采集器控制面板设计

采集器控制面板设计（精选9篇）

采集器控制面板设计 第1篇

1 控制面板硬件电路设计

图1为控制面板硬件电路图。单片机ATmega32识别每个键动作,将矩阵按键的每个键动作编成码(0x01～0x90),并将编码信息输给PLC。由于编码信息为0 V,5 V,而PLC能识别的电平信号为0 V,24 V,所以用OC门7407芯片将编码信息(0 V,5 V)转换为PLC能识别的信号(0 V,24 V),PLC读取编码信息,执行剥皮扭线裁线等相关动作并将自动裁线剥皮扭线机工作状态信息(0000～1111,每个编码对应一种工作状态信息)上传到ATmega32。根据PLC输出口内部电路结构的特点如图2所示[1],PLC输出口是集电极开路电路,必须外接上拉电阻才能有高电平输出,否则ATmega32无法检测到PLC输出口信息(高、低电平)的变化情况。SSC2AC40液晶在ATmega32控制下显示编码控制电路上的人工干预信息、错误提示信息、自动裁线剥皮扭线机工作状态信息等,完成人机交互工作。

1.1 ATmega32单片机

ATmega32是基于增强型AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器,以Atmel公司的高密度非易失性存储器技术生成,支持片内调试与编程,内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有寄存器都直接与运算逻辑单元(ALU)相连接,1条指令可以在1个时钟周期内同时访问2个独立的寄存器,因此大大提高了指令操作码效率,其数据吞吐率大约是普通CISC微控制器的10倍。8位RISC CPU与系统内可编程的FLASH集成在1个芯片内,使得ATmega32成为一个功能强大的单片机为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案[3]。

作为通用数字I/O使用时,所有AVR I/O端口都具有真正的读-修改-写功能。每个端口都有3个I/O存储器地址(数据寄存器PORTx、数据方向寄存器DDRx和端口输入引脚PINx)[4]。PA口定义为输出,DDRA=0xff,将指令信息、错误提示信息、自动裁线剥皮扭线机工作状态信息等输送到SSC2AC40液晶显示屏数据口DB0～DB7,PB口定义为输入,DDRB=0x00,读取矩阵键盘动态信息。PC口高3位设为输出,分别接SSC2AC40液晶显示屏的RS,R/W,E,输出正确的时序,使液晶屏有效显示相关信息。

PD口的PD0～PD2设为输入,DDRD=DDRD&0x07,接收PLC上传的自动裁线剥皮扭线机工作状态信息等。PD口的PD3～PD6设为输出,DDRD=DDRD&0x78,将矩阵键盘编码信息发送给PLC。

掉电后有关数据信息保存在ATmega 32内部的1 024 B E2PROM,下次再工作时,无需再另行输入,直接调出原来的数据即可,大大节省调机时间。ATmega 32内部的1 024 B E2PROM数据存储器是一个独立的数据空间,可以按字节读写,访问由地址寄存器、数据寄存器和控制寄存器决定,至少能擦除100 000次[4]。

avr-libc对E2PROM存储器读写API定义在eeprom.h中[5],包含形式如下:

这样就可以实现掉电后设定好的相关参数得以保存,开机后显示关机前设定的参数。

1.2 SSC2AC40液晶显示器

SSC2AC40是402字符点阵式液晶显示器,逻辑工作电压4.5～5.5 V,驱动电压3.0～5.0 V,工作电流(背光除外)2.5 mA,常温下工作温度0～50℃/宽温下工作温度-20～+70℃,典型的16脚接口、带有LED边光/底光,温度范围较广,属宽温型,具有工作电压低,微功耗,显示信息量大和接口方便应用等优点。现在已被广泛应用于工业控制面板显示和数字式仪表等领域,成为测试结果显示和人机交互的重要工具[11]。

SSC2AC40数据口DB0～DB7接ATmega32的PA口,并行接收ATmega32发送的相关数据信息,RS,R/W,E分别接ATmega32的PC5～PC7,得到正确的时序,实时显示有效信息,实现人机交互。

2 软件设计

图3为控制面板程序流程图。开机后显示上一次关机前的信息,ATmega32读取矩阵键盘,判断键动作信息,执行相关参数设定;设定无误,按开始键,剥线机执行进行剥皮、扭线、裁线等工作;工作过程中PLC将信息上传给ATmega32,通过SSC2AC40显示。

编程语言以C为主,利用系统体积小,简单易学,语法着色,多文档,错误跟踪好,界面友好的GCC的AVR C/C++编译器和广州天河双龙电子有限公司的下载器SLISP作为开发工具,进行代码生成、软件测试和维护,开发一个操作方便、简单易用、稳定可靠且易于修改扩充的软件系统。经反复调试优化,程序在样机的使用中运行良好,显示稳定可靠,满足系统要求。程序稍作修改便可移植到其他类型的单片机,有利于产品硬件更换,缩短产品开发周期。

3 调试

(1)ATmega32 JTAG接口的TMS,TCK,TDO,TDI分别对应PC口的PC3～PC5;而在该设计中没有用到JTAG接口,所以配置熔丝时要禁止使用JTAG接口功能,以免JTAG接口的TMS,TCK,TDO,TDI与PC3～PC5冲突。

(2)由于使用机械开关按键,在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动。为保证对键动作的准确识别,采用软件延时缓冲按键动作时的抖动,待信号稳定后再进行键扫描,延迟时间大于10～20 ms即可[6]。

(3)液晶显示屏置于控制面板上,工作环境的电磁干扰对显示屏的工作有一定的影响,故该系统采取的主要抗干扰措施如下:设计LCD模块的接口时,在VSS和VDD之间接入0.1μF的去耦电容,并接入10μF或20μF的电源滤波电容,提高电源输入的稳定性。LCD模块的工作电流仅为几毫安,但其背光部分所需要的电流远大于其工作电流因此需将工作电源和背光电源分别布线[12]。为避免其他可能的干扰源对液晶显示过程的影响,采用软件定时复位液晶屏,屏蔽异常显示[12]。

(4)在编码信息与PLC之间的电平转换电路中,PLC的电源与7407输出端的上拉电源一定要共负极。否则由于参考电压不同,PLC输入端获取的电平不正常,无法有效识别编码信息。

4 结语

该文研制的控制面板电路简洁实用,编程灵活,成本低,抗干扰能力强,性能可靠,在反复测试中矩阵键盘工作正常;液晶屏有效屏蔽干扰源,显示稳定可靠,完成人机交互工作,适合用户需求,具有广泛的应用前景,对其他工业设备操作面板的研制有一定的参考价值。

摘要：操作简单,界面友好的控制面板,使人们操作设备的工作变得容易、方便。应用单片机技术,结合优化编程技术知识,分析讨论ATmega32单片机与矩阵按键电路、SSC2AC40液晶屏、PLC通信的硬件接口电路和软件编程方法以及相应的关键技术细节,完成控制面板设计与制作。测试证明,该控制面板在样机使用中运行良好已取得了明显的应用成效,可应用于工业设备操作平台、工业显示系统和数字式仪表等领域。

打造高效控制面板 第2篇

对使用Windows 7的朋友来说，如果将控制面板的查看方式更改为“小图标”，会显示所有的设置项目，不过查找起来并不方便，因此想精简那些并不常用的项目。可惜的是控制面板本身没有这一功能，虽然使用第三方工具可以调整，但总觉得有些隐患。其实，可以借助系统自带的组策略编辑器解决这一问题。

获取控制面板相关项目的英文名称

绝大部分朋友使用的Windows 7一般都是简体中文版本，因此控制面板的项目名称一般都显示为中文，要获取它们的英文名称，可以访问MSDN网站，页面地址是http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/ee330741(v=vs.85).aspx（如图1）。在这里可以查看到所有控制面板项目的名称和释义，例如“iSCSI Initiator”表示“iSCSI发起程序”，“Offline Files”表示“脱机文件”，须复制相关项目的英文名称备用。

启用控制面板项目的可隐藏功能

打开“运行”对话框，或者在开始菜单底部的搜索框输入“gpedit.msc”，进入本地组策略编辑器窗口，依次选择“用户配置/管理模板/控制面板”，在右侧窗格中双击“隐藏指定的"控制面板"项”，选择“已启用”，此时会发现“不允许的‘控制面板’项的列表”右侧的“显示”按钮已经变成可用状态，这表示已经启用控制面板项目的可隐藏功能。

补充：如果只想在控制面板中使用很少的项目，可以选择“只显示指定的"控制面板"项”，按照类似的步骤设置。

添加需要隐藏的控制

面板项目

电子产品面板控制芯片的后端设计 第3篇

1 版图设计流程

电子产品面板控制芯片采用华虹NEC0.35 μm CZ6H 1P3AL工艺进行设计, 设计的目标在满足功能的前提下, 尽量减少芯片面积降低成本。在前端综合生成网表之后, 接下来的任务就是把网表转变成版图。本项目的设计要求:工作频率12 MHz, 芯片尺寸 (包括Pad) 要尽可能小、功耗不超过3 mW, 根据项目要求选择ASIC设计常用的后端布局布线工具SOC Encounter进行版图设计。由于该芯片驱动数字电视机顶盒中的LED需要80 mA灌电流, 而CZ6H工艺中提供的标准IO PAD达不到要求, 需要自行设计。另外要求芯片的工作时钟由内部产生, 因此需要自行设计50 MHz的振荡器, 经过4分频作为工作频率。将这两个自行设计模块采用Cadence公司Abstract Generator工具转变成硬宏单元后开始进行版图设计。基于SoC Encounter的电子产品面板控制芯片设计流程, 如图1所示[1]。

2 版图设计

根据版图设计流程对电子产品面板控制芯片进行版图设计, 并针对设计中出现的问题提出具体解决办法。

2.1 设计输入

设计输入是版图设计前的准备工作, 需要输入下列4种文件:由前端综合生成的网表文件、时序约束文件、硬宏单元相关文件和由芯片制造厂家提供华虹NEC 0.35 μm CZ6H 1P3AL工艺库相关文件。

工艺库中含有工艺数据、自动布局布线用的库单元物理信息及其时序信息 (定义了标准单元和输入输出单元的时延信息用于静态时序分析) 等。标准单元工艺库由华虹NEC提供, 但对于所提供的CZ6H_IO_3AL.lef文件, 电源VDD PAD (HQIV5A1B) 和GND PAD (QIG0A00) 无法与Core中的电源网络相连, 因此需要修改lef 文件:在HQIV5A1B中PIN VDD的定义中加入一行Class Core, 在QIG0A00中PIN GND的定义中也加入一行Class Core即可实现连接。

另外利用版图设计工具Virtuoso Layout Editor画的振荡器和大驱动电流IO PAD版图, 需要采用Abstract Generator工具将版图转变成SoC Encounter所需的LEF文件和时序信息文件。但对于振荡器会出现电源/地无法与Core中的电源网络相连, 因此需要手动修改lef 文件:在PIN VDD的定义中加入一行Use Power, 在PIN GND的定义中加入一行Use Ground即可实现连接。

由DC综合工具生成网表用的SoC Encounter工具进行版图设计时, 需在该网表中加入电源/地PAD单元和为不同侧PAD电源环提供电源网络连接的PAD Corner单元等。另外, 在DC综合后将导出1个时间约束文件, 该文件用于SoC Encounter工具约束布局布线阶段的时序信息。

2.2 平面规划

平面规划是对电子产品面板控制芯片的结构做出整体规划, 包括定义Core面积、设置Row结构、摆放端口Pad位置、在Core中放置振荡器和设计电源网络等。

本设计为PAD限制, 而且对芯片封装时引脚的排列顺序是固定, 另外自行设计具有80 mA灌电流的I/O PAD和标准I/O PAD宽度不同, 因此要对PAD的摆放进行认真研究, 以达到芯片的面积最小。本设计采用编写I/O 分配文件, 提供偏移量 (Offset) 直接指定所有I/O PAD的精确位置, 实现PAD间以及Corners与邻近PAD间都是紧密相连, 中间不插入任何PAD Filler单元, 从而达到芯片面积最小。

在以往的电源网络设计中, 由于没有合适的方法, 通常是根据经验进行, 而且对电源网络的分析和验证, 通常放在版图设计完成之后, 这样带来的问题是假如电源网络设计不能满足要求, 就会导致版图设计的不断反复, 延长芯片的设计周期, 推迟芯片上市时间[2]。因此, 本芯片电源网络设计采用刚开始时在不考虑电路的时序收敛等条件下快速的完成版图设计流程, 进行功耗分析得到芯片Core功耗为2.873 4 mW, 然后根据芯片Core功耗来设计电源网络。由于本设计为PAD限制, 经计算并留出较大的余量将电源环的宽度设为15 μm, 中间放置一条宽度为10 μm水平电源条。

将振荡器移到Core内部将其位置固定并给它加电源环后, 在进行电源网络连接时会出现如图2所示打上“×”的错误标记, 对这种问题的解决办法是执行addHaloToBlock命令, 用Ruler去测量振荡器到4边的外围的距离进行设置即可解决该问题。

2.3 布局

布局就是放置电子产品面板控制芯片中各个标准单元位置的过程, 在布局期间要求优化一个特定的目标函数, 这个目标函数通常包括时序、连线长度、拥塞等。本设计采用时序驱动布局将关键路径上的单元放得很近, 以缩短连线长度来减小关键路径时延[3]。但为了减少拥塞度, 要把连线均匀地分布在版图上, 以避免局部拥塞的现象, 因此对布局时的最大密度设置为50%。通过对时序分析和阻塞分析, 可知这种做法既达到时序收敛, 又不会出现拥塞, 布局效果良好。

2.4 时钟树综合

由于同步设计电路中所有的操作都需要时钟控制来实现同步, 而时钟网络在所有信号网络中负载最大、走线最长、要求最苛刻, 因此时钟树综合的质量直接影响芯片的性能[4]。时钟树综合的目的在于控制时钟传播延迟、时钟偏移和跳变时间。较大的时钟延迟对解决电路的建立时间问题不利, 较大的时钟偏移会增加寄存器锁存不稳定数据的几率, 而控制好跳变时间有利于优化时钟树的功耗。本设计先采用在自动CTS模式下, 根据时钟树规格文件中的时序约束自动决定级别数和缓冲器数, 然后根据设计中的具体情况用手动方式修改级别数、缓冲器类型以及所连接的寄存器, 以达到尽可能好的效果。通过比较时钟树综合报告文件可知, 在自动模式下, 时钟偏移为0.13 ns, 通过手动修改后时钟偏移为0.078 ns, 时钟树综合结果显示, 如图3所示。

2.5 布线

SOC Encounter在布线时分为两个阶段完成:预布线和详细布线。预布线时布线工具把整个芯片划分为多个较小的区域, 布线器只是估算各个小区域的信号之间最短的连线长度, 并以此来计算连线延迟和每个区域的布线拥塞程度, 这个阶段并没有生成真正的版图连线。详细布线时考虑信号完整性和时序驱动, 同时可修复天线效应、串扰影响和设计规则违反。详细布线工具寻找并修复短路和开路的线, 同时完成布线后优化。在详细布线时, Routing Track定义, 布图规划, setNanoRouteMode命令参数设置的冲突会引起线的开路。出现开路情况后使用verifyTracks命令可以诊断标准单元的线的开路问题, 能报告出在Blockage内部引脚的距离太远, 引脚未对齐, 引脚在Stripes下面等问题。通过对报告分析, 了解原因后进行布局调整直到解决问题。

2.6 可制造性设计

可制造性设计包括消除天线效应 (NEC0.35 CZ6H工艺不需要) 、加Core填充单元 (FILL1, FILL2) 、优化接触孔、加金属填充满足金属密度要求。

默认情况下是使用单孔进行上下层之间的连接, 在空间允许的情况下可使用双孔或多孔进行连接, 使用双孔或多孔的目的是减少过孔电阻、减少电迁移引起的失效, 有利于时序收敛和提高良率。布线工具会利用Multiple-cut Vias或Fat Vias替换掉信号过孔达到优化过孔的目的。详细布线时利用插入Multi-Cut Via或Fat Vias修复串扰。

版图是由一行行等高Row组成, 由于Row放置标准单元的利用率不可能达到100%, 因此在Row中标准单元之间可能会有大小不等的间隙[5], 这些间隙若不用填充单元进行填充, 则在物理验证工具进行设计规则检查时会产生大量DRC违规, 解决办法是加Core填充单元 (FILL2, FILL1) 。

根据CZ6H工艺中的金属密度填充规则对所有金属层加入考虑时序的金属填充, 这样可尽量避免在时钟和信号线周围加入金属填充, 而更多的是加在电源和地线周围。

2.7 验证

对执行可制造设计后的版图进行连线验证和时序验证。连线验证包括:线是否连上 (Verify Connectivity) 、网格是否正确 (Verify Geometry) 、金属密度是否达到20%等等, 运行后可以检查报告文件, 发现金属填充后存在的线与线间距的违规, 需要手工进行调整。

时序验证产生报告来检查建立时间、保持时间、最大电容和最大过渡时间是否满足要求, 本设计满足要求。

2.8 功耗、电压降和电迁移分析

对设计好的版图进行功率、电压降和电迁移分析结果如图4所示, 从中可知使电源/地PAD数量、电源环、电源条的设计符合功耗、电压降、电迁移要求。

2.9 输出

版图设计完成后, 要从版图中提取进行后端验证所需的信息, 如用于形式验证、物理验证、静态时序分析和后仿真的Verilog网表文件, 用于物理验证工具进行DRC, LVS和LPE的经过各单元GDS文件Merge后输出的GDS文件。将产生的GDS文件导入Virtuoso Layout Editor工具加入Cover单元并在相应的位置打上Label 标号, 最终电子产品面板控制芯片的版图, 如图5所示。

3 结束语

对SoC Encounter输出的版图和网表, 用Formality工具进行形式验证, 用Star-RCXT工具提取寄生参数后用PrimeTime工具进行静态时序分析, 用物理验证工具Calibre进行DRC和LVS, 采用Modesim进行流片之前的后仿真, 本设计通过上述的所有验证, 成功试制小规模样片, 利用搭建的测试台对样片进行验证证明达到了设计的要求。

摘要：采用SOC Encounter基于华虹NEC 0.35μm CZ6H 1P3AL工艺, 进行电子产品面板控制芯片的版图设计。在版图设计过程中, 采用时序驱动布局, 同时限制布局密度达到良好的效果, 利用时钟树自动综合和手动修改相结合, 使时钟偏移尽可能少。并对在电源网络连接、布线时遇到的问题, 提出解决办法。最终实现该芯片的物理设计, 结果满足时序和制造工艺要求, 并达到以下指标:工作频率12MHz, 芯片面积1.089mm2, 功耗为2.7152mW。

关键词：电子产品面板控制芯片,平面规划,布局布线,时钟树综合,可制造性设计

参考文献

[1]Cadence.SOC Encounter User Guide[Z].USA:Cadence Design System, Inc, 2008.

[2]汪珺, 罗岚.Garfield5微处理器芯片的电源网络和面积优化[J].电子器件, 2006, 29 (3) :651-654.

[3]Cong Jason, Michail Romesis, Xie Min.Optimality and Sta-bility Study of Timing-driven Placement Algorithms[C].ICCAD-2003International Conference, 2003:472-478.

[4]Wason V, Murgai R, Walker W.An Efficient Uncertainty and Skew-aware Methodology for Clock Tree Synthesis and Analysis VLSI Design2007[C].Held Jointly with6th In-ternational Conference on Embedded Systems, 2007:271-277.

掌“控”Vista从控制面板说起 第4篇

把时间“放”到桌面

边栏是Vista桌面侧面的一个窗格，用来组织一些小工具，例如：提供天气信息、图片播放、新闻更新等。微软给用户提供这些服务其本质上还是抢占用户的桌面，最早开发此类桌面小工具的是Yahoo和Google，微软只是“青出于蓝而胜于蓝”。使用Vista一段时间之后，稀饭发现边栏虽然很有创意，但是实用性并不高，占用了有限的屏幕空间，可关闭边栏后常用的时钟和日历又没了，能不能关闭边栏后将时钟和日历放到桌面上呢？

第一步：启动Vista后，单击“开始→所有程序→附件→Windows边栏”打开边栏，右击边栏选择“添加小工具”打开“小工具库”对话框（见图1），然后将其中的“时钟”和“日历”拖放到桌面上的任何位置上，最后关闭“小工具库”。

图1

小提示

登陆http://vista.gallery.microsoft.com/vista/SideBar.aspx?a=&mkt=zh-cn可以下载第三方边栏工具，如：中国人常用到的“农历”，双击下载文件出现对话框，单击“安装”按钮即可加入到“小工具库”中，然后从小工具库中将“农历”拖放到桌面上即可使用。

小提示

日历和时钟上的当前时间是由系统时间决定的，如果本机时间不准确，可以单击任务栏通知区域的时间出现窗口，单击“更改日期和时间设置”按钮打开“时间和日期”窗口，单击“更改日期和时间”按钮可以重新选择日期并设置时间，完成后单击“确定”即可。

第二步：右击添加的小工具出现菜单，选择“前端显示”（见图2）可以让日历和时钟位于屏幕的最上方，这样可以随时看到时间；右击“时钟”工具会有一个“选项”菜单，单击选择后可以选择时钟的外观（共8种）、给时钟加上名称、选择时区、显示秒钟；添加到桌面的小工具还可以任意改变位置，设置透明度。

图2

第三步：设置完成后右击边栏选择“属性”出现对话框，取消选择“在Windows启动时启动边栏”，再单击“确定”按钮即可；右击任务栏右下角“通知区域”中的边栏图标，选择“退出”即可关闭边栏。

让程序干干净净地离开

像稀饭这样的菜鸟，很容易被别人忽悠装一堆软件，时间一长，Vista速度明显慢了很多。看来有必要给系统进行大扫除，卸载重复多余的软件就成了首当其冲的事情。不过直接删除软件的安装文件夹是不行的，这样会留下不少垃圾，一般是用Vista自带的卸载工具，让软件不留下一丝痕迹地离开。

第一步：单击“开始→控制面板”打开控制面板，单击“程序”项下的“卸载程序”出现对话框，跟XP相比有了很大的变化（见图3），Vista去掉了“添加”程序功能，这是XP画蛇添足的败笔，很少有人从这里安装新程序。

第二步：Vista中右击要卸载的程序选择“卸载/更改”出现系统权限对话框，单击“继续”按钮出现解除安装对话框，单击“移除”按钮即可开始卸载；XP中选中要卸载的程序，然后单击上面的“删除”按钮再根据提示进行操作即可。

图3

小提示

在Vista中右击不同的程序，其菜单命令可能会有所不同，“卸载”按钮是每个程序都有的，但有些菜单中还会显示“更改、修复”，这取决于安装的软件，与系统没有关系；单击“更改”按钮可以修改软件的某些可选功能，单击“修复”按钮可修复出错而无法运行软件，更改或修复过程中有时需要软件的安装程序。

文件夹选项的秘密

稀饭看到别人的文件夹里有些文件是个虚影，貌似这些文件跟其他“实实在在”的文件不太一样，为什么自己的文件夹里没有呢？原来这些是隐藏文件，一般是一些系统文件，要是显示出来，很容易被像稀饭这样的菜鸟误删掉。不过有的时候，也需要让他们显身来完成一些任务，这些都可以在“文件夹选项”中进行设置。

进入“控制面板→外观和个性化”，单击“文件夹选项”按钮出现对话框，切换到“查看”选项（见图4），在“高级设置”选择“隐藏文件和文件夹”下的“显示隐藏的文件和文件夹”，再单击“确定”按钮即可显示被隐藏的文件。

图4

小提示

用这种方式还可以选择是否隐藏已知文件类型的扩展名。

小提示

想和别人PK一下你电脑的硬件配置吗？在“控制面板→系统和维护→性能信息和工具”中可以看到电脑主要硬件的得分，对于得分低的硬件可以有选择地进行升级；在“控制面板→硬件和声音→自动播放”选项中，可以设置自动播放的媒体和设备。几乎所有的系统设置都可以在控制面板中找到，如果你想精通Vista，那么建议您从控制面板开始。

选择“使用复选框以选择项”，文件或文件夹的名称前会多出一个复选框，单击可以选中文件或文件夹，这样便于一次选择多个不连续的文件，在XP中我们是按住Ctrl键不放，再单击文件进行不连续选择操作的；选择“始终显示菜单”可以始终打开资源管理器的菜单栏，下次启动“文件夹选项”时单击“工具”菜单选择“文件夹选项”即可。

单击“还原成默认值”按钮可以取消所有的修改，恢复成Vista的初始设置。

文件共享真方便

稀饭的宿舍里有三台电脑，平时大家下载了一些韩剧大片，怎样才能共享这些精彩片源呢？通过网络共享无疑是最方便的解决方案了。对于稀饭来说，因为宿舍中的电脑使用的是同一台路由器上网，所以无须过多设置，只需要开启本机上的文件共享功能即可。

第一步：进入“控制面板→网络和Internet→网络和共享中心”，单击文件共享后的“▼”按钮打开文件共享属性面板，选择“启用文件共享”（见图5），然后单击“应用”按钮开启文件共享功能。

图5

小提示

在启用共享文件前，最好查看Vista防火墙的设置，单击“控制面板→安全”，单击“Windows防火墙”下的“允许程序通过Windows防火墙”出现对话框，确认“网络发现”和“文件和打印机共享”两个选项已经选择，否则共享文件时可能会出现问题。

第二步：打开资源管理器，选中要共享的文件夹，然后右击选择“共享”出现对话框（见图6），选择自己的用户名（如：稀饭），再单击“权限级别”下的“▼”按钮选择“读者”，再单击“共享”按钮出现对话框，选择“否，使已连接到的网络成为专用网络”，最后单击“完成”按钮即可。

图6

小提示

在“权限级别”下共有三种级别的权限，“读者”只能查看共享文件夹中的文件；“参与者”可以查看所有文件、添加文件，以及更改或删除他们所添加的文件；“共有者”可以查看、更改、添加和删除共享文件夹中的文件。

第三步：其他用户要查看稀饭共享的文件夹，只要单击“开始→网络”就可以看到稀饭的计算机，双击打开即可看到已经共享的文件夹（见图7）。

图7

小提示

与XP相比，Vista的网络功能设置界面发生了很大的变化，它把所有的设置都集成在“网络和共享中心”窗口中了。XP中的“网上邻居”改成了“网络”文件夹，在XP中要查看共享的文件，只需要打开“网上邻居”，即可看到本地网络上共享的文件夹。

菜鸟知心帖

问：程序无法卸载，我该怎么办？

答：如果程序第一次未完全卸载，再次运行卸载程序可能会成功；如果仍不起作用，开机按F8键，进入Windows的安全模式，再运行卸载程序；如果是最近安装的程序，可以尝试按“开始→所有程序→附件→系统工具→系统还原”将计算机的系统文件恢复到安装该程序以前的日期；另外还可以将程序再次进行覆盖安装后卸载。

问：Vista用的时间长了，速度越来越慢，已经进入桌面了，电脑还要等待一段时间才有反应，怎样给才能提速呢？

答：单击“开始→控制面板→更改启动程序（小字选项）”打开“软件资源管理器”。左侧的“Microsoft Corporation”项目列表中的启动程序，一般不要禁用；单击左侧的一些不明程序，在右侧会显示其相关信息，如果不需要则可以单击下方的“禁用”按钮。如果某些程序是你已经知道的恶意软件，则单击“删除”按钮即可。

问：正在学习Photoshop的稀饭，原来双击图片就可以启用ACDSee看图，可自从安装了PS（Photoshop的简称）之后，双击电脑中的图片就会启动PS，真是很麻烦。

答：这种现象十分普遍，后来安装的软件可能会改变文件的关联，此时可以进入“开始→控制面板→程序→默认程序”选项，单击“将文件类型或协议与程序关联”开始加载系统中所有的文件类型，选中文件（如：JPG格式）然后单击右上方的“更改程序”按钮，重新选择该格式文件的默认打开程序（如：Windows照片库），最后单击“确定”即可。

网络大补贴：

Windows Vista控制面板全解析

http://publish.it168.com/2007/0306/20070306000201.shtml

http://publish.it168.com/2007/0307/20070307000701.shtml

Vista侧边栏功能太少怎么办？揪出Vista控制面板中隐藏的另一个用户账户管理，打造Vista的完全控制面板，禁用Windows Vista控制面板。

http://www.vista123.com/vista/browse/k-bfd8d6c6c3e6b0e5_.html

Windows Vista控制面板演示视频

采集器控制面板设计 第5篇

在PALVGA的实时视频采集系统中,由于视频数据流的数据量大、实时性要求高,需要高速大容量的存储器作为图像数据的缓存。SDRAM[1]作数据缓存不仅具有大容量和高速度的特点,而且在价格和功耗方面也占有很大的优势。但是SDRAM控制较复杂,需要处理预充、刷新、换行等操作,因此有必要设计SDRAM控制器[2,3,4,5,6,7,8,9,10]来完成和SDRAM的接口。并且为了保证数据流的连续性,实时视频采集系统通常采用通过对两片SDRAM的乒乓操作来完成图像数据的缓存。针对SDRAM是高速设备,工作频率上限最高可以达到166 MHz,而该系统中前端图像采集模块的像素时钟为27 MHz,后端VGA显示的像素时钟为31.5 MHz。在此介绍了一种使用1片SDRAM的不同BANK进行乒乓操作[11],且相对容易实现的SDRAM控制器设计方法。

1 SDRAM 基本操作原理

SDRAM的主要操作包括初始化、读写访问、刷新、激活、预充电等。以MICRON公司的MT48LC4M32B2(1M32 b4 BANKS)为例,简要介绍一下SDRAM的操作。

如图1所示,SDRAM的初始化操作过程如下:

(1) 在电源管脚上电(电压不得超过标称值的0.3 V)并且时钟稳定后经过200 μs延迟,执行一次空操作命令(该命令在延迟周期的后期发出)且保持时钟使能信号为高;

(2) 对所有的BANK进行预充电,所有的BANK都进入空闲状态;

(3) 预充电后执行两个自动刷新命令,等待八个刷新周期完毕;

(4) 发出模式设置命令来设置模式寄存器。由于上电后模式寄存器的状态是不确定的,所以在进行SDRAM操作之前一定要先设置模式寄存器。模式寄存器设置值如图2所示。

对SDRAM的读写访问先要以激活命令选择具体的BANK和行,地址线BA1/BA0用来选择BANK,A0～A11用来选择所要访问的行;然后发出读或写命令,地址线A0～A7用来选择所要访问的起始列。在读命令发出后,要等待一个CAS延迟时间,有效数据才会出现在数据总线上,CAS延迟时间可以设置为2或3个时钟。在写命令发出后,不需要等待CAS延迟时间有效数据会立即出现在数据总线上。对SDRAM的读写操作一般以突发模式进行,突发长度可以设置成1,2,4,8以及全页,常用的长度为8个。该系统的CAS延迟时间设置为2,突发长度为1。

SDRAM的存储单元可以理解为一个电容,总是倾向于放电,必须有定时的刷新周期以避免数据丢失。只要保证在64 ms时间内所有有效数据行都完成刷新就可以保证数据不丢。SDRAM提供两种类型的刷新模式:自动刷新和自刷新。在该系统中,前端PAL制式信号一帧的时间为40 ms,因此SDRAM的同一地址读写操作的时间相隔为40 ms。又由于系统为实时视频采集系统,前端采集的视频数据是连续不断的,所以该系统不需要进行刷新操作即可保证数据不丢。

2 SDRAM控制器的设计实现

在实时视频采集系统中,为了保证数据的稳定和连续性,通常采用的方法是对存储器进行乒乓操作。一般所指的乒乓操作针对两片存储器芯片,如图3所示,其原理是通过控制模块对两片存储器分别做读写操作,写存储器满时控制模块发出交换命令,切换两片存储器的操作状态。

该系统采用的是一片SDRAM实现乒乓操作。设计时是利用SDRAM的不同BANK间的存取操作来实现乒乓操作。由于SDRAM总共有4个BANK,所以读取第一帧图像时使用SDRAM的1,2 BANK为读缓存,3,4 BANK为写缓存。第二帧图像时SDRAM的3,4 BANK切换为读缓存,1,2 BANK切换为写缓存。采用一帧图像读写完毕作为切换标志反复切换读写缓存,就充分利用SDRAM的不同BANK来实现乒乓操作。另一方面由于SDRAM的数据线和地址线只有1组,所以实际控制的时候读写操作是不能同时进行的。设计中考虑到SDRAM的工作频率与前端图像采集的像素频率以及后端VGA显示的像素频率相比要高得多,因此将读写操作利用时分的方式分开控制。

所以在控制器中设计了一个指令计数器(Countcmd),通过计数的方式来切换读写操作。只要选取适当的SDRAM工作频率以及指令计数器的规定值就可以完成SDRAM读写操作的连续切换。实际设计中采用的SDRAM工作频率为100 MHz,指令计数器的规定值为240。SDRAM控制器状态转换概图如图4所示。

SDRAM控制器的具体状态转换流程如下:首先初始化SDRAM,然后向SDRAM的1,2 BANK写入第一帧图像,当第一帧图像写入完毕后进入乒乓操作阶段。此时SDRAM的1,2 BANK为读缓存,3,4 BANK为写缓存。

首先进入读缓存激活行,开始读操作,读操作开始的同时启动指令计数器。此时每执行一条指令(包括读指令,空操作指令,不包括预充电指令和行激活指令),指令计数器自加1,当指令计数器到达规定值时将指令计数器清0并切换到写状态。进入写状态前先判断写缓存的行激活标志,如果没有激活,先执行行激活,然后开始写操作,如果已经激活则直接开始写操作。写操作开始的同时启动指令计数器。此时和读状态时一样,每执行一条指令,指令计数器自加1,当指令计数器到达规定值时同样将指令计数器清0后切换到读状态。如此反复切换操作,直至读完一帧或者写满一帧。如果是读完一帧,则判断写缓存中一帧写满没有。如果已经写满,则进入读写BANK切换状态。如果没有,则进入写状态并不再切换读写状态,一直保持写状态直至写满一帧为止,然后进入读写BANK切换状态。如果是写满一帧,则同理于读完一帧的情况,首先判断读缓存中读完一帧没有,然后根据判断结果进行操作,最后进入读写BANK切换状态。在读写BANK切换状态中,读缓存切换为3,4 BANK,写缓存切换为1,2 BANK。反复上述操作步骤,就可以完成使用一片SDRAM不同BANK的乒乓操作。整个SDRAM控制器在Altera的Quartus Ⅱ 7.2环境下采用Verilog设计完成,然后在ModelSim SE 6.0环境下仿真通过。随后通过Altera的Quartus Ⅱ 7.2进行综合和布局布线,并最终在Altera Cyclone系列FPGA芯片EP1C6Q240C8上完成。所设计的SDRAM控制器在PALVGA的实时视频采集系统中调试通过,能够实现图像数据的存储和读取,完全满足系统的要求。

3 结 语

介绍在PALVGA的实时视频采集系统中使用SDRAM作为图像缓存的基本操作,设计一种使用1片SDRAM的不同BANK进行乒乓操作的相对容易实现的SDRAM控制器设计方法。在PALVGA的实时视频采集系统中,使用了所设计的SDRAM控制器,并通过硬件验证,采集得到的图像质量较好。另外,这里设计的SDRAM控制器稍加改动就可以应用到其他实时视频采集系统中去,具有很强的通用性。

摘要：描述了一种在PAL→VGA的实时视频采集系统中图像数据处理的方法。针对实时视频采集系统一般使用2片SDRAM进行乒乓缓存的方式,给出一种使用一片SDRAM的不同BANK进行乒乓操作的相对容易实现的SDRAM控制器设计方法。该方法通过充分利用SDRAM的切换BANK存取操作并采用指令计数的方式进行读写状态转换,在PAL→VGA实时视频采集系统中实现了利用一片SDRAM进行图像缓存。它在实时视频采集系统中图像数据处理方面,具有良好的应用价值。

采集器控制面板设计 第6篇

这里设计的数据采集控制模块能够对8通道模拟信号进行两种不同频率的采集,采集时间的长短可以进行控制,并对数据进行了编帧,编解码处理,利用光纤进行数据传输。

1 模块结构设计方案

8通道的模拟信号经过信号调理、A/D模数转换电路后进入FPGA。上位机发送的控制帧经光收发模块、串并转换器后进入FPGA,作为采集数据的帧头部分,该帧中有1 Byte决定了采样的频率。上位机向FPGA发送采样控制信号:采样导前信号以及采样时间长度信号。在FPGA中将8通道采集的数据以两通道为一组分成4份分别与帧头打包组帧,存入双口RAM,编码处理后经过并串转换器、光收发模块发送出去。模块结构设计框图如图1所示。

2 硬件设计

该数据采集控制模块主要由3部分组成,分别为模拟信号处理部分、逻辑控制部分和光纤通信部分。

采用AD8036实现对模拟信号的调理,将其控制在ADC转换的电压范围内。该芯片为单位增益稳定型箝位放大器,具有异常快速且精确的脉冲响应特性,是快速及高分辨率ADC的理想驱动器及缓冲器。ADC选用AD10242,它是一种高速度、高性能、低功耗的双通道模数转换器。40 MHz采样速率,12位分辨率,片内带有跟踪/保护放大器(T/H)、基准电源和输出缓冲器。片内两个通道完全独立,均有各自的译码和模拟输入,采用激光修正增益和偏移匹配,可保证两个通道之间的串扰<80 dB。ADC的输出为TTL电平,经过电平转换器件SN74LVCC3245A转换为LVTTL电平后送至FPGA。

FPGA采用Xilinx公司Spartan-3E系列的XC3S1200E,它有120万系统门、136 kB分布式RAM、504 kB块RAM、8个数字时钟管理模块(Digital Clock Manager,DCM)、最大可用I/O数为304。其内部资源以及管脚数量能够满足本模块的设计需要。本模块用两种方式配置FPGA,在调试中使用JTAG口配置,在最终产品中使用PROM配置,选用XCF04S芯片。

MXP-123MD-F是HG Genuine公司生产的一种支持热插拔的高速小型光收发模块,用于光电转换,其信号传输率为622 Mbit·s-1,输入输出电平为差分LVPECL电平。在光纤数据接收端通过MAX9376将信号转换为LVDS电平后再通过串并转换器SN65LV1224B送至FPGA。FPGA将采集数据输出给并串转换器SN65LV1023A后经过MAX9376转换为LVPECL电平再通过光纤发送出去。

3 软件设计

FPGA编程软件为Xilinx公司的ISE,分别采用原理图方式和VHDL硬件编程语言编写,顶级文件为原理图方式。

时钟的管理与控制采用DCM模块实现。DCM的功能包括消除时钟的延时、频率的合成、时钟相位的调整等;并能映射到PCB上,用于同步外部芯片,将芯片内、外的时钟控制一体化[6,7]。在模块设计中,DCM将晶振提供的40 MHz时钟信号,经频率合成为12 MHz、60 MHz时钟进行逻辑处理;并将时钟映射在PCB上用于同步并串转换器。

数据的缓存使用双口RAM,利用FPGA内部的逻辑资源实现。其中大容量的缓存使用块RAM,使用它们可以达到较高的读写速度,同时不会占用逻辑资源。小容量的缓存使用分布式RAM。

8B/10B编码技术具有很好的直流平衡特性,具有一定的抗干扰和检错能力,适用于高速串行光纤传输系统。它将8 bit的基带数据按照3B/4B和5B/6B两个编码映射成10 bit的数据进行发送,防止在基带数据中有过多的0码流或1码流,保证输出码流的直流平衡[8,9]。该技术能够有效地检测错误;提供有效的比特变化密度用于时钟恢复;可以抵抗较差传输信道的干扰;实现相对简单,以廉价的方式制造可靠的收发器。

FPGA的逻辑框图如图2所示。输入数据包括8组12位的A/D数字信号;串并转换器的输出恢复时钟及10位并行数据;上位机发送的采样导前信号(DQ)以及采样时间长度信号(ES)。FPGA的输出数据包括4路并串转换器的参考输入时钟及4组10位的并行信号。

为提高信道利用率,每两组A/D数据组合在一起。如图3所示,24 bit数据以20 MHz速率缓存后再通过60 MHz的计数器分为3 Byte。

FPGA收到的10位并行数据,经过10B/8B解码、数据判断、帧提取后得到12 MHz速率的数据帧。根据系统通信协议,取出数据帧的一部分缓存入双口RAM作为采集数据的帧头。数据帧第2个Byte的第3位确定采样频率,当其为1时采样频率为20 MHz,当其为0时采样频率为2 MHz。FPGA接收到上位机发送的采样导前信号后将帧头以60 MHz速率缓存,当采样时间长度信号到来后按照所需的采样频率开始进行采样,同样以60 MHz速率缓存。然后将帧头和采集数据经过组帧、8B/10B编码后发送出去。

图4为经光纤收到的数据在解码后的处理结果。其中clk12为12 MHz的时钟;dina为解码后的数据帧;st与数据帧的第1个Byte对齐,方便后续编程工作的进行。由于数据帧的第2个Byte AE的第3位为1,所以采样频率为20 MHz。

图5为采样数据处理结果。其中es为采样时间长度信号;clk为40 MHz的时钟;d为40 MHz采样数据;clk60为60 MHz时钟;dz为d经20 MHz采样,转换为3个Byte后的数据。例如示例中d为A6F56E,287E11,E9AA14,41F19C,CF9D0D,448E4F等,dz取其中的隔项,如:A6F56E,E9AA14,CF9D0D等,将每项转换为3 Byte,如A6,F5,6E,E9,AA,14,CF,9D,0D等。

4 结束语

文中所设计的高速数据采集控制模块以FPGA为核心,配以信号调理、模数转换、光收发模块等电路,实现了高速数据采集和光纤传输。该模块具有精度高,处理速度快,实时性好等特点,已经成功应用于某项目中,经试验验证,完全满足系统对信号采集和处理的实际要求。

参考文献

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[4]葛建军,胡毅,徐红春.高速SFP光模块消光比的温度补偿研究[J].光通信研究,2010,36(5):40-43.

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[6]田耘,徐文波.Xilinx FPGA开发实用教程[M].北京:清华大学出版社,2009.

[7]杨跃.FPGA应用开发实战技巧精粹[M].北京:人民邮电出版社,2009.

[8]武小强,田小平.一种基于FPGA的8B/10B编解码电路的设计与实现[J].西安邮电学院学报,2010,15(5):27-29.

采集器控制面板设计 第7篇

1 总体设计方案框图

根据设计的指标和要求, 多个粮仓的温度测量系统主要由以下几个部分组成:

1. 1 控制器单元电路。控制器采用AT89S51 单片机, 负责与传感器DS18B20 通信, 存储不同粮仓的温度数据, 同时将温度数据发送到显示电路。

1. 2 传感器测量电路。每个粮仓安放DS18B20 传感器, 负责对温度的测量。

1. 3 温度显示电路。采用4 位共阳LED数码管显示, 以动态扫描法实现温度显示, 将单片机发送的数据显示在Led数码管上。数字温度计总体电路结构框图如图1 所示。

2 系统整体硬件电路

2. 1 主控制器

图2 为主控制器电路, 由12M无源晶振组成的振荡电路, 开关S1与10uf电容组成的复位电路, 用于重启系统, 保证系统正常的运行。

XTAL1 脚为片内振荡电路的输入端, XTAL2 脚为片内振荡电路的输出端。89S51 的时钟有两种方式, 一种是片内时钟振荡方式, 但需在XTAL1 和XTAL2 脚外接石英晶体 ( 频率为1. 2 ~ 12MHz) 和振荡电容, 振荡电容的值一般取10 ~ 30p F, 典型值为30p F; 另外一种是外部时钟方式, 即将XTAL1 接地, 外部时钟信号从XTAL2脚输入, 如图3 所示。此次设计采用了内部时钟方式。[2]

2. 2 温度采集电路

温度采集如图4, 图中的U3、U4、U5 是用于探测温度并将温度值转换成数字信号的传感器DS18B20, DS18B20 采用1 -Wire总线 ( 单总线) 协议, 它在一根数据线完成控制字的写入和测量温度数据的读出, 是一种半双工的双向传输模式, 多个DS18 B20 传感器通过地址码来区分。 由于单片机AT89 S51 硬件上并不支持单总线协议, 通过AT89S51 来控制和访问DS18B20时, 需要通过编程模拟单总线的协议时序来实现对DS18B20 的访问。

对读写的数据位有着严格的时序要求, 每一次命令和数据的传输都是由主机启动的写时序开始, 此时从设备都处在侦听状态, 数据和命令的传输顺序都是低位在先。在读取DS18B20 检测到的温度数据时, 主机在发出写命令后, 再需启动读时序完成数据接收。

2. 3 显示电路

显示电路采用4 位共阳LED数码管, 从P0 口输出段码通过74HC244 进行缓存, 再同时送入到四个数码管的a ~ h端, 列扫描用P2. 0 ~ P2. 3 口来实现, 列驱动用9012 三极管。

2. 4 稳压电路

连接器CON3 通过复读机电源接入+12V电压, 通过7805 稳压器将+ 12V电压转换成+ 5V电压, 作为温度计设计电路的电源VCC。

2. 5 通信接口电路

89S51 的P1 口的第二功能 ( ISP功能) , 为了能够将编译好的程序下载到单片机内, 由于本系统采用AT89S51, 采用ISP技术, 利用如表1 中的P1 口, 来实现单片机与上位机 ( PC机) 通信, 实现程序的下载, P1 是带上拉电阻, 兼有输入和输出功能的引脚。输出时驱动电流可达10m A左右。

此模块做在另一块板上, 通过导线将图中74LS373 的MISO, MOSI, SCK分别接到89S51 的MISO, MOSI, SCK端口上即可。

3 系统软件程序

由图8、图9 可知, 系统软件设计组要由温度显示刷新模块、温度传感器DS18B20 的初始化、温度数据的读取、实际温度的计算等组成。

3. 1 主程序

图8 为系统设计主程序, 一开始完成对设备的初始化, 接着开启定时器记录刷新时间, 每隔一秒完成对数据的读取与刷新, 然后实现对温度的显示。

3. 2 读出温度子程序

读出温度子程序流程如图9 所示, 在对DS18B20 进行复位后, AT89S51 向所有DS18B20 发匹配ROM命令 ( 即区分安装在各个位置的DS18B20 的地址码) , 各个DS18B20 收到此地址码后立即进行判断是否在访问自己, 如果地址匹配, 则该DS18B20 发出应答信号, AT89S51 紧接着发出读取命令, 地址匹配的DS18B20 收到此命令后便将采集到的温度数据进行CRC编码 ( 在温度数据后附加8 位的CRC校验码) 并存放到一个9 字节的RAM中, AT89S51 读取DS18B20 中9 字节RAM中的数据并进行CRC校验, CRC正确时改写当前的温度值, 校验有错时不进行温度数据的改写。

3. 3 计算温度子程序

计算温度子程序流程图如图10 所示, 从DS18B20 中RAM中读取的是二进制代码代表的温度值, 我们日常生活中的温度都为十进制显示, 结合DS18B20 输出的二进制数据的格式, 通过温度转换子程序, 实现二进制数据与十进制摄氏温度的转换, 这样才能输出我们要求的温度格式。

3. 4 温度显示更新程序

温度每时每刻都在发生着轻微的变化, 为了能够实时显示正确的温度, 就要定时刷新数据, 如图11 所示, 该程序实现了对温度数据的更新功能, 对单片机存储的温度数据进行处理, 进行温度的正负判断, 以及位数处理。

3. 5 温度数据的计算处理方法

DS18B20 的转换精度可在9 ~ 12 位之间选择, 分辨率分别为0. 5℃ 、0. 25 ℃ 、0. 125℃ 、0. 0625℃ , 转换精度越高所需的A / D时间也越长, 9 字节RAM中前两个字节是转换好的温度, 在对于12 位转换精度, 除了最高的4 位表示正负符号外, 根据温度传感器低的12 位二进制数字, 转换成十进制数据, 将该数据乘以12 精度的灵敏度0. 0625, 所得到的十进制数据则为单位为摄氏度的温度值。

温度显示数据的小数位是由9 字节RAM中低字节的低半字节组成的, 由于12 位转换精度的分辨率是0. 0625℃ , 介于0. 1℃ ~0. 01℃ 之间, 由于是用半个字节 ( 0 ~ F) 表小数部分, 直接通过乘以0. 0625 转换成的十进制小数值需要占用4 位小数, 实际应用中通常精确到0. 1℃ , 用1 位LED显示小数, 这就需要将15 种二进制码对应成10 种十进制数, 表2 列出了一种二进制和十进制的近似对应关系表[2]。

4 调试及性能分析

系统的调试包括硬件电路调试和软件调试, 由于硬件电路并不复杂, 而且全部都是数字电路, 只要焊接良好, 没有短路和断路情况出现电路即可正常工作。由于采用了模块化的设计方法, 软件调试可以先进行各功能子程序的单独调试通过, 再逐步将各功能模块往里添加进来, 每添加一个功能模块调试成功后再添加一个功能模块, 直到所有功能模块能同时正常工作。由于DS18B20 跟AT89S51之间采用串行数据通信, 在编程时严格按照DS18B20 芯片手册上的时序, 来实现对芯片数据的采集, 不然将得到的错误的数据。

性能测试是用精度为0. 01℃ 温度计和本温度测试系统各自测量值的比较来完成的, 通过实测对比, 在- 20 ~ 50℃ 的温度范围内, 二者的最大绝对误差都在 ± 0. 05℃ 以内, 完全适合一般的应用场合, 可用三节干电池供电做成手持电子温度计。

参考文献

[1]张俊谟.单片机中级教程.北京:北京航空航天大学出版社, 1999:11-100.

[2]李光飞, 楼然苗, 胡佳文等.单片机课程设计实例指导.北京:北京航空航天大学出版社, 2004:105-125.

[3]夏路易, 石宗义.电路原理图与电路板设计教程Protel 99SE.北京:北京希望电子出版社社, 2002:1-203.

一种温湿度采集控制系统硬件设计 第8篇

作为现代工农业生产生活中非常重要物理参数, 温度、湿度对生产、生活有密切的影响, 从复杂的模拟量检测技术到现在的数字智能化检测技术, 温湿度的检测系统向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。因此设计可以及时、精确的反映场所的温湿度的变化, 能够很好地满足生产生活对温湿度的控制要求, 并且可以应用到温室等实际工作场所的温湿度采集控制系统意义重大。

2 系统方案

本系统能够实时显示当前环境的温湿度, 允许用户设定温湿度标准值, 当环境温湿度超过或低于标准值时, 系统会以亮灯的方式进行报警提示, 并且控制执行设备启动, 待符合标准值时, 报警恢复, 控制执行设备停止运行, 系统正常工作, 工作指示灯亮。

2.1 功能介绍

本系统主要包括单片机、DHT11 温湿度传感器、独立键盘、LCD1602 液晶屏和报警二极管等。能够准确地检测出场所温湿度, 通过LCD1602 准确显示当前温湿度, 利用执行继电器模拟控制散热/ 加热设备、除湿/ 加湿设备, 实现温湿度控制。设有4 个控制按键和系统复位按键, 控制按键分别为:模式、温湿度设置、加温/ 加湿、减温/ 减湿。

2.2 控制器选取

本设计以单片机作为主控制器, 负责处理由温湿度传感器送来的数据, 并把处理好的数据送向显示器。STC89C52 单片机是现代工农业生产生活中常见的控制系统应用芯片, 它是一种高性能、低功耗的8 位微控制器, 具有8K在系统可编程Flash存储器, 与工业80C51产品指令和引脚完全兼容, 片上Flash允许程序存储器在系统编程, 亦适于常规编程器, 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

2.3 传感器选取

本设计采用智能温湿度传感器, DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。该传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件, 可与一个高性能8 位单片机相连接, 采用单线制串行接口, 使系统集成变得简易快捷, 在极为精确的温湿度校验室中进行校准, 校准系数以程序的形式存在OTP内存中, 传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。采用该传感器实现相对温度和湿度测量校准方便, 支持数字输出, 无需额外部件, 能耗较低, 保证较长的信号传输距离。

3 硬件制作

3.1 原理图制作

使用Altium软件制作硬件原理图, 模块化、层次化设计单片机电路、温湿度传感器电路、显示电路、电源电路、晶振电路、执行继电器电路及按键电路。如图1 所示。

3.2 PCB制作

(1) 采用Altium软件将设计的原理图里的器件全部封装, 在PCB工程下创建PCB图纸, 在原理图界面, 点击设计、更新PCB文件、生效更改、执行更改。

(2) 在PCB图纸里更改线路, 根据自己的需要, 修改PCB板的大小, 设置远点, 用直线画出需要图纸大小的矩形, 把器件根据需要摆放好。由于自动编程与实际产生不一致, 需要再设置网络。

(3) 在网表管理器中修改各触点的网络。全部修改完成之后在屏幕中上位置找到交互式布线连接, 开始布线, 生成PCB图。

4 元器件焊接

PCB板焊接过程包括手工插件、手工焊接、修理及检验, 元器件在插装之前, 必须对其可焊接性进行处理, 可焊性差的首先要引脚整形, 引脚间距要求与PCB板对应的焊盘孔间距一致。元器件在PCB板插装的顺序是先低后高, 先小后大, 先轻后重, 先易后难, 先一般器件后特殊器件, 且上道工序安装后不能影响下道工序的安装。元器件插装后, 其标志应向着易于认读的方向, 并尽可能从左到右的顺序读出。元器件在PCB板上的插装应分布均匀, 排列整齐美观, 不允许斜排、立体交叉和重叠排列, 焊接时要注意保证导电性能, 焊点表面要光滑、清洁。

5 硬件调试

本设计能够实时显示出当前确切的温湿度, 并且在高于预设值的时候报警。接通电源后, 工作指示灯常亮, 表示系统正常运行。接着显示器初始化, 采用八位的数据端口, 两行显示, 其中第一行显示的湿度预设值, 根据键盘可以设定标准值, 第二行显示的是实时的温湿度值。温度标准值设定为上限40℃ / 下限10℃, 湿度标准值设定为上限80%RH下限30%RH, 若当前的温湿度值不在标准范围内, 温度和湿度的控制灯亮, 触发温湿度执行继电器。若温湿度没有超过预设值, LCD正常显示, 闭合温湿度执行继电器。

参考文献

[1]沙占友.葛家怡, 马洪涛.集成化智能传感器原理与应用.[M].北京:电子工业出版社, 2004:74-81.

[2]唐颖.单片机原理与应用及C51程序设计[M].北京:北京大学出版社, 2008:14-18.

采集器控制面板设计 第9篇

近几年来光纤激光器在激光打标和激光加工方面取得了迅速的发展,而用于激光打标和加工方面的激光器一般采用峰值功率较高的脉冲光纤激光器。激光功率是激光器最主要的参量,激光输出功率严重的影响着激光加工的质量。在激光加工过程中,如何能实时监控激光功率的变化,提高激光功率的稳定性和控制精度,对产品的精密加工有着极其重要的作用。此类型激光器其功率值在不同的加工设计中其平均功率是变化的,这就给光功率的实时采集和控制带来的麻烦。本文通过对脉冲光信号的研究,设计出了基于峰值保持电路的小信号处理电路,和基于PID算法的单片机控制系统。通过硬件电路和软件系统的设计解决了光纤激光器中脉冲激光的采集和光功率稳恒的问题。

1 系统结构

系统的硬件电路框图如图1所示,PIN管对激光器中的脉冲光进行采集,把脉冲式的光信号转换成脉冲式的电信号。采集到的脉冲光信号经放大电路进行放大,本设计采用了两级放大,将小信号放大到能够进行处理的信号。然后经峰值保持电路采集峰值电压(此峰值电压与光信号的功率成线性关系)。在经过A/D转换电路将峰值电压信号转换成数字信号在单片机中进行处理。在单片机中主要运用了PID算法对功率进行控制,将调节后的值送给LD驱动电路进行功率调节。最终使功率稳定地输出。

2 系统的硬件电路设计

2.1 光电转换部分

本论文的光电采集部分主要用了PIN光电二极管,PIN管能很好地将光信号转换成电信号。PIN二极管对低频信号具有整流作用,而对高频信号则具有阻抗作用。PIN光电二极管具有以下优点:响应速度快;线性好、频带宽、信号失真小;噪声低,器件本身对信号影响小;体积小、寿命长、可靠性高、工作电压低。其采集到的脉冲峰值电压与光功率成线性关系。所以可以通过采集峰值电压的信号来对光功率进行采集处理。

2.2 小信号处理电路

小信号处理电路主要包括小信号放大电路和峰值保持电路。

2.2.1 小信号放大部分

本设计采用两级放大电路对微弱电信号进行放大,一般光电探测器输出的电压幅值为几百微伏到几百毫伏的级别,应适当选择放大倍数将信号放大到可处理的幅度。这里选用Texas Instruments的低功耗、高精度运算放大器opa234。

放大部分的电路原理图如图2所示,经过精密运放opa234的两级放大,把光探测器采集到的微弱电信号放大为伏级别的电压。

2.2.2 峰值保持部分

峰值保持电路用于处理信息与峰值有一定关系的信号,能跟随输入信号变化,并能将最大值记录下来,在工业过程自动检测中往往用此电路将某些物理量,如温度、压力、功率等最大值保留下来进行分析、处理。

如图3,峰值保持电路主要由电压跟随器、半波整流电路、积分电容和复位开关组成,完成了信号峰值的采样和保持。峰值保持电路的原理图如图3所示。

前级运放构成半波整流信号,后级运放为电压跟随,使电压增益为1。保持电容主要用于记忆输入信号的大小,控制开关则用于控制采样保持的时间。当输入电压大于输出电压时,二极管D2导通,积分电容C1充电至U1输出端,由于二极管D2的单向导电性,在开关断开时,积分电容C1保持峰值电压,直到下次复位信号的到来。

峰值保持电路的硬件测试图如图4所示。

图4峰值保持电路效果图(参见右栏)

2.3 单片机系统部分

因为在其他工作中需要的单片机管脚要充足,所以本设计选用了单片机的型号为c8051f020。该单片机是完全集成混合信号系统级MCU芯片,含64kFlash,100管脚封装,一个12bit的和一个8bitADC,一个12bit的DAC。并且内含看门狗定时器、时钟振荡器,是真正的片上系统。主要完成输入峰值电压的A/D转换、积分复位、对输入功率进行PID算法的控制,最终实现功率的稳恒输出。

A/D转换部分:峰值保持的模拟电压信号接到单片机8位A/D转换的输入端,在程序控制下实现A/D转换。复位:每次A/D转换之前通过复位按钮,使积分电容C上的电压放电,准备下一次峰值保持。为了保证积分电容的电完全放完,复位电平应维持几十μs的时间。对输入的8位数字信号通过PID参数的设定,应用PID算法对功率进行调节。

3 系统的软件部分设计

3.1 总体系统设计

系统的软件部分主要包括系统的初始化、启动A/D转换、PID算法控制、LCD显示、D/A转换。

主程序流程图如图5所示。

3.2 PID算法程序设计

3.2.1 PID算法原理

PID算法是过程控制系统中应用最广泛的一种控制方法,数字式PID控制就是将模拟PID控制离散化。数字式PID系统框图如图6所示。

数字式PID控制是一种采样控制,需根据采样时刻的偏差量计算输出控制量,e(k)=s(k)-r(k)。然后经过对偏差e(k)进行比例、积分、微分,可到控制量。

3.2.2 PID参数特性

P(比例):比例系数加大,系统的动作灵敏,速度加快,稳态误差减小,但如果比例系数偏大的话又会导致振荡次数加多,调节时间加长。

I(积分):积分会使系统的稳定性下降,但能消除稳态误差,提高系统的控制精度。

D(微分):微分作用可以改善动态特性,微分系数偏大,超调量较大,调节时间较长,微分系数偏小时,超调量也会变大,调节时间变长。所以只有微分系数合适时才能使超调量较小,减短调节时间。

3.2.3 增量PID控制算法和程序流程

式中u(k)为第k次采样时刻输出,Δu(k)为第k次采样时的输出增量,在计算控制中,通过参数整定,参数都可以求出,所以实际控制中只需要求出e(k),e(k-1),e(k-2)三个有限偏差值就可以求出控制增量。图7为其流程图。

3.2.4 PID参数的确定

PID控制最困难的部分是比例、积分、微分三个参数的设置与调整。编程时只是设定大概的数值,然后通过PID参数特性进行反复的现场调试,最终找到相对理想的参数值。通过PID参数特性可以得到不同效果PID参数调节的情况。表1和表2分别为调节情况表和测试数据表。

3.3 测试数据分析

通过数据分析可得,功率一般保持在0.2W以内。稳定性满足要求。最终实现了功率的稳恒输出。

4 小结

本设计对脉冲激光功率的采集及处理做了较为详细的介绍,主要从软件和硬件两个方面给予了说明。最终实现了脉冲光功率的稳定输出,为脉冲激光器控制系统的设计做了充分的准备,实验结果较为理想。本设计也可用在其他脉冲信号的处理方面。

摘要：文章根据脉冲激光功率的特点,通过系统硬件和软件的设计,实现了对脉冲激光功率的采集和控制。具体为以峰值保持电路为主的小信号采集电路的设计实现了脉冲光功率的采集,以PID为主的软件设计又完成了光功率的稳恒输出。此系统的设计能成功地用在激光打标机功率控制系统中。

关键词：脉冲激光,光功率,比例积分微分算法

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