元件比較少，機器操作界面簡單明了。下面介紹該一體機的整機結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，希望對今后設(shè)計數(shù)模一體化液晶電視機有一定借鑒。

整機電路結(jié)構(gòu)設(shè)計

整機電路設(shè)計

整機電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。整機具有高清Full HD超薄LED背光顯示屏，能夠?qū)崿F(xiàn)4：3和16：9信號自動識別功能；符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，待機功率小于1W；感應(yīng)按鍵，自由操控，科技時尚；動態(tài)Gamma控制、膚色調(diào)整、黑電平延伸等，使圖像層次分明、色彩鮮艷、時刻保持清晰視像：能夠接收模擬信號制式和數(shù)字信號制式；內(nèi)置數(shù)字多媒體播放器，可支持H.264、MPEG4等多種音視頻格式。該機型具有3路AV輸入，2路YPbPr輸入，1路VGA輸入，3路HDMI輸入，2路USB輸入，1路AV輸出，1路耳機輸出。伴音功放采用晨星半導(dǎo)體公司MSH9000，伴音功率8W×2：DDR采用512Mbit 2片：FLASH采用4Mbit；HDMI切換IC采用3選l通道設(shè)計的IC。

中頻解調(diào)設(shè)計

模擬中頻解調(diào)設(shè)計

電視機接收到模擬電視信號經(jīng)過數(shù)模一體化高頻頭將模擬高頻信號轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號，再分別經(jīng)過圖像和伴音聲表面波濾波器后，將信號輸入模擬中頻解調(diào)芯片，進行圖像和伴音解調(diào)，經(jīng)中頻放大器分離出模擬CVBS全電視信號。

對于不同地區(qū)的模擬信號，通過數(shù)模一體化高頻頭轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號頻率也不相同，PAL／SECAM制式的模擬中頻信號頻率為38／38.9MHz，NTSC制式的模擬中頻信號頻率為45.75MHz。設(shè)計不同地區(qū)的數(shù)模一體機時，將圖像和伴音聲表面波濾波器，以及模擬中頻解調(diào)芯片更換成與PAL／SECAM／NTSC制式相對應(yīng)的元件，這大大減少了開發(fā)時間，提高了工作效率。

數(shù)字中頻解調(diào)設(shè)計

電視機接收到數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模一體化高頻頭將數(shù)字高頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號，輸入到數(shù)字中頻解調(diào)芯片內(nèi)，進行子帶解調(diào)、取樣率變換、整形和校正后，輸出并行TS數(shù)字碼流，如圖2、圖3所示。

對于不同地區(qū)的數(shù)字信號，通過數(shù)模一體化高頻頭轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號頻率也不相同、ATSC制式的數(shù)字中頻信號頻率為44MHz，DVB-T制式的數(shù)字中頻信號頻率為45.75MHz。設(shè)計不同地區(qū)的數(shù)模一體機時，將數(shù)字中頻解調(diào)芯片更換成與ATSC／DVB-T制式相對應(yīng)的解調(diào)芯片。

解碼模塊設(shè)計

數(shù)字中頻信號TS流經(jīng)過視頻緩存控制器后，通過解量化器、運動矢量算法設(shè)計，數(shù)字解碼，最終得到10bit數(shù)字RGB信號。數(shù)字解碼部分，由于數(shù)字信號的不同，解碼方式也不相同，數(shù)字解碼形式有MPGE2、MPEG4、H.264、AC3等，通過軟件切換調(diào)用，實現(xiàn)不同數(shù)字信號的解碼，如圖4、圖5所示。

為了支持PC和視頻兩路輸入，芯片內(nèi)設(shè)有一個3路10bit高精密視頻ADC，上限可達165MHz；支持HDMI1.3的高速信號輸入；多制式3D視頻解碼器，用于NTSC、PAL、SECAM制式；HDTV同步分離器、運動自適應(yīng)解交織引擎：用以消除抖動效應(yīng)的新型掃描變換裝置SRC；內(nèi)設(shè)USB單端主控器，適應(yīng)USB2.0版本格式；另外，最終實現(xiàn)10bit LVDS全高清信號輸出到LED液晶顯示屏。

伴音模塊設(shè)計

從MSD209輸出1V音頻信號，經(jīng)過AZ4558音頻放大器提升3.3倍后，輸出給MSH9000，再經(jīng)過功放放大，經(jīng)過喇叭產(chǎn)生聲音，如圖6。

其中R1／R2=3.3、R3／R4=3.3，是左右聲道音頻放大器的放大倍數(shù)，MSH9000的放大倍數(shù)通過軟件(軟件接口為G0，G1)調(diào)節(jié)，從15db到31db，分四級。

MSH9000有兩個音頻聲道，每個通道均可提供10w輸出功率，芯片內(nèi)的音頻功放運行在D類工作狀態(tài)，所以功放的功率很高，即使在播放音樂時，也不必使用散熱器，其輸出能與80hm阻抗的揚聲器匹配。MSH9000還能有效抑制咔咔聲和劈啪聲，即使在低功率1W輸出的條件下，也能播放高品質(zhì)的音樂，其失真度THD小于1％。

整機軟件設(shè)計

整機軟件開發(fā)是基于8051內(nèi)嵌MCU硬件架構(gòu)體系，利用PC開發(fā)平臺進行設(shè)計和開發(fā)。為了使系統(tǒng)軟件更易于為人們所理解、設(shè)計、開發(fā)、測試和維護，整個軟件開發(fā)采用模塊化思想進行設(shè)計開發(fā)。整個軟件的運行基于時間驅(qū)動，調(diào)用相應(yīng)模塊函數(shù)、實現(xiàn)各種電視接收、圖像和聲音處理以及顯示等功能、架構(gòu)見圖7，流程見圖8。

篇7

關(guān)鍵詞：軌道車輛裝備；控制系統(tǒng)；綜合實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）12-0122-03

2012年國家基于提高工程技術(shù)人才競爭力的需求，提出了《卓越工程師》培養(yǎng)體系，本校軌道車輛專業(yè)由于之前的悠久歷史、行業(yè)領(lǐng)先的業(yè)績有幸首批入選該體系中。

綜合實踐課程是培養(yǎng)卓越工程師的非常重要的環(huán)節(jié)與手段，故此軌道車輛專業(yè)在教學(xué)培養(yǎng)計劃上增加了軌道車輛裝備綜合實踐、軌道車輛控制系統(tǒng)綜合實踐、軌道車輛測試技術(shù)綜合實踐、軌道車輛設(shè)計綜合實踐、軌道車輛制造與修理綜合實踐等實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。軌道車輛技術(shù)的發(fā)展在近些年突飛猛進，技術(shù)更新非?？?，以前的實驗設(shè)備、實驗規(guī)程均不能很好地滿足綜合實踐的要求，因此_發(fā)適用的綜合實踐課程內(nèi)容、研發(fā)適用的綜合實踐設(shè)備是擺在軌道車輛實驗室面前的非常重要而緊迫的任務(wù)[1]。2015年學(xué)院自行開發(fā)的一套完整的、在最大程度上保證實驗原理高度一致的基于網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的現(xiàn)代軌道車輛綜合實驗平臺系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，并已經(jīng)完成了2012級軌道車輛專業(yè)學(xué)生《軌道車輛裝備綜合實踐》（16學(xué)時）、《軌道車輛控制綜合實踐》（16學(xué)時）的教學(xué)任務(wù)，通過實踐教學(xué)，學(xué)生的動手能力、編程能力、對元器件及設(shè)備的認知都有了很大的提高[2]。

一、軌道車輛裝備與控制系統(tǒng)綜合實踐的目的

在此實踐訓(xùn)練中需要綜合應(yīng)用課堂所學(xué)基本理論和技術(shù)，應(yīng)用平時實驗已掌握的軟硬件的基本設(shè)計、調(diào)試的方法，完成一個綜合了多種設(shè)計技術(shù)、具有一定實用背景的應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計。通過這一設(shè)計過程，使學(xué)生熟悉和掌握軌道車輛裝備與控制系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本方法，加深對課堂所學(xué)理論知識的理解，進一步提高學(xué)生的實踐動手能力。

二、軌道車輛裝備與控制系統(tǒng)綜合實踐的要求

1.基本要求。學(xué)生應(yīng)在實踐環(huán)節(jié)中完成一個軌道車輛裝備應(yīng)用系統(tǒng)的方案設(shè)計、軟硬件系統(tǒng)設(shè)計與制作，系統(tǒng)功能綜合調(diào)試，提交設(shè)計報告并完成系統(tǒng)功能演示。

2.階段任務(wù)與要求。（1）選題。學(xué)生自由組合成設(shè)計小組，選擇本實踐環(huán)節(jié)中給出的基本題目作為小組設(shè)計題目。（2）方案設(shè)計。學(xué)生圍繞小組的題目檢索收集資料，進行調(diào)研，提出系統(tǒng)總體方案設(shè)計，選擇最優(yōu)方案。（3）軟硬件系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試。總體方案確定后，設(shè)計完成硬件電路原理圖，設(shè)計并連接好硬件系統(tǒng)。設(shè)計完成軟件程序流程，并編寫出相應(yīng)的程序。完成軟硬件系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，實現(xiàn)選題的設(shè)計功能。（4）設(shè)計報告的編寫。學(xué)生根據(jù)本小組的題目及設(shè)計過程撰寫綜合實踐報告，陳述設(shè)計思想和系統(tǒng)工作原理，剖析解決問題的方案、方法，畫出系統(tǒng)電路原理圖、程序流程圖；寫出調(diào)試結(jié)果及分析；附參考文獻。（5）答辯及演示。答辯內(nèi)容應(yīng)包括所設(shè)計題目的基本任務(wù)要求，系統(tǒng)總體方案設(shè)計，軟硬件系統(tǒng)綜合設(shè)計與調(diào)試，系統(tǒng)功能演示、總結(jié)。

三、備選的工作任務(wù)

根據(jù)軌道車輛裝備與控制系統(tǒng)的基本組成模塊，設(shè)計了五項任務(wù)，并制作綜合試驗箱，準(zhǔn)備了相關(guān)的元器件、PC機及開發(fā)環(huán)境、數(shù)據(jù)采集卡等，學(xué)生可以自行選擇任一任務(wù)來完成。

1.空調(diào)器致冷/致熱轉(zhuǎn)換控制實踐[3]。（1）實踐目的。①掌握半導(dǎo)體致冷器、電磁繼電器、固態(tài)繼電器的工作原理及應(yīng)用方法。②掌握PLC或通用數(shù)據(jù)采集器數(shù)字I/O輸出程序設(shè)計原理及半導(dǎo)體致冷器的致冷/致熱轉(zhuǎn)換控制實驗編程。（2）配備設(shè)備。①PC機一臺。②實驗用到的半導(dǎo)體致冷器、散熱片、散熱風(fēng)扇、電磁繼電器、固態(tài)繼電器、接線端子、面包板、導(dǎo)線。③PLC或通用數(shù)據(jù)采集器一個。（3）綜合實踐要求。本綜合實踐的內(nèi)容為設(shè)計、搭建一能夠根據(jù)用戶操作進行空調(diào)器致冷/致熱功能轉(zhuǎn)換的控制裝置。該控制裝置要求如下[4]：①打開空調(diào)器的同時，必須打開通風(fēng)機的開關(guān)，如通風(fēng)機未打開，則空調(diào)器不能運行。②打開通風(fēng)機時可以不必使空調(diào)器投入運行。③設(shè)置一轉(zhuǎn)換開關(guān)，可由用戶進行操作進行空調(diào)器致冷/致熱/通風(fēng)功能轉(zhuǎn)換，根據(jù)空調(diào)器性能的要求，在從致冷工況向致熱工況或致熱工況向致冷工況轉(zhuǎn)換時在兩個工況之間必須自動加入若干時間的延時，以保護設(shè)備。④根據(jù)空調(diào)致冷/致熱轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)要求設(shè)計相關(guān)的控制電路圖。（4）步驟。①仔細閱讀實踐要求，并依照要求進行電路設(shè)計。②按照已經(jīng)完成的電路圖對電路板進行聯(lián)接。③編寫程序，按照實驗要求對系統(tǒng)進行調(diào)試。（5）實踐報告。①寫出實踐內(nèi)容及要求；②畫出程序流程圖；③寫出程序清單，并加以注釋；④寫出程序執(zhí)行結(jié)果及調(diào)試過程。（6）系統(tǒng)電路圖（參考）。

2.供電網(wǎng)缺相故障檢測斷電控制實踐。（1）實踐目的。①掌握三相供電網(wǎng)缺相檢測工作原理及對應(yīng)處理方法；②掌握PLC或通用數(shù)據(jù)采集器數(shù)字I/O輸入、輸出程序設(shè)計原理及缺相檢測編程。（2）配備設(shè)備。①PC機一臺。②PLC或通用數(shù)據(jù)采集器一個、課程設(shè)計實驗電路板一塊。③三相變壓器（無中性線）、整流模塊、濾波電容、手動開關(guān)等。（3）實踐要求。本實踐的內(nèi)容為設(shè)計一個能夠在三相供電系統(tǒng)中有某一相掉電時辨識缺失的相位信息并同步斷電的裝置。該裝置要求如下：①在三相供電系統(tǒng)中無中性線，任意相掉電，檢測裝置應(yīng)能夠檢測出掉電的相位信息并同步斷電。②根據(jù)缺相檢測控制系統(tǒng)要求設(shè)計相關(guān)的控制電路圖。（4）系統(tǒng)電路圖（參考）。

3.設(shè)備供電線路接地故障檢測實踐。（1）實踐目的。①掌握設(shè)備供電線路接地故障檢測工作原理及對應(yīng)處理方法。②掌握PLC或通用數(shù)據(jù)采集器數(shù)字I/O輸入、輸出程序設(shè)計原理及電路電流平衡檢測控制實驗編程。（2）配備設(shè)備。①PC機一臺。②PLC或通用數(shù)據(jù)采集器。③三相變壓器（無中性線）、整流模塊、濾波電容、手動開關(guān)、直流漏電流傳感器。（3）實踐要求。①本實踐的內(nèi)容為設(shè)計一個能夠在三相供電系統(tǒng)中有某一相供電線路故障接地時實時檢測信息并同步斷電的裝置。該裝置要求如下：能夠在無漏電的情況下，無論電流多大，漏電指示裝置無動作，用電設(shè)備的供電線路出現(xiàn)大于10mA漏電的情況下，迅速給出漏電信息并切斷供電線路的裝置。②根據(jù)供電線路故障接地檢測控制系統(tǒng)要求設(shè)計相關(guān)的控制電路圖。（4）系統(tǒng)電路圖（參考）。

4.直流電動機調(diào)速控制實踐。（1）實踐目的。①掌握直流電動機調(diào)速控制工作原理。②掌握PLC或通用數(shù)據(jù)采集器模擬輸出程序設(shè)計原理與實驗編程。（2）配備設(shè)備。①PC機一臺。②PLC或通用數(shù)據(jù)采集器。③直流電源與PWM調(diào)壓電源模塊/變頻器、直流電機、測速電機、繼電器。（3）實踐要求。①本實踐的內(nèi)容為設(shè)計、搭建一個能夠通過控制軟件與相關(guān)硬件組成的調(diào)速控制系統(tǒng)來對直流電動機進行開環(huán)調(diào)速控制[5]。該裝置要求如下：通過軟/硬操作面板上的控制開關(guān)可對電動機進行起停進行控制，通過軟/硬操作面板上的{速旋鈕可對電動機的轉(zhuǎn)速進行控制。②根據(jù)電機調(diào)速控制系統(tǒng)要求設(shè)計相關(guān)的控制電路圖。

5.軌道車輛溫度自動測試系統(tǒng)綜合實踐。（1）實踐目的。①掌握溫度測試系統(tǒng)工作原理。②掌握PLC或通用數(shù)據(jù)采集器采集模擬輸入程序設(shè)計原理與實驗編程。（2）配備設(shè)備。①PC機一臺。②PLC或通用數(shù)據(jù)采集器。③24V穩(wěn)壓電源、PT-100溫度傳感器、溫度變送器（4―20mA恒流輸出）、終端電阻，控制器（PLC或通用數(shù)據(jù)采集器）、半導(dǎo)體變溫系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)溫度表。（3）實踐要求。①本實踐的內(nèi)容為設(shè)計、搭建一以PT-100溫度傳感器為基礎(chǔ)的自動溫度測試系統(tǒng)。系統(tǒng)要求如下：軸承的溫度測量范圍設(shè)定在0℃―100℃之間，車內(nèi)溫度的測量范圍設(shè)定在0℃―50℃之間，車外溫度測量范圍設(shè)定在-50℃―50℃之間，在顯示界面上顯示當(dāng)前測量溫度，測量數(shù)據(jù)以每5秒鐘的間隔存入硬盤，數(shù)據(jù)格式包括通道號（位置）、測量時間、測量數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)格式為電子報表格式，需對原始數(shù)據(jù)進行修正）。②根據(jù)溫度測試系統(tǒng)要求設(shè)計相關(guān)的測試電路圖。

2014、2015年完成的綜合實踐課程已取得了良好的效果，學(xué)生對于系統(tǒng)的構(gòu)建、軟硬件知識和應(yīng)用都有了很大的提高，一部分學(xué)生對應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)產(chǎn)生了濃厚的興趣，綜合實踐課程取得了良好的效果。

在總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，2016年對綜合實踐的硬件準(zhǔn)備又進行了系統(tǒng)化的改進，設(shè)計開發(fā)并制作了更為完善的綜合實訓(xùn)設(shè)備作為實踐課程的基礎(chǔ)，學(xué)生可根據(jù)自己所選任務(wù)方向、小組所確定的方案設(shè)計自行選擇硬件模塊和備選元器件，來搭建自己的硬件環(huán)境。2016年14級軌道車輛在校生將會使用更為完善的教學(xué)設(shè)備完成綜合實踐課程，綜合實踐會成為培養(yǎng)卓越工程師的有效而有趣的課程。

參考文獻：

[1]宋瑞剛，楊檢，方宇.城市軌道車輛電力牽引實驗臺測控系統(tǒng)設(shè)計[J].傳感器與微系統(tǒng)，2012，31（9）：90-95.

[2]劉志明.霍凱軌道車輛控制實驗與實踐教程[M].北京：科學(xué)出版社，2016.

[3]楊琳.列車空調(diào)實驗臺監(jiān)控系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計算機，2004，17（4）：23-24.

篇8

【關(guān)鍵詞】信號完整性 傳輸線 反射 串?dāng)_ 仿真

隨著材料、制作工藝等技術(shù)的飛速發(fā)展，應(yīng)用處理器的運行速度越來越高，信號上升時間也是越來越快，這導(dǎo)致傳輸線的一些特性對電路的影響越來越突出，引發(fā)了反射、串?dāng)_、同步切換噪聲、延遲等信號完整性問題。確保信號完整成為高速電路設(shè)計成功的關(guān)鍵，因此對高速電路進行有效的、準(zhǔn)確的信號完整性分析與仿真變得至關(guān)重要。

1 信號完整性問題及解決措施

1.1 信號完整性概述

反射和串?dāng)_是引起信號完整性問題主要的兩個方面，而它們都與傳輸線的特征阻抗密切相關(guān)，下面先從傳輸線概念及其特征阻抗展開討論。

1.2 傳輸線及其特征阻抗

傳輸線是指電路中具有一定長度并組成電路回路的兩個導(dǎo)體連接線，這兩個導(dǎo)體，一個用來發(fā)送信號，另一個用來接收信號，或稱為信號返回路徑。

傳輸線的特征阻抗可通過下式（1）計算：

因為電容和電導(dǎo)的阻抗很大，式中電流I可以忽略不計，所以式（1）可以簡化為：

（2）

如果頻率比較低，可以省去上式虛部，那么特征阻抗可簡化為：

（3）

如果頻率比較高，可以省去式（2）中的實部，則特征阻抗簡化為：

（4）

所以從式（3）和（4）可以看出特征阻抗如果在頻率很低的情況下，就相當(dāng)于導(dǎo)體的電阻，頻率很高的情況下要考慮導(dǎo)體的電感和電容，所以這是為什么我們一般在高速電路中才會去考慮阻抗匹配的問題，在高速電路中阻抗的作用才會特別突出的表現(xiàn)出來，由上面分析可知，特征阻抗與信號工作頻率、傳輸線上電阻、電感、電容、電導(dǎo)等參數(shù)有關(guān)，而與信號大小和傳輸線長度無關(guān)。傳輸線的重點之處是于在整個線路中要保持其特征阻抗連續(xù)或為一恒定值，這樣的傳輸線才符合高速電路的要求。

在PCB中，常見的傳輸線有兩種：一種是微帶線，另一種是帶狀線。微帶線和帶狀線的特征阻抗分別可用式（5）和式（6）計算：

（5）

（6）

其中，w代表傳輸信號導(dǎo)體的寬度，t代表傳輸信號導(dǎo)體的厚度，h傳輸信號導(dǎo)體與信號返回路徑之間絕緣介質(zhì)材料的厚度，εr表示該材料的介電常數(shù)。

2 信號完整性問題及其分類

信號完整性表現(xiàn)為電路中實際測得的信號波形與想象中的波形不一樣，存在一些差異或失真，具體是指信號從驅(qū)動端出發(fā)沿著傳輸線傳輸?shù)竭_接收端后其波形的完整程度。如果信號到達接收端后其波形在大小幅度上，在時序上，在保持時間上都符合要求，那就說明信號比較完整，反過來就說明電路可能存在信號完整性問題。信號完整性的主要問題表現(xiàn)在反射、串?dāng)_、同步切換噪聲、延遲等幾個方面，下面重點介紹反射和串?dāng)_。

2.1 反射（Reflection）

反射是指信號在傳輸線上傳輸時，當(dāng)遇到的傳輸線特征阻抗有變化，比如：不連續(xù)，或者其與信號的源端阻抗、負載阻抗不匹配，信號就會在這個變化節(jié)點處產(chǎn)生反彈現(xiàn)象，從而導(dǎo)致信號波形變形，超過或達不到標(biāo)準(zhǔn)電平的情況發(fā)生，這一情況包括：過沖、下沖及振鈴等現(xiàn)象。這種情況發(fā)生以后很容易造成器件的損壞，降低信號的噪聲容限，增加了信號的穩(wěn)定時間，影響系統(tǒng)時序。

為更好的說明反射原理，在傳輸線模型中加入信號源和負載，如圖1所示，信號源自身含有內(nèi)阻R0，傳輸線L的特征阻抗用Z0表示，RL代表負載，A點是傳輸線的源端，B點是傳輸線的負載端，VA是源端電壓，VB是負載端電壓。

如圖1所示，如果RL≠Z0，即負載阻抗與傳輸線特征阻抗不相等時，那么信號在B點將會產(chǎn)生反射現(xiàn)象，這里用ρL表示反射的程度，它是反射電壓與入射電壓的比值，見下式（7）：

（7）

很明顯，-1≤ρL≤+1。如果負載RL等于傳輸線特征阻抗Z0，那么ρL=0，這就表示沒有反射現(xiàn)象產(chǎn)生。如果負載RL小于傳輸線特征阻抗Z0，那么ρL0，反射形成的反彈回波方向與源信號方向相同，也就是源信號中的一部分能量不能完全被傳遞或吸收，會反彈回源端，信號的幅度比源信號的大，出現(xiàn)過沖現(xiàn)象。

2.2 串?dāng)_（Cross Talk）

串?dāng)_是指信號在傳輸線上傳播時，因由電磁耦合對臨近傳輸線產(chǎn)生的不期望的電壓噪聲干擾。理論上，一個電路板中的任意兩條線之間在有信號傳輸?shù)那闆r下都會有這種串?dāng)_發(fā)生，但實際上還要看兩者的距離以及相互位置關(guān)系，距離越遠，串?dāng)_越小，一般重點考察相鄰的信號線。兩條相鄰信號線，一條是信號源驅(qū)動線，把它叫做干擾線（Aggressor），另外一條是擾的信號線，把它叫做受害線（Victim）。因為信號源是從源端驅(qū)動到負載端，這里把距離源端較近的受害線的一端叫做近端，并把其所受的串?dāng)_值稱作NEXT，把距離源端較遠的受害線的一端叫做遠端，并把其所受的串?dāng)_值稱作FEXT。傳輸線間的電磁耦合分為兩種，一種是感性耦合，另一種是容性耦合。

近端串?dāng)_系數(shù)NEXT取決于互感和互容，由下式?jīng)Q定：

（8）

遠端串?dāng)_系數(shù)FEXT表示遠端噪聲電壓與信號電壓的比值，如式（9）：

（9）

式（8）和式（9）中， Vb為受害線后向電壓噪聲，Va為干擾線信號電壓，kb是近端耦合系數(shù)CmL、LmL為單位長度的互容和互感，CL、LL為單位長度的電容和電感，Vf為受害線上的遠端電壓，Len是耦合的長度，RT為信號上升時間，kf是遠端耦合系數(shù)，v為信號傳播的速率。

2.3 信號完整性問題的解決方法

（1）反射的抑制方法。抑制反射一是要針對不同元器件的特點及其信號頻率屬性等因素選擇合適的拓撲結(jié)構(gòu)，另外一個是在布線時采用相應(yīng)的端接匹配方式，常用的阻抗端接匹配根據(jù)端接位置可分為兩種：一種是源端匹配，另一種是終端匹配。源端匹配包括串聯(lián)匹配，終端匹配包括并聯(lián)匹配，戴維南匹配，并行RC匹配和肖特基二極管匹配等，但究竟哪些拓撲結(jié)構(gòu)和端接匹配方式是最優(yōu)的？這需要進行實際仿真分析得到。

（2）串?dāng)_的減小方法。串?dāng)_的影響與信號線之間的間距成反比，與耦合長度成正比，即間距越小，串?dāng)_值越大，耦合長度越大，串?dāng)_值越大，所以要減小串?dāng)_可以擴大信號線之間的間距，以及縮短信號線之間的耦合長度。

相鄰信號線之間的信號流向也是影響串?dāng)_的一個重要因素，方向相同時的串?dāng)_值要遠遠大于電流方向相反的串?dāng)_值。因此，在設(shè)計過程中，應(yīng)避免高速信號在相鄰疊層走線的方向平行，在同一層盡量避免相鄰信號流向相同。

3 基于i.MX51的仿真與分析

3.1 硬件平臺介紹

本文所采用的硬件平臺是一款多媒體控制終端的核心部分。本核心板CPU采用的是基于ARM Cortex-A8內(nèi)核的Freescale i.MX51，主頻800MHz，內(nèi)存芯片采用日本ELPIDA公司所產(chǎn)的EDE1116AE8G-6E-F，單片容量為1Gbits，規(guī)格是64M×16bits。因為i.MX51應(yīng)用處理器支持標(biāo)準(zhǔn)的DDR2，位寬為32位，時鐘為200MHz，工作電壓為1.8V，所以本核心板采用4片，組成128M×32bits存儲系統(tǒng)，即總512MB內(nèi)存。此板屬于一款典型的高速電路，其PCB設(shè)計方法與設(shè)計流程對于高速PCB板的設(shè)計實現(xiàn)具有一定的代表性。

本核心板框圖如圖2所示。

雖然i.MX51主頻為800MHz，但這只是在CPU內(nèi)部，而在CPU外部的最高頻率是i.MX51到DDR2的時鐘頻率200MHz，這是由i.MX51所決定的，所以在仿真分析時要以200MHz的頻率為準(zhǔn)。

3.2 仿真環(huán)境和模型

SpecctraQuest/SigXplorer是Cadence公司為高速系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的仿真分析工具。開發(fā)工程師可以運用它以及相應(yīng)的IBIS模型在布線前和布線后提取PCB中信號拓撲結(jié)構(gòu)，對信號的時序，完整性，EMI等相關(guān)內(nèi)容進行優(yōu)化設(shè)計，在參數(shù)設(shè)置環(huán)境中，可以根據(jù)不同要求，調(diào)整如線寬，線距，信號延時，阻抗，耦合長度，過孔等物理及電氣特性參數(shù)。

IBIS（Input/Output Buffer Information Specification）模型是一種定義輸入/輸出緩沖器I-V和V-T響應(yīng)的一種模型，目的是提供一種集成電路制造商到EDA軟件廠商再到設(shè)計工程師之間相互交換電子元件仿真數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)格式。IBIS模型不僅是某個特定的輸入、輸出緩沖器而是以元件為中心，它允許模擬整個元件。

3.3仿真設(shè)計與分析

3.3.1反射分析

以DDR2的時鐘信號DRAM_SCLK為例進行反射分析，圖3是DRAM_SCLK的拓撲結(jié)構(gòu)。

圖4是源端匹配電阻為0歐和33歐時，U15（DDR2）引腳J8的波形圖。

如圖4所示，紅色線表示信號源端U10（CPU）引腳T3上的波形，即DRAM_SCLK信號，藍色線表示負載端U15引腳J8上的波形，可以看出不加匹配電阻，即匹配電阻為0時，信號源端和負載端的波形很不好，有比較嚴重的振鈴現(xiàn)象，但加入匹配電阻33Ω以后源端和負載端的波形明顯改善很多，較之沒有匹配時波形單調(diào)而且平滑。隨著匹配電阻阻值的增加，波形越來越平滑，但由于受到端接電阻的影響，不可避免有些損耗以及分壓作用，所以輸出端信號的噪聲容限有所降低。在綜合考慮波形與噪聲容限的情況下，選擇33歐的電阻既可以減少反射現(xiàn)象，噪聲容限也不低。

3.3.2 串?dāng)_分析

如圖5是CPU與DDR2之間的數(shù)據(jù)線串?dāng)_模型，耦合的線長設(shè)定為1000mil，中間的一條TRACE2是受害線，上面和下面的TRACEl和TRACE3是干擾線。

輸出端IO1和受害線輸入端U15（DDR2）引腳C2的仿真波形見圖6右邊，可以看出U15的C2引腳上串?dāng)_值有331.362mV。顯然這是不符合要求的。

信號線之間的間距以及耦合的長度是影響串?dāng)_的兩個大的因素，由于板子空間和CPU、DDR2封裝上的限制，不可能讓間距很大，板子預(yù)設(shè)線間距為6mil，因此只能從耦合長度上考慮去尋找解決辦法。

將耦合長度設(shè)定為400mil，仿真后得到的串?dāng)_波形如圖6左邊所示?？梢钥闯?，U15的C2引腳上的串?dāng)_值為172.378mV，已低于最高電平1.8V的10%，滿足電平判斷的要求。這就是表示在布線時，線間距為6mil的耦合線其耦合長度應(yīng)小于400mil。當(dāng)然在布線空間允許的區(qū)域，仍然要保證線間距足夠?qū)?，一般?倍于線寬，這時的串?dāng)_影響將非常小。

4 結(jié)束語

通過對i.MX51核心板的仿真分析與設(shè)計，對比了采用和未采用信號完整性分析設(shè)計的情況，發(fā)現(xiàn)在成本和所耗費時間上，未采用信號完整性分析設(shè)計是采用信號完整性分析設(shè)計的3-4倍。本文所完成的工作對于基于信號完整性分析的高速PCB設(shè)計方法具有較好的借鑒作用，通過這種方法可以有效提高設(shè)計效率，加快開發(fā)周期，節(jié)省產(chǎn)品成本，具有一定的社會價值與實際意義。

參考文獻

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篇9

關(guān)鍵詞：溫濕度檢測；單片機；串行顯示；

中圖分類號：S611文獻標(biāo)識碼： A

引言

溫濕度控制儀作為電力變電裝置內(nèi)部環(huán)境的監(jiān)控儀器，它通過與電氣柜內(nèi)部的接口電路相連，能夠?qū)ζ錅貪穸冗M行檢測并且發(fā)出控制命令，避免發(fā)生異常情況。由于它的保護功能，使得許多電力企業(yè)間接的避免了不少損失。并且溫濕度控制儀具有警戒值可調(diào)功能，這讓維護人員可以根據(jù)自己對溫濕度的使用要求，隨時修改警戒值，在溫濕度超出用戶的設(shè)定值時，控制儀可以自動進行加熱或排風(fēng)控制。電力變電裝置一般都是用在高壓室內(nèi)，工作危險，條件艱苦。在采用溫濕度控制儀以前，值班人員需不斷的對電力裝置的狀態(tài)進行監(jiān)控，并記下相關(guān)數(shù)據(jù)，工作強度大，而且還有很強的噪音，很容易使值班人員疲勞。采用溫濕度控制儀使得“無人值守”變成可能，既提高了工作效率，又減少了人力物力資源。

一、總體方案設(shè)計

溫濕度控制儀主要由溫度信號采集電路、濕度信號采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、鍵盤控制電路、數(shù)碼管顯示電路、看門狗復(fù)位電路、加熱和排風(fēng)電路、開關(guān)電源等組成。工作原理：首先由傳感器對溫度和濕度進行檢測，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換將采樣到的數(shù)據(jù)送到微控制器內(nèi)部處理，根據(jù)算法得到相應(yīng)的控制量，當(dāng)欠溫度或過濕度時，啟動加熱元件；當(dāng)過溫度或欠濕度，啟動排風(fēng)元件。原理圖如圖1所示。

圖1溫濕度控制儀原理圖

二、各單元方案的設(shè)計

1、傳感器的選擇

采用智能型溫濕度傳感器SHT10,它是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的復(fù)合式傳感器。它不需要外部A/D轉(zhuǎn)換電路，內(nèi)部已集成了一個14位的A/D轉(zhuǎn)換器，供電電源僅需要單片機的+5V電源，溫度測量范圍：-40℃～123.8℃，測量精度：±0.5℃。測濕范圍：0%～100%RH，測量精度：±4.5%RH,它采用兩線制串行接口和內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，超低功耗，工作起來穩(wěn)定可靠，操作方便。

2、微處理器的選擇

微處理器采用美國ATMEL公司推出的MCS-51系列單片機AT89S52作為主要器件，它是目前市場上的主流芯片，擁有價格低廉、低功耗、高性能等優(yōu)點。AT89S52內(nèi)部資源如下：8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash，256字節(jié)RAM,32個可編程I/O口線，看門狗定時器，3個16位定時器/計數(shù)器，8個中斷源，一個向量2級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工異步串行口。

3、數(shù)碼管顯示模塊的設(shè)計

在溫濕度控制儀設(shè)計中，顯示部分需要及時的把電力變電裝置內(nèi)部的溫濕度信息直觀的反映給工作人員，工作人員便可以根據(jù)自己的需要來進行相關(guān)的操作?？紤]到以上因素，在設(shè)計時采用MAX7219串行驅(qū)動數(shù)碼管，相對于并行驅(qū)動，節(jié)省了許多I/O引腳資源，便于以后拓展功能。

4、按鍵控制模塊的設(shè)計

本系統(tǒng)的按鍵總共有4個，分別為溫度＋1鍵，溫度－1鍵，濕度＋1鍵，濕度－1鍵，因此鍵盤電路采用獨立式按鍵設(shè)計，每個按鍵相互獨立，一條輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)，適用于按鍵較少的系統(tǒng)。程序設(shè)計有中斷法和查詢法兩種方法，本設(shè)計采用查詢法，低電平有效。按鍵直接和AT89S52的I/O相連，通過讀I/O口，來判定I/O的電平狀態(tài)即可識別出按下的鍵。

5、加熱與排風(fēng)驅(qū)動控制模塊的設(shè)計

采用開關(guān)量控制，如繼電器、晶閘管雙向可控硅等，控溫快速，但是雙向可控硅驅(qū)動電路比較麻煩，調(diào)試也麻煩。若用固態(tài)繼電器（就是把雙向可控硅和驅(qū)動電路做在一起）價格十分昂貴。本設(shè)計采用繼電器來控制加熱與排風(fēng)電路，為了避免電感的反向電動勢和開關(guān)觸點對電源的影響，接了一個反向二極管來阻止擾動。

三、溫濕度控制儀的硬件設(shè)計

1、傳感器的接口電路設(shè)計

SHT10溫濕度傳感器采用兩線制數(shù)字接口，輸出的為標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，可直接跟單片機直接相連。但是在使用過程中，為了避免信號沖突，在單片機把DATA拉低后，需要一個外部的上拉電阻（例如10K歐）將信號拉至高電平。其典型連接圖如圖2。

圖2 傳感器連接圖

2、按鍵的接口電路設(shè)計

本設(shè)計用到4個按鍵分別鏈接到單片機的P1.0、P1.1、P1.2和P1.3，按鍵程序采用查詢法，即檢測是否有鍵按下，若有鍵按下，則去除按鍵抖動判斷按鍵號并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理。

4個鍵定義如下：

P1.0：濕度＋鍵，按此鍵濕度警戒值加1。

P1.1：濕度－鍵，按此鍵濕度警戒值減1。

P1.2：溫度＋鍵，按此鍵溫度警戒值加1。

P1.3：溫度－鍵，按此鍵溫度警戒值減1。

3、數(shù)碼管顯示電路

采用MAX7219與單片機的P2.3、P2.4、P2.5相連，顯示采用兩個4位共陰極數(shù)碼管，分別顯示溫度的十位和個位、濕度的十位和個位。

4、加熱和排風(fēng)電路的接口設(shè)計

繼電器在這個設(shè)計中作為單片機與加熱和排風(fēng)器件的中轉(zhuǎn)站。當(dāng)電力變電裝置內(nèi)部溫濕度超過警戒值時，單片機發(fā)出低電平，控制繼電器驅(qū)動加熱和排風(fēng)器件。

四、溫濕度控制儀的軟件設(shè)計

1、系統(tǒng)主程序流程圖設(shè)計

程序啟動后，首先對單片機和MAX7219初始化，然后設(shè)置溫濕度警戒值，在單片機讀取傳感器發(fā)送的溫濕度信息后，檢測是否有鍵按下，判斷當(dāng)前的溫濕度值是否超過警戒值，若是則單片機控制加熱或排風(fēng)；若不是則將溫濕度值顯示在數(shù)碼管上。結(jié)束后再返回到讀取溫濕度子程序，進行下一輪檢測，如此程序這樣不斷地循環(huán)下去。流程圖如圖3。

圖3 系統(tǒng)主程序流程圖

2、溫濕度信號的檢測與處理

程序首先由單片機給SHT10發(fā)送一個啟動信號，SHT10開始采集當(dāng)前溫濕度信息，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換和溫濕度補償處理，轉(zhuǎn)換為精確數(shù)值發(fā)送給單片機。本溫濕度控制儀采用默認A/D分辨率（溫度14位，濕度12位），為了補償溫度傳感器的精度以獲取準(zhǔn)確數(shù)值，還需使用如下公式（1）來修正讀數(shù)。

Temperature=d1+d2.Sot(此為實際溫度值) 公式（1）

其中d1參數(shù)根據(jù)電壓進行選擇，本設(shè)計中給傳感器的供電電壓5V,所以d1在此選擇-40。Sot參數(shù)：為采樣A/D數(shù)據(jù)值，溫度采樣分辨率使用14位d2在此選擇0.01。

為了補償濕度傳感器的精度，采用以下公式（2）、公式（3）來修正讀數(shù)。

RHlinear=C1+C2*SORH+SO2RH公式（2）

RHtrue=(temperature-25)*(T1+T2*SORH)+RHlinear 公式（3）

其中濕度分辨率使用12位在此選擇-4，C2選擇為0.0405，C3選擇-2.8*10-6。

3、按鍵的檢測與處理程序設(shè)計

定義4個按鍵S1、S2、S3和S4的功能分別為濕度+1、濕度-1、溫度+1和溫度-1。4個按鍵采用獨立鍵盤，一端連接地，另一端連接單片機，檢測按鍵時，首先把P1端口拉為高電平，當(dāng)按鍵按下時，單片機端口返回值為低電平，判斷為按鍵閉合。在該程序的設(shè)計中要注意按鍵的去抖動程序，按鍵本身是機械開關(guān)，由于機械觸點的不穩(wěn)定和電壓突變等原因，在觸點閉合或者是斷開的瞬間會出現(xiàn)電壓抖動的情況，所以本設(shè)計采用軟件延時來躲過抖動時間，待信號穩(wěn)定后在進行鍵掃描。

4、數(shù)碼管顯示程序設(shè)計

采用MAX7219串行輸入驅(qū)動數(shù)碼管顯示，顯示為溫度值，濕度值，溫度警戒值，濕度警戒值，只顯示十位數(shù)據(jù)和個位數(shù)據(jù)，共用8個數(shù)碼管。

MAX7219的編程主要分為3部分：芯片初始化、數(shù)據(jù)傳送以及送顯子程序。初始化程序主要是對MAX7219的顯示模式、顯示亮度、顯示位數(shù)等進行初始化；數(shù)據(jù)傳送子程序是根據(jù)器件的傳送時序編寫的子程序，其主要功能是串行傳送數(shù)據(jù)。送顯程序的功能是將顯示的數(shù)值送到MAX7219的數(shù)據(jù)寄存器里使其顯示出來。

5、加熱與排風(fēng)驅(qū)動控制程序的設(shè)計

首先由單片機來判定溫濕度是否越過警戒值，若越過單片機的P2.0、P2.1端口則會發(fā)出低電平，繼電器常開觸點閉合，加熱、排風(fēng)控制電路啟動。

6、系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計

單片機系統(tǒng)的主要干擾源是來自于電源，在工作現(xiàn)場中，由電源而產(chǎn)生的噪聲、電壓突變、瞬時斷電都會對單片機系統(tǒng)產(chǎn)生很大的干擾，為了解決此問題，本設(shè)計采用MAX813L看門狗芯片，專門用來對+5V電壓進行檢測,當(dāng)+5V電源正常時，RESET為低電平，單片機正常運行；當(dāng)電源電壓降到+4.65V以下時，RESET輸出高電平，對單片機進行復(fù)位。在程序運行時，CPU不能在1.6s內(nèi)給出“喂狗”信號，/WDO則由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑O管導(dǎo)通，RESET輸出復(fù)位脈沖，單片機復(fù)位。

五、結(jié)束語

本課題的設(shè)計開發(fā)工作經(jīng)過3個月的堅持不懈努力，目前已基本達到規(guī)定的技術(shù)要求，也通過了最后的硬件和軟件調(diào)試，得到結(jié)論如下：

1、系統(tǒng)的總體設(shè)計方案是正確的、可行的。所設(shè)計的智能型溫濕度控制儀從硬件和軟件上都已實現(xiàn)基本功能。從總體設(shè)計上分為微處理器模塊、溫濕度信號采集處理模塊、按鍵控制模塊、數(shù)碼管顯示模塊和加熱與排風(fēng)驅(qū)動控制模塊5個部分是合理的。

2、軟硬件設(shè)計均采用模塊化思想，硬件采用“模板連接”方式，每個模板能夠執(zhí)行各自的功能，相互獨立互不干擾；軟件是把每一個功能子程序做成一模塊，硬件中加入了哪個模版，主程序會自動檢測新硬件并調(diào)用相應(yīng)的子程序。可見，模塊化的設(shè)計為系統(tǒng)以后擴張功能提供了方便。

3、系統(tǒng)具有良好的人機界面功能，可讓工作人員隨時進行方便的操作和修改溫濕度的警戒值。

4、智能化控制。當(dāng)溫濕度越過警戒值，系統(tǒng)能夠自發(fā)進行加熱和排風(fēng)控制，讓溫濕度趨于正常值。

[1] 冀捐灶，石軍勇，楊寶強.一種實用型溫濕度控制儀的設(shè)計[J]，計算機測量與控制，2004，Vol 7：695～697.

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[3] 郭天祥.51單片機C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

篇10

【關(guān)鍵詞】旅行箱單片機GSM RFID

隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以智能化控制技術(shù)為基礎(chǔ)的智能家居系統(tǒng)已經(jīng)成為近年來各國在智能領(lǐng)域研究的重點，但是在智能化如此普及的今天，旅行箱的智能化設(shè)計卻很少，傳統(tǒng)的旅行箱已不能滿足我們更高層次的需求，因此一款智能的旅行箱應(yīng)運而生。本旅行箱是基于RFID和GSM無線通信模塊，并由手機端軟件控制，可實現(xiàn)人機交互。該系統(tǒng)具有以下兩種功能：一、及時提醒用戶遺漏的物品，例如行李整理完畢后，該系統(tǒng)進行清單核實發(fā)現(xiàn)有物品遺漏后，它會通過手機短信對用戶進行提醒;二、可進行遠端查詢，如在用戶不能或不方便打開行李箱的情況下，可通過手機終端對該系統(tǒng)發(fā)送一條查詢指令，箱內(nèi)物品的清單便會立刻顯示在手機上。該系統(tǒng)具有低功耗、實用性好、適用范圍性廣等特點。此外，該系統(tǒng)可移植性強，可應(yīng)用于智能家居產(chǎn)品中，具有極大的擴展性和發(fā)展前景。

一、系統(tǒng)功能原理

該系統(tǒng)由射頻讀卡器、GSM通信模塊、單片機和電源組成。射頻讀卡器的作用是讀取電子標(biāo)簽的序列碼，GSM通信模塊的作用是收發(fā)信息，單片機則控制其它各模塊協(xié)調(diào)工作，處理信息。其工作流程是：先在手機終端的應(yīng)用軟件中設(shè)定所帶物品信息，每件物品都對應(yīng)一個電子標(biāo)簽的序列號，待衣物都放入箱內(nèi)后，射頻讀卡器讀取放入箱內(nèi)的電子標(biāo)簽序列號并傳送給單片機，然后通過GSM模塊，以短信形式發(fā)送到手機終端，應(yīng)用程序自動調(diào)取短信內(nèi)的電子標(biāo)簽信息，并與預(yù)設(shè)物品對應(yīng)的序列號進行核對，如能完全匹配則無衣物遺漏，否則有物品遺漏，并提示。當(dāng)用手機發(fā)出查詢指令時，箱內(nèi)的GSM通信模塊接收到指令后會將指令傳給單片機，然后單片機再調(diào)用相關(guān)程序和射頻讀卡器，然后將讀卡器讀出的電子標(biāo)簽序列碼再通過GSM模塊發(fā)送給手機，然后手機端應(yīng)用軟件會將電子標(biāo)簽序列碼對應(yīng)的物品以清單的形式顯示出來。

二、硬件電路設(shè)計

硬件部分主要包括射頻讀卡器、單片機和GSM通信模塊GTM900B，其中射頻讀卡器將讀出的電子標(biāo)簽的序列碼通過相關(guān)接口傳至單片機，再經(jīng)由GSM模塊發(fā)送至手機終端。

射頻讀卡器經(jīng)過USB轉(zhuǎn)TTL串口引出4個引腳，分別為RXD/TXD/VCC/GND，其中RXD/TXD引腳分別與單片機的對應(yīng)引腳相連，以串行通信方式進行數(shù)據(jù)的傳輸。

單片機的p3.0/p3.1腳分別與GTM900的18/19腳（RXDO/TXDO）相連進行數(shù)據(jù)的傳輸，高電平有效。GTM900B的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，其接口提供標(biāo)準(zhǔn)的UART接口，UART接口的信號除了RXDO/TXDO為高電平有效外，其余均為低電平有效，而且UART接口提供512byte的發(fā)送和接收FIFO，支持可編程的數(shù)據(jù)寬度，數(shù)據(jù)停止位，奇/偶校驗或無校驗，UART接口的最大支持速率為115.2kbps，GTM900的1-5腳與電源VCC相連，支持3.3-4.8 V，6-10腳與GND相連，24-29腳與SIM卡相連，此外GTM900可使用AT指令集，并且短消息模式支持TEXT和PDU模式，通過UART接口與外部CPU通信，實現(xiàn)無線傳輸，并且支持800/900/1800MHZ三頻自動選擇。具有體積小，質(zhì)量輕，耗電少等優(yōu)點。

三、控制電路的軟件設(shè)計

3.1硬件控制程序工作流程

系統(tǒng)開機，等待短信指令，當(dāng)接收到來自手機的查詢或提醒指令時，單片機會給射頻讀卡器發(fā)送讀取指令，讀取電子標(biāo)簽的序列碼，然后再調(diào)取短信發(fā)送程序，將返回的序列碼通過GSM發(fā)送到手機終端

3.2射頻數(shù)據(jù)讀取指令

讀寫器與STC89C52串行通訊，通訊過程由單片機發(fā)送命令及參數(shù)給讀寫器，讀寫器將命令執(zhí)行結(jié)果狀態(tài)和電子標(biāo)簽UII數(shù)據(jù)返回給單片機。

3.2.1詢問狀態(tài)

發(fā)送十六進制aa020055若成功連接返回aa03000055

若連接失敗無返回可能是端口設(shè)置不一樣或者波特率不一樣，模塊默認的波特率為57600

3.2.2停止操作

發(fā)送十六進制：aa021255確認停止返回aa03120055失敗無返回

3.2.3單標(biāo)簽循環(huán)識別：

發(fā)送十六進制：aa021055返回數(shù)據(jù)1模塊確認收到指令：aa03100155

3.2.4多標(biāo)簽循環(huán)識別

發(fā)送十六進制：aa03110355返回確認指令aa03110155

3.3 GSM短信發(fā)送子程序

在該部分程序中，由主函數(shù)調(diào)用發(fā)送子函數(shù)send（），單片機通過串口依次發(fā)送相關(guān)的AT指令及要發(fā)送的信息內(nèi)容到GSM通信模塊，然后由GSM模塊發(fā)送到指定的手機終端，從而實現(xiàn)信息的傳輸，部分指令如下

Serial_Init（）;pwon=O;Delay_ms （1000）; pwon=l; Send_command（”AT”）;Send_command（”AT+CMGF=1”）;Send_command（”AT+CMGS=手機號碼”）;Send_command（”123”）;Send_Hex（Oxla）;

四、手機應(yīng)用軟件設(shè)計

4.1開發(fā)及運行環(huán)境

JDK7.0.250.17， Eclipse， Android Development Toolkit，Android 2.4及以上

4.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計

在本地建立Goods.db的數(shù)據(jù)庫，用于存儲物品信息，包括物品名稱，物品編號及對應(yīng)的序列碼，提示信息等。

4.3軟件功能及工作原理

原理：先在手機軟件上預(yù)先選定箱內(nèi)需帶物品，然后放人物品，物品放入過程結(jié)束后，在軟件上點擊“檢查”，軟件自動給旅行箱的GSM模塊發(fā)送檢查指令，進入物品核查過程，并對旅行箱的GSM模塊返回短信進行提取與解析，讀出其中的電子標(biāo)簽序列碼，與事先選定的物品所對應(yīng)的序列碼進行核對，檢查有無遺漏。若有預(yù)選物品沒有放入箱內(nèi)，則會在手機上給出提醒。若需查詢箱內(nèi)物品，則點擊“查詢”，便自動給旅行箱發(fā)送查詢指令，并將GSM返回的序列碼所對應(yīng)的物品以清單形式顯示出來。

軟件主要功能：物品預(yù)設(shè)、短信指令發(fā)送、短信內(nèi)容提取與解析、數(shù)據(jù)對比。

五、結(jié)束語