時(shí)間：2022-07-11 17:44:13
序論：在您撰寫(xiě)硬件設(shè)計(jì)論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開(kāi)闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
工藝設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)時(shí)一般先需要如下原始資料：產(chǎn)品裝配圖和零件圖，企業(yè)的制造相關(guān)信息。產(chǎn)品裝配圖有助于工藝設(shè)計(jì)師了解零件在產(chǎn)品上的位置，所起到的作用以及工作的條件情況；零件圖則表明了該零件的尺寸和精度要求；了解企業(yè)的制造相關(guān)信息有利于工藝設(shè)計(jì)師根據(jù)生產(chǎn)廠的生產(chǎn)條件，生產(chǎn)廠現(xiàn)有的設(shè)備規(guī)格，型號(hào)及性能，物資供應(yīng)狀況等信息設(shè)計(jì)出更加符合本企業(yè)的產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)。這些原始資料是制定工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。根據(jù)工藝設(shè)計(jì)流程和工藝設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容，可以把工藝設(shè)計(jì)活動(dòng)分為四個(gè)階段活動(dòng)。第一階段：工藝性分析階段，工藝設(shè)計(jì)人員從產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)人員處獲得新產(chǎn)品的CAD圖，對(duì)CAD圖進(jìn)行工藝性分析，審查圖紙上的視圖、尺寸和技術(shù)要求是否完整、統(tǒng)一、正確；找出重要的技術(shù)要求結(jié)合企業(yè)的加工能力分析是否能達(dá)到要求，分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性，是否存在不合理的結(jié)構(gòu)或者可以改進(jìn)的地方，與產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員協(xié)商。只有對(duì)零件的結(jié)構(gòu)工藝性進(jìn)行充分分析，才能清楚零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工表面與非加工表面、重要表面與非重要表面、技術(shù)要求的高低等直接影響零件加工性的因素，才能制定出最合理的工藝設(shè)計(jì)方案；第二階段：確定毛坯及其制造方式，通過(guò)圖紙的審查之后，設(shè)計(jì)人員開(kāi)始確定毛坯及其制造方式，毛坯的確定是工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要內(nèi)容，選擇不同的毛坯就會(huì)有不同的加工工藝，采用的設(shè)備，工裝也不同從，從而對(duì)生成率和成本有影響。因此必須正確的選擇毛坯類型和制造方法，確定毛坯精度及余量，之后繪制毛坯圖；第三階段：擬定產(chǎn)品的工藝路線，工藝路線是指用各種方法將毛坯加工成零件的整個(gè)加工路線。在毛坯確定后，根據(jù)零件的技術(shù)要求、表面形狀、已知的各種機(jī)床加工工藝范圍、刀具的用途，就可以初步擬定零件表面的加工方法，工序的先后順序，工序的集中還是分散。工藝路線的擬定不但影響加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，而且影響工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，影響設(shè)備投資，車間面積，生產(chǎn)成本等，因此擬定工藝路線是工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵階段；第四階段：進(jìn)行工序詳細(xì)設(shè)計(jì)，工藝路線擬定之后確定各工序的具體內(nèi)容。包括確定各工序加工余量、計(jì)算各工序尺寸及公差，選擇各工序使用的機(jī)床與工藝設(shè)備，確定各工序的切削用量及時(shí)間定額。工序設(shè)計(jì)應(yīng)該是在保證質(zhì)量的前提下，提高生產(chǎn)效率，這個(gè)階段最終形成加工工序卡片。當(dāng)過(guò)程流程圖，加工工序卡片都通過(guò)審核之后形成將文件，整理文件保存，整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中的工藝設(shè)計(jì)到此結(jié)束。之后將文件下發(fā)，指導(dǎo)一線工人進(jìn)行生產(chǎn)。
2工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的要素模型
質(zhì)量管理體系國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)將過(guò)程定義為：一組將輸入轉(zhuǎn)化為輸出的相互關(guān)聯(lián)或相互作用的活動(dòng)[7]。過(guò)程方法是指組織內(nèi)各過(guò)程的系統(tǒng)的應(yīng)用，連同這些過(guò)程的識(shí)別和相互作用及其管理。過(guò)程構(gòu)成要素模型，如圖2所示。根據(jù)過(guò)程定義并結(jié)合圖2過(guò)程構(gòu)建要素模型可知:一個(gè)過(guò)程包括輸入、輸出、相關(guān)轉(zhuǎn)換活動(dòng)、所需資源、過(guò)程所處的環(huán)境以及檢測(cè)評(píng)價(jià)等六要素。其中輸入是實(shí)施過(guò)程的開(kāi)始，而輸出是完成過(guò)程的結(jié)果，通過(guò)使用合理的資源和科學(xué)的管理，來(lái)對(duì)處于一定的環(huán)境的過(guò)程進(jìn)行增值轉(zhuǎn)換活動(dòng)。為了確保過(guò)程的結(jié)果質(zhì)量，對(duì)輸入過(guò)程的要素、環(huán)境要求和輸出的結(jié)果（有形的或者無(wú)形的）以及在過(guò)程中的適當(dāng)階段應(yīng)進(jìn)行必要的監(jiān)控和評(píng)價(jià)。工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中的轉(zhuǎn)化活動(dòng)是由一系列按照時(shí)序要求展開(kāi)的活動(dòng)，首先是包括審查圖紙、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及技術(shù)分析、工藝性評(píng)價(jià)的工藝性分析活動(dòng)，之后是選擇毛坯精度確定余量、繪制毛坯圖的確定毛坯及其制造方式活動(dòng)，然后是劃分加工階段及確定工序順序的擬定產(chǎn)品的工藝路線活動(dòng)，最后是確定工序余量計(jì)算工序尺寸及公差，選擇切削用量，計(jì)算時(shí)間額定，選擇加工設(shè)備及工藝裝備的詳細(xì)的工序設(shè)計(jì)活動(dòng)。
3工藝設(shè)計(jì)過(guò)程影響因素分析
工藝設(shè)計(jì)過(guò)程是指工藝設(shè)計(jì)相關(guān)的一切活動(dòng)，信息，數(shù)據(jù)，資源的總和。它是由一系列子過(guò)程工藝設(shè)計(jì)活動(dòng)組成。由于每個(gè)過(guò)程活動(dòng)的任務(wù)和目標(biāo)不一樣，如表1所示。使得不同階段的活動(dòng)所需的資源，輸入輸出，環(huán)境等要素也不同。在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性工藝審查，毛坯的選擇，工藝方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)，工裝設(shè)計(jì)，材料與工時(shí)定額等活動(dòng)時(shí)要綜合考慮企業(yè)自身?xiàng)l件，生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)能力，生產(chǎn)環(huán)境，工藝相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，工具相關(guān)信息，設(shè)備相關(guān)參數(shù)，加工人員技術(shù)水平信息等影響因素，還要結(jié)合所處的環(huán)境和資源等因素，如環(huán)保規(guī)則，加工生產(chǎn)條件，安全條件，經(jīng)濟(jì)性等方面。最后輸出最經(jīng)濟(jì)，最可行，最合理的工藝設(shè)計(jì)方案等文件內(nèi)容指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)制造。
4工藝設(shè)計(jì)缺陷因素結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
為了更好的表達(dá)缺陷因素與工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的關(guān)系，避免工藝設(shè)計(jì)缺陷的產(chǎn)生，并參考多數(shù)企業(yè)的工藝設(shè)計(jì)流程，采用過(guò)程方法構(gòu)建的工藝缺陷因素結(jié)構(gòu)關(guān)系模型，如圖3所示。從圖3可以看出硬件產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)多層次，多步驟和分階段的設(shè)計(jì)過(guò)程。整個(gè)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程涉及的影響因素因不同階段而不同，分布于產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)過(guò)程各個(gè)階段的活動(dòng)中。工藝缺陷影響因素結(jié)構(gòu)關(guān)系模型不僅表達(dá)出工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中各設(shè)計(jì)階段間的邏輯順序關(guān)系，理順了工藝設(shè)計(jì)階段的各個(gè)活動(dòng)的輸入、輸出，而且還清晰地呈現(xiàn)出設(shè)計(jì)資源、環(huán)境等缺陷因素與工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的關(guān)系，為以后的工藝設(shè)計(jì)缺陷的預(yù)防和控制提供了理論基礎(chǔ)。然而，從整個(gè)模型可以看出，影響工藝缺陷的因素比較多，在具體的工藝設(shè)計(jì)活動(dòng)中，往往是由于模型中缺陷因素不能合理有效的控制這些因素，增加了工藝設(shè)計(jì)缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。因此，需要進(jìn)一步定量掌握工藝設(shè)計(jì)階段的影響因素對(duì)工藝設(shè)計(jì)活動(dòng)的影響程度，以及因素之間的互相影響關(guān)系，以便更好的，有針對(duì)性地采取措施來(lái)優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)過(guò)程，提高工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量。
5工藝缺陷影響因素定量化分析
5.1基于DEMATEL方法的工藝設(shè)計(jì)缺陷因素分析
DEMATEL（decisionmakingtrialandevaluationlaboratory）決策實(shí)驗(yàn)室分析法，是20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的運(yùn)用圖論與矩陣論原理進(jìn)行系統(tǒng)因素分析的方法，它通過(guò)系統(tǒng)中各因素之間的邏輯關(guān)系構(gòu)建直接影響矩陣，計(jì)算各因素對(duì)其他因素的影響度以及被影響度，從而計(jì)算各因素的中心度和原因度，然后，根據(jù)因素所對(duì)應(yīng)的中心度和原因度，得出該因素所屬的種類（原因性因素還是結(jié)果性因素）。DEMATEL方法關(guān)注的不僅是因素之間的兩兩直接影響關(guān)系，還考慮了所有因素之間的間接影響關(guān)系，從而獲取眾多因素中的關(guān)鍵因素。采用DEMATEL方法對(duì)影響工藝設(shè)計(jì)缺陷因素進(jìn)行量化分析，分析過(guò)程直觀、明晰，其結(jié)果不僅可以表達(dá)各缺陷因素之間的量化因果關(guān)系，還能根據(jù)量化結(jié)果對(duì)影響因素集進(jìn)行因果分類和重要程度排序，為缺陷因素控制管理以及識(shí)別提供科學(xué)依據(jù)。
5.2基于DEMATEL方法的工藝設(shè)計(jì)缺陷因素分析步
驟如下（1）構(gòu)建各因素間的直接影響矩陣。工藝設(shè)計(jì)缺陷影響因素表示為T(mén)x，其中x=1，2，3……n，如果因素Ti對(duì)因素Tj有影響，則表示為tij。設(shè)定影響關(guān)系評(píng)價(jià)標(biāo)度(如根據(jù)較強(qiáng)，強(qiáng)，一般，弱，無(wú)五個(gè)等級(jí)分別賦值)，定義：當(dāng)i=j時(shí)，tij=0表示因素自身對(duì)自己無(wú)影響；當(dāng)因素Ti對(duì)因素Tj影響很弱時(shí)，tij=1；當(dāng)因素Ti對(duì)因素Tj影響一般時(shí)，tij=2；當(dāng)因素Ti對(duì)因素Tj影響較強(qiáng)時(shí)，tij=3；當(dāng)因素Ti對(duì)因素Tj影響很強(qiáng)時(shí)，tij=4。構(gòu)造因素間的影響矩陣G。影響度Hi為綜合影響矩陣D中i行的行和，表示因素Ti對(duì)其他所有元素的綜合影響值。被影響度Lj為綜合影響矩陣T中j列的列和，表示Tj受其他所有因素的綜合影響值。中心度Mi為綜合影響矩陣T中第i行的行和與第i列的列和之和，表示該因素在系統(tǒng)中的重要性程度。原因度Ui為綜合影響矩陣T中的第i行之和與第i列之和的差，表示該因素與其他因素的因果邏輯關(guān)系程度，若為正，表示該因素對(duì)其他因素的影響大，稱為原因因素;若為負(fù)，則表示該因素受其他因素的影響大，稱為結(jié)果因素。（5）根據(jù)第四步計(jì)算的結(jié)果，以Ui為縱軸，Mi為橫軸，繪制因素的原因—結(jié)果圖，得出各缺陷因素的影響度和被影響度排序。
5.3舉例分析
以某雨彈發(fā)射架的工藝設(shè)計(jì)為例，影響雨彈發(fā)射架工藝設(shè)計(jì)缺陷的因素眾多、關(guān)系復(fù)雜。按上述方法，從與工藝設(shè)計(jì)有關(guān)過(guò)程活動(dòng)的角度來(lái)考慮，同時(shí)考慮輸入輸出類、資源類、環(huán)境類以及監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)四大類工藝缺陷影響因影響因素體系，構(gòu)建了雨彈發(fā)射架工藝設(shè)計(jì)缺陷因素表以及按DEMATEL方法步驟計(jì)算出綜合數(shù)據(jù)，如表2所示。（1）缺陷因素的原因—結(jié)果圖根據(jù)綜合影響關(guān)系表，以Ui為縱軸，Mi為橫軸，繪制因素的原因—結(jié)果圖，得出各缺陷因素的影響度和被影響度排序。應(yīng)用SPSS軟件將各雨彈發(fā)射架工藝設(shè)計(jì)影響因素標(biāo)注在坐標(biāo)系上，如圖4所示。（2）分析結(jié)果由以上結(jié)果從整體所有因素可以看到：（1）雨彈發(fā)射架工藝設(shè)計(jì)的原因因素有24個(gè)位于0線以上，依次f1、f2、f3、f4、f5、f7、f8、f10、f11、f13、f14、f15、f17、f21、f23、f24、f25、f28、f30、f32、f35、f37、f39、f40，它們是導(dǎo)致雨彈發(fā)射架工藝設(shè)計(jì)缺陷的主導(dǎo)因素。根據(jù)20/80原則，影響度大小排序前五位為f10（工藝流程圖）、f13（工序操作指導(dǎo)卡片）、f5（現(xiàn)有生產(chǎn)能力資料）、f7（毛坯方案）、f2（組件明細(xì)）、所以，必須采取針對(duì)性的措施。（2）結(jié)果因素有16個(gè)位于0線以下，依次為f6、f9、f12、f16、f18、f19、f20、f22、f26、f27、f29、f31、f33、f34、f36、f38，這些因素受其他因素影響比較大。按被影響度大小排序前三位為f38（成本約束）、f22（毛坯的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)）、f12（工序卡片），它們極易受到其他因素的影響，必須加以重視。（3）從工藝設(shè)計(jì)缺陷因素原因—結(jié)果圖中也可以分別按類中的因素比較，如輸入輸出類缺陷因素（正方形表示）中的f10（工藝流程圖）、f13（工序操作指導(dǎo)卡片）、f5（現(xiàn)有生產(chǎn)能力資料）中心度值較大，是輸入輸出類最可能導(dǎo)致工藝設(shè)計(jì)缺陷的致因因素；從圖4可以看出輸入輸出類因素相對(duì)其他類因素大部分都在0線以上，這說(shuō)明此類因素中原因因素較多，應(yīng)該給予一定控制。資源類缺陷因素(圓圈表示)中f22（毛坯的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)）原因度第二小，說(shuō)明受其他因素影響最大。環(huán)境類缺陷因素（正三角形表示）中f38（成本約束）原因度最小，中心度第三大，說(shuō)明成本約束不僅受其他因素影響大外，自身影響其他因素也大，應(yīng)給予控制。監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)類成本約束（倒三角形表示）f39，f40，都在0線以上，說(shuō)明此類缺陷因素影響其他因素較多。（4）從整體來(lái)看缺陷因素f5（現(xiàn)有生產(chǎn)能力資料）、f10（工藝流程圖）、f12（工序卡片）、f13（工序操作指導(dǎo)卡片）、f22（毛坯的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)）、f38（成本約束）相對(duì)離散，應(yīng)重點(diǎn)控制監(jiān)測(cè)。以上結(jié)果只是針對(duì)雨彈發(fā)射架工藝設(shè)計(jì)，對(duì)其他硬件產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)缺陷因素分析可參照此方法，但分析結(jié)果因產(chǎn)品而異。
6結(jié)論
系統(tǒng)硬件原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)采用不同的鏈路口完成輸入和輸出,可以避免采用總線可能產(chǎn)生的通道沖突。模擬視頻信號(hào)由AD9883A完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。AD9883A是個(gè)三通道的ADC,因此系統(tǒng)可以完成單色的視頻信號(hào)處理,也可以完成彩色的視頻信號(hào)處理。采樣所得視頻數(shù)字信號(hào)經(jīng)鏈路口輸入到ADSP-21160,完成處理后由不同的鏈路口輸出到ADV7125,完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。ADV7125是三通道的DAC,同樣也可以用于處理彩色信號(hào)。輸出視頻信號(hào)到灰度電壓產(chǎn)生電路,得到驅(qū)動(dòng)液晶屏所需要的驅(qū)動(dòng)電壓。ADSP-21160還有通用可編程I/O標(biāo)志腳,可用于接受外部控制信號(hào),給系統(tǒng)及其模塊發(fā)送控制信息,以使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定有序地工作。例如,ADSP-21160為灰度電壓產(chǎn)生電路和液晶屏提供必要的控制信號(hào)。另外,系統(tǒng)還設(shè)置了一些LED燈,用于直觀的指示系統(tǒng)硬件及DSP內(nèi)部程序各模塊的工作狀態(tài)。
本設(shè)計(jì)采用從閃存引導(dǎo)的方式加載DSP的程序文件,閃存具有很高的性價(jià)比,體積小,功耗低。由于本系統(tǒng)中的閃
存既要存儲(chǔ)DSP程序,又要保存對(duì)應(yīng)于不同的伽瑪值的查找表數(shù)據(jù)以及部分預(yù)設(shè)的顯示數(shù)據(jù),故選擇ST公司的容量較大的M29W641DL,既能保存程序代碼,又能保存必要的數(shù)據(jù)信息。
圖2為DSP與閃存的接口電路。因?yàn)椴捎?位閃存引導(dǎo)方式,所以ADSP-21160地址線應(yīng)使用A20-A0,數(shù)據(jù)線為D39—32,讀、寫(xiě)和片選信號(hào)分別接到閃存相應(yīng)引腳上。
系統(tǒng)功能及實(shí)現(xiàn)
本設(shè)計(jì)采用ADSP-21160完成伽瑪校正、時(shí)基校正、時(shí)鐘發(fā)生2S、圖像優(yōu)化和控制信號(hào)的產(chǎn)生等功能。
1伽瑪校正原理
在LCD中,驅(qū)動(dòng)IC/LSI的DAC圖像數(shù)據(jù)信號(hào)線性變化,而液晶的電光特性是非線性,所以要調(diào)節(jié)對(duì)液晶所加的外加電壓,使其滿足液晶顯示亮度的線性,即伽瑪(Y)校正。Y校正是一個(gè)實(shí)現(xiàn)圖像能夠盡可能真實(shí)地反映原物體或原圖像視覺(jué)信息的重要過(guò)程。利用查找表來(lái)補(bǔ)償液晶電光特性的Y校正方法能使液晶顯示系統(tǒng)具有理想的傳輸函數(shù)。未校正時(shí)液晶顯示系統(tǒng)的輸入輸出曲線呈S形。伽瑪表的作用就是通過(guò)對(duì)ADC進(jìn)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行反S形的非線性變換,最終使液晶顯示系統(tǒng)的輸入輸出曲線滿足實(shí)際要求。
LCD的Y校正圖形如圖3所示,左圖是LCD的電光特性曲線圖,右圖是LCD亮度特性曲線和電壓的模數(shù)轉(zhuǎn)換圖。
2伽瑪校正的實(shí)現(xiàn)
本文采用較科學(xué)的Y校正處理技術(shù),對(duì)數(shù)字三基信號(hào)分別進(jìn)行數(shù)字Y校正(也可以對(duì)模擬三基信號(hào)分別進(jìn)行Y校正)。在完成v校正的同時(shí),并不損失灰度層次,使全彩色顯示屏圖像更鮮艷,更逼真,更清晰。
某單色光Y調(diào)整過(guò)程如圖4所示,其他二色與此相同。以單色光v調(diào)整為例:ADSP-21160首先根據(jù)外部提供的一組控制信號(hào),進(jìn)行第一次查表,得到Y(jié)調(diào)整系數(shù)(Y值)。然后根據(jù)該Y值和輸入的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行第二次查表,得到經(jīng)校正后的顯示數(shù)據(jù)。第一次查表的Y值是通過(guò)外部的控制信號(hào)輸入到控制模塊進(jìn)行第一次查表得到的。8位顯示數(shù)據(jù)信號(hào)可查表數(shù)字0～255種灰度級(jí)顯示數(shù)據(jù)(Y校正后)。
3圖像優(yōu)化
為了提高圖像質(zhì)量,ADSP-21160內(nèi)部還設(shè)計(jì)了圖像效果優(yōu)化及特技模塊,許多在模擬處理中無(wú)法進(jìn)行的工作可以在數(shù)字處理中進(jìn)行,例如,二維數(shù)字濾波、輪廓校正,細(xì)節(jié)補(bǔ)償頻率微調(diào)、準(zhǔn)確的彩色矩陣(線性矩陣電路),黑斑校正、g校正、孔闌校正、增益調(diào)整、黑電平控制及雜散光補(bǔ)償、對(duì)比度調(diào)節(jié)等,這些處理都提高了圖像質(zhì)量。
數(shù)字特技是對(duì)視頻信號(hào)本身進(jìn)行尺寸、位置變化和亮,色信號(hào)變化的數(shù)字化處理,它能使圖像變成各種形狀,在屏幕上任意放縮,旋轉(zhuǎn)等,這些是模擬特技無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。還可以設(shè)計(jì)濾波器來(lái)濾除一些干擾信號(hào)和噪聲信號(hào)等,使圖像的清晰度更高,更好地再現(xiàn)原始圖像。所有的信號(hào)和數(shù)據(jù)都是存儲(chǔ)在DSP內(nèi)部,由它內(nèi)部產(chǎn)生的時(shí)鐘模塊和控制模塊實(shí)現(xiàn)的。
4時(shí)基校正及系統(tǒng)控制
由于ADSP-21160內(nèi)部各個(gè)模塊的功能和處理時(shí)間不同,各模塊之間存在一定延時(shí),故需要進(jìn)行數(shù)字時(shí)基校正,使存儲(chǔ)器最終輸出的數(shù)據(jù)能嚴(yán)格對(duì)齊,而不會(huì)出現(xiàn)信息的重疊或不連續(xù)。數(shù)字時(shí)基校正主要用于校正視頻信號(hào)中的行,場(chǎng)同步信號(hào)的時(shí)基誤差。首先,將被校正的信號(hào)以它的時(shí)基信號(hào)為基準(zhǔn)寫(xiě)入存儲(chǔ)器,然后,以TFT-LCD的時(shí)基信號(hào)為基準(zhǔn)讀出,即可得到時(shí)基誤差較小的視頻信號(hào)。同時(shí)它還附加了其他功能,可以對(duì)視頻信號(hào)的色度、亮度、飽和度進(jìn)行調(diào)節(jié),同時(shí)對(duì)行、場(chǎng)相位、負(fù)載波相位進(jìn)行調(diào)節(jié),并具有時(shí)鐘臺(tái)標(biāo)的功能。
控制模塊主要負(fù)責(zé)控制時(shí)序驅(qū)動(dòng)邏輯電路以管理和操作各功能模塊,如顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的管理和操作,負(fù)責(zé)將顯示數(shù)據(jù)和指令參數(shù)傳輸?shù)轿?負(fù)責(zé)將參數(shù)寄存器的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的顯示功能邏輯。內(nèi)部的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生控制信號(hào)及地址,根據(jù)水平和垂直顯示及消隱計(jì)數(shù)器的值產(chǎn)生控制信號(hào)。此外,它還可以接收外部控制信號(hào),以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,從而使該電路的功能更加強(qiáng)大,更加靈活。此外,ADSP21160的內(nèi)部還設(shè)計(jì)了I2C總線控制模塊,模擬FC總線的工作,為外部的具有I2C接口的器件提供SCLK(串行時(shí)鐘信號(hào))和SDA(雙向串行數(shù)據(jù)信號(hào))。模擬I2C工作狀態(tài)如圖5和圖6所示。
系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)
在軟件設(shè)計(jì)如圖7所示,采用Matlab軟件計(jì)算出校正值,并以查找表的文件形式存儲(chǔ),供時(shí)序的調(diào)用。系統(tǒng)上電
開(kāi)始,首先要完成ADSP-21160的一系列寄存器的設(shè)置,以使DSP能正確有效地工作。當(dāng)ADSP-21160接收到有效的視頻信號(hào)以后,根據(jù)外部控制信息確定Y值。為適應(yīng)不同TFT-LCD屏對(duì)視頻信號(hào)的顯示,系統(tǒng)可以通過(guò)調(diào)整Y值,以調(diào)節(jié)顯示效果到最佳。再如圖4所示,對(duì)先前預(yù)存的文件進(jìn)行查表,得到所需的矯正后的值,然后暫存等待下一步處理。系統(tǒng)還可以根據(jù)視頻信號(hào)特點(diǎn)和用戶需要完成一些圖像的優(yōu)化和特技,如二維數(shù)字濾波、輪廓校正、增益調(diào)整、對(duì)比度調(diào)節(jié)等。這些操作可由用戶需求選擇性使用。利用ADSP-21160還可以實(shí)現(xiàn)圖像翻轉(zhuǎn)、停滯等特技。最后進(jìn)行數(shù)字時(shí)基校正,主要用于校正視頻信號(hào)中的行、場(chǎng)同步信號(hào)的時(shí)基誤差,使存儲(chǔ)器最終輸出的數(shù)據(jù)能嚴(yán)格對(duì)齊,而不會(huì)出現(xiàn)信息的重疊或不連續(xù)。除了以上所述的主要功能以外,ADSP-21160還根據(jù)時(shí)序控制信號(hào),為灰度電壓產(chǎn)生電路和TFT-LCD屏提供必要的控制信號(hào)。另外,ADSP-21160還能設(shè)置驅(qū)動(dòng)通用I/O腳配置的LED燈,顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)。
1飛行原理與機(jī)械結(jié)構(gòu)
四旋翼飛行器的旋翼對(duì)稱地安裝在呈十字交叉的支架頂端，位置相鄰的旋翼旋轉(zhuǎn)方向相反，同一對(duì)角線上的旋翼旋轉(zhuǎn)方向相同，以此確保了飛行系統(tǒng)的扭矩平衡［7］，如圖1所示。四旋翼飛行器旋翼的旋轉(zhuǎn)切角是固定值，因此，要通過(guò)調(diào)節(jié)每個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)六自由度的飛行姿態(tài)控制。增大或減少4個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)完成垂直方向上的升降運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)1，3旋翼的轉(zhuǎn)速差來(lái)控制仰俯速率和進(jìn)退運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)2，4旋翼的轉(zhuǎn)速差來(lái)控制橫滾速率和傾飛運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)2個(gè)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)電機(jī)和2個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)電機(jī)的相對(duì)速率來(lái)控制偏航運(yùn)動(dòng)。通過(guò)對(duì)飛行原理的分析，把可行性、低成本、易維護(hù)作為主要考慮因素，設(shè)計(jì)的樣機(jī)如圖2所示。機(jī)臂由鏤空工程塑料材料PA66和30%玻璃纖維制成，質(zhì)量相對(duì)較輕，強(qiáng)度大，對(duì)稱電機(jī)軸距55cm，為保證水平起飛與平穩(wěn)著陸，四旋翼飛行器底部安裝起落架。電機(jī)旋翼等具體參數(shù)為:機(jī)體質(zhì)量為857g;最大負(fù)載約為300g;機(jī)身高度為31cm;飛行時(shí)間約為8min。在整機(jī)安裝過(guò)程中盡量保證重心在機(jī)械機(jī)構(gòu)的對(duì)稱中心，實(shí)際飛行實(shí)驗(yàn)證明了系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備與機(jī)械結(jié)構(gòu)的可行性。
2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
四旋翼飛行器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)以飛控板為核心，搭載動(dòng)力設(shè)備、電源模塊與遙控模塊。圖3描述了以ATMEGA644P—AU為核心芯片搭載多傳感器的飛行控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖，整體系統(tǒng)利用11．1V鋰電池供電，飛控與無(wú)刷電調(diào)以I2C總線數(shù)據(jù)傳輸來(lái)調(diào)節(jié)4個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速;在遙控模塊中，2．4MHz的控制信號(hào)通過(guò)PPM解碼板與飛控板進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;在多傳感器系統(tǒng)中，大氣壓力感器用行高度檢測(cè)，陀螺儀與加速度計(jì)的融合使用用于姿態(tài)解算。
3電源模塊
四旋翼飛行器由2200MAh，11．1V，持續(xù)放電倍率30C鋰電池供電，通過(guò)穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)對(duì)不同電路進(jìn)行供電，確保各模塊正常穩(wěn)定的工作?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)需要5，3V兩種電平供電，電壓轉(zhuǎn)換電路如圖4所示。由鋰電池提供的11．1電壓經(jīng)兩塊7805穩(wěn)壓芯片后轉(zhuǎn)為5V電壓，一部分用控板供電，一部分向預(yù)留的外部接口供電。經(jīng)7805輸出的5V電壓經(jīng)過(guò)2個(gè)MCP1700T穩(wěn)壓芯片輸出3V電壓，一部分供給控制系統(tǒng)的數(shù)字電路，一部分供給控制系統(tǒng)的模擬電路。330μF/25V電解電容器，10nF/16V鉭電容器，貼片電容器的并聯(lián)使用起到了防止電壓抖動(dòng)與濾波的作用。
4多傳感器控制模塊
為了準(zhǔn)確地控制四旋翼飛行器的飛行姿態(tài)，需要在控制系統(tǒng)中加入不同的傳感器，加速度傳感器與三個(gè)陀螺儀來(lái)測(cè)量三軸加速度與角速度，大氣壓力傳感器通過(guò)測(cè)量起始位置與飛行位置的氣壓差對(duì)飛行高度控制，為自主導(dǎo)航功能提供支持。大氣壓力傳感器選擇的是Freescale公司的MPX4250A，在該集成傳感器芯片上，除具有壓阻式壓力傳感器外，還有用作溫度補(bǔ)償?shù)谋∧る娮杈W(wǎng)絡(luò)，測(cè)壓范圍為20～250kPa，輸出電壓為0．2～4．9V，工作溫度范圍為－40～+125℃。電路如圖5所示，可以根據(jù)壓力的大小，通過(guò)控制P_1和P_2選擇不同的放大倍數(shù)，提高采樣的精度。LIS344ALH是一種低功耗、高性能、高精度的三軸加速度傳感器，通過(guò)模擬輸出為外部電路提供直接測(cè)量信號(hào)，加速度傳感器的工作電壓為2．2～3．6V，檢測(cè)量程可以在±2gn或±4gn間選擇。其中，VREF為通過(guò)穩(wěn)壓芯片MCP1700T轉(zhuǎn)換為3V的穩(wěn)定電壓輸入。應(yīng)用電路如圖6所示，選擇100nF的貼片電容器作為VCC端的解耦電容，在輸出端使用1μF的濾波電容減小噪聲?？紤]到振動(dòng)誤差無(wú)法通過(guò)加速度傳感器進(jìn)行補(bǔ)償，因此，陀螺儀選型的過(guò)程中把機(jī)械性能作為重要的考慮因素，選擇了可以在單芯片上實(shí)現(xiàn)完整單軸角速度響應(yīng)的ADXRS610陀螺儀傳感器。3個(gè)ADXRS610陀螺儀分別安裝于垂直于機(jī)體坐標(biāo)系的XYZ軸來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)三軸角速度的測(cè)量。
5實(shí)驗(yàn)與仿真
四旋翼飛行器在姿態(tài)解算時(shí)，陀螺儀傳感器直接測(cè)量的是角速度，在積分得到角度的過(guò)程中隨著時(shí)間的增長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生累計(jì)積分誤差，積分誤差產(chǎn)生的原因一方面是積分時(shí)間，另一方面，由于自身的機(jī)械特性會(huì)產(chǎn)生零漂溫漂等現(xiàn)象［8］。在陀螺儀的使用過(guò)程中融合加速度傳感器，不僅為陀螺儀提供了絕對(duì)參考系，而且使加速度傳感器優(yōu)秀的靜態(tài)性能與陀螺儀良好的動(dòng)態(tài)性能相結(jié)合［9］，較好地抑制了外界干擾。數(shù)據(jù)經(jīng)卡爾曼濾波算法處理后，可有效地降低數(shù)據(jù)噪聲。圖8為加速度傳感器采樣數(shù)據(jù)與卡爾曼濾波后的數(shù)據(jù)比較，可以明顯地看到噪聲信號(hào)減小了，但是仍有少量的擾動(dòng)存在。圖9的曲線表明了陀螺儀采集角速度數(shù)據(jù)存在零漂、溫漂現(xiàn)象，當(dāng)確定零漂為0．05°，靜態(tài)輸出電壓為2．63V時(shí)，從波形圖中可以觀察到通過(guò)卡爾曼濾波處理后的積分?jǐn)?shù)據(jù)平滑收斂，不但對(duì)零點(diǎn)漂移進(jìn)行了補(bǔ)償，而且對(duì)累計(jì)積-10-5051015角度/（°）012345時(shí)間/s卡爾曼濾波后的數(shù)據(jù)加速度計(jì)采集數(shù)據(jù)圖8加速度計(jì)采樣數(shù)據(jù)經(jīng)卡爾曼濾波后的數(shù)據(jù)圖Fig8DatadiagramofsamplingdatasofaccelerometerprocessedbyKalmanfiltering分誤差，溫漂有較好的抑制作用。-10-5051015角度/（°）012345時(shí)間/s卡爾曼濾波后的陀螺儀數(shù)據(jù)陀螺儀積分?jǐn)?shù)據(jù)采集角速度數(shù)據(jù)。
6結(jié)論
關(guān)鍵詞：VoIPPCIFXS路由器語(yǔ)音壓縮
1VoIP在路由器中的應(yīng)用
近年來(lái)，VoIP（VoiceoverInternetProtocol）給通信市場(chǎng)帶來(lái)了強(qiáng)大的沖擊。IP語(yǔ)音業(yè)務(wù)推出后，由于其在通話費(fèi)用上比傳統(tǒng)電話具有突出的優(yōu)勢(shì)，因而受到了廣泛歡迎。VoIP技術(shù)在路由器中應(yīng)用，可以大大節(jié)省有多個(gè)部門(mén)在不同地方辦公的企業(yè)或機(jī)構(gòu)的電話費(fèi)用。圖1為一個(gè)VoIP路由器在公安分局與派出所間應(yīng)用的方案。
派出所網(wǎng)點(diǎn)的路由器DCR－2501V和DCR－2509V使用FR（幀中繼）或DDN線路同分局的DCR－3660實(shí)現(xiàn)互連，各網(wǎng)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)可通過(guò)路由器連接分局的局域網(wǎng)或Internet，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；同時(shí)，DCR－2501V或DCR－2509V通過(guò)FXS語(yǔ)音端口連接普通電話機(jī)，分局路由器通過(guò)E＆M接口和PBX連接，這樣既可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部各部門(mén)間的數(shù)據(jù)通信，同時(shí)還可進(jìn)行零費(fèi)用的語(yǔ)音通話。
VoIP在費(fèi)用上呈現(xiàn)巨大優(yōu)勢(shì)的原因在于其利用了計(jì)算機(jī)通訊的分組化、數(shù)字化傳輸技術(shù)，先對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)按照一定的語(yǔ)音壓縮標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮編碼處理，然后把這些數(shù)據(jù)按IP相關(guān)協(xié)議打包，再將數(shù)據(jù)包通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇邮斩?，接收端將這些以不同順序到達(dá)的數(shù)據(jù)包按其本身順序串起來(lái)，并經(jīng)過(guò)解碼解壓恢復(fù)出原來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)。與傳統(tǒng)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)相比，VoIP在時(shí)間延遲、話音質(zhì)量等方面存在缺陷?？梢圆捎靡恍┫冗M(jìn)的協(xié)議如資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）和不同類型服務(wù)（Diffserv）等方案來(lái)盡可能的優(yōu)化語(yǔ)音數(shù)據(jù)包的傳輸，以減少傳輸延遲和擁塞。
目前，VoIP的標(biāo)準(zhǔn)主要有國(guó)際電信聯(lián)盟技術(shù)部（ITU－T）建議的H．323系統(tǒng)和IETF建議的會(huì)話發(fā)起協(xié)議（SessionInitiationProtocol，SIP）系統(tǒng)兩種。前者主要在電信網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)多媒體業(yè)務(wù)制訂，技術(shù)已趨成熟。后者基于動(dòng)態(tài)的Internet模式建網(wǎng)，是基于軟交換技術(shù)的面向網(wǎng)絡(luò)會(huì)議和電話的簡(jiǎn)單信令協(xié)議。在我國(guó)，主要選用H．323技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)VoIP，在H．323系列標(biāo)準(zhǔn)中，音頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)有G．711、G．722、G．723和G729等。
本文將介紹一種已經(jīng)應(yīng)用于路由器產(chǎn)品中的VoIP語(yǔ)音卡的硬件設(shè)計(jì)和工作原理。
2VoIP語(yǔ)音卡硬件結(jié)構(gòu)
該語(yǔ)音卡基于AudioCodes公司的VoPP（VoiceOverPacketProcessor，即語(yǔ)音包處理器）AC48302設(shè)計(jì)，采用PCI接口界面，可提供兩個(gè)FXS（ForeignExchangeStation）語(yǔ)音／傳真接口，可以方便靈活地應(yīng)用于本公司開(kāi)發(fā)的系列路由器中，實(shí)現(xiàn)VoIP功能。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，以下介紹各部分硬件的原理和作用。
2．1PCI接口
路由器主板與語(yǔ)音卡之間通過(guò)PCI總線連接，便于通用。采用了PCI接口芯片PLX9030實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音卡本地總線（HPI）與PCI總線之間的轉(zhuǎn)換。由于語(yǔ)音卡上數(shù)據(jù)流量不大，不需要利用如DMA方式主動(dòng)向路由器主板上的Memory空間傳遞數(shù)據(jù)。因此，語(yǔ)音卡工作于PCI的從模式方式，AC48302通過(guò)中斷方式接收或發(fā)送語(yǔ)音數(shù)據(jù)，PCI總線的數(shù)據(jù)寬度和速度為32位／33MHz。
2．2CPLD部分
AC48302采用8位并行的主處理器接口HPI與外部CPU（即路由器CPU）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在本設(shè)計(jì)中，HPI接口與PLX9030的本地總線接口時(shí)序稍有差別，經(jīng)過(guò)CPLD進(jìn)行調(diào)整。另外，路由器CPU還可通過(guò)CPLD控制CODEC和SLIC芯片。
2．3AC48302芯片
AC48302是AudioCodes公司推出的一款低功耗、低價(jià)格的雙通道語(yǔ)音包處理器，其內(nèi)部集成了一個(gè)DSP內(nèi)核。該芯片的主要特性如下：
·支持兩個(gè)通道的語(yǔ)音壓縮編碼，語(yǔ)音壓縮標(biāo)準(zhǔn)包括G．729A、G．723．1、G．727、G．726、G．711。
·兼容T．38或FRF．11傳真中繼（2．4～14．4kbps）。
·呼叫ID產(chǎn)生和檢測(cè)，呼叫進(jìn)程和用戶定義語(yǔ)音的檢測(cè)和產(chǎn)生。
·兼容G．168的25ms回聲消除。
·高性能的有效語(yǔ)音檢測(cè)（VAD）和舒適噪聲產(chǎn)生（CNG）。
·DTMF檢測(cè)和產(chǎn)生。
·A律／μ律可選的Codec接口，具有輸入輸出增益控制。
·PCMHighway接口。
·并行的主處理器接口（HPI）。
AC48302各部分硬件接口如圖3所示。
圖4AC48302HPI存儲(chǔ)器的映射關(guān)系
2．3．1語(yǔ)音接口（VoiceInterface）
語(yǔ)音接口提供未壓縮的語(yǔ)音、傳真數(shù)據(jù)的輸入輸出通道。語(yǔ)音接口對(duì)外提供四根信號(hào)線構(gòu)成PCM總線，直接連接外部CODEC芯片的PCMHighway。這四根信號(hào)線為PCMIN、PCMOUT、PCMCLK、PCMFS。PCMIN輸入從CODEC送來(lái)的PCM信號(hào)，AC48302內(nèi)部的DSP按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)（如G．729）壓縮后從HPI給路由器CPU轉(zhuǎn)發(fā)。PCMOUT則相反，AC48302將路由器CPU送來(lái)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)按照合適的標(biāo)準(zhǔn)解壓縮，然后從PCMOUT口送到外部CODEC，CODEC經(jīng)過(guò)數(shù)／模轉(zhuǎn)換后恢復(fù)成語(yǔ)音信號(hào)?熏通過(guò)用戶接口送給用戶端。PCMCLK提供2．048MHz的比特同步時(shí)鐘，而PCMFS提供8kHz的幀同步時(shí)鐘。
2．3．2HPI接口
在本設(shè)計(jì)中，路由器CPU與AC48302通過(guò)HPI口進(jìn)行通信。路由器CPU和DSP通過(guò)AC48302的片內(nèi)共享的雙口存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。片內(nèi)共享存儲(chǔ)器的映射關(guān)系見(jiàn)圖4。
HPI接口包括1根8位數(shù)據(jù)總線和幾根控制總線。路由器CPU通過(guò)三個(gè)寄存器（HPIC、HPIA和HPID）控制AC48302及訪問(wèn)片內(nèi)存儲(chǔ)空間。HPIC為控制寄存器，用來(lái)選擇AC48302的高低字節(jié)順序、產(chǎn)生和接收中斷。HPIA為地址寄存器，用來(lái)尋址片內(nèi)的2K存儲(chǔ)空間。HPID為數(shù)據(jù)寄存器，用來(lái)緩存每次讀寫(xiě)的兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，外部CPU可以單個(gè)Word或塊數(shù)據(jù)方式訪問(wèn)HPID，當(dāng)以塊數(shù)據(jù)方式訪問(wèn)時(shí)，HPIA寄存器自動(dòng)累加，這樣可以減少外部CPU寫(xiě)HPIA寄存器的開(kāi)銷。AC48302的內(nèi)部寄存器和存儲(chǔ)器為16位寬度，因此外部CPU每次訪問(wèn)AC48302必須以兩個(gè)字節(jié)為基本單位，信號(hào)線HI／LO用來(lái)選擇高低字節(jié)，信號(hào)HRS1、HRS0指示當(dāng)前訪問(wèn)的是哪個(gè)寄存器。
除了以上兩個(gè)重要的接口外，AC48302內(nèi)部還包含一個(gè)PCM時(shí)鐘發(fā)生器、一個(gè)用于測(cè)試的JTAG接口以及一個(gè)用于訪問(wèn)外部SRAM及處理信道輔助信令的Memory＆I／O接口。
2．4CODEC接口芯片
CODEC芯片負(fù)責(zé)對(duì)DSP解壓縮后送來(lái)的PCM數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，并將濾波后的模擬語(yǔ)音信號(hào)送到用戶線接口芯片SLIC，SLIC對(duì)其進(jìn)行2－4線轉(zhuǎn)換后送給用戶端；同時(shí)，CODEC還負(fù)責(zé)將SLIC送來(lái)的模擬語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行PCM編碼，然后送到DSP芯片進(jìn)行壓縮處理。
本設(shè)計(jì)中，CODEC芯片采用IDT公司的4通道PCM編解碼芯片IDT821034。該芯片具有可編程增益設(shè)置、主時(shí)鐘可選（2．048MHz、4．096MHz和8．192MHz）、最大可支持128個(gè)可編程時(shí)隙、A律／μ律可選、內(nèi)置數(shù)字濾波器、串行控制接口、低功耗等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中選用主時(shí)鐘為2．048MHz（E1幀模式），可劃分為32個(gè)相等的時(shí)隙（Slot0～Slot31），4個(gè)通道的接收和發(fā)送時(shí)隙可通過(guò)向串行控制口寫(xiě)入控制字進(jìn)行動(dòng)態(tài)選擇。各時(shí)隙的位置都以8kHz的幀同步時(shí)鐘信號(hào)為參考，在IDT821034中，時(shí)隙0相對(duì)幀同步脈沖的位置有延遲模式和非延遲模式（圖6即為非延遲模式）。
PCM主時(shí)鐘（BCLK）、幀同步時(shí)鐘（FS）、接收數(shù)據(jù)（DR）和發(fā)送數(shù)據(jù)（DX）一起構(gòu)成PCMHighway信號(hào)，與AC48302進(jìn)行連接。BCLK與FS分別對(duì)應(yīng)AC48302的PCMCLK和PCMFS，這兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)都由AC48302產(chǎn)生；DR和DX分別對(duì)應(yīng)AC48302的PCMOUT和PCMIN。PCMHighway信號(hào)時(shí)序以及時(shí)隙與幀同步信號(hào)的關(guān)系分別如圖5、圖6所示。為了CODEC與DSP芯片間正確收發(fā)數(shù)據(jù)，一般選擇CODEC芯片在BCLK的上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)DX，下降沿采樣數(shù)據(jù)DR，而在另一端的AC48302，則在時(shí)鐘下降沿采樣PCMIN，上升沿發(fā)送PCMOUT。
2．5用戶線接口（SLIC）芯片
設(shè)計(jì)中為了使語(yǔ)音卡能夠提供FXS接口功能，采用了愛(ài)立信公司的新型SLIC芯片PBL83710連接用戶接口。在該芯片內(nèi)部能夠產(chǎn)生高電壓鈴流信號(hào)及提供自動(dòng)電池饋電切換，具有環(huán)流振鈴和地鍵檢測(cè)功能及2－4線轉(zhuǎn)換功能。該芯片將許多傳統(tǒng)的振鈴繼電器、鈴流發(fā)生器等器件集成在一個(gè)片內(nèi)，節(jié)省了印制板空間和成本。
3VoIP語(yǔ)音卡硬件驅(qū)動(dòng)流程
硬件驅(qū)動(dòng)程序主要完成以下功能：
（1）初始化PLX9030芯片，配置相關(guān)寄存器，選擇本地總線工作方式。
（2）初始化AC48302芯片，啟動(dòng)AC48302內(nèi)部的DSP內(nèi)核到正常工作狀態(tài)。AC48302的啟動(dòng)步驟按順序分為以下幾步：核代碼（Kernel）下載；程序代碼（Program）下載；初始化模式；啟動(dòng)運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：加密卡PCI總線PCI9052ISP單片機(jī)
加密是對(duì)軟件進(jìn)行保護(hù)的一種有效手段。從加密技術(shù)的發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，加密可大體劃分為軟加密和硬加密兩種。硬加密的典型產(chǎn)品是使用并口的軟件狗，它的缺點(diǎn)是端口地址固定，容易被邏輯分析儀或仿真軟件跟蹤，并且還占用了有限的并口資源。筆者設(shè)計(jì)的基于PCI總線的加密卡具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，PCI總線是當(dāng)今計(jì)算機(jī)使用的主流標(biāo)準(zhǔn)總線，具有豐富的硬件資源，因此不易受資源環(huán)境限制；第二，PCI設(shè)備配置空間采用自動(dòng)配置方式，反跟蹤能力強(qiáng)；第三，在PCI擴(kuò)展卡上易于實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的加密算法。
1總體設(shè)計(jì)方案
基于PCI總線的加密卡插在計(jì)算機(jī)的PCI總線插槽上（5V32Bit連接器），主處理器通過(guò)與加密卡通信，獲取密鑰及其它數(shù)據(jù)。加密卡的工作過(guò)程和工作原理是：系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分配給加密卡4字節(jié)I／O空間，被加密軟件通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序訪問(wèn)該I／O空間；加密卡收到訪問(wèn)命令后，通過(guò)PCI專用接口芯片，把PCI總線訪問(wèn)時(shí)序轉(zhuǎn)化為本地總線訪問(wèn)時(shí)序；本地總線信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換處理后，與單片機(jī)相連，按約定的通信協(xié)議與單片機(jī)通信。上述過(guò)程實(shí)現(xiàn)了主處理器對(duì)加密卡的訪問(wèn)操作。
圖1硬件總體設(shè)計(jì)方案
下面以主處理器對(duì)加密卡進(jìn)行寫(xiě)操作為例，闡述具體的實(shí)現(xiàn)方法。加密卡采用PLX公司的PCI9052作為PCI總線周期與本地總線周期進(jìn)行轉(zhuǎn)換的接口芯片。PCI9052作為PCI總線從設(shè)備，又充當(dāng)了本地總線主設(shè)備，對(duì)其配置可通過(guò)EEPROM93LC46B實(shí)現(xiàn)。主處理器對(duì)加密卡進(jìn)行寫(xiě)操作，PCI9052把PCI總線時(shí)序轉(zhuǎn)化為8位本地?cái)?shù)據(jù)總線寫(xiě)操作。這8位本地?cái)?shù)據(jù)總線通過(guò)Lattice公司的ispLSI2064與單片機(jī)AT89C51的P0口相連，2064完成PCI9052本地總線與AT89C51之間的數(shù)據(jù)傳輸、握手信號(hào)轉(zhuǎn)換控制等功能。2064對(duì)8位本地?cái)?shù)據(jù)總線寫(xiě)操作進(jìn)行處理，產(chǎn)生中斷信號(hào)。該中斷信號(hào)與AT89C51的INT0＃相連，使AT89C51產(chǎn)生中斷。AT89C51產(chǎn)生中斷后，檢測(cè)與其P2口相連的本地讀寫(xiě)信號(hào)WR＃、RD＃、LW／R＃。當(dāng)WR＃為低電平、LW／R＃為高電平時(shí)，AT89C51判斷目前的操作是否為寫(xiě)操作。確認(rèn)是寫(xiě)操作后，AT89C51把P0口上的8位數(shù)據(jù)取下來(lái)，然后用RDY51＃（經(jīng)2064轉(zhuǎn)換后）通知PCI9052的LRDYi＃，表明自己已經(jīng)把當(dāng)前的8位數(shù)據(jù)取走，可以繼續(xù)下面的工作。PCI9052收到LRDYi＃有效后，結(jié)束當(dāng)前的8位數(shù)據(jù)寫(xiě)操作。PCI總線的一次32位數(shù)據(jù)寫(xiě)操作，PCI9052本地總線需要四次8位數(shù)據(jù)寫(xiě)操作，通過(guò)字節(jié)使能LBE1＃、LBE0＃區(qū)分當(dāng)前的8位數(shù)據(jù)是第幾個(gè)字節(jié)有效。
加密卡硬件總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。
2硬件各組成部分說(shuō)明
2．1PCI9052部分
PCI9052是PCI總線專用接口芯片，采用CMOS工藝，160引腳PQFP封裝，符合PCI總線標(biāo)準(zhǔn)2．1版。其總線接口信號(hào)與PCI總線信號(hào)位置對(duì)應(yīng)，因此可直接相連，易于PCB實(shí)現(xiàn)。PCI9052的最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)132MB／s；本地時(shí)鐘最高可至40MHz，且無(wú)需與PCI時(shí)鐘同步；可通過(guò)兩個(gè)本地中斷輸入或軟件設(shè)置產(chǎn)生PCI中斷。它支持三種本地總線工作模式，實(shí)際設(shè)計(jì)采用地址和數(shù)據(jù)線非復(fù)用、8位本地?cái)?shù)據(jù)總線、非ISA模式。
PCI9052內(nèi)部有一個(gè)64字節(jié)PCI配置空間，一個(gè)84字節(jié)本地配置寄存器組。對(duì)PCI9052的配置可由主機(jī)或符合3線協(xié)議的串行EEPROM完成（注：ISA模式必須由串行EEPROM完成配置）。實(shí)際設(shè)計(jì)采用Microchip公司的93LC46B存放配置信息。系統(tǒng)初始化時(shí)，自動(dòng)將配置信息裝入PCI9052，約需780μs。如果EEPROM不存在或檢測(cè)到空設(shè)備，則PCI9052設(shè)置為默認(rèn)值。
在設(shè)計(jì)中，EEPROM用到的配置項(xiàng)目有：設(shè)備ID：9050；廠商ID：10B5；分類代碼：0780；子系統(tǒng)ID：9050；子系統(tǒng)廠商ID：10B5；支持INTA＃中斷，PCI3C：0100；分配4字節(jié)本地I／O空間：（例LAS0RR）0FFFFFFD；其它本地地址空間未使用：00000000；4字節(jié)本地I／O空間基地址（模4對(duì)齊）：（LAS0BA）01200001（僅為示例）；4字節(jié)本地I／O空間描述符：（LAS0BRD）00000022（非猝發(fā)、LRDYi＃輸入使能、BTERM＃輸入不使能、不預(yù)取、各內(nèi)部等待狀態(tài)數(shù)均為0、8位本地?cái)?shù)據(jù)總線寬度、小Endian模式）；中斷控制／狀態(tài)，Local4C：00000143（LINTi1使能、LINTi1邊沿觸發(fā)中斷選擇使能、LINTi2不使能、PCI中斷使能、非軟件中斷、ISA接口模式不使能）；UserI／O、從設(shè)備應(yīng)答、串行EEPROM、初始化控制，Local50：00024492。有兩點(diǎn)要注意：一是設(shè)計(jì)中采用PLX公司推薦使用的串行EEPROM93LC46B按字（16bit）為單位組織；二是EEPROM開(kāi)發(fā)器編輯輸入與手工書(shū)寫(xiě)的順序?qū)?yīng)關(guān)系，以廠商ID：10B5為例，在開(kāi)發(fā)器編輯輸入的是b510，而不是10B5。
PCI9052本地信號(hào)的含義是：LAD[7．．0]：本地8位數(shù)據(jù)總線；WR＃：寫(xiě)有效；RD＃：讀有效；LW／R＃：數(shù)據(jù)傳輸方向，高電平為寫(xiě)操作，低電平為讀操作；LBE1＃和LBE0＃：字節(jié)使能，表明當(dāng)前LAD[7．．0]上的數(shù)據(jù)是第幾個(gè)字節(jié)（0到3）；BLAST＃：PCI9052寫(xiě)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好或讀數(shù)據(jù)已取走；LRDYi＃：外部設(shè)備（此設(shè)計(jì)指單片機(jī)）已把PCI9052寫(xiě)操作數(shù)據(jù)取走或讀操作數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好；LINTi1：外部設(shè)備通過(guò)LINTi1向主機(jī)發(fā)送INTA＃中斷，當(dāng)單片機(jī)驗(yàn)證密鑰正確，向主處理器發(fā)送請(qǐng)求，表明可以開(kāi)始從中讀取相關(guān)數(shù)據(jù)。
需注意的是，PCI9052在使用時(shí)，某些引腳要加阻值為1kΩ～10kΩ的下拉或上拉電阻。因此在實(shí)現(xiàn)時(shí)，給MODE、LHOLD、LINTi1引腳加下拉電阻，CHRDY、EEDO、LRDYi＃引腳加上拉電阻。
圖2PCI9052本地寫(xiě)時(shí)序
以主處理器向單片機(jī)寫(xiě)數(shù)據(jù)為例，圖2給出了PCI9052的本地寫(xiě)時(shí)序。
2．2ispLSI2064部分
為降低數(shù)據(jù)被解析的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)盡量減少使用分離元件。因此在設(shè)計(jì)中選用了Lattice公司的CPLDispLSI2064。該芯片采用EECMOS技術(shù)，100引腳TQFP封裝，擁有2000個(gè)PLD門(mén)，64個(gè)I／O引腳另加4個(gè)專用輸入，64個(gè)寄存器，3個(gè)全局時(shí)鐘，TTL兼容的輸入輸出信號(hào)。2064具有在系統(tǒng)可編程ISP（In－SystemProgrammable）功能，可方便實(shí)現(xiàn)硬件重構(gòu)，易于升級(jí)，降低了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，并且安全性能高。PCI9052與單片機(jī)之間的8位數(shù)據(jù)線進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，不能簡(jiǎn)單地直接相連，需要進(jìn)行傳輸方向控制和數(shù)據(jù)隔離。故用2064作為PCI9052本地信號(hào)與單片機(jī)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)傳遞的接口，圖3給出了8位數(shù)據(jù)信號(hào)雙向傳輸?shù)脑韴D。2064的開(kāi)發(fā)軟件ispDesignExpert8．2版支持VHDL、VerilogHDL、Abel等語(yǔ)言及原理圖輸入，且通過(guò)專用下載電纜可把最終生成的JEDEC文件寫(xiě)入2064，實(shí)現(xiàn)編程。在設(shè)計(jì)時(shí)采用了原理圖輸入的方法。
原理圖中用到的BI18的功能描述為：當(dāng)OE＝1時(shí)，XB為輸出，A為輸入，即XB＝A；當(dāng)OE＝0時(shí)，XB為輸入，Z為輸出，即Z＝XB。FD28的功能描述為：8位D觸發(fā)器（帶異步清除）。結(jié)合PCI9052本地讀寫(xiě)時(shí)序，可以分析得出，在進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，圖3實(shí)現(xiàn)了LAD[7．．0]與D[7．．0]之間正常的數(shù)據(jù)傳輸；在非讀寫(xiě)時(shí)，雙方數(shù)據(jù)處于正常隔離狀態(tài)。
2．3單片機(jī)AT89C51部分
單片機(jī)采用ATMEL公司的AT89C51。這是一個(gè)8位微處理器，采用CMOS工藝，40引腳DIP封裝。它含有4K字節(jié)Flash和128字節(jié)RAM，且自身具有加密保護(hù)功能。單片機(jī)不進(jìn)行外部存儲(chǔ)器和RAM的擴(kuò)展，程序存儲(chǔ)和運(yùn)行均在片內(nèi)完成，有效地保證了加密強(qiáng)度。
圖3LAD[7..0]與D[7..0]之間的數(shù)據(jù)傳輸
關(guān)鍵詞：PCI總線WDM驅(qū)動(dòng)MPEG－1壓縮卡
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的高速發(fā)展，人們生活水平的提高，對(duì)計(jì)算機(jī)視頻的需求和應(yīng)用越來(lái)越多，如視頻監(jiān)控、視頻會(huì)議、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等。計(jì)算機(jī)視頻提供給人的信息很多，但是視頻的數(shù)據(jù)量很大，不利于傳輸和存儲(chǔ)，使其應(yīng)用受到不少限制。為解決視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸，唯一途徑就是對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。
目前常見(jiàn)的視頻壓縮方法有MPEG－1、MPEG－2、MPEG－4、H．261、H．263等?？紤]壓縮技術(shù)的成熟度和該壓縮卡的主要用途，本文采用MPEG－1作為壓縮標(biāo)準(zhǔn)，研制了基于PCI總線的MPEG－I壓縮卡。該卡適用于視頻監(jiān)控、視頻會(huì)議等多種應(yīng)用場(chǎng)合。該卡加上一臺(tái)主機(jī)、攝像頭和軟件可構(gòu)成一個(gè)完整的視頻采集壓縮系統(tǒng)。
1系統(tǒng)特點(diǎn)
（1）支持BNC、RCA、S－VIDEO視頻接口；
（2）支持PAL和NTSC制式；
（3）可對(duì)視頻實(shí)時(shí)預(yù)覽，最大分辨率可達(dá)720×576×32；
（4）可對(duì)聲音進(jìn)行同步監(jiān)聽(tīng)；
（5）可對(duì)音、視頻信號(hào)進(jìn)行MPEG－I壓縮，生成MPEG文件和VCD文件；
（6）用戶可編程MPEG－1編碼設(shè)置，可支持CBR和VBR；
（7）可一機(jī)多卡同時(shí)工作；
（8）可從動(dòng)態(tài)影像中捕獲單幀，生成JPG和BMP文件；
（9）支持Win98／Win2000。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)主要由視頻解碼、音頻解碼、壓縮核心和PCI接口等組成，其總體框圖如圖1所示。
2．2視頻解碼設(shè)計(jì)
視頻解碼部分主要完成模擬視頻到數(shù)字視頻的處理，以供后面預(yù)覽、壓縮用。視頻解碼芯片常用的有SAA7110、SAA7113和SAA7114等。本方案中采用Philips公司的SAA7114。SAA7114有六路模擬輸入，內(nèi)置模擬源選擇器可構(gòu)成6×CVBS、2×Y／C2×CVBS、1×Y／C和4×CVBS；兩路模擬預(yù)處理通道，內(nèi)有抗混迭濾波器；CVBS或Y／C通道含完全可編程靜態(tài)增益控制或自動(dòng)增益控制功能，對(duì)CVBS、Y／C通道可進(jìn)行自動(dòng)鉗位控制；能自動(dòng)檢測(cè)50Hz／60Hz場(chǎng)頻，并可自動(dòng)在PAL和NTSC制式進(jìn)行切換；能將PAL、NTSC和SECAM信號(hào)解碼及模數(shù)變換得到符合ITU－601／ITU－656的數(shù)字電視信號(hào)。該芯片是目前視頻解碼芯片中接收視頻源的寬容性及視頻解碼圖像質(zhì)量最好的一種。其通過(guò)I2C接口，進(jìn)行初始化設(shè)置。
本系統(tǒng)采用ImagePort作為數(shù)字視頻輸出端口，數(shù)字視頻格式采用ITU－656AI11（PIN20）作為BNC／RCA輸入腳，AI12、AI22作為S－VIDEO輸入腳。
圖2SAA7146A方框圖
2．3音頻解碼設(shè)計(jì)
音頻解碼的數(shù)據(jù)一部分提供給SAA7146A作聲音監(jiān)聽(tīng)用，另一部分用于壓縮。考慮到成本，本系統(tǒng)采用BURR－BROWN公司的PCM1800E。該芯片是雙聲道單片ΔΣ型20位ADC單＋5V電源供電，信噪比為95dB（典型值），動(dòng)態(tài)范圍95dB（典型值），內(nèi)嵌高通濾波器，支持四種接口方式和四種數(shù)據(jù)格式。其采樣頻率為32kHz、44．1kHz和48kHz可選。
本系統(tǒng)采用從模式，20位I2S數(shù)據(jù)格式。主時(shí)鐘由SAA7114提供。
2．4MPEG－1壓縮部分設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)中MPEG－I壓縮芯片選用ZAPEX公司的SZ1510。該芯片基于TI的TMS320C54xDSP內(nèi)核，能對(duì)ITU－601／ITU－656數(shù)字電視信號(hào)和PCM音頻流進(jìn)行MPEG－1實(shí)時(shí)壓縮，可生成多種流，如音頻基本流、視頻基本流、音視頻復(fù)合流等。
該芯片外接27MHz晶振，可支持多種主機(jī)接口，可工作在復(fù)用或非復(fù)用、Intel或Motorola類型總線。通過(guò)輸入管腳HCONFIG1：0和SysConfig寄存器可設(shè)置成六種總線接口類型：Intel8051類型的數(shù)據(jù)／地址復(fù)用的8位總線、Motorola類型的數(shù)據(jù)／地址復(fù)用的8位總線、Intel8051類型的非復(fù)用的8位數(shù)據(jù)總線、Motorola類型的非復(fù)用的8位數(shù)據(jù)總線、Intel8051類型的非復(fù)用的16位數(shù)據(jù)總線和Motorola類型的非復(fù)用的16位數(shù)據(jù)總線。支持I2S聲音接口。
本系統(tǒng)中采用Intel8051類型的非復(fù)用的16位數(shù)據(jù)總線。
2．5PCI接口部分設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)中PCI接口芯片選用SAA7146A，該芯片并不是通用的PCI接口芯片，而是一個(gè)多媒體橋（MultimediaBridge）。方框圖如圖2。該芯片符合PCI2．1規(guī)范。它有八個(gè)DMA通道，三個(gè)視頻，四個(gè)音頻，一個(gè)DEBI（DataExpansionBusInterface）。還具有兩路視頻通道，可對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行縮放，一路可無(wú)級(jí)縮放HPS（HighPerformaceScaler，其縱向可達(dá)1：1024、橫向可達(dá)1：256；另一路有級(jí)縮放BRS（BinaryRatioScaler支持CIF和QCIF格式。
音頻接口以I2S為基礎(chǔ)，通過(guò)編程控制以支持MSB－FIRST的不同格式及不同的時(shí)序格式。
本系統(tǒng)中該部分主要實(shí)現(xiàn)功能如下：
（1）通過(guò)DEBI接收SZ1510產(chǎn)生的MPEG－1數(shù)據(jù)，傳輸?shù)絻?nèi)存；
（2）通過(guò)視頻接口，接收SAA7114輸出的視頻解碼信號(hào)，并進(jìn)行亮度、色度、飽和度的控制，并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)縮放功能實(shí)現(xiàn)視頻預(yù)覽功能；
（3）通過(guò)音頻接口，接收PCM1800E輸出的PCM編碼信號(hào)，傳輸?shù)絻?nèi)存，實(shí)現(xiàn)聲音監(jiān)聽(tīng)功能；
（4）提供符合PCI2．1規(guī)范的接口，將板上數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)內(nèi)存。
3軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)主要包括驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和應(yīng)用層的API設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)程序主要負(fù)責(zé)與硬件打交道，應(yīng)用層API主要負(fù)責(zé)與驅(qū)動(dòng)程序接口。由于設(shè)計(jì)了應(yīng)用層的API，應(yīng)用程序可很容易在上面進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
3．1驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
為了支持Windows2000和Windows98采用WDMWindowsDriverModel驅(qū)動(dòng)程序。WDM作為微軟的最新驅(qū)動(dòng)程序模型與傳統(tǒng)的Win3．x和Win95使用的VxD驅(qū)動(dòng)完全不同。WDM可支持電源管理、自動(dòng)配置和熱插拔等。WDM驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)可以采用DriverStudioDS、Windriver、DDKDriverDeviceKit等。本系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)采用Windows2000DDK借助VC6．0設(shè)計(jì)。
3．1．1MPEG－I壓縮部分
在驅(qū)動(dòng)中，重置SZ1510后，就可以裝載相應(yīng)工作模式的微碼；根據(jù)需要，設(shè)置好相應(yīng)寄存值后就可以啟動(dòng)SZ1510對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行MPEG－1編碼。每當(dāng)產(chǎn)生的壓縮數(shù)據(jù)超過(guò)SZ1510內(nèi)部的FIFO門(mén)限后，SZ1510產(chǎn)生相應(yīng)中斷，內(nèi)核調(diào)用中斷例程，在中斷例程中調(diào)用中斷延遲例程DPC，在中斷延遲例程中接收產(chǎn)生的壓縮數(shù)據(jù)。SZ1510提供兩種方式提取數(shù)據(jù)，一種用I2C總線接口方式，另一種用DEBI方式。
在本系統(tǒng)中，采用DEBI進(jìn)行壓縮數(shù)據(jù)的傳輸。考慮到壓縮數(shù)據(jù)產(chǎn)生的速度，本系統(tǒng)開(kāi)了32頁(yè)大小的緩沖區(qū)，在中斷延遲例程中填充該緩沖區(qū)。每當(dāng)填滿8頁(yè)大小后，產(chǎn)生一個(gè)事件通知應(yīng)用層進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。通過(guò)這種方式，可以避免壓縮數(shù)據(jù)的丟失。
其流程圖如圖3所示。
在驅(qū)動(dòng)中，壓縮數(shù)據(jù)的提取方式將極大地影響生成MPEG文件的質(zhì)量。如果處理不當(dāng)，將導(dǎo)致馬賽克、跳幀等現(xiàn)象。
3．1．2驅(qū)動(dòng)程序中用戶緩沖區(qū)的訪問(wèn)
驅(qū)動(dòng)程序訪問(wèn)用戶內(nèi)存主要通過(guò)緩沖I／O和直接I／O。緩沖I／OI／O管理器創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)核模式拷貝緩沖區(qū)，并把用戶緩沖區(qū)的內(nèi)容拷貝到該緩沖區(qū)中，并在IRP首部的AssociateIrp．SystemBuffer域中存儲(chǔ)該非分頁(yè)內(nèi)存地址。驅(qū)動(dòng)程序可簡(jiǎn)單地讀寫(xiě)該塊內(nèi)存。直接I／O，I／O管理器為輸入數(shù)據(jù)提供一個(gè)內(nèi)核模式拷貝緩沖區(qū)，對(duì)輸出數(shù)據(jù)提供一個(gè)內(nèi)存描述符（MDL）。為了使用緩沖I／O或直接I／O在創(chuàng)建設(shè)備時(shí)，必須設(shè)置設(shè)備對(duì)象的Flags域中的DO＿BUFFERED＿IO標(biāo)志位來(lái)使用緩沖I／O或設(shè)置DO＿DIRECT＿IO標(biāo)志位來(lái)使用直接I／O。
在本驅(qū)動(dòng)中由于緩沖I／O和直接I／O都被使用，DO＿BUFFERED＿IO標(biāo)志位和DO＿DIRECT＿IO標(biāo)志位都被設(shè)置。
在定義IOCTL碼中，對(duì)緩沖I／O使用METHOD＿BUFFEERED對(duì)直接I／O使用METHOD＿OUT＿DIRECT。
3．2應(yīng)用層API設(shè)計(jì)
應(yīng)用層對(duì)驅(qū)動(dòng)程序的訪問(wèn)通過(guò)調(diào)用Win32I／O函數(shù)（如ReadFile、WriteFile和DeviceIoControl）訪問(wèn)。當(dāng)應(yīng)用層調(diào)用Win32I／O函數(shù)以請(qǐng)求I／O后，該請(qǐng)求由內(nèi)核的I／O系統(tǒng)服務(wù)接收，I／O管理器對(duì)該請(qǐng)求構(gòu)造合適的IRP包，并將其傳給驅(qū)動(dòng)程序棧，IRP在棧中進(jìn)行傳遞，傳到驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行處理，并將結(jié)果返回給應(yīng)用程序。
關(guān)鍵詞：變壓器；冷卻控制系統(tǒng)；硬件
1變壓器冷卻控制系統(tǒng)控制模塊的設(shè)計(jì)總體思想
本文所進(jìn)行的就是對(duì)變壓器冷卻控制系統(tǒng)控制器模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括了可以對(duì)主變壓器風(fēng)扇投入與切除的溫度范圍進(jìn)行自行設(shè)定，也可以按照用戶的要求而變化。在傳統(tǒng)控制方式中，風(fēng)扇投切的溫度限制值是不能改變的，此外，風(fēng)扇電機(jī)的啟動(dòng)和停止溫度有一余量，不像傳統(tǒng)的控制方式中是一個(gè)定值，避免了頻繁啟動(dòng)的缺陷，此外還有運(yùn)行、故障保護(hù)及報(bào)警等信號(hào)的顯示及其與控制中心或調(diào)度中心的通訊，上傳這些信息，如變壓器油溫、風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)有無(wú)故障等。至于風(fēng)扇的分組投切設(shè)置是為了節(jié)約電能，具有一定的經(jīng)濟(jì)意義，但這個(gè)分組數(shù)不宜過(guò)多，以免控制復(fù)雜，且散熱效果不佳。
控制器主要由AT89CS1單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、鍵盤(pán)控制芯片，輸出模塊、通訊模塊以及自動(dòng)復(fù)位電路等組成，其中單片機(jī)是控制器的核心，AID轉(zhuǎn)換器是把輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
2變壓器風(fēng)扇控制系統(tǒng)的硬件接線
基于以上的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)的風(fēng)扇控制器的硬件線路圖如下頁(yè)圖1所示。變壓器風(fēng)扇控制中對(duì)控制模塊進(jìn)行改進(jìn)是本文研究的重點(diǎn)，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(jié)中，我們重點(diǎn)將要介紹變壓器風(fēng)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(jī)AT89C51（如圖1）。
AT89C51是Atmel公司生產(chǎn)的一種低功耗，高性能的8位單片機(jī)，具有8k的flash可編程只讀存儲(chǔ)器，它采用Atmel公司的高密度不易丟失的存儲(chǔ)器技術(shù)，并且和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器可以在系統(tǒng)或者通用的非易失性的存儲(chǔ)器編程中進(jìn)行重新編程。AT89C51集成了一個(gè)8位的CPU，8K的flash。256字節(jié)的EDAM，32位的I/0總線。三個(gè)16字節(jié)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，兩級(jí)六中段結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工的串行口，振蕩器及時(shí)鐘電路。AT89C51是完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)控制的核心，所有其它器件都受其控制或?yàn)槠浞?wù)。
在本文中，經(jīng)過(guò)TLC1543A/D轉(zhuǎn)換器后輸出的數(shù)字量輸入到AT89C51單片機(jī)中，同時(shí)在進(jìn)行了溫度參數(shù)的設(shè)置以后，進(jìn)行它的輸出控制，其中包括了變壓器的溫度顯示、狀態(tài)顯示、以及聲音報(bào)警設(shè)備等等，也就是我們所研究的變壓器冷卻控制系統(tǒng)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(fēng)扇冷卻自動(dòng)控制系統(tǒng)中，第一步進(jìn)行的就是對(duì)變壓器上層油溫進(jìn)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(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中包括鉑電極、傳感器以及變送器。經(jīng)過(guò)溫度控制器輸出的信號(hào)進(jìn)入變送器，變送器送出一個(gè)4一20毫安的電流信號(hào)，然后將此電流信號(hào)通過(guò)控制芯片上的電阻元件實(shí)現(xiàn)電流電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電壓是在0.4一2（伏特）之間，然后將此電壓信號(hào)輸入到TLC1543數(shù)模轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行信號(hào)處理。變送器輸出信號(hào)有電流和電壓信號(hào)兩種，考慮到變壓器安裝的位置（室外）距本控制裝置（室內(nèi)）有一定的距離，電流信號(hào)不易損失，故選擇了4一20毫安的電流信號(hào)。（3）11通道10位串行A/D轉(zhuǎn)換器丁LC1543。
TLC1543A/D轉(zhuǎn)換器是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的眾多串行A/D轉(zhuǎn)換器中的一種，它具有輸入通道多、轉(zhuǎn)換精度高、傳輸速度快、使用靈活和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是一種高性價(jià)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。TLC1543是CMOS，10位開(kāi)關(guān)電容逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它有三個(gè)輸入端和一個(gè)3態(tài)輸出端：片選（CS），輸入/輸出時(shí)鐘（I/0CLOCK），地址輸入和數(shù)據(jù)輸出（DATAOUT）。這樣通過(guò)一個(gè)直接的四線接口與卞處理器或的串行口通訊。片內(nèi)還有14通道多路選擇器可以選擇11個(gè)輸入中的任何一個(gè)三個(gè)內(nèi)部自測(cè)試（self-test）電壓中的一個(gè)。
（4）BC7281128段LED顯示及64鍵鍵盤(pán)控制芯片。
BC7281是16位LED數(shù)碼管顯示器鍵盤(pán)接口專用控制芯片，通過(guò)外接移位寄存器（典型芯片如74HC164，74LS595等），最多可以控制16位數(shù)碼管顯示或128支獨(dú)立的LED。BC7281的驅(qū)動(dòng)輸出極性及輸出時(shí)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(shù)碼管。
BC7281各位可獨(dú)立按不同的譯碼方式譯碼或不譯碼顯示，譯碼方式顯示時(shí)小數(shù)點(diǎn)不受譯碼影響，使用方便；BC7281內(nèi)部還有一閃爍速度控制寄存器，使用者可隨時(shí)改變閃爍速度。
BC7281芯片可以連接最多64鍵C8*8）的鍵盤(pán)矩陣，內(nèi)部具有去抖動(dòng)功能。它的鍵盤(pán)具有兩種工作模式，BC7281內(nèi)部共有26個(gè)寄存器，包括16個(gè)顯示寄存器和10個(gè)特殊（控制）寄存器，所有的操作均通過(guò)對(duì)這26個(gè)寄存器的訪問(wèn)完成。
BC7281采用高速二線接口與MCU進(jìn)行通訊，只占用很少的I/O資源和主機(jī)時(shí)間。
BC7281在本系統(tǒng)中主要用于驅(qū)動(dòng)變壓器溫度顯示的LED以及顯示風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)的指示燈。
前已提及，BC7281芯片內(nèi)部共有26個(gè)寄存器，包括16個(gè)顯示寄存器和10個(gè)特殊功能寄存器，共用一段連續(xù)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(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的通訊。
①M(fèi)AX232芯片簡(jiǎn)介
MAX232芯片是1VIAX工M公司生產(chǎn)的低功耗、單電源雙RS232發(fā)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(nèi)部有一個(gè)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(tǒng)只要單一的+5V電源就可以。
我們的設(shè)計(jì)電路中選用其中一路發(fā)送/接收，RlOUT接MCS一51的RXD，T1工N接MCS一51的TXD，TlOUT接PC機(jī)的RD，Rl工N接PC機(jī)的TD1。因?yàn)镸AX232具有驅(qū)動(dòng)能力，所以不需要外加驅(qū)動(dòng)電路。
系統(tǒng)中使用了此技術(shù)之后就實(shí)現(xiàn)了變壓器風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，工作人員可以在控制室對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以達(dá)到方便、準(zhǔn)確、快捷的日的，這也是我們對(duì)傳統(tǒng)的風(fēng)扇冷卻控制系統(tǒng)而做的一個(gè)重要的改進(jìn)。
②串行通訊
在此實(shí)現(xiàn)中，我們必須要對(duì)MCS-51串行接日和PC機(jī)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(fā)送方和接收方之間數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根數(shù)據(jù)線上，以每次一個(gè)二進(jìn)制位移動(dòng)的，它的優(yōu)點(diǎn)是只需一對(duì)傳輸線進(jìn)行傳送信息，囚此其成本低，適用于遠(yuǎn)即離通信；它的缺點(diǎn)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(fù)雜；而異步通信應(yīng)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(mén)狗”電路DS1232
在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，為了避免因干擾或其他意外出現(xiàn)的運(yùn)行中的死機(jī)的情況，“看門(mén)狗電路”DS1232會(huì)自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位，并且能夠重讀EEPROM中的設(shè)置，以保證系統(tǒng)可以安全正常的運(yùn)行。
美國(guó)Dallas公司生產(chǎn)的“看門(mén)狗”（WATCHDOG）集成電路DS1232具有性能可靠、使用簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，應(yīng)用在單片機(jī)產(chǎn)品中能夠很好的提高硬件的抗干擾能力。
DS1232具有以下特點(diǎn)：
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(shè)計(jì)要求；
②在微處理器失控狀態(tài)卜可以停止和重新啟動(dòng)微處理器；
③微處理器掉電或電源電壓瞬變時(shí)可自動(dòng)復(fù)位微處理器；
④精確的5%或10%電源供電監(jiān)視；
在本變壓器冷卻控制系統(tǒng)中，DS1232作為一定時(shí)器來(lái)起到自動(dòng)復(fù)位的作用，在DS1232內(nèi)部集成有看門(mén)狗定時(shí)器，當(dāng)DS1232的ST端在設(shè)置的周期時(shí)間內(nèi)沒(méi)有有效信號(hào)到來(lái)時(shí)，DS1232的RSR端將產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)以強(qiáng)迫微處理器復(fù)位。這一功能對(duì)于防止由于干擾等原因造成的微處理器死機(jī)是非常有效的，因?yàn)榭撮T(mén)狗定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間由DS1232的TD引腳確定，在本設(shè)計(jì)中，我們將其TD引腳與地相接，所以定時(shí)時(shí)間一般取為150ms。
3結(jié)論
本裝置實(shí)現(xiàn)了通過(guò)單片機(jī)自動(dòng)控制冷卻器的各種運(yùn)行狀態(tài)并能精確監(jiān)測(cè)變壓器的油溫和冷卻器的各種運(yùn)行、故障狀態(tài)，顯示了比傳統(tǒng)的控制模式的優(yōu)越性。（1）能夠?qū)ψ儔浩饔蜏剡M(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制；（2）實(shí)現(xiàn)了變壓器冷卻器依據(jù)不同油溫的分組投切，延長(zhǎng)了冷卻器的使用壽命，有較好的經(jīng)濟(jì)意義；（3）實(shí)現(xiàn)了冷卻系統(tǒng)的各種狀況，如油溫、風(fēng)扇投切和故障等信息的上傳，便于值班員、調(diào)度員隨時(shí)掌握情況。
由于固態(tài)繼電器實(shí)現(xiàn)了變壓器的無(wú)觸點(diǎn)控制，解決了傳統(tǒng)的控制回路的弊端，同時(shí)此控制裝置具有電機(jī)回路斷相與過(guò)載的保護(hù)功能。由于使用了單片機(jī)，因而具有一定的智能特征，實(shí)現(xiàn)了油溫、風(fēng)扇的投入、退出和故障等信號(hào)的顯示以及上傳等。通過(guò)實(shí)際運(yùn)行表明，該裝置的研制是比較成功的。但今后，我們還應(yīng)該對(duì)固態(tài)繼電器本身的保護(hù)進(jìn)行一些研究，以免主回路因電流過(guò)大而造成固態(tài)繼電器的損壞，以使變壓器風(fēng)扇冷卻控制回路更加完善。
參考文獻(xiàn)
