時間：2022-07-19 04:24:46
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發表網為您精選了8篇硬件系統設計論文，愿這些內容能夠啟迪您的思維，激發您的創作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
預警應急系統的構建需要結合地區環境特點，通過吸收科研成果及現有技術形成極具實用性的系統。在系統的建設開發中要收集環境質量信息、研究該地區的環境特征、該區域突發性環境污染事件的特點、危險事故隱患及社會經濟基本情況等相關的背景信息，從而最終建立基于GIS平臺的環境預警系統；在此基礎上通過數學模型等手段建立起與GIS集成的污染分布時空模擬系統；此外還可以充分的利用研究區域已有的環境自動監控系統，對事故現場及周邊環境信息進行采集。然后基于此研發具備自動監測環境污染事件地點、時間、危害程度以及性質、范圍的應急監測系統。同時還可以結合災害專家應急對策數據庫中的專家系統，得到預警及應急對策建議與應急預案。為此建立突發性環境污染事故應急監控指揮系統是以上操作得以保證實施的關鍵。這一系統的構建主要基于大量的基礎信息以及研究區域的GIS平臺，然后建立起區域內污染的基本環境情況、環境危險隱患、基本環境質量信息、重要敏感目標、污染源基本情況以及社會經濟狀況等信息動態數據庫，同時這一數據庫要具備時空分布表達、動態模糊查詢、數據關聯分析等功能。一旦事故發生后，這一系統就可以準確的鎖定污染發生地，然后通過污染分布時空模擬模塊預測受影響區域的范圍，并且利用地理信息顯示模塊提供受污染區域的救援單位、敏感單位、人口以及輸送人口的最佳路面等信息，從而為應急救援以及應急監測提供決策依據。
污染分布時空模擬系統是解決突發性污染事故的核心組成部分，是一種基于研究區域，同時利用GIS的空間數據功能及模型分析能力，從而將有關數學模型、環境質量、污染狀況以及地理信息等結合起來，并使用生動的圖像、圖形方式呈獻給管理者、決策者，為處理突發性環境污染事故提供支持。該智能決策系統的建立要根據歷史數據及經驗，通過對于原來案例的分析以及現實數據的測量，經過總結與分析提出最佳的方案。通過推理機制對有關化學危險品的風險進行分析與評價，然后確定和事故實際區域有關的效應，并對提出的各種措施進行優化選擇，從而科學的安排人員及設備。應急指揮系統作為本系統的硬件支持，這一系統通過綜合運用計算機技術、圖像技術、電子地圖、無線數據通信等高新技術，并且借助于各種現代化的信息傳輸手段，例如Internet、GSM以及GPRS等，從而可以在電子地圖上顯示污染現場的圖像、調查小組位置、監測點位置、測試數據、監測點位置、制定污染區域以及區域面積等信息。這一系統大體分為三大部分：現場端子系統、遠程查詢子系統以及中心端子系統組成。實際使用中可以根據現場的實際情況選擇使用移動電話網絡、公用電話網絡，從而保證現場與指揮中心的有效連接，實時的了解突發性污染時間的信息。
隨著我國社會經濟的發展，近年來有關突發性環境污染的事故接連發生，極大地影響了國家經濟建設及國民的生產生活，為此需要迅速建立應對突發性污染事故的預警應急系統。這一系統需要具備對突發性環境污染以及生態破壞的識別能力，并且可以通過定量與定性手段預測事故的發展趨勢及速度，從而預先對某種長期的預警模型進行警報。為此當下這一系統建立的主要方向集中在基于集成GlS的污染分布時空模擬系統、GIS平臺的環境預警系統、處置智能決策系統、突發性環境污染事故應急監測以及突發性環境污染事故應急監控指揮系統四大系統，從而保證各項功能的有效實施。
本文作者：李建民段欣榮工作單位：西安市環保局閻良分局環境監測站
1．自覺向民族傳統文化回歸
中國的現代藝術設計需要建立在民族文化、民族風格的基礎上，因此必須重視向民間藝術學習，堅信中華民族文化傳統的主流在民間。所以在城市空間設計中，要通過對環境的理解，對傳統的認知，自覺地借鑒，而不是直接挪用。中國傳統民間藝術形式變化萬千、風格種類異彩紛呈，凝聚了中華民族幾千年的智慧精華，也傳承了中華民族特有的藝術精神，值得當代城市設計師深入學習和研究。設計師在設計實踐中，通過元素剝離、創意整合和情感傳達，特別是與新技術巧妙融合，就能創造出獨具中國特色的現代藝術設計作品。當然，這需要一個過程，要靠城市設計師與民間藝術大師、民間藝術教育人才的融合。所以說，城市設計師必須以民間藝術為基礎，重視向傳統民間藝術學習，只有親身體會這筆文化遺產的魅力所在，了解傳統民間藝術中所蘊含的深厚的民族本源文化、本源哲學、本源藝術的基因，以及多姿多彩的具有生命活力的民族語言形態，才會對它加以自覺應用［2］。
2．傳統民間藝術語言
現代化現代城市空間越來越相似，傳統特色逐漸消褪，因此如何保持城市的獨特氣質就成為十分迫切的問題。傳統民間藝術語言體現了獨特的審美傳統，蘊含著深厚的精神文化內涵，將其作為城市空間設計的思想源泉，在城市空間中直接或間接地運用，對強調和延續歷史文脈有著重要意義。但是，源于自然崇拜的原始文化的民間藝術，所代表的是不同于現代文化的農耕文明，它雖有著特定的社會基礎，但其中也有不適合現代生活方式、不符合現代審美、倫理觀的地方，這樣就限制了其在當代城市設計中的廣泛應用。有些民間藝術圖式如果不經過調整、創新，就很難為現代社會所接受，因而應用時不能簡單、機械地復制、拼貼，而應該在理解其文化含義的基礎上，取其精髓，去其糟粕，使其藝術語言現代化，為當代大眾所認同并接受。中國傳統民間藝術的很多內容和形式有相對的穩定性及程式化特征，在藝術認知上有更為直接的優勢，因而是可以應用到城市空間設計中的。其應用方式有兩種，第一種是物品本身、題材、造型及藝術手法的直接運用;第二種是間接運用，即可以從民間藝術的形、色、質等方面著手，進行形的簡化與再造、色彩的沿用與重組以及材料的選用與更新等，來再現或表現民間藝術。在城市空間設計中，設計師要將傳統文化經過現代設計思維的選擇與消化，融入到現代設計之中，這樣，民間藝術元素才可能真正發揮它的藝術價值，作為一種新的視覺傳遞語言，在現代設計中重現生機。
3．在社會場域上的對接雖然城市空間設計
一直以來都以較快的速度發展，但在當代，與公眾聯系緊密的傳統民間藝術才逐漸走進人們的生活之中。民間藝術形式以合理、合情的方式融于城市開放空間中，其較大的輻射面和難以抗拒的視覺沖擊力，使與它發生接觸的人都會或多或少地接受它傳達的信息，從而在心中產生一種熟悉的、能產生共鳴的集體性的感受。為城市居民營造一種心理歸屬感，滿足社會心理情感的需要，可以使城市居民對城市產生心理依賴感，對環境產生身份認同、心理認同，直至文化認同。另外，當代城市空間設計追求綠色生存空間，提倡低碳設計。傳統民間藝術如陶藝、編織等，其原生態性契合了當代城市設計的需求。在設計中，對民間藝術中傳統的工藝、材料和形式的毫無偏見的借鑒，體現出了強烈的環境保護意識，同時也體現出了一種社會的進步，因而是一種設計倫理和設計道德的體現。傳統民間藝術一旦融入城市空間藝術中，就會逐漸走進人們的生活，其審美對象就會直指社會公眾，就會以公眾的精神需要為目的，以公眾的審美評價為借鑒，生存于公眾之間。這就使得公眾對自己生活的公共空間藝術享有話語權，同時享有藝術創作的參與權，從而提高了社區居民的和諧氛圍，促進了社會和諧。
二、傳統民間藝術在城市空間設計中的具體應用
1．城市空間墻面藝術與傳統民間藝術
傳統民間藝術的民間性和貼近生活的特點，迎合了城市特色營造的需要。城市空間的墻面圍合成居民生活的空間，在城市空間的墻面上揉進諸多傳統民間圖式元素，可以體現城市的獨特個性和其融合性。同時，利用民間藝術形式改造城市建筑墻面，可以增加建筑的歷史、藝術價值，也將提升整個城市的藝術品位。墻面藝術的豐富多彩使城市居民在街道上除了廣告外，有可看的內容，也可彰顯該城市與其它城市的差異。同時，融入傳統民間藝術的城市墻面，除提升城市形象外，也能滿足城市公眾的精神需求。如高雄駁二藝術特區中的墻面設計借鑒了民間皮影和鄉土繪畫，使原本廢棄的墻面換上了新妝，煥發了新的生命。同時，建筑室內墻面設計也常常采用民間藝術元素來活躍空間氛圍，提升空間親和力。譬如大連甘井子實驗小學的教學樓設計，局部采用了民間藝術元素，將傳統紅燈籠懸掛在大門入口的過廳天花板上，每盞燈籠上面都有不同的兩個字，比如“幽默”、“溫柔”、“愛笑”、“漂亮”、“耐心”、“善良”、“公平”等。這種設計既體現了藝術文化特色，又具有親切感和歷史厚重性，深得家長、老師、孩子們的喜愛。
2．當代建筑設計與傳統民間藝術
關鍵詞：變壓器；冷卻控制系統；硬件
1變壓器冷卻控制系統控制模塊的設計總體思想
本文所進行的就是對變壓器冷卻控制系統控制器模塊進行設計，其中包括了可以對主變壓器風扇投入與切除的溫度范圍進行自行設定，也可以按照用戶的要求而變化。在傳統控制方式中，風扇投切的溫度限制值是不能改變的，此外，風扇電機的啟動和停止溫度有一余量，不像傳統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度中心的通訊，上傳這些信息，如變壓器油溫、風扇運行狀態有無故障等。至于風扇的分組投切設置是為了節約電能，具有一定的經濟意義，但這個分組數不宜過多，以免控制復雜，且散熱效果不佳。
控制器主要由AT89CS1單片機、A/D轉換器、鍵盤控制芯片，輸出模塊、通訊模塊以及自動復位電路等組成，其中單片機是控制器的核心，AID轉換器是把輸入信號轉換為數字信號。
2變壓器風扇控制系統的硬件接線
基于以上的要求，我們設計的風扇控制器的硬件線路圖如下頁圖1所示。變壓器風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。所以在本章節中，我們重點將要介紹變壓器風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，并且和工業標準的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字節的EDAM，32位的I/0總線。三個16字節的定時器/計數器，兩級六中段結構，一個全雙工的串行口，振蕩器及時鐘電路。AT89C51是完成系統的數據處理和系統控制的核心，所有其它器件都受其控制或為其服務。
在本文中，經過TLC1543A/D轉換器后輸出的數字量輸入到AT89C51單片機中，同時在進行了溫度參數的設置以后，進行它的輸出控制，其中包括了變壓器的溫度顯示、狀態顯示、以及聲音報警設備等等，也就是我們所研究的變壓器冷卻控制系統的核心部分。
（2）變壓器的溫度采集及溫度處理模塊。在變壓器的風扇冷卻自動控制系統中，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的，其中包括鉑電極、傳感器以及變送器。經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電流電壓信號的轉換，轉換后的電壓是在0.4一2（伏特）之間，然后將此電壓信號輸入到TLC1543數模轉換器，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）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轉換器丁LC1543。
TLC1543A/D轉換器是美國TI公司生產的眾多串行A/D轉換器中的一種，它具有輸入通道多、轉換精度高、傳輸速度快、使用靈活和價格低廉等優點，是一種高性價的模數轉換器。TLC1543是CMOS，10位開關電容逐次逼近模數轉換器。它有三個輸入端和一個3態輸出端：片選（CS），輸入/輸出時鐘（I/0CLOCK），地址輸入和數據輸出（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位數碼管顯示或128支獨立的LED。BC7281的驅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點不受譯碼影響，使用方便；BC7281內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，內部具有去抖動功能。它的鍵盤具有兩種工作模式，BC7281內部共有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在本系統中主要用于驅動變壓器溫度顯示的LED以及顯示風扇運行狀態的指示燈。
前已提及，BC7281芯片內部共有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實現與PC機的通訊。
①MAX232芯片簡介
MAX232芯片是1VIAX工M公司生產的低功耗、單電源雙RS232發送/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只要單一的+5V電源就可以。
我們的設計電路中選用其中一路發送/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具有驅動能力，所以不需要外加驅動電路。
系統中使用了此技術之后就實現了變壓器風扇冷卻系統的遠程控制，工作人員可以在控制室對冷卻系統進行控制，可以達到方便、準確、快捷的日的，這也是我們對傳統的風扇冷卻控制系統而做的一個重要的改進。
②串行通訊
在此實現中，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送方和接收方之間數據信息的傳輸是在單根數據線上，以每次一個二進制位移動的，它的優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，其硬件復雜；而異步通信應用于傳送速度在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
在系統運行的過程中，為了避免因干擾或其他意外出現的運行中的死機的情況，“看門狗電路”DS1232會自動進行復位，并且能夠重讀EEPROM中的設置，以保證系統可以安全正常的運行。
美國Dallas公司生產的“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，應用在單片機產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，可以滿足不同設計要求；
②在微處理器失控狀態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位微處理器；
④精確的5%或10%電源供電監視；
在本變壓器冷卻控制系統中，DS1232作為一定時器來起到自動復位的作用，在DS1232內部集成有看門狗定時器，當DS1232的ST端在設置的周期時間內沒有有效信號到來時，DS1232的RSR端將產生復位信號以強迫微處理器復位。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結論
本裝置實現了通過單片機自動控制冷卻器的各種運行狀態并能精確監測變壓器的油溫和冷卻器的各種運行、故障狀態，顯示了比傳統的控制模式的優越性。（1）能夠對變壓器油溫進行監測與控制；（2）實現了變壓器冷卻器依據不同油溫的分組投切，延長了冷卻器的使用壽命，有較好的經濟意義；（3）實現了冷卻系統的各種狀況，如油溫、風扇投切和故障等信息的上傳，便于值班員、調度員隨時掌握情況。
由于固態繼電器實現了變壓器的無觸點控制，解決了傳統的控制回路的弊端，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，實現了油溫、風扇的投入、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，我們還應該對固態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繼電器的損壞，以使變壓器風扇冷卻控制回路更加完善。
參考文獻
Electronics System Design
Techniques for Safety
Critical Applications
2009
Hardback
ISBN 9781402089787
Sterpone著
隨著社會的發展和科技的進步,信息技術已經深入千家萬戶,人們周圍充斥著各種電子設備。電子設備的誤操作或故障時有發生,有時這些會造成對人員的傷害或者環境的破壞,為了避免這些,人們提出了安全性苛求系統的概念。這種系統是指通過各種設計和制造手段保證在其使用壽命范圍內,運行過程中不出現任何對使用者和環境造成傷害的錯誤。本書便是針對這個問題編寫的。
本書共分8章。1.介紹了可用于發射環境下的FPGA設計技術,主要包括硬件結構設計的可重構設計技術和冗余技術,還介紹了基于sram的FPGA的軟件結構及FPGA線路結構;2.首先介紹了輻射效應包括單粒子反轉和單粒子門鎖?；趩瘟Ｗ臃崔D的FPGA內存優化,對SEUS的仿真分析和硬件分析,分析了三重冗余結構及容錯系統的約束條件;3.糾錯效率分析算法。首先介紹了靜態分析算法,然后介紹了該算法的基本原則,并分別介紹了用于SEU分析和MCU靜態分析的新算法;4.介紹了一種新的高可靠性的應用于S-RAM FPGA 的算法,該算法從定位和運行兩個方面進行了優化,減小了程序出錯的可能性,提高了運行可靠性;5.首先介紹了具有容錯功能的基于SRAM的FPGA系統設計的新流程,然后介紹了容錯線路的設計優化方法,最后進行了實驗,驗證了新設計的優越性;6.基于FPGA內部降壓機制的系統優化,介紹了一種可以用于SRAM-FPGA的減壓系統,他不需要外部任何器件,可以完成高效率的減壓,該系統在Xilinx SRAM FPGA上實驗驗后結果良好;7.介紹了一種用于DNA生物芯片的新型硬件結構,它采用雙核硬件結構,實現了不同單元的多指令操作,并在一種FPGA系統上采用這種結構制備了DNA芯片,顯示出這種優化結構的強大能力;8.首先介紹了RCF器件,然后介紹了ReCoM結構,最后實驗顯示新型的ReCoM結構性能更為優越。
本書的作者Luca Sterpone目前任教于都靈理工大學(意大利),研究方向為數字系統設計和計算機結構。他2003年畢業于都靈理工大學,獲得工程學士學位,之后在該校讀博士學位,并于2006年畢業,論文研究方向為“電子系統設計技術的安全關鍵技術應用”,獲得了2007年度歐洲優秀論文獎。
本書內容新穎,針對性強,適合電子工程師、硬件工程師以及計算機專業、電子專業的學生閱讀。
劉軍濤,博士生
(中國科學院電子學研究所)
論文關鍵詞：MPXV53GC6U，MSP430F149，單片機，便攜式，電子血壓計
0引言
血壓是人體重要的生理參數之一，對其進行精確測量，有利于早期發現和鑒別高血壓類型醫學檢驗論文，提出合理的治療建議。目前，臨床上對普通病人主要采用無創檢測的方法，它大致分為人工柯氏音法和示波法兩類，人工柯氏音法雖然比較準確，但操作困難，受主觀因素影響較大，而示波法雖然操作簡單醫學檢驗論文，但穩定性和個體適應性都比較差，不利于其在臨床應用上的普及和推廣。本文在示波法的基礎上，從硬件實現和軟件設計兩個方面，改進了原來的測量方法，并進行了比對測試
在研究國內外已有產品或設計構思的基礎上，使用先進的信號處理技術與智能控 制技術，盡量消除脈搏提取處理中的噪聲干擾與非線性失真醫學檢驗論文，提高血壓測量的準確性與穩定性，并提高了測量的自動化和智能化論文開題報告。
1系統的硬件設計
本設計采用Motorola公司的MPXV53GC6U硅壓式 傳感器和TI公司MSP430F149單片機為主要器件， 構成電子血壓計，系統構成如圖1。系統由MCU、 傳感器、LCD液晶顯示器、操作面板、充放氣控制電路、氣泵和氣閥、蜂鳴器、存貯器、電源等部分構成。
【關鍵詞】AGV 磁引導 PWM調速 8052單片機
隨著現代科學技術的高速發展，自動導引小車（Automatic Guided Vehicle AGV）得到了廣泛的應用。AGV以電池為動力，并裝有非接觸導航（導引）裝置，以電磁引導、激光引導、慣性引導及GPS引導等方式?？蓪崿F無人駕駛的運輸作業。它能在計算機監控下，按路徑規劃和作業要求，精確地行走并停靠到指定地點，完成一系列作業。
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、結構簡單、可控性強、安全性好等優勢。AGV的活動區域無需鋪設軌道、支座架等固定裝置，不受場地、道路和空間的限制。在自動化物流系統中，最能充分地體現其自動性和柔性，實現高效、經濟、靈活的無人化生產。
一、AGV導航系統的系統總體設計
本論文設計了磁帶引導AGV，完成尋跡、蔽障、PWM調速、人工控制等功能，為大量生產工業型AGV提供較好的研究基礎。系統模塊設計如圖1所示：
圖1
本論文主要對AGV的硬件系統進行設計，重點研究磁引導AGV的磁尋跡感器模塊軟硬件模塊、速度反饋模塊的設計。
二、磁尋跡傳感模塊設計
磁尋跡傳感器是AGV能否完成磁帶尋跡功能的關鍵，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，需要通過響應的A/D轉換電路將信號輸入單片機。模塊設計如圖2所示。
圖2 磁尋跡傳感器硬件實現電路
三、速度反饋模塊設計
本論文AGV采用雙輪差速驅動方式，當電機負載增加時，電機的運行速度下降，一般額定轉速降落達3%～10%，為了使兩電機同速，必須要有反饋換環節對電機的速度進行反饋。只有組成了閉環系統，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的中斷次數計數來測量通道B的脈沖數，讀取P1.2的電平狀態來判斷電機的轉動方向。以上升沿觸發為例，當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。電機的速度即為一個采樣周期中N值的變化量。電機的轉速為，式中，C為標度變化系數，可根據轉速的量綱來選擇，N為一個采樣周期中的計數值，它的符號反應電機的轉動方向。硬件實現電路如圖3所示。
圖3 光電編碼器實現電路圖
四、總結
本系統采用PWM調速及雙輪差速控制，使車輛依照車載傳感器確定的位置信息，沿著規定的行駛路線和?？课恢?，自動行駛，完成規定的操作。論文對關鍵模塊的設計進行了詳細設計，經驗證該系統設計可靠合理，能實現系統設計的基本功能。
參考文獻：
[1] 溫鋼云，黃道平. 計算機控制技術[M]. 華南理工大學出版社，2002.
[2] hard C.Dorf Robert H.Bishop. 現代控制系統[M].高等教育出版社，2006.
關鍵詞：嵌入式系統；SOPC；MP3播放器
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 20-0000-02
Mp3 Player Design Based on SOPC
Xie Huicheng1,Guo Li2
(1.School of Electronic Engineering,Jiujiang University,Jiujiang332005,China;2.Jiujiang University,Information Science and Technology College,Jiujiang332005,China)
Abstract:This paper mainly from the audio playback and the intersection of SOPC technology,this paper proposes the use of technology in Altera's SOPC CyelonII EP2C35 FPGA mp3 player built on the design.The use of IP design reuse,collaboration software and hardware,hardware acceleration and other methods,combined with the experimental characteristics of platform resources to build a soft-core processor based on NiosII mp3 player system. Achieve MPEGⅠ layerⅢ smooth playback audio decoding.The system has a small size,design flexibility,short development cycle and so on.
Keywords:Embedded system;SOPC;MP3 player
一、引言
目前，嵌入式系統進入全面應用的階段，己經成為通信和消費類產品的共同發展方向。在硬件方面，市場上不僅有各大公司生產的各種微處理器芯片，還有用于學習和進行研發的各種配套的軟件開發包和開發工具。SOPC具有系統集成度高、體積小、功耗低、結構簡潔、可靠性高、開發快速等特點，很好的滿足了的嵌入式系統在硬件上的需求。SOPC技術的目標是試圖將盡可能大而完整的電子系統，包括嵌入式處理器系統、接口系統、硬件協處理器或加速器系統、存儲電路、DSP系統、數字通信系統、以及普通數字系統等，在單一FPGA中實現，使得所設計的電路系統在其規模、可靠性、體積、功耗、功能、性能指標、上市周期、開發成本、產品維護及其硬件升級等多方面實現最優化。
二、系統總體設計
設計一個具有基本功能的MP3播放器需要有時鐘電路、CPU、RAM及RAM控制器、Flash及Flash控制器、SD卡及SD卡控制電路、液晶及液晶顯示器驅動電路、DMA控制器、音頻驅動及音頻控制電路、定時器等模塊，如圖1所示。
圖1：MP3播放器系統結構圖
除顯示驅動模塊、音頻控制模塊和SD卡控制模塊外其他模塊都可以從SOPC Builder中添加IP核構建。
其中顯示驅動模塊可以在altera提供的VGA控制器的基礎上添加CLK和BLANK信號完成；SD卡控制模塊只需要定義幾個GPIO端口就可以了，不需要單獨設計。
三、音頻播放模塊
采用的MagicSOPC實驗開發平臺配有AC97音頻解碼模塊，主控制芯片為UCB1400（帶有觸摸屏功能的立體聲音頻編解碼器），它支持可編程抽樣率、輸入/輸出增益和數字音響處理，包括音量、靜音、低音和高音控制。
音頻控制模塊是CPU與UCB1400間的接口電路，功能為將緩存中的音頻數據通過AC-Link總線發送到UCB1400的DAC輸入端口實現音樂的播放，以及由AC-Link總線接收UCB1400采集的音頻編碼數據。本設計采用verilog語言來設計如下各個功能模塊。
（一）UCB1400寄存器訪問控制
音頻播放時主控制器（CPU）需要經常讀/寫UCB1400中相關的寄存器，因為采用AC-Link串行總線傳輸數據，時序變得非常重要，所以定義了訪問控制模塊。要訪問UCB1400時，該模塊向UCB1400發送請求信號；當一次讀取完成，數據準備好時，該模塊向CPU發送反饋信號。
（二）UCB1400掉電模式控制
UCB1400可以將暫時不用的模塊關閉以節約功率，向UCB1400的Power-down Control/status Register（0x26）寫入相應的數值可以控制UCB1400中各個模塊的開啟和關閉。所以設計掉電模式控制模塊，該模塊負責監視UCB1400各模塊的狀態并將此信息反饋給主控制器。
（三）串行輸入/輸出寄存器
FPGA內部數據為并行傳輸，而與UCB1400間則功過AC_Link總線串行傳輸，所以應設計串并轉換模塊。
（四）輸入/輸出FIFO
為保證音樂播放的流暢，應為每個聲道配置一定容量的FIFO用來保存已接收到和即將傳輸的數據。
設計完成后的AC97_Controller結構框圖如圖2所示：
圖2：AC97_Controller結構圖
具有如下功能：
可變比特率支持、雙聲道立體聲輸出支持、雙聲道立體聲輸入支持、單聲道麥克風輸入支持、DMA傳送方式支持。
四、系統軟件設計
將基于NiosⅡ的SOPC系統進行編譯并下載到FPGA中生成硬件系統的同時，SOPC Builder幫助用戶生成相應的SOF文件。在此基礎上，可開始系統軟件的設計?？墒褂脜R編、C、C++來進行嵌入式程序設計，使用IDE工具進行程序的編譯連接以及調試。MP3播放器的軟件系統結構如圖3所示：
圖3MP3播放器軟件系統結構
五、結語
本系統采用SOPC技術在一片FPGA和少數外設上實現了MP3播放器的基本功能。在50MHz的系統時鐘下實現了MPEG-Ⅰ layer-Ⅲ解碼，流暢播放MP3格式的音頻文件。
SOPC方案的優勢在于系統功能改進的靈活性，在不改變硬件平臺的情況下，可以方便對系統進行增刪和優化，這是傳統ARM方案無法達到的。
參考文獻：
[1]曾璇.基于NiosⅡ軟核處理器的嵌入式PMP系統設計[D].北京交通大學碩士學位論文,2008,5
關鍵詞：項目教學；機電系統設計；教學改革；本科教學
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）01-0087-02
機電系統設計是機械和電子的完美結合的學科，是機械學、信息學、控制理論、執行元件、傳感技術和總體設計等諸多方面，在機械專業中占有比較重要的地位。學生在學習工程中，由于實際經驗欠缺，加之課程牽涉面廣，學習難度比較大，故而在學習過程中不可避免會存在各種各樣的問題。因此，要求在教學過程中，教師要想法設法、千方百計地通過不同的教學方式，調動學生的積極性，引導學生充分認識機電系統設計這門課的重要性，從而提高學生的動手能力和實踐能力，以及總體素質，從而使學生求職時增加在機電系統設計行業內的選擇機會。
項目教學法目前在我國的職業教學實踐方面已經有所涉及。但是在本科教學中還很少使用，為了讓機械專業的學生通過項目教學直接深入到機電工程領域的實際工程應用，本文提出應用項目教學對機電系統設計課程進行的本科教學改革的嶄新思路。
一、項目教學法的本質
關于項目教學法的起源，眾說紛紜。我們國家著名教育家陶行知先生所提倡的“在學中做，在做中學”的教育理念與此相似。這種教學模式，將項目教學法貫徹到某課程的教學過程中，通過組織學生真實地參加項目選題、方案設計，管理項目的全過程，在項目實施的過程中完成教學任務、實現教學目的，從而培養學生的實踐能力、分析能力及其他關鍵能力。
項目教學法擯棄了傳統的教學以教師講授為主，學習以課本為主的模式，強調理論聯系實際、創新開拓精神和團隊合作精神，是一種很新教育模式。該方法可以充分應用課堂理論知識解決生活中、工程中的實際存在的問題，并且通過解決項目加深對理論知識的理解，從而起到了培養學生綜合能力的目的。因此，項目教學法完全體現了現代教育“素質教育”的本色。
二、項目教學法的實施步驟
項目教學法主要特點理論與實踐相結合，在學習理論知識的基礎上，加強學生實踐能力的培養。這種方法有利于培養學生的多種能力，如：展示學生的創造性，培養了學生解決實際問題的能力，以及對項目的管理能力。項目教學法的整個教學過程，分為以下幾個階段：
1.項目教學動員階段。項目教學法開始之前，積極組織學生參加動員大會，由學院相關領導、學科主任、專職教師、實驗室教學教師及相關人員參加。會上要注意強調項目教學法此項教學改革的重要性，以及將對學生起到的重要作用，特別是機電系統設計項目教學法將強化學生以前動手能力比較弱的薄弱環節，是學生接觸工程和生活中的實際項目的大好機會，也是提前將學生的理論知識和將來的工作相聯系的重要環節。并對學生提出希望，希望學生切實發揮自己的主觀能動性和創造性。學院和教研室將對學生提供各種指導條件和實驗條件，并且幫助指導學生如何保護自己的具有知識產權的作品。
2.題目擬定階段。學生自主分組或教師給學生分組，要求學生要充分發揮主觀能動性，通過廣泛查閱資料、主動思考，開拓思維，乃至市場調研擬定本小組的題目。教師在這個過程必須要干預，要求學生選定的題目適合小組各組員的特長和興趣，并且要求項目既要體現一定的創新性、實用性，并且具備一定的挑戰性，而且要成本適中、切實可行、不可好高騖遠。對于項目中所用到的新知識新理論，指導教師也要能否準確把握。項目經過教師的指導和學生們的努力在有限的時間內可以順利完成。
3.可行性論證階段。此階段對于項目是否能夠真正實施非常重要。項目組必須在廣泛的調查研究的基礎上撰寫項目可行性論證報告、并詳細確定項目進程計劃。在安排研究進度的時候，最好能夠基本上與課堂教學進度并行，即：首先是機械機構、執行機構、然后是計算機、控制系統和傳感器系統以及系統綜合設計[4]。
教師必須認真檢查并核實項目組的可行性分析及方案設計。若項目不可行或者不具備研究基礎，教師應該引導學生及時更換題目，重新進行可行性評估和方案設計，這樣雖然暫時會影響到項目進程，但是可以保證將來不影響后續工作進一步展開。
4.具體實施階段。此階段至關重要，要求學生必須按照計劃實施并按照要求做好階段總結，并及時發現問題。本階段，學生將碰到很多新的知識，可能沒有接觸過。教師就要按照需求指導學生進行自學和講解，以培養學生的學習能力和解決實際問題的能力、從而進一步提高學生的創造性思維。需要學生學習的內容，指導教師要合理把握，只要能夠基本達到項目的研究需要就可以了。項目的實施過程中，學生將有大部分工作需要在實驗室中完成，一定要強調學生要注意安全。對于需要設計加工的項目，指導教師要著重指導學生按照機電系統設計設計手冊進行合理設計，從而可以順利完成設計和加工的任務。
在此過程中，由于學生面對的是解決項目所需要面對的各種各樣的問題，最能增強學生綜合素質。教師在項目教學法的實施過程中，要非常注意培養學生自己發現問題、自己分析問題和自己解決問題的能力，引導學生自己去解決問題，充分推動學生的主動研究、主動思考的水平和能力。
5.成果匯報階段。成果匯報的形式可以多種多樣，希望每一組的同學能以研究總結報告、學術論文或者其他形式的文本呈現本小組的研究成果。寫作的過程中要求學生按照正式的項目報告和學術論文形式進行撰寫。另外，要求學生在寫作時需要體現項目完成過程中的管理過程。報告或學術論文中要體現項目的先進性以及所存在的不足。
6.成績考評階段。以每個項目小組為單位，根據學生遞交的成果，教師應認真考核學生完成項目的情況。針對機電系統設計項目的各系統的設計、實現方式、功能、軟硬件設計以及最終的項目報告等分別進行考評，并且最終給出小組的綜合考評成績。然后，在此基礎上根據項目中的分工合作情況，給出單個學生的考評成績?？荚u中要特別注意學生在完成項目的過程中出現或提出的問題，以及如何分析和解決這些問題的。
7.項目拓展階段。對于考評成績優秀的小組可以組織學生以學術論文的形式向會議或者期刊投稿、申報專利、參加競賽的形式進一步進行項目拓展。對于確實優秀、具備創新性并且具有一定市場的優秀項目可以由學校出面進行項目推介，讓項目走向市場。
三、項目教學法需要注意的問題
1.關鍵在于教師素質。在機電系統設計課程的本科教學中實施項目教學法對指導教師提出了非常高的要求。要求教師非常熟悉機電系統設計產品的設計管理流程，具備機電系統設計的產品設計經驗，對設計過程中各個步驟、環節以及有可能會碰到的問題做到心中有數。要求教師善于調動學生的積極性和創造性，并且本身同樣具備敏銳的思維方式，善于發現問題、分析問題和解決問題。
2.需要實驗室軟硬件支持。項目的實施過程中，學生們需要在實驗室中完成大部分工作，因此，需要現有的實驗室在軟硬件配備方面還要適當加強，使得實驗室的條件足以支撐各個項目的完成。
3.需要經費支持。項目在實施過程中，硬件的采購，電路設計與加工、機械部件設計與加工、系統的調試等環節均需要一定的經費支持。
四、結論
本文提出應用項目教學法對機電系統設計課程本科教學進行教學改革的方案，該法將理論與實踐相結合，激發學生學習興趣和熱情，培養學生開拓性思維，使學生能夠以項目的形式深入機電系統設計產品設計及項目管理，著重培養學生在機電系統設計產品設計中的自己發現問題、自己分析問題和自己解決問題的能力。學生在項目教學法中所得到的成果，有可能成為機電行業的敲門磚。項目教學法將在提高學生素質、拓寬知識面和就業廣度等方面有所建樹。
參考文獻：
[1]張建民.機電系統設計系統設計[M].北京理工大學出版社，2006.
[2]劉志忠，張麗梅，孟凡茂.將科研項目引入機電系統設計課程教學的實踐和探討[J].高教論壇，2009，（5）.
