中国象棋的编程设计（精选十篇）
中国象棋的编程设计 篇1
ALTERA公司的EPM7128是比较常用的可编程逻辑器件 (CPLD) 芯片, 它采用CMOS工艺, 是一种基于EPROM的器件。哈量集团的许多精密量仪产品, 如齿轮测量中心、万能齿轮测量机、齿轮双面啮合测量仪、三坐标测量机等, 都在测量控制电路中应用了此芯片。这种可编程逻辑器件可以通过编程, 用单一芯片实现复杂电路功能, 既节省了电路板空间, 降低了成本;又可以实现各种数字逻辑的自由组合, 简化了设计程序;同时, 可以通过对编制程序的加密, 保护自有知识产权。
2 EPM7128芯片的简要说明
目前我们装配的仪器中应用的主要CPLD芯片均为ALTERA公司的EPM7128 SLC84-15, 其封装形式为PLCC封装。该芯片外部供电电源为+5V, 正常工作频率在55.5MHz至125MHz之间, 芯片有84个外部引脚, 其中I/O端口共有64个, I/O端口的主要功能是为了完成芯片与外围设备、存储器之间的数据交换及信息通讯。该芯片主要功能是存储程序文件及数据文件, 进而完成相应的功能。
3 装配过程中所存在的问题
由于多种仪器均采用此芯片, 因此在装配过程中需要给芯片下载由设计员编制的对应程序, 以实现其电路逻辑功能。虽然设计员在电路板上给出了下载程序所用的接口, 但是在装配流程中还存在诸多的不便和工艺问题。
外购的EPM7128芯片需要入厂检验。对于这种专业芯片, 我们仪装车间没有专用的检测设备, 无法在入厂后马上检验其质量。一般需要在产品配套后, 装配在电路板上, 下载了程序后, 才能判断其是否能正常工作。发现问题时往往与元件入厂时间隔了比较长的时间, 而且发现了元件无法正常工作后, 由于元件需要装配到电路板上下载程序, 无法判断是否由于电路板的故障影响到元件的正常工作, 甚至也无法判断是否是由于电路板自身的质量问题导致元件造成了损坏。
此外, 将此元件装配到电路板上时, 由于其它元件的质量或电路板的焊接质量等问题, 可能使程序下载工作无法正常进行。即使在下载了程序后, 由于各种应用中编制的电路功能比较复杂, 在电路无法正常工作时, 无法判断其故障原因。
4 电路系统设计流程及功能
基于这些原因, 笔者设计了一个EPM7128编程与检测电路系统, 可完成元件检验、程序下载、功能检验等功能, 解决了装配过程中的诸多工艺问题。
设计流程及功能如下:
(1) 电源部分采用三相电源输入 (L端、N端及地端) , 输出电压为220V的交流电压, 该220V的交流电压通过一个1.5A的保险装置和一个带灯有锁电源开关后, 送至T40B型开关电源的各相应输入端, 三相电源的接地端与开关电源的接地端相连以实现共地, 其输出电压为±12V和+5V。
(2) T40B型开关电源输出的+5V电压与COM端之间需并联一个0.1μF独石电容和一个100μF钽电解电容用于+5V电压滤波处理。+5V电压经过一个1kΩ限流电阻后与电源开关内部的发光二极管相连, 当开启电源开关, 发光二极管变亮, 用作电源开关的指示灯。
(3) 时钟电路为一个晶振插座, +5V电压输入, 提供一个10MHz的晶振, 经过一个330Ω的电阻后, 与EPM7128芯片的CLK端相连, 提供时钟脉冲。
(4) 提供一个双列直插10芯JTAG口和一个ALTERA下载线, 该ALTERA下载线的一端为10芯扁平电缆口, 用于与10芯JTAG口相连, ALTERA下载线的另一端为DB25芯口 (内部含一个小电路板, 用作信号处理) , 用于与计算机的并口相连, 10芯JTAG口与+5V电源及EPM7128芯片的TDI、TMS、TCK、TDO引脚相连, TDI、TMS、TCK、TDO引脚各通过一个1kΩ的上拉电阻与+5V电源相连, 将ALTERA下载线接入计算机接口与JTAG口后, 再将EPM7128芯片接入84管脚的IC插座中, 计算机与EPM7128之间便可进行通讯, 再将事先编好的软件程序写入到该芯片中, 即完成程序的下载功能。
(5) 将EPM7128芯片的部分I/O口各串接一个1kΩ限流电阻和一个发光二极管指示灯, 然后编写相应的电路检测程序对I/O端口进行检测, 当I/O端口的输出正常时, 指示灯将连续闪烁, I/O端口输出不正常时, 指示灯不闪烁。这样可实现检验该芯片是否正常工作。
5结语
此系统现已投入使用, 在元件入厂时, 事先编写一段EPM7128芯片的电路检测程序, 用该电路系统下载一段检验程序后, 可以检验元件是否能正常工作。元件配套后, 可以用此系统下载相应的应用程序, 并在下载后, 装配到电路板上, 就可以排除因EPM7128芯片问题而造成的实际电路板故障, 效果很好。
摘要：文中对EPM7128芯片进行简要介绍说明, 并对电路的设计与实现部分进行说明。
关键词：EPM7128,编程与检测,CPLD芯片,电路
参考文献
Google编程挑战赛登陆中国 篇2
“Google编程挑战赛是Google对全球范围内工程、编程和计算机科学群体进行鼓励和支持的一种方式，
”Google公司全球副总裁李开复说，“我们希望通过这种形式的竞赛强调核心计算机科学问题的重要性，从而促进中国的计算机科学教育。”
Google中国编程挑战赛所有中国参赛者即日起可开始报名。参赛者将通过在线资格赛决出前500名参加12月19日进行的第一轮比赛。在线竞赛首轮名列前250名的参赛者将竞争前50名参加冠军赛的资格。（陈亮）
基于编程器电源部分的设计 篇3
第一种方案是采用外置电源，可以采用普通的9V外置电源加上一个简单的7805稳压电路。
第二种方案是从声卡的游戏口提供电源。声卡的+5V引脚是直接连接到计算机电源的+5V输出的，因此能够提供很大的电流。声卡的游戏口共15针，其中①⑧⑨脚是+5V，④⑤脚是地。
第三种方案是从计算机的USB接口提供电源。计算机的USB接口通常情况下，可提供+5V、100mA的电流。我们此次就采用了这种方案。并外置5V备用电源在掉电情况，脱机情况下给编程器供电。
通常，在PC机上进行单片机的程序开发，生产的目标代码通过串口或并口下载到编程器中，再由编程器将代码烧录到芯片中。本设计编程器针对ATmega16单片机,计算机中的多种接入设备（如数码相机）和传感器设备（如RFID设备）在很多时候将可能是离线方式工作，成为看起来是单独工作的计算机电子设备。要求单片机编程器既要能在线编程，即跟计算机连接后对有关芯片进行编程，又要能够实现离线编程，可离线方式工作，即不与计算机连接，在编程器存储器已经固化好要编程的程序，上电后即可对目标芯片编程，进行数据写入操作，这样可以进行规模化生产，降低成本，也可以避免把计算机带入恶劣环境。这样就给系统设计开发、电路板调试和维护带来了极大方便。便于生产，价格便宜。
因此，在脱机工作方式下，编程器就需要有自己独立供电系统，希望采用干电池提供编程所需的电压，鉴于编程器芯片的工作电压范围，可以采用3节五号1.5V干电池串联的方式，作为供电电源，同时，编程器有时会连接计算机在线编程，要求可以直接由外部电源供电，如图1所示。
电源电路在电源开关后加一发光二极管作为上电指示灯，同时串一100KΩ电阻器限流保护作用，只要开关闭合，电源指示灯就会亮起来。提示用户系统正处于工作状态。2只二极管起了一个选通作用。在使用外部电源时，可以自动将干电池部分的二极管关闭，将干电池隔离，同时，利用二极管的单向导电性来实现供电的不间断。正常供电时，外部电路的输出电压高于4.5V，此时，备用电池不工作，当出现停电或电压不稳的情况时，稳压电路的输出电压将会低于4.5V，此时由备用电池来供电，保证可靠供电。为了保护系统各器件的安全，需要在电源电路必要的地方加上保险丝，在电源开关后加上可恢复保险丝。
用于过电流保护的保险丝就是平常说的保险丝（也叫限流保险丝）。用于过热保护的保险丝一般被称为“温度保险丝”。在开关后面安装的是可恢复保险丝，又称自恢复保险丝。自恢复保险丝（Resettable Fuse）的英文缩写为RF。它是20世纪90年代问世的一种新型过流保护器件。传统的保险丝属于一次性过流保护器，使用很不方便。美国硅谷的瑞侃（Raychem）公司研制成功由聚合物（polymer）掺加导体而制成的自恢复保险丝，圆满地解决了上述难题。它具有体积小、种类规格齐全、开关特性好、能自行恢复、反复使用、不需维修等优点。其中，RXE系列为圆片形，RUE系列属方形，miniSMD为小型化表面安装器件，SRP系列为片状。自恢复保险丝具有开关特性，亦称之为聚合物开关（polyswitch）。内部由高分子晶状聚合物和导电链构成。由于聚合物能将导电链紧密地束缚在晶状结构上，因此常态下的电阻非常低，仅为零点几欧姆左右。当工作电流通过自恢复保险丝时所产生的热量很小，不会改变聚合物内部的晶状结构。当发生短路故障时，电流急剧增大，导电链产生的热量使聚合物从晶状胶体变成非晶状胶体，原本被束缚的导电链便自行分离断裂，器件的电阻值就迅速增加几个数量级，呈开路状态，立即将电流切断，起到保护作用。而一旦过流故障被排除掉，器件很快又恢复成低阻态。正是这种“低阻（通态），超高阻（断态）”的可持续转换，才使之能反复使用而无须更换。在开关后面加上自恢复保险丝，可以保证后面器件的安全。
中职招生系统的编程设计研究 篇4
1 建立中职招生系统的必要性
由于在中职招生工作的进行中所遇到的问题复杂多样, 包括一年制中专、三年制中专和五年制大专三个部分, 在录取 (补录) 、报名、资料统计、发放录取通知书, 报到流程、上报省考试院等方面的工作遇到了人力物力流动困难, 工作效率低的问题。
按照以往的招生工作的步骤, 初中学生参加中考并获得初中毕业证, 中职学校根据考生的志愿和学校的录取分数线对学生进行录取工作, 如果录取之后学校预订人额未满, 则在采取下调分数线或者开始没填报志愿而后又想重新选择就读的学生中选择的方式补录, 学生到学校报名填写新生报名表, 相关工作人员对新生报名表的内容进行汇总输入电脑, 对学生发放录取通知书, 学生前来学校报到, 报道后再次确认学生的信息, 对学校的招生情况和学生资料由Excel形式转换成DBF形式上报省考试院。在这整个过程中, 每一个步骤都需要大量的人力完成、浪费时间、而且纸质的资料不易保存、书写过程中容易出错, 因此设计中职招生系统非常必要。
2 中职招生系统的编程设计研究的技术原理
在面对上述问题, 我们中职招生系统必须紧跟时代的步伐, 运用现代化的手段进行招生工作, 中职招生系统也随之产生。
Visual Fox Pro 6.0是在x BASE (d BASE, Clipper, Fox BASE, Fox Pro) 的基础上发展而来的32位数据库管理系统。这是微软公司在1998年和Windows 98操作系统同时推出的数据库管理系统。VFP6为使用者带来了极大的方便, 让使用者对数据库的设计更加方便简捷, 满足了不同使用者的多种要求。VFP6的最大特点就是面向对象编程, 而且增加了表的字段和直接结合的设置, 广泛应用在编制数据管理系统方面, 并且在各高校的计算机课程中均有开设, 也是学生毕业论文的研究课题。因此针对我们在中职招生工作中遇见的问题, 以VFP6为基础设计中职招生系统。
运用VFP6系统设计中职招生系统的方案有很多, 包括单纯PRG文件的程序编制方案、由主程序PRG和基于表单Form、菜单Menu的编程方案和由主程序PRG和基于表单Form、菜单Menu的编程方案等方案, 三种方案各有优缺点。以宜宾职业技术学院为例, 该学院采用的就是第三种方案, 以主程序定义全局变量, 在登录表单的时候输入密码显示主界面的各个表单, 密码输入错误则退出程序。这种方案在运用中的特点就是方便编程, 写出代码即可实现对数据的简单处理, 每个模块的创作可以多人进行, 维护方便, 适用于流程多变动多的数据, 和中职学校招生工作的步骤繁多, 病名人员的变数大等特点相吻合。而且这种中职招生系统分模块进行, 对模块的修改不影响整体的数据库。如果数据库发生变化, 相关编程人员只需要修改部分代码则可完成。
3 中职招生系统设计的思路及效果
针对中职招生工作的复杂性, 为了保证招生录取工作能够高效的进行下去、学生信息的正确录入保存、数据格式的自由转换等方面设计中职招生系统, 主要运用VFP6.0设计软件对各种数据分模块单独存放, 单独管理。并且在开发方面对开发编制人员增加培训交流的机会, 确保开发工作的进行, 同时对中职招生系统的日常维护和更新方面增加开发力度。
根据中职招生系统的实施, 能解决中职学校在招生报名工作中遇到的复杂问题, 提高工作效率, 中职招生工作全由电脑完成, 录取通知书自动设置条形码, 学生在报道时只要刷条形码就能出基本报道流程信息。对各方面的资料储存更加清晰有条理, 系统自动识别年份并备份数据。在把招生情况和学生信息上报省考试院的过程中, 系统自动转换格式并导出。招生工作不再是启用大量的人力进行工作, 减轻了招生人员的工作负担, 在对学生的信息录入时, 更加简单快捷, 在很短的时间就能完成信息录入, 报名缴费, 录取通知书的下发工作。对整个招生工作的高效进行和学校形象的树立, 学校知名度的宣传都有明显的效果。
4 结语
综上所述, 中职招生系统的编程设计的中职学校招生发展的必然选择, 能减轻招生人员的工作负担, 提高工作效率, 也对中职学校的发展有重要意义。
参考文献
[1]吴婉如.进化职业技术学院招生信息系统设计与实现[D].电子科技大学.2012
[2]颜石磊.来华留学生招生信息系统的设计与实现[D].电子科技大学.2012
中国象棋的编程设计 篇5
3.2信息的编程加工
【课程标准】
通过体验一个完整的程序设计过程，知道利用计算机解决问题的步骤，了解计算机加工信息的内在机制 【教学目标】
※ 知识性目标：理解算法的概念；知道利用计算机解决问题的步骤，初步了解计算机加工信息的内在机制。
※ 技能性目标：让学生了解计算机解决问题的一般过程，了解用高级语言编程工具解决问题的基本方法，感悟计算机程序设计的思想，了解计算机程序设计的基本流程。
※ 情感性目标：让学生感悟计算机程序设计的思想，增加学生的成就感，从而激发学生对信息技术的求知欲，形成积极主动学习信息技术的态度。【教学重点】理解算法的概念和利用算法解决简单问题；通过体验编程过程，了解计算机加工信息的内在机制。
【教学难点】计算机加工信息的内在机制的理解。
【教学方法】成品分析法、成品加工法、分层教学、启发式、探究式 【教学时间】一课时 【教学环境】多媒体网络机房 【教学过程】
一、情境导入（5）
教师活动：向学生展示画常用函数图的几个小程序。学生活动：看程序运行过程
教师活动（提问）：大家知道不知道计算机是如何画函数图的？想不想知道？ 学生活动：思考、回答（激发学生兴趣）。教师活动（提问）：同学们画函数一般步骤？
学生活动：讨论、总结、回答问题。建坐标系——列表——描点——连线 教师活动（总结）：其实计算机解题并不是一件很神秘的事，我们现在使用的计算机实际上只是按照人们事先给定的步骤在工作（只不过我们可以利用计算机的高速运算能力提高信息加工的效率，超越人工信息加工的局限），因此，要让计 《信息的编程加工》教学设计——二甲中学 曹铁军
算机能够按照人们的要求去工作，我们首先要确定解决问题的方法和步骤（算法）（引出算法概念）
教师活动（提问）：那么，我们简单的把解决问题的方法和步骤告诉计算机，计算机能够自动运行吗？
学生活动：回答（进一步激发学生兴趣）
教师活动：因此，我们要选择一种合格的计算机语言编写程序，将人类语言转化为计算机能够认识的语言，从而赋予计算机解决问题的能力——编程。
二、剖析程序（10）
教师活动：通过大屏幕展示y=x3的代码，并进行讲解。
Private Sub Command1_Click()‘事件
Dim x, y As Single ‘定义变量 Picture1.Scale(-10, 25)-(10,-25)‘确定坐标轴原点
Picture1.Line(-10, 0)-(10, 0), RGB(0, 0, 255)‘画横坐标轴 Picture1.Line(0, 25)-(0,-25), RGB(0, 0, 255)‘画纵坐标轴
‘画函数图像
For x =-5 To 5 Step 0.0001 ‘取点
y = x ^ 3 ‘函数
Picture1.PSet(x, y), RGB(255, 0, 0)‘描点 Next x End Sub 学生活动：思考，听讲，了解程序结构组成和具体作用，为修改程序作好准备。
三、亲身体验——运行和加工程序（18）教师活动：
1、布置任务：
A层次的学生只要能运行程序，并查看代码，体验计算机编程加工 B层次学生能够简单修改程序，画出其它函数图。
C层次学生能够利用画函数图的方法，解决数学中方程组解的个数问题。
2、辅导学生，对有共性的问题进行讲解
3、对学生的作品进行点评 学生活动：
《信息的编程加工》教学设计——二甲中学 曹铁军
1、根据要求完成任务
2、完成“任务”的学生通过“广播教学”给其他同学做示范，并介绍经验、体会，以达到共同提高的目的。
四、提高与创新（5）
学生的层次不一，对于学得好的学生，提供更多的机会，让他们开阔视野，本节课提供了各种类型不同的小程序，进一步激发学生的兴趣。
五、评价交流（5）教师用投影在不打断学生操作的情况下，点评有创新的程序。学生对自己完成的作品，打包，发送到教师机。通过作品的上传，让学生有一种收获感。通过互评、自评让学生开阔视野，学会正确评价他人。
六、总结（2）
教师引导学生总结出计算机信息编程加工的一般过程。
可编程控制器应用程序的设计过程 篇6
1.启动、停止和保持控制
使输入信号保持时间超过一个扫描周期的自我维持电路构成有记忆功能元件控制回路的基本环节,它经常用于内部继电器、输出点控制回路,基本形式有两种。
(1)启动优先式。图1是启动优先式启动、保持和停止控制程序。
当启动信号X0=ON时,无论关断信号X1状态如何,M2总被启动,并且当X1=OFF( X1=ON )时通过M2常开触点闭合实现自锁。
当启动信号X0=OFF时,使X1=ON(X1=OFF)可实现关断M2。
因为当X0与X1同时ON时,启动信号X0有效,故称此程序为启动优先式控制程序。
(2)关断优先式。图2为关断优先式启动、保持和停止控制程序。
当关断信号X1=ON(X1=OFF),无论启动信号状态如何,内部继电器M2均被关断(状态为OFF)。
当关断信号X1=OFF(X1=On)时,使启动信号X0=ON,则可启动M2(使其状态变为ON),并通过常开触点M2闭合自锁;在X0变为OFF后仍保持M2为启动状态(状态保持为ON)。
因为当X0与X1同时为ON时,关断信号X1有效,所以此程序称为关断优先或控制程序。
2.逻辑控制的基本形式
(1)联锁控制。在生产机械的各种运动之间,往往存在着某种相互制约的关系,一般采用联锁来实现。用反映某一运动的联锁信号触点去控制另一运动相应的电路,实现两个运动的相互制约,达到联锁控制的要求。联所控制的关键是正确地选择和使用联锁信号:
不能同时发生运动的联锁控制;
互为发生条件的联锁控制;
顺序步进控制。
在实践中,顺序步进控制的实例很多。在顺序依次发生的运动之间,采用顺序步进的控制方式。选择代表前一个运动的常开触点串在后一个运动的启动线路中,作为后一个运动发生的必要条件。同时选择代表后一个运动的常闭触点串入前一个运动的关断线路里,这样,只有前一个运动发生了,才允许后一个运动可以发生,而一旦后一个运动发生了,就立即使前一个运动停止,因此可以实现各个运动严格的依赖预定的顺序发生和转换,达到顺序步进控制,保证不会发生顺序的错乱。
集中控制与分散控制。在多台单机连成的自动线上,有在总操作台上的集中控制和在单机操作台上分散控制的联锁。
自动控制与手动控制。在自动或半自动工作机械上,有自动工作控制与手动调整控制的联锁。
(2)按控制过程变化参量的控制。在工业自动化生产过程中,仅用简单的联锁控制不能满足要求,有时要用反映运动状态的物理量,像行程、时间、速度、压力、温度的量进行控制。
按时间控制也是常用的。交流异步电动机采用定子绕组串接电阻实现减压起动,利用时间原则控制减压电阻串入和切除的时间。交流异步电动机星形起动。三角形联结运行的控制采用时间原则控制。交流异步电动机能耗制动时,定子绕组接入直流电的时间也可用PLC控制。按速度原则控制在电气传动中也屡见不鲜。
二、应用程序设计方法
PLC用户的设计没有固定模式,靠经验是很重要的。一般应用程序设计可分为经验设计法、逻辑设计法、利用状态流程设计法等。
1.经验设计法
利用前面介绍过的各种典型控制环节和基本单元控制电路,依靠经验直接用PLC设计电气控制系统,来满足生产机械和工艺过程的控制要求。
用经验设计法设计PLC应用的电控系统必须详细了解被控对象的控制要求才能动手设计。由于该方法的基础是利用经验,所以设计的结果往往很不规范,而且往往需经多次反复修改和完善才能符合设计要求。由于依赖经验设计,故要求设计者有丰富的经验,要能掌握、熟悉大量控制系统的实例和各种典型环节。
经验法设计用PLC程序时可以大致按下面几步来进行:分析控制要求、选择控制原则;设计主令元件和检测元件,确定输入输出信号;设计执行元件的控制程序;检查修改和完善程序。
在设计执行元件的控制程序时,一般又可分为以下几个步骤:按所给的要求,将生产机械的运动分成各自独立的简单运动,分别设计这些简单运动的基本控制程序;根据制约关系,选择联锁触点,设计联锁程序;根据运动状态选择控制原则,设计主令元件、检测元件及继电器等设置必要的保护措施。
2.PLC应用程序的逻辑设计方法
逻辑设计方法的基本含义是以逻辑组合的方法和形式设计电气控制系统。这种设计方法既有严密可循的规律性,明确可行的设计步骤,又具有简便、直观和十分规范的特点。
逻辑设计方法的理论基础是逻辑代数。而继电器控制系统的本质是逻辑线路。看一个电器控制线路会发现,线路的接通或断开,都是通过继电器等元件的触点来实现的,故控制线路的种种功能取决于这些触点的开、合二种状态。因此电控线路从本质上说是一种逻辑线路,它符合逻辑运算的各种基本规律。PLC是一种新型的工业控制计算机,在某种意义上我们可以说PLC是“与”、“或”、“非”三种逻辑线路的组合体。而PLC的梯形图程序的基本形式也是“与”、“或”、“非”的逻辑组合。它们的工作方式及其规律也完全符合逻辑运算的基本规律。因此,用变量及其函数只有“0”、“1”两种取值的逻辑代数作为研究PLC应用程序的工具就是顺理成章的事了。
我们知道,逻辑代数的三种基本运算“与”、“或”、“非”都有着非常明确的物理意义。逻辑函数表达式的线路结构与PLC语句表程序完全一样,可以直接转化。
多变量的逻辑函数“与”运算和梯形图表达式如图3所示。
FY1=∏Xi=X1•X2•…•Xn
多变量“或”运算如图4所示。
FM1=∑Xi=X1+X2+…+Xn
用逻辑设计法对PLC组的电控系统进行设计一般可分为下面几步。
首先明确控制任务和控制要求。通过分析工艺过程绘制工作循环和检测元件分布图,取得电气执行元件功能表。
其次是要详细绘制电控系统状态转换表。通常它由输出信号状态表、输入信号状态表、状态转换主令表和中间记忆装置状态表四个部分组成。状态转换表全面、完整地展示了电控系统各部分、各时刻的状态和状态之间的联系及转换,非常直观,对建立电控系统的整体联系、动态变化的概念有很大帮助,是进行电控系统的分析和设计的有效工具。
有了状态转换表,便可进行电控系统的逻辑设计。包括列写中间记忆元件的逻辑函数式和列写执行元件(输出端点)的逻辑函数式两个内容。这两个函数式组,既是生产机械或生产过程内部逻辑关系和变化规律的表达形式,又是构成电控系统实现控制目标的具体程序。
PLC程序的编制就是将逻辑设计的结果转化。PLC作为工业控制计算机,逻辑设计的结果(逻辑函数式)能够很方便的过渡到PLC程序,特别是语句表形式,其结构和形式都与逻辑函数非常相似,很容易直接由逻辑函数式转化。当然,如果设计者需要由梯形图程序作为一种过渡,或者选用的PLC的编程具有图形输入的功能,则也可以首先由逻辑函数式转化为梯形图程序。
程序的完善和补充是逻辑设计法的最后一步。包括手动调整工作方式的设计、手动与自动工作方式的选择、自动工作循环、保护措施等。
3.利用状态流程图的程序设计方法
如前所述,状态流程图又叫状态转移图,它是完整地描述控制系统的工作过程、功能和特性的一种图形,是分析和设计电控系统控制程序的重要工具。利用状态流程图进行程序设计时可以按以下几步进行。一是按照机械运动或工艺过程的工作内容、步骤、顺序和控制要求画出状态流程图。二是在画出的状态流程图上以PLC输入点或其它元件定义状态转换条件。当转换条件的实际内容不止一个时,每个具体内容定义一个PLC元件编号,并以逻辑组合形式表现为有效转换条件。三是按照机械或工艺提供的电气执行元件功能表,在状态流程图上对每个状态和动作命令配上图上实现该状态或动作命令的控制功能的电气执行元件,并以对应的PLC输出点的编号定义这些电气执行元件。
很多PLC生产厂家都专门设计了用于编制步进顺序控制程序的指令。三菱FX2系列PLC和配置的大量状态器(S0—S899)就可用于步进顺序控制程序的设计。
用步进指令设计PLC程序时,通常是利用状态流程图,而且设计的程序与状态流程图有严格的而明确的对应关系。
设计时,首先要按工艺及控制要求画出系统的状态流程图,用状态器(S0—S899)对各状态命名,标出与各状态对应的执行元件的PLC输出编号和各状态条件的PLC输入编号。然后就可以用STL/RET指令编程。
图5是一个包含用选择性分支、跳转和局部循环的自动工作机械的状态流程图。
4.程序调试和模拟运行
PLC应用程序设计完成以后,可以在实验室里或办公室里进行模拟调试和运行。程序检验是第一步,将编好的应用程序输入编程器,经过程序检验,改正编程语法和数据错误,再逐条搜索与所设计程序核对无误后传入CPU模块RAM存储器中。
(1)信号的模拟。用模拟开关模拟输入信号,开关的一端接入相对应的输入端点,另一端作为公共端,接在PLC输入信号电源的负端(当要求输入信号公共端为正端电源时)输入程序后,扳动开关,接通后断开输入信号,来模拟机械动作使检测元件状态发生变化,并通过输入、输出端点的指示灯来观察输入输出端点的状态变化。
(2)按状态转换表进行模拟运行。首先对照输入信号状态表,设置好原始状态情况下所有输入信号的状态,再使PLC运行。按工步状态在一个工作循环里逐步转换的顺序,依次发出状态转换主令信号,则系统将依次进行工步状态转换。每发出一个状态转换主令信号,系统将结束一个工步状态转入下一个工步状态。仔细观察输出端点指示灯,并与执行元件动作节拍表对照,看各输出端点的状态是否在每个工步状态里都与执行元件动作节拍表里要求的状态一致。如果是一致,说明PLC应用程序设计正确,符合控制要求。这样逐步检查,以使其都达到状态。
检查和修正编程错误。当模拟运行带某一工步状态,发现某个输出点的显示与执行元件动作节拍表要求的状态不一致时,则编程有错需要修改。这里首先检查标号是否有错;逻辑函数是否正确;PLC程序是否有误;输入程序是否正确,一般说来,经过上述几点检查,定会找出并改正存在的错误。
用户程序通过调试和修改,正确通过模拟运行,设计任务即告完成,转入现场使用调试。
可编程光纤传输实验系统的设计 篇7
设计的以集成光收发模块和可编程逻辑器件(CPLD:complex programmable logic device)为核心的数字信号光纤传输实验系统,可用于数字信号的光纤传输,信号的线路编码、解码等处理.系统已经用于实验教学中.通过实验系统,不仅可以了解光纤信号传输的工作过程,而且利用CPLD及数字可编程开发平台可以任意设计光纤传输线路码型,如AMI码,HDB3,5B6B等.同时自行设计解码程序进行解码.发送信号及接收信号可以通过示波器或者LED进行对比显示,以观察误码情况,该实验系统具备了向实用产品转化的潜力[1,2].
1 系统设计原理
实验系统以TTL光收发模块和CPLD芯片EPM7128SLC84-15为核心.系统原理框图如图1所示.首先,由外部硬件电路控制,向CPLD传输8位随机码序列;然后,通过VHDL语言编程,CPLD对接收到的并行信号进行CMI编码,转换为串行信号后发送给光收发模块,光收发模块将接收到的TTL电平信号转换为适合在光纤中传输的光信号,信号进入光纤传输;最后,光纤中传输的光信号又返回光收发模块,光收发模块将接收到的光信号又转换为TTL电平信号后发送给CPLD,通过VHDL语言编程,对接收到的信号进行CMI解码,恢复为原信号,并由8个LED显示该8位随机码序列.
2 硬件设计
2.1 光发送与接收模块
光发送与接收模块是光纤通信系统中的核心模块.系统采用SFP类型的集成光接收和发送模块[3].该模块具有双SC插拔式、FC、ST型光接口,且与TTL电平兼容,这也是采用该集成模块最重要的原因.由于和TTL电平兼容,CPLD输出的电平信号就可以直接输入该模块,而光电转换、线路编码等过程则在集成模块中完成,无需在外围再搭建电路;同样,当光信号经光纤回到集成模块后,电平转换、光电转换等过程也在该模块中完成了,模块输出的TTL电平信号则可以直接返回给CPLD.
2.2 CPLD及其外围电路的设计
系统中的数字芯片采用ALTERA公司的CPLD芯片EPM7128SLC84-15.EPM7128共有84个管脚,其中有60个I/O口,满足8位并行信号的输入和输出,串行信号的输出和输入,复位等功能要求.电路设计原理框图如图2所示.
在外围电路中实现了伪随机码的产生和接收信号的LED显示.首先,由8个单刀双掷开关选择高低电平,由此产生8位并行信号,作为伪随机码直接输入CPLD.CPLD将此伪随机码进行CMI编码,并串转换后由串口输出;信号经光纤传输后,又由另一串口输入CPLD,CPLD进行串并转换和CMI译码,产生的8位并行信号由8个I/O口输出作为外围电路中LED的驱动,8个LED则正好显示传送回来的8位伪随机码与发送的伪随机码相比较,也可用示波器进行观察[4,5].
2.3 程序设计
程序设计采用VHDL语言;适合光纤传输系统的线路码型有CMI码、HDB3码等,以CMI编解码为例说明操作过程.CMI码是将输入的二进制符号“0”编码为线路码的一对比特“0 1”,将二进制信号“1”编码为交替地用“1 1”或“0 0”表示的线路码.它是CCITT建议PCM时分多路4次群139.264 Mbit/s数字复接设备的接口线路码型,在光纤通信系统中有着广泛的应用.CMI编译码流程如图3所示.
首先,CMI编码采用状态机方法[6].设置3个状态“0 0、1 1、0 1”和标志位Flag.当接收数据为“1”时,判断Flag是否为1.若Flag为1,则读取状态“0 0”,并置Flag为0;若Flag为0,则读取状态“1 1”,并置Flag为1.当接收数据为“0”时,则读取状态“0 1”,Flag保持不变.由此完成CMI编码.其次,设置16位计数器,完成16位CMI码的并串转换和串并转换.在接收端,提取时钟,同样采用状态机方法,完成CMI译码.最后,得到最初的伪随机码序列,并由LED显示.
3 实验结果
通过外围电路8个拨码开关选择8位并行输入信号:01010011;根据CMI编码原则,该输入信号相应的CMI码为:0100011101010011.
利用数字示波器分别观察集成光发送模块的发送端和CPLD输出端的波形,如图4、图5所示.从图4看出,发送端产生的伪随机序列,由8个拨码开
关控制,波形干净;图5是经光纤传输后,CPLD解码后的波形,用误码分析仪测试整个系统,整个系统误码率小于10-9,整个系统工作稳定.
4 结 论
系统以VHDL语言为工具,通过CPLD芯片EPM7128,很好地完成了对数字信号编解码的产生及其处理.同时,整个系统以光发送和接收模块为核心,较好地实现了数字信号在光纤中的传输.外围辅助电路则方便用户自行设置伪随机码产生和显示.实验研究表明,整个系统不仅通信质量较好,而且能实现多种线路码型的编码与解码,可开发更多扩展功能,具有很强的实用性.
摘要：设计了一套以光收发模块为核心的数字信号光纤传输实验系统.数字信号处理部分选用了复杂可编程逻辑器件EPM7128SLC84-15,通过拨码开关可以产生伪随机序列并作为输入信号进入EPM7128输入端,对其进行任意编码后,信号进入光纤传输.接收端再进行解码处理,并用LED或示波器显示结果.实验系统工作可靠稳定,其不仅可用于数字信号光纤传输实验教学,而且在较短距离、较大容量的局域网信号传输中具有实用价值.
关键词：光收发模块,数字信号,光纤传输
参考文献
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[3]陈建松,马明,陈青.雷达数字信号光纤传输系统发射模块的设计[J].量子电子学报,2004,21(6):884-886.
[4]肖忠.CPLD在可编程逻辑控制系统中的应用研究[J].电子技术应用,2006(8):66-67.
[5]方建,石永山.数字电路的VHDL语言设计方法[J].光电技术应用,2006,(21)3:38-42.
中国象棋的编程设计 篇8
1 车轮零件的CAD造型设计
Mastercam软件具有较强的计算机辅助设计 (CAD) 功能, 我们可以用该软件实现车轮零件的设计与加工, 要先对车轮零件进行二维图形绘制和三维造型。通过Mastercam命令中的绘图———曲面命令和实体命令, 可以生成三维曲面和三维实体模型。在Mastercam软件下, 利用圆弧命令、直线命令进行图形的绘制, 利用修整命令、转换命令完成车轮零件的框架绘制如图1所示, 利用实体菜单里的挤出命令完成车轮零件的造型, 如图2所示。
2 车轮零件的CAM设计
利用Mastercam软件的CAD功能完成了车轮零件设计后, 下一步就可以利用Mastercam软件的CAM功能对车轮零件进行加工设置, 包括刀具路径 (Toolpaths) 和操作管理 (Ncutils) 。在刀具路径命令功能下, 包括外形轮廓的铣削功能子菜单, 钻孔功能、挖槽功能、面铣功能等多个子菜单, 还包括工作设定功能、刀具路径转换以及干涉检查等功能子菜单。操作管理包括全选 (选择全部的加工路径) 、重新计算 (修改参数后重新计算路径) 、刀路模拟 (演示刀具轨迹) 、实体验证 (实体加工演示) 、后置处理 (生产加工程序) 和高效加工等功能。
先对车轮零件三维模型进行分析, 其加工部分有外轮廓、挖槽和孔的加工。加工坐标原点X:取模型的中心:Y:取模型的中心:Z:取顶面所在的平面。
1) 外形轮廓的加工。由于车轮零件外形有较大的加工余量, 所以首先要进行粗加工和精加工。根据工件尺寸大小, 粗加工和精加工选用直径为25mm的平刀加工, 刀具半径为12.5mm。根据刀具参数计算得到主轴转速为1500r/min, 进给率为600mm/min, 分层加工, 每次切深为5.0mm。
2) 挖槽加工。因为槽的倒角半径是6mm, 所以选用直径是10mm的键槽铣刀。刀具半径为5mm的球刀, 切深取5.0mm。主轴转速为2000r/min, 机床进给率为1000mm/min。
3) 用中心钻定位中心孔。选用直径为5mm的中心钻, 对孔进行定位。主轴转速为2000r/min, 进给率为1000mm/min。
4) 钻孔加工。选用直径为20mm的钻头, 在零件上钻出所需要的孔。设置主轴转速为600mm/min, 机床进给率为50mm/min。如表1所示各工步的内容、加工方式、刀具、进给、转速等机械参数。
3 车轮零件的数控加工仿真与程序的生成
生成车轮零件的加工走刀路线后, 可以用Mastercam软件的实体切削仿真功能来检验刀具路径是否正确。选用操作管理—实体验证, 就可以在计算机屏幕上模拟出实际的切削过程, 显示毛坯材料的切除过程和检查刀具干涉的干涉情况, 验证刀具轨迹是否符合要求, 查看切削加工后的工件表面, 确保不能出现过切情况, 而且能自动计算和显示刀具加工过程所需要的时间, 为加工生产提供参考依据。如图3所示, 为车轮零件的仿真加工效果图。通过后处理, 生成数控加工程序, 如图4所示。
4 结语
Mastercam软件在二维产品加工领域具有独特的优势, 在机械、通信、电子行业等产品加工中得到广泛的应用。本文以一企业产品作为案例, 以企业的真实工作岗位要求进行分析工艺与编程, 融于职业教育教学过程中, 真正做到与企业的零距离, 对促进职业教育改革、数控加工行业高素质高技能型人才的培养, 具有重要的意义。
参考文献
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[2]戴冠林.基于MasterCAM的腔体零件的加工工艺与编程[J].机械制造, 2010.
智能可编程时间控制器的设计 篇9
在现代生活中,很多情况下都需要定时或按特定时间将设备打开、关闭。显然,靠人力去实现是不切实际的。因此,性能可靠的时间控制器便有了其用武之地。本文介绍的可编程时间控制器适用于设备在每天规定的时间段内定时开/关、间歇工作的场合,可设定3 2个工作时段(可扩展),自带日历、实时时钟,具有0-24小时循环使用及自校准功能。可提供6个继电器的输出,打开、闭合时间均可以设定。并且在本设计中,继电器具有自锁功能,可保持当前状态,直到下次状态改变为止。人机交互使用128*64分辨率的点阵式LCD显示,具备四按键键盘输入功能。用户操作呈现菜单化,方便使用。
2 硬件组成
本控制器选用Atmel公司的ATmega128型单片机,其电路原理方框图如图1所示。
2.1 控制部分
电路中的主要控制元件采用美国Atmel公司的8位单片机ATmega128。ATmega128是一种高性能、低功耗CMOS型的8位单片机,采用先进的RISC结构,可以取得接近1MIPS/MHZ的性能,从而使得系统设计者可以在功耗和处理速度之间取得平衡[1]。
ATmega128单片机片内自带有128KByte的系统内可编程Flash存储器,用于存储程序和常量数据。片内自带4KByte的SRAM,用于数据存储,以及4KByte的EEPROM。在外设方面,ATmega128具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器,保障程序跑飞后系统可以及时复位;两个可编程的串行USART等;具有两个可工作于主机/从机模式的SPI串行接口,方便连接外围设备和系统扩展。目前本文设计的时间控制器可实现每天32个时间点的多路I/O输出,程序占用60KByte的Flash空间,考虑到扩展能力,选用该型号单片机是符合设计需要的。
2.2 时钟电路
时钟电路是时间控制器实现实时控制的核心部分,要求及时准确,掉电后保证继续计时,因此需要选用一款时钟芯片来保证这一点。
DS1302是Dallas公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片[2],本设计中使用单片机的I/O口模拟实现串行通信时序进行数据传送,能够向单片机提供秒、分、时、日、月和年的实时时间信息。该芯片引脚与单片机只需要三根线通信:SCLK、RST、I/O,只占用3个单片机端口。
如图2,在控制器正常工作情况下,D S 1 3 0 2通过VCC2由VCC供电。控制器断电后,则通过VCC1由电池BT1供电,从而保证DS1302的正常工作,断电后再上电时时间还正确运行,避免重新输入时间的繁琐操作。
2.3 外部存储芯片
时间控制器在实际使用过程中,经常是处于无人看管状态。对于操作者而言,是十分有必要知道控制器的运行状况。因此,控制器必须添加存储日志记录的功能,以供操作者随时查看。该日志记录需要满足控制器掉电记录不丢失,且保证一定数目的记录存储功能。控制芯片ATmega128虽然自身带有4K Byte的EEPROM,但本控制器的时间记录每一条须占用7个字节,即小时(2Byte)、时间(2Byte)、分钟(2Byte)、继电器状态(1Byte)。考虑到系统扩展能力,仅仅4K字节的容量仅仅能保证最多十余天的日志存储,不能满足使用者的使用要求。
所以,本设计采用了片外E E P R O M存储单元-AT24C512型I2C串行E2PROM。
AT24C512是512Kbit I2C串行E2PROM,采用低功耗CMOS技术,1.8V到6.0V工作电压范围,与1MHz I2C总线兼容,写保护功能,自定时擦写周期,100,000编程/擦写周期,可保存数据100年等特性。
如图3,AT24C512是8DIP封装,其中,VCC为电源,GND接地,WP为写保护,本设计实现的时间控制器并不涉及到频繁的读写该芯片,所以不使用该功能,接地处理。而A0、A1为地址线,由于本设计仅使用一片AT24C512,因此不需要地址选址,A0、A1均通过下拉电阻接地即可。所以真正需要与控制芯片MCU连接的仅有IICSCL、IICSDA两根线,分别为信号线和数据线。该两根线连接至ATmega128的I2C控制接口,通过对单片机的I2C操作,即可实现对AT24C512数据读写,简单可靠。
2.4 显示电路
较之于以前的L E D显示型时间控制器通过不同LED数码管闪烁给用户提示信息,本控制器使用128*64点阵液晶显示,不但可以显示出文字化的菜单,人机界面更加直观,而且输入信息也更加便捷。
本控制器选用北京青云的LCM12864G型号液晶控制模块,该液显模块内置KS0107型液晶驱动器控制IC,可与ATmega128的I/O直接连接,具有电源线、6条控制线、8位标准数据总线。可显示8个*4行共32个汉字,或16个*4行共64个英文或数字字符。该款液晶模块呈现绿色背光,以黑色字体字体显示,用户界面显示很清晰。
液晶模块与单片机硬件连接示意图如图4所示。液晶模块的数据口DB0~DB7与PA0-PA7依次相连,用来传输数据或指令;/写选择引脚R/W与PD4相连,电平时读数据,低电平时写数据;数据/指令选择引脚RS与P D 3相连,高电平时将数据D B 0~D B 7送入显示RAM,低电平时将数据DB0~DB7送入指令寄存器;写使能引脚E与PD2相连,高电平有效下降沿锁定数据。复位信号RST与PD5相连,低电平有效;片选信号CS1、CS2分别与PD6、PD7相连,用来选择LCD的前后64列,高电平有效。LCD驱动电压Vo应用时在VEE输出与电源VDD之间加一个电位器,调节电位器可以改变LCD显示的明暗对比度。
2.5 键盘及驱动电路
本时间控制器使用四按键键盘,分别实现调整数字大小、进入下一级菜单、返回、确认的功能。键盘上四个输入端分别接PE4-PE7,另外一个公共端接地。原理为设置PE4-PE7为输入且内部上拉,这样的话在键没有按下时单片机的I/O口电平为高电平,反映为PINx寄存器I/O相应位为1。反之,当有键按下时,相应键内部电路与公共端即地导通,从而将单片机I/O口电平拉低,PINx相应位即变成0,根据这一现象编程,即可判断出所按下键位。
由于ATmega128在复位上电时各引脚瞬间电平为高电平,若采用高电平控制继电器的闭合,则上电时继电器会动作,影响使用。所以采用低电平控制,避免此现象的发生,故使用六输出反相器74LS04芯片,而且一片74LS04通过六个I/O口可提供六路输出,而且通过扩展多片74LS04,可以扩展输出,方便系统扩展。
驱动电路图如图5所示,AC-SSR为交流固态继电器,1、2脚输出接交流电源及负载,3、4脚为输入端。当PF7为高电平时,2脚为低电平,三极管9013基极为低电平不导通,从而继电器输入端不导通,继电器不输出。反之,当PF7为低电平时,经过74LS04后9013的基极为高电平,三极管导通,从而3、4引脚内部导通,相当于输入端闭合从而继电器输出端内部可控硅导通,可以接通负载。
3 软件设计
本系统程序使用C语言编写,采取模块化编程,将子功能分别编写成子程序。主要有驱动程序,包括DS1302的读、写操作,KS0107液晶控制器的读、写操作,以及AT24C512的读、写操作。功能函数,包括液晶上显示文字、数字,液晶清屏操作,以及单片机Timer0溢出中断子程序(内部调用时间更新子程序、时间匹配子程序)等等,方便调用及查找。
其中,DS1302程序用于提供当前时间,提供时间控制的依据。Timer0中断子程序负责调用时间更新子程序,实时读取DS1302当前时间,再实时更新液晶屏上显示的时间。另外,该子程序也负责根据用户设定的继电器工作安排改变多路继电器的开/闭状态,通过调用时间匹配子程序来判断是否需要改变当前继电器状态,实现设计初衷。
本设计按照传统的前后台系统组织程序,前台程序为单片机Timer0溢出中断子程序,定时执行。后台程序为键盘扫描程序和显示程序,当有键按下后进行键盘处理,执行显示程序进行液晶显示内容的更新。
主程序开始后进行软硬件的初始化,打开中断,然后进入键盘扫描及显示程序。显示程序用于在液晶上显示当前时间,继电器工作状态,提供用户菜单操作信息等,提供人机界面。时间匹配子程序的原理是遍历用户设定的时间点信息,若与当前时间匹配则进一步判断继电器状态是否需要改变,对继电器的输出进行操作。在此基础上添加控制器的功能,如多路继电器协同工作,执行天计划或周计划特殊事件等等。
主程序、中断子程序流程图如图6、图7所示。
4 结束语
本时间控制器在实验室环境下通过对蜂鸣器以及不接负载的交流固态继电器的控制进行了试验,系统运行较稳定,在设定的32个时间点可以顺利切换状态,天计划、周计划控制方案也可以实现,顺利控制蜂鸣器和继电器的动作。
参考文献
[1]陈冬云,杜敬仓,任柯燕.ATmega128单片机原理与开发指导[M].北京:机械工业出版社,2006.
可编程光纤延迟线系统的设计 篇10
在单片机系统开发的过程中, 常常需要用到一种电器件, 也就是RAM, 在电域的信息处理中, RAM起到存储和缓冲的作用。在光通信飞速发展的今天, 要实现完全意义上的全光通信, 需要在传输、放大、交换、处理等各个过程都实现全光化, 其中在实现全光交换和处理时就需要类似于电域中RAM的光存储器。目前还没有现成的光学RAM, 那么光信号的缓冲存储问题就需要光纤延迟线来实现。光纤延迟线OFDL采用固定长度的光纤, 将进入的光信号延时一个固定的时间从另一端送出, 可以实现光信号的缓冲和存储。
1 工作原理
光存储器是实现全光通信的重要器件之一。它可以实现光信号的存储, 进行光域的时隙交换。常用的光存储器有双稳态激光二极管光存储器和光纤延迟线OFDL。双稳态激光二极管实现光存储器原理, 是利用双稳态激光二极管对输入光信号的响应和保持特殊性来存储光信号。而光纤延迟线OFDL实现光存储器的原理, 是利用光信号在光纤中的传输延时特性达到存储光信号的目的的。由于它是无源器件, 比双稳态存储器稳定。在时分、频分和ATM (异步传输模式) 光交换系统中应用广泛, 比现代雷达、光交换技术、电子战设备、各种快速信息处理系统中, 均有良好的应用前景。射频电信号输入激光二极管 (LD) , LD将输入射频电信号变换成该信号调制的光信号, 通过光接头耦合进光纤[1]。光电检测器 (PD) 将射频调制的光信号再变换为原来的射频电信号。输出的射频电信号的频谱完全和输入射频电信号的频谱相同, 只是用光纤作为介质延迟了一段时间, 也就是说, 射频信号瞬时存储在光纤延迟线单元中, 存储的时间的长短与光纤的长度成正比, 这就是光纤延迟线的原理。
常用的光纤延迟线器件是采用长度固定的光纤, 实现固定时间的延时, 如果需要延时更长, 可通过延迟线的级联来实现。在实际应用中, 根据要求常常需要能够灵活调节光信号的时延, 现在已有可在一定延时范围内, 手动任意调节的光纤延迟线器件, 而本文要介绍的是一种时延可通过编程灵活调节的光纤延迟线系统。
2 设计框图
系统主要由电源模块、单片机模块、可编程器件模块和光纤延迟线OFDL光开关矩阵构成。其中单片机模块由51单片机、数据RAM、看门狗和串口模块构成。串口模块采用电平转换芯片实现RS-232电平的转换, 是CPU和PC机的串行通信接口;可编程逻辑器件模块主要产生控制类信号;要控制光纤延迟线开关矩阵的开关, 可编程逻辑器件产生控制信号还必须要经过一个模拟开关矩阵。
3 供电模块
硬件系统是+7V的外部供电, 而不是直接采用常用的+5V供电, 这是由模拟开关矩阵和OFDL光开关矩阵的供电和驱动特性共同决定的。
OFDL光开关矩阵需要的开关工作电压+5V, 构成矩阵的光开关为磁控制开关, 磁场方向的变化决定了开关的切换。每个光开关有两个控制引脚, 一个引脚接+5V时, 另一个引脚则接地, 这时候电流按导通的方向流动, 电流流向决定的磁场的方向, 光开关切换到某条光路;如果控制两个引脚接地和接+5V发生倒换, 使得电流按相反的方向流动, 这时候光开关就会切换到另一条光路。每个光开关的内阻是50Ω, 这里必须保证电压达到+5V, 才能产生足够的电流引起光路的切换。
系统的设计是由可编程逻辑器件产生控制信号提供给模拟开关矩阵, 然后由模拟开关矩阵产生光开关的控制信号。模拟开关矩阵由双路模拟开关器件构成, 每个双路模拟开关产生两路控制信号, 每路的内阻约为3Ω, 双路即为6Ω左右, 这样模拟开关矩阵如果采用+5V的供电, 真正转化到光开关的控制信号电平已经只有约4.46V了, 这样就不能产生足够的电流引起光路的切换。
4 单片机模块
对于一个控制系统来说, 单片机模块无疑是系统的核心。在本系统中, 单片机模块包括单片机、数据RAM、看门狗、串口和锁存器。这里单片机的作用主要是实现串口通信和产生控制信号, 实现的功能比较简单, 选用较为常用的Atmel公司的8位微处理器芯片AT89C51即可。
AT89C51最高工作频率可到24MHz, 它的内部带有128B的RAM和4KB的程序存储空间, 如果程序存储空间不够, 可以外接程序存储器来扩展程序存储空间。
AT89C51内部有4KB的ROM空间, 将它的31脚EA接VCC, 这样单片机启动后直接从内部ROM中读取指令。4KB空间对于本系统来说足够用了, 所以不需要外部扩展程序存储器。AT89C51的10、11脚是P3端口中的P30 (RXD) 和P31 (TXD) , 它们起的是串口收发作用, 和串口电平转换芯片MAX3232的对应引脚连接。16、17脚是P3口中的P36 (WR) 和P37 (RD) , 分别是低电平有效的写和读控制信号。AT89C51的P1端口用作I/O控制, 这里只使用了其中的P10和P13。P10脚和可编程逻辑器件相连, 它的作用是控制光开关控制信号的脉冲宽度。P13脚用于控制看门狗电路的工作。
5 光纤延迟线光开关矩阵
光纤延迟线 (OFDL) 光开关矩阵是本系统中一个不可缺少的设备[2], 系统要实现的最终功能就是产生控制信号控制它以实现编程可控的延时。光纤延迟线光开关矩阵的工作原理如下:
系统选用的OFDL光开关矩阵带有21个光开关[3], 第一和最后一个光开关是单路开关, 中间的都是双路开关。第一、二、三个光开关K1、K2和K3, 它们属于整个光开关矩阵的一部分。
6 可编程逻辑器件模块
可编程逻辑器件简称PLD, 是一种通用大规模集成电路, PLD设计可以采用软件和硬件相结合的方法, 工程师可以通过传统的原理图输入法, 或是硬件描述语言自由地设计一个数字系统。通过软件仿真, 可以事先验证设计的正确性[7]。在印刷电路板PCB完成以后, 还可以利用可编程逻辑器件的在线修改能力, 随时修改设计而不必改动硬件电路。总而言之, 用可编程逻辑器件设计出来的数字系统具有价格便宜、操作简便、修改方便的优点。
在单片机系统中辅以PLD设计, 已经成为极为常用的开发方式。
本系统中可编程逻辑器件选用Altera公司的EPM7128S84.EPM7128S84属于MAX7000S系列, 此系列是Altera公司的主流芯片之一, 采用5V/3.3VEEPROM工艺, 价格便宜。EPM7128S84是84引脚PLCC封装, 内部包含有2500个门电路、128个宏单元和8个逻辑阵列块。用户可以独立使用的引脚为64个。在本系统中, PLD除了实现译码产生片选信号的功能, 还需要提供OFDL光开关矩阵的开关控制信号。由于要控制光开关的控制信号多达40个, 一片EPM7128S84的引脚不够用, 所以本系统中使用两片EPM7128S84。
7 结论
可编程光纤延迟线系统是采用51单片机在串口通信和控制领域的一个应用, 它通过计算机平台、单片机以及光纤延迟线 (OFDL) 光开关矩阵的配合, 实现了在光通信领域光信号的任意延时 (一定范围, 一定量级) 。自带串口是51单片机的一个特色, 单片机实现通信功能在现代控制系统中越来越显得重要。
通过本设计解决了光通信领域内光信号的缓冲和存储问题。实现了光通信领域中类似于电域中RAM的光存储器。从而弥补了光通信领域内这方面的空白。这为实现全光通信起到了不可忽视的作用。
参考文献
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