下位机硬件电路
基于FPGA的集成电路测试系统设计
基于FPGA的集成电路测试系统设计【摘要】随着电路设计技术的不断发展，集成电路的测试对保证电路可靠性的作用日益增加。
集成电路的测试不仅对确保电路的可靠性有重要作用，而且可以降低电路与系统的制造成本。
本文是基于集成电路的逻辑功能测试理论，通过测试集成电路的逻辑功能是否正常来判断电路功能是否正常。
实验结果表明，该系统测试便捷，准确，对于芯片的生产商和使用者都具有较重要的意义。
【关键词】逻辑芯片；功能测试；FPGA；MFC在最原始的测试过程中，对集成电路（Integrated Circuit，IC）的测试是依靠有经验的测试人员使用信号发生器、万用表和示波器等仪器来进行测试的。
这种测试方法测试效率低，无法实现大规模大批量的测试。
随着集成电路的集成度和引脚数的不断增加，工业生产上必须要使用新的适合大规模电路测试的测试方法。
在这种情况下，集成电路的自动测试仪开始不断发展。
现在国内的同类型产品中，一部分采用了单片机实现，这部分仪器分析速度慢，难以用于大规模的测试系统之中，并且在管脚的扩展性上受到严重的限制。
另一部分使用了DSP芯片，虽然功能上较为完善，但造价不菲，实用性能有限。
本文的设计是基于FPGA实现逻辑芯片的功能故障测试。
由于FPGA芯片价格的不断下降和低端芯片的不断出现，使用FPGA作为主控芯片可以更适合于市场，且有利于对性能进行扩展。
实验表明，该系统设计合理，能对被测芯片进行准确的功能测试。
1.逻辑芯片功能测试的基本理论简介功能测试也称为合格—不合格测试，它决定了生产出来的元件是否能正常工作。
一个典型的测试过程如下：将预先定义的测试模板加载到测试设备中，它给被测元件提供激励和收集相应的响应；需要一个探针板或测试板将测试设备的输入、输出与管芯或封装后芯片的相应管脚连接起来。
测试模板指的是施加的波形、电压电平、时钟频率和预期响应在测试程序中的定义。
元件装入测试设备，测试设备执行测试程序，将输入模板序列应用于被测元件，比较得到的和预期的响应。
电化学工作站
摘要电化学工作站是一种电化学体系的检测分析设备，广泛应用于电化学基础研究、电镀、金属腐蚀与防护、电解和电化学电源等诸多领域。
现在市场上流行的电化学工作站主要采用下位机—接口—上位机的结构，通常采用AT89C52等低性能的下位机进行电信号的控制和采集，用上位机进行数据的显示和分析，下位机与上位机之间采用RS232接口进行通讯。
如果采用速度快、功耗低、内存大的ARM系统作为下位机，采用USB 数据接口进行通讯，可以大幅提高电化学工作站的性能。
基于ARM系列的STM32芯片和USB 接口的电化学工作站的研制工作至今尚未见报道。
我们采用STM32F103C8T6芯片作为电化学工作站的主控芯片，利用USB模块与上位机进行数据传输，实现了一台电化学工作站样机。
在上位机上采用VS2010 C++ MFC 实现了人—机交互界面，可以用于Window 7操作系统。
利用该样机，我们对食盐水进行了电解分析。
实验结果表明该电化学工作站能精确控制输出电压和采集输入电压，达到了预期的目的。
关键词：电化学工作站；ARM系统；USB接口技术；VS2010ABSTRACTElectro-chemical working station is a kind of analysis instrument for electro-chemical system, widely used in many field, such as electro-chemical basic research, electro-deposition, metal-corrosion and protection, electrolysis and chemical electro-power sources.The slaver-interface-master structure is usually applied to the commercial electro-chemical working stations, in which the low-performance slaver, such as AT89C52, is used for the control and acquisition of electrical signals, the major is used for the data display and analysis, RS232 interface is used for the communication between the slaver and the major.If a high-speed, low-loss, and large-memory ARM system is used as the slaver, USB interface is used for communication, the performance of the electro-chemical working station will be greatly enhanced. The design and instrumentation of an electro-chemical working station based on ARM STM32 chip and USB interface has not been reported until now.We realized a sample instrument of an electro-chemical working station, using the STM32F103C8T6 chip as the slaver, USB interface for data communication. The user interface software is programmed using VS2010 C++ MFC，which can be used in Windows 7 operating system. Using this sample instrument, we analyzed the electrolysis of NaCl water solution. The experimental results show that the sample instrument can control the output voltage and acquire the input voltage precisely, the expected purpose is achieved.Keywords: The electro-chemical working station; ARM system; USB technique; VS2010目录第一章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 本论文研究的内容、目的及意义 (1)第二章电化学工作站系统总体设计 (3)2.1 引言 (3)2.2 电化学工作站的原理 (3)2.3 电化学工作站下位机的系统结构 (5)2.4 本章小结 (7)第三章下位机的硬件设计 (8)3.1 引言 (8)3.2 各模块电路的设计 (8)3.2.1 USB接口设计 (8)3.2.2 数模转换电路设计 (9)3.2.3 频率计电路设计 (10)3.2.4 模数转换电路设计 (11)3.2.5 脉宽调制电路设计 (11)3.2.6 ARM最小系统电路设计 (12)3.2.7 电源电路设计 (14)3.3 本章小结 (15)第四章 USB接口技术 (16)4.1 引言 (16)4.2 USB接口技术简介 (16)4.3 HID类的特点 (18)4.4 USB的实现方法 (19)4.4.1 ARM系统的USB实现方法 (20)4.4.2 C++的USB实现方法 (21)4.5 本章小结 (22)第五章下位机程序设计 (23)5.1 引言 (23)5.2 KEIL开发环境介绍 (23)5.3 USB库介绍 (25)5.4 下位机各模块程序介绍 (25)5.4.1 USB接口程序设计 (25)5.4.2 模数转换模块程序设计 (26)5.4.3 数模转换模块程序设计 (28)5.4.4 频率计模块程序设计 (28)5.4.5 脉宽调制模块程序设计 (29)5.5 本章小结 (29)第六章上位机程序设计 (30)6.1 引言 (30)6.2 VS2010开发环境简介 (30)6.3 上位机程序的实现方法 (31)6.4 本章小结 (33)第七章总结 (34)7.1 实验及结果总结 (34)7.2 本论文研究完成的工作 (35)7.3 存在的问题及未来的展望 (35)结束语 (36)参考文献 (37)附录 (39)外文资料 (45)中文翻译 (53)天津工业大学本科毕业论文第一章绪论1.1 研究背景电化学工作站是电化学测量系统的简称，是电化学研究和教学中重要的测量设备，主要用于控制和监测电化学池中的电极的电位和电流的变化。
温度采集下位机系统
温度采集下位机系统说明一、系统的硬件如图1所示。
1.说明本系统主要由以下几个部分组成：主控芯片MSP430F169、RS232接口（DB9）、温度传感器DS18B20、液晶显示器1602。
系统原理图见图2。
图2 系统电路原理图工作原理：DS18B20是一种支持“一线总线”传输方式的数字化温度传感器，其结构如图3所示。
它的适用电压为3—5V，测温范围为-55℃——+125℃，以0.5℃递增。
温度以9位数字量读出。
本实验通过DS18B20采集环境温度，当单片机检测到DSl820的存在便可以发出ROM操作命令之一，Read ROM(读ROM)、Match ROM(匹配ROM)、Skip ROM(跳过ROM)、Search ROM(搜索ROM)、Alarm search(告警搜索) 然后对发存储器操作命令对DS18B20进行读写数据转换等操作。
单片机MSP430F169来读写DSl820的数据位和写命令字的位，然后将读到的数据转换后，在液晶显示器1602显示出来。
并将转换结果通过串口上传到上位机。
图3 DS18B20电路图2.单片机软件部分（1）主程序/*************************************************************程序功能：读取DS18B20进行温度测量以后的结果并在1602液晶上显示---------------------------------------------------------------测试说明：观察显示温度数值。
*************************************************************/#include <msp430f169.h>#include "cry1602.h"#include "DS18B20.h"typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint;uchar dN[6]; //要显示的6位温度数字void Disp_Numb(uint temper);void DispStr(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *ptr);unsigned char zi[] = "Temperature is:";unsigned char wendu[] = " ";void PutString(uchar *ptr){while(*ptr != '\0'){while (!(IFG1 & UTXIFG0)); // TX缓存空闲？TXBUF0 = *ptr++; // 发送数据}while (!(IFG1 & UTXIFG0));TXBUF0 = '\n';}/*************************主函数*************************/void main( void ){/*下面六行程序关闭所有的IO口*/P1DIR = 0XFF;P1OUT = 0XFF;P2DIR = 0XFF;P2OUT = 0XFF;P3DIR = 0XFF;P3OUT = 0XFF;P4DIR = 0XFF;P4OUT = 0XFF;P5DIR = 0XFF;P5OUT = 0XFF;P6DIR = 0XFF;P6OUT = 0XFF;//初始化UART端口P3SEL |= 0x30; // P3.4,5 = USART0 TXD/RXD ME1 |= URXE0 + UTXE0; // Enable USART0 T/RXD UCTL0 |= CHAR; // 8-bit characterUTCTL0 |= SSEL0; // UCLK = ACLKUBR00 = 0x03; // 32k/9600 - 3.41UBR10 = 0x00; //UMCTL0 = 0x4A; // ModulationUCTL0 &= ~SWRST; // Initialize USART state machine uchar i;WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; //关狗P6DIR |= BIT2;P6OUT |= BIT2; //关闭电平转换,P6.2置高。
微机数控系统硬件电路设计
一、概述机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。
计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。
随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。
数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。
数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。
数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。
2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化。
数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。
我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。
但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。
我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。
但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。
旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。
随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。
IO硬件闭锁定义及原理图
二. IO硬件闭锁实现方式
图2 母板跳线实物图
每一个I/O模块均有10路输出口，其中前六路输出可以通过上图中对应的跳线组从硬件级设定是否和闭锁连锁。
“硬件级与闭锁连锁关系”是指某一个输出口（即继电器）跟沿线闭锁有一个硬件上的连锁关系，当沿线有闭锁时，该继电器就断开并无法闭合。
下图中给出了IO1跳线组6个跳线与IO1模块前六路输出的对应关系。
（IO2的设定与IO1相同）
563412
IO 1
1-6为IO前六路端口号
图3 跳线的定义
例如你想让IO1的第3路输出在硬件上和闭锁连锁，就将上图中跳线组的“3”号短路子去掉即可。
如你想让第6路在硬件上和闭锁不连锁，就将跳线组中的“6”号短路子插上，使“6”号的两个针短接即可。
“程序级与闭锁连锁关系”是指某一个输出口由计算机程序控制与闭锁的连锁关系。
如在程序参数中设定此输出口与闭锁连锁，当沿线有闭锁时，主控模块会按照程序通知IO模块将该继电器断开。
在参数设定中有一项可以调整某设备是否与闭锁连锁，这是用于设定“程序连锁”。
☆注意：
如你将某一路的短路子从跳线组上拔去，从而在硬件级上将该路设定为与闭锁连
锁，那么你必须在参数设定中也将该路设定为。
井下低压电网保护装置的硬件电路设计
井下低压电网保护装置的硬件电路设计摘要：根据保护装置要实现的功能，确定以ARM7TDMI-S为内核，根据井下综合保护装置的需要，设计了各单元的硬件电路，充分地利用了ARM7TDMI-S处理器的强大功能，以高性能处理器LPC2210为控制核心，使得设计出的整个保护装置与传统的电网保护装置相比具有性能好、成本低等特点。
关键词：LPC2210；接口电路；信号采集一、整体设计方案综合保护的功能是通过硬件执行来实现，硬件系统性能的优劣直接影响保护装置的可靠性、安全性和连续性。
保护装置应能可靠、快速准确将系统中的故障部分切除，避免故障范围进一步扩大，确保人身和设备的安全。
此外还应满足便于现场安装和固件升级等特点。
整个保护装置的硬件框图如下图所示：图1综合保护装置的硬件框图低压综合保护装置通过检测单元获取主线路的电流、电压信号，经逻辑控制单元LPC2210及其外围电子电路分析判断后发出信号控制电路的动作，监测单元由电流和电压互感器对信号进行采集，通过信号调理电路处理后送入A/D转换模块进行A/D转换，可以实时显示矿井下低压电网的状态，并与上位机进行通信等。
二、中央单元在系统的硬件设计中，中央单元的选择对设计来说非常重要，这是因为中央单元的选择直接关系到系统装置的各相功能是否可以实现。
因此，对于保护装置的功能来讲，中央单元应满足以下几个方面的要求：（1）运算速度：由于各种电气故障（尤其是短路、漏电故障）对井下低压电网的危害很大，需要保护装置能够迅速识别并动作，因此中央单元的运算速度要快。
（2）扩展性：随着技术的进步，为了使保护装置的功能可以在当前的基础上继续深入开发，应选择扩展性好，功能强，前景广阔的机型。
（3）功能：中央单元在硬件上必须能满足保护装置对功能的需求，比如接口数不能太少等。
另外，也需根据实际情况综合考虑设备的性价比。
（4）良好的兼容性及稳定性：为了方便对其他硬件设备进行选型，中央单元应具有良好的兼容性；由于井下低压对煤矿生产的重要性，因此高稳定性更是重中之重。
18B20 温度采集系统硬件电路(二)方案设计
SetOutput()设置缓冲区输出数据等。
MSComm 使用时主要注意的就是数据形式的变换，代码如下：
VARIANT variant_inp = m_ctrlComm.GetInput(); //读缓冲区
COleSafeArray safearray_inp = variant_inp;
//VARIANT 型 变 量 转 换 为
位置，layer 为显示的层,width 为要显示的宽度
void Init_DS18B20(void)；
//18B20 初始化
uchar ReadOneChar(void)；
//从 18B20 读一个字节
void WriteOneChar(unsigned char dat)； //向 18B20 写一个字节
的形式，列表框适合表示实时温度，曲线图适合观察长期的温度变化和温度变化范围。 （ 2 ） 默 认 使 用 COM1 、 19200bps 波 特 率 ， 可 以 进 行 设 定 ， 串 口 可 选 择
COM1/COM2/COM3，波特率可以选择 4800bps/9600bps/19200bps/38400bps。 （3）可以设定温度采集时间间隔，单位是 S，最小值是 1。（定时使用的是 SetTimer
三、上位机软件 上位机软件使用 .0 编写： 1、由于需要做出温度曲线，采用 Window API 画图较为繁琐且不易控制，这里采用专
业的图表控件 TeeChart Pro ActiveX 8.0 试用版： TeeChart Pro 是西班牙 Steema Software 公司开发的图表图形控件，它适用于 VB、
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（三）实习报告
一、实现的功能： 1、下位机程序 （1）在没有连接上位机软件的时候，可以按通讯键来采集温度并用液晶显示出来，
三一重工上、下位机软硬件介绍及分析处理
内存
存储
扩展性
配备大容量内存，保证 多任务处理的流畅性。
使用高速固态硬盘，提 供快速的数据读写速度。
提供丰富的扩展接口， 满足各种外设连接需求。
上位机软件介绍
01
02
03
操作系统
Windows操作系统，具有 良好的稳定性和兼容性。
软件开发工具
提供多种软件开发工具， 方便开发者进行应用程序 开发。
数据分析
对采集到的数据进行统计、整理、分 类，提取有用信息，为后续处理提供 基础。
数据处理
对分析后的数据进行处理，包括数据 清洗、去噪、滤波等，以提高数据质 量。
故障诊断与处理
故障检测
通过实时监测和数据分析，及时发现设备异常和 故障。
故障诊断
根据故障现象和数据，分析故障原因，确定故障 类型。
故障处理
高可靠性
采用工业级硬件和软件设 计，具备抗干扰能力和高 可靠性，适用于各种恶劣 环境。
易扩展性
硬件和软件模块化设计， 方便扩展和维护，可根据 实际需求进行定制和升级。
高效性
具备高速数据传输和处理 能力，可实现实时控制和 数据处理，提高生产效率。
03 三一重工上、下位机软硬 件分析处理
数据分析处理
详细描述
上位机软件实时监控起重机的运行状态和作业环境，及时预警潜在的 安全隐患，预防事故发生。
总结词
数据分析，优化起重机性能
详细描述
下位机软硬件收集起重机的运行数据，通过数据分析优化起重机的性 能和效率。
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应用案例一：挖掘机的远程控制
总结词
实现远程操控，提高作业效率
总结词
电力机车整备作业下位机控制系统软硬件设计与实现
结构， 实现了 机车停车住置检测 、 Ｉ Ｄ卡身 ￣ｉ ｑ通过与单片机交互式通信 ， ／－ ， ｍ 获取机车号并按照操作流程进行语音提示； 同时接牧 Ｅ 住机指令 ， 控制电动操纵 机构动作。该 系 统经过单机 试和联调后 ， 调 能够按照预先设计的控制流 程进行整备作业。系统可靠性高， 可以运用于实际整备作业现场。
科 技 论坛 ｌｌ Ｉ
刘 战 尚 丽琴 冯 作 全
科
电 力机车整备作业下位 机控制系统 软硬件 设计与 实现
（ 兰州交通大学机 电工程 学院 ， 甘肃 兰州 ７ ０ ７ ） ３０ ０
摘 要 ： 对 电力机车 整备 作 业安 全监 控下 位机 控制 系统软 硬件 进行设 计 ， 用 ｓ — ０ Ｐ Ｃ为 主站 ，７ ２ ０ Ｌ 主要 采 ７ ３０Ｌ ｓ — ０ Ｐ Ｃ为从 站 的 Ｐ ＲＯＦＢ — Ｉ ＵＳ ＤＰ网络
关 键 词 ： 备 作 业 ；Ｌ ＰＬ ＩＵＳ ＤＰ 通 信 整 Ｐ Ｃ；１ＯＦＢ － ；
１ 述 概
电力机车承担若干牵引任务后 ， 必须返回机 务段或整备场进行整备。 传统的作业模式采用人工 方式对接地杆 、 隔离开关进行操作， 如果作业过程 中联系不周， 操作不当， 就会严重威胁到登顶作业 人员的生命安全和供电设备安全。由 ， 此 我们开发 了基于Ｐ Ｃ的电力机擎罄 乍 Ｉ Ｌ 监控系统， 本 系统采用 Ｐ Ｏ ＩＵ — Ｐ总线 网络结构， ６从 Ｒ ＦＢ Ｓ Ｄ 下岱 Ｌ 『 站选用 ｓ — ０ Ｐ Ｃ， ７ ２ ０ Ｌ 主站选用 ｓ — ０ Ｐ Ｃ， ７ ３０ Ｌ 上位机 八 来自，＿一
２ ３—
一
和输出指示灯、 液晶 显示屏、 薄膜键盘。 下面对控制箱各主要部件进行 简要的说明。 Ｓ — Ｏ Ｐ Ｃ选用 Ｓ— ２ Ｎ Ｃ Ｕ ＋Ｅ ７ ７２ＯＬ ： ７ ２ ６Ｃ Ｐ Ｍ２７ 喉 口 模块， 通过 Ｉ ／ Ｏ口实现停车位置信息采集 ， 控 制电动执行机 构动作， Ｐ Ｒ Ｏ Ｏ Ｔ 分别 通过 Ｏ Ｔ ． Ｒ １３ Ｐ １ 连接 Ｉ 读卡器和单片机交互式系统 ， Ｉ 卡号 Ｄ 获取 Ｄ 和机车号， 并按照整备作业操作步骤进行语音提 示， 能够依照预先系统设计的 逻辑互锁关系控制车 顶门电子锁。 控制按钮和输出 指示灯： 主要用于现场操作和 输出显示， 人 其输 操作按钮包括启动 、 紧急停止 、 作 业 申 同意分闸、 请、 同意合闸； 输出指示灯能够显示 系统启动与停止、 机车停车位置是否正确、 隔离开 关分闸和合闸限位指示。 ’ 单片机控制单元 ： ０ ３ ０ 由８ ｃ ２ 单片机作为主控 芯片开发， 要对整备作业 主 过程中 作业步骤进行语 音提示并按照逻辑关系遥控车顶门电子锁 ， 同时扩 展键盘输入和液晶显示功能。 ４ Ｌ 统软件设计 Ｃ系 Ｐ ４ ． １主站 ｓ— Ｏ Ｐ Ｃ翟 睛 殳 ７ ３ ０ Ｌ ≈ 计 从 机车整备作业 控制过程中ｓ — ０Ｐ Ｃ主站 ７ ３０ Ｌ 要实现的功能考虑 ， 软件程序设计采用模块化编程 方式。 其中主婚陧 ． 括 １ 畸 咆 个组织块 Ｏ １ 个共享 Ｂ， １ 数据块 Ｄ Ｉ 个功能 Ｆ 。组织块 Ｏ Ｉ Ｂ， ５ Ｃ Ｂ（ 主程序） 用 于循环处理， 是用户程序中的主程序 其主程序各 功能描述如下：
基于STM32的高精度恒温控制系统设计
基于STM32的高精度恒温控制系统设计黄琦;韩广源;吴瑞东;刘毅;杨世强;张明江;张建忠【摘要】针对分布式光纤拉曼测温系统中定标光纤和雪崩光电二极管(APD)的温控要求,设计了一套基于STM32的高精度恒温控制系统.系统采用上下位机结构,上位机负责设定温度值和显示温度数据,下位机根据上位机的设定值利用P ID算法对恒温箱的温度进行控制.实验结果表明:在22℃的室温下,定标光纤温度稳定在(10±0.1)℃,APD温度稳定在(5±0.005)℃,上位机可准确反映温度的数值和变化趋势.整套恒温系统能够满足分布式光纤拉曼测温系统的温控要求.%Aiming at the temperature requirements of the calibrating fiber and avalanche photo diode ( APD) in distributed optical fiber Raman temperature sensing system, a constant temperature control system with high precision was designed based on STM32. This system adopted upper and lower computers. The upper computer can set the temperature value and display tempera?ture, meanwhile, the lower computer can control the incubator temperature with the PID algorithm according to the instruction from the upper computer. The experiment results show that the calibrating fiber and the APD can stabilize at(10±0.1)℃ and(5± 0. 005)℃ at room temperature of 22 ℃.respectively, Besides, the upper computer can accurately reflect the temperature value and its variation trend. It is reasonably believed that the complete set of thermostatic device can meet the temperature demands in distributed optical fiber Raman temperature sensing system.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】4页(P71-74)【关键词】STM32;高精度;温度;STemwin;PID算法【作者】黄琦;韩广源;吴瑞东;刘毅;杨世强;张明江;张建忠【作者单位】太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原 030024;太原理工大学物理与光电工程学院,光电工程研究所,山西太原030024;太原世诺科技有限责任公司,山西太原 030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原 030024;太原理工大学物理与光电工程学院,光电工程研究所,山西太原 030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原 030024;太原理工大学物理与光电工程学院,光电工程研究所,山西太原 030024;太原世诺科技有限责任公司,山西太原030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024;太原理工大学物理与光电工程学院,光电工程研究所,山西太原 030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原 030024;太原理工大学物理与光电工程学院,光电工程研究所,山西太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TP273分布式光纤拉曼测温系统是利用后向拉曼散射光的温度效应进行温度探测的新型传感系统［1］。
温度采集下位机系统说明
显示字
符
0 1 2 3 4 图 6 数码管管脚图 四位数码管与单片机的接线图如图 7 所示。
共阴极 段码
3FH 06H 5BH 4FH 66H
显示字 符
5 6 7 8 9
共阴极 段码
6DH 7DH 07H 7FH 6FH
11 7 4 2 1 10 5 3
a
b
a
a
a
a
c d
f
bf
bf
bf
b
g
g
g
g
e f
+ C62 47uF
12 cs4
2
6
8
9
13
R100 10K
VCC5. 0 V
J1 5 9 4 8 3 7 2 6 1
DB9
D12
K1 2A LED
VCC5. 0 V
C17
C12
104
220uF
MAX232
1
C1+
C7 0.1u
3 5
C1C2-
C8
0.1u
4
C2+
14 13 7 8
T1OUT R1IN T2OUT R2IN
P35/T1 P34/T0
EA/VP
XTAL1 XTAL2
P20/A8 P21/A9 P22/A10 P23/A11 P24/A12 P25/A13 P26/A14 P27/A15
RESET
P37/RD P36/WR GND 8051
P30/RXD P31/TXD ALE/PROG
PSEN
VCC5. 0 V 40 39 38 37 36 35 34 33 32
74LS02
硬件电路设计步骤及方法、工作原理、电路板调试方法
硬件电路设计步骤及方法、工作原理、电路板调试方法一、总则在学习电路设计的时候，不知道你是否有这样的困扰：明明自己学了很多硬件电路理论，也做过了一些基础操作实践，但还是无法设计出自己理想的电路。
归根结底，我们缺少的是硬件电路设计的思路，以及项目实战经验。
设计一款硬件电路，要熟悉元器件的基础理论，比如元器件原理、选型及使用，学会绘制原理图，并通过软件完成PCB设计，熟练掌握工具的技巧使用，学会如何优化及调试电路等。
要如何完整地设计一套硬件电路设计，下面为大家分享几点经验：二、总体思路设计硬件电路，大的框架和架构要搞清楚，但要做到这一点还真不容易。
有些大框架也许自己的老板、老师已经想好，自己只是把思路具体实现；但也有些要自己设计框架的，那就要搞清楚要实现什么功能，然后找找有否能实现同样或相似功能的参考电路板(要懂得尽量利用他人的成果，越是有经验的工程师越会懂得借鉴他人的成果)。
三、理解电路如果你找到了的参考设计，那么恭喜你，你可以节约很多时间了(包括前期设计和后期调试)。
马上就copy？NO，还是先看懂理解了再说，一方面能提高我们的电路理解能力，而且能避免设计中的错误。
四、找到参考设计在开始做硬件设计前，根据自己的项目需求，可以去找能够满足硬件功能设计的，有很多相关的参考设计。
没有找到？也没关系，先确定大IC芯片，找datasheet，看其关键参数是否符合自己的要求，哪些才是自己需要的关键参数，以及能否看懂这些关键参数，都是硬件工程师的能力的体现，这也需要长期地慢慢地积累。
这期间，要善于提问，因为自己不懂的东西，别人往往一句话就能点醒你，尤其是硬件设计。
五、硬件电路设计的三个部分：原理图、PCB和物料清单（BOM）表。
原理图设计，其实就是将前面的思路转化为电路原理图，它很像我们教科书上的电路图。
pcb涉及到实际的电路板，它根据原理图转化而来的网表(网表是沟通原理图和pcb之间的桥梁)，而将具体的元器件的封装放置(布局)在电路板上，然后根据飞线(也叫预拉线)连接其电信号(布线)。
下位机控制系统软硬件设计
基于串口通信的上/下位机控制系统软硬件设计中文摘要基于串口通信的上/下位机控制系统软硬件设计中文摘要随着信息化进程的不断深入，基于上/下位机控制系统的电子应用系统日渐受到人们的欢迎，如电子户外广告牌、电子展示屏等。
这类系统要求实现丰富的显示功能，最主要的是要求上位机修改显示内容、格式、显示方式要方便快捷，因此掌握基于串口通信的上/下位机控制系统软硬件设计非常重要。
早期的电子广告牌一般功能单一、显示内容固定，已不能满足市场发展需求。
本项目设计了一个可由单片机与CPLD协同工作的基于串口通信的多功能上位机控制输入输出系统。
下位机可实现LCD显示、LED显示、数码管显示、蜂鸣器控制、按键反馈、存储器读写功能，上位机PC机通过串口通信控制下位机功能。
下位机按键输入可以反馈到上位机。
本设计选用A T89S52单片机及标准的RS232接口，PC机上位机界面使用VB语言编写，窗口包含六项控制功能，具有编程简便、界面友好的优点。
下位机主程序设计中采用多重分支结构的程序设计，根据读取到的命令，转向对应操作。
单片机程序是用C51语言进行编写。
本项目除已设计实现的六项功能，还预留了扩展借口，可用于进一步开发新的功能。
本项目中设计有CPLD协同工作，将单片机一些外围电路放入CPLD中，减小下位机板子面积，CPLD本身可用于功能编程，开发余地较大，可为今后进一步扩展功能的编程提供方便。
并且，单片机与CPLD协同工作模式可简化编程。
因此，此设计不仅能实现目前具有代表性的广告牌操作，还能适应更高要求的功能开发。
关键词：A T89S52；RS-232；广告牌；CPLDAbstract Design of A Temperature Acquisition System Based on Simple Chip Machine & RS232 of PCSoftware and Hardware Design of A Upper/Lower Computer Control System Based on RS232AbstractWith the further developing of information technology, the electronic application system based on upper/lower machine mode are welcome more and more, for example, outdoor electronic advertising board, electronic display, etc. These systems demand realizing meta-functions of display, and most of all, the upper machine must be very convenient to modify the displayed content, format and mode. So, it is very important to master the software and hardware designing of an input/output system based on RS232 and upper/lower machine mode.The earlier electronic outdoor advertising board generally had single function with a fixed displayed content, which can no longer meet the needs of market developing. In this dissiertation, we designed a multi-functional advertising system based on serial communication and controlled by upper computer cooperated with MCU and CPLD. The lower machine provides the functions like LCD display, Nixie tube, LED, buzzer control, buttons feedback, memory read/write. The upper computer controls the lower machine via serial port. The input signals of the lower machine can feedback to upper computer.The design selects A T89S52 microcontroller and standard RS232 interface. The program interface of the upper computer is programmed in Visual Basic with a form contains six control functions. VB programming features simply with friendly interfaces. The main program of lower machine is in multiple branch structure. Different operations will be carried out according to the command parameters in C51 language.In addition to the six functions, the project provides extension interface for further developing of new functions. CPLD is included in our design，which can simplify the lower machine and be programmed to make further function extension. Therefore, this design can not only provide controlling the advertising board, but also meets the demands for advanced functional developing.Key words：A T89S52；RS-232；Advertising Board；CPLD目录第一章绪论 (1)1.1课题研究的目的与意义 (1)1.2国内外研究动态 (1)1.3论文主要内容 (2)第二章系统的总体设计 (3)2.1设计方案 (3)2.2系统硬件选型 (3)2.2.1单片机选型 (3)2.2.2串口通信选型 (9)2.2.3CPLD选型 (11)第三章系统的硬件设计 (12)3.1系统结构框图 (12)3.2外围电路接口（CPLD） (13)3.3单片机主控制电路 (14)3.3.1 晶振电路 (15)3.3.2 复位电路 (15)3.4外围电路 (16)3.4.1 LCD显示电路 (16)3.4.2 数码管电路 (17)3.4.3 LED发光管电路 (17)3.4.4 按键电路 (18)3.4.5 蜂鸣器电路 (18)3.4.6 I2C总线EEPROM (18)3.5串口通信电路 (19)第四章系统的软件设计 (22)4.1下位单片机端软件设计 (22)4.1.1 LED模块程序设计 (24)4.1.2 按键模块程序设计 (24)4.1.3 LCD1602模块程序设计 (25)4.1. 4 EEPROM数据读写模块程序设计 (33)4.1.5蜂鸣器模块程序设计 (39)4.1.6数码管模块程序设计 (40)4.1.7 单片机端通信 (41)4.2上位机PC端控制软件设计 (42)4.2.1 MSComm控件设计方法 (42)4.2.2软件界面 (45)4.3系统运行结果 (47)第五章总结与展望 (51)5.1总结 (51)5.2展望 (51)参考文献 (52)致谢 (54)基于串口通信的上/下位机控制系统软硬件设计第一章绪论第一章绪论1.1课题研究的目的与意义随着信息化进程的不断深入，日常工作、生活中随处可见户外广告载体，各类客户对于户外广告载体的功能性及可操作性要求不断提高。
重工上、下位机软硬件介绍及分析处理
选择第二项<系统恢复>，回车，出现选择1的画面，直接回车，系统 直接进入ghost软件自动恢复界面，同时弹出以下菜单：
Proceed with partition restore ? (继续执行盘区恢复吗？)
Destination partition will be permanently over wrirtten . (目标盘区被永久覆盖)
第三代工控机主要软件配置为： 软件方面为windows2000中、英文操作系统，SQLSEVER数据库 ，自主开发的监
析处理
简介
第四代工控机主要硬件配置为： G 处理器；250G三星硬盘；1G内存；256独立显卡；FSC-1811VNA
型主板；IPC-6113LP4底板；PS-7270B ATX电源；810B-SY1机 箱；MOXA通讯卡或PCI-5110 CAN总线通讯卡和PCI- CM100 CAN总线通讯卡；双飞燕鼠标和键盘。
硬盘克隆
检查目标盘和源盘位置是否正确，硬盘电源线是否安装正常后， 启动计算机，进入DOS系统（共有3种途径，见系统恢复与备份） ，运行ghost软件。在界面菜单中选择local → disk → to disk因已 经将目标盘设置为从盘，源盘设置为主盘，在随后出现的对话框中 选择默认选项即可，出现拷贝进度指示条后，等待数分钟百分比达 到100%，关闭计算机，取下硬盘，克隆完成。
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重工上、下位机软硬件介绍及分
析处理
硬盘克隆
（四）硬盘克隆
Ghost软件除了可以做系统的备份和还原功能外，还支持盘对盘的拷贝 ，当系统备份的镜像文件损坏或丢失时，我们无法通过系统的还原来修复系 统。这种情况下，我们可以用正常盘来拷贝系统。
克隆的源盘和目标盘最好容量大小一样，在克隆时最需要注意的是不要 把两个盘弄反，否则会将问题盘的系统拷贝到正常盘上。我们推荐用两根数 据线来进行硬盘的拷贝，新二代主板和新三代主板IDE0口位置在IDE1口下 面，最早的第一代主板IDE0口位置在IDE1口上面。克隆时我们把源盘插在 IDE0口上，目标盘插在IDE1口上。
MOX下位机硬件组态
• 1.4下载 下载
• 首先保存文件，再选中主站，然后点击工具栏“Online”中的 首先保存文件，再选中主站，然后点击工具栏“ ” “Down Load”，把组态和参数信息下载到主站。 ” 把组态和参数信息下载到主站。
• 1.5组态第三方设备 组态第三方设备 组态
• 组态其他厂家的设备时要加载相应的 组态其他厂家的设备时要加载相应的GSD文件，方法是将 文件， 文件 GSD文件直接复制到 文件直接复制到MOXCON的安装目录下，如安装到 盘 的安装目录下， 文件直接复制到 的安装目录下 如安装到C盘 路径是： 路径是： • C:\Program Files\CiT\MoxCon\Fieldbus\PROFIBUS\GSD
• 扫描结果如下： 扫描结果如下：
•
扫描完成后，选择“ 信息， 扫描完成后，选择“Accesspt configuration”会显示出所有的配置信息，如下图： ”会显示出所有的配置信息 如下图：
• 双击任何一个从站都可以打开它的硬件配置
• 注1：上图 表中，上边的方框内是可供选择的配置，下 表中， ：上图I/O表中 上边的方框内是可供选择的配置， 面的方框是已经配置过的。 面的方框是已经配置过的。双击上边方框中的一个可以添 加组态，双击下边方框的一个可以取消组态。 加组态，双击下边方框的一个可以取消组态。 • 注2：I/O表中的“I Addr…”和“O Adrr…”,它们决定了 表中的“ ： 表中的 ” ” 它们决定了 GRAF项目中设备的地址偏移量“Offset”，即这里每一个 项目中设备的地址偏移量“ ” 项目中设备的地址偏移量 模块的地址要和GRAF项目中的虚拟模块的 项目中的虚拟模块的Offset一一对应。 一一对应。 模块的地址要和 项目中的虚拟模块的 一一对应 • 注3：不仅地址要一一对应，而且组态模块和 地址要一一对应， ：不仅地址要一一对应 而且组态模块和GRAF中的虚 中的虚 拟模块也要一一对应。 拟模块也要一一对应。
下位机报告
温度测量系统报告（下位机单片机阶段性报告）实习器材：硬件：PC机一台、51学习板、电源线、串口线、DS18B20温度传感器软件： KEIL C51编程软件、proteus、串口小助手、虚拟串口驱动实习目的：1、熟知51单片机的硬件结构及工作原理；2、了解DS18B20的工作特性；3、掌握KEIL C51的使用方法；4、掌握运用51单片机实际开发能力；实习地点：信息中心实习内容：用51单片机和DS18B20温度传感器以及数码管实现温度显示,再把温度发送到上位机。
一、程序设计部分主要是对ds18b20的读写操作，通过ds18b20的读数据，然后进行温度值转换，可通过数码管辅助显示当前温度值，然后吧采集到的温度值送给单片机中的SBUF进行发送数据，以此达到下位机与上位机的信息交流。
附：C51程序：#include <reg51.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dp=P1^0;uchar flag;uint temp10;uint templ,temph;uchar ck[6];uchar code disptab[ ]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff,0xbf};uchar code dispbit[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};void udelay(uint n){while(n--);}void mdelay(uint n){uint m;for(;n>0;n--)for(m=124;m>0;m--);}void reset(){dp=1;_nop_();dp=0;udelay(80);dp=1;udelay(8);flag=dp;udelay(40);}void write_bit(bit flg) {dp=1;_nop_();_nop_();dp=0;_nop_();_nop_();if(flg==1)dp=1;udelay(10);dp=1;}void write_byte(uchar dat) {uchar i;for(i=0;i<8;i++){if((dat&0x01)==0) write_bit(0);elsewrite_bit(1);dat>>=1;}}uchar read_bit(){bit dat;dp=1;_nop_();dp=0;_nop_();dp=1;_nop_();_nop_();dat=dp;udelay(11);return dat;}uchar read_byte(){uchar i,temp;for(i=0;i<8;i++){temp>>=1;if(read_bit())temp|=0x80;}return temp;}uint read_temper(){uint temp;reset();write_byte(0xcc);write_byte(0xbe);templ=read_byte();temph=read_byte();temp=temph;temp=(temp<<8)|templ;temph=temp>>4;templ=(temp&0x0f)*6/10;reset();write_byte(0xcc);write_byte(0x44);return temp;}void disp(uint temper){uchar dispbuf[4],i;uint temp16;temp16=temper;if((temp16&0x8000)!=0){dispbuf[0]=11;temp16=(~temp16)+1;}elsedispbuf[0]=0;temp16=temp16*5/8;if(dispbuf[0]!=11)dispbuf[0]=temp16/1000;dispbuf[1]=(temp16%1000)/100;dispbuf[2]=(temp16%100)/10;dispbuf[3]=temp16%10;if(dispbuf[0]==0)dispbuf[0]=10;if((dispbuf[0]==10)&&(dispbuf[1]==0)) dispbuf[1]=10;if((dispbuf[0]==11)&&(dispbuf[1]==0)) {dispbuf[0]=10;dispbuf[1]=11;}for(i=0;i<4;i++){P2=dispbit[i];if(i==2)P0=disptab[dispbuf[i]]&0x7f;elseP0=disptab[dispbuf[i]];mdelay(1);P0=0xff;}}void sent(uchar dat){SBUF=dat;while(TI==0);TI=0;}void main(){unsigned char i;TMOD=0x20;TH1=0xfd;TL1=0xfd;TR1=1;REN=1;SM0=0;SM1=1;EA=1;ES=1;while(1){temp10=read_temper();mdelay(1);for(i=255;i>0;i--)disp(temp10);ck[0]=((temph%100)/10+0x30);ck[1]=((temph%100)%10+0x30);ck[2]=0x2e;ck[3]=(templ+0x30);}}void int_4() interrupt 4{ uint i;RI=0;ES=0;disp(temp10);for(i=0;i<6;i++){sent(ck[i]);}ES=1;}附硬件电路图：总结：通过这一个星期的下位机编程学习，是自己学到了很多知识，尤其是在学习ds18b20的时候，在根据时序图进行读写编程的时候，遇到了许多问题,但是通过和同学交流,自己反复的试验,总算解决了。
上位机与下位机之间的连接
第一章上位机与下位机1.1 上位机与下位机的概念上位机和下位机，一般是指集中控制系统中的PC机和现场的工控机。
上位机（PC 机）主要用来发出操作指令和显示结果数据，下位机（工控机）则主要用来监测和执行上位机的操作指令。
举个例子，蓄电池生产中，需要按工艺要求进行充电和放电。
现场有许多工位，各自配有智能的充放电设备，它们就是“下位机”。
整个车间有一台PC机来集中管理，这就是“上位机”。
上位机软件一般用高级语言编程，如BASIC、C，有比较丰富的图形界面。
下位机的编程，依所用的MCU而异，以汇编为主。
上位机和下位机之间的通讯，常见是RS-232，RS-485，当然还有很多，但都是串行方式。
特别是“一对多”的RS-485用得最普遍。
上位机是指：人可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC，屏幕上显示各种信号变化（液压，水位，温度等）。
下位机是直接控制设备获取设备状况的的计算机，一般是PLC/单片机之类的。
上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。
下位机不时读取设备状态数据（一般模拟量），转化成数字信号反馈给上位机。
简言之如此，真实情况千差万别不离其宗。
上下位机都需要编程，都有专门的开发系统。
另外，上位机和下位机是通过通讯连接的“物理”层次不同的计算机,是相对而言的。
一般下位机负责前端的“测量、控制”等处理；上位机负责“管理”处理。
下位机是接收到主设备命令才执行的执行单元，即从设备,但是，下位机也能直接智能化处理测控执行；而上位机不参与具体的控制，仅仅进行管理（数据的储存、显示、打印......人机界面等方面）。
常见的DCS系统,“集中-分散（集散）系统”是上位机集中、下位机分散的系统。
在概念上,控制者和提供服务者是上位机.被控制者和被服务者是下位机.也可以理解为主机和从机的关系.但上位机和下位机是可以转换的.两机如何通讯，一般取决于下位机。
TCP/IP一般是支持的。
下位机原理
采用单板机——总线型结构LCU的特点 采用性能良好的单板机配合开发的各种功能模板，可以设计出 功能性能都很理想的LCU。但是对模板的制造工艺有较严格的 要求。
为基础的LCU （二）、以可编程控制器（PLC)为基础的 ）、以可编程控制器（ 以可编程控制器 为基础的
1、特点 PLC都是按工业环境使用标准设计，可靠性高，抗振性能好， 可以为系统集成商省去机械设计、加工、装配、焊接等技术和 工艺要求等工作。 2、不足 （1）、PLC以“扫描”方式工作，不能满足事件分辨率与 系统时钟同步的要求 事件登录时间 通用型PLC不具备GPS时钟同步同能。
二、LCU的结构类型 的结构类型
（一）、单板机 ）、单板机——总线型结构 单板机 总线型结构
微型计算机硬件结构的最重要特点是总线(Bus)结构。它将信号 线分成三大类，并归结为数据总线(Date Bus)、地址总线 (Address Bus)和控制总线(Control Bus)。
微型计算机的总线化硬件结构图如图所示
分布I/O、配置灵活、智能化，通过通信单元进行板与板及 与主机间的通信。与现在兴起的现场总线相类似。
（四）、LCU的具体构成 ）、 的具体构成
不论采用哪种核心结构方式，都需要配以其他相关设备才能 构成一个比较完整的现地控制单元。 主要是一般自动化元件（开关量模拟量采集、控制）包括压 力开关和变送器、各种电磁阀电动阀等，温度巡检装置，微 机同期装置，电度表，交流采样等。根据与励磁、电调和保 护等系统的通讯方式还有通讯用工控机、触摸屏等。 现场通讯网络 现场人机交换方式
开关站单台设备操作。 实现自动顺序倒闸操作。 对公用设备进行单台操作。 实现主备设备的自动备投操作。
（三）、通讯功能 ）、通讯功能
向厂级传送实施过程数据及有关诊断数据，接受厂级下达的控制和 调整命令 与本地控制单元相关的调速、励磁及保护系统进行通信。