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（1）主要采用OPCServer嵌入控制軟件或單獨調用OPCServer程序。程序代碼（略）。（2）燃氣爐加載OPC接口數據見表1，電阻爐、離心機等設備的數據接口類似。

3應用效果

在電阻爐群控軟件中，對每臺爐窯添加多功能電量表，對每臺爐的用電情況（三相電壓、三相電流、瞬時功率、累計電量）進行實時監控，并對每爐次的用電量進行統計。為此，電阻爐的實時上傳數據為：爐次，爐內各控制偶溫度，爐內各監測偶溫度，工件上各鎧裝偶溫度，各區設定溫度，各區輸出功率，設定工藝參數，工藝運行參數，設備報警信息，電量信息等。在燃氣爐群控軟件中，對沒有煤氣流量計的爐窯添加了流量計，對每臺爐的煤氣用量情況（瞬時流量、累計流量）進行實時監控，并對每爐次的煤氣用量進行統計。為此，燃氣爐的實時上傳數據為：爐次，爐內各控制偶溫度，爐內各監測偶溫度，工件上各鎧裝偶溫度，各區設定溫度，各區輸出功率、設定工藝參數，工藝運行參數，煤氣壓力，助燃風壓力，爐膛壓力，設備報警信息，每支燒嘴控制大小火情況，每支燒嘴大小火信息，煤氣消耗量信息等。通過以上實時數據的統計、分析和傳遞，在生產管理和設備管理等方面可達到以下效果：（1）生產調度方面。生產管理者可以快速了解各熱處理設備的使用及運行情況，可以優化設備的使用率和生產工藝流程的順暢。（2）能源調度調配方面。能源管理者可以快速了解設備的能源消耗情況，并可對能源消耗費用進行控制（對于電阻爐，可以實現錯峰用電，實現能源成本的節約），對整個廠內耗能的熱處理設備實現監控與調配，防止供電負荷變化過大和煤氣消耗量不穩。（3）設備管理方面。設備管理人員可對爐窯設備進行實時監控，對存在的設備隱患和問題及時發現并處理，設備維修保養更快捷，設備運行更順暢。（4）成品管理及質量跟蹤方面。對出現問題的工件可以查看其在鍛造加熱和熱處理工藝過程中各種工藝參數和溫度參數，追溯到存在問題的環節。（5）安全管理方面。對于容易出現安全問題的設備進行實時監控，及時發現安全隱患并消除，防止安全事故的發生。對于發生安全事故的設備，通過查看其報警記錄及其它相關參數，方便查找事故原因，并進一步針對事故原因進行分析解決。（6）成本管理方面。通過對爐窯設備的實時數據記錄，可計算單支產品在加熱鍛造和熱處理工藝流程中的能源消耗，實現單支產品的成本統計分析。（7）通過個人辦公室全過程信息化聯網計算機可以查看任何一個產品當前所在的生產流程位置、狀態、已消耗費用等，另外設備總體使用率，各產品生產周期和生產成本等也一目了然。從而可根據生產數據信息化分析處理系統了解是否滿足市場及客戶需求，企業內部的運行效率如何，優化內部管理，企業系統如何有效的適應外部的變化。為企業發展管理決策提供第一手參考資料和依據。

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1.2二線接口與混合電路單元二線接口與混合電路單元用于為信號激勵與數據采集提供對外二線接口和實現收發信號的雙工傳輸。其硬件電路如圖3所示。二線接口電路由電壓比為1的變壓器以及電阻RS1、RS2和電容C9、C10組成，用于提供檢測電路對外的二線接口，實現接收與發送信號的傳輸，同時可以隔離外部直流信號。RS1、RS2用于與線路負載阻抗匹配并隔離遠端反射和提供線路的能量交換，電容C9、C10用于配合組成激勵發送端擴展濾波電路?；旌蠁卧墓δ苁且浑A模擬回波抵消，用于抵消本地發送信號。圖2中R7～R10為輸入電阻，同時與C3～C8組成一階低通濾波器。兩個儀表放大器AD8429用于將二線平衡信號轉換為單端信號。AD8429為低噪聲、高精度儀表放大器，其增益為1時增益精度為0.02%、CMRR為80dB、帶寬為15MHz，使用±12V電源供電時其輸出電壓范圍為-10.1V～10.7V，使用單個增益控制電阻RG能夠控制其增益范圍為1～1000，其增益控制關系為G=1+6kΩ/RG[4]。LT6600-10將一個全差分放大器與一個近似切比雪夫(Chebyshev)頻率響應的四階10MHz低通濾波器集成在一起。芯片為低噪聲全差分輸入/輸出放大器，內部集成兩個運算放大器、電阻電容網絡，組成1倍增益放大電路和一個10MHz低通濾波器，使用±5V電源供電時其輸出電壓范圍可達到±5V。若線路電阻RS與負載電阻RL完全匹配，則第二個AD8429的增益值為2時，混合電路的輸出U′3=U3。考慮到阻抗失配現象的普遍存在，因此選擇電位器作為第二個AD8429的增益控制電阻，在線路阻抗失配的條件下，通過調節增益控制電阻來實現混合單元消除近端信號的目的。根據前文所述，可以得到混合電路輸出信號U′3與二線輸入信號U3比值跟增益控制電阻RG之間的關系。因此只要知道RG的值，就能夠通過式(5)準確地對通過混合單元造成的輸入信號幅值的線性誤差進行修正。為了提高檢測接口的自動化程度和實現對RG值的實時感知，選擇數字電位計AD5272作為第二個AD8429的增益控制電阻。AD5272為1024位分辨率、1%電阻容差誤差、I2C接口和50-TP存儲器數字變阻器，最大阻值為20kΩ，可使用5V電源供電[6]，其阻值調節步長為1.95Ω。

1.3信號調理與ADC單元信號調理與ADC單元用于將混合電路輸出的模擬差分信號轉換為輸入信號并輸入到FPGA，該部分為數據采集的核心單元，其硬件電路如圖4所示。由于被測信號的最高頻率不超過2.048MHz，根據奈奎斯特采樣定理，使用4.096MHz采樣速率進行采樣就能得到信號完整的信息，但是在工程中，通常使用5～10倍速率進行采樣。因此ADC選擇12位、10MS/s采樣速率模/數轉換器AD9220，其為+5V單電源供電，70dB信噪比，86dB無雜散動態范圍，內置片內高性能、低噪聲采樣保持放大器和可編程基準電壓源，并具有滿量程輸出指示功能[7]。使用1V基準電壓時其輸入范圍為2V(峰-峰值)。信號調理電路應當具有抗混疊濾波和信號幅度調節的功能。該電路選擇全差分放大器AD8476組成，考慮到檢測時輸入信號的幅值大于ADC的輸入范圍，因而選擇其輸入電阻為10kΩ，選擇數字電位器AD5272為反饋電阻RF，則其增益值G4=RF/10kΩ，電路的增益值為0.0002～2可調。放大器輸出經過2個100Ω電阻和2個電容組成的低通濾波器后送至ADC。同時，AD8476以ADC的基準電壓VREF為共模參考電壓。

1.4FPGA單元FPGA單元以Xilinx公司的FPGA芯片XC3S400為核心電路組成，其程序存儲芯片為XCF02S，使用40MHz有源晶振，5V電源供電，使用穩壓芯片提供電路所需的3.3V、2.5V和1.2V電源。USB接口作為微處理器常用的外部總線接口，目前已經得到了廣泛的應用[8]，因此考慮選用USB2.0接口作為FPGA與上位機之間的數據接口。同時采用JTAG接口用于FPGA和其配置芯片的程序燒寫。關于FPGA電路的設計、開發技術已經較為成熟，本設計相比與其他通用FPGA電路的設計并無獨特之處，因此不再對FPGA單元進行詳細描述。

2FPGA程序設計

在檢測接口電路的設計中，FPGA是檢測接口電路的信息傳輸與控制單元的核心，其可編程配置能力和能夠高速、并行處理數字信號的能力是檢測接口的靈活性和升級性的關鍵。其內部程序使用Xilinx公司的FPGA開發環境ISE進行設計并完成燒寫。程序設計使用模塊化設計思想，其結構示意圖如圖5所示，可以分USB傳輸、管理控制、DAC傳輸、輸出增益控制、混合單元控制、信號調理控制、ADC傳輸控制和增益補償8個模塊。下面就各個模塊的功能分別進行介紹。(1)USB傳輸模塊，用于通過FPGA單元上的USB接口電路實現FPGA芯片與上位機的信息傳輸，具有USB電路的配置功能，并實現標準USB信號封裝、解封裝功能，將接收到的上位機信號解封裝為透明數據傳送到管理控制模塊和DAC傳輸模塊，將管理控制模塊、增益補償模塊輸出信號封裝為標準USB信號通過USB接口電路傳輸到上位機。(2)管理控制模塊，是整個程序的主控單元。該模塊用于接收USB傳輸模塊輸出的控制信號，對其余的通信模塊進行控制，并輸出檢測電路的工作狀態到USB傳輸模塊，最終傳輸到上位機。同時用于控制其余模塊的工作狀態，接收混合單元控制模塊、信號調理控制模塊、ADC傳輸模塊輸出的反饋信息進行工作狀判斷，根據混合單元控制模塊、信號調理控制模塊反饋信息控制增益補償模塊的補償量。(3)DAC傳輸模塊，在管理控制模塊的控制下工作，接收USB傳輸模塊輸出的激勵信號，并將信號轉換為DAC芯片的數據輸入信號，同時為DAC芯片提供轉換時鐘。(4)輸出增益控制模塊，用于在管理控制模塊輸出的控制信號下工作，根據需求通過兩路輸出信號IN1和IN2分別控制差分放大電路的2個電子開關ADG736。(5)混合單元控制模塊，用于在管理控制模塊輸出的控制信號下工作，根據需求通過輸出I2C信號控制混合單元的數字電位計AD5272的阻值，完成信號混合功能，并將AD5272的阻值信息反饋給管理控制單元。(6)信號調理控制模塊，用于在管理控制模塊輸出的控制信號下工作，根據需求通過輸出2路I2C信號控制信號調理電路的2個數字電位計AD5272的阻值，完成信號調理功能，并將2個AD5272的阻值信息反饋給管理控制單元。(7)ADC傳輸模塊，在管理控制模塊的控制下工作，接收DAC芯片輸出的采樣數據，并將數據傳輸到增益補償模塊，同時為ADC芯片提供采樣時鐘。該模塊同時接收ADC輸出的滿量程指示信號和數據輸入指示信號，并傳送給管理控制模塊。(8)增益補償模塊，用于接收來自ADC傳輸模塊的采樣數據和管理控制模塊輸出的增益補償信息，對ADC芯片采樣獲得的信號進行增益補償，實現檢測信號的完整性。

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1.3解碼器設計解碼器主要完成消息字的解碼，并將其串并轉換后輸出，其工作過程為：（1）檢測到總線上有效電平，解碼器開始工作；（2）同步頭解碼，檢測到指令字和狀態字同步頭用“011”表示，檢測到數據字同步頭用“100”表示；（3）16位數據位和1位奇偶校驗位解碼；（4）將解碼后的消息字（20位）并行輸出。同步頭和數據位檢測示意如圖3所示。由1553B協議可知，同步頭包含三個位時，在1.5個位時處有跳變。如圖3（a）所示，同步頭到來后，解碼器連續采集48個數，理論上，采用16MHz時鐘，如果檢測到24個‘0’和24個‘1’，則表示收到有效同步頭，但考慮到信號上升時間及下降時間等因素，實際若檢測到22個或者23個‘0’和‘1’，就可以判定同步頭有效，進行下一步數據的接收。數據位包含一個位時，在0.5個位時處有跳變。如圖3（b）所示，在每個數據中間部位，若前一時鐘采樣到‘0’，后一時鐘采樣到‘1’，則表示當前數據位為‘0’，反之則是‘1’。另外，如果采到的數沒有跳變，為全‘0’或者全‘1’，則產生錯誤標志，通知協議處理邏輯或子系統進行相應的錯誤處理。

2協議處理模塊設計

2.1協議處理模塊響應流程協議處理模塊實現BC，RT，MT三種總線終端的協議處理，在FPGA模塊設計之前，根據1553B協議對協議處理模塊三種工作模式下的響應流程分別進行分析設計。

2.1.1BC模式[6]BC（總線控制器）是1553B總線的核心，總線上任何類型的數據交換都由它發起。BC模式下接口響應流程設計如圖4所示。MIL⁃STD⁃1553B協議規定的總線指令可分發送指令、接收指令和方式指令三種，共能實現四種類型的功能：RT到BC的數據傳輸、BC到RT的數據傳輸、RT到RT的數據傳輸和總線管理。根據圖4，BC模式下接口主要工作過程為：（1）根據外部系統需求發送相應命令字，發起總線傳輸；（2）根據指令類型的不同，進入不同響應流程，主要包括數據字發送、數據字接收和狀態字接收等；（3）消息完成后進行消息結束處理，主要包括消息結束標志的產生，差錯處理，以及根據收到的RT狀態字判斷總線終端狀態等。需要注意的是，BC如果在規定的時間內沒有收到RT狀態回復，則需重新發送命令字進行重試（Retry）。

2.1.2RT模式[7]RT（遠程終端）是1553B總線上的指令/響應型終端，它響應BC發送的指令，按要求接收或發送數據，在規定時間內回送狀態字，并服從BC的總線管理。RT模式下接口響應流程設計如圖5所示。根據圖5，RT模式下接口主要工作過程為：（1）收到命令字后進行指令分析，根據指令類型進入相應的響應流程；（2）按照流程進行數據字接收、發送，并回復狀態字；（3）消息完成后進行消息結束處理，主要包括消息結束標志的產生，差錯處理，以及特殊方式指令下方式標志的產生等。

2.1.3MT模式MT（總線監控器）是總線上的監聽單元，它監控總線上的信息傳輸，完成對總線的上原始數據的記錄，但它本身不參與總線的通信。MT模式接口的功能較為簡單，主要進行指令字、狀態字和數據字的接收并將其寫入相應緩存中，方便以后提取分析，可通過BC模式或RT模式下接口相應的子模塊實現。

2.2協議處理模塊FPGA總體設計根據以上三種模式下接口響應流程的分析，對協議處理模塊各FPGA子功能模塊進行了劃分[8]，總體設計框圖如圖6所示。協議處理模塊主要由數據接收部分、數據發送部分和數據緩存部分組成，此外還包括超時檢測、地址譯碼及讀寫控制、中斷管理等輔助部分。由于三種模式下某些功能重復，為了提高FPGA資源利用率，設計時充分考慮了相應模塊的模式復用，整個協議處理邏輯可在外部模式選擇信號的控制下工作在BC，RT和MT模式。16MHz的全局時鐘通過時鐘管理模塊為各FPGA功能模塊提供工作時鐘，各模塊間通過一定的握手信號互聯，保證協議處理邏輯有序工作。整個協議處理模塊的基本工作原理如下：按照1553B協議規范，通過接收器接收總線上的數據并存入緩存，通過發送器取出緩存中的數據并發送到總線上，同時不斷以中斷和握手信號與外部系統進行通信，通知外部系統向緩存中寫入待發送數據或從緩存中讀取已接收數據，并共同完成差錯處理和協議邏輯的管理[9]。

3設計仿真與驗證

根據設計方案，編寫了重要模塊的FPGA代碼，模擬實現BC功能和RT功能，采用Active⁃HDL軟件仿真，其中BC向RT的數據傳輸仿真結果如圖7所示。仿真通過后，在Virtex⁃5FPGA[10]平臺上對設計進行了驗證，如圖8所示。將BC功能模塊和RT功能模塊的代碼經ISE綜合、布局布線后分別下載到兩塊開發板中實現，開發板通過串口與PC機通信。PC機將指令和數據寫入FPGA相應寄存器中，BC和RT在PC機指令的控制下進行1553B協議通信。驗證過程中通過示波器查看模擬總線的波形，并通過ChipScope觀察和比對協議收發數據。同時，為提高接口性能，用光纖代替傳統電纜傳輸介質，采用8B/10B編解碼代替曼徹斯特編解碼，并利用FP⁃GA內嵌RocketIO內核，進行了傳統1553協議數據的光纖傳輸[11]，傳輸過程數據比對ChipScope采樣如圖10所示。驗證結果表明，BC和RT功能模塊能夠正常按照1553B協議進行數據的發送和接收，完成基本1553B協議的處理，實現1553B協議數據的1Mb/s電纜傳輸和3Gb/s以上光纖傳輸，數據比對無誤，說明該接口設計方案實際可行，具備開發應用價值，同時也為光纖1553接口的設計提供了一定參考價值。

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二、接口電路程序控制實現

該程序控制系統由初始化SRAM接口邏輯程序、讀外部SRAM程序、寫外部SRAM程序等組成，功能是通過該接口電路程序實現硬件間的有效連接，實現穩定的通信，從而實現對記錄盤的各種配置以及對記錄數據進行精確管理。程序代碼中的主程序概述了如何對該外部128KBSRAM的每一個字節進行讀寫，該程序向外部SRAM寫入一個字節，再從寫入的地址讀回，然后比較回讀的值與寫入的值是否一致，程序接著處理下一個地址，直到整個64K的存儲塊寫完，一旦低存儲塊寫完，程序將“A16位”置1（見示例代碼中“常數和聲明”一節），切換到高存儲塊。程序將接著對高存儲塊的每個字節進行同樣的讀、寫和校驗操作。

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2．1LVDS接口硬件電路設計由于趨膚效應和介質損耗，高速信號在傳輸過程中會衰減。因此，當傳輸距離較長時，往往要使用電纜驅動器和均衡器來保證高速數據傳輸的準確性。電纜驅動器將信號以最大功率耦合到電纜上［4］，延長信號的傳輸距離，電纜均衡器可以對傳輸的信號進行高頻補償，以至達到標準邏輯電位。本設計中，LVDS串行器/解串器分別選用TI公司的SN65LV1203和SN65LV1224，信號驅動器/電纜均衡器分別選用NS公司的CLC001和CLC014。LVDS接口電路結構如圖2所示，采編存儲器的FPGA控制LVDS串行器將10bit并行數據轉換成差分串行數據，再通過電纜驅動器將信號耦合到電纜上。地面測試臺的電纜均衡器對接收到的信號進行高頻補償之后傳送給解串器，解串器根據參考時鐘將差分串行數據轉換成10bit的并行數據，由FP-GA進行后續的處理。

2．2FPGA邏輯控制LVDS數據接收由于CPCI接口傳輸的時鐘和LVDS數據接收電路的時鐘不匹配，為了保證數據傳輸的可靠性，在編寫VHDL語言程序時FPGA內部調用一個異步時鐘控制的緩存FIFO［8］IP核來對接收到的LVDS高速數據進行緩存，如圖2所示。上位機通過配置PCI9054的傳輸計數寄存器，將一次DMA傳輸的數據量設置為2kbyte。寫FIFO的時鐘為18．432MHz，讀FIFO的時鐘為36．864MHz，當FIFO內數據量達到2kbyte時，FPGA立即通知上位機啟動一次DMA傳輸。經計算，從FIFO內讀走2kbyte數據大約耗時54μs，在這個時間段內寫入FIFO的數據量大約為1kbyte，所以，當DMA傳輸結束時，FIFO內數據不足2kbyte，上位機直到FIFO內數據量再次達到2kbyte時才會啟動下一次的DMA傳輸。為了避免PCI9054不能立即執行DMA傳輸而導致FIFO數據溢出，FIFO容量要大于2kbyte。本設計中選擇容量為4kbyte的FIFO，經驗證，不會出現FIFO溢出現象。

3CPCI局部總線接口實現

實現CPCI接口協議一般有兩種方法。其中一種方法為:利用FPGA實現接口邏輯。這種方法雖然可以充分利用FPGA的資源，減小成本，但PCI邏輯十分復雜，可靠性不能得到保證，且開發周期長。另外一種方法為:采用專用的PCI接口控制芯片。專用接口芯片功能強大，性能穩定，設計方便，很大程度上減少了設計者的工作量，縮短了開發周期。所以，本設計中選擇使用PCI9054接口控制芯片與FPGA配合工作的方式來實現CPCI局部總線接口通信。

3．1EEPROM的配置在Windows環境下，為有效管理多塊CPCI板卡資源，實現多卡協同工作。通過設置EEPROM配置選項中的ClassCode/REV值，解決使用同一驅動情況下，多塊CPCI板卡識別問題。地面測試臺含信源卡和接口卡兩塊CPCI功能板卡，圖3為接口卡的EEPROM配置文件截圖，各板卡需要設置不同的ClassCode/Rev(圖中紅色選框部分)，上位機程序通過識別不同的ClassCode/Rev達到控制不同板卡的目的。ClassCode/Rev為一個32bit數據，規定高8bit作為不同板卡區分標志，低24bit保留。其中D31～D28功能標識，區分是否為信源卡、接口卡等功能卡。D27～D24數量標識，區分當前功能卡的數量，具體約束如下表1所示。

3．2CPCI局部總線實現方法

3．2．1PCI9054工作模式選擇PCI9054總線控制芯片有3種工作模式，即M模式、C模式、J模式。其中，C模式最為簡單，類似于單片機的工作方式，它的地址線和數據線分開使用，可以很方便地控制本地時序。所以本設計中PCI9054工作于C模式，由FPGA邏輯控制本地時序來完成CPCI局部總線與功能板卡之間的通信。

3．2．2CPCI總線訪問本地總線PCI9054的訪問方式選擇DMA方式。PCI9054作為主控設備，通過內部的DMA控制器來實現局部總線上數據與CPCI總線上數據的傳輸。在DMA訪問方式下，一個總線周期的時序如圖4所示。當CPCI總線訪問本地總線時，PCI9054內部的DMA控制器發出LHOLD信號來申請控制局部總線，當其收到響應信號LHOLDA后，才獲得局部總線的控制權。當ADS#信號有效時，局部總線上的地址信號LA為有效地址;當BLAST#信號有效時，代表一次單周期訪問開啟;READY#為本地總線的狀態反饋信號，只有當其有效時，表示本地總線已經準備好，才可以進行訪問;當LW/R#為高時，代表單周期訪問為寫操作，當LW/R#為低時，代表單周期訪問為讀操作。在本設計中，FPGA通過識別地址信號LA來判斷具體的操作類型。當上位機向接口卡下發控制命令時，為CPCI總線到本地總線的數據傳輸，具體的工作流程為:當上位機下發命令時，啟動一次單周期寫訪問，同時下發特定的寫地址LA1，FPGA反饋READY#信號，并判斷到LW/R#信號為高，即得知上位機要下發數據，便從該特定地址LA1將命令代碼讀出，進行解碼之后將命令下發給采編存儲器。當接口卡向上位機傳輸LVDS高速數據時，為本地總線到CPCI總線的數據傳輸，具體的工作流程為:當圖1中所示的LVDS數據緩存FIFO內數據量達到2kbyte，啟動一次DMA傳輸，即一次DMA傳輸將2kbyte的數據上傳給上位機進行實時顯示與處理。上位機通過下發特定地址信號LA2來向FPGA查詢FIFO內數據量是否達到2kbyte，一旦其得到緩存FIFO內數據量滿足要求的信息，立即啟動一次單周期讀訪問，并向FPGA下發數據傳輸地址LA3，FPGA反饋READY#信號，并判斷到LW/R#信號為低，便將LVDS數據通過地址LA3上傳給上位機。

4設計驗證

將信源卡和接口卡分別插到背板上的2號和3號物理槽中，1號物理槽為系統槽，打開計算機系統，安裝驅動之后，兩塊功能板卡均能夠被識別。分別對兩塊板卡進行操作，均能實現各自的功能且互不影響，說明EEPROM的配置正確可行。以接口卡為例，用Chipscope來監測CPCI總線對本地進行讀、寫操作的實際過程，圖5和圖6分別為單周期讀訪問時序截圖和單周期寫訪問截圖。如圖5所示，當FIFO內數據量達到2kbyte時，信號f_fifo_hf變高，此時啟動一次單周期讀訪問，LW/R#為低，通過地址0008h將數據87h上傳給上位機。實際時序與第3節介紹的本地總線向CPCI總線傳輸數據的理論時序一致，對接收到的數據文件進行分析，數據結構完整，數據包計數連續，沒有丟數現象，驗證了本設計中本地總線向CPCI總線傳輸數據的正確性。如圖6所示，上位機向FPGA下發控制信號，此時啟動一次單周期寫訪問，LW/R#為高，FPGA通過地址0004h獲得命令代碼67h。實際通信時序與第3節介紹的CPCI總線向本地總線傳輸數據的理論時序一致，且命令下發正確，驗證了本設計中CPCI總線向本地總線傳輸數據的正確性。

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在當今的各種實時自動控制和智能化儀器儀表中，人機交互是不可缺少的一部分。一般而言，人機交互是由系統配置的外部設備來完成，但其實現方式有兩種：一種是由MCU力口驅動芯片實現，如鍵盤顯示控制芯片SK5279A，串行數據傳輸數碼顯示驅動芯片MAX7219等等，這時顯然MCU沒有LCD的驅動功能。另一種就是MCU本身具有驅動功能，它通過數據總線與控制信號直接采用存儲器訪問形式或I／O設備訪問形式控制鍵盤和LCD實現人機對話。這里的MCU主要有世界各大單片機生產廠商開發的各種單片機，其中TI公司的MSP430系列因其許多獨特的特性引起許多研究人員的特別關注，在國內外的發展應用正逐步走向成熟。

2LCD簡介

LCD(LiquidCrystalDisplay)，即液晶顯示器。液晶顯示是通過環境光來顯示信息的，它本身并不發光，因而功耗很低，只要求液晶周圍有足夠的光強。LCD是人與機器溝通的重要界面，早期以顯像管(CRT／CathodeRayTube)顯示器為主，但隨著科技不斷進步，各種顯示技術如雨后春筍般誕生。LCD由于具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險、平面直角顯示以

及影像穩定不閃爍等優勢，逐漸占據顯示的主流地位。

LCD的類型，根據其分類方式的不同而不同。如根據LCD顯示內容的不同可以分為段式LCD和點陣LCD。根據LCD驅動方式的不同可以分為靜態驅動和多路驅動。

3MSP430F44X簡介

MSP430F44X系列是TI公司最新推出的具有超低功耗特性的Flash型16位RISC指令集單片機[2]。該系列單片機性價比相當高，在系統設計、開發調試及實際應用上都表現出較明顯的優勢。它主要應用在各種要求極低功率消耗的場合，特別適合用于智能測量儀器、各種醫療器械、智能化家用電器和電池供電便攜設備產品之中。

3.1系統結構

MSP430F44X的系統結構，主要包括：CPU、程序存儲器(ROM)、數據存儲器(RAM)、FLL+時鐘系統(片內DCO+晶體振蕩器)、看門狗定時器／通用目的定時器(WatchDog)、ADCl2(12位A／D)、比較器A(精確的模擬比較器，常用于斜邊(Slope)A／D轉換)、復位電壓控制／電源電壓管理、基本定時器(BasicTimerl)、定時器(Timer-a和Timer-B)、LCD控制器/比較器(多達160段)、硬件乘法器、I/O口和串行口[4]。系列中各種具體的型號稍有差別。在本次設計中，具體選擇MSP430F449作為人機接口電路的設計具有許多獨到的優勢。這一點，讀者可以根據TI公司相關的數據手冊進行比較。

3.2片內外模塊特性

MSP430F44X具有豐富的片內模塊，其明顯的特點是：具有48條I／0口線的6個并行口P1-P6，其中P1、p2具有中斷能力，同時具有2個可用于UART/SPI模式選擇的串行口(USART0和USARTl)；內含12位的A／D轉換器ADCl2，快速執行8×8、8×16、16×16乘法操作并立即得到結果的硬件乘法器；多達160段的LCD控制器／比較器，可以實現多種方式的驅動顯示；可以實現UART、PWM、斜坡ADC的16位Timer-A和16位Timer-B；非常靈活的時鐘系統，既可用32768Hz的鐘表晶振產生低頻時鐘，也可以用450kHz-8MHz的晶體產生高頻時鐘，同時還可以使用外部時鐘源或者用不同控制頻率的DCO；多達幾十kB的Flash空間，這樣數據既可以保存在片內的Flash信息存儲器，也可保存在程序的Hash中的剩余空間。

4接口電路設計

4.1接口電路簡圖及說明

典型應用電路示意圖。在該圖中，LCD類型和鍵盤種類及數目的選擇、下拉電阻的數值大小都必須認真考慮，硬件設計要滿足一定的工作時序關系，復位時預留緩沖時間和懸空部分引腳，晶振的選擇要在適當的數值，必須保證交流驅動的頻率在30Hz-1000Hz范圍內，其具體的情況請詳細參考TI公司的相關資料[3]。

4.2段型液晶顯示屏EDS820A簡介

一般而言，LCD分為筆段型和點陣字符型及點陣圖形型。筆段型主要是顯示數字，常用于計數、計量和計時；點陣字符型用于顯示數字和西文字符；點陣圖形型用于顯示圖形及字符。本設計中用到的EDS820A就是由西安新敏電子科技有限公司生產的筆段型LCD。是該顯示屏的各個引腳的邏輯功能表。

顯而易見，該產品EDS820A是5位的液晶顯示屏，它只有4個DP，用于顯示小數點；COM端也只有一個，所以該LCD與MSP430F449的管腳連接應該引起足夠重視.

5軟件設計

硬件連接電路圖為例，編寫了鍵盤控制及顯示程序，程序在IAREmbeddedWorkbench編譯通過。全部主程序包括詳細的發射和接收子程序，及初始化和等待鍵盤輸入轉換、顯示等等，值得注意的是發射與接收的控制要適當。

該程序是用匯編編寫的。程序實現的是等待按鍵輸入，讀取鍵值，最后進行鍵值處理和顯示的功能。

檢測是否有鍵按下是通過KEY是否有高電平信號。平時，KEY為低電平，當有鍵按下時為高電平，它發送一個脈沖給單片機MSP430F449，當單片機檢測到該信號時，判斷按鍵的功能，從而進行相應的處理。

6人機接口電路在體內電刺激器中的應用

醫學上，在進行疾病控制時，通?？梢酝ㄟ^電極以一定波形(如方波、正弦波等)、頻率、幅度、占空比等電信號對神經或肌肉進行刺激，以使其支配相應的功能或肌肉產生收縮／舒張動作，從而有利于癥狀的減輕。由于不同部位的神經或肌肉對電刺激發生的敏感水平不同，不同強弱和不同性質的電信號所產生的刺激效果是不一樣的。我們研制的體內電刺激器，可以產生手術時所需要的具有不同的頻率、幅度、占空比的不同波形信號。該儀器幅度、占空比準確，頻率穩定，各參數均可以精確的調節。而且，由于使用了LCD顯示，它與單片機的連接簡單。LCD具有質量輕、體積小、電壓低、功耗小、顯示內容豐富等優點，其人機界面相當友好。但人機接口電路設計的優劣直接影響到整臺儀器的使用效果。

篇7

1CompactPCI接口總線概述

CompactPCI接口總線定義了更加堅固耐用的PCI版本。在電氣、邏輯和軟件方面，它與PCI標準完全兼容。CompactPCI接口卡安裝在支架上，并使用標準的Eurocard外型。CompactPCI雖然與標準PCI屬同一標準，二者還是有很大的不同。CompactPCI相對PCI來講具有很多優點：(1)具有更好的機械特性。它增強了PCI系統在電信或其它條件惡劣的工業環境中的可維護性和可靠性。(2)采用Eurocard封裝，系統中氣流均勻。(3)CompactPCI連接器的電源和信號引線支持熱插拔規范，這對于容錯系統是非常重要的，也是標準PCI所不能實現的功能。(4)總線易于擴展，可同時支持多達256個標準的PCI總線設備。(5)CompactPCI背板的連接器插針分為長針、中長針和短針。長針是一些電源針，最短的針是BD-SEL#，其它總線信號和部分電源信號是中長針。連接器插槽J1插孔有長針插孔、中長針和短針插孔，而J2插槽都是中長針插孔。

2系統的硬件結構概述

開放式四軸DSP運動控制卡經12位DAC驅動四個伺服電機，并通過CompactPCI總線背板連接器與主機通信。其中DSP處理器與CompactPCI接口采用PLX公司的PCI9030接口芯片使之和雙口RAM緩沖區進行通信。

PCI9030是業界首個支持熱交換的PCI目標接口芯片，為CompactPCI接口提供了優秀的解決方案。它采用SMARTarget技術，可以保證高性能的熱交換實施功能，可以支持具有熱交換功能的PICMG2．1目標設備，并且符合PCIv2．2規范所規定的32位33MHz目標接口功能，可以獲得高達132Mbyte／s的PCI突發傳輸速度，局部總線操作速度最高可達60MHz，支持5個局部地址空間到PCI總線地址空間的映射(空間0、1、2、3、4以及1個擴展的ROM)，傳輸等待周期及總線寬度可編程。另外，PCI9030內含預充電BIOS、早期電源支持、熱交換控制／狀態寄存器(HS_CSR)和附加引腳資源，可利用這些資源以及ENUM#輸出信號、彈出開關和表示用戶插入／取出狀態的LED燈實現運動控制板卡的帶電熱插拔的軟硬件控制。

圖1

其硬件結構框圖如圖1所示。該系統由以下幾部分組成：

·核心處理器TMS320LF2407，主要完成位置速度PID控制、插補迭代運算、開關量輸入和輸出、PLC控制等對實時性要求高的任務，另外還完成程序和數據存儲和上下機的通信任務。

·模擬量控制電路，將數字量速度信號經四路12位數／模轉換芯片DAC7725轉換為-10V～10V的模擬信號，輸出到電機伺服驅動模塊。

·反饋電路，由兩片CPLD元件EPM7128SLC84構成四路12位可逆脈沖計數器，對差分光電編碼器的編碼脈沖進行循環計數，可實現編碼器Z相點硬件中斷。

·FLASH電路，用于存儲數控參數和數控指令代碼，也用于緊急情況下保護數據。

·開關量電路，包括通用8／8I／O點、4個電機使能輸出、4個軸的左右極限輸入和原點中斷輸入等電路。

·通訊電路，通過PCI接口從模式使3．3V芯片PCI9030和雙口RAM芯片70V24與PC機的CompactPCI總線相連，可以進行高速數據傳輸。

本系統是一個閉環多軸運動控制硬件系統，具有快速精確的計算能力以及較強的數據通訊能力，是良好的復雜數控系統平臺。

3CompactPCI接口的設計

CompactPCI接口的設計要點在于在硬件插拔過程中，不能對CompactPCI總線產生較大的沖擊，不能影響CompactPCI總線上數據傳輸的正確。所以應具有良好的熱電源切換控制電路和相應的總線電路以及便于軟件處理熱插拔過程的控制信號。

電源控制和PCI9030的接口原理框圖如圖2所示。

3．1PCI9030芯片熱插拔控制信號的作用

在CompactPCI規范中規定：(1)板卡插入后，硬件初始化過程中應點亮藍燈；(2)板卡即將拔出，軟件能獲知板卡即將拔出，并做好善后工作后，點亮藍燈。

PCI9030芯片有BD_SEIL#輸入信號引腳、ENUM#輸出信號引腳、CPCISW輸入信號引腳和LEDON#輸出信號引腳，均用作CompactPn接口熱插拔控制信號。其功能分別如下：

PCI9030的BD_SEL#輸入信號引腳同運動控制卡CompactPCI接口的引腳BD_SEL#相連，當BD_SEL#信號變高時，使PCI9030輸出引腳成高阻態，保護芯片。PCI9030的ENUM#信號是送到背板的帶上拉的集電極開路信號；它通知背板主機CPU板卡是剛剛插入，還是即將拔出。并通知CPU系統配置改變，使CPU同時執行相關必要的軟件操作(在板卡安裝時，安裝設備驅動程序；在移出板卡前，卸載設備9B動程序)。板卡的插入／拔出狀態是由CPCISW信號送到PCI9030完成的，這時，PCI9030通過ENUM#信號通知背板主饑硬件配置改變情況，同時主機CPU執行相關必要的軟件操作。當操作結束時，主機CPU通過PCI9030將CPCISW信號寫入HS-CSR寄存器的相應位中，使LEDON#信號變化，點亮或熄滅藍燈，通知板卡可安全取出或已安全插入。另外，PCI9030將板卡插入／拔出的狀態(即CPCISW信號)寫入HS_CSR寄存器的相應位中，軟件可以通過這些位來查詢板卡插入／拔出狀態，使軟件可采取各種切換措施，也可以通過向寄存器的相應位寫1來清除該位。

3．2熱插拔電源電路的原理設計

3．2．1熱插拔電源管理器的確定

熱插拔電源電路需在插拔過程中和正常工作時，對CompactPCI接口板電源進行監控，按一定的速率及時地上電和斷電，把該電源的情況及時通知背板系統以便通過軟件進行處理；同時需對CompactPCI接口板的總線信號提供預充電電壓，使CompaetPCI接插件的插針點的預充電電壓達到1V，保證CompactPCI接口板在插拔過程中，對CompactPCI總線的沖擊很??；另外需對背板的PCIRST信號和CompaetPCI接口板的電源好壞情況進行邏輯處理來產生該接口板上的LOCAL_PCI_RST信號。為此，熱插拔電源電路采用了芯片LTCl646作為CompactPCI熱插拔電源管理器。它能夠使線路板在運行中的CompactPCI總線插槽內安全地插入和拔出。兩個外部N溝道通路晶體管IRF7413控制3．3V和5V電源，使電源能在電流限制或可設置速率上電。電子電路斷路器可保護兩組電源不受過流故障情況的損害。

圖2

3．2．2LTCl646芯片的主要引腳功能

·LTCl646的3．3V和5V輸入主要來自中等長度的電源插針。3．3V和5V連接器長插針在CompactPCI插卡上與中等長度的3．3V和5V電源插針短接在一起，為LTCl646的預充電電路、VI／O上拉電阻和PCI9030芯片提供初期電源。

CompactPCI背板的連接器插針中有引腳BD_SEL#、HEALTHY#用于熱插拔電源電路。

·芯片PWRGD#信號引腳輸出指示何時所有電源電壓都在容許范圍內，連接于PWRGD#引腳的HEALTHY#信號把板卡電源情況通知背板主機，當HEALTHY#信號變高時，說明板卡電源情況出了問題。

·芯片OFF／ON#輸入信號引腳連接于板卡的BD_SEL#引腳，用來控制開關板卡電源或將電源斷路器復位。而BD_SEL#信號應通過1．2kΩ電阻上拉至PCI9030的I／O工作電壓VI／O。

·芯片PRECHARGE引腳用于產生1V的預充電電壓。可在板卡插拔過程中對總線I／O引腳施加偏置。板卡上需要進行預充電的CompactPCI總線引腳(即接插件J1、J2與CompactPCI接口器件PCI9030連接的引腳)包括：ADO～AD31、C／BEO#~C／BE3#、PAR、FRAME#、IRDY#、TRDY#、STOP#、LOCK#、IDSEL、DEVSEL#、PERR#、SERR#。LTCl646產生的預充電信號經過較大的10kΩ電阻上拉至預充電電壓(PRECHARGEOUT)。而BD_SEL#、ENUM#、INTA#信號應上拉至PCI9030的I／O工作電壓VI／O。

·芯片的RESETIN#引腳輸入信號PCI_RST#，在片內與HEALTHY#信號進行邏輯結合，從而在引腳RESETOUT#生成LOCAL_PCI_RST#信號送到PCI9030芯片的PCI_RST#信號引腳，用來在任一組電源超出范圍時對板卡和芯片PCI9030進行復位。

3．2．3在LTCl646芯片控制下CompactPCI接口板的上電順序

當插卡插入時，長3．3V和5V連接器插針以及長GND插針首先接觸。LTCl646預充電電路在插入階段將總線I／O插針偏置為1V。3．3V和5V中等長度的電源插針在插入的下一個階段接觸，但只要OFF／ON#引腳被1．2kΩ上拉電阻拉到VI／O，線路板電源則被關斷。在線路板插入的最后階段，BD_SEL#短連接器插針開始接觸，OFF／ON#引腳被拉低。這使得通路晶體管導通；并且在內部有一個5μA電流源與TIMER引腳連接。時每個通路晶體管的電流開始增加，直至增加到各自的電流限值；然后，3．3V和5V電源被允許按一定的速率上電，一旦兩組電壓都在容差范圍之內，HEALTHY#將拉低，LOCAL_PCI_RST#可自由跟隨PCI_RST#。

3．2．4在LTCl646芯片控制下CompactPCI接口板的斷電順序

當BD_SEL#被拉高時則開始一個斷電過程。LTCl646內部開關被連接于每個輸出電源電壓引腳，使旁路電容器向地放電。TIMER引腳立即被拉低。GATE引腳被一個200μA的電流源拉低，以防止3．3V和5V電源上的負載電流同時變為零從而對電源電壓造成干擾。當任一輸出電壓跌落在門限以下時，HEALTHY#引腳被拉高，LOCAL_PCI_RST#將被確定為低。

一旦斷電過程完成，插卡就可以從插槽內取出。在拔出期間，預充電電路繼續將總線I／O插針偏置為1V，直到5V和3．3V長連接器插針分開。

3．3CompactPCI接口設計的其它電氣措施

·熱插拔板卡在帶電拔插過程中，為了保護板卡免遭靜電損壞，必須進行靜電放電。所以，必須在板卡上設計放電條。

篇8

圖1T=0的CPU卡APDU指令實現流程

1CPUIC卡T=0的協議介紹

目前大多數CPUIC卡采用T=0模式。所謂T=0，即CPUIC卡與接口設備（即讀寫器）中數據傳輸方式為異步半雙工字符傳輸模式。

從T=0協議的功能出發，該協議的實現可以分為物理層、數據鏈路層、終端傳輸層和應用層。其中物理層和數據鏈路層可以具體參看ISO7816標準。在T=0協議應用，終端傳輸層和應用層實際上是不易分割來說明的，下面簡單說明。

終端傳輸層根據卡片返回的過程字符和狀態字節執行相應的操作，使讀寫器對數據的處理過程明朗清晰?？ㄆ祷氐倪^程字節和狀態字節跟應用層發送給卡的APDU（ApplicationProtocolDataUnit，應用協議數據單元）和VPP使用等有關。表1為VPP未用時的終端傳輸層中返回的過程字節。

表1

字節值結果

ACKINSVPP空閑，所有其余的數據字節相繼續被傳送

INS+''''FF''''VPP空閑，下一個數據字節隨后被傳送

SW1SW2VPP空閑，接口設備等待SW2字節

應用層即為由CLA、INS、P1、P2、P3作為命令頭組成的命令消息體的APDU響應和應答處理層。其中CLA為指令類別，INS為指令碼，P1、P2為參數，P3為根據APDU的不同格式為發送給卡的數據長度或期望響應的數據長度。APDU的幾種情況如表2所列。

表2

命令頭發送數據長度發送的數據期望應答的數據長度

通用APDUCLAINSP1PLCDataLE

情況一CLAINSP1P

情況二CLAINSP1PLE

情況三CLAINSP1PLCData

情況四CLAINSP1P2LCDataLE

CPU卡對接口設備（即讀寫器）的應答APDU情況如表3所列。

表3

體尾

數據DataSW1SW2

其中體中的數據字節數由命令APDU中的LE指出；SW1、SW2是必備的，可以指明命令APDU執行正確或執行出錯的錯誤類型。

2基于T=0傳輸協議的CPUIC的APDU指令流程

根據目前CPU卡的常用T=0協議、自帶編程升壓電路的應用情況，以及本讀寫器接收IC卡數據報文直接發送PC機處理的特點，本讀寫器可行的APDU命令和響應的處理流程如圖1所示。

3讀寫器的硬件組成

讀寫器的硬件部分主要由IC接口管理芯片TDA8007、MCUAT89C52、外部數據存儲器W24257S、串口電平轉換芯片MAX3226、安全IC卡座（即SAM卡座）、應用IC卡座、鍵盤口供電的串口通信線及其它相關元器件組成。

圖2所示為通過PC機控制管理的外置于PC機的接觸式CPUIC卡讀寫器。通過定制的數據線，該讀寫器的5V直流電源可直接由鍵盤口提供，同時數據線還負責PC機與讀寫器的串行數據交換。在大部分IC卡讀寫應用中，都涉及到IC卡的認證和數據讀寫的國解密問題，所以本讀寫器除了提供一個供用戶使用的IC卡接口卡座外，還內置了一個SAM卡，即安全IC卡卡座，以方便安裝SAM卡，保證應用IC卡讀寫時的數據安全，保護用戶的利益。

硬件的其它組成部分，如處理器，目前采用Atmel的89C52。其4KB的Flash程序存儲器可以滿足讀寫器的程序空間需要。由于PC機與89C52、89C52與TDA8007的數據交換要求的暫存數據空間比較大，89C52提供的256字節不夠，需外加一片數據存儲器。本讀寫器中使用的是華邦的W24257S。其有32KB存儲容量，IC接口部分的主要芯片為Philips的TDA8007。

4IC卡接口芯片應用

下面介紹一下TDA8007及其應用。TDA8007的原理結構如圖3所示。

TDA8007芯片能夠提供兩個能同時滿足ISO7816標準及EMV和GSM11-11標準的IC卡讀寫接口。在本讀寫器中，一個用于與應用IC通信，另一個用于與安全IC卡通信。與上文CPU卡的觸點圖相對應，CLKi、RSTi、VCCi、I/Oi、GNDCi、PRESi、C4i、C8i（其中i=1,2；C4i、C8i未用；PRESi可用于檢測IC卡是否插入。具體應用可參看TDA8007的技術文檔）都直接由TDA8007提供給IC卡接口相連，MCU只需通過其接口控制并行通信來管理TDA8007，便可實現對IC卡的上電、下電及讀寫數據處理。其中，微處理器既可以通過總線復用把TDA8007內部的所有寄存器作為外部存儲器，用MOVX尋址，也可以通過非總線復用方式訪問，此時TDA8007用AD0～AD3來區分內部各寄存器。另外，TDA8007的片選信號和外部中斷信號線可以方便讀寫器處理多個IC卡頭。TDA8007的特別硬件ESD處理、接口短路處理、電源出錯處理等也給IC卡和IC卡讀寫器提供了比較高的安全保護；同時，TDA8007內部集成的電源管理功能允許TDA8007的供電范圍可達2.7～6.0V，并且TDA8007通過電源管理可以給IC卡提供5.0V、3.0V及1.8V的電源，以適合不同工作電壓的IC卡應用。

圖3IC卡接口芯片TDA8007的原理框圖

本讀寫器是通過總線復用對TDA8007的寄存器進行控制的。其中MCU的P1.5為TDA8007的片選，P0口為與之通信的8位數據線，TDA8007的各寄存器預先被宏定義的成微處理器的一個外部數據單元（下面電程序處的定義），從而方便MCU訪問。下面結合TDA8007寄存器的定義和位分配，給出應用TDA8007接口芯片對IC卡進行上電激活和下電的程序。TDA8007的寄存器主要三類。第一類，通用寄存器：①卡槽選擇CSR；②硬件狀態HSR；③定時器TOR1、TOR2、TOR3。第二類，ISO7816串行處理寄存器：①串行狀態USR；②混合狀態MSR；③串行發送UTR；④串行接收URR；⑤隊列控制FCR。第三類，卡專屬寄存器：①可編程分頻PDR；②保護時間GTR；③串行控制UCR1、UCR2；④時鐘配置CCR；⑤上電控制PCR。注意：對于卡專屬的寄存器，即卡接口1、卡接口2分別對應的寄存器，邏輯上具有相同的名及訪問地址，因而，對不同的瞳操作，需要通過CSR選擇對應的卡槽來切換卡?？▽偌拇嫫鞯挠成涞奈锢砜臻g。所以，接口設備每次從一個卡的上下電或讀寫轉向另一卡，都需要訪CSR設定對應的卡槽。對于每個寄存器的位定義不再多述，主動性者可參看TDA8007的技術文檔。

5上下電過程及具體程序

圖4為IC卡的上電時序圖。要實現之，需對PCR進行寫操作。其中START=PCR.0，RSTIN=PCR.2，VUP上升表示激活了TDA8007中的電壓轉換電路。當START置高時，只要能檢測到選定卡槽中的IC卡存在，且沒有TDA8007能檢測到并在HSR中指示的硬件錯誤出現，則對應IC卡接口的VCC1或VCC2將能被提供響應的電平（5V、3V或1.8V）。隨后對應卡的I/O數據線被置成高狀態（Z狀態），給IC卡提供設定的時鐘信號，常用為3.5712MHz。大約在START置高108ETU后，RSTIN置高。因為RST為RSTIN的拷貝，則對應卡的RST被置高。然后，用TDA8007提供的定時器TOR3、TOR2設定對ATR（AnswerToRequest）即復位應答首字節的最大等待時間120ETU（ElementTimeUnit），TOC設定定時器工作方式，便開始等待ATR首字節到來后做相應處理。至此，IC卡上電激活工作完成，隨后可以根據ATR字節的要求的工作方式對IC卡進行相應的讀寫處理。具體見上電程序。

圖4TDA8007產生滿足ISO7816標準訴IC卡上電激活時序

TDA8007寄存器訪問的預定義

#include<absacc.h>

#defineXXXXBYTE[0x8000]//XXX表示CSR等各寄存器上電程序如下：

P1.5=0;//片選TDA8007

CSR&=0xf8；

CSR|=ncard;//選擇卡，ncard=1,2

CSR&=0xf7；

CSR|=0xf7;

CSR|=0x08;//復位UART的寄存器

UCR2&=0xf7；//異步模式，SAN=0

CCR&=0xdf；//時鐘停止于低電平

UCR2|=0x60;//關閉附加中斷及收發中斷

GTR=0xff;//保持時間12ETU

If(v==1)//v為函數變量

PCR|=0x08;//1.8V卡用

elseif(v==3)

PCR|=0x02;//3V卡用

Else

PCR&=0xfd;//5V卡用

UCR2&=0xfc;//CKU=PSC=0,--31

FCR=0x00;//1奇偶校驗1FIFO

PDR=0x0c;//Divider=12

CCR=0x00;//不分頻

PCR&=0xfb;//RSTIN=0

UCR2|=0x04;//不自動轉換

UCR1=0x01;//正向約定

UCR1&=0xf7；//接收模式

flag3=0;//復位定時標志

flagatr=0;//接收ATR首字節定時標志

PCR|=0x01;//激活

TOR2=0x6c;

TOR3=0x00;

TOC=0x61;//RST拉高前等待108ETU

while(flag3==0)；//定時時間到，在中斷中設置flag3=1

TOC=0x00；//關閉定時器

PCR|=0x04;//給復位拉高

TOR2=0x78;

TOR3=0x00;

TOC=0x61;//RST拉高前等待

flagatr=1;

ATR();//復位應答處理函數

圖5為IC卡的下電時序圖。相對于上電時序，下電過程對時間的要求不是很嚴格，只要設計者控制TDA8007按照一定的順序置低START、RSTIN和停止CLK即可，然后TDA8007會自動逐步釋放RST、I/O、Vcc及VUP。具體處理見下電程序。

下電程序：

P15=0；

PCR&=0xfe;//START=0；下電

PCR&=0xfb;//卡的復位腳保持0

CCR&=0xdf；//停止時鐘于低

CCR|=0x10;//停止時鐘

P15=1；

6使用TDA8007應當注意的問題

TDA8007對于Vcc、RST出錯，芯片過熱（如圖IC卡為電源短路卡或金屬片），或IC卡插入拔出時都會產生中斷輸出。每次中斷處理結束，應注意把HSR中的值讀入一個臨時地址，以便清楚HSR中的標志。

每次發送數據到IC前，即接收IC卡的最后一個數據之前，應設置寄存器UCR1中的LCT位，以便接收完IC卡的數據后，自動切換成發送狀態。

對TDA8007部分布線時應注意，時鐘信號線與其它線的隔離：最好被地線包圍。

對于電路板上TDA8007部分的電容應盡量靠近TDA8007，其中電容Cap、Cbp、Cup尤其如此，并最好不要在這些電容連向TDA8007引腳過程中使用過孔；同時，Cap、Cup、Cbp電容的ESR要盡量小。

對TDA8007處理的兩個IC卡座中的任何一個執行上電、下電、讀寫卡操作之前，必須執行選擇卡座的操作函數，以便選中具體的IC卡進行處理。

篇9

USB接口（UniversalSerialBus）是一種通用的高速串行接口。它最主要的特點是它的高速傳輸特性。USB1.1理論速度極限可以達到12Mb/s，USB2.0可達到480Mb/s。這樣，它可以很好解決大數據量的數據在嵌入式系統與PC機之間的互傳問題；同時，它支持熱插拔，并且最多同時支持127個外設，非常適合嵌入式系統的應用。

本次設計是在一個已有的DSP圖像采集嵌入式系統的基礎上，為它配接上一個USB1.1的接口，以達到DSP圖像采集系統高速地將圖像數據回傳到PC機中的目的。設計的要求主要有：

①在原有平臺提供的接口基礎上，加入一個低成本、高速度的USB接口；

②通過USB接口，實現PC機對DSP圖像采集系統的操作與控制；

③實現圖像數據在DSP攝像系統與PC機之間高速的雙向傳輸。

基于以上幾點可以看出，本方案最主要的特點是成本低廉且傳輸速度高。

1硬件方案選擇與設計

1.1方案選擇

對于基于DSP平臺的USB接口設計，經過綜合考慮了幾種方案之后決定，采用一個不帶MCU內核的USB接口芯片PDIUSBD12（成本非常低，一片PDIUSBD12的價格僅為20元），再加上簡單的電路和時序調整電路。

這種芯片僅僅完成USB底層的數據鏈路級交換，并提供給本地微控制器一個并行的接口，但是它并不完成協議層的工作。協議層的工作需要對微控制器編程，控制USB接口芯片來實現USB協議。所以，開發難度相對來說大一些，要做的編程工作也多一點。但是這套方案的成本非常低，而且由于直接用DSP作為微控制器，沒有原單片機的瓶頸限制，所以可以實現很高的數據傳輸速率。該系統的原理框圖如圖1所示。

由于PDIUSBD12的并行接口時序較慢，只能達到2MB/s。這個速度相對于DSP來說比較低，而且有些地方不是簡單地在程序中加入延時就可以調整，所以需要一個時序調整電路來完成它們之間的配合。

圖2TMS320C2XX寫時序

1.2PDIUSBD12芯片

PDIUSBD12芯片是由Philips公司推出的一種USB1.1接口芯片。它可以工作在5V或者3.3V的工作電壓下；具有8位數據總線，且有完全自治的DMA傳輸操作。它還具有可控制的軟件連接（SoftConnect）功能，可以保證在微控制器可靠完成初始化之后再連接上USB總線。另外，它還有一個LED驅動腳，可以外接LED來監測USB的枚舉過程和數據傳輸過程。當USB接口枚舉完成，并且成功配置以后，LED將會一直點亮；而在枚舉過程以及USB數據通信過程中，LED只是有節奏地閃爍。

PDIUSBD12只占用微控制器的兩個地址資源。也就是說，它只有一根地址線。其中一個地址用來向芯片中寫命令，另外一個地址用來向燕片中寫數據或者從芯片中讀取數據。

PDIUSBD12一共有三組端點：端點0完成控制傳輸；端點1可以配置成中斷傳輸；端點2是主要的數據傳輸端點。它有64B的緩沖區，如果加上它的雙緩沖機制，就有128B的緩沖區；它可以配置成批量傳輸模式，或者同步傳輸模式。

總的來說，PDIUSBD12是一款性能優異，價格相對軟低的USB接口芯片。

1.3時序芯片

為了降低成本、簡化電路，本方案不使用DMA傳輸方式，而以TI公司的TMS320C2XX作為微控制器（使用20MHz晶振）。它的并口速度非常高，遠遠高于PDIUSBD12所要求的最高限制2MB/s。此處是硬件設計最關鍵的地方。

經過詳細的時序分析發現，大部分問題可以通過在DSP固件設計的加入延時，或者設置DSP的WSGR寄存器來解決。但是有一個問題，必須在硬件上加以解決。圖2是DSP（TMS320C2XX）的寫時序。

圖3PDIUSBD12寫時序

圖2中，參數th(W-D)是指在WE信號變高（無效）以后，所寫的數據將仍然保持有效的時間。這個值最小為3ns，最大為14ns，所以所寫的數據在WE信號無效以后還會維持有效，大約3～14ns（實際的延時介于這兩個值之間）。

圖3是PDIUSBD12所要求的寫時序。圖中，參量tWDH是與DSP（TMS320C2XX）參量th(W-D)相對應的另外一個參量。這個參量反映了PDIUSBD12要求微控制器在向其中寫數據時，所寫的數據在WR信號無效之后，要繼續保持有效的時間。這個參量最小值為10ns。也就是說，PDIUSBD12要求所寫的數據最少要保持有效10ns（在WR無效之后）。

由此可以看出，DSP（TMS320C2XX）的寫時序不能可靠地保證滿足PDIUSBD12的要求，而且這個問題無法通過軟件加延時的方法來解決，必須通過硬件來處理。經過分析對比，最后決定采用一個很簡單但是后來事實證明非常有效的方法來調整它們之間的時序。那就是在DSP（TMS320C2XX）與PDIUSBD12的總線之間加一個雙向緩沖器-74LS245。這個芯片可以在它們的時序之間引入一個延時。雖然這個延時并不可靠、但是由于DSP（TMS320C2XX）本身會在WR無效后，繼續保持數據有效一段時間（前面已講過），這要僅僅需要將延時適當延長一點就可以了。74LS245所造成的延時典型值為15ns，最小也為8ns。這樣，加上原來DSP寫時序的延時，就可以滿足PDIUSBD12所要求的寫時序了。

另外由于加入74LS245所造成的對其它接口時序的影響，可以通過設置DSP（TMS320C2XX）的WSGR寄存器來消除，所以這個方案是可行的。（事實上，后來制造好的電路也證明了這個方案是完全可行的）

對其余時序上的配合，經過仔細的計算與核對證明，也是完全可行的。在硬件上，哂方案還采用了一片GAL（16V8）來實現對PDIUSBD12芯片的片選，以及實現對它的軟件和手動復位。硬件總體框圖如圖4所示。

2軟件設計

2.1固件設計

由于采用的是不帶MCU內核的USB接口芯片，所以關于USB1.1協議規范的實現都必須靠DSP（TMS320C2XX）控制PDIUSBD12芯片來完成。固件的主要設計任務是：在DSP（TMS320C2XX）的平臺上編寫程序，以完成USB1.1規范所要求的標準請求及用戶根據產品需要自己定義的請求。

為了不影響程序的執行效率，本方案采用中斷方式完成固件的編寫；同時，為了保證程序的模塊化及良好的可移植性，在設計中采用分層結構進行固件的編寫，如圖5所示。

最下層是硬件接口層，完成硬件上PDIUSBD12與DSP（TMS320C2XX）的對接。主要是DSP（TMS320C2XX）向PDIUSBD12中寫入數據或者命令，以及從中讀取數據。

中間層主要有兩個模塊，用來完成PDIUSBD12的命令接口和中斷處理子程序。命令接口是指按照PDIUSBD12的命令格式，完成DSP對它的控制。它的基本命令格式是：DSP先向其中的命令地址寫入某一條命令，接著從它的數據地址寫入或者讀出一系列的數據。中斷處理子程序是判斷中斷的產生源，然后跳轉到相應的處理子程序。這些子程序不做過多的處理，而僅僅是將命令數據讀出然后置標志位，或者是將某些數據送出。

最上層是主循環程序，以及對于USB1.1標準協議請求（這些請求主要是在USB1.1協議規范的第九章中定義的）和用戶自定義請求的處理程序。主循環的主要工作是檢查標志位。如果標志位被置位，則調用處理子程序，判斷是標準請求還是用戶自定義請求，然后調用相應的處理程序加以處理，完成請求。

這樣分層的好處是：主循環程序在檢查標志位以外的時間可以進行其它工作，提高固件的運行效率。

編程過程中，由于涉及了一些嚴格的接口時序配合問題，所以，整個固件的編寫工作全部采用DSP（TMS320C2XX）的匯編語言；用的是CC2000編程開發工具。

2.2PC機軟件的設計

PC機的驅動程序由Philips公司提供。然后，用VC++6.0，通過調用API函數，編寫PC的應用程序。這樣即可實現PC機對DSP（TMS320C2XX）攝像系統的攝像控制以及圖像的傳輸。

主要使用的API函數是DeviceIOControl（）、ReadFile（）、WriteFile（）。其中DeviceIOControl（）用于PC（主機）向DSP圖像采集系統發送請求；ReadFile（）和WriteFile（）分別用于從圖像采集系統中讀出數據以及向圖像采集系統中寫入數據。

在設計過程中必須注意的問題是：由于USB接口是主-從方式的接口，它的一切傳輸過程都必須通過主機向外設發送請求后才可以開始，所以在使用ReadFile（）、WriteFile（）讀寫數據之前，必須先通過DeviceIOControl（）向圖像采集系統發送請求。

篇10

理解好USB協議是USB系統開發的第一步。USB協議版本包括1.0、1.1和2.0，USBOTG是對2.0版本協議的補充。雖然USB協議內容繁多且復雜，然而，對USB開發影響較大的卻只是少數部分，以下對協議版本1.1[1]中這些部分進行介紹。

1.1USB協議

一般，每個USB設備由一個或多個配置（Configuration）控制其行為。使用多配置原因是對操作系統的支持；一個配置由接口（Interface）組成；接口則是由管道（Pipe）組成；管道與USB設備的端點（Endpoint）對應，一個端點可以配置為輸入輸出兩個管道。在固件編程中，USB設備、配置、接口和管道都用描述符報告其屬性。

圖1為USB多層次通信模型。端點0默認配置為控制管道，用來完成所規定的設備請求(USB協議第九章)。其它端點可配置為數據管道。對開發而言，主要的大數據傳輸都是通過數據管道完成的[2]。

USB傳輸類型包括批量傳輸、等時傳輸、中斷傳輸和控制傳輸，每種傳輸類型的傳輸速度、可靠性以及應用范圍都不同[3]?？刂苽鬏斂煽啃允亲罡叩模俣茸盥?；等時傳輸速度快，滿足實時性，但可靠性低。在具體應用中，端點傳輸類型可根據傳輸速度和可靠性選擇。

在USB通信協議中，主機取得絕對主動權利，設備只能是“聽命令行事”，通過一定的命令格式（設備請求）完成通信。USB設備請求包括標準請求、廠商請求和設備類請求。設備的枚舉是標準請求命令完成的；廠商請求是用戶定義的請求；設備類請求是特定的USB設備類發出的請求，例如海量儲存類、打印機類和HID（人機接口）類。固件編程中設備請求必須遵循一定的格式，包括請求類型、設備請求、值、索引和長度。

1．2USB接口芯片選擇

USB接口芯片的類型有：

（1）按傳輸速度的高低：低速（1．5Mbps）和全速(12Mbps)可選USB1．1接口芯片，例如Philips公司的PDIUSBD12和Cypress公司的EZ－USB2100系列；高速（480Mbps）可選USB2．0接口芯片，例如Philips公司的ISP1581和Cypress公司的CY7C68013。

（2）是否帶MCU（微控制器）：一般Philips公司的都不帶MCU，Cypress公司大多都帶，例如AN2131。

（3）是否帶主控器功能：不需要主機參與，主從設備間可進行數據傳輸，芯片有Philips公司的ISP1301和Cypress公司的SL811HS等。

還有專門用途USB芯片，例如閃存專用芯片IC1114。工程中用戶可根據自己的需求選擇一款性價比高的芯片。另外可用開發資源也是要考慮的重要方面，例如開發板和芯片廠商提供的網上資源，可大大降低開發的難度。

2基于USB接口的數據采集系統的設計

2.1系統簡介

該系統能夠實現16路溫度數據自動采集，系統的組成框圖如圖2所示。主要包括8個組成部分：中央處理器選用AT89C52芯片，完成各部分控制功能和USB傳輸協議；實時時鐘記錄當前測量溫度的時間；溫度傳感器和接口電路主要完成溫度采集，并讀入MCU處理；復位電路完成對MCU的上電復位和電源電壓監視；看門狗電路用來監視MCU是否工作；存儲電路主要存儲采集到的溫度數據以及采集的實時時間；電源電路主要為各部分提供要求的電源；外設與主機間的通信電路采用USB接口。

2.2接口芯片選擇

接口電路采用Philips公司的PDIUSBD12[4]（以下簡稱為D12）芯片。主要因為D12芯片信息、開發資源豐富，具有較高的性價比。

D12芯片的主要特點包括：

·符合USB1．1版本規范；

·可與任何外部微控制器／微處理器實現高速并行接口(2MB／s)；

·采用GoodLink技術的連接指示器，在通信時使LED閃爍；

·主端點的雙緩沖配置增加了數據吞吐量并輕松實現實時數據傳輸；

·在批量和等時模式下均可實現1MB／s的數據傳輸率；

·完全自治的直接內存存取DMA操作。

2．3接口硬件設計

由D12接口組成的通信電路原理如圖3所示。關于D12的各引腳說明見參考文獻[4]。多路地址／數據總線ALE接單片機的ALE腳，這樣使用MOVX指令可以與D12接口，對D12操作就象對RAM操作一樣，此時忽略A0（命令口和數據口地址線）的輸入。因為沒有使用DMA傳輸方式，所以沒有用到DMACK＿N、EOT＿N和DMREQ＿NDMA引腳。INT＿N是USB中斷請求腳，發出USB中斷請求；GL＿N是GoodLink指示燈，在調試過程中非常有用，在通信時會不停閃爍。如果一直亮或者一直暗，表示USB接口有問題，如果D12掛起，則LED關閉。CLKOUT是D12的時鐘輸出，可以通過固件編程改變其頻率，在調試固件時，可作為參考。

2．4接口程序設計

USB接口程序設計是USB開發的核心。USB接口程序設計包括三部分：單片機程序開發、USB設備驅動程序開發、主機應用程序開發。三者互相配合，才能完成可靠、快速的數據傳輸。

2．4．1單片機程序設計

單片機程序（又稱固件）采用模塊化程序設計，主要模塊包括：數據采集模塊、數據處理、監控模塊和數據通信模塊。模塊化設計的優點是可靠性高、可讀性好、升級簡單。

通信模塊固件結構如圖4所示。主循環和中斷服務程序之間的數據交換可通過事件標志和數據緩沖實現。圖3中USB中斷引腳INT＿N發出中斷請求，中斷服務程序根據中斷請求類型操作，設置事件和填充數據緩沖區再傳輸給主循環；標準設備請求程序是對標準請求進行處理；用戶可以根據實際需要編寫廠商請求，例如發出啟動或停止數據采集命令。

圖3USB接口連接示意圖

2．4．2驅動程序設計

驅動開發工具有DDK和第三方開發工具。其中DDK開發難度最大，第三方開發工具有DriverStudio和Windriver等。DriverStudio難度適中，而Windriver則屬于應用層驅動開發，難度小，但效率低，并存在問題。

DDK驅動程序開發工作包括：開發環境設置（VC編譯環境）[5]、驅動程序設計[6]、安裝文件（INF文件）設計。

驅動程序設計采用WDM（WindowsDriveMode）。WDM設備驅動程序提供了一個參考框架，大大降低了由DDK書寫驅動程序帶來的難度。

D12驅動使用的例程包括：DriverEntry、AddDevice、DispatchPnp、DispatchRead、DispatchWrite和DispatchDeviceControl例程，以下是D12的WDM驅動程序函數：

DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿CREATE]＝D12＿Create;

DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿CLOSE]＝D12＿Close;

DriverObject－＞DriverUnload＝D12＿Unload;

DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿DEVICE＿CONTROL;

＝D12＿ProcessIOCTL;

DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿WRITE]＝D12＿Write;

DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿READ]＝D12＿Read;

DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿SYSTEM＿CONTROL;

DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿PNP]＝D12＿Dispatch;

DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿POWER]＝D12＿Process－PowerIrp;

DriverObject－＞DriverExtension－＞AddDevice＝D12＿PnPAddDevice;

驅動程序與應用程序和硬件之間通信都是IRP（I／O請求包）完成的。IRP＿MJ＿PNP主要是實現USB即插即用，例如設備的添加、刪除和資源的分配；IRP＿MJ＿POWER實現電源管理，例如設備的掛起和喚醒；IRP＿MJ＿CREATE(創建)、IRP＿MJ＿CLOSE(關閉)、IRP＿MJ＿

DEVICE＿CONTROL（設備控制）、IRP＿MJ＿WRITE（讀）和IRP＿MJ＿READ?穴寫?雪是主要完成數據通信的函數，實現管道的創建、關閉和數據讀寫。其中設備控制具有輸入輸出緩沖區，可實現讀和寫功能；AddDevice和DriverUnload實現設備管理，在設備添加和卸載時，創建和刪除設備，以及管理資源分配。

驅動程序通過安裝文件（．inf文件）中PID(產品識別號)和VID（廠商識別號）識別USB設備。

2．4．3應用程序設計

主機應用程序的編寫使用VC編譯環境中的API函數實現。

應用程序的編程方法與串口編程類似。首先必須查找設備，打開設備的句柄；然后進行讀寫和控制操作；最后是關閉設備句柄。為了提高效率，可使用多線程技術實現讀寫。

應用程序通過GUID(注冊表驅動唯一識別號)查找驅動程序。

2．5調試

首先是固件調試，可用仿真機完成，驅動開發工具Windriver也是很好的固件調試工具，例如測試標準請求、廠商請求和管道讀寫。其次是驅動調試，這是USB接口開發最困難的部分，調試工具可用DriverStudio中Softice工具和文獻[6]中DebugPrint跟蹤工具，監視工具BusHound可監視USB的實際數據傳輸情況。需要注意的是，驅動調試必須在應用程序正確調用的前提下。

篇11

隨著微電子和無線通信技術的發展，非接觸式IC卡技術也得到蓬勃發展，但國內設計非接觸IC卡的技術不夠成熟。高頻接口電路設計是非接觸式IC卡設計的關鍵技術之一，文中將介紹一種高頻接口電路的設計。

1IC卡的基本結構

圖1是一個具有邏輯加密功能的非接觸式IC卡的結構方塊圖。對于具有邏輯加密功能的非接觸式IC卡，一般包括IC芯片和天線線圈（耦合線圈）。IC芯片又包括高頻接口電路、邏輯控制電路、存儲器等部分。

2高頻接口模塊設計

IC芯片內的高頻接口電路是非接觸式IC卡的模擬、高頻傳輸通路和芯片內的數字電路之間的一個接口。它從芯片外的耦合線圈上得到感應電流，整流穩壓后給芯片提供電源。從閱讀器發射出來的調制高頻信號，在高頻界面經解調后重新構建一產生在邏輯控制電路中進一步加工的數字式串行數據流(數據輸入)。時鐘脈沖產生電路從高頻場的載波頻率中產生出用于數據載體的系統時鐘。圖2為具有負載調制器的高頻界面方框圖。

為了將芯片內處理后的數據傳回到閱讀器，高頻界面也包括有負載波調制器或反向散射調制器。它們由傳送的數字化數據控制。

圖3為卡的模塊結構框圖。整流穩壓模塊主要是接收閱讀器發來的載波，將載波信號轉變成直流信號，以作為非接觸IC卡內部芯片的電源使用；同時不能因為閱讀器發來的不間斷載波而使芯片內部電源電壓無限增大。調制解調模塊主要是將閱讀器發來的信號從載波信號中取下來；在IC卡發送信號時將內部的數字信號轉換成模擬信號，并上載到載波信號中以傳輸給閱讀器。

(1)整流穩壓模塊的設計

該模塊主要包括基準源電路、電壓調節電路和電源開關電路?；鶞试措娐酚啥塁MOS差分放大電路和晶體管電路構成的能隙基準源組成。其結構如圖4。

有源電阻P0和多晶電阻R7組成偏置電路，為電路提供偏置電流。二級差分放大器的兩個輸入連接在Q1端和Q2端。由基準源原理可知，只有放大電路的輸入失調電壓很小，并且不受溫度的影響時，基準源的輸出才可以保持好的性能。根據放大器和能隙基準源原理可得：

I1R6=I2R4（1）

由（1）式可知，電路中放大器的輸入失調電壓幾乎為零，故穩定后REF點的電壓值為：

VREF=VQ1+VR6=VQ1+R6I1=VQ1+I2R4（2）

因PNP晶體管的基極和集電極相連，故VQ1值相當于晶體管中BE結二極管的正向壓降VBE值，為0.6~0.8V。

晶體管中BE結溫度系數為負，電阻溫度系數為正，在（2）式中VQ1和VR6隨溫度的變化可以相互補償，故該基準源的輸出VREF對溫度變化不敏感。電壓調節電路是穩壓電路中的核心部分，包括兩個一級CMOS差分放大電路COMP和電壓調節及反饋電路，如圖5。

兩個差分放大器的輸入由分壓電阻得到。比較放大后經反饋調節和限流保護電路得到MA1和MB1，以控制電源開關電路中開關管的開啟和截止。

電源開關電路由儲能電容，NMOS管構成的整流器及開關電路組成，如圖6所示。P1、P2直接連到線圈L0的兩端。通過電磁耦合在P1、P2上感應出交流電；經整流后，在儲能電容C0端產生直流電壓VDD。調壓電容C5在N2管導通后構成放電回路，使P1、P2上的電流開始對C5充電而停止對C0充電，C0兩端電壓保持穩定，即為負載電路提供穩定的電源電壓。

篇12

伴著國內現代化發展腳步的不斷前行，改革放開下中國對外貿易的交易量不斷攀升，中國的經濟獲得了前所未有的發展。港口作為國內貿易的重要紐帶，在推動中國經濟穩步前行的歷程中功不可沒，目前，國內的港口開始引進非常多的大型機電設備進行港口的工作，因為引用的機電設備擁有大型化、信息化、快速化、自動化等特征，所以在機電設備的管理與維護等問題上提出了新的要求，目前，國內在港口機電設備的管理上還有很多未解決的問題。如何使得港口機電設備管理更加合理化，以及機電設備的節能減排與高效的運行等方面能夠得到及時的解決成為了當前需要解決的難題。

1 港口機電設備的管理特征

伴著科學技術和國內工業化的飛速前進，科學領域前沿性的技術越來越多的在港口機電設備中得到了運用，從而讓港口機電設備擁有了以下特征：

1.1 大型化

隨著現在港口規模的不斷擴大與工作區間的密集化造成了港口機電設備規模也趨于變大。大型機電設備機組能夠增強工作效率，減少工作成本，降低能耗，并且適用于新技術的發展需求，滿足現代化大型港口的工作要求。

1.2 快速化

顧名思義，快速化指的是港口機電設備的快速工作特征，機電設備的快速化有效的解決了由于港口機電設備大型化引起的單個生產效率的裝置占有面積的減少與工作效率的提升等問題。

1.3 自動化

目前國內的港口內，機電設備的自動化已經得到了普及，自動化能夠有效的提升工作效率，降低工人的工作強度，從而實現港口高產高效節能減排的目標。

2 目前國內港口機電設備管理存在的問題

2.1 港口機電設備管理意識薄弱

目前國內企業針對港口機電設備管理還沒有長遠的意識，企業針對機電設備的管理中存在的問題還沒有明確的認識，更有些企業單純的認為機電設備引進之后進行安裝工作即可，后續工作并沒有有效的進行布置和管理，造成了機電設備沒有及時的得到保養、維修，使得機電設備的損壞，如果不針對港口機電設備管理意識上進行增強，那么企業將隨時會有巨大的隱患。針對港口機電設備的管理實際上可以說是對潛在資產的保護，擁有潛在的利益，大多數企業都為了降低成本而對港口的機電設備的使用沒有約束和限制，造成了機電設備的使用年限大大的縮短，實際上潛在的利益損失是無法估量的。此外，因為針對港口機電設備的管理意識沒有足夠的重視，造成了機電設備管理的不恰當，非常容易造成機電設備的安全參數減少，使得機電設備無法正常的工作，更可怕的是造成不必要安全事故。

2.2 港口機電設備重修理輕改造

企業真看到了眼前的利益，而沒有看見長遠的利益，為了要生產的數量，而使機電設備長時間工作，針對機電設備的維護沒有足夠的重視，常常讓機電設備發生小故障的時候仍然進行工作，等到積攢到一起再進行大修。如此狀態的機電設備生產效率下降，工作質量也沒有保障，并且無法保證機電設備的安全工作。另外，企業往往認為機電設備進行維修時能夠報銷，但是更新或者改造機電設備卻無法報銷，這樣做的直接結果導致機電設備的性能直線下降，最后將不法達到企業生產的需求。

2.3 港口機電設備維修管理相對滯后

機電設備的保養與維修方法還按照傳統的方式和周期進行，實際上這種“強制保養，計劃維修”同目前的實際應用中有些不同，還有著過量修理，不根據應用環境與工作條件武斷的定下的保養的間歇周期以及維修的間歇周期。由于這樣的保養修理機制，得到其完全遺忘了機電折本自身的質量狀況、保養修理與上次的維修數據。上述保養修理機制自身存在的缺陷，也不利于機電設備檢測技術與手段的發展。

3 港口機電設備管理解決方法

3.1 改變對港口機電設備管理的傳統意識

改變對港口機電設備管理的意識，增強企業全面的、統一的、可發展的維護管理觀念。此觀念不只含有機電設備的安裝、保養、修理、改造等常用的管理操作中，還應該令港口機電設備管理、操作工人具有這種觀念。保證港口機電設備管理的有序的實施，是港口工作中的重點，是提高港口機電設備穩定

、高效工作的前提。企業不應該只關注眼前的利益最大化，而忽略了長遠的利益，使得機電設備超負荷運轉，造成無法挽回的損失。應該從機電設備可以長期為企業提供利益這點上進行管理。

3.2 增強港口機電設備的技術改造

機電設備的技術改造也稱為機電設備的技術改裝，指的是運用現代科技成果，針對機電設備的結構，功能等進行改造，以達到原機電設備無法完成或可以令機電高效的完成工作。技術改裝針對已有的作業工藝、工作設施以及技術設備展開的技術變革，并且是對現有的工作性能添加新的技術從而增強工作效率和經濟效益。此外，技術改裝與修理不是同一概念，修理只是針對機電設備保持其工作性能的一種方法，修理不具備很高的新技術要求，而技術改裝需要新的技術對原有設備性能等進行創新的改造。

3.3 完善港口機電設備的維修管理

設備修理的目的在于令動力構件保持一定的運行能力，在規定時間內完成工作，簡言之，是讓機電設備在規定的期限內有效的運行下去。修理后是否對機電設備的工作效率和質量產生影響，是根據設備的可利用率得知的。所以修理的目標是用適當的成本提供技術支持，從而保障工作中的機電設備順利生產，讓企業獲得利益。當確認機電設備的維修方法后，還要對設備在生產流程中所處的位置，不要應用一種固定的修理方法。在企業中必須要同時擁有定期維護、定期檢測、修理等方式。

【參考文獻】

[1]許若平.論港口機電的使用與維護[j].中國水運：下半月，2012（12）.

篇13

1.1解決方案概述

本文提出的移動管理平臺是管理企業移動智能終端的跨平臺解決方案，提供了iOS、Android平臺下的移動設備管理（MDM）、移動應用管理（MAM）和移動內容管理（MCM）功能，解決企業移動智能終端的安全問題、應用管理問題、統一配置問題、文檔共享問題。整個平臺分為四大組成部分⑴MDM客戶端：提供移動設備管理和移動應用管理功能；⑵MCM客戶端：提供移動內容管理功能；⑶自服務平臺：供移動終端用戶管理自己的設備；⑷管理平臺：供系統管理員使用。

1.2整體架構

1.2.1應用架構圖

設備客戶端通過TCP長連接服務端，獲取數據、信息，發送客戶端狀態。服務器端由MDM連接服務接受客戶端的TCP請求，通過指令引擎解析指令，發送到MDM管理模塊。具體結構圖如下圖1。平臺入口為負載均衡服務器，具有很好的可擴展性、可伸縮性。當服務器配置無法滿足日益增長的需求時，可通過擴展MDM連接服務、MDM管理服務等節點，可以實現無縫擴展服務器配置，來迅速增加服務器的處理能力，且不需要修改代碼。

1.2.2硬件架構圖

整套硬件按用戶設備10萬臺為基準：

由2臺高配置的IBM System x3850 X6 4U機架式服務器和共享存儲組成：

硬件系統包括服務器、共享存儲、安全設備、網絡設備，并應具備基于vmware實時遷移技術，防止單點故障。

實時處理要求高，需要7X24小時不間斷服務支持和計算密集型應用可使用本方案。參考圖如下：

二、移由璞腹芾砥教üδ

2.1設備管理

本文提出的移動管理平臺提供完整的移動設備生命周期管理。具體分為用戶及設備管理，配置管理，安全管理，資產管理等。

2.2用戶管理

2.2.1用戶及設備批量注冊

管理平臺提供批量用戶及設備導入功能，包括如下兩種方式：

⑴從模板文件導入。系統提供標準模板文件下載，管理員按照模板填寫用戶、用戶組及設備信息，一次性完成大量用戶和設備的注冊。

⑵從LDAP/AD導入。管理員可將企業LDAP/AD服務器中的用戶導入管理平臺某個用戶組中，然后按照用戶組、用戶名關鍵字進行選擇性導入。

2.2.2用戶及設備詳情查詢

通過管理平臺能對所有用戶及設備進行查詢。

用戶詳情展現用戶基本信息、帳號信息、權限信息、配置/策略信息、注冊/激活/淘汰設備的記錄，設備信息等。可支持Dashboard儀表盤顯示。

設備詳情展現已激活設備的詳細信息，包括設備基本信息、硬件信息、運營商信息、流量信息、應用程序信息、配置/策略信息、用戶信息等。可了解設備型號、OS及版本、是否受控在線、上次在線時間、是否越獄、SIM卡變更信息、設備漫游信息、下發的配置文件和策略列表及其狀態等?？芍С諨ashboard儀表盤顯示。

2.2.3用戶禁用及刪除

如員工離職，管理員可將用戶從管理平臺中禁用并刪除。支持單個刪除和基于組織結構、搜索結果的批量禁用刪除。用戶刪除后，淘汰的設備能形成資產變更歷史。

2.2.4通訊錄同步

用戶可通過客戶端或自服務平臺設置通訊錄自動同步功能，并能夠顯示上次同步時間。通訊錄發生變化時，同一用戶的多個設備能保持通訊錄聯系人一致。

2.3配置管理

在企業內部存在不同的組織，需要對他們進行差異化配置管理。通過預定義好的配置文件，在設備激活后自動向設備下發配置信息，并可通過修改配置文件在線對已激活的設備進行配置信息修改。

2.3.1WIFI熱點批量配置

WLAN作為移動網絡的有效補充，企業內部通常部署了多個WiFi熱點，手工配置繁瑣。通過將WiFi熱點的參數加到配置文件中，管理平臺統一下發到移動終端，達到迅速開通WLAN的目的。支持個人級Wi-Fi設置，采用WEP或WPA安全鑒定方式。

2.3.2電子郵件自動設置

移動管理平臺可以幫助企業用戶自動設置電子郵件，每個配置文件中可以包含多個電子郵件配置信息，配置內容包括SMTP、POP、IMAP郵件帳戶信息等。對于采用Microsoft Exchange服務器的企業，每個配置文件中可包含多個Microsoft Exchange服務器配置信息。

2.3.3VPN網絡配置

企業用戶可以配置多個VPN網絡，每個配置文件中可以包含多個VPN配置信息。支持L2TP、PPTP、自定義SSLVPN多種方式。

2.3.4APN網絡配置

可配置運營商移動網絡APN接入信息，包括接入點名稱、接入點用戶名/密碼、服務器地址及其端口等。

三、安全管理

3.1管理設備

如果需要找回含有企業數據的丟失設備，可采用自服務平臺提供的設備定位功能。定位結果通過地圖進行展現并形成文字形式地理位置摘要，地圖支持多個設備的同時展現。

設備丟失或暫時找不到時，為防止企業數據被他人獲取，通過自服務平臺向設備發送消息鎖定設備，從而保護企業數據的安全。

用戶可在自服務平臺進行設備刪除，淘汰設備必須提供設備擦除選項（全部擦除、選擇性擦除）并填寫備注信息，淘汰后的設備脫離與企業MDM平臺的關系。

3.2數據擦除

設備確認丟失后，可通過自服務平臺進行設備所有信息清除，使設備恢復出廠設置并格式化存儲卡，防止企業數據泄漏。

當員工離職需要帶走含有私人信息的設備時，可通過自服務平臺發送指令，在設備上僅擦除與企業相關數據。企業數據包括：MDM配置及策略文件信息；企業郵件；已安裝企業內部應用及其運行數據。

為防止不法分子試探密碼，可設置最多允許失敗次數：確定嘗試輸入密碼失敗超過指定次數之后設備會被擦除。

3.3密碼強制設定

移動設備的密碼設定是安全保護最簡單有效的方式。管理平臺可設置一種策略，移動設備會被要求在規定時間內設置密碼，如果超時沒有設置密碼，設備將會被鎖定，只有設置密碼后，才能繼續使用。

當用戶忘記設備鎖定密碼時，可通過自服務平臺進行密碼重置。

3.4數據加密策略

設置設備數據加密功能的開啟狀態及加密內容。（1）內置存儲器加密（2）SD卡加密

3.5限制相機，截屏等功能

對于禁止拍照攝像的工作場所，或是為防止人員對設備上的企業辦公系統進行屏幕捕捉而泄密，可應用相應策略關閉終端相機，截屏等功能。

3.8數據備份及恢復

管理平臺硬件故障導致數據丟失，可通過將備份文件導入新設備后快速恢復服務。支持手動和定期自動備份方式。

3.9應用安全管理

惡意軟件是公共移動應用商店存在的一個大問題，企業移動應用商店同樣可能受到這些惡意軟件的攻擊，例如來自心懷不滿的員工的內部攻擊，或者來自內部企業應用程序捆綁的第三方軟件和服務包。

為防止企業移動移動應用商店含有惡意軟件，提供對上架前的應用軟件進行安全掃描服務功能。有安全隱患的應用由管理T決定是否上架。

四、設備管理

資產管理人員需要對企業下發的移動設備進行統一管理，可通過資產列表了解設備相關信息，對某個設備維護備注信息，能夠導出設備資產報表。

設備管理提供如下功能：設備列表：顯示設備基本信息，設備組別，設備在線狀態，綁定SIM卡UIM號，所連接集群服務器地址。設備分組：對不同用戶使用設備進行分組，從后臺可調整設備組別。設備篩選、排序、查找：根據設備不同狀態，在線狀態，設備組別，設備MEID號，集群服務器地址等條件進行篩選、排序與查找。設備添加：需要輸入設備MEID，設備分組，設備綁定SIM卡UIM號，可批量導入。

五、應用管理

本文提出的移動管理平臺方案提供創新的企業移動應用商店，同時支持iOS和Andriod移動平臺，能有效地、安全地為企業提供進行移動應用管理。主要功能包括應用安全檢測、分類管理、內外部應用管理、策略管理、統計及日志管理等。

1、應用安全。惡意軟件（例如木馬應用程序）是公共移動應用商店存在的一個大問題，企業移動應用商店同樣可能受到這些惡意軟件的攻擊，例如來自心懷不滿的員工的內部攻擊，或者來自內部企業應用程序捆綁的第三方軟件和服務包。為防止企業移動移動應用商店含有惡意軟件，提供對上架前的應用軟件進行安全掃描服務功能。對于返回有安全隱患的應用由管理員決定是否上架。

2、應用分類。本文提出的移動管理平臺方案為便于應用搜索和管理，企業可自定義應用分類，供添加應用時選擇，一個應用可于多個分類。支持一級分類管理，管理員可以新建、刪除、修改分類信息。

六、黑白名單

本文提出的移動管理平臺方案提供企業內部應用的添加、更新、刪除、修改、列表、詳情查看、搜索功能?？舍槍τ脩?用戶組進行分發，分發方式可使用推送安裝包、推送消息、不推送等?？蓪眠M行黑、白名單的歸類。

七、公共應用

企業管理員可以在此放置推薦員工安裝的第三方應用。提供蘋果應用軟件商店、第三方應用軟件商店應用、拿到安裝包的第三方應用的添加、更新、刪除、修改、列表、詳情查看、搜索、分發功能。可針對用戶/用戶組進行分發，分發方式可使用推送安裝包、推送消息、不推送等。

八、MDM遷移方案

新平臺上線后，為保證新舊系統平滑切換，將實施如下步驟完成新舊平臺切換：（1）將舊系統數據全量遷移到新平臺。（2）部署新平臺，舊平臺不下線，新舊平臺雙軌并行。（3）舊平臺給所有設備分批推送新版本客戶端。考慮到推送后客戶端升級帶來的網絡帶寬壓力，每批次推送建議不多于2000臺設備。具體情況以實際情況為準。（4）設備安裝新版客戶端后，訪問新平臺。（5）所有設備的客戶端均已升級到新版本客戶端后，舊平臺才可下線。（6）舊平臺下線后，將舊系統數據增量遷移到新平臺，遷移完成。

九、定制化支持

為便于未來針對MDM系統進行定制化功能擴展，系統從設計及實現上考慮，提供靈活的擴展API。

9.1擴展定制接口

接口說明：該接口主要定義MDM系統管理端的擴展規范。

接口定義：業務擴展接口（JSGap）業務集成接口（webPortal）

（1）業務擴展接口（JSGap）是基于JavaScript構建的一套完整的業務服務擴展引擎，它提供一系列的接口適配、組裝能力，可用于為移動端、后端業務提供數據服務。

它提供的部分通用接口規范如下所示：

（2）業務集成接口（webPortal）是一個完整的門戶解決方案，基于J2EE的架構，前臺界面部分使用Spring MVC框架，作為企業業務系統的統一入口和接入平臺，提供了登錄管理，鑒權驗證，資源、菜單管理，應用集成及內容管理等功能，主要是實現對現有業務系統的整合。它提供的主要接口如下：

9.2統一認證接口

接口說明：該接口主要定義MDM系統中認證接口的統一規范。

接口定義：authToken

9.3消息推送接口

接口說明：該接口主要定義MDM系統中的消息推送服務的統一調用接口規范。

接口定義：pushMsg

9.4應用接口

接口說明：該接口定義MDM客戶端的應用商店API接口規范。

接口定義：ApplicationStore Open API

十、MD 系統升級規則

MDM系統針對升級兼容問題，從技術架構設計、接口設計、數據模型設計等各個環節綜合考慮，主要及關鍵的機制如下：

（1）接口版本號：。所有接口設計，添加嚴格的版本號兼容控制機制，根據版本號的不同做針對性響應。如果是非強制性的升級導致的版本號差異，則原則上盡可能保證低版本的系統可以正常運行。如MDM客戶端與MDM管理端間的接口規范定義。

（2）API兼容。API的兼容設計，主要是考慮MDM客戶端的版本升級的自身功能、數據、設置等的兼容問題，如果是正常的應用升級覆蓋的前提，則原則上盡可能保證升級后的應用可用性、原始數據狀態正常。比如客戶端上的嵌入式數據庫的升級API設計，數據存儲的API設計，新版本增加使用的新功能的API兼容等。

（3）協議兼容。協議的兼容設計，主要是考慮MDM客戶端與MDM連接服務端間的兼容問題，主要包括的是基于TCP鏈路上的消息協議的兼容問題，比如新增加擴展的協議，一定不影響原有的協議正常使用。

結論與展望

本文提出的移動管理平臺解決方案：一方面提供智能K端設備、應用、內容的統一管理，另一方面提供全面的安全防護。通過部署本移動管理平臺，可在不影響現有企業信息系統的前提下解決上述難題，實現如下三方面的價值：（一）大幅提升企業生產效率。實現員工在任何時間、任何地點進行無線辦公，采用Push通知第一時間精準分發企業應用和文檔，使企業在激烈競爭的信息時代贏得市場先機。（二）全面降低企業成本。多操作系統移動設備、應用、內容統一管理，降低IT管理費用；利用員工的設備實現移動辦公，降低公司在設備資產方面的開支；監控智能手機消費行為，引導合理套餐設定以節約話費。（三）充分保證企業數據及應用商店的安全。設備定位、鎖定及數據擦除保護企業信息不外漏，采用全球最大移動安全知識庫讓企業應用商店遠離病毒干擾。如通過統一下發策略配置保證設備強制密碼設定，防止設備非法越獄，限制部分應用、文檔的使用權限等。

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