硬件系统设计论文范文
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第1篇
论文关键词:计算机电力系统网络安全
1概述
随着计算机技术的发展和应用范围的扩大，电力信息化的不断深人，计算机在电力系统中已从简单数据计算为主发展到数据库处理、实时控制和信息管理等应用领域，并在OA系统、电能电量计费系统、电力营销系统、电力ISP业务、经营财务系统、人力资源系统中得到广泛的应用。在电力系统内，它已经成为各项工作必不可少的基础条件，发挥着不可替代的作用。同时，由于各单位、各部门之间的现存的计算机网络硬件设备与操作系统千差万别，应用水平也参差不齐，因此，在计算机网络覆盖全球，计算机技术迅猛发展的今天，讨论和研究电力系统计算机的应用及安全性则显得尤为重要。
2电力系统的计算机网络应用和管理
电力系统的计算机网络应用是十分广泛的，并且将随着技术的发展而不断发展。这里从Interanet方面讨论电力系统的应用。首先各个单位应该申请工nternet国际域名和注册地址，建立省电力系统WWW服务。将各个部门的公用信息和数据进行WWW，使所有的具有不同计算机水平的员工都可以用浏览器对文档方便地进行调用、查询、浏览和维护，并且建立面对Inter-net的WWW主页服务，不仅宣传企业形象，而且可以将各种电力信息与产品进行工nternet，为了安全可以设立独立的服务器。建立电力系统的E-mail服务，使所有部门和员工拥有自己的电子信箱，不受时间和地域的限制接收电子信件。建立电力系统的FTP服务，使计算机文件方便地在Intranet和Internet上传递。建立电力系统的BBS服务，使所有分布在全省各个地区的员工在开设的不同交谈站进行实时交流。建立电力系统的服务，对系统内的新闻进行播放，同时开辟NEWS讨论主题，给所有员工发表自己见解的机会与场所，群策群力讨论企业的发展与建议。
电力系统的计算机网络管理应对各方面管理进行集成，来管理带宽、安全、通讯量、存储和内容。同时进行数据信息标准化和数据资源共享，保证系统的完整性和灵活性，适应不断变化的要求，满足系统多层次的不同应用，使系统的开放性符合国家标准和规范，保证应用软件和数据资源有较长的生命期，并具有良好的可靠性、安全性和可扩充性，体现集中与分布式的管理原则。
(1)集中就是由省局统一规划全省的计
算机网络结构，统一对全省的计算机网络应用进行协调;对已有的局域网进行论证分析，使其从结构上与总网相适应，对建立的新网进行指导与监督;对网络的通讯建设统一规划管理。建立一个范围广泛的工ntranet，应使用广域网网管，提供与工nternet的出口并进行防火墙技术安全管理，对于在系统内有广泛共性的工作要进行统一的开发与推广。
(2)分布式管理就是体现基层部门的内部管理，各个不同部门在其内部进行网络应用管理，基层部门与省局联系时进行统一的协议管理，保持全省通讯与应用协调一致，又根据单位性质的不同，开发不同特点的Intranete。
3电力系统计算机应用的现状及问题
计算机安全是指计算机信息系统的安全。计算机危害主要指计算机信息系统的软硬件资源遭到破坏、更改或泄露，系统不能正常运行。要保障计算机系统安全就必须治理(即清除、控制或预防)计算机危害。计算机系统的安全与不安全是从多方面反映的，从目前使用和发现的情况看，系统运行不稳定、内部资料外泄、网络利用率低等是主要常见的现象。
通过计算机网络使得电力系统的工作效率提高了，管理范围扩大了，工作人员的办事能力增强了，但计算机系统网络安全问题也随之变得更加严重了。例如:通过电子邮件感染病毒，电力系统管理网络互联接口的防火墙只配置了包过滤规则，提供的安全保证很低，容易受到基于IP欺骗的攻击，泄露企业机密，有些局域网没有进行虚拟网络VLAN划分和管理，造成网络阻塞，使工作效率减低。绝大多数操作系统是非正版软件，或网上下载免费软件，不能够做到及时补丁(PATCH)系统，造成系统漏洞，给攻击者留下木马后门;绝大多数工作站没有关闭不必要的通讯端口，使得计算机易受远程攻击病毒可以长驱直人，等等。
4解决问题的措施和方法
安全性是电力系统计算机网络最重要的部分。安全性既包括网络设施本身的安全，也包括信息的安全;既要防止外界有害信息的侵入和散布，又要保证自身信息的保密性、完整性和可用性。笔者觉得可以从以下几方面人手，提高网络的安全性:
(I)提高网络操作系统的可靠性。操作系统是计算机网络的核心，应选用运行稳定、具有完善的访问控制和系统设计的操作系统，若有多个版本供选择，应选用用户少的版本。在目前条件许可的情况下，可选用UN工X或LINUX。不论选用何种操作系，均应及时安装最新的补丁程序，提高操作系的安全性。
(2)防病毒。防病毒分为单机和网络两种。随着网络技术的快速发展，网络病毒的危害越来越大，因此，必须采用单机和网络防毒结合的防毒体系。单机防毒程序安装在工作站上，保护工作站免受病毒侵扰。主机防护程序安装在主机上，主机的操作系统可以是WINDOWS,UN工X,LINUX等。群件防毒程序安装在Exchange,Lotus等群件服务器中。防病毒墙安装在网关处，及时查杀企图进人内网的网络病毒。防毒控管中心安装在某台网络的机器上，监控整个网络的病毒情况，防毒控管中心可以主动升级，并把升级包通过网络分发给各个机器，完成整个网络的升级。
(3)合理地使用防火墙。防火墙可以阻断非法的数据包，屏蔽针对网络的非法攻击，阻断黑客人侵。一般情况下，防火墙设置会导致信息传输的明显延时，因此，在需要考虑实时性要求的系统，建议采用实时系统专用的防火墙组件，以降低通用防火墙软件延时带来的影响。
(4)对重要网络采用和MIS网物理隔离的方法保证安全。物理隔离是在物理线路上进行隔离，是一种最安全的防护技术。
第2篇
1．1水源的选择
给水工程的水源类型较多，选择方式也比较多样化。水源选择的首要条件是水量和水质。如果水源选择恰当，既可以保证水量充足，水质安全卫生，又可以简化工艺，降低投资成本。一般来说，给水水源的选择方案要根据营地地理位置及周边依托情况来进行具体分析。根据鲁迈拉营地建设经验，项目所属区一般位于油田中相对独立区域，周边可依托社会环境较差，水源的选择一般优先采取打井的方式进行现场勘察和调研，建议调研时应注意以下几点：①充分了解周边营地建设情况及其供水设施的布置方案。②收集其他营地给水设施的建设信息及当地地下水的水文地质资料，弄清深井取水是否需要征得当地卫生部门的许可。③收集已建深井的井径、流量、井深、水质报告、动水位、静水位等资料。④了解水罐车送水的费用、水质情况、拉水点距离及每天送水次数等信息。
1．2供水方案的确定
结合调研资料，根据以下流程选择、确定供水方案。
1．3水量的计算
1)最高日用水量参照《建筑给排水设计规范》，结合营地实际使用经验，营地最高日用水量通过2部分进行计算：最高日营地生活用水量Qa=N而q丽l(1)最高日营地绿化用水量QazN。q丽2(2)最高日用水量Q一(Qd+Qd)×115(3)式中：Qa为最高日营地生活用水量，L；N为营地最大居住人数，人；q为居民用水定额，I／人，取值范围为250～400L／人；Qa。为最高日营地绿化用水量，L；N。为营地种植树木数量，棵；q为树木每天浇水2次用水量，取值范围为3O～60I／棵；Q为最高日用水量，L。n2)最高目的最高N-用水量最高日的最高时用水量Qh—KOA式中：Q最高日的最高时用水量，L；K为小时变化系数，取值范围为2～2．5。根据最高日用水量对储水设施，如水罐、水池容积进行计算；根据最高日的最高时用水量可对供水设备，如深井泵、反渗透水处理设备处、生活给水泵及主管网进行计算，以此保证营地各用水单元的用水安全。
1．4给水管网布置
1)为了减少投资和现场工程量，给水管网采用支状布置方式。2)管线布置尽量选择经济合理的线路，做到线路短、起伏小、跨越其他管线次数少，便于减少挖方工程量。3)管材采用PPR(聚丙烯)塑料管，连接方式为热熔连接。4)主管线埋深应大于0．7m，过路处应加过路钢套管。5)管网运行前，应进行水压试验，合格后方可进行使用。6)严禁生活用水管网与非生活用水管网直接相连，若必须连接，则中间需设置隔断措施，防止供水管网污染。7)合理布置给水阀井，便于管线的维修与维护。
2排水系统
2．1污水的主要来源
营地的污水来源主要为生活污水、洁净雨水、生产废水3部分。1)生活污水：主要包括卫生洁具排水、洗涤排水，均为间断排水，主要污染物为有机物。2)洁净雨水：一般营地都选址于地势较高的区域，对于雨季降水采用自然排放的方式，不需设置单独的排放系统；对于要求较高的地区，可在营地周围设置明渠，用于雨水的排放。3)生产废水：主要为反渗透设备运行时排放的高浓度盐水，为间歇性排水。
2．2排水方式
生活污水主要通过排水管网集中排放到化粪池进行生化处理，处理后的污水通过污水泵提升至营区外蒸发池或沟渠进行自然蒸发；生产废水主要通过自流或增压方式输送至蒸发池或沟渠自然蒸发；雨水一般不需单独处理。
2．3排水管网布置
第3篇
1电力营销技术支持系统的构成
1.1电力营销管理信息系统
电力营销管理系统是建立在计算机网络基础上覆盖营销业务全过程的计算机信息处理系统，也是电力营销技术支持系统的核心。它分为作业层、管理层和决策支持层三个层次，六个子系统（如电量电费计算发行子系统、电能计量管理子系统等）、若干个相关系统（如GIS系统、财务管理信息系统、调度管理信息系统等）。
1.2客户服务技术支持系统
包括了办电业务受理、电力业务查询和咨询、电力故障报修、客户投诉、停电预告及客户欠费提示等基本业务，以CTI和CRM技术为核心，为供电客户提供了便利、快捷、及时的服务，其反馈机制使电力企业的客户忠诚度得到极大的提高。
1.3自动抄表系统
低压载波自动抄表系统是由数据采集模块、电能数据集中器、抄表信道、调制解调器等部分组成。该系统解决了人工抄表的延时问题和简化了由人工带来的复杂的工序，无论是从客户还是电力营销企业的角度来讲，该系统技术的完善，都极大程度上减少了人力、财力的消耗。
1.4客户缴费支持系统
新一代的客户缴费支持系统，除了到营业厅进行人工缴费服务之外，还建成了一套网上自助缴费和购电的服务系统。客户可以足不出户，在电脑网络上缴纳电费或进行购电，一改过去购电的繁琐与麻烦。此外，电力营销MIS系统与客户缴费支持系统的链接，还可以实时地记录和反映客户的缴费情况和用电情况。
1.5负荷管理系统
负荷管理系统在电力营销技术支持系统中的应用，使得电力营销中的远程抄表、电费催收、计量技术监督，尤其实施电力需求侧管理得到了硬件及软件技术配置上的支持并得以实现。负荷管理系统采用了“主站集中管理、终端计量管理、应用专业管理”的技术管理模式，系统运行平台采用C/S（客户、服务器）与B/S（浏览器、服务器）相结合的三层体系，在技术层面为电力企业和客户提供了保障性的服务，提高营销和服务水平，实现了用电负荷管理到户的现代化技术手段。
2建立电力营销技术支持系统的必要性
电力营销技术系统的建立和完善，满足了客户对电力企业的多样需求,使信息资源的优化和整合，电力企业的业务流程被优化，更是推动了电力营销管理和服务的创新。只有建立完善先进的电力营销技术支持系统，才能使我国电力市场发展跟得上时代的步伐和客户不断变化和增加的需求。2.1传统的营销手段无法适应新形势由于传统的电力营销技术的局限，电力营销过程中许多流程和工序都趋于复杂和人工化。数据采集、加工和传输、处理手段的落后，以及服务管理的耗时、费力，这些都是在电力营销技术提高和改善前，传统的电力营销现状。电力营销技术支持系统的出现，更好地适应和迎合了经济发展迅速、网络化进程、自助化服务化的电力营销市场发展形势。2.2客观因素和主观因素的要求随着经济体制改革的不断深入和发展，电力企业市场体制也进行了大规模的改革。市场化后的电力供应使得电力企业如雨后春笋般涌现，电力市场的竞争越来越激烈。而电力营销技术的提高和创新，就是电力企业站稳脚跟和获得利润的核心竞争力，建立健全的电力营销技术支持系统，是电力企业自身发展的要求。同时，随着人们生活水平的不断提升，客户对用电这一日常生活必备的项目需求越来越高，电力营销技术支持系统的建立满足了用户多式多样的需求。2.3科技的发展为其提供了技术基础传统的电力营销之所以落后，是因为没有技术发展作为基础保障。而在科技发展日新月异的今天，计算机软、硬件技术发展迅速，网络通信技术和呼叫中心技术日趋成熟，数据采集机通信技术丰富多样，电子商务发展迅猛等等这些时代因素，都为电子营销技术支持系统的建立和完善提供了技术保障和科研环境。
3针对完善电力营销技术支持系统的建议
（1）充分考虑客户的需求，以客户的需求和利益为前提，通过技术的更新为客户提供优质、一条龙的服务平台。（2）加强精细化管理。对电力营销技术支持系统中各个流程的业务进行细化和精密的控制，以获得更准确的信息和数据，提高工作的效率和服务质量。（3）在现有的技术基础上，结合客户需求和电力市场大环境和科技环境的发展现状，不断对电力营销技术加以创新研究，以不断地完善电力营销技术支持系统，为电力企业赢取核心竞争力。
4结语
第4篇
关键词：VHDL，电路系统，数据选择器
1 引言
VHDL (Very HighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language)是美国国防部在20世纪80年代中期开始推出的一种通用的硬件描述语言。作为IEEE的工业标准硬件描述语言，又得到众多EDA公司的支持，VHDL语言在电子工程领域已成为事实上的通用硬件描述语言。VHDL为设计者提供了一种全新的数字系统的设计途径。使用VHDL语言不只是意味着代码的编写，更是为了便于建立层次结构和元件结构的设计，利用VHDL编写的电路模块可被重复利用。故可以简化设计者的设计工作，大大缩短设计时间，减少硬件设计成本，提高工作效率。
2 VHDL的优点
VHDL主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。应用VHDL进行工程设计的优点是多方面的：
（1）具有更强的行为描述能力，是系统设计领域最佳的硬件描述语言。
（2）具有丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。
（3）VHDL语句的行为描述能力和程序结构决定了它具有支持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能。该功能能满足市场大规模系统高效、高速的需要，可替代多人甚至多个组共同工作。
VHDL的许多优点给硬件设计者带来了极大的方便， 自然被广大用户接受， 得到众多厂商的大力支持。使用VHDL设计数字系统已成为当今电子设计技术的必然趋势[4 ] 。
3 “自顶向下”( Top-Down) 的设计方法
随着数字系统设计规模的急剧加大，“自顶向下”的设计方法成为现代EDA设计的趋势。论文参考。传统的系统硬件设计方法是采用自下而上的设计方法。即系统硬件的设计是从选择具体元器件开始的，并用这些元器件进行逻辑电路设计，完成系统各独立功能模块设计，然后再将各功能模块连接起来，完成整个系统的硬件设计。而在VHDL的设计中，采用“自顶向下”( Top-Down) 的设计方法，设计常用流程图如图1所示，系统被分解为各个模块的集合后，可以对设计的每个独立模块指派不同的工作小组，这些小组可以工作在不同地点，甚至可以分属不同的单位，最后将不同的模块集成为最终的系统模型，并对其进行综合测试和评价。论文参考。“自顶向下”设计的基本步骤为:
(1) 分析系统的内部结构并进行系统划分，确定各个模块的功能和接口;
(2) 编写程序，输入VHDL代码，并将其编译成标准的VHDL文件;
(3) VHDL 源代码进行综合优化处理;
(4) 配置，即加载设计规定的编程数据到一个或多个LCA器件中的运行过程，以定义器件内的逻辑功能块和其互连的功能。
(5) 下载验证，通过编程器或下载电缆载入将步骤(4) 得到的器件编程文件下载到目标芯片中，以验证设计的正确性。
图1 VHDL工程设计流程图
Fig.1 The design flow based on VHDL
4 VHDL的设计举例
下面以4选1数据选择器为例说明使用VHDL的设计过程。4选1数据选择器框图如图2所示。论文参考。
该数据选择器的VHDL描述如下：
entity sel is
port(a,b,c,d,sel_1:IN bit;
out_1:OUT bit);
end sel;
architectureexample of sel is
begin图2 4选1数据选择器
process((a,b,c,d, sel_0, sel_1) Fig.2 The one-in-four selector
begin
if sel_0=‘0’andsel_1=‘0’then
out_1<=a;
elsef sel_0=‘0’andsel_1=‘1’then
out_1<=b;
elsef sel_0=‘1’andsel_1=‘0’then
out_1<=c;
else
out_1<=d;
end if;
end process;
end example;
利用VHDL强大的仿真功能，经过编译后运行仿真，之后可以产生信号波形，用以分析仿真结果。本例中产生波形如图3所示。仿真结果符合设计功能的要求。
图3 仿真结果
Fig.3The waveform of simulation
5 结束语
本文以4选1数据选择器设计为例，说明利用VHDL设计电路系统的基本方法和过程。用VHDL语言实现电路的设计过程，是一个以软件设计为主，器件配置相结合的过程。这种软件设计与硬件设计的结合，以一片器件代替由多片小规模集成数字电路组成的电路，其优势已经越来越明显。在进行系统设计时，如果系统比较复杂，所需器件数目多，并要求体积小、速度快、功耗低时，首先应该考虑使用VHDL进行芯片设计，然后再进行整体设计。
参考文献
[1] Stafan Sjoholm，Lennart Lindh. 边计年,薛宏熙译. 用VHDL设计电子线路[M]. 北京:清华大学出版社,1999.
[2] 潘松，黄继业. EDA技术实用教程[M]. 科学出版社，2002.
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[4] 赵晨光等. VHDL语言在电子设计实践中的应用. 沈阳航空工业学院学报[J]. 2004，21（1）：57-59.
[5] 张利萍, 胡玉兰. 硬件描述语言VHDL应用设计及实例[J]. 沈阳工业学院学报，2002，21（2）：70-73.
第5篇
论文关键词：Proteus，LPC2124，精确计数
1 引言
LPC2124是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU的微处理器，并带有256KB嵌入的高速Flash存储器和16KB的RAM。LPC2124具有教小的64脚封装，极低的功耗，多个32位定时器，4路10位ADC，PWM输出，46个GPIO以及多达9个外部中断，并且内置了多种串行通信接口物理论文，支持JTAG、ISP、IAP等多种编程方式，使得LPC2124能够适用于工业控制、访问控制、医疗系统以及其他各种类型的应用[1，2]。
Proteus软件是由英国Labcenter Electronics公司开发的EDA工具软件，是一款新型的嵌入式系统设计、分析与仿真软件。Proteus软件不仅能够实现数字电路和模拟电路的设计与分析，而且还能够实现微处理器与外设的混合电路设计，可以直接在原理图的基础上进行微处理器的软件协同仿真和功能验证。Proteus软件只带汇编编译器(不支持C语言)，但可以将其与Keil集成开发环境进行联调，达到很好的仿真效果[3，4]。
本文设计的精确计数系统功能为：当按下按钮时，数码管的计数加1，当放开按钮时，数码管的计数保持不变；开始时数码管的计数为0，当数码管的计数达到15(即16进制的F)时又重新从0开始计数。系统软件的设计采用Keil软件完成，编译连接之后得到可执行的hex文件；系统硬件的设计采用Proteus软件完成；软硬件的协同仿真是在Proteus中加载hex文件进行精确计数的测试。
2 硬件系统的设计
精确计数系统采用LPC2124微处理器作为核心器件，并为其提供了两组电源分别为3.3V和1.8V。硬件系统主要由以下四部分电路组成：XTAL1和XTAL2两个端口连接晶体振荡器组成时钟电路，RST端口连接一个按钮组成复位电路物理论文，P0.0-P0.6端口连接一个共阴极的7段数码管组成输出电路，P0.7端口连接一个按钮组成输入电路论文格式。在精确计数系统中，P0.0-P0.7共8个端口的功能都是GPIO，P0.0-P0.6共7个端口的方向都为输出模式，P0.7端口的方向为输入模式[5]。采用Proteus软件设计的硬件系统原理图，如图1所示。
图1 硬件系统原理图
3 软件系统的设计
精确计数系统软件的设计主要在于对LPC2124微处理器相关寄存器的设置，从而控制数码管计数的显示。软件系统的设计采用Keil软件完成，并最终得到可执行的hex文件。软件系统的设计主要通过以下几个步骤来实现，程序流程图，如图2所示。
图2 软件系统流程图
1.初始化系统时钟并设置相应的寄存器。晶体振荡器的频率为10MHz，LPC2124微处理器的时钟频率为60MHz，设置相应的寄存器程序如下：
PLLCON=1; //使能PLL
PLLCFG=(60/10-1)|(1<<5); //M=5+1，P=1
2.初始化相应端口的功能为GPIO，设置相应的寄存器程序如下：
PINSEL0=PINSEL0|0xFFFF; //P0.0-P0.7共8个端口功能为GPIO
3.初始化相应端口的方向为输入或输出模式，设置相应的寄存器程序如下：
IO0DIR=0x7F; //P0.0-P0.6共7个端口为输出，P0.7端口为输入
4.开始计数数码管显示0物理论文，设置相应的寄存器程序如下：
IO0SET=0x3F; //P0.0-P0.5共6个端口输出高电平，P0.6端口输出低电平
5.循环检测按钮是否被按下，并进行相应的处理，程序模块如下：
void button_test( )
{
int i=0,key;
unsigned charledcode[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,
0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71}; //显示0-9,A-F的笔段代码表
while(1)
{
key=IO0PIN&(1<<7); //获取P0.7端口的电平，即检测按钮是否被按下
if(key==0) //按钮被按下
{
i++;
if(i==16) //计数器加到16
{
i=0;
IO0CLR=ledcode[15]; //清除数码管上次计数的显示
}
else
IO0CLR=ledcode[i-1]; //清除数码管上次计数的显示
IO0SET=ledcode[i]; //数码管显示新的计数
while(1)
{
key=IO0PIN&(1<<7);
if(key!=0) //按钮被放开
break;
}
}
}
}
4 仿真与结论
精确计数系统软硬件的协同仿真是在Proteus中加载hex文件进行计数的测试。经仿真测试结果表明：本精确计数系统能够根据按钮的按下与否准确进行0到15(即16进制的F)的计数，并通过数码管进行准确显示，达到了设计的目标要求。同时，在此基础之上，可以对系统的软硬件功能进行扩充，以适用于其他方面的应用。
参考文献：
[1]韦文祥，朱志杰，车琳娜，郭宝泉.基于LPC2124的一个远程系统软件升级方案[J].单片机与嵌入式系统应用,2006,5:46-49
[2]晏五一，朱志杰.基于LPC2124的远程配电变压器监测终端设计[J].电力系统，2007, 26(7):31-34
[3]杨校辉.Proteus在ARM系统设计中的应用[J].单片机与嵌入式系统应用,2009,8:77-79
[4]张勇.基于Proteus平台的32位单片机LPC2114虚拟串口通讯仿真[J]. 集成电路通讯，2008，26(1):8-12
[5]周立功.ARM嵌入式系统基础教程(第2版)[M].北京:北京航空航天大学出版社，2008:353-360
第6篇
关键词：FPGA；原理；硬件设计；应用技术
1 FPGA的简介
当前使用硬件的描述语言完成电路设计，都可以通过简单的汇总和合理的布局，然后快速烧录到FPGA器件上进行基本的测试，这也是当代数字系统设计进行检验的主流技术。这些可编程器件可以用来实现基本逻辑门的电路，也可以实现一些更复杂的组合功能例如数学的方程式、解码器等等。大多数的FPGA器件里，包含着一些记忆性元件，如触发器，或者一些其它的更为完整、性能更为优越的记忆块。
设计师可以根据自己的需要按照可编辑的链接将FPGA器件内部的逻辑模块连接在一起，仿佛一整个电路的实验板被装在一个电子芯片内，这些出厂后的FPGA器件的连接方式以及逻辑块的使用都可以根据设计者不同的设计而进行改变，从而能完成不同的逻辑功能。
当你在进行的电子设计使用到FPGA器件时，你不得不需要努力地解决好电源管理、器件配置、IP集成、完整信号输出等硬件系统的设计问题。在进行硬件设计时，你需要注意以下几个问题：
1.1合理分配I/O信号
无论是哪种情况，在进行I/O信号分配时，都必须牢记以下共同的步骤：
1）用表格列出所有需要分配的I/O信号，并按照他们的重要性依次进行排列，比如电压、端接方法、I/O标准、相关时钟等；
2）检查校验模块之间的兼容性；
3）利用以上的表格和兼容准则，先把受限制最大的信号分配到引脚上，最后分配那些受限最小的信号。因为受限制大的信号往往只能分配到特定的引脚上；
4）将剩余的信号分配到较为合适的地方。
1.2注意静态功耗的降低
虽然静态电流所带来的功耗和动态功耗相比可以忽略不计，但对一些供电设备却十分重要。引发静态电流因素众多，比如没有完全接通或关断的I/O 端口、三态电的驱动器的下拉或上拉电阻，除此之外，保持编程信息也会需要一定静态功率。
2 FPGA应用技术的设计原则
从上文中对FPGA内部的硬件结构分析可看出，FPGA器件的时序逻辑非常丰富，不同于其他的可编程器件。因而对于FPGA来说，应该有一整套能够有效利用其内部丰富的时序逻辑功能的技术，而不同于其他一般的可编程器件的设计技术。由于其独特的优越性，FPGA被越来越多的设计人员所使用，其设计技术被许多的设计者所掌握。在FPGA的实际应用中，使用最合理的设计方法，能很大程度的改善FPGA在应用中出现的漏洞和问题，进而全面提高设计性能。
2.1使用层次化的设计技术
使用层次化的设计的系统一般分成若干顶层模块，而每一个顶层的模块下又有若干个小模块，并以此类推。层次化的设计模块，可以是描述原理图的结构图，也可以是经过逻辑语言所描述、表现的实体。
使用层次化的设计对于系统的模块划分非常的重要，模块划分的不合理，将会导致整个系统的设计不合理，从而使系统的性能下降，这样层次化的系统甚至要比没有经过层次化设计的系统效果更差。
使用层次化设计的主要优点有以下两个方面：增强设计可读性，增加设计重复使用的可能性。
2.2使用同步系统设计技术
所有时序电路具有同一个性质――如果要使所设计的电路正常工作，必须严格的执行事先定义好的逻辑顺序。如果不按照此顺序执行，将会把错误数据写进存储单元，从而导致错误的操作。同步系统的设计方法，也就是使用全分布周期性的同步信号使系统中所有的存储单元进行同时更新，这是执行这一时序有效进行的普遍的设计方法。电路的设计功能是通过产生时钟信号并按照时序严格执行来实现的。
对于静态的同步设计，必须满足下面的两个条件：
1.每一个边缘敏感的部件其时钟的输入应该是一次输入时钟的某一个函数；并仍和一次时钟输入的时钟信号。
2.所有的存储单元都应该是具有边缘敏感特性，在该系统中不存在电平敏感的存储单元。
我们对于FPGA器件的同步设计的理解就是全部状态的改变都是由主时钟所触发，同一个系统不同的功能模块可以是部分异步的，但是模块与模块之间必须是同步的。正如CPU的设计一样，所有的电路都和系统的主时钟是同步的。相比于异步设计，同步设计具有很多的优点，但进行同步设计时仍然需要考虑很多方面的因素。例如，在选取时钟时，需要考虑以下几点：首先，由于大部分的器件都是由时钟的上跳沿触发，这要求时钟信号的延差要很小；其次，时钟信号的频率通常很高；第三，时钟信号一般是负载较重的信号，因此合理地进行负载分配是很重要的。除此之外，在进行FPGA器件的应用时，还要考虑模块的复位电路、时序同步电路等实际问题。
参考文献
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[8] 周发标，杨海钢，秋小强，王飞. FPGA测试配置完备性的分析评价方法[期刊论文]. 计算机辅助设计与图形学学报，2011（10）.
第7篇
上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：周烨斐日期：2007年1月25日
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变频调速协调控制系统设计摘要新型粗纱机在机械结构、系统传动以及电气控制方面都有较大的改变，它除去了传统粗纱机中的上、下锥轮，差速器，龙筋升降传动部件和成型机构，机械结构变得大为简化。新型粗纱机采用PLC控制四台变频器，分别独立驱动锭翼、罗拉、筒管和龙筋的电机来实现高效高质纺纱。机械结构的简化虽然可以在很多方面提高粗纱机的性能和稳定性，但是罗拉、锭翼、筒管、龙筋四个电机的同步控制成了整个控制系统设计的难点，从而粗纱的张力控制也成了最需要解决的问题。如何设计一个全新的控制系统来代替原先机械传动部分，实现和超越其功能是新型四电机粗纱机设计的关键和核心部分。张力控制的好坏决定着新型粗纱机能够开发成功。针对以上的关键和难点，本文从硬件和软件系统两方面来阐述解决方案，并且着重对张力控制系统的设计进行详细的分析。在硬件系统的设计方面，本文首先对整个控制系统的机械结构做了个简要说明；在电气系统方案方面，我们选择了由工控机、PLC、矢量
变频基础传动、光电传感器组成的系统，其中，工控机为综合监控系统，人机界面采用WINCC来设置纺织工艺参数，监控整车的运行和故障状态，它通过MPI网络协议和PLC进行通讯；PLC是实时控制的核心，获取粗纱位置光电传感器的检测值，并通过PROFIBUS-DP总线和四台矢量变频器进行通信，读取矢量变频器中各电机的速度，计算出各个电机的理论速度，然后向矢量变频器发送指令，设置各变频电机的速度，从而控制电机的运转。由于变频器对整个系统的重要性，本文又对变频器的选择以及其与PLC的通讯作了一个详细的描述。在硬件结构搭建完毕的基础上，本文在对控制对象分析后提出了张力控制方案。张力控制方案主要包括两方面：一、张力软测量模型。该模型的主要作用就是取代原先机械锥轮，根据实时的径向线密度调整卷绕直径，从而调整四电机的速度，改善其同步性。并且该模型具有自学的功能，使得该模型能够适应多种不同的机型，从而超越了机械锥轮的功能，有着更加广泛的应用。二、张力控制算法。该算法建立在软测量模型的基础上，通过优化过的闭环控制算法，不断地调整径向线密度，并且使其趋于稳定。这两方面相辅相成，从而使张力控制达到最优化。最后本文对整个软件系统作了分析，对软件的主要模块分开剖析，概述了模块与模块之间的关系，并且对最为复杂的几个模块进行仔细阐述，使得本系统的设计思路跃然纸上。通过合理的硬件系统，周详的软件系统和创新的张力控制方案，新
型四电机粗纱机在测试阶段运行良好，为其研发成功奠定了基础。关键词：同步控制，张力控制，变频器，软测量模型
Design of Coordinated Control SystemBased On Frequency ConversionAbstractThe new type of roving machine has undergone a great change in mechanical structure，systematictransmission and electrical control.It eliminated the up and down cone drums，differential device，railsdrive assembly and forming device，which simplified the mechanical architecture a lot.Inthis design，PLC controlled four frequency converters to separately drive four motors tomake flyer，roller，bobbin and rails run in a synchronized way.Thus，the roving machinecould product roving of high quality efficiently.Although simplification of mechanical architecture could enhance the performanceand the stability of the roving machine in many fields，it became difficult to execute asynchronized control over the four motors of roller，flyer，bobbin and rails in the wholedesign，which also made the tension control of rove become the key problem to be solved.The core of the design of the new type of machine is how to invent a brand-new controlsystem to substitute the traditional mechanical parts and to realize or even surpass theoriginal functions.Whether this new type of machine can be developed or not just dependson the performance of the tension control.According to the key problems and the most difficulties，this thesis expatiates on the solutionsfrom two aspects，hardware and software.Moreover，it emphasizes on the control system of the tensioncontrol in details.In the design of hardware，the thesis gives an overall view on its mechanical design.Then，in the
electrical design，we choose industrial computer，PLC，frequency converters，photo-electricitysensors.The industrial computer works HMI，it communicated with PLC via MPI;thePLC is the center of real-time control，it get the signal of roving height fromphoto-electricity sensors，communicates with frequency converter via PROFIBUS-DP，read the speed of four motors from frequency converter，compute the preset speed of fourmotors，then send commands to frequency to control the speed of motors.Due to theimportance of frequency converters in the whole system，the thesis gives a detailedpresentation on how to choose the frequency converters and its communication with PLC.On the basis of hardware system and the analysis of the control objects，the thesisputs forward the scenario of tension control，which consists of two programs.Firstly，it’sthe tension measuring model.The major function of this model is to substitute thetraditional mechanical cone drums to adjust the winding diameter in terms of the real-timeradial density and then accordingly to adjust the speed of the four motors to improve thesynchronization.Besides，this model has the self-teaching ability to adapt to various kindsof machines.It surpassed the mechanical cone drums and therefore has a more extensiveapplication.Secondly，it’s the algorithm of tension control.The algorithm is based on themeasuring model to adjust the radial density to a stable value through the optimizedclosed-loop methods.These two programs supplement each other to achieve theoptimization of the tension control.In the end，the thesis analyzes the whole software system，anatomizes the majorblocks and gives a profile of the relations among the blocks.In addition，it expatiates onthe most complicated blocks carefully to present a clear picture of the design.By our building a reasonable hardware system and a comprehensive software systemand inventing the tension control scenario，this new type of four-motor roving machineoperated well in the testing phases，which has placed a solid foundation of its successfuldevelopment.
第8篇
关键词：FPGA SOPC 视频
多路音视频记录仪的功能,是采像器件安装在汽车前后左右,记录汽车周围的境况,需要时可以调出记录的音视频,主要用于事故发生后责任的界定。基于FPGA的多路音视频记录仪视频电路设计,是以基于Altera Cyclone II 2C70 FPGA可重构SoC的硬核CPU和软核CPU、Memory、PIO、可编程逻辑和乘法器等逻辑器件为物质基础,利用可编辑的连接把FPGA芯片内的逻辑单元连接起来,电路中的错误可以通过修改代码加以改正,允许设计者跟随系统升级或者系统动态,重置系统模块和连接。Altera Cyclone II 2C70 FPGA 622个IO,强大的对外控制能力使多路视频记录与播放得以实现。[1]
1、系统构架
基于FPGA的多路音视频记录仪设计,是利用可配置系统模块,通过Nios II CPU借助软件控制硬件,完成音视频的记录和播放,如图1所示。基于FPGA系统开发的硬件设计和软件设计两个部分不是绝对分明的。利用Verilog HDL语言开发硬件模块驱动程序;利用C/C++语言开发应用程序需要依据硬件系统文件.ptf等等,反映硬件设计和软件设计是交替进行相互融合。[2]
2、视频电路数据处理流程
多路音视频记录仪实现音视频信号的记录和重放,数据处理流程分为音频信号记录、音频信号播放、视频信号记录和视频信号播放四部分。这里,主要描述视频信号记录和播放的数据处理流程。
以视频播放为例说明视频数据处理流程,播放的视频信号来自FLASH Memory中记录的视频信号。在FPGA中的Nios II CPU的控制下,视频信号数据送到Sdram_Control_4Port模块,Sdram_Control_4Port模块先把数据放入SDRAM Memory,然后从SDRAM Memory中读取数据,传送到视频信号控制模块LCD_Controller,驱动TRDB_LTM触摸屏液晶器播放视频信号,数据处理流程如图2所示。[3]
3、视频电路
基于FPGA的多路音视频记录仪视频电路设计是根据视频记录和播放原理,利用硬件设计环境Quartus II软件设计外设接口控制模块和顶层文件连接各模块引脚,编译生成硬件系统。[4]
如图3所示的视频电路中,记录时CCD Capture模块用于获取由CMOS摄像头模块抓到的视频信号;所获取的视频信号为RAW格式,需要将格式转化为RGB格式才能显示在LCD上,此任务由RAW_to_RGB模块完成;格式转换后的视频信号经由FLASH_SDRAM_Controller模块先存入FLASH Memory。播放时,Sdram_Control_4Port模块取出FLASH Memory中的视频数据,先存入SDRAM memory中,处理后送给LCD_Controller控制电路驱动4.3''''触摸式LCD模块。[5]
4、结语
视频电路尝试进行了全硬件设计方法。进行了CCD_Capture模块、RAW_to_RGB模块、LCD_SPI_ Controller模块、LCD_Timing_Controller模块、Touch_Point_Detecter模块和ADC_SPI_Controller模块等的设计。对于未来有几点展望:一是希望记录仪视频电路加入测距装置,危险距离内能自动报警;二是希望将来能像飞机上安装的黑匣子一样,广泛用在客运机动车辆上,能作为事故出现后责任界定的证据;三是希望将来能发展到与车载卫星通讯装置连有数据交换接口,以实现信号的无线传输。
参考文献
[1]邵舒渊.《SOPC系统设计入门教程》.全国大学生电子设计竞赛“ALTERA杯”EDA/SOPC设计竞赛培训教材西北工业大学大学生创新中心内部培训教材.
[2]刘明章.《基于FPGA的嵌入式系统设计》.国防工业出版社.
[3]喻德兴.《基于SOPC的软件无线电终端软硬件平台设计及实现》.清华工学硕士学位论文.
第9篇
摘要：本文设计一种智能电子解说系统,具有智能化、个性化、高音质、实用性强等特点。让游客按照设定的经典路线，选择景点或展位的讲解使每个观众不但得到每个展位、景点的完整信息,而且感受到高清晰、低噪声的音响效果，电子旅游解说系统的出现,使看起来简单的解说系统融入了科技的因素。
本文正是基于凌阳公司的SPCE061A单片机并采用A2000语音压缩算法对语音信号进行了压缩存储以及播放。由游客控制选择按键来播放语音，这样大大降低了外面的干扰，使每个观众不但得到每个展位、景点的完整信息,而且感受到高清晰、低噪声的音响效果。
关键词：旅游；电子解说；电子导游；凌阳单片机
1绪论
随着改革开放和经济的发展，旅游业也获得了长足的发展，节假日外出旅游已成为人们的首选。对大多数零散游客来说，希望有一种不受制于人的辅助导游手段，迫切需要一种携带方便、操作简便的电子语音导游器。
本文设计一种智能电子解说系统,选用了凌阳公司的SPCE061A单片机并采用A2000语音压缩算法对语音信号进行了压缩存储，经过这样处理合成后的语音音质良好，放音时间持久，而且机体积很小。
2凌阳单片机简介
SPCE061A是凌阳科技研发生产的性价比很高的一款十六位单片机。该芯片拥有8路10位精度的ADC，其中一路为音频转换通道，并且内置有自动增益电路。这为实现语音录入提供了方便的硬件条件。
凌阳音频压缩算法处理的语音信号范围是200Hz-3.4KHz的电话语音。根据不同的压缩比分为以下几种：SACM_A2000、SACM_S480、SACM_S240。SACM-A2000音频压缩算法的压缩比较小，编码速率可选择16kbit/s、20kbit/s、24kbit/s三种之一，具有高质量、高码率的特点，适于高保真语音或音乐。
3硬件系统设计
本系统的硬件部分主要实现路线的显示和景点语音的播放。根据景区景点设计一条经典路线，将沿途主要景点用高亮三色LED显示。红色表示还没有听过解说的最近的景点，黄色表示正在听取解说词的景点，绿色表示最后播放过解说词的景点。语音播放按键分为景点相应放音、暂停、继续放音、结束等。音频信号存储在凌阳语音储存芯片中。语音信号放大由凌阳公司开发的专门用于语音信号放大的芯片SPY0030A完成。整个系统的控制由凌阳单片机SPCE061A实现。具体硬件系统框图如图1所示。
4软件系统设计
本设计选用了SACM-A2000语音压缩算法对语音信号进行了压缩存储。再利用中断进行键盘扫描程序循环扫描按键，获取按键信息后和内置的操作码比较，用来确定播放相应的语音和显示相应的LED灯。景点的解说词事先利用凌阳内置提供的工具进行压缩和存储。
系统的主程序流程图如图2所示，假设主要讲解景点共4处，分别由KEY1～KEY4控制播放，KEY5是暂停播放、KEY6是继续播放、KEY7停止播放。开机时对系统初始化，包含对显示景点的初始化、对语音播放模块初始化、对键盘初始化等。在键盘初始化中设置时基频率为128Hz的中断，并打开中断。这是为在中断中扫描键盘，利用延时法去抖动，延时时间是响应多少次128Hz中断过程。在KEY1～KEY4键控制下播放景点解说词实际是提取相应景点的语音信息的起始存储地址，然后执行相应的语音播放程序。由于语音播放中断服务子程序必须放在TMA-FIQ中断源上，进入中断服务程序必须先保护寄存器，接着判断是不是TMA-FIQ中断。若是，还要判断是哪一段语音要播放，也就是要获取播放语音的起始地址。在TMA-FIQ中断调用F_FIQ_Service_SACM_A2000函数译码播放。
5制作
录制的语音文件在播放前需转换为SACM_A2000格式的压缩文件。语音压缩可以使用凌阳语音压缩工具（CompressTool）完成。该压缩工具支持.wav格式的语音压缩，但要求压缩语音资源属性为8kHz,16位，单声道。
6结论
经过测试，电子语音导游器的性能达到了设计目标，具体如下：各景点语音解说资料、开机欢迎语音信息播放正常，声音清晰；各按键功能正常，各LED管显示正常。凌阳公司的SPCE061A的结构特点及其相关的开发平台，为我们开发带语音特色的产品方案带来了很大的方便，本系统仅是SPCE061A的一个基本应用，体现了SPCE061A多种资源对产品开发的极大支持，同时体现了其的语音特色。
参考文献
第10篇
关键词：大数据 云存储 Hadoop HDFS
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）02-0172-01
1 引言
随着移动互联网以及物联网的发展，“大数据”渐渐成为发展的一种趋势，如何有效存储数据成为我们面临的一个问题，云存储技术成为首要选择。因为用户不需要进行硬件的管理和维护，它本身能够根据所需容量大小对用户数据进行定制，从而大大缩减了用户的成本和人力的投入。另外云存储技术具有易扩充、价格低、易管理等优点，同时它也可以通过对外提供数据的存储以及业务的访问功能，以降低数据管理和运维成本。Hadoop分布式文件系统（HDFS）是一个运行在普通的硬件之上的分布式文件系统，具有高传输率、高容错性等特点，来满足当前海量数据的存储管理问题。
本文主要提出了一种在大数据场景下基于HDFS的云存储服务系统设计方案，满足对大数据进行高效存储的需求。
2 HDFS数据管理机制分析
Hadoop是一个分布式系统基础架构，由Apache基金会开发。它实现了一个分布式文件系统，简称HDFS。
由图1可知， HDFS是主从式的分布式系统，对于数据的操作集中在名称节点（NameNode）以及数据节点（DataNode）。NameNode上保存着控制信息的元数据，DataNode上保存的是实际数据，因此客户端可以通过NameNode对元数据进行相关操作。
3 系统分析与设计
3.1 系统分析
目前许多企业面临空前的海量数据管理难题，存储数据的成本也居高不下，并且信息存储的安全性也有待加强。因此，结合云存储的特点，要设计一个成功的云存储服务系统案例，可以从以下几个方面考虑：
（1）大容量。通过对连接的普通PC机上的存储文件类型进行设置，从而合理分配数据。
（2）高效性。将客户端对文件数据的请求尽可能分散，提高其并发性。
（3）安全性。通过Hadoop集群的副本策略提高安全性，同时也可以兼顾Hadoop平台的容错技术。
（4）可扩展性。当请求增加时，系统可以通过增加PC机节点来扩展系统存储容量和计算性能。
3.2 系统设计
本文将设计的基于HDFS的云存储系统命名为“望远镜”云平台系统，实现用户对存储在本地的文件数据进行管理和维护，并可通过客户端将指定文件上传到集群系统中，或实现下载功能。
本系统的功能需求分为管理员的功能需求和普通用户的功能需求。共分为三个模块：管理员、普通用户和平台管理。图2所示为系统功能模块图。
4 结语
本系统的主要任务是对来自用户的大容量数据进行存储，所以系统满意度最重要的判断标准是对于用户作业的处理时间的响应，由于本系统在实现中，因此这部分工作后续完成，另外可以在用户的存储空间管理方面以及信息安全等方面可以进行进一步的优化和改进。
参考文献
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[2]OtisGosvodnetie，ErikHateher.Lueeneinaetion.London：Manning，2005.
[3]赵文辉，徐俊，周加林，李晨.网络存储技术.北京：清华大学出版社，2005.
[4]黄晓云.基于HDFS的云存储服务系统研究：（硕士学位论文）.大连：大连海事大学，2010.
[5]李武.面向现代服务业的大规模分布式文件存储系统设计和实现：（硕士学位论文）.杭州：浙江大学，2008.
[6]李学干，徐甲同.并行处理技术.北京：北京理工大学出版社，1994.
第11篇
【关键词】单片机；项目式；课程改革
单片机应用技术是高职院校电子信息类、自动控制类等专业的核心课程，这门课程学习的好坏直接影响了学生对专业研究的进一步深入的能力及电子信息类人才培养的基本要求。据调研高职院校单片机技术应用课程教学方式，部分院校按照知识体系讲授，讲授内容顺序为单片机技术概论、单片机体系结构、汇编语言程序设计等[1]。按照知识体系讲解，教师和学生普遍感觉内容枯燥无味，学生对知识点难以理解，更不用说具备利用单片机设计应用系统的能力。部分院校目前利用项目驱动式教学，经过实践教学测试，教学效果良好。
一、教学模式的改革
教学模式由知识体系讲授转变为项目驱动方式。这两种方式各有优缺点，知识体系讲授对于高职阶段的同学说来说，能够系统的了解单片机的内部体系结构，对指令执行的内部过程更加清晰，知识点介绍完后再通过一个大的课程实训项目完成课程的实践教学。项目驱动式教学方法是通过多个项目的学习完成单片机课程的教学，即介绍某个项目时，先介绍理论知识，紧跟着完成实践教学，即设计项目硬件电路、软件程序，然后调试系统等环节。每个项目能完成具体的某种功能，学生学习兴趣会增加，对课程的理解更加深入。两种讲授方式存在的弊端有：知识讲授体系缺乏兴趣性、理论较难理解、缺乏实践能力的锻炼；项目驱动式对单片机的内部原理分析不够深入，但提高了单片机应用项目的实际开发能力。
实际教学过程中可采用模拟仿真及实物焊接两个环节。硬件仿真电路使用Proteus硬件仿真软件，该软件内部集成了多种常用的单片机芯片、电阻、电容、晶体管、LED、LCD液晶屏等，电路搭建方便，仿真效果良好，目前广泛的应用在单片机课程的教学中。软件采用KEIL软件，该软件使用方便，通过建立工程文件到生产HEX文件整个流程清晰易懂，代码编译质量高。Proteus和KEIL两个集成开发环境具有联调功能，提高了学习效率，使得系统开发流程更加直观，容易被学生接受。
二、教学内容的选择
教学内容的选择需符合人才培养方案的定位。学生通过本门课程的学习，能够掌握单片机实际项目的开发流程；能够独立设计常用的单片机控制系统；具备检修单片机应用系统故障的能力；能够熟练使用仿真软件进行系统仿真测试；提高学生手工焊接技能等要求。
通过多个项目的设计，使得单片机技术中的知识点全部介绍，能够达到上述要求。教学项目需从简到难，然后综合设计多个项目，最终达到理论和实践教学效果。教学内容详细介绍如下：（1）单片机最小系统的介绍。可选用项目点亮一个发光二极管。分析单片机与PC机的区别，介绍单片机的基本知识等，理论分析后，在Proteus中搭建硬件电路，在KEIL中设计软件程序，然后调试程序，观察系统是否正常工作，需重点介绍集成开发环境Proteus、KEIL软件的使用。（2）单片机IO端口的学习。如可选用流水灯系统展开介绍，详细分析单片机内部IO端口的特点，分析其应用场合，通过软硬件设计提高学生实践能力。（3）单片机定时/计数器的学习。可选用秒表设计项目展开教学，通过对秒表延时时间的准确设计，采用定时器查询方式完成延时，能够较好的掌握定时/计数器的工作原理及实际应用程序设计。（4）单片机中断系统的学习。在秒表设计中延时程序可用中断方式完成，通过与查询方式的比较，能够让学生更容易理解单片机定时与中断之间的关系。（5）单片机键盘电路的学习。需掌握独立按键和矩阵键盘两种方式的应用，可采用万年历系统的设计，在此项目中介绍数码管动态驱动方式及常用的LCD1602、12864等液晶屏的使用，此项目进一步综合运用了定时、中断资源，提升了学生综合运用单片机内部资源的能力。（6）最后通过多个综合项目的设计，达到教学目的。如单片机温度控制系统设计、单片机测距系统设计、单片机密码锁系统设计、单片机语言报警系统设计等。[2-3]
在项目设计过程中，为了达到更好的教学效果，可以网购单片机学习套件，学生动手从单片机最小系统焊起，然后焊接接口电路及串口下载电路等。通过实物的焊接能够加深学生对单片机应用系统的理解，且每个项目HEX文件能够在此套件上验证，包含了仿真与实物测试。也可以让学生在万能板上焊接每个项目电路，进而提高焊接能力及实物查错能力等。
三、考核方式的改革
单片机课程的考核采用平时成绩和期末成绩按比例相加得到课程成绩。平时成绩应占主要部分。平时成绩的重要性提高，学生的积极性会增加，能让学生认真的完成项目的设计。
高职院校的学生主要是培养实践能力的提升，在理论够用的基础上，强化其动手能力的锻炼。如何对每个项目进行考核呢？可考核硬件电路设计的正确性、软件程序设计的合理性、功能的完整性等。为了进一步提高学生的实际动手能力，可让学生在万能板上焊接单片机应用系统，考核学生的手工焊接能力、实际电路板查错能力、团队配合能力等。考核内容可包含有其他内容，如学习态度、出勤情况等方面。
四、项目举例
以电子钟设计为例。项目目的是掌握单片机定时器、中断系统、键盘电路、液晶屏的综合应用。硬件电路设计方面，需搭建单片机最小系统、时钟控制按键、显示电路，通过硬件电路的模拟仿真及实际电路板的焊接，进一步强化了最小系统及扩展电路的设计要点，掌握了液晶LCD1602的内部电路结构原理及引脚的接线方法[4]。
软件设计方面，软件流程图如图1所示。主函数需先初始化液晶屏1602、定时器、中断系统。初始化结束后进入无限循环，无限循环包括有时、分、秒的显示程序、按键扫描程序。当定时1S到后进入中断服务程序，秒加1，当秒到60时，分加1，当分加到60时，时加1，当时为24自动返回到0。按键扫描程序需设计时钟启动、暂停、复位按键检测程序，使得时钟为可控时钟，该程序需在循环程序中不停的被执行，即为按键扫描达到控制效果，为了达到更好的控制效果，可采用按键中断方式去完成软硬件的设计。
五、总结
单片机技术是一门实践性很强的课程，教学内容、教学方式、考核方式等需在实践教学中不断改进。论文简要的介绍了项目驱动式教学法在单片机技术课程教学中的应用，通过实际教学效果的考核，达到了预期的教学目的，教学效果良好。
参考文献
[1]汪万维.单片机课程教学改革探讨[J].武汉大学学报(理学版),2012(10):95-97.
[2]张涛,韩春贤,等.单片机课程教学改革之我见[J].天津职业院校联合学报,2012(8):101-102.
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[4]杨利亚,潘海燕,等.《单片机原理与应用》教学改革与探索[J].电子世界,2012(11):167-168.
本文系2011年安徽商贸职业技术学院院级质量工程项目“特色专业--应用电子技术专业”阶段性研究成果。
作者简介：
第12篇
关键词： 嵌入式系统；μC/OS-II；温度控制
中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)16-31108-03
Applications of Temperature Control Based on the Embedded Real-time Operating System
Songlin-Wang, Zhengqin-Wang
(Computer Department Anhui business college Vocational Technology, Wuhu 241000)
Abstract：The paper introduces the design of the temperature-controlled based on the embedded real-time operating system. Analyses mainly the construct of system and the design method of hardware and software. The embedded operating system μC/OS-II has been transplanted in the software design. It will reduce the difficulty in software design because of the new method of multitask program. The system has many advantages such as high temperature accuracy, good quality, etc.all of which have been laboratorial experimented and proved.
Key words:embedded system;μC/OS-II;temperature-controlled
1 引言
嵌入式系统是以应用为中心，满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统，它将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点。特别适合于要求实时的和多任务的监控系统。论文利用嵌入式系统的设计方法及测试技术，结合RTOS的选取原则，选用了源码公开的嵌入式实时操作系统μC/OS-II，设计、实现对多点温度进行控制的嵌入式系统。
2 系统开发环境与技术
考虑系统性能、成本、可靠性等因素，系统的主控芯片选用了台湾Syncmos公司生产的以80C52为内核的8位微控制器SM5964，嵌入式操作系统的软件开发平台选用了源代码公开的RTOS ---μC/OS-II，运用嵌入式系统较常用的设计与测试技术。下面对其详细介绍。
2.1系统的开发环境与工具
2.1.1系统的开发
PC选用的开发环境是：Windows 2000 Server；嵌入式系统开发集成环境：Keil C51 7.0、VC++ 6.0；选用的程序设计语言是：汇编、C语言。
2.1.2嵌入式微控制器
SM5964 微控制器是系统的核心器件，它是80C52 微控制器家族的派生产品，其硬件特征和强大的指令系统使它成为一种性能价格比高的控制器。除具有通用80C52优点之外，其特点如下：
(1)集成度高：它具有丰富的片内资源，包括3个16位定时器、1个看门狗定时器、全双工串口通道等，其PDIP 封装具有32个I/O口而PLCC/QFP封装则具有多达36个I/O口。
(2)存储量大：它内置了64 KB Flash ROM和1 KB RAM。
(3)ISP特性：它具有在系统可编程(ISP)功能，可以通过串口或者并口利用ISP功能实现系统的程序在线修改或升级。片内有多达4KB的存储空间供ISP编程之用。
(4)PWM特性：片上有5路PWM通道可供用户使用。
2.1.3嵌入式操作系统μC/OS-II
在进行嵌入式系统设计时，选择适合自己的实时操作系统是至关重要的，我结合具体的应用，考虑开发成本等因素，根据嵌入式操作系统的选取原则并基于μC/OS-II的许多特点，选用了源代码公开的实时操作系统μC/OS-II。μC/OS-II的主要特点有：
(1)公开源代码：源代码全部公开，这样使系统变得透明，很容易就能把操作系统移植的各个不同的硬件平台上，并可根据需要进行扩充。
(2)可移植性：μC/OS-II绝大部分源码是用ANSI C写的，可移植性（Portable）较强。它可以在绝大多数8位、16位、32位甚至64位微处理器、微控制器、数字信号处理器（DSP）上运行。
(3)占先式：μC/OS-II完全是占先式（Preemptive）的实时内核，总是运行在就绪条件下优先级最高的任务。大多数商业内核也是占先式的，μC/OS-II在性能上与它们类似。
(4)可确定性：全部μC/OS-II的函数调用与服务的执行时间具有其可确定性。μC/OS-II的系统服务的执行时间不依赖于应用程序任务的多少。
(5)稳定性与可靠性：μC/OS-II自1992年以来已经有很多成功的商业应用，其稳定性和可靠性都有很好的保证。
μC/OS-II的其硬件和软件体系结构如图1。
图1 u C/OS-II硬件与软件的体系
2.2 嵌入式系统协同设计技术
如何工程实际性能出发，依据相应的指导原则和分配算法对硬件/软件功能进行分析及合理的划分，从而使得系统的整体信能、运行时间、能量损耗、存储能量达到最佳状态，即为硬件/软件协同设计技术的重要研究内容。
典型的硬件/软件协同设计过程是：首先，选用独立于任何软硬件的功能性规格方法对系统进行描述；然后，在系统描述基础上对硬件/软件的功能模块进行划分；最后，需对硬件、软件的功能划分的结果进行评估。如果评估结果不满足要求，说明划分方案的选择是不合理的，需要重新划分硬件/软件模块，以上过程重复直到系统获得一个满意的硬件/软件实现为止。
软硬件协同设计过程可以归纳为：需求分析、软硬件协同设计、软硬件实现、软硬件协同测试和验证。
2.3 嵌入式系统的测试技术
嵌入式系统软件的测试必须考虑时间和硬件影响的问题。对于硬件，一般是采用专门的测试仪器进行测试；而对于实时嵌入式软件，则需要有关的测试技术和测试工具的支持，需要采取特定的测试策略。
测试技术指的是软件测试的专门途径，以及提供的能够更加有效的运用这些途径的特定技术。测试技术主要有回归测试（基于代码的测试或白盒测试）、第三方的验证和确认测试（功能测试或黑盒测试）及维护中的修改或升级测试（回归测试）等。目前，大量的实时嵌入式软件是面向对象编程和基于部件开发的，它们对时空和宿主机、目标机的交叉开发方式，论文选用该测试技术。
3 温度控制系统的设计与实现
嵌入式的多点温度监控系统需完成测量和控制两大功能。系统测量功能包括：多点温度数据采集、信号转换、信号传输等功能；系统的控制功能包括：温度数据的分析处理、输出控制信号、显示、通信等功能。下面将详细说明各个功能模块的设计与实现。
3.1系统的硬件设计
温度控制系统主要有键盘输入、数据采集、输出控制、LCD显示、通信及电源模块等组成。系统结构如图2。
图2 系统结构框图
3.1.1键盘输入电路
键盘是一组按键的组合，它是常用的输入设备，可以通过键盘输入数据或者命令，实现简单的人机对话。键盘可分为独立联接式和行列式（矩阵式）两类，每类按其译码方式又分为编码式及非编码式两类，设计中使用的是独立联接非编码式键盘。每个按键使用的是一个瞬时接触开关，这种联接方式可以容易被微处理器检测，但由于按键会产生机械抖动，在按键被按下或者抬起的瞬间，一般持续5~15ms，因此设计中要去除键抖动。可以通过硬件双稳态电路或者软件延时来实现，设计中采用延时20ms实现的。
3.1.2数据采集电路
本系统实现对两路温度信号的采集，为了节省硬件成本，在前向通道中采用了多路选择开关，使用了两个多路模拟开关器件CD4052，实现信号的差分输入，完成对两路温度信号的轮流采样，然后将信号送入一个公共的模数转换器LTC2430，完成模数转换。由微处理器的P1.2、P1.3两引脚实现信道的选择。电路如图3。
图3 数据采集电路图
3.1.3模数转换电路
系统模数转换采用LTC2430，设计中使其工作在外部时钟驱动模式下，工作状态分为转换（Conversion）、休眠（Sleep）和数据输出（DataOutput）三个状态。
3.1.4通信电路
系统所进行的通信是实现与PC机的通信，选择最为广泛的通信标准RS232通信标准。由于PC机使用的是RS232电平，而SM5964输出是TTL电平，因此选用MAX232解决电平匹配的问题。电路如图4。
图4 通信电路原理图
SM5964的串行发送端口TXD和接收端口RXD经MAX232芯片进行电平转换后，分别与PC机的数据接收端口RXD和数据发送端口TXD相连接。在设计中，使用了两个发光二极管D7和D8监视通信的工作状态。
3.1.5 LCD显示电路
对于LCD MGLS-12864，内置HD61202图形液晶显示模块，厂家为其设置了7条指令来完成对它的控制，有两条指令用于显示状态的设置，其余指令用于数据读/写操作，在此不对其进行详细的说明。
MGLS-12864与微处理器的连接方式有两种：一种是直接访问方式，一种为间接控制方式。直接访问方式就是将液晶显示模块的接口作为存储器或者I/O设备直接挂在计算机总线上，计算机以访问存储器或者I/O设备的方式操作液晶显示模块的工作。而间接控制方式是计算机通过自身的或者系统中的并行口与液晶显示模块连接，通过对接口的操作达到对液晶显示模块的控制。设计中论文采用了间接控制方式，这种方式的特点是电路简单，控制时序有软件实现，可以实现高速计算机与液晶显示模块的接口。
3.1.6输出控制及报警指示电路
输出控制电路采用12V直流继电器对外电路进行控制，通过控制继电器的吸合时间来实现对温度的控制，继电器是与强电控制电路（大电流、高电压）联系在一起，会对应用系统产生严重干扰，使系统不能正常工作。为了消除干扰，在微机接口与继电器之间分别加了光耦，使系统主机部分的地与强电控制电路的地隔开。当温度超限或者系统出现致命错误时，系统会发出报警指示且实现在LCD上显示。
3.2系统的移植
系统移植是指使一个实时操作系统能够在某个微处理器平台上运行。每个实时嵌入式操作系统都支持很多种处理器，为了使其在具体的硬件平台上工作，必须根据具体的硬件平成移植工作。μC/OS-II需要用户独立完成此工作。由于在设计时已经充分考虑了可移植性，移植工作并不太复杂，要根据具体硬件平台，对文件OS_CPU.H、OS_CPU_C.C和OS_CPU_A.ASM进行合理的修改。要使其正常运行，处理器首先需满足以下要求：
(1)处理器的C编译器能产生可重入代码；
(2)用C语言就可以打开和关闭中断；
(3)处理器支持中断，并且能够产生定时中断（通常在10Hz至100Hz之间）；
(4)处理器支持能够容纳一定数量数据（可能是几千字节）的硬件堆栈；
(5)处理器有将堆栈指针和其他CPU寄存器读出和存储到堆栈或内存中的指令。
3.3系统的软件模块设计
系统软件设计平台RTOS作为一种专门为嵌入式微处理器设计的模块化、高性能的实时操作系统，提供了一种基于开放系统标准的完善的多任务环境。它作为嵌入式应用软件的基础和开发平台，是一段嵌入在目标代码中的软件，在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，用户的应用程序是运行于其上的各个任务，RTOS根据各个任务的要求进行资源管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。
系统软件的体系结构如图5所示。硬件抽象层（HAL）把实时内核与硬件隔离开，实现了操作系统内核与设备无关，提高了应用系统的可靠性。内核层是一个是实时多任务操作系统（RTOS）内核。内核层上面是高层驱动和库函数，提供通用的API、I/O管理器。应用程序层是用户的不同的任务。
图5 RTOS体系结构
3.3.1任务划分
根据要实现的功能，系统划分为如下6个任务：按键处理、LCD显示、串行通信、输出任务、控制运算、信号采集处理。从系统设计方面，可以划分为人机交互模块、串行通信模块、温度测量及控制模块和远程加载模块。
3.3.2基本界面设计
为了完整地实现系统的控制功能，需要在界面上显示全部的信息。显示的信息量较多，采用了六个显示界面分屏显示，界面的切换、菜单的选择、参数的选择及修改等是通过不同的按键来实现。
图6 系统基本界面
3.3.3串行通信模块设计
串行通信模块是系统设计中的一个重要部分。它要实现与PC机通信，接收PC机发来的命令帧，在确认正确后进行分析执行，并向PC机发送相关信息和数据。该模块设计工作主要为串口设备驱动程序设计与串行通信应用程序的设计，前者主要完成串口的工作方式、波特率等环节的设置，该部分工作具有系统设计共性，在此主要分析串行通信设计。
在系统中串行通行程序是专门用于接收PC机发送来的读写命令，根据命令的不同，完成不同的操作，既可以对系统当前的运行状态或参数进行改变，也可以把PC机需要的数据信息打包发送。在设计中，为简单起见，系统作为从机，只能被动接收PC机发来命令，对命令帧分析处理之后执行，可以改变系统当前的运行方式和参数。当需要向PC激发信息时，它要按要求把相关信息组帧发送，如当前继电器状态、第一路温度值、第二路温度值等。程序流程如图7所示。
图7 串行通信流程图
3.3.4温度测量及控制模块设计
数据信号的采集处理是把实际过程中的模拟量、开关量以及其它信息量通过相关的方式送入计算机，再由计算机进行存储和进一步的处理（如计算、显示、控制等）。模拟量的采集是将模拟量转换成数字量并送入计算机。然后调用处理算法将这些数字量存储并进行二次计算处理，一方面要输出显示便于观察，另一方面调用相关的控制模块，对被测对象进行控制。
系统要实现对两路温度进行采集控制，温度信号经两个模拟转换开关CD4052之后，以差分式输入模拟转换器LTC2430的输入端子，转换后的数字量送入微控制器SM5964，从而完成信号的采集。控制模块采用了时间最优控制和PID算法相结合的控制方法合理的控制算法对被控对象进行控制，设计中取得很好的效果。
3.3.5远程加载模块设计
此功能模块就是利用“在系统编程”（In-System Programming，简称ISP）技术，可以实现对系统进行在线升级。所谓“在系统编程”技术是指在用户设计的微控制器系统中为配置新的系统功能而对器件进行重新编程，并在线地将程序代码（固件）下载到程序存储器中的一种编程技术。它的出现是对传统编程方法的重大突破。在设计中，PC机利用串口向系统发送各种命令，如片擦除、页擦除、编程等命令，系统正确接收之后分析执行，从而完成加载升级功能。
4 结论
论文基于嵌入式系统设计框架，选用代码开发的μC/OS-II操作系统，在模块化、高性能的RTOS软件平台上采用多任务编程技术、分层体系思想完成系统各个软件模块的设计，利用系统的ISP功能，实现系统程序加载和动态更新，利用RS232串行通信技术实现通过PC的远程控制功能。嵌入式温度控制系统的实时性、可靠性等工程性能优良，并具有升级更新能力。
参考文献：
[1]巴内特,奥卡尔.嵌入式C语言编程与Microchip PIC/Embedded C Programming and the Microchip PIC [M].清华大学出版社,2005.
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[3]孙瑞志,史美林.基于S3C44BOX的嵌入式温度湿度实时监控系统[J].微计算机信息,2006,22(6-2):207-208.
第13篇
关键词：开放式实验室；三层架构；
中图分类号：TP311.52 文献标识码：A
1 引言(Introduction)
现今，随着高校实验室设备资源在质与量上的提升，越来越多的问题摆在了学生、教师、管理员及各级院系领导面前。例如,各实验室相互独立，导致资源无法最大化的使用和很低的实验设备使用率；实验室功能虽多，但多而散，无法形成综合优势[1]；各级管理员无法有效并清晰的随时随地对相关软件、硬件资源信息进行统计与掌控，造成管理上的不便；除此之外，设备的购买、保修、送检及维护也需要进行很多报表的填写，若是需要对某一时间段或者某一类型的设备进行相关统计任务，则需要花费很多的时间及精力。
综上，设计并实现一个开放式的实验室管理系统具有极大的实际使用价值。在此之前，有些人对高校实验室管理模式经过研究与实践，提出自己的观点，例如：论文[2]基于_Net的开放式实验室管理系统的设计与实现所提出的解决方案，在新实验课标的要求下，对于综合性、创新性实验无法进行有效管理,导致该实现方案过于简单；论文[3]高校开放式实验室设备管理系统研究，对于教师及学生的功能需求考虑较少；论文[4]开放式实验室管理系统的设计与实现，未能体现开放式的真正内涵，即实验设备信息的网上查询、统计及预约。
本文内容组织如下：首先，设计了开放式实验室管理系统OLMS(英文全拼)的基本体系结构，并进行了系统需求分析；在此基础上，进行了系统设计，给出了系统功能结构图；接着对该系统的主要实现过程进行了详细说明；最后，给出了该系统下一步需要完善的功能及小结。
2 开放式实验室管理系统OLMS的基本体系结
构(The basic architecture of open laboratory
management system)
2.1 OLMS系统的基本体系结构
OLMS系统的基本体系结构由五层构成，从上到下依次为网络设施、系统服务支持环境、数据层、逻辑层和用户操作层即显示层。
2.2 OLMS系统需求分析
OLMS系统的主要使用者有四类人员：学生、教师、实验室管理员、院系各级领导及教研室主任。这四类角色对于OLMS系统的主要功能期望为：课内/外实验、综合性、设计性实验的相关管理及操作；实验设备及资源信息的管理操作；在线预约实验设备及资源；查询预约结果等；实验室设备、资源的电子化管理功能；新实验的申报及审核流程；提交、批改、指导实验报告功能；浏览、查询、编辑实验电子课件；统计报表功能；除此之外，该OLMS还需实现部分系统或者公用功能。
3 系统设计(System design)
根据前述的基本体系结构及系统需求分析，设计OLMS系统的系统功能结构，如图1所示。
图1 OLMS系统功能结构图
Fig.1 System function structure
4 系统实现(System implementation)
4.1 程序开发及运行环境
本系统开发中，采用Microsoft Visual Studio 2005工具，SQL Server 2005， Framework SDK v2.0。
4.2 编码规范
为了项目的规范，在系统实现之前，定义了相关的数据库命名规范，包括数据库、数据表、字段、视图、存储过程、触发器等的命名规范；程序代码命名规范，包括变量及对象名称定义规则、数据类型简写规则、控件命名规则等。
4.3 编码实现
编码实现主要包括以下部分：数据处理层、主要功能模块及界面层的实现。
4.3.1 数据处理层的编码实现
为了简化大量重复性的数据库访问及数据处理操作，本系统单独做了数据处理层的编码实现，以供功能模块的调用。
4.3.2 主要功能模块的实现
功能模块主要为功能服务，实现各个单独的逻辑功能，主要包括以下各子模块：
(1)系统功能模块及其编码实现
系统功能模块及其算法主要包括：第一,系统的初始化功能；第二,对数据信息等的管理；包括用户信息管理[5]、平台的管理、数据与资料的管理等；第三,用户权限的分层设置及管理。
(2)学生功能模块及其编码实现
学生功能模块主要实现的功能有：学生个人信息的浏览及部分修改功能；学生信用度算法模块；本学期课内/外实验、综合性或创新性实验的相关功能实现，使用在线资源例如在线答疑、在线讨论区、在线题库等功能。
(3)教师功能模块及其编码实现
教师功能模块主要实现的功能有：学期初的课内/外实验申请；综合性、创新性实验申请；新开设实验项目的填报及申请；查询本学期实验课表及实验安排内容；布置预习实验要求；审核学生的课外或其它实验申请；对个人信息的管理或依据条件查询学生的基本信息。
(4)实验室管理员功能模块及其编码实现
实验室管理员功能模块主要实现的功能有：第一，实验室子系统管理；第二，审核实验预约功能；第三，实验室设备运行管理，即设备运行时的过程数据管理；第四，实验室设备资源的管理；第五,设备统计分析功能等。
4.3.3 界面层的实现
该系统界面层的实现主要满足简洁、清晰、个性化定制的目标。为了实现简洁、清晰，系统以蓝色为主色，统一了系统的界面框架，任何用户访问该系统时，都能看到一个布局统一、颜色一致的界面。
5 结论(Conclusion)
系统经过一年多的运行，极大地方便了实验课程管理、实验预约等教学工作的开展，取得了良好效果。后续需解决的问题：如何由点及面，打破原有小而散的模式，进行校一级的实验室管理系统设计及实现？如何与硬件控制器相结合，实现远程控制和管理，确保实验室的全天候开放和安全？如何为各种终端设备用户提供友好的服务等问题。
参考文献(References)
[1] 张松,陈志刚,金亮.开放实验室管理系统设计方案比较及实
现[J].计算机工程与应用,2004,40(3):230-232.
[2] 焦铬,刘辉,陈受凯.基于.Net平台的开放式实验室管理系统
[J].衡阳师范学院学报,2010,31(3):88-91.
[3] 谢健,刘原奇,易先卉.高校开放式实验室设备管理系统研究
[J].计算技术与自动化,2007(1):102-103;107.
[4] 姜浩,等.开放式实验室管理系统的设计与实现[J].实验室研
究与探索,2010,29(6):110-112.
[5] 尹红,李海燕.基于C/S和B/S混合结构的高校开放式实验室
管理系统的研究与实现[J].信息系统工程,2009(6):29-32.
作者简介：
刘海玲(1978-),女,硕士,讲师.研究领域：web应用及开发.
第14篇
超声波测距在社会生活中已经有广泛的应用如汽车倒车雷达等。本文主要设计了一种基于单片机微处理器的超声波测距仪。该设计以空气中超声波的传播速度为确定条件,利用反射超声波测量待测距离。
该系统设计是以ATEML公司生产的单片机AT89C2051为核心,具有低成本、高精度、微型化数字显示等优点。论文对超声波测距的可能性进行了理论分析,对超声波测距系统的硬件部分进行了具体设计,编写、调试和运行了相应的软件程序。另外,为保证测量的可靠性和稳定性,设计中采取了相应的抗干扰措施。设计的超声波测距系统可实时将温度通过串口显示在PC机或者其它显示设备上。
该测距仪最大测量距离是20米,精确度是±2cm,它具有成本低、非接触、速度快、精度高、可靠性强、适应性好,操作方便等优点,有着广泛的应用前景。
第15篇
关键词：机房管理 自动计费 管理信息系统
一、研究的背景与意义
1.开放式机房是一种现实的需要
当今社会己经进入信息时代，操作计算机作为一项基本技能，与我们的生活、工作息息相关，不能熟练地使用计算机很难在社会上立足。
2.人工管理方式不适应现代机房管理的需要
学校机房中通常是用人工方式进行管理，学生凭机票上机，机票的最小单位是小时或学时，学生只能整点下机，否则无法计算费用，这对学生上机不够灵活和方便。
二、研究的主要内容及思路
本论文研究开发的是机房管理信息系统，是针对学校计算机机房人工管理方式已不再适应现代机房管理的要求而提出的应用计算机进行自动化管理的现代管理方案。主要研究内容为机房管理信息系统的系统需求分析、总体设计、系统的实现与应用等。
三、机房管理信息系统需求分析
1.学校机房管理存在的问题
为了满足学校学生对计算机知识学习的需求，许多学校计算机机房都纷纷对外开放，实行计时收费。而目前大部分单位或采用购买上机票，或人工登记上机的方法来进行上机管理。这种传统的管理方式已经不适应现在机房的管理，随之而来的各种管理问题和矛盾就显得尤为突出，总体来说，目前许多学校机房管理在以下方面存在不同程度的问题：
（1）管理工作量大。在整个上机过程中，管理人员需随时进行上下机查卡登记、人数核查、超时检查等工作，特别是在上下机高峰或机房较大、微机台数较多的情况下，更是忙作一团，往往要安排多人值班才行，造成管理混乱和费用增大的问题。
（2）不方便学生上机和收费管理。由于记时和费用换算问题，购机票和人工登记划卡不适用于随上随下和根据不同时间、机型等条件实行不同收费标准的管理方式，往往造成学生对机房管理产生不满的情绪，比如不到整时按整时计算，从而影响学生到学校机房上机的积极性。
2.学校机房管理的要求
（1）机房能全天开放。机房的全部计算机在运行时间方式上能全天候的开放，即从早到晚随时向全校师生开放。学生可以根据自己的学习计划，合理的安排，自主决定上机时间，充分满足学生自由上机的需要。
（2）开放机房的同时能兼顾教学计划上机。在完全开放、完全自由上机的同时，也要兼顾封闭式计划上机的需要，以便同时安排好计划式上机的教学工作，以保证基本教学任务的完成。
（3）管理模式灵活。在机房管理模式上，开放式计算机实验室应能彻底解放专人职守的工作方式，对于用户而言，做到无人职守和有人时一样方便灵活。
3.目前机房解决方案的比较分析
（1）纯硬件控制方式。主要基于学校单机控制的需要而开发，属于早期的硬件单片机控制模式，由于功能简单，数据采集不便，对机器仅起到控制作用，无法完成管理功能，且每台电脑均要安装内置读写器，难扩充，资金投入大，现己逐渐淡化出市场。
（2）软、硬结合控制方式。后台管理机安装软件，机房每台单机安装控制卡以及卡片读写器，学生插卡开机上机，实现机房管理和控制；成本较高，难于扩充，出问题难于维护。
（3）门禁方式。采用门禁式进出机房，在入口处刷卡，上机输入学号、密码登陆，实现管理和控制的统一及分离(刷卡管理，登陆密码监控，双层认证)，成本低、易拓展、易管理，但对机房网络环境的稳定性有一定的要求。
四、机房管理系统的设计
1.系统设计目标
在充分理解用户需求的基础上，从用户的需求角度考虑，提出系统应达到以下几个目标：
(1)完整的系统及配套模块。
（2）系统能覆盖不同上机类型。
（3）灵活的查询机制。
2.系统设计原则
在总结研究工作，充分分析系统所需要达到的目标的基础上，提出了在设计、开发系统时，必须要遵守如下设计原则:
（1）安全性和稳定性原则。本系统涉及到收费管理的问题，所以系统的安全和稳定尤其显得重要，因此，在系统设计方面应优先考虑系统的安全性和稳定性。
（2）可扩充性原则。系统应具有良好的扩充性，能根据应用环境的变化和用户需求的更改，系统只要进行少量的修改就可以进行相应的扩展。
（3）合理性原则。系统在收费方面的设计要合理，尽量符合用户的心理需求和思维习惯。
（4）操作简便、人机界面友好原则。应用系统的操作要尽可能地简单并有适当的提示，同时要为用户提供良好的人机交互界面。
五、机房管理系统的实现
1.条形码技术的应用
当前，作为信息自动识别、输入的介质主要有IC卡、磁卡和条形码等。条形玛输入速度快、准确度高、成本低、可靠性好、制作方便，因而发展十分迅速。在图书馆系统、商场管理系统、仓库管理系统中都获得了广泛的应用。
2．存储过程的应用
存储过程(Stored Procedure)是一组为了完成特定功能的T-SQL语句集合，经编译后存储在SQL Server服务器端数据库中。用户可以通过指定存储过程的名字的方法来调用存储过程，完成特定的操作，在SQL Server的系列版本中存储过程分为两类：系统提供的存储过程和用户自定义的存储过程。
参考文献:
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