硬件系統(tǒng)設(shè)計論文精選(九篇)

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第1篇：硬件系統(tǒng)設(shè)計論文范文

關(guān)鍵詞：變壓器；冷卻控制系統(tǒng)；硬件

1變壓器冷卻控制系統(tǒng)控制模塊的設(shè)計總體思想

本文所進行的就是對變壓器冷卻控制系統(tǒng)控制器模塊進行設(shè)計，其中包括了可以對主變壓器風(fēng)扇投入與切除的溫度范圍進行自行設(shè)定，也可以按照用戶的要求而變化。在傳統(tǒng)控制方式中，風(fēng)扇投切的溫度限制值是不能改變的，此外，風(fēng)扇電機的啟動和停止溫度有一余量，不像傳統(tǒng)的控制方式中是一個定值，避免了頻繁啟動的缺陷，此外還有運行、故障保護及報警等信號的顯示及其與控制中心或調(diào)度中心的通訊，上傳這些信息，如變壓器油溫、風(fēng)扇運行狀態(tài)有無故障等。至于風(fēng)扇的分組投切設(shè)置是為了節(jié)約電能，具有一定的經(jīng)濟意義，但這個分組數(shù)不宜過多，以免控制復(fù)雜，且散熱效果不佳。

控制器主要由AT89CS1單片機、A/D轉(zhuǎn)換器、鍵盤控制芯片，輸出模塊、通訊模塊以及自動復(fù)位電路等組成，其中單片機是控制器的核心，AID轉(zhuǎn)換器是把輸入信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

2變壓器風(fēng)扇控制系統(tǒng)的硬件接線

基于以上的要求，我們設(shè)計的風(fēng)扇控制器的硬件線路圖如下頁圖1所示。變壓器風(fēng)扇控制中對控制模塊進行改進是本文研究的重點，其中包括主要芯片的選用以及一些抗干擾元件的使用。所以在本章節(jié)中，我們重點將要介紹變壓器風(fēng)扇冷卻控制模塊中的主要硬件芯片的作用、選用以及它們之間的連接力一法。

（1）單片機AT89C51（如圖1）。

AT89C51是Atmel公司生產(chǎn)的一種低功耗，高性能的8位單片機，具有8k的flash可編程只讀存儲器，它采用Atmel公司的高密度不易丟失的存儲器技術(shù)，并且和工業(yè)標準的80c51和80c52的指令集合插腳引線兼容，其集成的flash允許可編程存儲器可以在系統(tǒng)或者通用的非易失性的存儲器編程中進行重新編程。AT89C51集成了一個8位的CPU，8K的flash。256字節(jié)的EDAM，32位的I/0總線。三個16字節(jié)的定時器/計數(shù)器，兩級六中段結(jié)構(gòu)，一個全雙工的串行口，振蕩器及時鐘電路。AT89C51是完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)控制的核心，所有其它器件都受其控制或為其服務(wù)。

在本文中，經(jīng)過TLC1543A/D轉(zhuǎn)換器后輸出的數(shù)字量輸入到AT89C51單片機中，同時在進行了溫度參數(shù)的設(shè)置以后，進行它的輸出控制，其中包括了變壓器的溫度顯示、狀態(tài)顯示、以及聲音報警設(shè)備等等，也就是我們所研究的變壓器冷卻控制系統(tǒng)的核心部分。

（2）變壓器的溫度采集及溫度處理模塊。在變壓器的風(fēng)扇冷卻自動控制系統(tǒng)中，第一步進行的就是對變壓器上層油溫進行的溫度采集工作。變壓器的溫度采集是由變壓器的溫度控制器來實現(xiàn)的，其中包括鉑電極、傳感器以及變送器。經(jīng)過溫度控制器輸出的信號進入變送器，變送器送出一個4一20毫安的電流信號，然后將此電流信號通過控制芯片上的電阻元件實現(xiàn)電流電壓信號的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電壓是在0.4一2（伏特）之間，然后將此電壓信號輸入到TLC1543數(shù)模轉(zhuǎn)換器，進行信號處理。變送器輸出信號有電流和電壓信號兩種，考慮到變壓器安裝的位置（室外）距本控制裝置（室內(nèi)）有一定的距離，電流信號不易損失，故選擇了4一20毫安的電流信號。（3）11通道10位串行A/D轉(zhuǎn)換器丁LC1543。

TLC1543A/D轉(zhuǎn)換器是美國TI公司生產(chǎn)的眾多串行A/D轉(zhuǎn)換器中的一種，它具有輸入通道多、轉(zhuǎn)換精度高、傳輸速度快、使用靈活和價格低廉等優(yōu)點，是一種高性價的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。TLC1543是CMOS，10位開關(guān)電容逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它有三個輸入端和一個3態(tài)輸出端：片選（CS），輸入/輸出時鐘（I/0CLOCK），地址輸入和數(shù)據(jù)輸出（DATAOUT）。這樣通過一個直接的四線接口與卞處理器或的串行口通訊。片內(nèi)還有14通道多路選擇器可以選擇11個輸入中的任何一個三個內(nèi)部自測試（self-test）電壓中的一個。

（4）BC7281128段LED顯示及64鍵鍵盤控制芯片。

BC7281是16位LED數(shù)碼管顯示器鍵盤接口專用控制芯片，通過外接移位寄存器（典型芯片如74HC164，74LS595等），最多可以控制16位數(shù)碼管顯示或128支獨立的LED。BC7281的驅(qū)動輸出極性及輸出時序均為軟件可控，從而可以和各種外部電路配合，適用于任何尺寸的數(shù)碼管。

BC7281各位可獨立按不同的譯碼方式譯碼或不譯碼顯示，譯碼方式顯示時小數(shù)點不受譯碼影響，使用方便；BC7281內(nèi)部還有一閃爍速度控制寄存器，使用者可隨時改變閃爍速度。

BC7281芯片可以連接最多64鍵C8*8）的鍵盤矩陣，內(nèi)部具有去抖動功能。它的鍵盤具有兩種工作模式，BC7281內(nèi)部共有26個寄存器，包括16個顯示寄存器和10個特殊（控制）寄存器，所有的操作均通過對這26個寄存器的訪問完成。

BC7281采用高速二線接口與MCU進行通訊，只占用很少的I/O資源和主機時間。

BC7281在本系統(tǒng)中主要用于驅(qū)動變壓器溫度顯示的LED以及顯示風(fēng)扇運行狀態(tài)的指示燈。

前已提及，BC7281芯片內(nèi)部共有26個寄存器，包括16個顯示寄存器和10個特殊功能寄存器，共用一段連續(xù)的地址，其地址范圍是OOH-19H，其中OOH-OFH為顯示寄存器，其余為特殊寄存器。

（5）使用MAX232實現(xiàn)與PC機的通訊。

①MAX232芯片簡介

MAX232芯片是1VIAX工M公司生產(chǎn)的低功耗、單電源雙RS232發(fā)送/接收器，適用于各種E工A-232E和V.28；V.24的通信接口，1VIAX232芯片內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電源變換成RS-2320輸出電平所需±10V電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5V電源就可以。

我們的設(shè)計電路中選用其中一路發(fā)送/接收，RlOUT接MCS一51的RXD，T1工N接MCS一51的TXD，TlOUT接PC機的RD，Rl工N接PC機的TD1。因為MAX232具有驅(qū)動能力，所以不需要外加驅(qū)動電路。

系統(tǒng)中使用了此技術(shù)之后就實現(xiàn)了變壓器風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)的遠程控制，工作人員可以在控制室對冷卻系統(tǒng)進行控制，可以達到方便、準確、快捷的日的，這也是我們對傳統(tǒng)的風(fēng)扇冷卻控制系統(tǒng)而做的一個重要的改進。

②串行通訊

在此實現(xiàn)中，我們必須要對MCS-51串行接日和PC機串行接日的串行通訊要有一定的了解，串行通信是指通信的發(fā)送方和接收方之間數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根數(shù)據(jù)線上，以每次一個二進制位移動的，它的優(yōu)點是只需一對傳輸線進行傳送信息，囚此其成本低，適用于遠即離通信；它的缺點是傳送速度低；串行通信有異步通信和同步通信兩種基本通信方一式，同步通信適用于傳送速度高的情況，其硬件復(fù)雜；而異步通信應(yīng)用于傳送速度在50到19200波特之間，是比較常用的傳送方式，本文中使用的就是異步通訊方式。

（6）“看門狗”電路DS1232

在系統(tǒng)運行的過程中，為了避免因干擾或其他意外出現(xiàn)的運行中的死機的情況，“看門狗電路”DS1232會自動進行復(fù)位，并且能夠重讀EEPROM中的設(shè)置，以保證系統(tǒng)可以安全正常的運行。

美國Dallas公司生產(chǎn)的“看門狗”（WATCHDOG）集成電路DS1232具有性能可靠、使用簡單、價格低廉的特點，應(yīng)用在單片機產(chǎn)品中能夠很好的提高硬件的抗干擾能力。

DS1232具有以下特點：

①具有8腳DIP封裝和16腳SOIC貼片封裝兩種形式，可以滿足不同設(shè)計要求；

②在微處理器失控狀態(tài)卜可以停止和重新啟動微處理器；

③微處理器掉電或電源電壓瞬變時可自動復(fù)位微處理器；

④精確的5%或10%電源供電監(jiān)視；

在本變壓器冷卻控制系統(tǒng)中，DS1232作為一定時器來起到自動復(fù)位的作用，在DS1232內(nèi)部集成有看門狗定時器，當(dāng)DS1232的ST端在設(shè)置的周期時間內(nèi)沒有有效信號到來時，DS1232的RSR端將產(chǎn)生復(fù)位信號以強迫微處理器復(fù)位。這一功能對于防止由于干擾等原因造成的微處理器死機是非常有效的，因為看門狗定時器的定時時間由DS1232的TD引腳確定，在本設(shè)計中，我們將其TD引腳與地相接，所以定時時間一般取為150ms。

3結(jié)論

本裝置實現(xiàn)了通過單片機自動控制冷卻器的各種運行狀態(tài)并能精確監(jiān)測變壓器的油溫和冷卻器的各種運行、故障狀態(tài)，顯示了比傳統(tǒng)的控制模式的優(yōu)越性。（1）能夠?qū)ψ儔浩饔蜏剡M行監(jiān)測與控制；（2）實現(xiàn)了變壓器冷卻器依據(jù)不同油溫的分組投切，延長了冷卻器的使用壽命，有較好的經(jīng)濟意義；（3）實現(xiàn)了冷卻系統(tǒng)的各種狀況，如油溫、風(fēng)扇投切和故障等信息的上傳，便于值班員、調(diào)度員隨時掌握情況。

由于固態(tài)繼電器實現(xiàn)了變壓器的無觸點控制，解決了傳統(tǒng)的控制回路的弊端，同時此控制裝置具有電機回路斷相與過載的保護功能。由于使用了單片機，因而具有一定的智能特征，實現(xiàn)了油溫、風(fēng)扇的投入、退出和故障等信號的顯示以及上傳等。通過實際運行表明，該裝置的研制是比較成功的。但今后，我們還應(yīng)該對固態(tài)繼電器本身的保護進行一些研究，以免主回路因電流過大而造成固態(tài)繼電器的損壞，以使變壓器風(fēng)扇冷卻控制回路更加完善。

參考文獻

第2篇：硬件系統(tǒng)設(shè)計論文范文

【關(guān)鍵詞】AGV 磁引導(dǎo) PWM調(diào)速 8052單片機

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，自動導(dǎo)引小車（Automatic Guided Vehicle AGV）得到了廣泛的應(yīng)用。AGV以電池為動力，并裝有非接觸導(dǎo)航（導(dǎo)引）裝置，以電磁引導(dǎo)、激光引導(dǎo)、慣性引導(dǎo)及GPS引導(dǎo)等方式。可實現(xiàn)無人駕駛的運輸作業(yè)。它能在計算機監(jiān)控下，按路徑規(guī)劃和作業(yè)要求，精確地行走并?？康街付ǖ攸c，完成一系列作業(yè)。

AGV以輪式移動為特征，較之步行、爬行或其它非輪式的移動機器人具有行動快捷、工作效率高、結(jié)構(gòu)簡單、可控性強、安全性好等優(yōu)勢。AGV的活動區(qū)域無需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置，不受場地、道路和空間的限制。在自動化物流系統(tǒng)中，最能充分地體現(xiàn)其自動性和柔性，實現(xiàn)高效、經(jīng)濟、靈活的無人化生產(chǎn)。

一、AGV導(dǎo)航系統(tǒng)的系統(tǒng)總體設(shè)計

本論文設(shè)計了磁帶引導(dǎo)AGV，完成尋跡、蔽障、PWM調(diào)速、人工控制等功能，為大量生產(chǎn)工業(yè)型AGV提供較好的研究基礎(chǔ)。系統(tǒng)模塊設(shè)計如圖1所示：

圖1

本論文主要對AGV的硬件系統(tǒng)進行設(shè)計，重點研究磁引導(dǎo)AGV的磁尋跡感器模塊軟硬件模塊、速度反饋模塊的設(shè)計。

二、磁尋跡傳感模塊設(shè)計

磁尋跡傳感器是AGV能否完成磁帶尋跡功能的關(guān)鍵，為了檢測到弱磁磁場的存在，要選用靈敏度更高的傳感器。本設(shè)計采用磁阻傳感器，可以測量到弱磁磁場的存在。由于磁阻傳感器輸出為模擬量輸出，需要通過響應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換電路將信號輸入單片機。模塊設(shè)計如圖2所示。

圖2 磁尋跡傳感器硬件實現(xiàn)電路

三、速度反饋模塊設(shè)計

本論文AGV采用雙輪差速驅(qū)動方式，當(dāng)電機負載增加時，電機的運行速度下降，一般額定轉(zhuǎn)速降落達3%～10%，為了使兩電機同速，必須要有反饋換環(huán)節(jié)對電機的速度進行反饋。只有組成了閉環(huán)系統(tǒng)，AGV的運動與速度才可控。碼盤接口硬件電路如圖3所示。兩編碼器的A和B兩相信號經(jīng)過74LS14施密特整形，分別接到單片機的P2.3和P2.2 以及INT0和INT1上。單片機對INT1和INT0的中斷次數(shù)計數(shù)來測量通道B的脈沖數(shù)，讀取P1.2的電平狀態(tài)來判斷電機的轉(zhuǎn)動方向。以上升沿觸發(fā)為例，當(dāng)B路信號的上升沿引起中斷時，單片機判斷P2.2或P2.3信號的電平高低。若其為低，則電機正傳；為高，則電機反轉(zhuǎn)。電機的速度即為一個采樣周期中N值的變化量。電機的轉(zhuǎn)速為，式中，C為標度變化系數(shù)，可根據(jù)轉(zhuǎn)速的量綱來選擇，N為一個采樣周期中的計數(shù)值，它的符號反應(yīng)電機的轉(zhuǎn)動方向。硬件實現(xiàn)電路如圖3所示。

圖3 光電編碼器實現(xiàn)電路圖

四、總結(jié)

本系統(tǒng)采用PWM調(diào)速及雙輪差速控制，使車輛依照車載傳感器確定的位置信息，沿著規(guī)定的行駛路線和停靠位置，自動行駛，完成規(guī)定的操作。論文對關(guān)鍵模塊的設(shè)計進行了詳細設(shè)計，經(jīng)驗證該系統(tǒng)設(shè)計可靠合理，能實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計的基本功能。

參考文獻：

[1] 溫鋼云，黃道平. 計算機控制技術(shù)[M]. 華南理工大學(xué)出版社，2002.

[2] hard C.Dorf Robert H.Bishop. 現(xiàn)代控制系統(tǒng)[M].高等教育出版社，2006.

第3篇：硬件系統(tǒng)設(shè)計論文范文

關(guān)鍵詞:虛擬儀器;微機保護;實驗系統(tǒng)

中圖分類號:TP391文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)19-5381-02

繼電保護裝置是一種利用電磁感應(yīng)原理而發(fā)展起來的電力系統(tǒng)保護裝置,隨著電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展,目前已經(jīng)發(fā)展到微機型階段,并且利用軟件技術(shù)可以實現(xiàn)由軟件技術(shù)驅(qū)動硬件而實現(xiàn)微機繼電保護,這就是目前研究很熱的技術(shù)――基于虛擬儀器技術(shù)的繼電保護系統(tǒng)。利用虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)的微機繼電保護裝置,具有傳統(tǒng)微機繼電保護裝置所不具備的優(yōu)勢,例如控制更加安全可靠等。

本論文主要將虛擬技術(shù)應(yīng)用于微機保護實驗系統(tǒng),擬對基于虛擬儀器技術(shù)的微機保護系統(tǒng)進行開發(fā),并從中找到可靠有效的微機保護實驗方法與建議,并和廣大同行分享。

1 微機繼電保護概述

1.1 微機繼電保護的基本構(gòu)成

微機繼電保護裝置,其基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成與普通的電力保護裝置一樣,也是有硬件和軟件兩大部分構(gòu)成。硬件部分主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及邏輯判斷控制模塊等幾個部分構(gòu)成,主要由數(shù)據(jù)采集模塊負責(zé)對電力系統(tǒng)的相關(guān)電參數(shù)實現(xiàn)檢測與采集,并將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),數(shù)據(jù)經(jīng)過運算之后,由邏輯判斷控制模塊調(diào)用軟件控制程序,并發(fā)出相應(yīng)的控制信號,驅(qū)動保護裝置執(zhí)行保護動作,從而實現(xiàn)電力繼電保護的功能。

隨著集成電子電路技術(shù)的發(fā)展,目前發(fā)展的微機型繼電保護裝置,其硬件系統(tǒng)主要由CPU(微處理器)主機系統(tǒng)、模擬量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)三大部分組成,盡管結(jié)構(gòu)構(gòu)成已經(jīng)發(fā)生一定變化,但其實實現(xiàn)繼電保護的基本原理仍是一樣的,由模擬量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負責(zé)相關(guān)保護參數(shù)的采集,微機繼電保護裝置是以微處理器為核心,根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的電力系統(tǒng)的實時狀態(tài)數(shù)據(jù),按照給定算法來檢測電力系統(tǒng)是否發(fā)生故障以及故障性質(zhì)、范圍等,并由此做出是否需要跳閘或報警等判斷。

1.2 微機繼電保護裝置的特點

微機保護與常規(guī)保護相比具有以下優(yōu)點:

1) 微機繼電保護裝置主要由微處理器為核心而構(gòu)成的硬件系統(tǒng),因此借助于現(xiàn)代功能強大的微處理器,微機型繼電保護裝置可以實現(xiàn)一定程度的智能化。

2) 相比于傳統(tǒng)的機械式硬件實現(xiàn)的硬件保護裝置,微機型繼電保護裝置能夠依靠數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)對相關(guān)參數(shù)的檢測與采集,整個過程實現(xiàn)數(shù)字化流程,這就為繼電保護裝置的控制功能的穩(wěn)定性、可靠性提供了技術(shù)條件;另一方面,依靠微處理器內(nèi)部的軟件程序,微機繼電保護裝置能夠進行周期性自檢,一旦發(fā)現(xiàn)自身硬件或者軟件發(fā)生故障,能夠立即實施報警,從而保障了繼電保護裝置功能的可靠性。

3) 傳統(tǒng)的機械式硬件實現(xiàn)的硬件保護裝置,其保護功能較為單一,僅僅是實現(xiàn)基本的保護功能,動作依靠一次性機械元件完成,一旦該部件發(fā)生故障,則整個繼電保護裝置無法工作;而微機型繼電保護裝置除了能夠利用弱電驅(qū)動控制實現(xiàn)繼電保護的功能外,還能夠依靠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對整個電力系統(tǒng)的相關(guān)電力參數(shù)都實施監(jiān)測與采集,通過程序的分析,實現(xiàn)對電力系統(tǒng)整體性能的檢測,保護功能大大豐富。

4) 傳統(tǒng)的機械式硬件實現(xiàn)的硬件保護裝置,其功能調(diào)試復(fù)雜,工作量大,而且極容易造成內(nèi)部晶體管集成電路的失效,而現(xiàn)代微機繼電保護裝置,依靠內(nèi)部的核心微處理器,能夠開發(fā)專用的人機交互系統(tǒng),利用人機交互系統(tǒng)實現(xiàn)繼電保護裝置的調(diào)試,簡單易行,還可以自動對保護的功能進行快速檢查。

5) 利用微機的智能特點,可以采用一些新原理,解決一些常規(guī)保護難以解決的問題。例如,采用模糊識別原理或波形對稱原理識別判斷勵磁涌流,利用模糊識別原理判斷振蕩過程中的短路故障,采用自適應(yīng)原理改善保護的性能等。

2 基于虛擬儀器的微機保護實驗系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本論文探討的是基于虛擬儀器技術(shù)的微機繼電保護系統(tǒng),因此首先面臨選擇合適的虛擬儀器開發(fā)平臺的問題,這里選擇基于G語言的LabView開發(fā)平臺是目前國際最先進的虛擬儀器控制軟件,集中了對數(shù)據(jù)的采集、分析、處理、表達,各種總線接口、VXI儀器、GPIB及串口儀器驅(qū)動程序的編制?；谔摂M儀器的微機繼電保護裝置系統(tǒng),是利用虛擬儀器開發(fā)平臺,構(gòu)建虛擬的微機繼電保護裝置,實現(xiàn)完整的微機繼電保護裝置的全部功能,并對設(shè)計的虛擬繼電保護裝置進行評估和改進,從而完成微機繼電保護系統(tǒng)設(shè)計的一種設(shè)計手段。

利用虛擬儀器技術(shù)進行微機繼電保護系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計,從具體設(shè)計流程來說,主要從以下幾個環(huán)節(jié)入手進行總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計:

根據(jù)微機繼電保護系統(tǒng)的設(shè)計目標、設(shè)計功能,列出所需要的相關(guān)硬件,構(gòu)建整體微機繼電保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架;另一方面,盡量采用模塊化的開發(fā)設(shè)計模式,將微機繼電保護系統(tǒng)按照不同的功能環(huán)節(jié),設(shè)計各功能模塊之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。

如下圖所示,是本論文所探討的利用虛擬儀器平臺所開發(fā)的微機繼電保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。這種方式既便于模塊的單獨調(diào)試,節(jié)省系統(tǒng)開發(fā)周期,又便于系統(tǒng)功能的改變,使系統(tǒng)具有更強的移植與升級功能。

如圖1所示,基于虛擬儀器技術(shù)的微機保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由一次系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、保護測量模塊及保護決策軟件系統(tǒng)等幾部分構(gòu)成,一次系統(tǒng)主要負責(zé)面向電網(wǎng)系統(tǒng)模擬設(shè)置合適的傳感器,將相關(guān)擬生成電網(wǎng)的二次側(cè)電壓、電流信號,信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換、調(diào)理電路變換成符合要求的-5V～+5V模擬信號送數(shù)據(jù)采集模塊,數(shù)據(jù)采集模塊主要由DAQ數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成,能夠自動將模擬產(chǎn)生的模擬電壓信號進行A/D轉(zhuǎn)換,并進行初步的數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換再傳送給以虛擬微處理器為核心的保護決策模塊,最終將生成的繼電保護控制決策信號輸出到保護策略模塊,最終實現(xiàn)微機繼電保護系統(tǒng)的功能。

2.2 數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

本文中微機實現(xiàn)的繼電保護實驗系統(tǒng)輸入信號來源于繼電保護測試儀,根據(jù)保護系統(tǒng)測試輸入信號的特點,本論文采用數(shù)據(jù)采集卡來負責(zé)數(shù)據(jù)的采集與高速傳輸。

2.2.1 數(shù)據(jù)采集卡的選擇

要實現(xiàn)基于虛擬儀器技術(shù)平臺的微機繼電保護系統(tǒng),一次系統(tǒng)在完成相應(yīng)電力系統(tǒng)電參數(shù)的傳感檢測之后,數(shù)據(jù)采集模塊要能夠按照微機繼電保護系統(tǒng)的功能于設(shè)計要求實現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與采集,因此,數(shù)據(jù)采集卡的選擇成為整個微機繼電保護系統(tǒng)保護功能實現(xiàn)的關(guān)鍵。目前的數(shù)據(jù)采集卡,主要有12位或16位的DAQ數(shù)據(jù)采集卡,在具體決定選用12位還是16位的DAQ設(shè)備時,主要從采集精度和分辨率這兩個指標考慮,可以由給定的系統(tǒng)精度指標衡量出DAQ卡需要的整體精度。

在本論文中,這里選取PCI-1716數(shù)據(jù)采集卡。PCI-1716是研華公司的一款功能強大的高分辨率多功能PCI數(shù)據(jù)采集卡,它帶有一個250KS/s16位A/D轉(zhuǎn)換器,1K用于A/D的采樣FIFO緩沖器。PCI-1716可以提供16路單端模擬量輸入或8路差分模擬量輸入,也可以組合輸入。它帶有2個16位D/A輸出通道,16路數(shù)字量輸入/輸出通道和1個10MHz16位計數(shù)器通道。PCI-1716系列能夠為不同用戶提供專門的功能。

2.2.2 虛擬數(shù)據(jù)采集程序的實現(xiàn)

在選擇了數(shù)據(jù)采集卡硬件設(shè)備之后,需要借助于虛擬儀器平臺為整個系統(tǒng)設(shè)計虛擬護具采集程序。在具體進行設(shè)計時,由系統(tǒng)內(nèi)部虛擬程序產(chǎn)生數(shù)據(jù)采集卡鎖需要的相應(yīng)信號,具體來說就是CT、PT信號,因此,在具體編程時,首先將CT、PT信號傳輸至相應(yīng)的濾波器,LabVIEW提供了各種典型的濾波器模塊,根據(jù)需要可以設(shè)置成低通、高通、帶通、帶阻等類型的濾波器;其次,將經(jīng)過數(shù)據(jù)濾波處理之后的數(shù)據(jù)進行輸出。數(shù)據(jù)采集模塊的程序如圖2所示。

2.3 微機保護模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

既然在數(shù)據(jù)采集模塊之后需要進行數(shù)據(jù)的濾波,盡管LabVIEW提供了各種典型的濾波器模塊,但是仍然需要借助于虛擬濾波模塊設(shè)計專用的濾波算法,而且在微機繼電保護系統(tǒng)中,對電力系統(tǒng)的繼電保護功能的實現(xiàn),主要是由相應(yīng)的濾波保護算法實現(xiàn)的,因此有必要為虛擬微機電力保護系統(tǒng)設(shè)計濾波保護算法程序。

本論文采用如下的設(shè)計方法對濾波保護算法進行設(shè)計:

1) 利用LabVIEW自帶的濾波器進行數(shù)據(jù)的排序濾波。

2) 按照系統(tǒng)保護功能所需要的數(shù)據(jù)頻帶,設(shè)置相應(yīng)的低通、高通、帶通、帶阻等燈濾波保護功能。按照上述方法,基于虛擬儀器平臺的微機繼電保護系統(tǒng),其濾波器輸入得到的數(shù)據(jù)序列,多數(shù)是傳感器采集到的電參數(shù),如電壓和電流,而電壓和電流數(shù)據(jù)是離散的數(shù)字量序列,其中包含了大量的諧波干擾信號,因此有必要進行濾波。在本論文中,采用了二級濾波保護算法,即分別進行前置濾波和后置濾波,實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的二級濾波保護,從而提高整個微機繼電保護系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。前置濾波模塊如圖3所示,后置濾波模塊如圖4所示。其中前置濾波模塊提供了差分濾波器、積分濾波器、級聯(lián)濾波器、半波和1/4周波傅立葉濾波器、半波和1/4周波沃爾氏濾波器,可以根據(jù)需要自行選擇;后置濾波模塊提供了平均值濾波器、中間值濾波器,也可以自由選擇。

3 結(jié)束語

利用虛擬儀器技術(shù)進行微機繼電保護裝置系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā),能夠很好的避免了實物硬件開發(fā)設(shè)計所帶來的周期較長、調(diào)試較復(fù)雜以及成本較高等劣勢,所有的開發(fā)設(shè)計任務(wù)全部在虛擬儀器平臺上完成。本論文將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用到了微機保護裝置的設(shè)計,對于進一步提高微機繼電保護裝置的可靠性與穩(wěn)定性具有優(yōu)勢,同時借助于虛擬儀器技術(shù)的開發(fā),能夠更好的實現(xiàn)電氣繼電保護功能的完善與提升。

參考文獻:

[1] 李佑光,林東.電力系統(tǒng)繼電保護原理及新技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2003.

[2] 王亮,趙文東.微機繼電保護的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2006,16(18):150-151.

[3] 張振華,許振宇,張月品.第三代微機保護的設(shè)計思想[J].電力自動化設(shè)備,1997,17(3):24-25.

第4篇：硬件系統(tǒng)設(shè)計論文范文

引言

不論社會經(jīng)濟如何飛速，對于電機的控制在人們正常生活和生產(chǎn)中起著重要的作用。一旦缺少了電機的控制，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴重的生產(chǎn)事故及損失，從而對電機控制系統(tǒng)提出了更高的要求，需要滿足及時、準確、安全等特性。如果仍然使用人工方式，勞動強度大，工作效率低，安全性難以保障，由此必須進行自動化控制系統(tǒng)的改造。

目前的單片機廣泛的應(yīng)用在很多的場合，在以下的民用電子產(chǎn)品、計算機系統(tǒng)、智能儀表、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)與通信的智能接口、軍工領(lǐng)域、辦公自動化等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。本次的電機控制系統(tǒng)設(shè)計使用單片機控制電路實現(xiàn)對電機的控制。

本文采用AT89C51單片機作為硬件核心實現(xiàn)對電機進行控制，通過采集電路采集電機的速度信息，并與設(shè)定的速度進行比較，產(chǎn)生偏差信號，偏差信號通過PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，保證電機的恒轉(zhuǎn)速運行。

AT89C51單片機溫度測控儀采用Atmel公司的AT89C51單片機，采用雙列直插封裝（DIP），有40個引腳。該單片機采用Atmel公司的高密度非易失性存儲技術(shù)制造，與美國Intel公司生產(chǎn)的MCS—51系列單片機的指令和引腳設(shè)置兼容。其主要特征如下：8位CPU；內(nèi)置4K字節(jié)可重復(fù)編程Flash，可重復(fù)擦寫1000次；完全靜態(tài)操作：0Hz～24Hz，可輸出時鐘信號；三級加密程序存儲器；128B×8的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；32根可編程I/O線；2個16位定時/計數(shù)器；中斷系統(tǒng)有6個中斷源，可編為兩個優(yōu)先級；一個全雙工可編程串行通道；可編程串行UART通道；具有兩種節(jié)能模式：閑置模式和掉電模式。

1電機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

對于電機的整流電路在實際的應(yīng)用過程中已經(jīng)非常成熟，因此可以參考相關(guān)的電機設(shè)計資料，在本論文中就不做相應(yīng)的贅述。

1.1功率驅(qū)動模塊

功率驅(qū)動模塊是電機控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，在本文的電機控制系統(tǒng)中，采用的是IR公司的IRAMS10UP60A，這款集成電路具有硬件電路簡單，并且穩(wěn)定性和安全性、可靠性高等特點。在這款電路中具有自舉電路和過溫過流保護，這樣能夠保證閉環(huán)速度控制系統(tǒng)的功能。

1.2檢測電路

在本篇論文中采用的是無刷直流電機自帶的霍爾元件式的位置傳感器，霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用。霍爾元件具有許多優(yōu)點，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕?；魻柧€性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高（可達μm級）。采用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達-55℃～150℃。

通過遮光盤的齒部的遮擋與不遮擋，使霍爾元件產(chǎn)生高、低電平信號，從而提供了電動機的轉(zhuǎn)子位置信息。當(dāng)電機轉(zhuǎn)軸逆時針轉(zhuǎn)動時，遮光盤的齒部進入霍爾傳感器定子內(nèi)，此時由于永磁塊的磁力線被齒部所短路，磁力線不穿越霍爾元件，霍爾元件輸出為“1”（高電平）；當(dāng)齒部離開時，磁力線穿越霍爾元件，霍爾元件輸出為“0”（低電平），這樣，根據(jù)這三個霍爾元件的輸出狀態(tài)，就可以準確地確定轉(zhuǎn)子的磁極位置。

1.3電流采樣設(shè)計

2電機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

3結(jié)論

隨著性能高的微處理器的出現(xiàn)，采用高性能的處理器可以簡化系統(tǒng)的設(shè)計，同時還能夠提高系統(tǒng)的安全性、可靠性。根據(jù)這種方法設(shè)計的電機控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的電機控制系統(tǒng)相比較在成本上具有很大的優(yōu)勢。本文利用ATMEL公司的AT89C51的單片機，設(shè)計出了相應(yīng)的硬件和軟件系統(tǒng)，在系統(tǒng)的軟件設(shè)計中，采用了模塊化的設(shè)計思想，并給出了相應(yīng)的設(shè)計流程，這種芯片式的電機控制系統(tǒng)設(shè)計，簡化了設(shè)計的時間，降低了開發(fā)成本，能夠很好的實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。

參考文獻：

[1]白雷石，楊華.基于DSP的無刷直流電動機控制系統(tǒng)[J].電氣傳動自動化，2012（2）.

第5篇：硬件系統(tǒng)設(shè)計論文范文

【關(guān)鍵詞】控制系統(tǒng)；PLC；溫室

農(nóng)業(yè)從古至今一直是我國經(jīng)濟基礎(chǔ)，在國家發(fā)展中占有重要的地位。隨著人們生活水平的提高，人們對農(nóng)作物的生命期、品種都有了更高的要求，如四季能吃到綠色菜以及買到想要品種的鮮花。因此溫室現(xiàn)在越建越多，建溫室的重要保證參數(shù)就是植物的生長要素，即光、溫度、濕度和CO2，本論文就是論述如何用PLC技術(shù)對溫室進行控制。

一、確定控制系統(tǒng)方案

（一）控制對象

1.溫度

植物生長的溫度是在一個范圍內(nèi)，雖然最適宜溫度植物長得很快，但是往往因為消耗有機物太多，會出現(xiàn)長的細長現(xiàn)象?？刂葡到y(tǒng)的控制溫度范圍要略低于植物最適宜溫度。

2.濕度

空氣的濕度太大會造成之無病蟲害，但是要保證空氣濕度低的同時要有充足的水分由土壤供給植物。

3.光照

植物生長需要光照，這樣才能進行光合作用，不同植物的光補償點不同，因此事宜溫度范圍也不同，同時人們可以控制光照時間和強度來控制植物的生長速度。

4.CO2

植物生長需要光合作用，光合作用需要的一個物質(zhì)是CO2，植物的光合作用隨著CO2的濃度增大而增強，但是濃度過高反而會抑制植物光合作用，因此二氧化碳濃度的控制范圍要與農(nóng)作物相適應(yīng)。

（二）PLC控制系統(tǒng)

PLC是可編程邏輯控制器，它可以通過編程方式完成傳統(tǒng)的繼電器-接觸器的邏輯控制，PLC的控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定，價格便宜，開發(fā)容易，性價比高，缺點就是人機交流困難。

（三）控制系統(tǒng)的方案確定

本控制系統(tǒng)方案為各參數(shù)的自動控制，當(dāng)傳感器檢測的溫濕度、光照以及CO2超過范圍時，PLC控制系統(tǒng)會發(fā)出指令，控制執(zhí)行機構(gòu)如天窗的電動機等動作，使溫室參數(shù)達到用戶要求。

二、控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計

（一）控制要求

隨時檢測控制對象溫濕度、CO2濃度和光照參數(shù)，并保證參數(shù)在控制范圍內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計流程如圖1所示。

（二）硬件設(shè)計

1.根據(jù)控制系統(tǒng)輸入輸出的點數(shù)，對PLC型號進行選擇

（1）PLC開關(guān)量點數(shù)確定

（2）根據(jù)PLC開關(guān)量點數(shù)確定PLC型號

由上表可得輸出點13個，輸入點14個，考慮到應(yīng)有輸入輸出端子的余量，選擇S7-200cpu226型，其有24/16個I/O口。

2.模擬量模塊的選型

對于溫濕度、CO2和光強傳感器都輸出模擬信號，需要PLC擴展模擬量模塊。溫濕度傳感器分別要在溫室的上下南北四處檢測，因此輸入10路模擬量信號，因此選擇EM235模塊3個（此模塊4AI/1AO）。

3.溫濕度、光照以及CO2檢測元件選型

選擇HMD40溫度傳感器，Poi88-c光強傳感器，TGS4160型CO2傳感器以及A1203型濕度傳感器。

4.進行電路設(shè)計

控制電路簡圖如圖2所示，主電路同傳統(tǒng)繼電器-接觸器電路。

（三）軟件設(shè)計

以光照的控制為例，比較光照傳感器的值，如果超過上限，則打開遮光簾，如果在范圍內(nèi)，則遮光裝備動作不變，低于下限值收起遮光裝備并且打開光照燈。

最后，要進行整機調(diào)試。調(diào)試時先啟動控制電路，斷開主電路，等確定程序和控制電路無誤后，在進行整機調(diào)試。

參考文獻

第6篇：硬件系統(tǒng)設(shè)計論文范文

高校教師論文及著作管理系統(tǒng)采用.NETFramework3.5框架，利用+C#技術(shù)，運用C/S和B/S相結(jié)合的系統(tǒng)架構(gòu)來設(shè)計完成系統(tǒng)的主要功能，系統(tǒng)開發(fā)平臺采用微軟的VisualStudio2010。

1.1系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

近年來，隨著高校教師隊伍的不斷擴大，整體科研水平不斷提高，在各專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域涌現(xiàn)出了很多學(xué)術(shù)成果，并據(jù)此撰寫了大量的論文及著作，如何對這些寶貴的學(xué)術(shù)成果數(shù)據(jù)信息進行有效管理是當(dāng)下各高校面臨的重要課題。筆者結(jié)合本人日常工作經(jīng)歷，并走訪了各級各類高校相關(guān)管理工作人員、專職教師和科研人員，收集了大量需求信息，隨后進行系統(tǒng)功能模塊設(shè)計和數(shù)據(jù)庫設(shè)計、程序編碼，最終形成了本系統(tǒng)原形產(chǎn)品，本系統(tǒng)的主要功能有：1、教職工所撰寫的論文及著作基本信息查詢，包括：第一作者姓名、第二作者姓名、第三作者姓名、論文(著作)名稱、ISBN(ISSN)、出版社名(期刊名稱)、成果類別、獲獎情況、總頁碼、封面彩圖、封底彩圖、總字數(shù)，本人所完成的字數(shù)等信息；2、根據(jù)論文及著作成果影響程度和類別，以及本人完成的字數(shù)來計算科研積分及工作量折算；3、存儲論文及著作的的目錄，封面、封底圖片，以備日后查詢；4、與現(xiàn)有教師教學(xué)工作量計算系統(tǒng)無縫集成，以便匯總教師總的工作量及績效津貼。圖1反映了高校教師論文及著作管理系統(tǒng)的主要工作的流程示意圖，其中教師操作部分使用B/S模式，采用Windows2003server+IIS+.net+MSSQLServer2005平臺，使用C#.net進行編程；管理工作人員操作部分采用C/S模式，使用C#.net進行編程。

1.2論文及著作管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計

由于高校教師論文及著作管理系統(tǒng)中涉及到的用戶權(quán)限和業(yè)務(wù)一般相對復(fù)雜，因此在進行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計時，充分利用數(shù)據(jù)庫理論和設(shè)計規(guī)則，同時兼顧硬件系統(tǒng)性能指標等客觀條件，適當(dāng)容忍較低程度的數(shù)據(jù)冗余。由于要儲存論文及著作的封面、封底的圖片，故涉及到大量圖像采集和存儲，對系統(tǒng)的存儲功能要求較高，要求采用大容量存儲技術(shù)，對所有用戶所提交的各種文檔采用二進制流文件格式統(tǒng)一存放到數(shù)據(jù)庫中，避免了占用服務(wù)器中的大量存儲資源，根據(jù)需要，在數(shù)據(jù)庫中設(shè)計若干個數(shù)據(jù)表，其中論文及著作表(CEC_AUTHORS)主要存儲教職工的論文及著作數(shù)據(jù)，該表是整個系統(tǒng)的主數(shù)據(jù)表,其結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中著作編號為主鍵，封面、封底字段的數(shù)據(jù)類型設(shè)置為image數(shù)據(jù)類型。同時，為降低系統(tǒng)運行中出現(xiàn)“臟”數(shù)據(jù)的幾率，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)別設(shè)計了以論文及著作表為中心的數(shù)據(jù)庫關(guān)系圖，以保證數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)完整性和一致性，如圖3所示。

2基于績效管理制度的高校教師論文及著作管理系統(tǒng)的實現(xiàn)及性能分析

本系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫采用SQLServer2005搭建，在B/S部分采用了MVC(Model-View-Controller)三層結(jié)構(gòu)設(shè)計模式，即模型-視圖-控制器三層，用以實現(xiàn)程序代碼、業(yè)務(wù)邏輯以及數(shù)據(jù)顯示的分離，下面談?wù)剬ο到y(tǒng)的實現(xiàn)和性能分析。

2.1系統(tǒng)實現(xiàn)

在此，筆者以本系統(tǒng)中位于Model層中的數(shù)據(jù)訪問類的實現(xiàn)和View層功能的實現(xiàn)為例，簡要敘述基于.NETFramework3.5的高校教師論文及著作管理系統(tǒng)的B/S部分的實現(xiàn)過程。由于篇幅有限，在此簡單羅列部分關(guān)鍵代碼，希望能拋磚引玉，在MicrosoftVisualStudio2010開發(fā)環(huán)境下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問公共類的簡要代碼如下。在B/S部分，系統(tǒng)中的用戶登錄模塊負責(zé)接受來自UI層的用戶號、用戶密碼、用戶身份等數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳送到控制層，控制層根據(jù)不同用戶身份數(shù)據(jù)，返回相應(yīng)的不同數(shù)據(jù)給用戶，從而在View層中顯示不同的內(nèi)容，圖4和圖5展示了根據(jù)不同用戶身份返回不同的View內(nèi)容。在C/S部分，管理員對論文及著作成果信息進行逐一分類、匯總核實，然后根據(jù)教職工通過B/S客戶端提交的信息對各成果取得人進行統(tǒng)一入庫歸檔，如圖6所示，其中作者單位和姓名是根據(jù)教職工提供的作者教師號自動生成，無需管理人員手動輸入。

2.2系統(tǒng)性能分析

本系統(tǒng)采用基于.NETFramework3.5開發(fā)平臺，該軟件項目充分利用AJAX技術(shù)創(chuàng)建更有效、更具交互性、高度個性化界面，在B/S部分的Web系統(tǒng)中大量運用母板技術(shù)，使整個系統(tǒng)界面統(tǒng)一規(guī)范，外觀友好，設(shè)計合理，用戶操作起來非常方便。服務(wù)器采用WindowsServer2010操作系統(tǒng)，運行穩(wěn)定，響應(yīng)速度快，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)狀態(tài)良好，數(shù)據(jù)準確，同時為方便管理、整合各種數(shù)據(jù)，便于用戶檢索數(shù)據(jù)信息，在設(shè)計本系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫時，采用了大容量存儲技術(shù)，合理、恰當(dāng)?shù)乩昧藬?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的事務(wù)、存儲過程、和觸發(fā)器等技術(shù)，優(yōu)化服務(wù)器配置，保證了數(shù)據(jù)的安全性和一致性，使其滿足海量數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問和存儲的需要。

3結(jié)論

第7篇：硬件系統(tǒng)設(shè)計論文范文

摘要：本文介紹了我校對計算機硬件實驗課程體系及實踐教學(xué)環(huán)節(jié)進行的改革，建立了“基礎(chǔ)層－應(yīng)用層－提高層”三層體系結(jié)構(gòu)的硬件課程群實驗體系，并對多層次、系列化的硬件實踐教學(xué)模式及訓(xùn)練模式進行了探討。

關(guān)鍵詞：硬件課程群；實驗體系；實驗內(nèi)容；實踐能力

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

我校計算機專業(yè)自99級開始進行了較大規(guī)模的擴招，但由于師資力量跟不上、實驗條件和實驗內(nèi)容相對落后等原因，造成計算機硬件教育存在層次單一、教學(xué)內(nèi)容滯后、理論與實踐脫節(jié)等問題，學(xué)生普遍存在著“重軟怕硬”的現(xiàn)象，畢業(yè)后硬件設(shè)計能力差，軟件開發(fā)缺少后勁。為提高學(xué)生的硬件動手能力，增強畢業(yè)生的社會適應(yīng)性，學(xué)院自2002年開始進行計算機硬件課程群建設(shè)及相應(yīng)的硬件課程群實驗體系建設(shè)，包括“計算機組成原理”等九門硬件課程及5門相關(guān)的實踐課程。本文對我院計算機硬件課程群實驗體系建設(shè)及硬件實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革進行了探討與總結(jié)。

1構(gòu)建科學(xué)完整的硬件課程群實驗體系

在原有的課程體系下，我院為本科生開設(shè)的硬件實驗教學(xué)課程有“數(shù)字邏輯實驗”、“計算機組成實驗”、“微機接口實驗”、“單片機實驗”。由于實驗條件的限制，各課程實驗內(nèi)容相對獨立，綜合性、系統(tǒng)性較差；尚有部分硬件主干課程沒有對應(yīng)的實驗課程，如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。實驗課程體系存在諸多問題。

(1) 缺乏對學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計相分離的設(shè)計方法成為阻礙設(shè)計和實現(xiàn)復(fù)雜、大規(guī)模系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。系統(tǒng)平臺的搭建、軟硬件的協(xié)同設(shè)計驗證和軟硬件功能模塊的可重用性已成為現(xiàn)階段設(shè)計方法的熱點。培養(yǎng)學(xué)生具有系統(tǒng)設(shè)計的思想成為當(dāng)務(wù)之急。

(2) 缺乏對學(xué)生可編程芯片設(shè)計能力及EDA技術(shù)的培養(yǎng)?？删幊绦酒cEDA技術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計的發(fā)展趨勢，將可編程芯片設(shè)計及EDA技術(shù)引入實驗教學(xué)中是時展的需要。

(3) 缺乏綜合性的實踐課程，學(xué)生的創(chuàng)新能力發(fā)揮受限。由于實驗條件限制，原有的多數(shù)實驗是基于純硬件邏輯設(shè)計的，只是在面包板上用器件構(gòu)建小系統(tǒng)，功能擴展性差；并且只能開設(shè)數(shù)量有限、技術(shù)含量較低的實驗，學(xué)生無法開展自主的綜合性設(shè)計，無法進行創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

為此，經(jīng)過充分調(diào)研和論證，我院首先從修改03級教學(xué)計劃入手，對課程體系中的多門課程進行了調(diào)整，同時理順各門課程間的關(guān)系，構(gòu)建起了新的硬件課程體系。該課程體系由必修課程、選修課程及配套實踐三部分組成。必修課包括“組成原理”、“接口技術(shù)”、“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”等基礎(chǔ)課程。為適應(yīng)社會需求，在選修課中刪去原有的“診斷與容錯”等一些過時的課程，增加“數(shù)據(jù)采集”、“計算機控制技術(shù)”、“嵌入式系統(tǒng)”等社會需求較強、實用價值高的應(yīng)用性課程，同時新開了“模型機設(shè)計與組裝”、“硬件綜合實踐”等實踐課程。在07版教學(xué)計劃中，又新增了“DSP原理與應(yīng)用”、“嵌入式系統(tǒng)實踐”等新課程，保證課程體系的實用性與先進性。

硬件系列課程從體系結(jié)構(gòu)上劃分為三個層次：基礎(chǔ)層、應(yīng)用層和提高層，其課程間的關(guān)系如圖1所示。基礎(chǔ)層為“數(shù)字電路”與“組成原理”?！皵?shù)字電路”課程雖然在教學(xué)體系上不屬于計算機硬件系列課程，但它是計算機硬件系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)，是必修的前續(xù)課；“組成原理”介紹計算機的基本組成和工作原理，解決整機概念；通過“電工電子實習(xí)”與“模型機設(shè)計與組裝”兩門實踐課程，強化學(xué)生的硬件動手能力。在應(yīng)用層中，通過“接口技術(shù)”介紹應(yīng)用層的接口和相關(guān)外設(shè)，以“嵌入式系統(tǒng)”等四門實用性強的課程作為選修課，每門課程都配有相應(yīng)的實驗環(huán)節(jié)，并通過“硬件綜合實踐”、“嵌入式系統(tǒng)實踐”強化學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握和綜合應(yīng)用。提高層為“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”及“性能測試與分析”實踐課程，通過學(xué)習(xí)和實踐，能夠使學(xué)生比較全面地掌握計算機系統(tǒng)的基本概念、基本原理、基本結(jié)構(gòu)、基本分析方法、基本設(shè)計方法和性能評價方法，并建立起計算機系統(tǒng)的完整概念。

在硬件課程群實驗體系建設(shè)過程中，突出強調(diào)課程體系的系統(tǒng)性和完備性。從第1學(xué)期到第7學(xué)期硬件實驗不斷線，層次逐步提高，實驗內(nèi)容銜接連貫。注意各硬件實踐的相互次序和互補，使硬件實踐訓(xùn)練層次化、系列化，以此來系統(tǒng)強化學(xué)生的硬件動手能力。同時調(diào)整各課程的開設(shè)順序，理順每門課與前導(dǎo)課和后續(xù)課之間的關(guān)系，從而保證硬件課程體系的系統(tǒng)性和完備性。

注：所有必修課程與選修課程均開設(shè)課內(nèi)實驗，包括驗證實驗(20%)、設(shè)計實驗(80%)；實踐課程單獨開設(shè)，包括綜合實驗(80%)、探索實驗(20%)。

2改革實驗教學(xué)內(nèi)容與模式

計算機硬件系列課程的重要特點之一是工程性、實踐性強。為了使學(xué)生在學(xué)過該系列課程后具備較強的實際動手能力和計算機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)能力，應(yīng)在實驗教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上體現(xiàn)出基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、實用性和先進性，既要重視計算機硬件的基礎(chǔ)內(nèi)容，又要結(jié)合當(dāng)今電子與計算機的最新發(fā)展。為此，我們對該硬件系列課程的實驗教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式進行了改革創(chuàng)新。

2.1優(yōu)化實驗內(nèi)容，引進實驗新技術(shù)，提高硬件設(shè)計的效率和興趣

隨著計算機硬件技術(shù)的日益發(fā)展，各種各樣的微處理器不斷更新，功能不斷增強，以FPGA為代表的數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)場集成技術(shù)取得了驚人的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計也逐步成為主流。為了使學(xué)生跟上時代潮流，了解最新技術(shù)，需要不斷引入新設(shè)備、新技術(shù)，提高硬件設(shè)計的效率和興趣。如更新的“組成原理”和“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”實驗臺，通過RS232串口與PC機相連，可在PC機上編程并向系統(tǒng)裝載實驗程序，還可在PC機的圖形界面下進行動態(tài)調(diào)試并觀察實驗的運行，使學(xué)生像設(shè)計軟件一樣來設(shè)計硬件，做到了硬件設(shè)計軟件化，大大提高了硬件設(shè)計的效率和興趣?！澳Ｐ蜋C設(shè)計與組裝”，將CPLD和FPGA等技術(shù)引入，用CPLD來設(shè)計復(fù)雜模型機?！皡R編語言”和“接口技術(shù)”補充Windows下設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計與實現(xiàn)，增加PCI、USB的應(yīng)用等內(nèi)容?！跋到y(tǒng)結(jié)構(gòu)”通過局域網(wǎng)組建小型的微機機群，研究探索多處理機操作系統(tǒng)，試驗并行程序的運行與任務(wù)分配調(diào)控等功能。為適應(yīng)當(dāng)前嵌入式芯片的迅速普及應(yīng)用，新開設(shè)了“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”課程設(shè)計。針對學(xué)生已學(xué)過多門硬件課程，但仍不能完成一個完整的、可獨立工作的計算機系統(tǒng)設(shè)計問題，新開設(shè)了“硬件綜合實踐”，使同學(xué)親自體會設(shè)計一臺微型計算機系統(tǒng)的全過程。

2.2建立“驗證型－設(shè)計型－綜合型－探索型”的多層次實踐教學(xué)模式

在實驗教學(xué)內(nèi)容的改革上，本著“加強基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)、注重實踐、提高素質(zhì)”的方針，將實驗項目分為4類，即驗證型、設(shè)計型、綜合型、探索型,實驗項目由淺入深，循序漸進。在所有硬件必修和選修課程中，全部開設(shè)課內(nèi)實驗。課內(nèi)實驗由驗證實驗(20%)、設(shè)計實驗(80%)組成。所有實踐課程都單獨開設(shè)實驗，包括綜合實驗(80%)、探索實驗(20%)。這樣，課內(nèi)課程中開設(shè)“驗證型”和“設(shè)計型”的實驗，在后續(xù)課程設(shè)計中，開設(shè)“綜合型”和“探索型”的實驗，形成“驗證型－設(shè)計型－綜合型－探索型”的多層次實踐教學(xué)模式，系統(tǒng)強化學(xué)生的綜合設(shè)計和硬件動手能力。

在驗證型實驗中，注重使學(xué)生鞏固基本理論，進一步掌握基本概念和基本技能。在設(shè)計型的實驗中，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、設(shè)計能力和動手實踐能力。在這一類實驗中，以學(xué)生動手為主，教師輔導(dǎo)為輔，只給定實驗的課題及達到的目的，中間過程需學(xué)生自己去查閱資料和設(shè)計方案，直至最后調(diào)試完成。在綜合型實驗中，注重培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力，使學(xué)生受到更為實際、更加全面的科學(xué)研究的訓(xùn)練。綜合實驗的特點是沒有現(xiàn)成的模式可循，學(xué)生需要獨立完成硬、軟件設(shè)計和調(diào)試。在調(diào)試過程中，學(xué)生自己動手分析解決實驗中出現(xiàn)的問題，雖然有一定的難度和深度，但對學(xué)生很有吸引力，能使學(xué)生從應(yīng)付實驗變?yōu)橹鲃訉嶒灒粌H提高了基本操作技能，也發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造性。課程設(shè)計的部分內(nèi)容屬于探索型實驗，學(xué)生可以自主選擇感興趣的課題及相關(guān)開發(fā)工具，寫出設(shè)計書，交給指導(dǎo)教師審核后實施。在這一過程中，學(xué)生需要查閱大量的資料，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力、研究設(shè)計能力、獨立分析問題及解決問題的能力和創(chuàng)新能力。

2.3確立“系列化硬件實踐訓(xùn)練”方案

硬件實踐訓(xùn)練由“課程實驗－課程設(shè)計－綜合訓(xùn)練－畢業(yè)設(shè)計”四個系列組成。課程實驗――所有硬件課程都開設(shè)。課程設(shè)計――在“嵌入式系統(tǒng)”、“組成原理”等重點課程中開設(shè)，在這些課程的課內(nèi)實驗中進行部件或模塊實驗，在課程設(shè)計中進行綜合性、創(chuàng)新性設(shè)計。綜合訓(xùn)練――通過“硬件綜合實踐”展開。該課程安排在大四開設(shè)，是一門綜合性設(shè)計實踐課程，也是對前面所學(xué)課程的一個全面應(yīng)用和總結(jié)，在硬件課程群建設(shè)中起著“總練兵”的作用。通過讓學(xué)生親自設(shè)計一臺小型計算機控制系統(tǒng)，包括計算機的各個部件和功能，“麻雀雖小，五臟俱全”，旨在讓學(xué)生真真切切感受到如何設(shè)計一個可獨立工作的計算機系統(tǒng)，強化和提高學(xué)生的綜合實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力。畢業(yè)設(shè)計――每年精選一定數(shù)量的硬件畢業(yè)設(shè)計題目，提供實驗場所、設(shè)備及材料，讓對硬件感興趣的同學(xué)去實現(xiàn)自己的設(shè)計，放飛自己的理想。學(xué)生以接近于實際應(yīng)用環(huán)境，完成高質(zhì)量綜合設(shè)計為訓(xùn)練手段，以掌握計算機硬件結(jié)構(gòu)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計作為主要訓(xùn)練目的，使學(xué)生對計算機的整個硬件系統(tǒng)有較全面、較系統(tǒng)的掌握。要求學(xué)生能夠根據(jù)需要設(shè)計出一定規(guī)模的計算機硬件應(yīng)用系統(tǒng)實例，從模板設(shè)計、制作、總線的走向、計算機部件選取、工作原理的分析、部件在模板上的部局、部件的焊接、運算能力的調(diào)試、結(jié)果正誤的判斷分析等流程的設(shè)計到具體的制作，直至最后寫出畢業(yè)論文，使學(xué)生建立系統(tǒng)的概念與工程的概念。

3結(jié)束語

上述改革取得了令人滿意的效果。大學(xué)生對計算機硬件實驗課程學(xué)習(xí)的興趣增強了，實驗室開放期間，有更多的學(xué)生走進了硬件實驗室。在畢業(yè)設(shè)計時，有更多的學(xué)生選擇了與計算機硬件系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)相關(guān)的課題。學(xué)生做完硬件綜合實習(xí)和硬件畢業(yè)設(shè)計課題后，普遍充滿自豪感和成就感，感到硬件設(shè)計及底層軟件開發(fā)不再可怕。通過這樣的訓(xùn)練，提高了其綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新能力，同時也鍛煉了他們的團隊合作精神，步入單位就能直接勝任計算機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)的工作，實現(xiàn)高校、學(xué)生、用人單位等各方面的多贏。同時我們也應(yīng)該看到，隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機硬件系列課程及其實驗體系的建設(shè)和實驗內(nèi)容的改革是一項長期不懈的工作，需要不斷完善。

參考文獻

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[2] 武俊鵬,孟昭林. 計算機硬件實驗課程體系的改革探索[J]. 實驗技術(shù)與管理,2005,22,(10):107-109.

第8篇：硬件系統(tǒng)設(shè)計論文范文

單片機系統(tǒng)設(shè)計是一門實踐性、應(yīng)用性很強的課程。傳統(tǒng)的單片機系統(tǒng)設(shè)計實驗教學(xué),具有:①實驗應(yīng)用機會少;②缺乏具體的實驗教學(xué)內(nèi)容和完善的考試、考核方法;③驗證性多,創(chuàng)新性少;④實驗教學(xué)內(nèi)容與實踐應(yīng)用脫節(jié)的弊端。這樣的教學(xué)模式和方法,很難讓學(xué)生完全掌握單片機系統(tǒng)設(shè)計的基本原理和開發(fā)方法,更不用說培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此,為了培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生具備獨立設(shè)計簡單的單片機應(yīng)用系統(tǒng)、編寫系統(tǒng)控制程序的能力和技能,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力,我校在學(xué)生完成了《單片機系統(tǒng)設(shè)計》的理論課和匯編程序設(shè)計、七段數(shù)碼顯示、鍵盤掃描、AD轉(zhuǎn)換、串行通訊等實驗教學(xué)后,特開設(shè)了為期2周的綜合實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。此教學(xué)環(huán)節(jié)讓學(xué)生完成一個單片機系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)、調(diào)試的完整過程,整個綜合實踐教學(xué)環(huán)節(jié)完成后,學(xué)生對單片機系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用興趣更濃了,而且具備了自行設(shè)計、開發(fā)簡單的單片機系統(tǒng)的能力。

2任務(wù)與要求

利用偉福Lab6000系列單片機仿真實驗系統(tǒng)構(gòu)成簡單實用的單片機系統(tǒng),要求如下:

(1)充分應(yīng)用MCS-51系列微處理器和偉福Lab6000系列單片機仿真實驗系統(tǒng)所提供的硬件資源,自由選題實現(xiàn)一個簡單實用的單片機系統(tǒng)。

(2)要求具備必需的人機接口。

(3)可以選用匯編或C51語言進行控制程序開發(fā)。

設(shè)計的系統(tǒng)性能如下:

(1)系統(tǒng)運行穩(wěn)定,具有一定的抗干擾和故障自測能力。

(2)系統(tǒng)設(shè)計安全可靠,具有出錯報警和應(yīng)急關(guān)閉能力。

(3)系統(tǒng)精度達到一般民用品的基本要求。

(4)人機接口界面友好、直觀、操作簡單。

另外,我們提供了一些選題供學(xué)生拓展思路,主要有:

(1)出租車計價器。

(2)溫度控制系統(tǒng)。

(3)可編程交通燈系統(tǒng)。

(4)PWM電機調(diào)速系統(tǒng)。

(5)數(shù)字溫度計。

(6)數(shù)字頻率計。

3設(shè)計范例

3.1PWM電機調(diào)速系統(tǒng)

PWM電機調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)包含電機驅(qū)動電路和測速電路,兩者構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。電機驅(qū)動采用脈寬PWM調(diào)壓電路,測速電路的核心部件是霍爾元件?；魻栐且环N磁傳感器。用它可以檢測磁場及其變化,可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用。在外磁場的作用下,當(dāng)磁感應(yīng)強度超過霍爾元件導(dǎo)通閾值BOP時,霍爾元件輸出管導(dǎo)通,輸出低電平。若外加磁場的B值降低到BRP時,輸出管截止,輸出高電平。在直流電機的轉(zhuǎn)盤上粘貼著一枚小磁鐵,霍爾元件安裝在轉(zhuǎn)盤附近,每當(dāng)磁鐵靠近霍爾元件時霍爾元件導(dǎo)通,輸出低電平,遠離時霍爾元件截至,輸出高電平。這樣,直流電機轉(zhuǎn)動一圈,霍爾元件就會輸出一個脈沖,通過這個原理能夠測出電機的轉(zhuǎn)速。

PWM是單片機系統(tǒng)中常用的模擬量輸出方法,通過外接的轉(zhuǎn)換電路,可以將脈沖的占空比轉(zhuǎn)化成電壓。直流電機的轉(zhuǎn)速和驅(qū)動電壓呈近似線形關(guān)系,改變脈沖的占空比,就可以改變直流電機的轉(zhuǎn)速，閉環(huán)工作時,測速電路測得的轉(zhuǎn)速和給定的轉(zhuǎn)速相減獲得差值e,根據(jù)差值e運用PID增量控制算法獲得控制量,即占空比,通過MCS-51的口線輸出給定占空比的脈沖,再通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化成電壓來驅(qū)動直流電機。系統(tǒng)控制算法采用增量型PID控制算法,如果k時刻電機當(dāng)前轉(zhuǎn)速是y(k),給定轉(zhuǎn)速是r(k),PID控制器輸入信號為e(k),輸出信號為u(k)。

3.2數(shù)字溫度計

數(shù)字溫度計的核心電路——溫度傳感器調(diào)理電路如圖3所示,溫度傳感器采用負溫度系數(shù)的熱敏電阻(NTC),NTC的阻值隨著溫度的上升而非線性下降,具體溫度-阻值特性為式中,RT 、 RT0是溫度分別為T、T0 時的電阻值;B為負溫度系數(shù)熱敏電阻的材料常數(shù)。固定電阻和NTC組成的電阻橋輸出電壓隨NTC阻值的變化而變化,這種變化經(jīng)過差動放大器的放大后送給AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,具體轉(zhuǎn)換遵循以下公式一般情況下,會事先根據(jù)NTC的溫度-阻值特性計算出一張溫度-阻值對應(yīng)表。根據(jù)AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字值逆運算獲得當(dāng)前NTC的阻值,再根據(jù)NTC的溫度特性表運用分段查表和表項間線性運算就可以獲得當(dāng)前溫度值,把當(dāng)前溫度在輸出設(shè)備(如七段數(shù)碼管、LCD)上顯示出來就構(gòu)成了完整的數(shù)字溫度計。本范例也可在其他溫度測量的系統(tǒng)中應(yīng)用。

3.3出租車計價器

出租車計價器是一個較實用的設(shè)計范例。出租車計價器包含里程測量電路、實時時鐘電路和人機接口，出租車計價器里程測量的核心部件是霍爾元件,具體電路和圖1的測速電路一樣。在輪胎的轉(zhuǎn)軸上粘貼了6個小磁鐵,輪胎轉(zhuǎn)動一圈,霍爾元件就會輸出6個脈沖,對脈沖進行計數(shù)就可以獲得輪胎轉(zhuǎn)動的圈數(shù),圈數(shù)乘以輪胎的周長就可以獲得車輛行駛的里程數(shù)。

一般情況下,出租車白天和晚上的里程單價并不一樣,因此需要一個實時時鐘來獲得當(dāng)前時間。DS1307是一個I2C總線的實時時鐘(RTC),在外部電池的供電下,它能提供高精度的年月日時分秒BCD碼時間。另外,它還包含56字節(jié)的非易失性SRAM(NV SRAM),可以用來保存系統(tǒng)的設(shè)置信息。顯示設(shè)備可以采用七段數(shù)碼管或LCD,用來顯示當(dāng)前時間、行駛里程數(shù)、里程單價、和行駛里程價格等信息。還需要少量的按鍵或矩陣式鍵盤用于輸入里程單價、開始計價、清零、時間設(shè)置等操作。

4實施過程

4.1根據(jù)任務(wù)與要求進行總體規(guī)劃與設(shè)計

這個過程包括:

⑴ 課題選擇。

⑵ 硬件模塊的選擇和設(shè)計。

⑶ 軟件整體流程的設(shè)計。

⑷ 查找各種所需資料。

綜合實踐課題題目是不是新穎,是不是能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和好奇心,直接影響學(xué)生實驗的積極性,有的學(xué)生覺得做實驗非常無聊,就是因為他們的好奇心和熱情沒有被激發(fā)起來。而集知識性、趣味性、創(chuàng)造性于一體,能應(yīng)用所學(xué)知識解決具體問題的綜合實踐課題,是本綜合實踐的最大亮點,也是本教學(xué)環(huán)節(jié)區(qū)別于其他教學(xué)環(huán)節(jié)的標志。我們要求學(xué)生思考在實際生活中能應(yīng)用單片機系統(tǒng)技術(shù)能解決的具體問題,并且考慮偉福Lab6000系列單片機仿真實驗系統(tǒng)所能提供的硬件資源,選擇一個有自己特色、能在兩周內(nèi)獨立完成的題目,題目要求新穎,鼓勵創(chuàng)造性的思維,并且能解決實際生活中的具體問題。

受限于實驗條件,硬件設(shè)計無法完全按照單片機系統(tǒng)設(shè)計的一般方法和標準步驟來實施。在教學(xué)過程中,我們要求學(xué)生可以根據(jù)偉福Lab6000系列單片機仿真實驗系統(tǒng)所提供的硬件資源自主地完成硬件部分的理論設(shè)計,也可以不完全局限于此實驗平臺進行理論設(shè)計。理論設(shè)計完全遵循單片機系統(tǒng)設(shè)計的一般流程,學(xué)生自己查閱資料,設(shè)計硬件電路圖。指導(dǎo)老師對硬件部分的理論設(shè)計進行評審后,再根據(jù)具體的實驗平臺指導(dǎo)學(xué)生完成課題。

軟件設(shè)計可以采用匯編語言或Keil C51高級語言開發(fā)環(huán)境來實現(xiàn),這兩種軟件開發(fā)環(huán)境是當(dāng)前MCS-51系列單片機系統(tǒng)開發(fā)的主流環(huán)境。根據(jù)學(xué)生選題的特點,指導(dǎo)學(xué)生選擇較為容易實現(xiàn)的開發(fā)環(huán)境。

4.2根據(jù)總體規(guī)劃實施軟硬件的開發(fā)與設(shè)計

這個過程包括:

⑴ 硬件連接。

⑵ 軟件編程。

⑶ 軟硬件聯(lián)調(diào)。

在這一過程中主要培養(yǎng)學(xué)生的硬件設(shè)計能力、編程能力和積累軟硬件調(diào)試經(jīng)驗,熟練掌握單片機系統(tǒng)中人機接口的設(shè)計、控制算法設(shè)計、硬件驅(qū)動程序設(shè)計,體會理論與實踐之間的差別,對單片機系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)由理性認識轉(zhuǎn)化為感性認識,激發(fā)學(xué)生的求知欲望,鍛煉學(xué)生克服困難解決問題的能力。

4.3交流總結(jié)

在2周的綜合實踐中抽出一天時間讓能力較強的學(xué)生陳述他的設(shè)計思想和設(shè)計過程、設(shè)計中的難題和解決方法以及自己的心得體會。讓進展不順的學(xué)生提出他在設(shè)計中沒能解決的難題,全班同學(xué)共同討論,集思廣益,找到解決問題的方法。這樣可以使學(xué)生互相學(xué)習(xí),取長補短,拓寬知識面,活躍思維,能在以后的工作和學(xué)習(xí)中更好地完成任務(wù)。

4.4完成實踐報告及驗收評分

最后兩天是綜合實踐報告的完成階段,在進行了兩周的綜合實踐以后有必要好好地總結(jié)一下,把自己在綜合實踐中所學(xué)到的知識以文字的形式表述出來,這樣更有助于水平和能力的提高。實踐報告完全按照畢業(yè)論文要求書寫,包含中英文摘要、設(shè)計任務(wù)與要求、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理、主要單元電路的設(shè)計過程、控制軟件的編寫及調(diào)試、測試數(shù)據(jù)及調(diào)試中故障分析、收獲和體會、參考文獻等部分。要求學(xué)生重點講述清楚故障分析和收獲體會。綜合實踐成績由平時表現(xiàn)、實踐報告、設(shè)計成果、創(chuàng)新點4部分組成,成績構(gòu)成比例是2:3:4:1。

5效果

經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐,單片機系統(tǒng)綜合實踐教學(xué)環(huán)節(jié)取得的效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)讓學(xué)生掌握了單片機系統(tǒng)設(shè)計的一般原理及其基本的實現(xiàn)過程,實現(xiàn)了從理論向?qū)嶋H的遷移,強化了學(xué)生所學(xué)的知識。

(2)讓學(xué)生掌握了單片機系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計的基本方法,具備了軟硬件相結(jié)合的系統(tǒng)設(shè)計的基本能力和調(diào)試經(jīng)驗。

第9篇：硬件系統(tǒng)設(shè)計論文范文

關(guān)鍵詞：智能監(jiān)控；ZigBee；傳感器網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0058-01

1 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

1.1 ZigBee簡介

ZigBee技術(shù)是目前發(fā)展最快的一種短距離無線通信技術(shù)，該技術(shù)的協(xié)議棧復(fù)雜度較低，功耗很低，硬件簡單，傳輸速率適中，設(shè)備價格極其低廉，支持休眠狀態(tài)。通信距離可達百米以上，斷網(wǎng)自組能力較強[1]。表1是ZigBee同其他無線通信技術(shù)對比。

1.2 系y總體設(shè)計目標

監(jiān)測系統(tǒng)從車廂監(jiān)測區(qū)域內(nèi)實時收集溫度、氣壓、濕度、一氧化碳等環(huán)境參數(shù)，實現(xiàn)對列車車廂內(nèi)與舒適性密切相關(guān)的環(huán)境狀態(tài)變化的實時觀察，確保列車安全舒適運行[2]。因此，本論文設(shè)計了一種基于ZigBee技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)了對列車環(huán)境的實時無線監(jiān)控。

2 硬件設(shè)計

2.1 硬件架構(gòu)

整個監(jiān)測系統(tǒng)主要由ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊和基于ARM的數(shù)據(jù)通信控制器模塊組成。ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息采集和傳輸?shù)暮诵哪K，由協(xié)調(diào)節(jié)點、路由節(jié)點和終端傳感器節(jié)點組成。

2.2 ZigBee終端模塊設(shè)計

無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊是系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的核心，由協(xié)調(diào)節(jié)點、路由節(jié)點和終端傳感器節(jié)點組成，系統(tǒng)三類工作節(jié)點協(xié)調(diào)工作[3]。

（1）在本系統(tǒng)的采集終端中選擇了ZigBee芯片CC2430，C2430芯片內(nèi)部集成了一個2.4G赫茲的DSSH射頻收發(fā)器，并且內(nèi)置了一個加強型的8051單片機[4]。

（2）為了可靠的采集列車中的溫濕度信息，本系統(tǒng)選擇了高集成度的SHT11傳感器芯片。SHT11芯片在測量時可以保證溫度測量精度為± 0.5oC，濕度在0%～100%RH[5]。

（3）系統(tǒng)選用了MPXA6115A氣壓傳感器來采集列車車廂內(nèi)的絕對氣壓，可以測量的范圍是15kPa到115kPa[6]。

（4）為了更好地實現(xiàn)列車車廂的信息展示，用了一個2.8英寸的液晶觸摸屏作為列車車廂的空調(diào)控制單元，并選取了ADS7843作為控制器。

（5）為了控制車廂內(nèi)的環(huán)境溫度，本系統(tǒng)設(shè)計了調(diào)速電機控制模塊，終端CC2430處理器接收到控制命令后，通過內(nèi)部調(diào)速程序在P0_0端口輸出信號，經(jīng)過光電耦合器后，控制調(diào)速電機的輸入電流，最終實現(xiàn)對調(diào)速電機的控制。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 主程序流程

軟件系統(tǒng)采取了模塊化的設(shè)計，通過ARM處理器控制ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器節(jié)點啟動網(wǎng)絡(luò)并初始化系統(tǒng)，掃描網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點并等待其加入網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)建立后維護網(wǎng)絡(luò)的正常運行。

3.2 終端節(jié)點程序流程

在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備的軟件設(shè)計中需要完成的功能有以下幾個部分：網(wǎng)絡(luò)搜索和加入、發(fā)起綁定請求、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、空調(diào)開關(guān)、氣壓調(diào)節(jié)器和LCD顯示器的控制等。

4 結(jié)語

本文在ZigBee通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，選用多種環(huán)境信息傳感器來采集列車中的環(huán)境參數(shù)，并在網(wǎng)狀拓撲網(wǎng)絡(luò)中進行數(shù)據(jù)的傳輸，實現(xiàn)了對列車環(huán)境的智能監(jiān)控。通過合理的軟硬件系統(tǒng)設(shè)計，本系統(tǒng)可以實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠運行，可以長時間穩(wěn)定的工作，在實際的應(yīng)用中非常廣泛的前景。

參考文獻

[1]李佳.基于ZigBee和GPRS無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].南京郵電大學(xué)，2013.

[2]董方武.基于ZigBee的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2009（11）：118-121.

[3]楊春華.基于ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的研究[D].西南石油大學(xué)，2011.

[4]楊世超.基于CC2430的ZigBee節(jié)點設(shè)計及MAC層協(xié)議改進[D].上海交通大學(xué)，2012.