硬件系统设计论文范文

硬件系统设计论文范文第1篇

1飞行原理与机械结构

四旋翼飞行器的旋翼对称地安装在呈十字交叉的支架顶端，位置相邻的旋翼旋转方向相反，同一对角线上的旋翼旋转方向相同，以此确保了飞行系统的扭矩平衡［7］，如图1所示。四旋翼飞行器旋翼的旋转切角是固定值，因此，要通过调节每个电机的转速来实现六自由度的飞行姿态控制。增大或减少4个电机的转速来完成垂直方向上的升降运动，调节1，3旋翼的转速差来控制仰俯速率和进退运动，调节2，4旋翼的转速差来控制横滚速率和倾飞运动，调节2个顺时针旋转电机和2个逆时针旋转电机的相对速率来控制偏航运动。通过对飞行原理的分析，把可行性、低成本、易维护作为主要考虑因素，设计的样机如图2所示。机臂由镂空工程塑料材料PA66和30%玻璃纤维制成，质量相对较轻，强度大，对称电机轴距55cm，为保证水平起飞与平稳着陆，四旋翼飞行器底部安装起落架。电机旋翼等具体参数为:机体质量为857g;最大负载约为300g;机身高度为31cm;飞行时间约为8min。在整机安装过程中尽量保证重心在机械机构的对称中心，实际飞行实验证明了系统动力设备与机械结构的可行性。

2总体结构设计

四旋翼飞行器的硬件系统设计以飞控板为核心，搭载动力设备、电源模块与遥控模块。图3描述了以ATMEGA644P—AU为核心芯片搭载多传感器的飞行控制系统总体结构框图，整体系统利用11．1V锂电池供电，飞控与无刷电调以I2C总线数据传输来调节4个电机的转速;在遥控模块中，2．4MHz的控制信号通过PPM解码板与飞控板进行数据传输;在多传感器系统中，大气压力感器用行高度检测，陀螺仪与加速度计的融合使用用于姿态解算。

3电源模块

四旋翼飞行器由2200MAh，11．1V，持续放电倍率30C锂电池供电，通过稳压电路的设计对不同电路进行供电，确保各模块正常稳定的工作。控制系统设计需要5，3V两种电平供电，电压转换电路如图4所示。由锂电池提供的11．1电压经两块7805稳压芯片后转为5V电压，一部分用控板供电，一部分向预留的外部接口供电。经7805输出的5V电压经过2个MCP1700T稳压芯片输出3V电压，一部分供给控制系统的数字电路，一部分供给控制系统的模拟电路。330μF/25V电解电容器，10nF/16V钽电容器，贴片电容器的并联使用起到了防止电压抖动与滤波的作用。

4多传感器控制模块

为了准确地控制四旋翼飞行器的飞行姿态，需要在控制系统中加入不同的传感器，加速度传感器与三个陀螺仪来测量三轴加速度与角速度，大气压力传感器通过测量起始位置与飞行位置的气压差对飞行高度控制，为自主导航功能提供支持。大气压力传感器选择的是Freescale公司的MPX4250A，在该集成传感器芯片上，除具有压阻式压力传感器外，还有用作温度补偿的薄膜电阻网络，测压范围为20～250kPa，输出电压为0．2～4．9V，工作温度范围为－40～+125℃。电路如图5所示，可以根据压力的大小，通过控制P_1和P_2选择不同的放大倍数，提高采样的精度。LIS344ALH是一种低功耗、高性能、高精度的三轴加速度传感器，通过模拟输出为外部电路提供直接测量信号，加速度传感器的工作电压为2．2～3．6V，检测量程可以在±2gn或±4gn间选择。其中，VREF为通过稳压芯片MCP1700T转换为3V的稳定电压输入。应用电路如图6所示，选择100nF的贴片电容器作为VCC端的解耦电容，在输出端使用1μF的滤波电容减小噪声。考虑到振动误差无法通过加速度传感器进行补偿，因此，陀螺仪选型的过程中把机械性能作为重要的考虑因素，选择了可以在单芯片上实现完整单轴角速度响应的ADXRS610陀螺仪传感器。3个ADXRS610陀螺仪分别安装于垂直于机体坐标系的XYZ轴来实现系统三轴角速度的测量。

5实验与仿真

四旋翼飞行器在姿态解算时，陀螺仪传感器直接测量的是角速度，在积分得到角度的过程中随着时间的增长会产生累计积分误差，积分误差产生的原因一方面是积分时间，另一方面，由于自身的机械特性会产生零漂温漂等现象［8］。在陀螺仪的使用过程中融合加速度传感器，不仅为陀螺仪提供了绝对参考系，而且使加速度传感器优秀的静态性能与陀螺仪良好的动态性能相结合［9］，较好地抑制了外界干扰。数据经卡尔曼滤波算法处理后，可有效地降低数据噪声。图8为加速度传感器采样数据与卡尔曼滤波后的数据比较，可以明显地看到噪声信号减小了，但是仍有少量的扰动存在。图9的曲线表明了陀螺仪采集角速度数据存在零漂、温漂现象，当确定零漂为0．05°，静态输出电压为2．63V时，从波形图中可以观察到通过卡尔曼滤波处理后的积分数据平滑收敛，不但对零点漂移进行了补偿，而且对累计积-10-5051015角度/（°）012345时间/s卡尔曼滤波后的数据加速度计采集数据图8加速度计采样数据经卡尔曼滤波后的数据图Fig8DatadiagramofsamplingdatasofaccelerometerprocessedbyKalmanfiltering分误差，温漂有较好的抑制作用。-10-5051015角度/（°）012345时间/s卡尔曼滤波后的陀螺仪数据陀螺仪积分数据采集角速度数据。

6结论

本文从四旋翼飞行器的飞行原理入手，整合各个功能模块并通过对主要传感器的选型完成四旋翼飞行器控制系统的硬件电路设计，实现了飞行实验平台的搭建，多次飞行实验证明了硬件系统的可行性，达到了预期设计目标。在加速度传感器与陀螺仪的融合使用过程中，通过卡尔曼滤波算法对数据进行处理，有效地抑制了在硬件电路设计中无法避免的零漂、温漂等干扰因素，仿真结果证明了该方法的有效性。

硬件系统设计论文范文第2篇

工控机的IS

>> 远动系统RTU的CAN总线适配卡设计 变电站现场总线适配卡设计分析 基于CP2102高速USB2．0－CAN适配卡的设计 基于CAN总线的通用串口适配器的设计 基于CAN总线的压电贾卡控制系统 CAN总线广播系统设计 基于CAN总线的电力监测系统的设计 基于CAN总线的移动电站监控系统的设计 基于CAN总线的矿井安全监测系统设计 基于CAN总线的多参数测试系统设计 基于CAN总线的智能控制系统设计 基于CAN总线的火灾智能监控系统设计 基于CAN总线的在线升级系统设计与实现 基于CAN总线的车窗控制系统设计 基于CAN总线的多点温度采集系统设计 基于CAN总线的煤矿语音广播系统设计 基于CAN总线的校园餐厅消费系统设计 基于CAN总线的杂物梯控制系统设计 基于CAN总线和单总线的在线式防误闭锁系统设计 基于CAN总线的γ总量测量系统 常见问题解答 当前所在位置：中国论文网 > 科技 > 远动系统RTU的CAN总线适配卡设计 远动系统RTU的CAN总线适配卡设计 杂志之家、写作服务和杂志订阅支持对公帐户付款！安全又可靠！ document.write("作者：未知 如您是作者，请告知我们")

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工控机的ISA总线和CAN卡的接口电路设计方法以及CAN总线的收发电路。给出了一个完整远

硬件系统设计论文范文第3篇

目 录

摘要 ..........................................................................I

第1章绪论 .....................................................................4

1.1课题背景................................................................... 4

1.1.1智能建筑面临的机遇与挑战 .................................................4

1.1.1.1智能建筑发展现状 .......................................................4

1.1.1.2主要技术发展趋势及问题 .................................................5

1.1.2智能火灾智能火灾报警监测系统的新动向..................................... 6

1.2本论文的工作与论文结构......................................................7

第2章智能火灾报警监测系统基础..................................................8

2.1简要介绍智能火灾报警监测系统................................................8

2.2对传感器的详细介绍......................................................... 8

2.2.1与传感器有关的常见术语....................................................9

2.2.2热释红外探测器 ...........................................................9

2.2.2.1热释红外探测器的基本概念.................................................10

2.2.2.2热释红外探测器的工作原理和特性..........................................10

2.2.2.3热释红外探测器的安装注意事项............................................11

2.2.2.4热释红外探测器的调试 ...................................................12

2.2.2.5热释红外探测器的防宠物功能..............................................12

2.3对四运放集成电路LM324的介绍 ................................................13

2.4对芯片AT89C51的介绍 ........................................................15

第3章系统硬件分析与设计 .......................................................17

3.1复位电路部分 ...............................................................17

3.2时钟电路与时序 .............................................................18

3.2.1内部时钟方式 .............................................................18

3.2.2外部时钟方式 .............................................................19

3.3 AT89C51的内外程序存储器选择控制端 .........................................20

3.4系统的选址单元电路 .........................................................20

3.5系统的报警信号产生电路 .....................................................20

3.6系统的多机通讯技术......................................................... 20

第4章电路的软件设计 ...........................................................21

4.1软件程序内容 ...............................................................21

4.2软件总体流程图 .............................................................22

4.3报警信号发生子程序......................................................... 24

4.4键盘接口子程序 .................................

............................26

4.5数码显示子程序 .............................................................27

4.6本章小结 ...................................................................28

第5章电路调试与仿真 ...........................................................29

5.1硬件焊接 ...................................................................29

5.2调试....................................................................... 29

5.2.1硬件调试方法............................................................. 30

5.2.2软件调试方法 .............................................................31

5.3仿真中出现的问题及解决办法 .................................................31

5.3本章小结................................................................... 32

结论.......................................................................... 33

参考文献....................................................... ................34

源程序 .........................................................................35

致谢 ...........................................................................49

硬件系统设计论文范文第4篇

述了协议转换芯片FI245BM和D／

>> 基于USB接口的出租车检测系统的设计与实现 出租车智能调度系统的设计与实现 基于射频识别技术的出租车防伪管理系统的设计与实现 基于ASP的出租车管理系统的设计与实现 模拟基于GPS出租车调度系统的设计与实现 基于FPGA的出租车计费系统的设计 基于FPGA的出租车计价系统设计 基于GPS/GIS的出租车诱导系统设计 基于Android的出租车智能管理系统设计 城市出租车出城管理系统的设计与实现 基于CPLD的出租车计费器系统的研究与设计 基于Android的出租车管理系统研究与设计 基于电子地图的android出租车叫车系统的实现 出租车计价器整车检定系统的优化和创新 基于RFID技术的出租车调度管理系统 基于RBAC的出租车管理信息系统的设计 基于3G的出租车辆应用GPRS管理系统设计 出租车计价器安全计量的设计与实现 基于物联网技术的路灯监控与出租车调度系统 基于VHDL的出租车计费器的设计与研究 常见问题解答 当前所在位置：中国论文网 > 科技 > 基于USB接口的出租车检测系统的设计与实现 基于USB接口的出租车检测系统的设计与实现 杂志之家、写作服务和杂志订阅支持对公帐户付款！安全又可靠！ document.write("作者：未知 如您是作者，请告知我们")

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述了协议转换芯片FI245BM和D／A转换器AD7398的特点和工作原理，

硬件系统设计论文范文第5篇

Electronics System Design

Techniques for Safety

Critical Applications

2009

Hardback

ISBN 9781402089787

Sterpone著

随着社会的发展和科技的进步,信息技术已经深入千家万户,人们周围充斥着各种电子设备。电子设备的误操作或故障时有发生,有时这些会造成对人员的伤害或者环境的破坏,为了避免这些,人们提出了安全性苛求系统的概念。这种系统是指通过各种设计和制造手段保证在其使用寿命范围内,运行过程中不出现任何对使用者和环境造成伤害的错误。本书便是针对这个问题编写的。

本书共分8章。1.介绍了可用于发射环境下的FPGA设计技术,主要包括硬件结构设计的可重构设计技术和冗余技术,还介绍了基于sram的FPGA的软件结构及FPGA线路结构;2.首先介绍了辐射效应包括单粒子反转和单粒子门锁。基于单粒子反转的FPGA内存优化,对SEUS的仿真分析和硬件分析,分析了三重冗余结构及容错系统的约束条件;3.纠错效率分析算法。首先介绍了静态分析算法,然后介绍了该算法的基本原则,并分别介绍了用于SEU分析和MCU静态分析的新算法;4.介绍了一种新的高可靠性的应用于S-RAM FPGA 的算法,该算法从定位和运行两个方面进行了优化,减小了程序出错的可能性,提高了运行可靠性;5.首先介绍了具有容错功能的基于SRAM的FPGA系统设计的新流程,然后介绍了容错线路的设计优化方法,最后进行了实验,验证了新设计的优越性;6.基于FPGA内部降压机制的系统优化,介绍了一种可以用于SRAM-FPGA的减压系统,他不需要外部任何器件,可以完成高效率的减压,该系统在Xilinx SRAM FPGA上实验验后结果良好;7.介绍了一种用于DNA生物芯片的新型硬件结构,它采用双核硬件结构,实现了不同单元的多指令操作,并在一种FPGA系统上采用这种结构制备了DNA芯片,显示出这种优化结构的强大能力;8.首先介绍了RCF器件,然后介绍了ReCoM结构,最后实验显示新型的ReCoM结构性能更为优越。

本书的作者Luca Sterpone目前任教于都灵理工大学(意大利),研究方向为数字系统设计和计算机结构。他2003年毕业于都灵理工大学,获得工程学士学位,之后在该校读博士学位,并于2006年毕业,论文研究方向为“电子系统设计技术的安全关键技术应用”,获得了2007年度欧洲优秀论文奖。

本书内容新颖,针对性强,适合电子工程师、硬件工程师以及计算机专业、电子专业的学生阅读。

刘军涛,博士生

(中国科学院电子学研究所)

Liu juntaoDoctoral Candidate

硬件系统设计论文范文第6篇

【关键词】AGV 磁引导 PWM调速 8052单片机

随着现代科学技术的高速发展，自动导引小车（Automatic Guided Vehicle AGV）得到了广泛的应用。AGV以电池为动力，并装有非接触导航（导引）装置，以电磁引导、激光引导、惯性引导及GPS引导等方式。可实现无人驾驶的运输作业。它能在计算机监控下，按路径规划和作业要求，精确地行走并停靠到指定地点，完成一系列作业。

AGV以轮式移动为特征，较之步行、爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。在自动化物流系统中，最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。

一、AGV导航系统的系统总体设计

本论文设计了磁带引导AGV，完成寻迹、蔽障、PWM调速、人工控制等功能，为大量生产工业型AGV提供较好的研究基础。系统模块设计如图1所示：

图1

本论文主要对AGV的硬件系统进行设计，重点研究磁引导AGV的磁寻迹感器模块软硬件模块、速度反馈模块的设计。

二、磁寻迹传感模块设计

磁寻迹传感器是AGV能否完成磁带寻迹功能的关键，为了检测到弱磁磁场的存在，要选用灵敏度更高的传感器。本设计采用磁阻传感器，可以测量到弱磁磁场的存在。由于磁阻传感器输出为模拟量输出，需要通过响应的A/D转换电路将信号输入单片机。模块设计如图2所示。

图2 磁寻迹传感器硬件实现电路

三、速度反馈模块设计

本论文AGV采用双轮差速驱动方式，当电机负载增加时，电机的运行速度下降，一般额定转速降落达3%～10%，为了使两电机同速，必须要有反馈换环节对电机的速度进行反馈。只有组成了闭环系统，AGV的运动与速度才可控。码盘接口硬件电路如图3所示。两编码器的A和B两相信号经过74LS14施密特整形，分别接到单片机的P2.3和P2.2 以及INT0和INT1上。单片机对INT1和INT0的中断次数计数来测量通道B的脉冲数，读取P1.2的电平状态来判断电机的转动方向。以上升沿触发为例，当B路信号的上升沿引起中断时，单片机判断P2.2或P2.3信号的电平高低。若其为低，则电机正传；为高，则电机反转。电机的速度即为一个采样周期中N值的变化量。电机的转速为，式中，C为标度变化系数，可根据转速的量纲来选择，N为一个采样周期中的计数值，它的符号反应电机的转动方向。硬件实现电路如图3所示。

图3 光电编码器实现电路图

四、总结

本系统采用PWM调速及双轮差速控制，使车辆依照车载传感器确定的位置信息，沿着规定的行驶路线和停靠位置，自动行驶，完成规定的操作。论文对关键模块的设计进行了详细设计，经验证该系统设计可靠合理，能实现系统设计的基本功能。

参考文献：

[1] 温钢云，黄道平. 计算机控制技术[M]. 华南理工大学出版社，2002.

[2] hard C.Dorf Robert H.Bishop. 现代控制系统[M].高等教育出版社，2006.

[3] 孙利民，李建中，陈渝.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005

硬件系统设计论文范文第7篇

【关键词】温度 at89s52 nrf9e5

1 引言

由于在局部的温度通常具有不一致性，因此在检测环境温度时，传统的单一测点测量温度的方法并不能够准确说明实际的温度信息。在同一环境中，对多点进行温度测量，能够有效解决这一问题，使得温度测量更加准确。但是多点温度测量的温度测量点比较分散，如果使用传统的有线布线方式的话，则系统设计复杂，十分麻烦。本论文设计了一种基于无线传输的温度采集系统，采用了nrf9e5无线芯片，主控芯片采用的是at89s52单片机，温度测量的传感器为ds18b20[1]。

本论文首先介绍系统整体设计方案，然后分别简要介绍硬件电路设计以及部分软件程序设计。

2 系统方案

无线数据传输按照传输方式的不同，可以分为：点对点、点对多点以及多点对多点。本论文所设计的系统由主控芯片51单片机、主接收器以及多个测量终端组成。每个测量终端都是通过无线传输模块nrf9e5传递数据，进而形成无线传输的温度采集系统。系统框图如图1所示。

将相应的温度传感器分布在所要测量环境的不同位置，就能够精确评估环境温度。然后再将这些测量得到的温度经过无线通信模块发送到主控芯片上，主控芯片对数据进行处理和显示。

3 硬件电路设计

3.1 无线数据传输模块

nrf9e5具有和8051相互兼容的微控制器，但是时序和指令都与其有些差别。nrf9e5与cpu的数据交换是通过串口来进行的。

nrf9e5和其他模块通信主要是通过自身内部的并行口和内部的spi口。nrf9e5与nrf905等具有一样的功能。收发器在与微控制器进行数据交换的过程中，主要是通过片内的spi和并行口。在要传输通信的数据准备好之后，就能够产生中断，供微控制器使用。

3.2 温度测量电路

温度检测的方法有很多，比如采用热电偶等。但是本论文采用的是ds18b20温度传感器。该温度传感器采用的是one-wire总线，即只采用一根信号线与单片机进行连接。该测温传感器能够测量零下55度到125摄氏度的温度范围，同时分辨率能够达到0.5摄氏度。工作电压范围很宽，一般为3.0至5.5v。

3.3 主控芯片

本论文设计的数据采集器使用的主控芯片是at89s52单片机。msc-51单片机是八位的非常实用的单片机。本论文所使用的at89s52单片机就是基于这款单片机的。msc-51单片机的基本架构被atmel公司购买，继而在其基本内核的基础上加入了许多新的功能，同时扩展了芯片的容量以及加入flash闪存等等。51内核的单片机具有很多优点，因此无论是在工业上还是在一些电子产品上应用都很多。全球也有许多大公司对其进行扩展，加入新的功能。即使是在今天，51单片机仍然在控制系统中占据很大市场。

下面对本论文所使用的单片机作简要介绍。这款单片机具有最大能够支持的64k外部存储扩展，同时还具有8k字节的flash空间。该单片机具有4组i/o口，分别是从p0到p3，同时每组端口具有8个引脚。每个引脚除了能够作为普通的输入和输出端口外，还具有其它功能，也就是我们通常所说的引脚复用。其还具有断电保护、看门口、计时器和定时器。51单片机一般的工作电压是5v。

4 软件设计

4.1 通信协议

本系统为单点对多点的无线通信，主接收器在可靠通信范围内分别与每个数据终端通信。主接收器与每个数据终端都有一个唯一的地址，因此在通信过程中必须明确接收方的地址。系统通信协议定制如表1所示。

4.2 温度测量程序

本论文采用的温度传感器是one-wire总线的器件，与主控芯片进行一根数据线连接，就能够同时实现数据和时钟信号的双向传输。但是这样就要求主控芯片的时序必须具有严格的要求。在出厂之前，每个器件的rom上都光刻上64位的编码，这个编码地址序列是唯一的，我们可以通过这个编码地址序列来进行多

点的组网。但是本论文所设计的温度采集系统，在每一个结点只是用一个温度传感器，因此在程序中并不需要读取其rom编码。

5 总结

在实际的温度测量过程中，测量单点的温度往往并不能够准确反映实际温度信息，需要对同一环境进行多次测量，同时要对多个温度节点进行测量。但是多点温度测量的温度测量点比较分散，如果使用传统的有线布线方式的话，则系统设计复杂，十分麻烦。本论文设计了一种基于无线传输的温度采集系统，采用了nrf9e5无线芯片，主控芯片采用的是at89s52单片机，温度测量的传感器为ds18b20。本论文首先介绍系统整体设计方案，然后分别简要介绍硬件电路设计以及部分软件程序设计。

参考文献

[1]马祖长，孙怡宁，梅涛.无线传感器网络综述[j].北京：通信学报，2004，25（4）：15-17.

[2]郑启忠，耿四军，朱宏辉.射频socnrf9e5及无线数据传输系统的实现[j].单片机与嵌入式系统应用，2004（8）：51-54.

[3]季一锦，尹明德.一种基于nrf9e5的无线监测局域网系统的设计[j].国外电子元器件，2004，（12）：22-25.

[4]盛超华，陈章龙.无线传感器网络及应用[j].微型电脑应用，2005，21（6）.10-13.

作者单位

硬件系统设计论文范文第8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

[1]薛钧义等.凌阳十六位单片机原理及应用.北京：北京航空航天大学出版社，2003

硬件系统设计论文范文第9篇

摘要：本文针对“嵌入式系统设计”的教学实践，将“嵌入式系统设计”系列课程实践教学分为三个层面，对课程内容、实践教学方案和实践教学环节等进行探索，确保学生在掌握专业知识的同时，提高自主学习与自主创新的工程实践能力，真正做到学以致用。

关键词：嵌入式系统设计；实践教学；创新

中图分类号：G6420.0 文献标识码：A

嵌入式系统是相对于通用计算机系统提出的“嵌入式计算机系统”，它是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，是一个技术密集、高度分散、不断创新的知识集成系统，被广泛应用于通信设备、信息家电、工业控制和交通等方面。作为“嵌入式系统设计”的教学应是以应用为中心，结合实践与应用的一系列课程教学，它是本科生在四年学习中进行创新性实践的有力保证。“嵌入式系统设计”需要设计者具有较强的综合理论知识和动手能力，是对设计者综合能力与创新能力的考查。因此，在以“应用型”人才培养为目标的理工科院校的实践教学中应特别重视学生嵌入式系统设计能力的培养，加强实践教学环节，提高学生实践能力、职业技能与就业能力。在此结合地方高校通信工程专业的特点对学生“嵌入式系统设计”能力培养的相关课程内容、实践教学方案和实践教学环节等进行探索，探讨地方高校理工科学生创新型人才培养体系，培养出理论与实践相结合的创新性人才。

1嵌入式系统设计实践教学层面

嵌入式系统设计是复合型的新兴技术[1][2]。基于嵌入式系统设计的课程既与计算机、电子、通信、自动控制技术相关的专业课程有关，又与具体的应用背景有关。理工科各专业需结合专业特点和嵌入式系统在专业中的应用进行嵌入式系统设计的研究与教学，根据专业特色开设先进的、具有深入内容的嵌入式系统设计课程，使学生具备创新能力和解决实际问题的能力，所以在进行嵌入式系统设计人才培养时必须重点把握实践和创新这两个方面，注意科学对技术所起的基础支持作用，要从嵌入式系统设计动态发展出发，开设具有嵌入式系统设计体系的课程，开设有关含有信息论、系统理论及控制理论等基本内容交叉融合的课程，拓宽学生在专业学习中视野与思维的深度和广度，这样才能培养出学生的创新能力。根据嵌入式系统设计的实践可以按照图1所示三个层面进行相关课程的配置。

层面一是培养学生具备能够针对某个具体嵌入式系统软、硬件平台进行二次开发的能力。要求学生掌握应用系统的设计和开发技能，属于嵌入式系统教学的最低层。集中在微处理器(如MCS51系列、TMS320系列、ARM系列)的体系结构及其语言、接口的工作原理；嵌入式应用系统开发工具、开发语言、交叉编译环境和调试工具的使用。在此

方面以单片机芯片及其开发应用、DSP芯片及其开发应用和ARM微处理器及其开发应用展开教学，并在实践环节对学生动手制作自已所期望的单片机、DSP和ARM的应用系统进行作品展示，并将作品作为成绩考核的依据。

层面二是培养学生具备能够进行嵌入式系统平台设计与开发的能力。不仅要求学生掌握硬件系统的设计与开发技能，还应该掌握软件系统的设计与开发技能。促使学生掌握嵌入式系统体系结构后，掌握嵌入式操作系统的原理及其在特定硬件平台上的移植。使学生具备特定硬件平台下的嵌入式系统裁剪、移植，板载资源的初始化与驱动及外设驱动程序的设计和嵌入式数据库系统开发技能，注重嵌入式系统图形界面和网络通信的设计与开发。在层面一的基础上进行嵌入式操作系统及应用软件开发的教学，并在实践环节对学生动手制作自已所期望的具有图形界面操作、外设驱动和数据信息管理等功能的单片机、DSP和ARM应用系统进行作品展示，并将作品作为成绩考核的依据。

层面三是培养学生具备能够进行基于SOPC嵌入式系统IP内核设计和开发的能力。要求学生在掌握前两层面的基础上，让学生能够进行基于FPGA的SOC系统的设计与开发训练，并结合嵌入式系统的发展进行有关计算机体系结构等理论研究。促使学生结合EDA设计、嵌入式系统优化、计算机体系结构理论、微电子等学科知识，将微处理器等以IP内核的方式植入FPGA中，利用FPGA的可编程逻辑资源，按照系统功能需求来添加接口功能模块，既能实现目标系统功能，又能降低系统的成本和功耗。这样就使得FPGA灵活的硬件设计与处理器的强大软件功能有机地结合在一起，高效地实现SOPC嵌入式系统。实践环节以学生参加嵌入式系统设计竞赛、科研创新、发明制作等实践进行作品展示，并将作品作为创新学分修读的依据。

2嵌入式系统设计实践教学方案

(1) 学生实践能力设计

“嵌入式系统设计”系列课程的教学内容应包括嵌入式系统硬件与软件的设计，在以电路与系统集成、计算机信息系统集成及计算机辅助设计与仿真为工程设计基础教学的同时，加强学生在工程设计能力方面的培养，提高学生的电路设计和软件开发能力。因而，通信工程本科专业的实践教学可在基于现代电子技术进行信息的采集、传输、处理、检测、控制和现代通信网工程应用的同时，以信息与通信工程技术为主线，融电子科学与技术、计算机科学与技术、控制科学与工程技术于一体，构建通信与信息系统和信号与信息处理学科方向，使学生实践能力结构如图2所示。

(2) 实践教学方案

在教学中注重理论与实践课程相结合，加强实践与设计课程，设置完善的实践课程体系，强化学生的技能训练，开展工程设计。低年级课程要特别强调基础理论的学习，基本技能的训练；高年级逐步加强技术性，实用性课程，关注信息工业发展的需要。可结合本校学术研究、参与企事业科研及就业市场的方向，分设若干个课程组及专题设计，有利于学生专业化水平的提高，并缩小大学教育与企业要求之间的期望差距。其实践教学具体实施可参考图3进行。

第一学期培养学生认识、发现、探索实践的主动创新思维模式。如通过军事理论的学习，注重介绍通信技术在现代军事中的应用；通过工程制图的学习，以电子CAD为导引学习AutoCAD、Protel等绘图软件的应用；通过认识实习，下企业进行现代通信方式及通信器械的认识学习。

第二学期培养学生工程创新中结构设计及可视化界面编写能力。如在以部级计算机等级考核展开教学的同时，注重学生计算机语言编程基础能力的培养，注重VB、VC、VF、Delphi、Java等编程的导向学习。

第三学期培养学生可视化界面及数据库管理信息系统的开发设计能力，进行有线与无线通信中电子测量仪器设备的使用。

第四学期培养学生基于单片机与EDA的嵌入式系统设计开发能力。在加强电子工艺实践的同时，以数字系统与逻辑设计教学为基础，加强硬件描述语言与电子技术系统级的融合，基本实现计算机软件到硬件的实践创新技能。

第五学期培养学生基于DSP的嵌入式系统设计开发能力，加强生产实践实习。在各专业课程学习的过程中，以计算机硬件与计算机软件设计来体现信息与通信工程学科下通信与信息系统和信号与信息处理学科方向共性的实践操作创新设计。

第六学期培养学生基于ARM的嵌入式系统设计开发能力。以通信与信息系统和信号与信息处理学科方向构建专业综合课程设计。

第七学期培养学生基于SOPC的嵌入式系统设计开发能力。在通信与信息系统学科方向以现代通信网络系统为导向，构建有线通信与无线通信的通信系统课程设计。在信号与信息处理学科方向以语音、图像等多媒体信号与信息为导向，构建语音与图像信号与信息工程应用的通信系统课程设计。

第八学期培养学生综合的嵌入式系统设计开发能力。通过专题进行企事业单位上岗实践，加强毕业设计的理论与实践相结合，为毕业后就能上岗打下基础。

在以上各环节中除了完成课程实践教学外，还要求学生在课外必须参与科技实践及各项竞赛活动或提供自已的创意作品以取得一定的创新学分。因此在“嵌入式系统设计”实践教学与创新型人才培养体系建设中，要综合考虑实验、实习、课程设计、毕业设计及课外科技实践活动等实践环节，统筹实践教学体系，使学生能从课内到课外，充分发挥课外科技活动提高自身工程素质。

3嵌入式系统设计实践教学支持

以嵌入式系统设计为指引，将理论与实践进行有效合理的整合，应用现代教育技术，结合工程实践进行分解，变成可供实际推广操作的学习任务，辅以必要的教育技术支持手段(开发教材、课件、培训计划、教学设计、实验设计、必要的评估手段)强调学生自主学习，在实际工程环境中掌握和内化工程的理念。

(1) 开放实验室

在以“学生是主体，教师是主导” 的基础上，为了使学生在高等教育中获取更多的实用知识和创新技能，开辟与课程配套的网上资源系统，鼓励学生遇到问题后上网查找资料，采用基于Web的开放实践教学管理系统[3]。对实验室教学信息进行综合分析，建立开放式实践教学平台和开放式实践教学管理体系，通过Web页完成学生开放实验的各个环节管理，提高教学质量和办学效益。使学生由实验申请到实验结束完全网络化管理，有利于实验设备的充分利用，也有利于学生思维能力、设计能力、知识综合运用能力和创新能力的培养。

实验室开放的对象为所有在校学生，主要以设计性、综合性及研究创新性的实验项目开放为主，培养学生综合运用所学基础理论和专业知识解决复杂问题的能力。在实验室内部的各实验分室可根据自身特点和教学实际需要，采取定时开放与网上预约开放两种不同的模式向学生开放。

所谓定时开放是根据教学安排，在指定时间内向学生全面开放。理论课教师和实践课教师根据实验室仪器设备情况，结合课程内容，确定教学计划以外的自选实践项目。学生可以根据自己的兴趣爱好对实践项目进行创新设计组合成综合型、设计型实践课题，在课外独立完成自己的课题方案设计并经指导教师审核通过，在实践过程中学生必须独立完成实践并撰写上传实验报告。

所谓网上预约开放是学生提前申请拟做实践项目和所需仪器设备及元器件，由实验室根据学生人数、实践内容和网上预约时间安排实践设备、器材和指导教师。学生根据实验室的仪器设备的条件自行拟定科技活动课题并提供方案，在网上预约相应的实验室与指导教师，开展创新发明、科技制作、论文撰写等实践活动。在实践过程中学生都必须进行独立的思考，查阅相关文献资料，综合多方面的知识和技能，在实践设备和操作环节上不受任何限制的情况下自行分析、设计和调试实践系统，最终得出实践结果并撰写上传实践报告或论文。

(2) 实践教学组织

联系专业提供工程设计课题，结合前面所讲的教学层面与科研、科技竞赛工作开展学生设计性实践项目，激发学生的创新热情，如将行走机器人的制作分解为语音识别、图像识别、高精密电机进给控制等实践项目。强化实践过程，选派具有实践经验的教师参与指导，有助于培养学生的创新能力，如通过提供的对比示例来启发学生，增强学生的自信心。在实验方法与实验措施上实现多元化，使学生在不断改进、反复锻炼中提高分析问题、解决问题的能力，在实践过程中真正做到举一反三。

学生须进行嵌入式系统的软硬件设计，为了使实践内容和教学内容联系得更紧密，可结合前面所讲的教学层面要求学生设计实践核心板与扩展板。核心板提供相对应微处理器的最小系统，包括了处理器、RAM、ROM、寄存器接口等；扩展板提供电源、LCD显示、串口、USB、以太网口等模块。

改革课程考核方式，加强学生动手能力的培养，单片机技术、DSP技术、EDA技术、嵌入式系统、可视化程序设计等技术课程的考核成绩全部采用实践环节，实验占总成绩的40%，课程设计(要求有硬件和软件制作)占总成绩的40%，创意制作占总成绩的20%。学生在完成实验基础上，完成选定题目的课程设计，实验与课程设计题目每年不断更新，学生可以根据自身掌握的程度选择不同难度的题目，分值依据题目难易程度而定。

这样将“嵌入式系统设计”系列课程实践教学融合到地方理工科院校的人才培养体系中。通过加强开放实验与科技制作及科技竞赛等创新学分的管理，改革相关课程考核方式，综合考虑知识、能力和素质三者的关系，统筹实践教学体系，提供丰富的工程设计课题，加强学生对“嵌入式系统设计”的工程训练，促进大学教育的创新性人才培养。

参 考 文 献

[1] 沈连丰,宋铁成,叶芝慧等. 嵌入式系统及其开发应用[M]. 北京：电子工业出版社,2005.

[2] 沈文斌. 嵌入式硬件系统设计与开发实例详解[M]. 北京：电子工业出版社,2005：8.

硬件系统设计论文范文第10篇

关键词：嵌入式系统；SOPC；MP3播放器

中图分类号：TP311 文献标识码：A文章编号：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，嵌入式系统进入全面应用的阶段，己经成为通信和消费类产品的共同发展方向。在硬件方面，市场上不仅有各大公司生产的各种微处理器芯片，还有用于学习和进行研发的各种配套的软件开发包和开发工具。SOPC具有系统集成度高、体积小、功耗低、结构简洁、可靠性高、开发快速等特点，很好的满足了的嵌入式系统在硬件上的需求。SOPC技术的目标是试图将尽可能大而完整的电子系统，包括嵌入式处理器系统、接口系统、硬件协处理器或加速器系统、存储电路、DSP系统、数字通信系统、以及普通数字系统等，在单一FPGA中实现，使得所设计的电路系统在其规模、可靠性、体积、功耗、功能、性能指标、上市周期、开发成本、产品维护及其硬件升级等多方面实现最优化。

二、系统总体设计

设计一个具有基本功能的MP3播放器需要有时钟电路、CPU、RAM及RAM控制器、Flash及Flash控制器、SD卡及SD卡控制电路、液晶及液晶显示器驱动电路、DMA控制器、音频驱动及音频控制电路、定时器等模块，如图1所示。

图1：MP3播放器系统结构图

除显示驱动模块、音频控制模块和SD卡控制模块外其他模块都可以从SOPC Builder中添加IP核构建。

其中显示驱动模块可以在altera提供的VGA控制器的基础上添加CLK和BLANK信号完成；SD卡控制模块只需要定义几个GPIO端口就可以了，不需要单独设计。

三、音频播放模块

采用的MagicSOPC实验开发平台配有AC97音频解码模块，主控制芯片为UCB1400（带有触摸屏功能的立体声音频编解码器），它支持可编程抽样率、输入/输出增益和数字音响处理，包括音量、静音、低音和高音控制。

音频控制模块是CPU与UCB1400间的接口电路，功能为将缓存中的音频数据通过AC-Link总线发送到UCB1400的DAC输入端口实现音乐的播放，以及由AC-Link总线接收UCB1400采集的音频编码数据。本设计采用verilog语言来设计如下各个功能模块。

（一）UCB1400寄存器访问控制

音频播放时主控制器（CPU）需要经常读/写UCB1400中相关的寄存器，因为采用AC-Link串行总线传输数据，时序变得非常重要，所以定义了访问控制模块。要访问UCB1400时，该模块向UCB1400发送请求信号；当一次读取完成，数据准备好时，该模块向CPU发送反馈信号。

（二）UCB1400掉电模式控制

UCB1400可以将暂时不用的模块关闭以节约功率，向UCB1400的Power-down Control/status Register（0x26）写入相应的数值可以控制UCB1400中各个模块的开启和关闭。所以设计掉电模式控制模块，该模块负责监视UCB1400各模块的状态并将此信息反馈给主控制器。

（三）串行输入/输出寄存器

FPGA内部数据为并行传输，而与UCB1400间则功过AC_Link总线串行传输，所以应设计串并转换模块。

（四）输入/输出FIFO

为保证音乐播放的流畅，应为每个声道配置一定容量的FIFO用来保存已接收到和即将传输的数据。

设计完成后的AC97_Controller结构框图如图2所示：

图2：AC97_Controller结构图

具有如下功能：

可变比特率支持、双声道立体声输出支持、双声道立体声输入支持、单声道麦克风输入支持、DMA传送方式支持。

四、系统软件设计

将基于NiosⅡ的SOPC系统进行编译并下载到FPGA中生成硬件系统的同时，SOPC Builder帮助用户生成相应的SOF文件。在此基础上，可开始系统软件的设计。可使用汇编、C、C++来进行嵌入式程序设计，使用IDE工具进行程序的编译连接以及调试。MP3播放器的软件系统结构如图3所示：

图3MP3播放器软件系统结构

五、结语

本系统采用SOPC技术在一片FPGA和少数外设上实现了MP3播放器的基本功能。在50MHz的系统时钟下实现了MPEG-Ⅰ layer-Ⅲ解码，流畅播放MP3格式的音频文件。

SOPC方案的优势在于系统功能改进的灵活性，在不改变硬件平台的情况下，可以方便对系统进行增删和优化，这是传统ARM方案无法达到的。

参考文献：

[1]曾璇.基于NiosⅡ软核处理器的嵌入式PMP系统设计[D].北京交通大学硕士学位论文,2008,5

[2]高军.MP3解码器IP设计及重用性研究[D].中国科学院研究生院博士学位论文,2003,7