硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文精選(九篇)

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第1篇：硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)總體思想

本文所進(jìn)行的就是對變壓器冷卻控制系統(tǒng)控制器模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(jìn)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(jī)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(yùn)行、故障保護(hù)及報(bào)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(yùn)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(jì)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(jī)、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(jī)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(jì)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(jìn)行改進(jìn)是本文研究的重點(diǎn)，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(diǎn)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(jī)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(jī)，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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jì)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?yàn)槠浞?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(jī)中，同時在進(jìn)行了溫度參數(shù)的設(shè)置以后，進(jìn)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(bào)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(jìn)行的就是對變壓器上層油溫進(jìn)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(shí)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(diǎn)，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(dú)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(dú)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(diǎn)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(jìn)行通訊，只占用很少的I/O資源和主機(jī)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(yùn)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(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的通訊。

①M(fèi)AX232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(jì)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(jī)的RD，Rl工N接PC機(jī)的TD1。因?yàn)镸AX232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(shí)現(xiàn)了變壓器風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，工作人員可以在控制室對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以達(dá)到方便、準(zhǔn)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(jìn)。

②串行通訊

在此實(shí)現(xiàn)中，我們必須要對MCS-51串行接日和PC機(jī)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(jìn)制位移動的，它的優(yōu)點(diǎn)是只需一對傳輸線進(jìn)行傳送信息，囚此其成本低，適用于遠(yuǎn)即離通信；它的缺點(diǎn)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(yùn)行的過程中，為了避免因干擾或其他意外出現(xiàn)的運(yùn)行中的死機(jī)的情況，“看門狗電路”DS1232會自動進(jìn)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(yùn)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(diǎn)，應(yīng)用在單片機(jī)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(diǎn)：

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(jì)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(qiáng)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(jī)是非常有效的，因?yàn)榭撮T狗定時器的定時時間由DS1232的TD引腳確定，在本設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了通過單片機(jī)自動控制冷卻器的各種運(yùn)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(yùn)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(jìn)行監(jiān)測與控制；（2）實(shí)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(jì)意義；（3）實(shí)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(shí)現(xiàn)了變壓器的無觸點(diǎn)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(jī)回路斷相與過載的保護(hù)功能。由于使用了單片機(jī)，因而具有一定的智能特征，實(shí)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(shí)際運(yùn)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(hù)進(jìn)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(xiàn)

第2篇：硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文范文

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

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?？蓪?shí)現(xiàn)無人駕駛的運(yùn)輸作業(yè)。它能在計(jì)算機(jī)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(diǎn)，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(jī)器人具有行動快捷、工作效率高、結(jié)構(gòu)簡單、可控性強(qiáng)、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(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、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(jì)

本論文設(shè)計(jì)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(jì)如圖1所示：

圖1

本論文主要對AGV的硬件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，重點(diǎn)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(jì)。

二、磁尋跡傳感模塊設(shè)計(jì)

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(jì)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(jī)。模塊設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 磁尋跡傳感器硬件實(shí)現(xiàn)電路

三、速度反饋模塊設(shè)計(jì)

本論文AGV采用雙輪差速驅(qū)動方式，當(dāng)電機(jī)負(fù)載增加時，電機(jī)的運(yùn)行速度下降，一般額定轉(zhuǎn)速降落達(dá)3%～10%，為了使兩電機(jī)同速，必須要有反饋換環(huán)節(jié)對電機(jī)的速度進(jìn)行反饋。只有組成了閉環(huán)系統(tǒng)，AGV的運(yùn)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(jī)的P2.3和P2.2 以及INT0和INT1上。單片機(jī)對INT1和INT0的中斷次數(shù)計(jì)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(jī)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(jī)判斷P2.2或P2.3信號的電平高低。若其為低，則電機(jī)正傳；為高，則電機(jī)反轉(zhuǎn)。電機(jī)的速度即為一個采樣周期中N值的變化量。電機(jī)的轉(zhuǎn)速為，式中，C為標(biāo)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(jì)數(shù)值，它的符號反應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。硬件實(shí)現(xiàn)電路如圖3所示。

圖3 光電編碼器實(shí)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(jì)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，經(jīng)驗(yàn)證該系統(tǒng)設(shè)計(jì)可靠合理，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本功能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 溫鋼云，黃道平. 計(jì)算機(jī)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(jì)論文范文

關(guān)鍵詞:虛擬儀器;微機(jī)保護(hù);實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

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

繼電保護(hù)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(hù)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(jī)型階段,并且利用軟件技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)由軟件技術(shù)驅(qū)動硬件而實(shí)現(xiàn)微機(jī)繼電保護(hù),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(hù)系統(tǒng)。利用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)的微機(jī)繼電保護(hù)裝置,具有傳統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)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(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),擬對基于虛擬儀器技術(shù)的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā),并從中找到可靠有效的微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)方法與建議,并和廣大同行分享。

1 微機(jī)繼電保護(hù)概述

1.1 微機(jī)繼電保護(hù)的基本構(gòu)成

微機(jī)繼電保護(hù)裝置,其基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成與普通的電力保護(hù)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(fù)責(zé)對電力系統(tǒng)的相關(guān)電參數(shù)實(shí)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(yùn)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(hù)裝置執(zhí)行保護(hù)動作,從而實(shí)現(xiàn)電力繼電保護(hù)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(jī)型繼電保護(hù)裝置,其硬件系統(tǒng)主要由CPU(微處理器)主機(jī)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(shí)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的基本原理仍是一樣的,由模擬量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)相關(guān)保護(hù)參數(shù)的采集,微機(jī)繼電保護(hù)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(shí)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(bào)警等判斷。

1.2 微機(jī)繼電保護(hù)裝置的特點(diǎn)

微機(jī)保護(hù)與常規(guī)保護(hù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):

1) 微機(jī)繼電保護(hù)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(qiáng)大的微處理器,微機(jī)型繼電保護(hù)裝置可以實(shí)現(xiàn)一定程度的智能化。

2) 相比于傳統(tǒng)的機(jī)械式硬件實(shí)現(xiàn)的硬件保護(hù)裝置,微機(jī)型繼電保護(hù)裝置能夠依靠數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)對相關(guān)參數(shù)的檢測與采集,整個過程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化流程,這就為繼電保護(hù)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(jī)繼電保護(hù)裝置能夠進(jìn)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(shí)施報(bào)警,從而保障了繼電保護(hù)裝置功能的可靠性。

3) 傳統(tǒng)的機(jī)械式硬件實(shí)現(xiàn)的硬件保護(hù)裝置,其保護(hù)功能較為單一,僅僅是實(shí)現(xiàn)基本的保護(hù)功能,動作依靠一次性機(jī)械元件完成,一旦該部件發(fā)生故障,則整個繼電保護(hù)裝置無法工作;而微機(jī)型繼電保護(hù)裝置除了能夠利用弱電驅(qū)動控制實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)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(shí)施監(jiān)測與采集,通過程序的分析,實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)整體性能的檢測,保護(hù)功能大大豐富。

4) 傳統(tǒng)的機(jī)械式硬件實(shí)現(xiàn)的硬件保護(hù)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(jī)繼電保護(hù)裝置,依靠內(nèi)部的核心微處理器,能夠開發(fā)專用的人機(jī)交互系統(tǒng),利用人機(jī)交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置的調(diào)試,簡單易行,還可以自動對保護(hù)的功能進(jìn)行快速檢查。

5) 利用微機(jī)的智能特點(diǎn),可以采用一些新原理,解決一些常規(guī)保護(hù)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(hù)的性能等。

2 基于虛擬儀器的微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本論文探討的是基于虛擬儀器技術(shù)的微機(jī)繼電保護(hù)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(jìn)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(dá),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(jī)繼電保護(hù)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(jī)繼電保護(hù)裝置,實(shí)現(xiàn)完整的微機(jī)繼電保護(hù)裝置的全部功能,并對設(shè)計(jì)的虛擬繼電保護(hù)裝置進(jìn)行評估和改進(jìn),從而完成微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種設(shè)計(jì)手段。

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

根據(jù)微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)功能,列出所需要的相關(guān)硬件,構(gòu)建整體微機(jī)繼電保護(hù)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(jì)模式,將微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)按照不同的功能環(huán)節(jié),設(shè)計(jì)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(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。這種方式既便于模塊的單獨(dú)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(qiáng)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(jī)保護(hù)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(hù)測量模塊及保護(hù)決策軟件系統(tǒng)等幾部分構(gòu)成,一次系統(tǒng)主要負(fù)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(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,并進(jìn)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(hù)決策模塊,最終將生成的繼電保護(hù)控制決策信號輸出到保護(hù)策略模塊,最終實(shí)現(xiàn)微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)的功能。

2.2 數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本文中微機(jī)實(shí)現(xiàn)的繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)輸入信號來源于繼電保護(hù)測試儀,根據(jù)保護(hù)系統(tǒng)測試輸入信號的特點(diǎn),本論文采用數(shù)據(jù)采集卡來負(fù)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(shí)現(xiàn)基于虛擬儀器技術(shù)平臺的微機(jī)繼電保護(hù)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(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)的功能于設(shè)計(jì)要求實(shí)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(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)功能實(shí)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(biāo)考慮,可以由給定的系統(tǒng)精度指標(biāo)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(qiáng)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(jì)數(shù)器通道。PCI-1716系列能夠?yàn)椴煌脩籼峁ｉT的功能。

2.2.2 虛擬數(shù)據(jù)采集程序的實(shí)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(jì)虛擬護(hù)具采集程序。在具體進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jìn)行輸出。數(shù)據(jù)采集模塊的程序如圖2所示。

2.3 微機(jī)保護(hù)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

既然在數(shù)據(jù)采集模塊之后需要進(jìn)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(jì)專用的濾波算法,而且在微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)中,對電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn),主要是由相應(yīng)的濾波保護(hù)算法實(shí)現(xiàn)的,因此有必要為虛擬微機(jī)電力保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)濾波保護(hù)算法程序。

本論文采用如下的設(shè)計(jì)方法對濾波保護(hù)算法進(jìn)行設(shè)計(jì):

1) 利用LabVIEW自帶的濾波器進(jìn)行數(shù)據(jù)的排序?yàn)V波。

2) 按照系統(tǒng)保護(hù)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(hù)功能。按照上述方法,基于虛擬儀器平臺的微機(jī)繼電保護(hù)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(jìn)行濾波。在本論文中,采用了二級濾波保護(hù)算法,即分別進(jìn)行前置濾波和后置濾波,實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的二級濾波保護(hù),從而提高整個微機(jī)繼電保護(hù)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(jìn)行微機(jī)繼電保護(hù)裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā),能夠很好的避免了實(shí)物硬件開發(fā)設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì),對于進(jìn)一步提高微機(jī)繼電保護(hù)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(shí)現(xiàn)電氣繼電保護(hù)功能的完善與提升。

參考文獻(xiàn):

[1] 李佑光,林東.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)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(jī)繼電保護(hù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2006,16(18):150-151.

[3] 張振華,許振宇,張?jiān)缕?第三代微機(jī)保護(hù)的設(shè)計(jì)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(jì)論文范文

引言

不論社會經(jīng)濟(jì)如何飛速，對于電機(jī)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(jī)的控制，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及損失，從而對電機(jī)控制系統(tǒng)提出了更高的要求，需要滿足及時、準(zhǔn)確、安全等特性。如果仍然使用人工方式，勞動強(qiáng)度大，工作效率低，安全性難以保障，由此必須進(jìn)行自動化控制系統(tǒng)的改造。

目前的單片機(jī)廣泛的應(yīng)用在很多的場合，在以下的民用電子產(chǎn)品、計(jì)算機(jī)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(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用單片機(jī)控制電路實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。

本文采用AT89C51單片機(jī)作為硬件核心實(shí)現(xiàn)對電機(jī)進(jìn)行控制，通過采集電路采集電機(jī)的速度信息，并與設(shè)定的速度進(jìn)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(jī)轉(zhuǎn)速，保證電機(jī)的恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

AT89C51單片機(jī)溫度測控儀采用Atmel公司的AT89C51單片機(jī)，采用雙列直插封裝（DIP），有40個引腳。該單片機(jī)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(jī)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(jì)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(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

對于電機(jī)的整流電路在實(shí)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(jī)設(shè)計(jì)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(jī)控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，在本文的電機(jī)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(diǎn)。在這款電路中具有自舉電路和過溫過流保護(hù)，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(jī)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?；魻栐哂性S多優(yōu)點(diǎn)，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(dá)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(diǎn)、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(dá)μm級）。采用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達(dá)-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(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸逆時針轉(zhuǎn)動時，遮光盤的齒部進(jìn)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(zhǔn)確地確定轉(zhuǎn)子的磁極位置。

1.3電流采樣設(shè)計(jì)

2電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

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(jì)，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(jì)的電機(jī)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的電機(jī)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(jī)，設(shè)計(jì)出了相應(yīng)的硬件和軟件系統(tǒng)，在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想，并給出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)流程，這種芯片式的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，簡化了設(shè)計(jì)的時間，降低了開發(fā)成本，能夠很好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]白雷石，楊華.基于DSP的無刷直流電動機(jī)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(jì)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(jì)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(jìn)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?yàn)橄挠袡C(jī)物太多，會出現(xiàn)長的細(xì)長現(xiàn)象。控制系統(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(jìn)行光合作用，不同植物的光補(bǔ)償點(diǎn)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(qiáng)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(qiáng)，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(diǎn)就是人機(jī)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(jī)構(gòu)如天窗的電動機(jī)等動作，使溫室參數(shù)達(dá)到用戶要求。

二、控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

（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(jì)流程如圖1所示。

（二）硬件設(shè)計(jì)

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

（1）PLC開關(guān)量點(diǎn)數(shù)確定

（2）根據(jù)PLC開關(guān)量點(diǎn)數(shù)確定PLC型號

由上表可得輸出點(diǎn)13個，輸入點(diǎn)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(qiáng)傳感器都輸出模擬信號，需要PLC擴(kuò)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(qiáng)傳感器，TGS4160型CO2傳感器以及A1203型濕度傳感器。

4.進(jìn)行電路設(shè)計(jì)

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(jì)

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(jìn)行整機(jī)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(jìn)行整機(jī)調(diào)試。

參考文獻(xiàn)

第6篇：硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yùn)用C/S和B/S相結(jié)合的系統(tǒng)架構(gòu)來設(shè)計(jì)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(jì)

近年來，隨著高校教師隊(duì)伍的不斷擴(kuò)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(jìn)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(jìn)行系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、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?jǐn)?shù)，本人所完成的字?jǐn)?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?jǐn)?shù)來計(jì)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(jì)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(jìn)行編程；管理工作人員操作部分采用C/S模式，使用C#.net進(jìn)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(jì)

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(jìn)行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，充分利用數(shù)據(jù)庫理論和設(shè)計(jì)規(guī)則，同時兼顧硬件系統(tǒng)性能指標(biāo)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(jìn)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(jì)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(yùn)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(jì)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(shí)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(jì)模式，即模型-視圖-控制器三層，用以實(shí)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(shí)現(xiàn)和性能分析。

2.1系統(tǒng)實(shí)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(shí)現(xiàn)和View層功能的實(shí)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(shí)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(shí)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(fù)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(jìn)行逐一分類、匯總核實(shí)，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(jìn)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(xiàng)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(yùn)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(jì)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(yùn)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(zhǔn)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(jì)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(jì)論文范文

摘要：本文介紹了我校對計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)課程體系及實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)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(shí)驗(yàn)體系，并對多層次、系列化的硬件實(shí)踐教學(xué)模式及訓(xùn)練模式進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：硬件課程群；實(shí)驗(yàn)體系；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；實(shí)踐能力

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

我校計(jì)算機(jī)專業(yè)自99級開始進(jìn)行了較大規(guī)模的擴(kuò)招，但由于師資力量跟不上、實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對落后等原因，造成計(jì)算機(jī)硬件教育存在層次單一、教學(xué)內(nèi)容滯后、理論與實(shí)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(jì)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(qiáng)畢業(yè)生的社會適應(yīng)性，學(xué)院自2002年開始進(jìn)行計(jì)算機(jī)硬件課程群建設(shè)及相應(yīng)的硬件課程群實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)，包括“計(jì)算機(jī)組成原理”等九門硬件課程及5門相關(guān)的實(shí)踐課程。本文對我院計(jì)算機(jī)硬件課程群實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)及硬件實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革進(jìn)行了探討與總結(jié)。

1構(gòu)建科學(xué)完整的硬件課程群實(shí)驗(yàn)體系

在原有的課程體系下，我院為本科生開設(shè)的硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程有“數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)”、“計(jì)算機(jī)組成實(shí)驗(yàn)”、“微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)”、“單片機(jī)實(shí)驗(yàn)”。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，各課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對獨(dú)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(shí)驗(yàn)課程，如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)課程體系存在諸多問題。

(1) 缺乏對學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)相分離的設(shè)計(jì)方法成為阻礙設(shè)計(jì)和實(shí)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(jì)驗(yàn)證和軟硬件功能模塊的可重用性已成為現(xiàn)階段設(shè)計(jì)方法的熱點(diǎn)。培養(yǎng)學(xué)生具有系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)能力及EDA技術(shù)的培養(yǎng)。可編程芯片與EDA技術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢，將可編程芯片設(shè)計(jì)及EDA技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是時展的需要。

(3) 缺乏綜合性的實(shí)踐課程，學(xué)生的創(chuàng)新能力發(fā)揮受限。由于實(shí)驗(yàn)條件限制，原有的多數(shù)實(shí)驗(yàn)是基于純硬件邏輯設(shè)計(jì)的，只是在面包板上用器件構(gòu)建小系統(tǒng)，功能擴(kuò)展性差；并且只能開設(shè)數(shù)量有限、技術(shù)含量較低的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生無法開展自主的綜合性設(shè)計(jì)，無法進(jìn)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(jì)劃入手，對課程體系中的多門課程進(jìn)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(shí)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)”、“嵌入式系統(tǒng)”等社會需求較強(qiáng)、實(shí)用價值高的應(yīng)用性課程，同時新開了“模型機(jī)設(shè)計(jì)與組裝”、“硬件綜合實(shí)踐”等實(shí)踐課程。在07版教學(xué)計(jì)劃中，又新增了“DSP原理與應(yīng)用”、“嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐”等新課程，保證課程體系的實(shí)用性與先進(jìn)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?；A(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(jì)算機(jī)硬件系列課程，但它是計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的基本組成和工作原理，解決整機(jī)概念；通過“電工電子實(shí)習(xí)”與“模型機(jī)設(shè)計(jì)與組裝”兩門實(shí)踐課程，強(qiáng)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(shí)用性強(qiáng)的課程作為選修課，每門課程都配有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，并通過“硬件綜合實(shí)踐”、“嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐”強(qiáng)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(shí)踐課程，通過學(xué)習(xí)和實(shí)踐，能夠使學(xué)生比較全面地掌握計(jì)算機(jī)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(jì)方法和性能評價方法，并建立起計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的完整概念。

在硬件課程群實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)過程中，突出強(qiáng)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(shí)驗(yàn)不斷線，層次逐步提高，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容銜接連貫。注意各硬件實(shí)踐的相互次序和互補(bǔ)，使硬件實(shí)踐訓(xùn)練層次化、系列化，以此來系統(tǒng)強(qiáng)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(shí)驗(yàn)，包括驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(20%)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(80%)；實(shí)踐課程單獨(dú)開設(shè)，包括綜合實(shí)驗(yàn)(80%)、探索實(shí)驗(yàn)(20%)。

2改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與模式

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

2.1優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，引進(jìn)實(shí)驗(yàn)新技術(shù)，提高硬件設(shè)計(jì)的效率和興趣

隨著計(jì)算機(jī)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(qiáng)，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(jì)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(jì)的效率和興趣。如更新的“組成原理”和“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”實(shí)驗(yàn)臺，通過RS232串口與PC機(jī)相連，可在PC機(jī)上編程并向系統(tǒng)裝載實(shí)驗(yàn)程序，還可在PC機(jī)的圖形界面下進(jìn)行動態(tài)調(diào)試并觀察實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行，使學(xué)生像設(shè)計(jì)軟件一樣來設(shè)計(jì)硬件，做到了硬件設(shè)計(jì)軟件化，大大提高了硬件設(shè)計(jì)的效率和興趣?！澳Ｐ蜋C(jī)設(shè)計(jì)與組裝”，將CPLD和FPGA等技術(shù)引入，用CPLD來設(shè)計(jì)復(fù)雜模型機(jī)?！皡R編語言”和“接口技術(shù)”補(bǔ)充Windows下設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)與實(shí)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(jī)機(jī)群，研究探索多處理機(jī)操作系統(tǒng)，試驗(yàn)并行程序的運(yùn)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(jì)”課程設(shè)計(jì)。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(dú)立工作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題，新開設(shè)了“硬件綜合實(shí)踐”，使同學(xué)親自體會設(shè)計(jì)一臺微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全過程。

2.2建立“驗(yàn)證型－設(shè)計(jì)型－綜合型－探索型”的多層次實(shí)踐教學(xué)模式

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革上，本著“加強(qiáng)基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)、注重實(shí)踐、提高素質(zhì)”的方針，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為4類，即驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型、綜合型、探索型,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由淺入深，循序漸進(jìn)。在所有硬件必修和選修課程中，全部開設(shè)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)由驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(20%)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(80%)組成。所有實(shí)踐課程都單獨(dú)開設(shè)實(shí)驗(yàn)，包括綜合實(shí)驗(yàn)(80%)、探索實(shí)驗(yàn)(20%)。這樣，課內(nèi)課程中開設(shè)“驗(yàn)證型”和“設(shè)計(jì)型”的實(shí)驗(yàn)，在后續(xù)課程設(shè)計(jì)中，開設(shè)“綜合型”和“探索型”的實(shí)驗(yàn)，形成“驗(yàn)證型－設(shè)計(jì)型－綜合型－探索型”的多層次實(shí)踐教學(xué)模式，系統(tǒng)強(qiáng)化學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)和硬件動手能力。

在驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)中，注重使學(xué)生鞏固基本理論，進(jìn)一步掌握基本概念和基本技能。在設(shè)計(jì)型的實(shí)驗(yàn)中，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、設(shè)計(jì)能力和動手實(shí)踐能力。在這一類實(shí)驗(yàn)中，以學(xué)生動手為主，教師輔導(dǎo)為輔，只給定實(shí)驗(yàn)的課題及達(dá)到的目的，中間過程需學(xué)生自己去查閱資料和設(shè)計(jì)方案，直至最后調(diào)試完成。在綜合型實(shí)驗(yàn)中，注重培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力，使學(xué)生受到更為實(shí)際、更加全面的科學(xué)研究的訓(xùn)練。綜合實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是沒有現(xiàn)成的模式可循，學(xué)生需要獨(dú)立完成硬、軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試。在調(diào)試過程中，學(xué)生自己動手分析解決實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)變?yōu)橹鲃訉?shí)驗(yàn)，不僅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(jì)的部分內(nèi)容屬于探索型實(shí)驗(yàn)，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(jì)書，交給指導(dǎo)教師審核后實(shí)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(jì)能力、獨(dú)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(shí)踐訓(xùn)練”方案

硬件實(shí)踐訓(xùn)練由“課程實(shí)驗(yàn)－課程設(shè)計(jì)－綜合訓(xùn)練－畢業(yè)設(shè)計(jì)”四個系列組成。課程實(shí)驗(yàn)――所有硬件課程都開設(shè)。課程設(shè)計(jì)――在“嵌入式系統(tǒng)”、“組成原理”等重點(diǎn)課程中開設(shè)，在這些課程的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行部件或模塊實(shí)驗(yàn)，在課程設(shè)計(jì)中進(jìn)行綜合性、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。綜合訓(xùn)練――通過“硬件綜合實(shí)踐”展開。該課程安排在大四開設(shè)，是一門綜合性設(shè)計(jì)實(shí)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(jì)一臺小型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)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(jì)一個可獨(dú)立工作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，強(qiáng)化和提高學(xué)生的綜合實(shí)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(jì)――每年精選一定數(shù)量的硬件畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，提供實(shí)驗(yàn)場所、設(shè)備及材料，讓對硬件感興趣的同學(xué)去實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)，放飛自己的理想。學(xué)生以接近于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，完成高質(zhì)量綜合設(shè)計(jì)為訓(xùn)練手段，以掌握計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為主要訓(xùn)練目的，使學(xué)生對計(jì)算機(jī)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(jì)出一定規(guī)模的計(jì)算機(jī)硬件應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例，從模板設(shè)計(jì)、制作、總線的走向、計(jì)算機(jī)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(yùn)算能力的調(diào)試、結(jié)果正誤的判斷分析等流程的設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的興趣增強(qiáng)了，實(shí)驗(yàn)室開放期間，有更多的學(xué)生走進(jìn)了硬件實(shí)驗(yàn)室。在畢業(yè)設(shè)計(jì)時，有更多的學(xué)生選擇了與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)相關(guān)的課題。學(xué)生做完硬件綜合實(shí)習(xí)和硬件畢業(yè)設(shè)計(jì)課題后，普遍充滿自豪感和成就感，感到硬件設(shè)計(jì)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(jì)能力和創(chuàng)新能力，同時也鍛煉了他們的團(tuán)隊(duì)合作精神，步入單位就能直接勝任計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)的工作，實(shí)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(jì)算機(jī)硬件系列課程及其實(shí)驗(yàn)體系的建設(shè)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革是一項(xiàng)長期不懈的工作，需要不斷完善。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅家奇,李云,葛桂萍等. 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2007,26(8):98-99.

[2] 武俊鵬,孟昭林. 計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)課程體系的改革探索[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2005,22,(10):107-109.

第8篇：硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文范文

單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué),具有:①實(shí)驗(yàn)應(yīng)用機(jī)會少;②缺乏具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和完善的考試、考核方法;③驗(yàn)證性多,創(chuàng)新性少;④實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與實(shí)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(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dú)立設(shè)計(jì)簡單的單片機(jī)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(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)》的理論課和匯編程序設(shè)計(jì)、七段數(shù)碼顯示、鍵盤掃描、AD轉(zhuǎn)換、串行通訊等實(shí)驗(yàn)教學(xué)后,特開設(shè)了為期2周的綜合實(shí)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(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、調(diào)試的完整過程,整個綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)完成后,學(xué)生對單片機(jī)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(jì)、開發(fā)簡單的單片機(jī)系統(tǒng)的能力。

2任務(wù)與要求

利用偉福Lab6000系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成簡單實(shí)用的單片機(jī)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(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所提供的硬件資源,自由選題實(shí)現(xiàn)一個簡單實(shí)用的單片機(jī)系統(tǒng)。

(2)要求具備必需的人機(jī)接口。

(3)可以選用匯編或C51語言進(jìn)行控制程序開發(fā)。

設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能如下:

(1)系統(tǒng)運(yùn)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(jì)安全可靠,具有出錯報(bào)警和應(yīng)急關(guān)閉能力。

(3)系統(tǒng)精度達(dá)到一般民用品的基本要求。

(4)人機(jī)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(jì)價器。

(2)溫度控制系統(tǒng)。

(3)可編程交通燈系統(tǒng)。

(4)PWM電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。

(5)數(shù)字溫度計(jì)。

(6)數(shù)字頻率計(jì)。

3設(shè)計(jì)范例

3.1PWM電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

PWM電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)包含電機(jī)驅(qū)動電路和測速電路,兩者構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)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。霍爾元件是一種磁傳感器。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(qiáng)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(jī)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(yuǎn)離時霍爾元件截至,輸出高電平。這樣,直流電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速。

PWM是單片機(jī)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(jī)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(jī)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(yùn)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(jī)。系統(tǒng)控制算法采用增量型PID控制算法,如果k時刻電機(jī)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(jì)

數(shù)字溫度計(jì)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(fù)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(fù)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(jì)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(yùn)算獲得當(dāng)前NTC的阻值,再根據(jù)NTC的溫度特性表運(yùn)用分段查表和表項(xiàng)間線性運(yùn)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(jì)。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(jì)價器

出租車計(jì)價器是一個較實(shí)用的設(shè)計(jì)范例。出租車計(jì)價器包含里程測量電路、實(shí)時時鐘電路和人機(jī)接口，出租車計(jì)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(jìn)行計(jì)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(shí)時時鐘來獲得當(dāng)前時間。DS1307是一個I2C總線的實(shí)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(jì)價、清零、時間設(shè)置等操作。

4實(shí)施過程

4.1根據(jù)任務(wù)與要求進(jìn)行總體規(guī)劃與設(shè)計(jì)

這個過程包括:

⑴ 課題選擇。

⑵ 硬件模塊的選擇和設(shè)計(jì)。

⑶ 軟件整體流程的設(shè)計(jì)。

⑷ 查找各種所需資料。

綜合實(shí)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(shí)驗(yàn)的積極性,有的學(xué)生覺得做實(shí)驗(yàn)非常無聊,就是因?yàn)樗麄兊暮闷嫘暮蜔崆闆]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(shí)踐課題,是本綜合實(shí)踐的最大亮點(diǎn),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(biāo)志。我們要求學(xué)生思考在實(shí)際生活中能應(yīng)用單片機(jī)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(jī)仿真實(shí)驗(yàn)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(dú)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(shí)際生活中的具體問題。

受限于實(shí)驗(yàn)條件,硬件設(shè)計(jì)無法完全按照單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法和標(biāo)準(zhǔn)步驟來實(shí)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(jī)仿真實(shí)驗(yàn)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(jì),也可以不完全局限于此實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行理論設(shè)計(jì)。理論設(shè)計(jì)完全遵循單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般流程,學(xué)生自己查閱資料,設(shè)計(jì)硬件電路圖。指導(dǎo)老師對硬件部分的理論設(shè)計(jì)進(jìn)行評審后,再根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)平臺指導(dǎo)學(xué)生完成課題。

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

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

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(jì)能力、編程能力和積累軟硬件調(diào)試經(jīng)驗(yàn),熟練掌握單片機(jī)系統(tǒng)中人機(jī)接口的設(shè)計(jì)、控制算法設(shè)計(jì)、硬件驅(qū)動程序設(shè)計(jì),體會理論與實(shí)踐之間的差別,對單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)由理性認(rèn)識轉(zhuǎn)化為感性認(rèn)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(shí)踐中抽出一天時間讓能力較強(qiáng)的學(xué)生陳述他的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)中的難題和解決方法以及自己的心得體會。讓進(jìn)展不順的學(xué)生提出他在設(shè)計(jì)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(bǔ)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(shí)踐報(bào)告及驗(yàn)收評分

最后兩天是綜合實(shí)踐報(bào)告的完成階段,在進(jìn)行了兩周的綜合實(shí)踐以后有必要好好地總結(jié)一下,把自己在綜合實(shí)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(shí)踐報(bào)告完全按照畢業(yè)論文要求書寫,包含中英文摘要、設(shè)計(jì)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(jì)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(xiàn)等部分。要求學(xué)生重點(diǎn)講述清楚故障分析和收獲體會。綜合實(shí)踐成績由平時表現(xiàn)、實(shí)踐報(bào)告、設(shè)計(jì)成果、創(chuàng)新點(diǎn)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(shí)踐,單片機(jī)系統(tǒng)綜合實(shí)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(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原理及其基本的實(shí)現(xiàn)過程,實(shí)現(xiàn)了從理論向?qū)嶋H的遷移,強(qiáng)化了學(xué)生所學(xué)的知識。

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

第9篇：硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xiàn)標(biāo)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(dá)百米以上，斷網(wǎng)自組能力較強(qiáng)[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(jì)目標(biāo)

監(jiān)測系統(tǒng)從車廂監(jiān)測區(qū)域內(nèi)實(shí)時收集溫度、氣壓、濕度、一氧化碳等環(huán)境參數(shù)，實(shí)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(shí)時觀察，確保列車安全舒適運(yùn)行[2]。因此，本論文設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了對列車環(huán)境的實(shí)時無線監(jiān)控。

2 硬件設(shè)計(jì)

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(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和終端傳感器節(jié)點(diǎn)組成。

2.2 ZigBee終端模塊設(shè)計(jì)

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(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和終端傳感器節(jié)點(diǎn)組成，系統(tǒng)三類工作節(jié)點(diǎn)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(qiáng)型的8051單片機(jī)[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(shí)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(jì)了調(diào)速電機(jī)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(jī)的輸入電流，最終實(shí)現(xiàn)對調(diào)速電機(jī)的控制。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序流程

軟件系統(tǒng)采取了模塊化的設(shè)計(jì)，通過ARM處理器控制ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)并等待其加入網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)建立后維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。

3.2 終端節(jié)點(diǎn)程序流程

在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的軟件設(shè)計(jì)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?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，實(shí)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(jì)，本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，可以長時間穩(wěn)定的工作，在實(shí)際的應(yīng)用中非常廣泛的前景。

參考文獻(xiàn)

[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(jì)與實(shí)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(diǎn)設(shè)計(jì)及MAC層協(xié)議改進(jìn)[D].上海交通大學(xué)，2012.