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数字密码锁的设计

数字密码锁的设计

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  • 锁具设计新理念 全程解码密码锁设计

    智能密码锁是锁的一种,开启时用的是一系列的数字或符号。密码锁的密码通常都只是排列而非真正的组合。部分密码锁只使用一个转盘,把锁内的数个碟片或凸轮转动;亦有些密码锁是转动一组数个刻有数字的拨轮圈,直接带动锁内部的机械。阅读全文>>

  • 基于DSP的数字存储示波器显示控制系统的设计

    摘要:一种基于DSP的数字存储示波器显示控制系统的设计方案。该系统主要由主机接口电路、数据处理电路及显示控制电路三个部分构成。介绍了系统的总体结构,并分析了其主要模块的工作原理,介绍了软件设计思想和程序流程图。该系统具有图形、字符、汉字的显示功能,可广泛用于智能代仪表和工业控制等领域中,用作终端显示。关键词:DSP高级显示控制器数字存储示波器图形显示数字存储示波器(DSO)是近年来发展起来的一种先进的测量仪器,与传统的模拟示波器相比,它具有很多的优点。DSO的基本思想就是通过先进的数字化测试技术实现传统的示波器所不具备的功能,如长期存储波形、显示大量的预触发信息、根据程序进行全自动的测量、将波形输出到打印机或绘图仪上或将波形传送给计算机、将一些先进的数字信号处理算法加入到程序中等。目前,数字存储示波器的显示器主要彩LCD(液晶显示)和CRT来完成。LCD显示器价格高,一般用于高档的数字存储示波器中。在许多场合,对显示并没有很高的要求,故在中低档示波器中,CRT显示器仍占主流。CRT显示器又分为两类:随机扫描式和光栅扫描式。前者的缺点在于难以生成具有多种灰度连续变化的图形,应用面小;而后者广泛应用在各种场合。基于此研制一种结构简单、性能可靠、价格低廉、通用性强、应用小型光栅扫描式显示器的DSO显示控制板是非常必要的。本系统就是应要求开发的具有四级灰度的DSO显示控制板。1系统硬件结构数字存储示波器显示控制系统的硬件结构框图如图1所示。整个系统可划分为主机接口电路、数据处理电路、显示控制电路三个部分。DSP通过主机接口取得前端控制信息及相应的采集数据,并将采集数据转化为屏幕上的逻辑坐标。随后,DSP根据主机要求,将相应控制信息传送给显示控制芯片(ACRTC)。ACRTC将逻辑坐标转换为显示存储器中对应的物理地址,并对显示存储器进行刷新。在点时钟的控制下,两片74HC166分别将显示存储器中16位并行数据的偶数位和奇数位转换为串行点数据。两组对应移出的点数据构成一个像素的视频数字信号,再进行D/A转换,就形成具有四级灰度的视频信号;这样在ACRTC提供的行、场同步及消隐信号的配合下,就可控制显示器进行显示。2主要功能模块的设计2.1主机接口电路主机接口主要由DSP自身的主机接口及多处理器信号端共同构成。TMS320VC5409的主机接口为标准型主机接口(HPI-8),其主要电路由HPI存储器(DARAM)、HPI地址寄存器(HPIA)、HPI数据锁存器(HPID)、HPI控制寄存器(HPIC)及HPI控制逻辑构成。在TMS320VC5409与主机连接时,HPI作为主机的一个外部设备。HPI-8提供8位数据宽度,在接收主机数据时,HPI-8能自动地将外部接口传送8位数据组合成16位数据,然后传送给DSP。在该系统中,HPI-8占用8个主机外设地址。通过选择不同的低三位地址可对HPI-8的不同寄存器进行访问。多处理器信号XF用于避免主机和DSP对HPI-8的不同寄存器进行访问。多处理器信号XF用于避免主机和DSP对HPI-8访问时可能产生的时间上的冲突——在DSP完整读取一组数据之前,主机已将其中某些数据进行了修改,这样DSP获得的是一组错误的序列。多处理器信号BIO用于配合DSP指令XC(该指令可根据BIO电平的高低改变程序的流向)判断该次传输的是数据帧还是指令帧,并进入相应的处理程序。同时,主机和DSP之间还可以通过主机接口相互发送中断请求,而不需要添加任何外部电路,只需修改HPIC中相应的状态位便可实现。2.2数据处理电路这里,核心器件使用TI公司的高性能DSP——TMS320VC5409-100。TMS320VC5409定点数字信号处理芯片采用六级流水线和一套专用的指令集,最高处理能力可达100MIPS,其功耗低、性价比高。TMS320VC5409片内只有32K双寻址RAM和16KROM,无法满足系统需求,故外扩了一片256K%26;#215;16bit容量的SST39VF400,配置相应空间用于存储程序、菜单和字模。由于采用了DSP作微处理器,因而容易实现数字存储示波器软件功能的升级,以不断满足市场对示波器数据处理能力的要求。2.3显示控制电路显示控制部分包括显示控制芯片HD63484、显示存储器、并/串转换电路和D/A电路等。显示控制芯片采用HITACHI公司的HD63484-P8。这是一款典型的第二代通用型高级显示控制芯片,具有以下特征:%26;#183;丰富的画图命令,包括画点、直线、折线、矩形、多边形、圆/弧以及区域填充等。%26;#183;可控制的显示存储器最大可达2M字节,字符RAM最大可达128K字节。%26;#183;画图速度快,画图命令可直接使用X-Y坐标,与存储器物理地址的对应关系由硬件自动计算完成。%26;#183;内有16%26;#215;16像素图案RAM,在指定点画图符或者写汉字均非常方便。%26;#183;显示屏幕可分为上、中、下三个显示分区和一个窗口,其位置和大小可以任意设定,还可以实现水平和垂直方向的平滑滚动。%26;#183;图形允许水平或垂直方向放大1~16倍。HD63484作为标准的外部设备与MPU连接,占用两个MPC的I/O空间。HD63484不具备指令存储器,仅有一个很小的指令缓冲区(16字FIFO,8字读,8字写),因而不能对其进行独立的编程控制,必须由其它芯片完成。高速的DSP可完成这一工作。DSP接收主机数据,根据需要控制HD63484进行所需的显示控制工作。因此,对HD63484的控制实际上也就变为了对DSP的编程。DSP是通过发送命令和参数来实现对HD63484的控制(以HD63484指定的命令和参数的形式)的。另外,考虑到DSPI/O部分的工作电压为3.3V,而HD63484工作电压为5V,故在它们之间接了电平转换芯片。显示存储器用于存储经HD63484处理后的数据,用一个字的相邻两位构成一个像素的灰度数据,两位共有四种组合,因而可构成四级灰度,便于波形比较。并/串转换电路在点时钟的控制下将显存中的数据串行移出,经过D/A电路转换后送往显示器。由于灰度较少,这里的D/A电路仅需进行两位的D/A转换;但同时又对速度要求较高,帮需高速的DAC才能满足要求。本系统没有采用专用的集成器件,而是利用基本数字及模拟器件构成,避免了不必要的资源浪费,且效果良好。3系统软件的设计3.1主机与显示控制板通讯的协议流程前端主机通讯流程如图2所标,显示控制板通讯流程如图3所示。3.2帧结构及帧处理程序流程需传送的帧可分为两种:数据帧、控制帧数据帧用来传输波形的采样数据,其基本结构为:通道号数据长度数据对于控制帧类型示波器,由于其显示要求相对简单,只要求能够同时显示两路波形及简单的菜单,故可对其显示内容进行分块。每一模块对应一自定义变量,主机只需修改相应的变量值,便可实现对显示的控制。其基本结构为:传送数据长度总数变量标号变量值变量标号变量值……数据帧处理程序只进行数据的接收,并不进行任何显示控制工作。控制帧处理程序根据主机所要求的显示方式对各个变量进行修改,并驱动HD63484实现对屏幕的刷新。考虑到本文系统所需汉字、字符较少,这里将汉字、字符统一按图形处理,因而将HD63484设置为图形工作方式,简化了结构。可以将本显示控制系统应用于数字存储示波器的显示控制中,其设计思路具有一定的通用性。通过修改DSP软件,该显示控制板可与各种MPU或主机相连。本显示控制系统能应用于多种场合,特别是在计算机化的测量仪器和工业控制领域,作为显示部件,能以更直观的方式显示出测量结果和菜单。阅读全文>>

  • 基于RlTOS和ISP功能的数字仪表系统设计与实现

    摘要:以Atmel公司的AT89S52型单片微控制器为对象,介绍基于RTOS(多任务实时操作系统)和ISP(在系统可编程)功能数字仪表系统的软硬件设计,同时给出硬件系统的组成和相关软件编程的实现代码。经某武器系统的调试试验表明,该仪表系统具有显示直观、准确、可靠的优点。关键词:RTOS;ISP;单片微控制器;液晶显示模块引言Atmel公司的控制器以其集成度高、在线调试方便等特点广泛应用于工程实践领域,文中以某武器系统的前期预研为背景,讨论了数字仪表系统的软硬件实现过程,其主要功能包含:实时采集配电箱系统的6路正负模拟电压值及作战环境温度,并通过MSl2232B型液晶模块动态式显示。1软件特性随着C语言在嵌入式系统中的广泛运用,软件系统的实时性、复杂性设计要求也越来越高,用通常的单任务无限循环结构与中断服务子程序相配合的编程思想已难以完成相关的软件设计或实现较为困难,RTOS(多任务实时操作系统)是现阶段较为流行的处理方式。RTOS的基本设计思想是将多种系统输入和处理要求,按功能做成不同的任务函数体,并分配适当的优先级,参考Windows系统的多线程处理机制,将CPU执行时间划分成若干区段,每个任务函数体对应一个时间片段.在规定的时间内执行完后允许切换到另一个任务,因各时间段非常短,表现的是多任务实时处理特性。因为任务并非同时执行且具备跳转特性,所以整个项目管理文件内可以有多个无限循环结构,且省略了main入口函数,这是RTOS最大的特色。文中以Keil集成开发环境为平台,利用RTX5lTiny版本来完成整个软件设计过程。ISP(在系统可编程)是一种适合Atmel系列器件的Flash技术,通过PC的LPT标准并行接口,能实时地将Intel格式的源程序代码下载到微控制器的相应存储区域。ISP的最大特点是简化了调试过程,提高了软件系统的可维护性,使其具备了在线升级特性。而且整个开发过程省去了反复插拔电路的操作。2系统硬件构成本系统硬件主要包括如下几个模块:AT89S52型主控制器、ADC0809型模/数转换、MSl2232B型液晶显示器、温度传感器及语音报警等。其中AT89S52型微处理器主要完成外围器件的硬件控制及相关数据解算,ADC0809采集6路模拟信号并输入主控制器,MSl2232B完成数字及相关标识字符的显示,配电系统的电压波动超出预定指标时由语音模块给出相应的报警信息。2.1主控制器模块主控制器是Atmel公司生产的AT89S52型单片微控制器,与常规C51系列相比,其突出特点是具有8KB闪速式存储器(降低了对外扩存储器的要求)、256BRAM内存(可容纳更多局部变量)、8个中断源及ISP在线可编程特性。2.2液晶显示模块MSl2232B属于图形点阵系列的显示器件,具有双行显示功能,其点阵结构为122%26;#215;32,通过AT89s52给出必要的数据和指令来操作MSl2232B主、辅控制器,从而完成图形、字符等相关信息的显示。该液晶显示模块还具有较强的通用性.用户用少量元件就可以构成一个完整的LCD系统。电路连接如图1所示。2.3A/D数据采集模块由于本系统涉及多路模拟信号,故选择了AD(20809型通用模/数转换器,它采用逐次逼近方式完成A/D转换过程,其片内带有8路模拟开关,能自动锁存信号,输入电压范围是0V~+5V,因为该器件的输出具有1TrL三态锁存缓冲器结构,所以可以直接连人单片微控制器的I/O口。相关的接口连接如图2所示。需要说明的是,在本系统6路电源信号中只有一路负电源信号符合ADC08090V~5v的输入特性,因此必须配备相应的反相电路,则通过LM358型运算放大器来完成。利用LM358还可以扩展监测范围(以降低测量精度为前提),这对于精度要求不太高的场合是可行的。图2中PC817型光耦用于检测负电压信号,当IN4为低电平信号时对应负电压信号,此时在MSl2232B的相应行位置给出“-”号标志,这不仅解决了正负电压同行显示的兼容性问题,而且减少了软件设计量(由6路简化为3路),同时使系统实时性相应提升。2.4温度传感器模块DSl8820是Dallas公司推出的l—Wire式数字温度传感器,它能实时采集现场环境的温度数据,并将相应的值转换为数字量输出。该温度传感器与AT89S52的连接如图3所示。2.5语音报警模块该模块主要实现异常情况下告警信息的输出,只要配电箱电压信号的波动值超出一定的范围,音频告警装置即给出不同的频率信号使蜂鸣器发声,以提示相关操作人员注意。3系统软件设计按RTOS系统的程序结构要求,软件工程主要由如下4部分组成:初始化、数据采集与A/D转换、显示子程序、温度监测与告警模块。如果将初始化设置为任务0,那么除了要完成相应的硬件配置与变量赋初值外,还必须启动所有其他任务,另外,因为初始化过程只须进行一次,所以Task0还应当删除其自身。具体的程序代码如下所示:voidInit(void)_task_Intial{variable=0;LcdInitialO;ClrScreenO;0s_create_task(AI)C0809I)ata);os_create_task(DSl8820Temperate);0s_create_task(LCMI)isplay);0s_delete_task(Intial);}其中相关的宏定义变量值为:#defineIntialO#defineADC0809Data1#defineDSl8820Temperate2#defineLCMDisplay3在Keil集成开发环境下调试本程序时,除了要包括相应的头文件(rtx51tny.h)外,还必须设置好相应的环境参数值。3.1数模转换子程序数据采集与A/I)转换子程序主要对配电箱传来的模拟信号进行采样、量化及返回值处理。软件编程时的电气时序及相关技术要求如图4所示。在时序图中,上升沿清空量化结果寄存器内的值,下降沿启动,A/D转换;采样启动脉冲的高电平状态至少应维持100μs;EOC变为低电平表示转换过程正在进行,且启动信号的硬件迟滞效应时间至少应为10μs;MSB对应AT89S52并口的:P0.7,LSB对应P0.0。关键部分的程序源代码及注释如下:unsignedintAI)C0809(void){unsignedintwait=3;ChannelChooseA=1;ChannelChooseB=0;ChannelChooseC=0;ADStartPulse=0;ADStartPulse=1;//产生A/D转换的启动脉冲(上升沿部分)delay();//保证启动脉冲的高电平宽度至少大于100μsADStartPulse=0;//产生A/D转换的启动脉冲(下降沿部分)wait--;wait--;//指令延时以保证达到:EOC变为低电平所需的硬件迟滞要求。‘whilefADConvertEOC==0):return(Result);/将A/[)转换后的量化值返回到主函数中。}3.2液晶显示模块MSl2232B型图形点阵液晶显示(LCM)模块左右分为Master和Slave控制器,上下共分4页,左边列地址为0-61,右边列地址为0-61,对该器件的操作关键是按时序图正确配置好主、辅控制器的工作状态。利用AT89S52访问LCM时有二种常用的方法,即存储器映射寄存器寻址和模拟接口时序,本系统采用后一种方法。主要函数模块源代码分析:voidMasterWriteD(unsignedcharRamdata)//向Master控制器写数据{ReadOrWrite=0;InstructionOrData=1;MasterEl=1;P0=Ramdata;MasterEl:0;}voidMasterWriteI(unsignedcharRamdata)//向Master控制器写指令{ReadOrWrite=0;InstructionOrData=0;MasterEl=1;P0=Ramdata;MasterE1=O;}voidReadState(void)//检测主、辅控制器工作状态{ReadOrWrite=1;InstructionOrData=0;MasterEl=1:SlaveE2=1;PO=0xff;while(BusStateBusy==1);}voidSetPage(unsignedcharpage0,unsignedcharpagel){MasterWriteI(0xb8|pagel);SlaveWriteI(0xb8|page0);}voidSetColumn(unsignedcharaddress0,unsignedcharaddressl){MasterWriteI(0x3f%26;amp;addressl);SlaveWfiteI(0x3f%26;amp;address0);}//在主控制器操作的左边LCM屏上显示一列信息(由8个像素点构成)voidMasterPutChar(unsignedcharmasterchar){ReadState();MasterWriteD(masterchar);}一般说来。AT89S52的RAM存储空间是有限的,而图形或字符的点阵代码(可以下载相关的应用插件,由.bmp文件或字符自动生成)如果太大,放置到RAM区会出现内存不足的告警提示,为此可按如下方式处理:unsignedcharcodeDotn[]=lOxOO,Ox00,0x30,0x00,0x30,Ox00,Ox00,0x00};即将点阵代码通过code关键字限定后放于ROM区域内。3.3DSl8820的1-Wire子程序DSl8820的突出优点是将现场采集的环境温度直接以数字形式输出,这样可以省去后续的信号放大及模/数转换部分,构建外围电路的元件少且相对简单,系统成本低廉;1-Wire接口与AT89S52通信,其结构便于多点测量且易于扩展;测温范围宽(-550℃~1250℃)且精度高。对l-Wire的操作关键是软件时序的处理,对于不同的晶体振荡器其延时参数是不同的,本系统以12MHz为例给出如下主要程序代码:bitDallassReset(void){unsignedcharpresence=0;DallassDataout=1;//发出复位脉冲前先释放总线delay(10);DallassDataout=0;delay(240);//保证延时在4801μs~9601μs之间DaUassDataout=1;delay(35);Dresence=DallassDataout;delay(60);return(presence);}//写时序从主控制器把总线拉低时开始voidwriteCommand(unsignedcharcommand){unsignedcharcount;for(count=O;count<8;count++){DallassDataout=0;if(command%26;amp;0x01==1){DallassDataout=1;//写“1”时序在将总线拉低后,AT89S52主控制器必须在15μs内释放总线,所以此语句之前不能有较长时间的延时语句}delay(35);//无论写“1”还是写“0”时序都必须有至少601as的低电平DallassDataout=1;//总线恢复的过程command=command>>1;}}//读时序从主控制器将总线拉低至少1μs后释放总线的时刻开始unsignedcharreaddata(void){unsignedcharvalue;unsignedcharmidtemp=0;for(value=0;value<8;Value++){IDallassDataout=0;midtemp=midtemp>>1;-nop_O;_nop_O;DallassDataout=1;//读时序时,控制器必须在15μs内释放总线,然后采样总线状态,所以此语句之前不能延时太长的时间的延时语句if(DallassDataout==1){midtemp=midtemp|0x80;//因为midtemp初始被赋值为0,所以如果采样总线状态为0则不必处理,0会自动被返回}delay(35);//延时70μs完成此次Bit位读时序过程,为下一次读作准备}return(midtemp);}voiddelay(unsignedcharout){unsignedcharin;for(in=out;in>O;in--);}4ISP的结构原理将ISP功能集成到成型的PCB上就可以实现程序的实时更新与升级操作,其结构原理如图5所示,这对于复杂工程系统设计显然是很方便的,也是切实可行的。5结论随着智能仪器仪表技术的发展,显示模块的液晶化已成为一种较为流行的趋势。本文给出的软硬件设计方案已在某武器系统的调试过程中得到正确、可靠、稳定的运行。它不仅克NT模似仪表体积大、故障率高的缺陷,而且由于运用了RTOS技术,使数据检测的敏捷度得到大幅提升。另外,ISP功能的在线集成也为系统功能的扩充预留了空间。阅读全文>>

  • 基于支持向量机的手写体数字识别系统设计

    核心提示:手写数字识别在经过过去几十年的研究取得了很大的成功,识别率在90%以上,但是作为数字识别它需要更高的识别率,因为数字识别的错误所带来的影响比文字识别等其他识别所带来的影响更大,尤其在金融领域数字识

    手写数字识别在经过过去几十年的研究取得了很大的成功,识别率在90%以上,但是作为数字识别它需要更高的识别率,因为数字识别的错误所带来的影响比文字识别等其他识别所带来的影响更大,尤其在金融领域数字识别的错误所带来的后果更是不可低估(6)它表明,在有限训练样本下,学习机器的VC维越高(复杂性越高)则置信范围越大,导致真实风险与经验风险之间可能的差别越大。因此,要使VC维尽量小以缩小置信范围,才能取得较小的实际风险,即对未来样本有较好的推广性。

    对于一个规范超平面子集来说其VC维满足不等式:其中n为向量空间的维数,R为覆盖所有向量的超球体半径,即(6)最小。如果固定经验风险,最小化期望风险的问题就变成最小化w的问题,因此在支持向量机中就是最小化式子:上式第1项使两类样本到决策面最小的距离为最大,以提高泛化能力,第2项使错分为最少,常数C对两者做出折中。

    为求解这个优化问题,引入拉格郎曰函数:其中心0,0,函数L的极值应满足条件:士风命=0‘樘1=0由此可得到优化问题的对偶形式,最大化函数:量管理绩效评价接口、设备管理绩效考核接口、储运系统绩效考核接口等)从而使企业价值活动形成一个良性、互动、有机的整体。在宏观和微观两个方面对企业的绩效进行管理。使企业的低成本竞争战略得以有效和全面地实施,使企业能够最终保持和增强竞争优势从而更好地实现企业的战略目标,获得最大的利益和持续性发展。炼化企业信息系统方案模型如所示。

    8结论信息系统的建设对于企业增强竞争力、提高生产和工作效率是至关重要的,但是企业信息化的庞大投资能否获得回报要看信息系统能否为企业(尤其是生产企业)成本的控制和收益的提高做出贡献。我们认为,在对企业的各种价值活动和与之相应的价值链(如产、供、销价值链,物耗能耗价值链,设备检维修价值链,人力资源价值链,绩效管理价值链等)进行了比较全面和实际的分析之后,在此基础上,根据效益驱动、整体规划、分步实施、重点突破“的CIMS系统建设原则,能够为企业提供一个实现绩效管理和绩效改进,并且适合企业自身特点,满足其实际生产和管理需要的信息系统设计方案。

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  • 智能全数字锁相环的设计

    摘要:在FPGA片内实现全数字锁相环用途极广。本文在集成数字锁相环74297的基础上进行改进,设计了锁相状态检测电路,配合CPU对环路滤波参数进行动态智能配置,从而使锁相环快速进入锁定状态,在最短时间内正常工作并且提高输出频率的质量。关键词:全数字锁相环数字环路滤波器数字单稳态振荡器1引言数字锁相环路已在数字通信、无线电电子学及电力系统自动化等领域中得到了极为广泛的应用。随着集成电路技术的发展,不仅能够制成频率较高的单片集成锁相环路,而且可以把整个系统集成到一个芯片上去。在基于FPGA的通信电路中,可以把全数字锁相环路作为一个功能模块嵌入FPGA中,构成片内锁相环。锁相环是一个相位误差控制系统。它比较输入信号和振荡器输出信号之间的相位差,从而产生误差控制信号来调整振荡器的频率,以达到与输入信号同频同相。所谓全数字锁相环路(DPLL)就是环路部件全部数字化,采用数字鉴相器(DPD)、数字环路滤波器(DLF)、数控振荡器(DCO)构成的锁相环路,其组成框图见图1示。当锁相环中的鉴相器与数控振荡器选定后,锁相环的性能很大程度依赖于数字环路滤波器的参数设置。2K计数器的参数设置74297中的环路滤波器采用了K计数器。其功能就是对相位误差序列计数即滤波,并输出相应的进位脉冲或是借位脉冲,来调整I/D数控振荡器输出信号的相位(或频率),从而实现相位控制和锁定。K计数器中K值的选取需要由四根控制线来进行控制,模值是2的N次幂。在锁相环路同步的状态下,鉴相器既没有超前脉冲也没有滞后脉冲输出,所以K计数器通常是没有输出的;这就大大减少了由噪声引起的对锁相环路的误控作用。也就是说,K计数器作为滤波器,有效地滤除了噪声对环路的干扰作用。显然,设计中适当选取K值是很重要的。K值取得大,对抑止噪声有利(因为K值大,计数器对少量的噪声干扰不可能计满,所以不会有进位或借位脉冲输出),但这样捕捉带变小,而且加大了环路进入锁定状态的时间。反之,K值取得小,可以加速环路的入锁,但K计数器会频繁地产生进位或借位脉冲,从而导致了相位抖动,相应地对噪声的抑制能力也随之降低。为了平衡锁定时间与相位抖动之间的矛盾,理想的情况是当数字锁相环处于失步状态时,降低K计数器的设置,反之加大其设置。实现的前提是检测锁相环的工作状态。3工作状态检测电路图2为锁相环状态检测电路,由触发器与单稳态振荡器构成,fin为输入的参考时钟,fout为锁相环振荡器输出的时钟移相900。fout对fin的抽样送入单稳态振荡器。在锁定状态如图3,fout与fin具有稳定的相位关系,fout对fin抽样应全部为0或1,这样不会激发振荡器振荡,从而lock将输出低电平;而失锁状态时如图4,fout与fin出现相位之间的滑动,抽样时就不会出现长时间的0或1,单稳态振荡器振荡,使lock输出高电平。锁相环的锁定状态保持时间的认定,可以通过设置振荡器的性能。在FPGA设计中,要采用片外元件来进行单稳定时,是很麻烦的,而且也不利于集成和代码移植。单稳态振荡器的实现也可以在FPGA内实现,利用计数器的方法可以设计全数字化的上升、下降沿双向触发的可重触发单稳态振荡器。4智能锁相环的设计智能全数字锁相环的设计如图5所示。锁相环与CPU接口电路,由寄存器来完成。对于CPU寄存器内容分为两部分:锁相环的工作状态(只读),k计数器的参数值(读/写)。CPU可以通过外部总线读写寄存器的内容。图5智能全数字锁相环框图CPU根据锁相环状态就可以对锁相环K计数器进行最优设置。实际测试时设置K初始值为23,此时锁相环的捕捉带较大,在很短时间内就可以达到锁定状态,lock变为低电平。CPU检测到此信号后自动将K值加1,如lock仍然为低电平,CPU会继续增加K值;直到锁相环失锁,记住其最佳设置值。设置K为初始值,锁定后,设置到最佳值,这样锁相会快速进入最佳的锁定状态。关于CPU的选择有三种方案:①FPGA片内实现CPU。片上系统的发展使其成为可能。②与片外系统共用CPU。DPLL大多用于通信系统中,而大部分通信系统都有嵌入式CPU。③单独采用一个廉价单片机(如89C51),不仅可用于智能锁相环的控制,还可控制外部RAM实现FPGA的初始装载,一机多用,经济实惠。可以视具体情况而定。5结论智能全数字锁相环,在单片FPGA中就可以实现,借助锁相环状态监测电路,通过CPU可以缩短锁相环锁定时间,并逐渐改进其输出频率的抖动特性。解决了锁定时间与相位抖动之间的矛盾,对信息的传输质量都有很大的提高。此锁相环已用于我校研发的数字通信产品中。阅读全文>>

  • 基于AT89S52的数字频率计设计

    在电子领域内,频率是一种最基本的参数,并与其他许多电参量的测量方案和测量结果都有着十分密切的测量精度。因此,频率的测量就显示得尤为重要,测频方法的研究越来越受到重视。频率计作为测量仪器的一种,常称为电子计数器,它的基本功能是测量信号的频率和周期,频率计的应用范围很广,它不仅应用于一般的简单仪器测量,而且还广泛应用于教学、科研、高精度仪器测量、工业控制等其他领域。随着微电子技术和计算机的迅速发展,特别是单片机的出现和发展,使传统的电子测量仪器在原理、功能、耗电、可靠性等方面都发生了重大的变化。目前,市场上有各种多功能、高精度、高频率的数字频率计,但价格不菲。为适应实际工作的需要,本文考虑以单片机(AT89S52)为控制平台和一个1602ALED显示器作为显示部件设计的一种频率计,整个设计采用定时、计数的方法测量频率,不但切实可行,而且体积小、成本低、低功耗、精度高、可自动量程转换、保密性强、设计简单,大大降低了设计成本和实现复杂度。频率计的硬件电路是用PRITEL绘图软件绘制而成,软件部分的单片机控制程序,是以KELL-51作为开发工具用汇编语言编写而成,而频率计的实现则是选用Proteus仿真软件来模拟和测试,最后通过综合调试,能实现所有要求的功能,完全满足本次设计的要求。

    1设计思路传统的测频仪器体积很大,耗能量大,主要靠手工操作,而最大的缺点是不以可编程,其量程转换、数据测量、采样控制和处理等均不能通过程序指令来进行控制,无法作为一个微型智能子系统与某一大型自动控制或测试系统进行接口。针对这些缺点,本频率计在设计上做了改进,首先以信号放大整形后的方波脉冲作为控制闸门信号,然后采用计数器和锁存器对不同频率范围的信号直接进行计数来完成分频功能,分频后的信号由接口电路送给单片机,由单片机的计数对其进行计数,最后将计数结果通过运算转变为原号的频率数值,最后通过动态显示电路显示数值。其优点是:本频率计完全实现了单片频率计、频率采样、与单片微机三者之间与软件接口,使得测频量程的选择、频率数据的测量、采样以及编码的边境转换和数据的转换存储均可通过单片微机的软件编程自动进行,从而实现了测频与采样工作的完全智能化,使得本系统即可独立构成一个微型智能测频仪器的核心电路,也可作为大型自动控制或测试系统中的一个智能子系统。本系统采用AT89S52单片机作为控制核心,把经处理的被测信号(单片机30脚输出经CD4013分频的自测信号)给单片机(P3.4端),再由单片机处理,通过LCD显示模块显示测得的频率值,所有的系统均由AC220V-DC5V底纹波电源模块供电。整体设计思路可用框图1表示,该设计包括4大模块:1)系统控制模块;2)低纹波电源模块;3)分频自测模块(外界信号采集模块);4)液晶显示模块。

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  • 基于RlTOS和ISP功能的数字仪表系统设计与实现

    摘要:以Atmel公司的AT89S52型单片微控制器为对象,介绍基于RTOS(多任务实时操作系统)和ISP(在系统可编程)功能数字仪表系统的软硬件设计,同时给出硬件系统的组成和相关软件编程的实现代码。经某武器系统的调试试验表明,该仪表系统具有显示直观、准确、可靠的优点。关键词:RTOS;ISP;单片微控制器;液晶显示模块引言Atmel公司的控制器以其集成度高、在线调试方便等特点广泛应用于工程实践领域,文中以某武器系统的前期预研为背景,讨论了数字仪表系统的软硬件实现过程,其主要功能包含:实时采集配电箱系统的6路正负模拟电压值及作战环境温度,并通过MSl2232B型液晶模块动态式显示。1软件特性随着C语言在嵌入式系统中的广泛运用,软件系统的实时性、复杂性设计要求也越来越高,用通常的单任务无限循环结构与中断服务子程序相配合的编程思想已难以完成相关的软件设计或实现较为困难,RTOS(多任务实时操作系统)是现阶段较为流行的处理方式。RTOS的基本设计思想是将多种系统输入和处理要求,按功能做成不同的任务函数体,并分配适当的优先级,参考Windows系统的多线程处理机制,将CPU执行时间划分成若干区段,每个任务函数体对应一个时间片段.在规定的时间内执行完后允许切换到另一个任务,因各时间段非常短,表现的是多任务实时处理特性。因为任务并非同时执行且具备跳转特性,所以整个项目管理文件内可以有多个无限循环结构,且省略了main入口函数,这是RTOS最大的特色。文中以Keil集成开发环境为平台,利用RTX5lTiny版本来完成整个软件设计过程。ISP(在系统可编程)是一种适合Atmel系列器件的Flash技术,通过PC的LPT标准并行接口,能实时地将Intel格式的源程序代码下载到微控制器的相应存储区域。ISP的最大特点是简化了调试过程,提高了软件系统的可维护性,使其具备了在线升级特性。而且整个开发过程省去了反复插拔电路的操作。2系统硬件构成本系统硬件主要包括如下几个模块:AT89S52型主控制器、ADC0809型模/数转换、MSl2232B型液晶显示器、温度传感器及语音报警等。其中AT89S52型微处理器主要完成外围器件的硬件控制及相关数据解算,ADC0809采集6路模拟信号并输入主控制器,MSl2232B完成数字及相关标识字符的显示,配电系统的电压波动超出预定指标时由语音模块给出相应的报警信息。2.1主控制器模块主控制器是Atmel公司生产的AT89S52型单片微控制器,与常规C51系列相比,其突出特点是具有8KB闪速式存储器(降低了对外扩存储器的要求)、256BRAM内存(可容纳更多局部变量)、8个中断源及ISP在线可编程特性。2.2液晶显示模块MSl2232B属于图形点阵系列的显示器件,具有双行显示功能,其点阵结构为122%26;#215;32,通过AT89s52给出必要的数据和指令来操作MSl2232B主、辅控制器,从而完成图形、字符等相关信息的显示。该液晶显示模块还具有较强的通用性.用户用少量元件就可以构成一个完整的LCD系统。电路连接如图1所示。2.3A/D数据采集模块由于本系统涉及多路模拟信号,故选择了AD(20809型通用模/数转换器,它采用逐次逼近方式完成A/D转换过程,其片内带有8路模拟开关,能自动锁存信号,输入电压范围是0V~+5V,因为该器件的输出具有1TrL三态锁存缓冲器结构,所以可以直接连人单片微控制器的I/O口。相关的接口连接如图2所示。需要说明的是,在本系统6路电源信号中只有一路负电源信号符合ADC08090V~5v的输入特性,因此必须配备相应的反相电路,则通过LM358型运算放大器来完成。利用LM358还可以扩展监测范围(以降低测量精度为前提),这对于精度要求不太高的场合是可行的。图2中PC817型光耦用于检测负电压信号,当IN4为低电平信号时对应负电压信号,此时在MSl2232B的相应行位置给出“-”号标志,这不仅解决了正负电压同行显示的兼容性问题,而且减少了软件设计量(由6路简化为3路),同时使系统实时性相应提升。2.4温度传感器模块DSl8820是Dallas公司推出的l—Wire式数字温度传感器,它能实时采集现场环境的温度数据,并将相应的值转换为数字量输出。该温度传感器与AT89S52的连接如图3所示。2.5语音报警模块该模块主要实现异常情况下告警信息的输出,只要配电箱电压信号的波动值超出一定的范围,音频告警装置即给出不同的频率信号使蜂鸣器发声,以提示相关操作人员注意。3系统软件设计按RTOS系统的程序结构要求,软件工程主要由如下4部分组成:初始化、数据采集与A/D转换、显示子程序、温度监测与告警模块。如果将初始化设置为任务0,那么除了要完成相应的硬件配置与变量赋初值外,还必须启动所有其他任务,另外,因为初始化过程只须进行一次,所以Task0还应当删除其自身。具体的程序代码如下所示:voidInit(void)_task_Intial{variable=0;LcdInitialO;ClrScreenO;0s_create_task(AI)C0809I)ata);os_create_task(DSl8820Temperate);0s_create_task(LCMI)isplay);0s_delete_task(Intial);}其中相关的宏定义变量值为:#defineIntialO#defineADC0809Data1#defineDSl8820Temperate2#defineLCMDisplay3在Keil集成开发环境下调试本程序时,除了要包括相应的头文件(rtx51tny.h)外,还必须设置好相应的环境参数值。3.1数模转换子程序数据采集与A/I)转换子程序主要对配电箱传来的模拟信号进行采样、量化及返回值处理。软件编程时的电气时序及相关技术要求如图4所示。在时序图中,上升沿清空量化结果寄存器内的值,下降沿启动,A/D转换;采样启动脉冲的高电平状态至少应维持100μs;EOC变为低电平表示转换过程正在进行,且启动信号的硬件迟滞效应时间至少应为10μs;MSB对应AT89S52并口的:P0.7,LSB对应P0.0。关键部分的程序源代码及注释如下:unsignedintAI)C0809(void){unsignedintwait=3;ChannelChooseA=1;ChannelChooseB=0;ChannelChooseC=0;ADStartPulse=0;ADStartPulse=1;//产生A/D转换的启动脉冲(上升沿部分)delay();//保证启动脉冲的高电平宽度至少大于100μsADStartPulse=0;//产生A/D转换的启动脉冲(下降沿部分)wait--;wait--;//指令延时以保证达到:EOC变为低电平所需的硬件迟滞要求。‘whilefADConvertEOC==0):return(Result);/将A/[)转换后的量化值返回到主函数中。}3.2液晶显示模块MSl2232B型图形点阵液晶显示(LCM)模块左右分为Master和Slave控制器,上下共分4页,左边列地址为0-61,右边列地址为0-61,对该器件的操作关键是按时序图正确配置好主、辅控制器的工作状态。利用AT89S52访问LCM时有二种常用的方法,即存储器映射寄存器寻址和模拟接口时序,本系统采用后一种方法。主要函数模块源代码分析:voidMasterWriteD(unsignedcharRamdata)//向Master控制器写数据{ReadOrWrite=0;InstructionOrData=1;MasterEl=1;P0=Ramdata;MasterEl:0;}voidMasterWriteI(unsignedcharRamdata)//向Master控制器写指令{ReadOrWrite=0;InstructionOrData=0;MasterEl=1;P0=Ramdata;MasterE1=O;}voidReadState(void)//检测主、辅控制器工作状态{ReadOrWrite=1;InstructionOrData=0;MasterEl=1:SlaveE2=1;PO=0xff;while(BusStateBusy==1);}voidSetPage(unsignedcharpage0,unsignedcharpagel){MasterWriteI(0xb8|pagel);SlaveWriteI(0xb8|page0);}voidSetColumn(unsignedcharaddress0,unsignedcharaddressl){MasterWriteI(0x3f%26;amp;addressl);SlaveWfiteI(0x3f%26;amp;address0);}//在主控制器操作的左边LCM屏上显示一列信息(由8个像素点构成)voidMasterPutChar(unsignedcharmasterchar){ReadState();MasterWriteD(masterchar);}一般说来。AT89S52的RAM存储空间是有限的,而图形或字符的点阵代码(可以下载相关的应用插件,由.bmp文件或字符自动生成)如果太大,放置到RAM区会出现内存不足的告警提示,为此可按如下方式处理:unsignedcharcodeDotn[]=lOxOO,Ox00,0x30,0x00,0x30,Ox00,Ox00,0x00};即将点阵代码通过code关键字限定后放于ROM区域内。3.3DSl8820的1-Wire子程序DSl8820的突出优点是将现场采集的环境温度直接以数字形式输出,这样可以省去后续的信号放大及模/数转换部分,构建外围电路的元件少且相对简单,系统成本低廉;1-Wire接口与AT89S52通信,其结构便于多点测量且易于扩展;测温范围宽(-550℃~1250℃)且精度高。对l-Wire的操作关键是软件时序的处理,对于不同的晶体振荡器其延时参数是不同的,本系统以12MHz为例给出如下主要程序代码:bitDallassReset(void){unsignedcharpresence=0;DallassDataout=1;//发出复位脉冲前先释放总线delay(10);DallassDataout=0;delay(240);//保证延时在4801μs~9601μs之间DaUassDataout=1;delay(35);Dresence=DallassDataout;delay(60);return(presence);}//写时序从主控制器把总线拉低时开始voidwriteCommand(unsignedcharcommand){unsignedcharcount;for(count=O;count<8;count++){DallassDataout=0;if(command%26;amp;0x01==1){DallassDataout=1;//写“1”时序在将总线拉低后,AT89S52主控制器必须在15μs内释放总线,所以此语句之前不能有较长时间的延时语句}delay(35);//无论写“1”还是写“0”时序都必须有至少601as的低电平DallassDataout=1;//总线恢复的过程command=command>>1;}}//读时序从主控制器将总线拉低至少1μs后释放总线的时刻开始unsignedcharreaddata(void){unsignedcharvalue;unsignedcharmidtemp=0;for(value=0;value<8;Value++){IDallassDataout=0;midtemp=midtemp>>1;-nop_O;_nop_O;DallassDataout=1;//读时序时,控制器必须在15μs内释放总线,然后采样总线状态,所以此语句之前不能延时太长的时间的延时语句if(DallassDataout==1){midtemp=midtemp|0x80;//因为midtemp初始被赋值为0,所以如果采样总线状态为0则不必处理,0会自动被返回}delay(35);//延时70μs完成此次Bit位读时序过程,为下一次读作准备}return(midtemp);}voiddelay(unsignedcharout){unsignedcharin;for(in=out;in>O;in--);}4ISP的结构原理将ISP功能集成到成型的PCB上就可以实现程序的实时更新与升级操作,其结构原理如图5所示,这对于复杂工程系统设计显然是很方便的,也是切实可行的。5结论随着智能仪器仪表技术的发展,显示模块的液晶化已成为一种较为流行的趋势。本文给出的软硬件设计方案已在某武器系统的调试过程中得到正确、可靠、稳定的运行。它不仅克NT模似仪表体积大、故障率高的缺陷,而且由于运用了RTOS技术,使数据检测的敏捷度得到大幅提升。另外,ISP功能的在线集成也为系统功能的扩充预留了空间。阅读全文>>

  • 基于RlTOS和ISP功能的数字仪表系统设计与实现

    引言

    Atmel公司的控制器以其集成度高、在线调试方便等特点广泛应用于工程实践领域,文中以某武器系统的前期预研为背景,讨论了数字仪表系统的软硬件实现过程,其主要功能包含:实时采集配电箱系统的6路正负模拟电压值及作战环境温度,并通过MSl2232B型液晶模块动态式显示。

    1软件特性

    随着C语言在嵌入式系统中的广泛运用,软件系统的实时性、复杂性设计要求也越来越高,用通常的单任务无限循环结构与中断服务子程序相配合的编程思想已难以完成相关的软件设计或实现较为困难,RTOS(多任务实时操作系统)是现阶段较为流行的处理方式。RTOS的基本设计思想是将多种系统输入和处理要求,按功能做成不同的任务函数体,并分配适当的优先级,参考Windows系统的多线程处理机制,将CPU执行时间划分成若干区段,每个任务函数体对应一个时间片段.在规定的时间内执行完后允许切换到另一个任务,因各时间段非常短,表现的是多任务实时处理特性。因为任务并非同时执行且具备跳转特性,所以整个项目管理文件内可以有多个无限循环结构,且省略了main入口函数,这是RTOS最大的特色。文中以Keil集成开发环境为平台,利用RTX5lTiny版本来完成整个软件设计过程。阅读全文>>

  • 基于单片机的语音数字联网火灾报警器设计

    1引言我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程,其智能化程度也越来越高。目前国内厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发,他们采用集中区域报警控制方式,其系统复杂、成本较高。而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位,需要设置一种单一或区域联网、廉价实用的火灾自动探测报警装置,因此,研制一种结构简单、价格低廉的语音数字联网火灾报警器是非常必要的。一般小型防火单位火灾报警系统如图1所示。现场火灾报警器通过对传感器火情信息的检测,使用智能识别算法实现对火灾的监测。当报警器监测到火情信息后,直接通过Modem经公用电话交换网迅速向消防指挥中心报告火情信息(包括火灾单位编码、单位名称、火情级别以及报警时间等),同时产生声光报警信号,并按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关负责人。消防指挥中心根据接收到的火警信息,立即在消防信息数据库中查询单位位置、周围道路、交通、水源情况等基本信息,根据所获得的信息迅速确定最佳救火方案,通过网络将出警命令直接下达各消防中队。本文将详细介绍小型防火单位语音数字联网报警器的设计与实现。

    2报警器硬件设计2.1硬件组成如图2所示,报警器硬件由温度烟雾信号采集模块、声光报警模块以及单片机与Modem通信模块组成。图中1,2,3组成数据采集模块,4,5组成声光报警模块,5,6,7组成与Modem通信模块。其中,1为传感器(包括烟感和温感),将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号;2为信号调理电路,将传感器输出的电信号进行调理(放大、滤波等),使之满足A/D转换的要求;3为A/D转换电路,完成将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。声光报警模块由单片机和报警电路组成,由单片机控制实现不同的声光报警(异常报警、故障报警、火灾报警)功能。单片机与Modem通信模块由单片机、GM16C550串行端口扩展芯片和RS232电平转换电路组成,实现报警器经Modem与消防指挥中心的通信。下面对上述各模块进行简要介绍。

    2.2温度烟雾信号采集模块要准确地进行火灾报警,选择合适的温度和烟雾传感器是准确报警的前提。综合考虑各因素,本文选择集成温度传感器AD590和气体传感器TGS202用作采集系统的敏感元件。AD590是美国AnalogDevices公司生产的一种电流型二端温度传感器。电路如图3所示。由于AD590是电流型温度传感器,他的输出同绝对温度成正比,即1μA/k,而数模转换芯片ADC0809的输入要求是电压量,所以在AD590的负极接出一个10kΩ的电阻R1和一个100Ω的可调电阻W,将电流量变为电压量送入ADC0809。通过调节可调电阻,便可在输出端VT获得与绝对温度成正比的电压量,即10mV/K。阅读全文>>

  • 基于RlTOS和ISP功能的数字仪表系统设计与实现

    引言

    Atmel公司的控制器以其集成度高、在线调试方便等特点广泛应用于工程实践领域,文中以某武器系统的前期预研为背景,讨论了数字仪表系统的软硬件实现过程,其主要功能包含:实时采集配电箱系统的6路正负模拟电压值及作战环境温度,并通过MSl2232B型液晶模块动态式显示。

    1软件特性

    随着C语言在嵌入式系统中的广泛运用,软件系统的实时性、复杂性设计要求也越来越高,用通常的单任务无限循环结构与中断服务子程序相配合的编程思想已难以完成相关的软件设计或实现较为困难,RTOS(多任务实时操作系统)是现阶段较为流行的处理方式。RTOS的基本设计思想是将多种系统输入和处理要求,按功能做成不同的任务函数体,并分配适当的优先级,参考Windows系统的多线程处理机制,将CPU执行时间划分成若干区段,每个任务函数体对应一个时间片段.在规定的时间内执行完后允许切换到另一个任务,因各时间段非常短,表现的是多任务实时处理特性。因为任务并非同时执行且具备跳转特性,所以整个项目管理文件内可以有多个无限循环结构,且省略了main入口函数,这是RTOS最大的特色。文中以Keil集成开发环境为平台,利用RTX5lTiny版本来完成整个软件设计过程。阅读全文>>

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