導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇硬件系統設計論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

1概述

隨著計算機技術的發展和應用范圍的擴大，電力信息化的不斷深人，計算機在電力系統中已從簡單數據計算為主發展到數據庫處理、實時控制和信息管理等應用領域，并在OA系統、電能電量計費系統、電力營銷系統、電力ISP業務、經營財務系統、人力資源系統中得到廣泛的應用。在電力系統內，它已經成為各項工作必不可少的基礎條件，發揮著不可替代的作用。同時，由于各單位、各部門之間的現存的計算機網絡硬件設備與操作系統千差萬別，應用水平也參差不齊，因此，在計算機網絡覆蓋全球，計算機技術迅猛發展的今天，討論和研究電力系統計算機的應用及安全性則顯得尤為重要。

2電力系統的計算機網絡應用和管理

電力系統的計算機網絡應用是十分廣泛的，并且將隨著技術的發展而不斷發展。這里從Interanet方面討論電力系統的應用。首先各個單位應該申請工nternet國際域名和注冊地址，建立省電力系統WWW服務。將各個部門的公用信息和數據進行WWW，使所有的具有不同計算機水平的員工都可以用瀏覽器對文檔方便地進行調用、查詢、瀏覽和維護，并且建立面對Inter-net的WWW主頁服務，不僅宣傳企業形象，而且可以將各種電力信息與產品進行工nternet，為了安全可以設立獨立的服務器。建立電力系統的E-mail服務，使所有部門和員工擁有自己的電子信箱，不受時間和地域的限制接收電子信件。建立電力系統的FTP服務，使計算機文件方便地在Intranet和Internet上傳遞。建立電力系統的BBS服務，使所有分布在全省各個地區的員工在開設的不同交談站進行實時交流。建立電力系統的服務，對系統內的新聞進行播放，同時開辟NEWS討論主題，給所有員工發表自己見解的機會與場所，群策群力討論企業的發展與建議。

電力系統的計算機網絡管理應對各方面管理進行集成，來管理帶寬、安全、通訊量、存儲和內容。同時進行數據信息標準化和數據資源共享，保證系統的完整性和靈活性，適應不斷變化的要求，滿足系統多層次的不同應用，使系統的開放性符合國家標準和規范，保證應用軟件和數據資源有較長的生命期，并具有良好的可靠性、安全性和可擴充性，體現集中與分布式的管理原則。

(1)集中就是由省局統一規劃全省的計

算機網絡結構，統一對全省的計算機網絡應用進行協調;對已有的局域網進行論證分析，使其從結構上與總網相適應，對建立的新網進行指導與監督;對網絡的通訊建設統一規劃管理。建立一個范圍廣泛的工ntranet，應使用廣域網網管，提供與工nternet的出口并進行防火墻技術安全管理，對于在系統內有廣泛共性的工作要進行統一的開發與推廣。

(2)分布式管理就是體現基層部門的內部管理，各個不同部門在其內部進行網絡應用管理，基層部門與省局聯系時進行統一的協議管理，保持全省通訊與應用協調一致，又根據單位性質的不同，開發不同特點的Intranete。

3電力系統計算機應用的現狀及問題

計算機安全是指計算機信息系統的安全。計算機危害主要指計算機信息系統的軟硬件資源遭到破壞、更改或泄露，系統不能正常運行。要保障計算機系統安全就必須治理(即清除、控制或預防)計算機危害。計算機系統的安全與不安全是從多方面反映的，從目前使用和發現的情況看，系統運行不穩定、內部資料外泄、網絡利用率低等是主要常見的現象。

通過計算機網絡使得電力系統的工作效率提高了，管理范圍擴大了，工作人員的辦事能力增強了，但計算機系統網絡安全問題也隨之變得更加嚴重了。例如:通過電子郵件感染病毒，電力系統管理網絡互聯接口的防火墻只配置了包過濾規則，提供的安全保證很低，容易受到基于IP欺騙的攻擊，泄露企業機密，有些局域網沒有進行虛擬網絡VLAN劃分和管理，造成網絡阻塞，使工作效率減低。絕大多數操作系統是非正版軟件，或網上下載免費軟件，不能夠做到及時補丁(PATCH)系統，造成系統漏洞，給攻擊者留下木馬后門;絕大多數工作站沒有關閉不必要的通訊端口，使得計算機易受遠程攻擊病毒可以長驅直人，等等。

4解決問題的措施和方法

安全性是電力系統計算機網絡最重要的部分。安全性既包括網絡設施本身的安全，也包括信息的安全;既要防止外界有害信息的侵入和散布，又要保證自身信息的保密性、完整性和可用性。筆者覺得可以從以下幾方面人手，提高網絡的安全性:

(I)提高網絡操作系統的可靠性。操作系統是計算機網絡的核心，應選用運行穩定、具有完善的訪問控制和系統設計的操作系統，若有多個版本供選擇，應選用用戶少的版本。在目前條件許可的情況下，可選用UN工X或LINUX。不論選用何種操作系，均應及時安裝最新的補丁程序，提高操作系的安全性。

(2)防病毒。防病毒分為單機和網絡兩種。隨著網絡技術的快速發展，網絡病毒的危害越來越大，因此，必須采用單機和網絡防毒結合的防毒體系。單機防毒程序安裝在工作站上，保護工作站免受病毒侵擾。主機防護程序安裝在主機上，主機的操作系統可以是WINDOWS,UN工X,LINUX等。群件防毒程序安裝在Exchange,Lotus等群件服務器中。防病毒墻安裝在網關處，及時查殺企圖進人內網的網絡病毒。防毒控管中心安裝在某臺網絡的機器上，監控整個網絡的病毒情況，防毒控管中心可以主動升級，并把升級包通過網絡分發給各個機器，完成整個網絡的升級。

(3)合理地使用防火墻。防火墻可以阻斷非法的數據包，屏蔽針對網絡的非法攻擊，阻斷黑客人侵。一般情況下，防火墻設置會導致信息傳輸的明顯延時，因此，在需要考慮實時性要求的系統，建議采用實時系統專用的防火墻組件，以降低通用防火墻軟件延時帶來的影響。

篇2

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。

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中圖分類號：TU96 文獻標識碼： A

前言

在進行工程施工之時：首先要仔細了解施工圖掌握設計的全部意圖，緊緊把握空調安裝工程的施工要點，全面對整個工程實行工程管理，從源頭上加強暖通空調設備的安裝質量，進而確保暖通空調系統能常年正常運行。由此可見，暖通工程施工前的系統設計是所有工序的基礎，做好前期工作對整個過程尤其重要。

一、暖通空調設計方案的實用性

1設計方案的可行性

滿足用戶的使用要求是暖通空調設計的根本目的，也是設計過程中需要遵循的規則，設計方案的可行性是暖通空調設計中需要注意的一個重要方面。在滿足設計方案符合人們需求的時候，首要要確認其是否滿足國家的相關法律法規。環境變化是影響設計方案的一個重要因素，在設計暖通空調供熱、供冷的時候要將其考慮進去，比如：水源熱泵這類發熱或者制冷部件的設計，就必須結合當地的氣溫變化情況、城市地下水的使用情況等；對于一些處在惡劣環境中的建筑物，全年工況分析要在設計方案上體現出來，方便施工過程中對設計方案進行調整，以滿足復雜環境下暖通空調對溫濕度的要求；在一些有限制的情況下，實際需要并不能被標準的暖通空調設備所滿足，這是應該考慮環境因素選用符合參數設置的設備，以保證暖通設備的正常運行。

2設計方案的適應性

人們一般是在全年最熱或者最冷的季節才會使用暖通空調，所以為了適應一年四季環境的變化，在暖通空調的設計中，必須使暖通空調系統具備優秀的可調節性。暖通空調的可調節性應該建立在操作簡單、調節方便的基礎上，以便使每個用戶都能輕松地對其進行調節。除此之外，為了便于住戶的使用，應盡量提高設計方案中暖通空調系統的自動化水平，以達到大幅度減少操作和管理暖通空調系統所花費的資金，提高暖通空調系統使用的經濟性，減輕建筑物用戶的經濟負擔。一般來說，在暖通空調系統中，形態比較大的設備和組成部件使用自動化的效果和效益會比較明顯，所以推薦使用，而比較小型的設備則需要根據其與其他設備的關聯程度以及其重要性來考慮是否有使用自動化的需要。

二、暖通空調設計方案的經濟環保的問題

1設計方案的經濟性

在暖通空調的設計時，應該對同一個項目設計多套方案，以便從多套不同的設計方案選出對合適的一個，對優化建筑物暖通空調系統工程的經濟性很有幫助。在設計方案經濟性的比較前要保證每個設計方案的使用需要、設計要求、設備等級、美觀程度都是一致的，這樣不同設計方案經濟性的比較才有可比性。在確定使用方案后就可以進行工程成本的確定， 工程成本的內容主要分為直接成本和間接成本，直接成本有設計方案列出的工程施工費用、材料設備費用、使用管理費、設備修理費用以及自動化控制系統費用等，而間接成本則包含環境的變化使暖通空調在制冷或供熱時需要多花費的能源開支。暖通空調的設計人員在設備的選用上需要對設備的售價、使用壽命以及運行費用等進行綜合考慮，而且最好親自測試每種設備的參數，而不是完全相信商家列出的參數。

2設計方案的環保性

隨著近年地球環境的日益惡化，人們對環境保護就越來越重視了，盡可能做到綠色環保，而暖通空調是一個能耗大戶，所以我們在暖通空調系統的設計方案中必須注重其綠色環保和節能降耗的效果。目前，燃煤鍋爐的氣體排放已經成為了我國部分地區的主要氣體污染源，因此我們在對燃煤鍋爐進行技術改造的同時，也要重視對暖通空調的環保改造。 要在暖通空調系統中達到綠色環保，就要從在工程設計時選擇擁有綠色環保意識和經驗的設計師、選擇合符國家規定綠色環保標準的設備和組成部件、在設計方案中要體現綠色環保的理念等，要保證室內的氣體經過暖通空調的通風系統排出時受到一定的過濾凈化作用，以提高暖通空調設計對環境的保護性能。除此之外，為了達到更好的節能環保效果，我們在暖通空調設計時可以為系統設計合適的新型綠色能源，在綠色能源的選擇時要確保能源獲取渠道廣闊、高能低耗、對環境造成的影響盡可能較小。目前，太陽能已經被廣泛用于暖通空調系統的能源提供上，太陽能具有取之不盡、隨處可得以及零污染等優點，是現時新型綠色能源的優秀代表。除此之外，還有水能、風能、地熱能等綠色能源可供暖通空調系統使用，在綠色能源的選取時，應該結合能源的供能能力、獲取方式和容易度、相關設備和能源運輸的費用等進行綜合考慮，選取最為合適的一種進行使用。

三、暖通空調設計方案安全方面需要注意的問題

在過往的暖通空調設計中都把目光關注在設計方案的使用和花費上，而往往疏忽了其安全性，導致由于暖通空調引發的事故時有發生，所以我們必須要對其安全性提起足夠的重視。

暖通空調設計方案的安全性需要包括防火性能、用戶生命財產安全、重要設施安全、危險品安全等，在設計上處理這些安全問題時，應該同時從暖通空調系統的設計、設備的選用和研制、技術的選用以及施工的規范上入手。根據建筑物的內部環境和外部環境不同時，需要達到的安全性也是不同的，例如如果建筑物內預計會用作燃氣鍋爐房時，就必須為暖通空調系統設置上有效的通風系統和敏銳的火災報警系統，以確保室內人員的人身安全。

四、設計人員的綜合素質需要提高

暖通空調的設計方案能否取得成功，決定權在設計人員身上，設計理念、設計技術以及整體素質這些決定了設計方案能否滿足用戶的需求。對于設計人員設計水平的提高，暖通設計人員應該不間斷的補充自己的專業知識，多參加教育培訓；在培訓的過程中，不僅要注意專業知識的學習，更新自己的設計知識和技術，更應該注意作為設計人員的職業操守，對于環保理念和設計技術進行培養，促使設計人員成為滿足各項要求的高素質人才。

結語

通過上面的簡單講述，不難發現在暖通空調設計方案進行的時候，需要考慮其實用性、經濟環保性以及安全性，最根本的還是要提高設計人員的整體素質。滿足這些的設計方案也不能說已經完美無缺了，設計方案的根本就是是否滿足了用戶的需求，而不是給施工單位節省了多少工程成本、使用方增加了多少效益。設計人員要從用戶的基本需求出發，設計出科學合理的設計方案。

參考文獻

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1 引言

VHDL (Very HighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language)是美國國防部在20世紀80年代中期開始推出的一種通用的硬件描述語言。作為IEEE的工業標準硬件描述語言，又得到眾多EDA公司的支持，VHDL語言在電子工程領域已成為事實上的通用硬件描述語言。VHDL為設計者提供了一種全新的數字系統的設計途徑。使用VHDL語言不只是意味著代碼的編寫，更是為了便于建立層次結構和元件結構的設計，利用VHDL編寫的電路模塊可被重復利用。故可以簡化設計者的設計工作，大大縮短設計時間，減少硬件設計成本，提高工作效率。

2 VHDL的優點

VHDL主要用于描述數字系統的結構、行為、功能和接口。應用VHDL進行工程設計的優點是多方面的：

（1）具有更強的行為描述能力，是系統設計領域最佳的硬件描述語言。

（2）具有豐富的仿真語句和庫函數，使得在任何大系統的設計早期就能查驗設計系統的功能可行性，隨時可對設計進行仿真模擬。

（3）VHDL語句的行為描述能力和程序結構決定了它具有支持大規模設計的分解和已有設計的再利用功能。該功能能滿足市場大規模系統高效、高速的需要，可替代多人甚至多個組共同工作。

VHDL的許多優點給硬件設計者帶來了極大的方便， 自然被廣大用戶接受， 得到眾多廠商的大力支持。使用VHDL設計數字系統已成為當今電子設計技術的必然趨勢[4 ] 。

3 “自頂向下”( Top-Down) 的設計方法

隨著數字系統設計規模的急劇加大，“自頂向下”的設計方法成為現代EDA設計的趨勢。論文參考。傳統的系統硬件設計方法是采用自下而上的設計方法。即系統硬件的設計是從選擇具體元器件開始的，并用這些元器件進行邏輯電路設計，完成系統各獨立功能模塊設計，然后再將各功能模塊連接起來，完成整個系統的硬件設計。而在VHDL的設計中，采用“自頂向下”( Top-Down) 的設計方法，設計常用流程圖如圖1所示，系統被分解為各個模塊的集合后，可以對設計的每個獨立模塊指派不同的工作小組，這些小組可以工作在不同地點，甚至可以分屬不同的單位，最后將不同的模塊集成為最終的系統模型，并對其進行綜合測試和評價。論文參考。“自頂向下”設計的基本步驟為:

(1) 分析系統的內部結構并進行系統劃分，確定各個模塊的功能和接口;

(2) 編寫程序，輸入VHDL代碼，并將其編譯成標準的VHDL文件;

(3) VHDL 源代碼進行綜合優化處理;

(4) 配置，即加載設計規定的編程數據到一個或多個LCA器件中的運行過程，以定義器件內的邏輯功能塊和其互連的功能。

(5) 下載驗證，通過編程器或下載電纜載入將步驟(4) 得到的器件編程文件下載到目標芯片中，以驗證設計的正確性。

圖1 VHDL工程設計流程圖

Fig.1 The design flow based on VHDL

4 VHDL的設計舉例

下面以4選1數據選擇器為例說明使用VHDL的設計過程。4選1數據選擇器框圖如圖2所示。論文參考。

該數據選擇器的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圖2 4選1數據選擇器

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強大的仿真功能，經過編譯后運行仿真，之后可以產生信號波形，用以分析仿真結果。本例中產生波形如圖3所示。仿真結果符合設計功能的要求。

圖3 仿真結果

Fig.3The waveform of simulation

5 結束語

本文以4選1數據選擇器設計為例，說明利用VHDL設計電路系統的基本方法和過程。用VHDL語言實現電路的設計過程，是一個以軟件設計為主，器件配置相結合的過程。這種軟件設計與硬件設計的結合，以一片器件代替由多片小規模集成數字電路組成的電路，其優勢已經越來越明顯。在進行系統設計時，如果系統比較復雜，所需器件數目多，并要求體積小、速度快、功耗低時，首先應該考慮使用VHDL進行芯片設計，然后再進行整體設計。

參考文獻

[1] Stafan Sjoholm，Lennart Lindh. 邊計年,薛宏熙譯. 用VHDL設計電子線路[M]. 北京:清華大學出版社,1999.

[2] 潘松，黃繼業. EDA技術實用教程[M]. 科學出版社，2002.

[3] 侯伯亨,顧新. VHDL硬件描述語言與數字邏輯電路設計[M].西安: 西安電子科技大學出版社, 2004.

[4] 趙晨光等. VHDL語言在電子設計實踐中的應用. 沈陽航空工業學院學報[J]. 2004，21（1）：57-59.

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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。可實現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.

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1概述

在教學過程中，具備數字系統設計實踐工程能力，涉及相關數字系統課程體系教學與實踐，在各高校的電氣、電子信息類專業中，數字電路是一門專業基礎課程，隨著數字技術應用領域的不斷擴大，在后續專業課程中，顯而易見，隨著電子產品數字化部分比重增大，它在數字系統設計中基礎性地位越來越突出。

因此，培養適合現代電氣、電子、信息技術發展的卓越人才，創新數字電路的課程幾次理論與工程實踐教學迫在眉睫。

根據我校近幾年電氣、電子課堂教學的實踐情況，數字電路課程應該以面向應用的數字電路設計為核心，在熟練掌握基本電路教學內容的基礎上引入先進的數字系統設計方法的課程教學和實踐內容。

工程實踐過程中，逐步從自底向上的設計方法逐步轉變到自頂向下的設計方法中來，以教師科研應用來拓展，以全面培養優秀數字設計卓越技術人才[1]。

2探索構建數字電路教學中的多層次的創新實踐平臺

2.1多層次的數字電路創新實驗平臺構思。

面向卓越人才培養的數字電路課程創新實踐教學，可以分層次進行在各個教學階段逐步推進，包括：面向基礎的數字設計的基本原理與工程創新實驗教學模塊、面向應用的數字電路課程設計教學和結合科研項目的創新實踐平臺[2][6]。

多層次的數字電路創新實驗平臺架構如圖1所示。

2.2數字設計的基礎原理與實驗教學。

數字電路基礎原理和實驗教學是數字系統設計的課程體系的基礎入門階段，是培養數字邏輯代數與邏輯電路的重要過程，大類可分為時序邏輯電路和組合邏輯電路，其中時序邏輯電路主要包括：鎖存器、觸發器和計數器，組合邏輯電路包括，編譯碼器、多路復用器、比較器、加（減）法器、數值比較器和算術邏輯單元等。教學的目的是訓練學生掌握組合和時序邏輯電路堅實理論基礎，使學生掌握數字電路的基本概念、基本電路、基本分析方法和基本實驗技能，不但要注重基本數字電路與系統設計理論的理解，同時讓學生在學習中逐步了解面向應用和現代科技進步數字電路新的設計理念[2][3]。

2.3面向應用的數字電路課程設計實踐教學。

隨著電子設計自動化技術（EDA）和可編程器件（CPLD）的不斷發展和應用，以EDA技術為主導的數字系統理念已經成為企業工程技術的核心。數字電路課程設計主要培養學生利用中小規模數字集成電路器件和大規?？删幊唐骷M行數字電路設計和開發能力。在卓越工程師培養背景下，結合前階段數字電路課程理論教學和實驗教學的實際情況及EDA技術的發展狀況，適時進行數字電路課程設計和EDA技術課程的綜合銜接，以及課程深度融合[4]。主要內容包括：

2.3.1基于Multisim等相關軟件的數字系統仿真實驗?？梢詷嫿ㄌ摂M數字實驗系統，不但較好地模擬實物外觀外，還可以利用系統提供的實驗平臺開展實驗的設計、仿真，進行實驗內容的邏輯驗證。

2.3.2基于通用和專用數字芯片的數字系統設計。其主要特點是有很好的直觀性和具體性。

2.3.3基于硬件描述語言（HDL）的數學系統硬件描述。采用硬件描述語言實現數字邏輯設計，基于EDA環境仿真和驗證?？梢越Y合上述（1）和（2）的優點，采用硬件設計軟件化技術應用于數字電路課程設計的實驗教學中，通過綜合性實驗的自行設計和實驗，對實驗內容、實驗規模、實驗方法進行了綜合創新設計[5]。

2.4結合科研項目的數字設計實驗創新平臺。

在高等院校，教師即承擔教學任務，同時有各自的科學研究方向，同學們可以根據自己的研究興趣，加入教師的科研團隊，形成教學與科研互利的良性循環。面向卓越工程師培養的數字系統設計，可以借助橫向或縱向科研項目形成綜合教學體系。比如：搭建在線可編程門陣列（FPGA）創新實驗平臺，形成數字電路、電路線路課程設計、可編程邏輯器件以及集成芯片系統設計，形成面向數字系統設計的課程體系[3]。同時，應用高校與知名企業建立的校企合作平臺，把企業界的研究信息和研發需求引入到教學平臺，開拓了學生的研究思路和視野，提升了學生設計復雜數字系統的能力；目前，我校正在與國際知名的半導體公司Xilinx、Altera和Cypress陸續建立卓越人才大學培養計劃，利用大學設置小學期，在FPGA和PSoC開發平臺上進行了面向實際應用的數字系統設計，在實踐平臺上不僅有學校的任課教師，還有知名企業派來的一線工程師指導同學們的實踐，相比改革前，取得很好的實踐效果，同學們的數字系統設計水平得到了提高，同時在編程、接口、通信協議等方面也有了深刻的認識。

對于優秀的學生，借助全國各種形式的大學生電子（信息）設計競賽這個創新平臺，組織他們積極參與，激發他們的學習研究興趣和創新意識，綜合所應用的數字系統設計知識，發揮競賽團隊的協作精神。每年，我們都有部分優秀學生通過努力，創新設計的作品獲得專業認可，并取得了良好的參賽成績，也使得數字設計課程體系的建設上了一個新的臺階。

3基于創新平臺的課程體系優化與實踐

卓越工程師培養要求的數字電路系統設計課程體系協調好相關電氣、電子類專業上下游相關理論課程、實驗綜合性設計同時得到協調發展。如何實踐論文所提到的創新實驗平臺，應該引進現代數字設計理念，重點把EDA軟件、設計工具、開發平臺與傳統的數字電路基礎理論教學相銜接。我們在這幾年對數字系統設計課程體系、創新實踐教學內容等方面的進行了改革與探索，取得了一定的成效。經過這幾年的實踐，我們逐步構建了面向應用的數字系統設計課程優化體系[5]，如圖2所示。

4不斷探索數字電路理論教學內容的改革與實踐

4.1以數字電路設計為目的強化基本邏輯電路理論教學。

在進行復雜數字系統設計之前應該熟練掌握這些常用基本組合和時序邏輯電路，包括電路的功能、電路的描述以及電路的應用場合等。

樹立電路設計思想首先需要熟練掌握一些基本的邏輯功能電路。其次，樹立電路設計思想需要理論講解與實踐相結合，逐步熟悉硬件描述語言的描述方式。數字系統設計強調采用硬件描述語言來對電路與系統進行描述、建模、仿真等[2][3]。

4.2掌握面向應用的數字系統工程設計方法。

學生在掌握數字電路基本概念和一般電路的基礎上，進一步掌握數字系統設計的方法、途徑和手段。其主要內容包括：數字系統與EDA的相關概念、可編程邏輯器件、硬件描述語言、電路元件的描述、數字系統的設計方法、開發環境與實驗開發平臺以及應用實例的介紹等。這些課程內容涉及面較廣，為了提高教與學的效果，探索總結了以下的教學重點內容，并作為教學實踐中的教學切入點[1]。

隨著電子技術不斷發展與進步，現代數字系統設計在方法、對象、規模等方面已經完全不同于傳統的基于固定功能的集成電路設計[1][2]。現代數字系統設計采用硬件描述語言（HDL）描述電路，用可編程邏輯器件（PLD）來實現高達千萬門的目標系統。這一過程需要也應該有先進的設計方法。根據硬件描述語言的特性和可編程邏輯器件的結構特點以及應用的需要，在教學過程中闡述了先進設計方法。例如：采用基于狀態機的設計方法設計復雜的控制器（時序電路），應用或設計鎖相環或延時鎖相環來處理時鐘信號，應用自行設計（IPcore）軟核來提高數據吞吐量[1][2][3]。

4.3深化數字電路實驗教學改革。

實驗實踐教學過程中，注重基礎訓練與實踐創新相結合的實驗教學改革思路，加強學生工程思維訓練、新平臺工具的使用、遇到邏輯問題的綜合分析能力，理論與實踐相結合的分析能力。在實踐過程中的提高創新性和綜合性能力，面向應用的數字電路創新平臺建設，需要不斷提高課程試驗、實驗和實踐過程在教學中的比例，在符合認知規律的同時，逐步加強來源與實際需要的綜合性數字設計實驗。

5結語

數字電路是電氣、電子信息類專業的一門重要的專業基礎課程，論文針對當今卓越工程師培養的要求，以及在教學過程中遇到的主要問題，探討了面向應用的數字電路課程創新實踐平臺。提出了多層次的數字電路創新實驗平臺結構和面向應用的數字系統設計課程優化體系。目的在于，通過課程及相關課程體系改革與創新，使得學生更快、更好的適應現代數字技術發展的需求。

參考文獻

[1]孔德明.《數字系統設計》課程教學重點的探討，科技創新導報，2012.1，173-174.

[2]任愛鋒，孫萬蓉，石光明.EDA實驗與數字電路相結合的教學模式的實踐，實驗技術與管理，2009.4，200-202.

[3]葉波，趙謙，林麗萍.FPGA課程教學改革探索，中國電力教育，2010，24，130-131.

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上海交通大學學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權上海交通大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。學位論文作者簽名：周燁斐指導教師簽名：楊煜普日期：2007年1月25日日期：2007年1月25日

變頻調速協調控制系統設計摘要新型粗紗機在機械結構、系統傳動以及電氣控制方面都有較大的改變，它除去了傳統粗紗機中的上、下錐輪，差速器，龍筋升降傳動部件和成型機構，機械結構變得大為簡化。新型粗紗機采用PLC控制四臺變頻器，分別獨立驅動錠翼、羅拉、筒管和龍筋的電機來實現高效高質紡紗。機械結構的簡化雖然可以在很多方面提高粗紗機的性能和穩定性，但是羅拉、錠翼、筒管、龍筋四個電機的同步控制成了整個控制系統設計的難點，從而粗紗的張力控制也成了最需要解決的問題。如何設計一個全新的控制系統來代替原先機械傳動部分，實現和超越其功能是新型四電機粗紗機設計的關鍵和核心部分。張力控制的好壞決定著新型粗紗機能夠開發成功。針對以上的關鍵和難點，本文從硬件和軟件系統兩方面來闡述解決方案，并且著重對張力控制系統的設計進行詳細的分析。在硬件系統的設計方面，本文首先對整個控制系統的機械結構做了個簡要說明；在電氣系統方案方面，我們選擇了由工控機、PLC、矢量

變頻基礎傳動、光電傳感器組成的系統，其中，工控機為綜合監控系統，人機界面采用WINCC來設置紡織工藝參數，監控整車的運行和故障狀態，它通過MPI網絡協議和PLC進行通訊；PLC是實時控制的核心，獲取粗紗位置光電傳感器的檢測值，并通過PROFIBUS-DP總線和四臺矢量變頻器進行通信，讀取矢量變頻器中各電機的速度，計算出各個電機的理論速度，然后向矢量變頻器發送指令，設置各變頻電機的速度，從而控制電機的運轉。由于變頻器對整個系統的重要性，本文又對變頻器的選擇以及其與PLC的通訊作了一個詳細的描述。在硬件結構搭建完畢的基礎上，本文在對控制對象分析后提出了張力控制方案。張力控制方案主要包括兩方面：一、張力軟測量模型。該模型的主要作用就是取代原先機械錐輪，根據實時的徑向線密度調整卷繞直徑，從而調整四電機的速度，改善其同步性。并且該模型具有自學的功能，使得該模型能夠適應多種不同的機型，從而超越了機械錐輪的功能，有著更加廣泛的應用。二、張力控制算法。該算法建立在軟測量模型的基礎上，通過優化過的閉環控制算法，不斷地調整徑向線密度，并且使其趨于穩定。這兩方面相輔相成，從而使張力控制達到最優化。最后本文對整個軟件系統作了分析，對軟件的主要模塊分開剖析，概述了模塊與模塊之間的關系，并且對最為復雜的幾個模塊進行仔細闡述，使得本系統的設計思路躍然紙上。通過合理的硬件系統，周詳的軟件系統和創新的張力控制方案，新

型四電機粗紗機在測試階段運行良好，為其研發成功奠定了基礎。關鍵詞：同步控制，張力控制，變頻器，軟測量模型

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

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中圖分類號:TP391文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)19-5381-02

繼電保護裝置是一種利用電磁感應原理而發展起來的電力系統保護裝置,隨著電子技術和網絡通信技術的飛速發展,目前已經發展到微機型階段,并且利用軟件技術可以實現由軟件技術驅動硬件而實現微機繼電保護,這就是目前研究很熱的技術――基于虛擬儀器技術的繼電保護系統。利用虛擬儀器技術實現的微機繼電保護裝置,具有傳統微機繼電保護裝置所不具備的優勢,例如控制更加安全可靠等。

本論文主要將虛擬技術應用于微機保護實驗系統,擬對基于虛擬儀器技術的微機保護系統進行開發,并從中找到可靠有效的微機保護實驗方法與建議,并和廣大同行分享。

1 微機繼電保護概述

1.1 微機繼電保護的基本構成

微機繼電保護裝置,其基本結構構成與普通的電力保護裝置一樣,也是有硬件和軟件兩大部分構成。硬件部分主要由數據采集系統、數據處理系統及邏輯判斷控制模塊等幾個部分構成,主要由數據采集模塊負責對電力系統的相關電參數實現檢測與采集,并將數據傳送至數據處理系統,數據經過運算之后,由邏輯判斷控制模塊調用軟件控制程序,并發出相應的控制信號,驅動保護裝置執行保護動作,從而實現電力繼電保護的功能。

隨著集成電子電路技術的發展,目前發展的微機型繼電保護裝置,其硬件系統主要由CPU(微處理器)主機系統、模擬量數據采集系統和開關量輸入/輸出系統三大部分組成,盡管結構構成已經發生一定變化,但其實實現繼電保護的基本原理仍是一樣的,由模擬量數據采集系統負責相關保護參數的采集,微機繼電保護裝置是以微處理器為核心,根據數據采集系統所采集到的電力系統的實時狀態數據,按照給定算法來檢測電力系統是否發生故障以及故障性質、范圍等,并由此做出是否需要跳閘或報警等判斷。

1.2 微機繼電保護裝置的特點

微機保護與常規保護相比具有以下優點:

1) 微機繼電保護裝置主要由微處理器為核心而構成的硬件系統,因此借助于現代功能強大的微處理器,微機型繼電保護裝置可以實現一定程度的智能化。

2) 相比于傳統的機械式硬件實現的硬件保護裝置,微機型繼電保護裝置能夠依靠數據采集模塊實現對相關參數的檢測與采集,整個過程實現數字化流程,這就為繼電保護裝置的控制功能的穩定性、可靠性提供了技術條件;另一方面,依靠微處理器內部的軟件程序,微機繼電保護裝置能夠進行周期性自檢,一旦發現自身硬件或者軟件發生故障,能夠立即實施報警,從而保障了繼電保護裝置功能的可靠性。

3) 傳統的機械式硬件實現的硬件保護裝置,其保護功能較為單一,僅僅是實現基本的保護功能,動作依靠一次性機械元件完成,一旦該部件發生故障,則整個繼電保護裝置無法工作;而微機型繼電保護裝置除了能夠利用弱電驅動控制實現繼電保護的功能外,還能夠依靠數據采集系統對整個電力系統的相關電力參數都實施監測與采集,通過程序的分析,實現對電力系統整體性能的檢測,保護功能大大豐富。

4) 傳統的機械式硬件實現的硬件保護裝置,其功能調試復雜,工作量大,而且極容易造成內部晶體管集成電路的失效,而現代微機繼電保護裝置,依靠內部的核心微處理器,能夠開發專用的人機交互系統,利用人機交互系統實現繼電保護裝置的調試,簡單易行,還可以自動對保護的功能進行快速檢查。

5) 利用微機的智能特點,可以采用一些新原理,解決一些常規保護難以解決的問題。例如,采用模糊識別原理或波形對稱原理識別判斷勵磁涌流,利用模糊識別原理判斷振蕩過程中的短路故障,采用自適應原理改善保護的性能等。

2 基于虛擬儀器的微機保護實驗系統開發設計

2.1 總體結構設計

本論文探討的是基于虛擬儀器技術的微機繼電保護系統,因此首先面臨選擇合適的虛擬儀器開發平臺的問題,這里選擇基于G語言的LabView開發平臺是目前國際最先進的虛擬儀器控制軟件,集中了對數據的采集、分析、處理、表達,各種總線接口、VXI儀器、GPIB及串口儀器驅動程序的編制?；谔摂M儀器的微機繼電保護裝置系統,是利用虛擬儀器開發平臺,構建虛擬的微機繼電保護裝置,實現完整的微機繼電保護裝置的全部功能,并對設計的虛擬繼電保護裝置進行評估和改進,從而完成微機繼電保護系統設計的一種設計手段。

利用虛擬儀器技術進行微機繼電保護系統的開發設計,從具體設計流程來說,主要從以下幾個環節入手進行總體結構的設計:

根據微機繼電保護系統的設計目標、設計功能,列出所需要的相關硬件,構建整體微機繼電保護系統結構框架;另一方面,盡量采用模塊化的開發設計模式,將微機繼電保護系統按照不同的功能環節,設計各功能模塊之間的結構關系。

如下圖所示,是本論文所探討的利用虛擬儀器平臺所開發的微機繼電保護系統結構原理圖。這種方式既便于模塊的單獨調試,節省系統開發周期,又便于系統功能的改變,使系統具有更強的移植與升級功能。

如圖1所示,基于虛擬儀器技術的微機保護系統結構主要由一次系統、轉換模塊、數據采集模塊、保護測量模塊及保護決策軟件系統等幾部分構成,一次系統主要負責面向電網系統模擬設置合適的傳感器,將相關擬生成電網的二次側電壓、電流信號,信號經過轉換、調理電路變換成符合要求的-5V～+5V模擬信號送數據采集模塊,數據采集模塊主要由DAQ數據采集卡構成,能夠自動將模擬產生的模擬電壓信號進行A/D轉換,并進行初步的數據處理轉換再傳送給以虛擬微處理器為核心的保護決策模塊,最終將生成的繼電保護控制決策信號輸出到保護策略模塊,最終實現微機繼電保護系統的功能。

2.2 數據采集模塊的設計與實現

本文中微機實現的繼電保護實驗系統輸入信號來源于繼電保護測試儀,根據保護系統測試輸入信號的特點,本論文采用數據采集卡來負責數據的采集與高速傳輸。

2.2.1 數據采集卡的選擇

要實現基于虛擬儀器技術平臺的微機繼電保護系統,一次系統在完成相應電力系統電參數的傳感檢測之后,數據采集模塊要能夠按照微機繼電保護系統的功能于設計要求實現相應數據的轉換與采集,因此,數據采集卡的選擇成為整個微機繼電保護系統保護功能實現的關鍵。目前的數據采集卡,主要有12位或16位的DAQ數據采集卡,在具體決定選用12位還是16位的DAQ設備時,主要從采集精度和分辨率這兩個指標考慮,可以由給定的系統精度指標衡量出DAQ卡需要的整體精度。

在本論文中,這里選取PCI-1716數據采集卡。PCI-1716是研華公司的一款功能強大的高分辨率多功能PCI數據采集卡,它帶有一個250KS/s16位A/D轉換器,1K用于A/D的采樣FIFO緩沖器。PCI-1716可以提供16路單端模擬量輸入或8路差分模擬量輸入,也可以組合輸入。它帶有2個16位D/A輸出通道,16路數字量輸入/輸出通道和1個10MHz16位計數器通道。PCI-1716系列能夠為不同用戶提供專門的功能。

2.2.2 虛擬數據采集程序的實現

在選擇了數據采集卡硬件設備之后,需要借助于虛擬儀器平臺為整個系統設計虛擬護具采集程序。在具體進行設計時,由系統內部虛擬程序產生數據采集卡鎖需要的相應信號,具體來說就是CT、PT信號,因此,在具體編程時,首先將CT、PT信號傳輸至相應的濾波器,LabVIEW提供了各種典型的濾波器模塊,根據需要可以設置成低通、高通、帶通、帶阻等類型的濾波器;其次,將經過數據濾波處理之后的數據進行輸出。數據采集模塊的程序如圖2所示。

2.3 微機保護模塊的設計與實現

既然在數據采集模塊之后需要進行數據的濾波,盡管LabVIEW提供了各種典型的濾波器模塊,但是仍然需要借助于虛擬濾波模塊設計專用的濾波算法,而且在微機繼電保護系統中,對電力系統的繼電保護功能的實現,主要是由相應的濾波保護算法實現的,因此有必要為虛擬微機電力保護系統設計濾波保護算法程序。

本論文采用如下的設計方法對濾波保護算法進行設計:

1) 利用LabVIEW自帶的濾波器進行數據的排序濾波。

2) 按照系統保護功能所需要的數據頻帶,設置相應的低通、高通、帶通、帶阻等燈濾波保護功能。按照上述方法,基于虛擬儀器平臺的微機繼電保護系統,其濾波器輸入得到的數據序列,多數是傳感器采集到的電參數,如電壓和電流,而電壓和電流數據是離散的數字量序列,其中包含了大量的諧波干擾信號,因此有必要進行濾波。在本論文中,采用了二級濾波保護算法,即分別進行前置濾波和后置濾波,實現對數據的二級濾波保護,從而提高整個微機繼電保護系統的穩定性和可靠性。前置濾波模塊如圖3所示,后置濾波模塊如圖4所示。其中前置濾波模塊提供了差分濾波器、積分濾波器、級聯濾波器、半波和1/4周波傅立葉濾波器、半波和1/4周波沃爾氏濾波器,可以根據需要自行選擇;后置濾波模塊提供了平均值濾波器、中間值濾波器,也可以自由選擇。

3 結束語

利用虛擬儀器技術進行微機繼電保護裝置系統的設計開發,能夠很好的避免了實物硬件開發設計所帶來的周期較長、調試較復雜以及成本較高等劣勢,所有的開發設計任務全部在虛擬儀器平臺上完成。本論文將虛擬儀器技術應用到了微機保護裝置的設計,對于進一步提高微機繼電保護裝置的可靠性與穩定性具有優勢,同時借助于虛擬儀器技術的開發,能夠更好的實現電氣繼電保護功能的完善與提升。

參考文獻:

[1] 李佑光,林東.電力系統繼電保護原理及新技術[M].北京:科學出版社,2003.

[2] 王亮,趙文東.微機繼電保護的現狀及其發展趨勢[J].科技情報開發與經濟,2006,16(18):150-151.

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1、引言

幾十年前，人們所做的復雜數字邏輯電路及系統的設計規模比較小也比較簡單，其中所用到的FPGA或ASIC設計工作往往只能采用廠家提供的專用電路圖輸入工具來進行。為了滿足設計性能指標，工程師往往需要花好幾天或更長的時間進行艱苦的手工布線。碩士論文，ITL。工程師還得非常熟悉所選器件的內部結構和外部引線特點，才能達到設計要求。這種低水平的設計方法大大延長了設計周期。

近年來，FPGA 和ASIC 的設計在規模和復雜度方面不斷取得進展，而對邏輯電路及系統的設計的時間要求卻越來越短。碩士論文，ITL。這些因素促使設計人員采用高水準的設計工具，如：硬件描述語言（Verilog HDL 或VHDL）來進行設計。

然而，Verilog HDL 硬件描述語言缺乏對于電路邏輯關系描述和分析的形式化方法，尤其是缺乏基于時序的邏輯描述。這對于化簡和檢驗正確性都帶來了麻煩。而ITL語言描述則提供了另一套基于時序的形式化解決方法，對Verilog HDL 硬件描述語言起到了很好的補充作用。

2、ITL簡介

區間時態邏輯(interval Temporal logic，ITL)是一種用于描述離散區間或時段的邏輯系統，它是時態邏輯的一個分支。我們可以把一個區間(interval)看作是一個有限的狀態序列;這里的狀態就是從所有變量到其值的映射。區間的長度定義為該區間內狀態數減 1。因此，只含有一個狀態的區間的長度為0。一個區間s0… sn 的長度是n。一個只有單個狀態的區間的長度是0。

ITL 的基本表達式和公式的語法如下所示

表達式：

公式：

其中，μ為一個整數值;a 為靜態變量(在區間內不改變);A 為狀態變量(在區間內

值可變);g 是函數符號;p 為謂詞。碩士論文，ITL。下面我們以RS 觸發器為例來說明ITL的使用：

一個RS 觸發器是一個簡單的儲存和保持一位數據的記憶單元。兩個輸入決定了互補的輸出和。S（Set）為置一，R（Reset）為置零。

圖1 RS 觸發器結構圖圖2 RS 觸發器的真值表

按照傳統的方法，根據真值表列出輸入輸出變量的邏輯方程，得到：

Qn+1=S+￢R*Qn

S*R=0

而用 ITL描述可以直接把邏輯關系（動作、謂詞）寫出來，再化簡：

把時間等參數變量考慮進去，我們就可以得到RS觸發器的結構方程：

3、Tempura

用ITL 能夠方便準確地描述基于時序的數字電路，然而缺乏可執行能力，運算公式不能直接進行計算機仿真和驗證。Tempura 則是ITL 強有力的可編程可執行的工具集，大大增強了ITL 的實用性。Tempura 是一種可直接執行的數字電路時序邏輯設計方式，是 ITL 的一個可執行子集。發展到今天，Tempura 已經能夠直接在Windows 環境下運行。碩士論文，ITL。只要熟悉ITL 的語句，對照著Tempura 自帶的指導工具，使語法公式一一對應就可以進行編程和仿真，十分方便。碩士論文，ITL。

下面我們還是以RS 觸發器為例來說明

用VerilogHDL采用門級描述為：

moduleRS_FF(R,S,Q,QB);

input R,S;

output Q,QB;

nor (Q,R,QB);

nor (QB,S,Q);

endmodule

用VerilogHDL采用行為描述為：

moduleRS_FF(R,S,Q,QB);

input R,S;

output Q,QB;

reg Q;

assign QB=~Q;

always@(R or S)

case({R,S})

2'b01:Q<=1;

2'b10:Q<=0;

2'b11:Q<=1'bx;

endcase

endmodule

而根據前文所述的用 ITL描述的RS觸發器改寫成Tempura 語言，代碼如下：

為了檢驗設計結果，需要輸入仿真參量，代碼如下：

(S=0) and (R=0)and (Q=0) and (Qbar=0) and

for lis<<1,0>,<0,0>,<0,1>,<1,0>,<0,0>>

do (len(5)and (Sgets l0) and (R gets l1)

)

and

(S,R)latch(Q,Qbar)

仿真結果如下，和真值表一樣。

圖3 仿真結果

傳統的數字電路設計方法繁瑣且不嚴謹，而且往往缺乏時序邏輯的描述能力。針對這個問題，HDL的使用為硬件設計師提供了一個非常好的分析和設計數字硬件的工具，也為溝通軟件和硬件提供了一種方法。然而，這些 HDL 一般是為模擬數字硬件的功能而設計，往往比較適用于較低層級的設計。同時傳統的HDL 設計方法缺乏對數字硬件推理和證明的機制；對行為描述的能力較弱，缺乏形式設計或驗證的支持工具。形式化的設計方法則提供另一種強有力的數字電路描述。在軟件工程中，形式方法已經取得一些引人注目的成就。但是在硬件設計領域，形式方法的應用研究和成就仍然在起步階段。在國內的面向市場的數字電路設計，情況更是這樣，形式方法的使用很是有限。ITL 等形式方法（特別是配以成熟高效的可執行工具，如Tempura）， 將有效提高我們描述和設計數字電路。碩士論文，ITL。正如本文開頭所說，在硬件設計速度趕不上軟件速度的今天，形式方法將給我們帶來一種新的突破思路，這在未來的電路設計領域將有廣闊的應用和發展空間。

參考文獻

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篇10

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）02-0172-01

1 引言

隨著移動互聯網以及物聯網的發展，“大數據”漸漸成為發展的一種趨勢，如何有效存儲數據成為我們面臨的一個問題，云存儲技術成為首要選擇。因為用戶不需要進行硬件的管理和維護，它本身能夠根據所需容量大小對用戶數據進行定制，從而大大縮減了用戶的成本和人力的投入。另外云存儲技術具有易擴充、價格低、易管理等優點，同時它也可以通過對外提供數據的存儲以及業務的訪問功能，以降低數據管理和運維成本。Hadoop分布式文件系統（HDFS）是一個運行在普通的硬件之上的分布式文件系統，具有高傳輸率、高容錯性等特點，來滿足當前海量數據的存儲管理問題。

本文主要提出了一種在大數據場景下基于HDFS的云存儲服務系統設計方案，滿足對大數據進行高效存儲的需求。

2 HDFS數據管理機制分析

Hadoop是一個分布式系統基礎架構，由Apache基金會開發。它實現了一個分布式文件系統，簡稱HDFS。

由圖1可知， HDFS是主從式的分布式系統，對于數據的操作集中在名稱節點（NameNode）以及數據節點（DataNode）。NameNode上保存著控制信息的元數據，DataNode上保存的是實際數據，因此客戶端可以通過NameNode對元數據進行相關操作。

3 系統分析與設計

3.1 系統分析

目前許多企業面臨空前的海量數據管理難題，存儲數據的成本也居高不下，并且信息存儲的安全性也有待加強。因此，結合云存儲的特點，要設計一個成功的云存儲服務系統案例，可以從以下幾個方面考慮：

（1）大容量。通過對連接的普通PC機上的存儲文件類型進行設置，從而合理分配數據。

（2）高效性。將客戶端對文件數據的請求盡可能分散，提高其并發性。

（3）安全性。通過Hadoop集群的副本策略提高安全性，同時也可以兼顧Hadoop平臺的容錯技術。

（4）可擴展性。當請求增加時，系統可以通過增加PC機節點來擴展系統存儲容量和計算性能。

3.2 系統設計

本文將設計的基于HDFS的云存儲系統命名為“望遠鏡”云平臺系統，實現用戶對存儲在本地的文件數據進行管理和維護，并可通過客戶端將指定文件上傳到集群系統中，或實現下載功能。

本系統的功能需求分為管理員的功能需求和普通用戶的功能需求。共分為三個模塊：管理員、普通用戶和平臺管理。圖2所示為系統功能模塊圖。

4 結語

本系統的主要任務是對來自用戶的大容量數據進行存儲，所以系統滿意度最重要的判斷標準是對于用戶作業的處理時間的響應，由于本系統在實現中，因此這部分工作后續完成，另外可以在用戶的存儲空間管理方面以及信息安全等方面可以進行進一步的優化和改進。

參考文獻

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