前言：中文期刊网精心挑选了硬件设计范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
硬件设计范文1
3.1管理监控系统的硬件构成
管理系统主要完成发油过程的监控及配方管理、报表显示、查询、打印等功能。工控机性能可靠，抗干扰能力强，在工控领域被广泛应用。工控机可以根据控制要求，进行板卡的选型设计，从而更好的满足设计要求，因此，在对控制要求高的系统中，选用工控机较为合理，但是，工控机的价格比较昂贵，投资成本比较高。随着电子技术的不断发展，计算机技术的日益成熟，通用PC机的性能完全满足使用要求，所以在设计选型时，监控PC机和管理PC机都选用品牌机。品牌机价格适中，操作方便，内存大，人机界面友好，带有标准的RS-232通信口、打印机接口，易于和外设相连。
3.2自动发油控制的硬件构成
自动发油控制的主要任务是接收上位机指令并对现场设备和仪表进行控制，是控制系统的核心。我们选用性能可靠、抗干扰能力强的可编程控制器。可编程控制器又称PLC（Programmable Logic Controller）是专为在工业环境下应用而设计。PLC问世以来很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，PLC已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛应用。
3.2.1 PLC特点
（1）可靠性高、抗干扰能力强PLC不仅CPU模块可以设计冗余，而且系统中的模块也可以是冗余的，这样就极大地增加了应用系统的可靠性，除此之外，PLC从硬件上采用隔离、滤波措施有效地抑制和消除了干扰。此外，对有些模块还设置了联锁保护、自诊断电路等。当故障条件出现，立刻存储当前状态信息，软硬件配合封闭存储器，禁止对存储器进行任何不稳定的读写操作。从而PLC的可靠性、抗干扰能力大大提高，一般PLC平均故障间隔时间可达几十万小时。
（2）编程简单、使用方便考虑到企业一般电气技术人员和技术工人的读图习惯和应用微机的水平，目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式。这是一种面向生产、面向用户的编程方式，比较容易作人员所接受并掌握。配套的简易编程器的操作和使用也很简单。
（3）设计、安装容易，维护工作量少PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。PLC的用户程序大部分可以在实验室进行模拟调试，用模拟实验开关代替输入信号，其输出状态可通过PLC上的发光二极管指示得知。模拟调试好后再将PLC控制系统安装到生产现场，进行联机调试，既安全，又快速方便。大大缩短了应用设计和调试周期。PLC故障率极低，维修工作量很小。
(4)功能完善、通用性强PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D、D/A转换，数值运算和数据处理等功能。因此，它既可对开关量进行控制，也可对模拟量进行控制；PLC还具有通信联网功能，可与相同或不同类型的PLC联网，并可与上位机通信构成分布式的控制系统。
总之，PLC系统的基本特点是：可靠、方便、通用、低廉。
3.2.2 PLC的基本组成
PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，是一种以微处理器为核心的用于控制的特殊计算机，因此它的组成部分与一般的微机装置类似。整体式PLC逻辑框图如图3-1所示。它主要由中央处理单元CPU、输入/输出部件、存储器、通信接口、I/O扩展口等部分组成。其中CPU是PLC的核心，它通过输入装置读入外设的状态，由用户程序去处理，并根据处理结果通过输出装置去控制外设。输入/输出亦称I/O部件，是连接现场设备与CPU之间的接口电路。存储器主要存储系统程序、用户程序及工作数据。通信接口用于与编程器和上位机连接。I/O扩展口是连接I/O扩展单元与PLC本机的接口电路，主要用来扩展I/O点数。
图3-1 整体式PLC逻辑框图
Fig.3-1 Logic diagram of integral PLC
3.2.3 PLC的工作原理
PLC运行时，内部要进行一系列操作，大致可以分为四大类：以故障诊断、通信处理为主的公共操作，联系工业现场的数据输入和输出操作，执行用户程序的操作，以及服务于外部设备的操作。
PLC的工作过程与其它计算机系统一样，CPU采用分时操作的原理，每一时刻执行一个操作，随着时间的延伸一个动作接着一个动作顺序地进行。这种分时操作进程称为CPU对程序的扫描。PLC在一个扫描周期的开始，首先将物理输入点上的状态复制到输入过程映像寄存器中；CPU根据映像寄存器中的输入状态从头至尾执行应用程序指令并将程序执行的结果存入输出映像寄存器中；处理通讯请求和CPU自诊断测试相继执行；在每个扫描周期的结尾,CPU把存储在映像寄存器中的数据写到物理输出点上，然后开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复扫描循环[4]。
3.2.4自动发油控制的S7-200PLC配置
在本课题中，根据自动发油控制系统的特点和要求，我们选择西门子公司的S7-200CPU226作为下位机。S7-200PLC配置有以下几点： （2）输入滤波器可以为本机开关量输入点选择输入滤波器，并可定义延迟时间（0.2-12.8ms）。这个延迟时间有助于滤除输入噪声，以免引入输入状态不可预测的变化。输入滤波器是CPU配置数据的一部分，可下装而且存储在CPU存储器中，可以通过STEP7下的System Block选项来选择输入滤波器选项。
（3）脉冲捕捉，每个本机开关量都具有脉冲捕捉功能。它可以让PLC捕捉到持续时间很短的高电平脉冲或低电平脉冲。在正常扫描下，CPU不是总能读取到这样的开关量输入。当一个输入端子设置为脉冲捕捉时，输入端的状态变化被锁存并一直保持到下一个扫描循环刷新周期。用这样的方法，一个持续时间很短的脉冲信号被捕捉到，并保持到CPU读到该输入信号为止，以确保不丢失脉冲。
（4）设置输出状态，在PLC的循环扫描执行过程中，随机或突然的不明原因的停机是不可避免的，此时要求PLC停机后的输出状态要能够保证被控设备处于安全状态。为此，S7-200PLC为输出点提供了两种保持性能：一种是预置开关量输出点在CPU变为STOP方式后为已知值；另一种是设置开关量输出保持CPU变为STOP方式之前的状态。
（5）高速I/OS7-200为控制高速事件提供了高速I/O。S7-200CPU具有高速计数器功能,这些计数器可以记录20kHz的事件，并不影响CPU的性能[5]。
CPU226提供了6个高速计数器，每个 高速计数器有12种模式。不同高速计数器的不同模式占用PLC的特定的I/O口。本控制系统中采用高速计时器来计算流量计的高速脉冲数，用于计算发油质量和流量。 表3-1I/O分配及说明
Table3-1 Input or output configuration and illustration I1.0 I2.0 静电接地检测仪 静电接地夹夹紧检测 I1.2 I2.2 溢油检测仪 油面溢出检测 I1.4 I2.4 传感器 鹤管复位检测 I1.6 I2.6 开关 启动（停止）发油
表3-1I/O分配及说明
Table3-1 Input or output configuration and illustration （续） I0.0 I0.1 流量计 流量采集 Q1.1 Q2.1 指示灯 静电报警 Q1.3 Q2.3 指示灯 气体检测报警 Q1.5 Q2.5 指示灯 发油运行指示 Q1.7 Q2.7 电液阀 电液阀常闭 Q0.3 Q0.4 指示灯 模块电源错误指示
Q0.5 Q0.6 指示灯 超差报警指示 3.2.5 S7-200与PC机通信
1）PC机与PLC联网通信条件
从原则上讲，只要为PC机配备该种PLC网专用的通信卡以及通信软件，按要求对通信卡进行初始化，并编制用户程序即可。带异步通信适配器的PC机与PLC只有满足如下条件才能联网通信： (2)双方初始化设置，如波特率、数据位数、停止位数、奇偶校验方式等。
(3)用户必须熟悉互连的PLC及PLC网络采用的通信协议。严格按照通信协议为PC机编写通信程序。PLC一方不需要用户编写通信程序。
2）PC与PLC通信的结构形式
用户把带异步通信适配器的PC机与PLC互连时通常采用下图所示的两种结构形式。一种为点对点结构，PC机的COM口与PLC的编程器接口即PG口（其他异步通信口）之间实现点对点链接。另一种为多点结构，PC机与数台PLC共同连在同一条串行总线上，多点结构采用主从式存取控制方式，通常以PC机为主站，数台PLC为从站，通过周期轮询进行通信管理。这种多点结构又称主从式结构。本系统由一台PC机作监控主站，三台PLC作从站，采用PPI通信协议。PC机与PLC之间通过RS485总线连接，由于PC机的串口是RS232,S7-200PLC的串口是RS485,所以二者之间要通过PC/PPI通信电缆进行连接。
图3-2PC-PLC多点通信结构
Fig.3-2PC-PL Cmultiple-point communication structure
组态王软件支持S7-200PLC的PPI通讯协议，在系统搭建时，只要通过参数设置就可以实现通讯。系统的通信结构如图3-2所示。
3）PC/PPI电缆 进行通信时，若数据从RS232向RS485传输，则电缆是发送状态，反之是接收状态。接收状态与发送状态的相互转换需要一定时间，称为电缆的转换时间。转换时间与所设置的波特率有关，他们之间的关系见表3-2。通常情况下，电缆处于接收状态。当检测到RS232发送数据时，电缆立即从接收状态转换成发送状态。若电缆处于发送状态的时间超过电缆转换时间时，电缆将自动切换为接收状态。
表3-2 开关设置与波特率的关系
Table 3-2 Relationship of the switch institution and baud rate 000 38400 0.5 010 9600 2
011 4800 4 101 1200 14 3.3 电液阀选择和功能实现
3.3.1发油系统对控制阀的要求
在发油过程中，由于控制阀的突然开关，容易造成管道中的压力在一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为“水击”或“水锤”现象。“水击”产生的压力峰值往往比正常工作压力高好几倍，且常伴有巨大的振动和噪声，使液压系统产生温升，有时会使一些液压元件或管件损坏，并使某些液压元件（控制阀、流量计等）产生误动作，导致设 备损坏[7]。因此，发油自动化控制系统控制的主要目标之一，就是尽可能的消除、减小发油开始和累计发油量达到设定时，控制阀的突然开关而产生的“水击”现象。除此之外还要求控制阀能达到以下要求:
（1）能较好地解决过冲问题，重复性误差小；
（2）能适应各种发油工艺，包括流速不稳定的单支和多支管路；
（3）防止喷溅式进油；
（4）启闭工作可靠、无泄漏，便于维护；
（5）低电压，低功耗，控制较简单。
3.3.2电液阀选择
从控制的角度上理解，气动阀，电动阀、电磁阀、多段电液阀等可遥控阀门都可以作为发油控制阀。但为了保证系统的可靠性，提高发油精度，从性价比综合考虑，我们选择了数字式多功能电液阀。
数字式多功能电液阀特别适用于石油化工行业，以实现对输送介质的流量、流速的自动控制。其主要的性能特点为:多段开闭，消除水击及静电；可控调节，实现恒流；无填料密封，密封可靠；利用介质压力，压力损失小；独立的开阀、关阀速度控制；控制回路简单，维修方便；可水平、垂直安装，适用范围广；电磁阀控制触点电压可选直流24V或交流220V/50Hz。
3.3.3多功能电液阀工作原理
数字式多功能电液阀由主阀、一个常开电磁阀、一个常闭电磁阀组成。常开电磁阀在控制回路逆流部位，常闭电磁阀在控制回路顺流部位，如图3-4所示。在两只电磁阀的激励下，高的逆流压力被堵塞，阀套中的介质流向低的顺流压力处，模片两端产生压差，主阀被打开。反之，在消除掉两只电磁阀的激励的情况下，允许高的逆流压力去关闭主阀门。在流动过程中常开电磁线圈通电同时常闭电磁线圈断电以后，压力截聚在阀套中，从而使得阀门锁定在打开位置，保持一个恒定的流量。当工作条件变化而引起流量变化时，控制器给相应的电磁线圈通电，就能重新调到设定的流量值。
图3-4 多功能数字电液阀结构图
Fig.3-4 Structure diagram of multifunction digital electro-hydraulic valve
3.4流量计的选择及功能实现
3.4.1流量计的选择
目前，石化行业广泛使用的流量计主要有两种。一是体积式流量计另一种是质量流量计。体积式流量计分为：容积式流量、差压式流量计、速度流量计。质量流量计分为：推导式质量流量计和直接式质量流量计。
LTC系列椭圆齿轮流量计是用于管道中液体流量进行连续测量的高精度容积流量。其优点是:测量精确度较高，可达到的相对误差为士0.1～士0.5％，从理论上讲，不受流体种类、粘度、密度以及前后直管段长度的影响；范围度较大，精确度0.5级时可达1：10,容易获得准确的累积量，适合作为物料计量仪表。本控制系统中我们选用LTC系列椭圆齿轮流量计。
3.4.2 LTC系列椭圆齿轮流量计的基本组成
LTC系列椭圆齿轮流量计结构如图3-5所示。本体部——流量计的计量部分,由转子和壳体及盖板组成。磁性密封联轴器——流量计本体与调速器的密封联接部分,有磁性密封联轴器和机械密封联轴器两种,常用磁性密封联轴器。调速器——流量计转子转数输出的减速齿轮机构。计数器——记录流经流量计的流体累积体积流量的读数器。发信器——将被测介质的流量信号转换为电脉冲信号的机构,输出的脉冲信号为电压脉冲信号或电流脉冲信号。
图3-5 LTC 系列椭圆齿轮流量计结构图
Fig. 3-5 Structrue diagram of LTC ellipse- flowmeter
3.4.3 LTC系列椭圆齿轮流量计工作原理
椭圆齿轮流量计是最典型的容积式流量计，其工作原理见图3-6。安装在壳体计量腔内的一对相互啮合椭圆齿轮,在被测介质的作用下,靠进出口压力差的作用相互交替驱动,各自绕自己的轴旋转,从而不停地将进口处的液体经月牙形腔体送到出口。椭圆齿轮转一圈流量计排出四倍月牙形腔体的液体,流经流量计的流量与椭圆齿轮的转数成正比,通过计数转换机构,直接在计量器上读出流经流量计的累积体积量。在计数机构中还可以安装脉冲发信器，齿轮的转速通过变速机构直接驱动机械计数器，通过电磁转换装置转换成相应的脉冲信号。当油品流过流量计时，流量计便发出一定的脉冲，控制器对脉冲进行通过运算处理，得到流量值。
图3-6 LTC 系列椭圆齿轮流量计工作原理图
Fig.3-6 Schematic diagram of ellipse flowmeter
3.5 系统硬件的连接
控制系统由S7-200PLC及EM231（A/D）模块、数字式多功能电液阀、流量计、温度变送器、静电接地仪、溢油保护等组成。系统结构见图4-1。
硬件设计范文2
数字钟硬件设计单片机
1单片机最小系统
单片机最小系统是由电源、复位、晶振、/EA=1组成的。Vcc（40）为电源端引脚，GND（20）为接地端引脚，工作电压为5V。晶振引脚XTAL1（19）、XTAL2（18）。
引脚XTAL1作为片内振荡器的反相放大器输入端，引脚XTAL2则是输出端，使用内部方式时，时钟发生器将会对振荡脉冲进行二分频，如果晶振频率是12MHz，那么时钟频率就是6MHz。晶振的频率选择范围是1MHz-24MHz之间。电容大小选30PF左右。使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接应用引脚XTAL1，但是XTAL2引脚悬空。AT89C51单片机内部有一个高增益反相放大器，振荡器就是用它构成的。引脚XTAL1是输入端，引脚XTAL2则是输出端。因为震荡器的稳定性、频率的高低、起振的快速性和温度的稳定性受电容大小的影响。所以此系统的晶体振荡器的值为12MHz，电容值约为22μF。为了减少寄生电容，在焊接刷电路板时，应将晶体振荡器和电容尽可能的焊接在与单片机芯片相近的部位，这样才能更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。
2 LED显示电路
显示器一般用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，显示器按照材料及产品工艺的分类可分为：发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等。LED显示器是现在最常用的显示器之一。
发光二极管英文简称LED，它是由料砷化镓、磷砷化镓等特殊的半导体材制成，既可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件。分段式显示器（LED数码管）是由7条发光二极管线段围成的8字型。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。因此只要按照一定的规律控制各发光段点亮、熄灭，就可以显示各种字形或符号。
数码管使用条件：段、小数点上加限流电阻；使用电压根据发光颜色决定；小数点：根据发光颜色决定；使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA峰值电流 100mA。
数码管使用注意事项说明：（1）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；（2）焊接温度：260度；焊接时间：5S；（3）表面有保护膜的产品，可以在使用前撕下来。
实时时间的显示需要显示电路显示模块来完成，即显示时、分、秒，因此需要6个数码管，另外还需要两个数码管来显示横。显示电路采用动态显示方式显示时间，时的十位在第一个数码管显示，个位在第二个数码管显示，分的十位在第四个数码管显示，个位则在第五个数码管显示，秒的十位和个位分别在第七个和第八个数码管显示，剩余的数码管显示横线。LED显示器的显示控制方式按驱动方式可分成静态显示方式和动态显示方式两种。对于多位LED显示器，通常都是采用动态扫描的方法进行显示。
3校时电路
数字钟应该具有分校时和时校时功能，因此，应截断分个位和十位的直接信号可直接取自信号发生器产生的信号；输出端与分或者时的个位计时输入端相连。当开关拨到一端时，正常输入的信号可以顺利通过，校时电路正常计时；当开关拨到另一端时，信号产生，正常输入的信号不能顺利通过，校时电路处于校时状态。
所以当电子钟接通电源或者计时存在误差时，都需要对时间进行校正。校时电路对时、分分别进行校准。因为每一个机械按键都具有抖动现象，所以用RS触发器作为去抖电路。采用RS基本触发器及单刀双掷开关，闸刀常闭于2点，每搬动一次产生一个计数脉冲，实现校时功能。
4键盘检测原理
键盘实际上就是一组按键，在单片机电路中，通常用到的按键都是机械弹性开关，当开关闭合时，线路导通，开关断开时，线路断开。
单片机检测按键的原理是：单片机的I/O口既可以作为输出也可作为输入使用，当检测按键时，它启用的是输入功能，把按键的一段接地，另一端与单片机的某个I/O口相连，开始时先给该I/O口赋一高电平，然后让单片机不断地检测该I/O是否变为低电平，当按键闭合，也就是当该I/O口通过按键与地相连变为低电平，此程序就会检测到I/O口变为低电平，说明按键被按下，然后执行相应的指令。
将理想波形同实际波形比较，会有一定的差别，实际波形在按下和释放的瞬间都会出现抖动现象，抖动时间的长短与按键的机械特性有关，一般为5～10ms，通常我们手动的从按下键到释放按键，这一过程按键闭合的时间会超过20ms。因此单片机在检测键盘是否按下时要加上去抖动操作，通常我们用软件延时的方法就能很容易解决抖动问题。
5键盘与AT89C51的连接电路
键盘接口是主机与键盘联络的端口，主机与键盘之间的通信，实际上是键盘接口与键盘的通信。PC主机通过设定数据线和时钟线的工作状态去指引键盘收取和发送数据：时钟线为低电平时，禁止键盘传送数据；时钟线为高电平，数据线为低电平时，通知键盘接受命令或参数；时钟为高电平，数据线也为高电平时，则允许键盘传送数据。
这种设计是需要校对时间的，所以加上三个按键来实现时间的校对。其中P3.0和P3.1接口分别与主机键盘接口的时钟线CLK和数据线DATA相连。通过按khour来调节小时的时间，而分针时间的调节则通过按kmin来实现，调节秒的时间则是按ksec来实现的。
6复位电路
当振荡器运行且高电平出现在此引脚达到两个机器周期以上的时，单片机就会复位，只要这个脚保持高电平，51芯片将会循环复位。复位后P0-P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序。
片外复位是通过外部的复位电路来实现的。而片内复位电路则是引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。
复位电路通常采用的复位方式有以下两种：
上电复位：接通电源后利用RC充电来实现复位，电容C在电源刚接通时对下拉电阻开始充电，由于电容两边电压不能突变，所以RTS端保持高电平，只要这个充电时间不超过1ms，理论上一般都是可以实现对单片机的自动上电复位，如果没有特殊要求，在实际的工程应用中一般都采用这种复位方式。
硬件设计范文3
关键词：太阳能；单片机89C54RD+；舵机；光电检测电路
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 16-0000-02
Solar Tracking Controller Hardware Design
Zu Hualong
(HeFei University of Technology,Hefei230061,China)
Abstract:In order to more fully and efficient use of solar energy,it is commonly used to track the sun’s trajectory to maximize output power.This article describes the solar tracking system control theory and the system hardware components and control algorithms.The design of a tracking and simple structure,and reliable control of dual-axis solar tracking system,improves the utilization of solar energy.And through tests of this solar tracking system by using a flashlight as the sun,it is proved that the system can work well.The whole system design includes two parts:hardware design and software design.The 89C54RD+ I/O configuration,8-bit analog-to-digital converter signal processing unit,photodiode intensity circuit,EEPROM circuit,LED diodes display circuit,the power supply circuit,and the serial communications circuit were designed in the hardware consideration.While the MCU control,the monitoring program,the PC monitoring and the data―handling program which developed in the software platform of Keil uVision 2.0 were concerned in the software design.And at last,two electric steering engines are used to drive double-axis tracking device which can control the azimuth and altitude angle of the cell board.
Keywords:Solar energy;MCU 89C54RD+;Electric steering engine;Photodiode intensity circuit
一、引言
课题来源及意义
本课题来源于大学生创新实验计划校级项目《太阳能跟踪定位系统开发》。成果已经做成实物，可以演示。
二、太阳能跟踪方案选择
（一）常用的太阳能跟踪控制方法比较
常用的太阳能跟踪控制方法一般有三种；匀速控制方法、光强控制方法和时空控制方法。
本设计采用的是光强控制方式，用两个光敏二极管检测水平方向的信号，再用两个二极管检测竖直方向的信号，从而实现在水平方向和竖直方向两个方向上的跟踪。
（二）机械结构设计
机械部分主要由支架、底座、两转动轴和舵机构成，可同时在方位角和高度角两个方向上跟踪。机械装置由舵机驱动，可以使电池板在水平方向上的0-180°和垂直方向上的+90~-90°之间自由旋转。单片机送出方位角和高度角电机的正反转控制信号，这样就构成了方位角和高度角的跟踪机构。
三、系统的硬件设计
硬件是实现各种功能的基础，软件发挥功能要依赖硬件的支持。硬件的可靠性直接关系到整个系统的可靠性。
（一）系统的总体硬件框图
图3.1描述了系统的总体框图：
图3.1系统总体框图
本系统采用STC89C54RD+作为核心控制器，主要由以下几个部分构成：M3）LCD显示电路（4）LED系统状态显示电路（5）串行通讯电路（（8）复位电路，以下各小节将对重点电路进行详细的介绍。所有的电路都是使用Protel进行绘制。
（二）串口通讯电路
这里使用的串口通讯标准是RS-232-C，与计算机相连，下载计算机写好的代码程序给单片机。而单片机的电平标准却是TTL电平，所以需要一个电平转换电路，这里使用MAX232通讯电路，实现对TTL和EIA电平的相互转换。如图3.2：
图3.2 串口通讯电路图3.3电源供电电路
（三）电源供电电路
电路外接电源从J9输入，整流二极管IN4007起到防止电源反向，以及给外加电源滤波的作用，紧接着接入三端稳压器MC7805T的Vin端，三端稳压器电压输入端Vin需要一个C3电容10uF的电容进行滤波，GND管脚接地。
（四）光电检测电路
本设计使用两个光敏二极管作为光强的检测元件，每个光敏二极管分别接一个总阻值为10K大小的可调电阻以及5V电压，作为一路光强检测电路。随着手电筒模拟太阳位置的变化，即不同光敏二极管感受太阳光的光强变化，光敏二极管的阻值会相应改变，则加在光敏二极管两端的电压也会改变，则加在可调电阻两端的电压也肯定会产生变化。在可调电阻固定一个阻值大小的情况下，手电筒在不同位置，则电阻两端的电压也会不同；同时，手电筒固定一个位置，由于两个光敏二极管想对于光源的位置和角度也不相同，则必然会导致两个光敏检测电路可调电阻输出的电压不同。将这一对电路各自的可调电阻的电压输入到一个AD620仪用放大器。AD620的输出再接到ADC0809中，进行模数转换。整体电路原理图如图3.4：
（五）液晶显示电路
本设计使用LCD1602芯片，各个字符的段码液晶显示屏是以若干个5*8或5*11点阵块组成的显示字符群。每个点阵块为一个字符位，字符间距和行距都为一个点的宽度。主控制驱动电路为HD44780 CHITACHI及其他公司全兼容电路。液晶显示电路如图3.5：
图3.4 光电检测电路图3.5液晶显示电路
本设计P2^0到P2^7管脚直接与液晶的八个数据口相连接。P3^2控制RS管脚，P3^3控制R/W管脚，P3^4控制E管脚，背光源正极BLA接5V电源，背光源负极BLK接地，VSS接地，VDD接5V电源，V0液晶显示偏压接一个10K的滑动变阻器，可以调节显示的对比度。由此十一条控制命令可以知道，只要控制RS，R/W，D0-D7十个管脚，外加上一个使能信号E，就可以对液晶屏进行任意的写入数据和读出数据的控制。液晶显示屏的作用在于将光敏电路实时采样得到的光强数据，即两个AD620仪用放大器采样到的电压差值，通过ADC0809模数转换传入CPU之后，显示到液晶屏上，这样可以对两路光强信号进行实时了解。
（六）模数转换电路
本设计采用的模数转换器件是ADC0809，它是CMOS的8位A/D转换器，片内有8路模拟开关，可控制8个模拟量中的一个进入转换器中。ADC0809的分辨率为8位，转换时间约100us，含锁存控制的8路多路开关，输出有三态缓冲器控制，单5V电源供电。
ADC0809引脚连接
ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。IN0～IN7：8路模拟量输入端。本设计只用了IN0和IN1两路通道，分别采集水平方向的电压差值模拟量和垂直方向的电压模拟量，IN0接第一个AD620的OUT端口；IN1接第二个AD620的OUT端口。其他六个输入通道，全部悬空。因此，只需要在IN0和IN1之间进行选择。如果要选择IN0和IN1通道，C地址线总是置为低电平，B地址线业总是为低电平，A地址线为低电平和高电平，为了方便扩展到四路输入，而且为了节约单片机引脚的使用，将C地址线直接接地，而A地址线接单片机的P1^3口，B地址线接单片机的P1^4口，进行地址选择。本设计ADC0809接线图如图3.6：
图3.6ADC0809的电路接线图
参考文献：
[1]吴国凤.C语言程序设计教程[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2005
[2]肖玲妮,袁增贵.Protel 99 SE印刷电路板设计教程[M].北京:清华大学出版社,2003
[3]杨将新,李华军,刘东骏.单片机程序设计及应用从基础到实践[M].北京:电子工业出版社,2005
[4]蒋廷彪.单片机原理及应用（MCS-51）[M].重庆:重庆大学出版社,2006
[5]康华光.电子技术基础模拟部分（第四版）[M].北京:高等教育出版社,1998
[6]阎石.数字电子技术基础（第四版）[M].北京:高等教育出版社,1998
[7]于海生.微型控制计算机控制技术[M].北京:北京清华大学出版社,1998
[8]张洪润.单片机应用设计200例[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006
[9]徐爱钧,彭秀华.Keil Cx51 V7.0单片机高级语言编程与uVision2应用实践[M].北京:电子工业出版社,2004,6
[10]樊峰鸣,马良涛.单轴太阳能跟踪系统的研究[J].河南城建高等专科学校学报,2000,9,3
[11]向平,程建民,毕玉庆.碟式太阳能跟踪装置的结构没计和动力分析[J].机械设计与制造,2009,9
[12]郑阿奇.Visual C++实用教程（第二版）[M].北京:电子工业出版社,2003
[13]向平,高沽,张晋.基于ARM7的太阳能跟踪控制系统硬件[J].机械与电子,2009,11
[14]戴训江,晁勤.太阳能单轴跟踪系统的PLC设计[J].可再生能源,2008,6
硬件设计范文4
关键词：FPGA；原理；硬件设计；应用技术
1 FPGA的简介
当前使用硬件的描述语言完成电路设计，都可以通过简单的汇总和合理的布局，然后快速烧录到FPGA器件上进行基本的测试，这也是当代数字系统设计进行检验的主流技术。这些可编程器件可以用来实现基本逻辑门的电路，也可以实现一些更复杂的组合功能例如数学的方程式、解码器等等。大多数的FPGA器件里，包含着一些记忆性元件，如触发器，或者一些其它的更为完整、性能更为优越的记忆块。
设计师可以根据自己的需要按照可编辑的链接将FPGA器件内部的逻辑模块连接在一起，仿佛一整个电路的实验板被装在一个电子芯片内，这些出厂后的FPGA器件的连接方式以及逻辑块的使用都可以根据设计者不同的设计而进行改变，从而能完成不同的逻辑功能。
当你在进行的电子设计使用到FPGA器件时，你不得不需要努力地解决好电源管理、器件配置、IP集成、完整信号输出等硬件系统的设计问题。在进行硬件设计时，你需要注意以下几个问题：
1.1合理分配I/O信号
无论是哪种情况，在进行I/O信号分配时，都必须牢记以下共同的步骤：
1）用表格列出所有需要分配的I/O信号，并按照他们的重要性依次进行排列，比如电压、端接方法、I/O标准、相关时钟等；
2）检查校验模块之间的兼容性；
3）利用以上的表格和兼容准则，先把受限制最大的信号分配到引脚上，最后分配那些受限最小的信号。因为受限制大的信号往往只能分配到特定的引脚上；
4）将剩余的信号分配到较为合适的地方。
1.2注意静态功耗的降低
虽然静态电流所带来的功耗和动态功耗相比可以忽略不计，但对一些供电设备却十分重要。引发静态电流因素众多，比如没有完全接通或关断的I/O 端口、三态电的驱动器的下拉或上拉电阻，除此之外，保持编程信息也会需要一定静态功率。
2 FPGA应用技术的设计原则
从上文中对FPGA内部的硬件结构分析可看出，FPGA器件的时序逻辑非常丰富，不同于其他的可编程器件。因而对于FPGA来说，应该有一整套能够有效利用其内部丰富的时序逻辑功能的技术，而不同于其他一般的可编程器件的设计技术。由于其独特的优越性，FPGA被越来越多的设计人员所使用，其设计技术被许多的设计者所掌握。在FPGA的实际应用中，使用最合理的设计方法，能很大程度的改善FPGA在应用中出现的漏洞和问题，进而全面提高设计性能。
2.1使用层次化的设计技术
使用层次化的设计的系统一般分成若干顶层模块，而每一个顶层的模块下又有若干个小模块，并以此类推。层次化的设计模块，可以是描述原理图的结构图，也可以是经过逻辑语言所描述、表现的实体。
使用层次化的设计对于系统的模块划分非常的重要，模块划分的不合理，将会导致整个系统的设计不合理，从而使系统的性能下降，这样层次化的系统甚至要比没有经过层次化设计的系统效果更差。
使用层次化设计的主要优点有以下两个方面：增强设计可读性，增加设计重复使用的可能性。
2.2使用同步系统设计技术
所有时序电路具有同一个性质――如果要使所设计的电路正常工作，必须严格的执行事先定义好的逻辑顺序。如果不按照此顺序执行，将会把错误数据写进存储单元，从而导致错误的操作。同步系统的设计方法，也就是使用全分布周期性的同步信号使系统中所有的存储单元进行同时更新，这是执行这一时序有效进行的普遍的设计方法。电路的设计功能是通过产生时钟信号并按照时序严格执行来实现的。
对于静态的同步设计，必须满足下面的两个条件：
1.每一个边缘敏感的部件其时钟的输入应该是一次输入时钟的某一个函数；并仍和一次时钟输入的时钟信号。
2.所有的存储单元都应该是具有边缘敏感特性，在该系统中不存在电平敏感的存储单元。
我们对于FPGA器件的同步设计的理解就是全部状态的改变都是由主时钟所触发，同一个系统不同的功能模块可以是部分异步的，但是模块与模块之间必须是同步的。正如CPU的设计一样，所有的电路都和系统的主时钟是同步的。相比于异步设计，同步设计具有很多的优点，但进行同步设计时仍然需要考虑很多方面的因素。例如，在选取时钟时，需要考虑以下几点：首先，由于大部分的器件都是由时钟的上跳沿触发，这要求时钟信号的延差要很小；其次，时钟信号的频率通常很高；第三，时钟信号一般是负载较重的信号，因此合理地进行负载分配是很重要的。除此之外，在进行FPGA器件的应用时，还要考虑模块的复位电路、时序同步电路等实际问题。
参考文献
[1] 周莉莉，周淑阁，井娥林. FPGA课程教学方法的探讨与研究[期刊论文]. 实验室科学，2013（3）.
[2] 夏陛龙，陈津平，胡春光. 基于FPGA的实时数据采集系统设计[期刊论文]. 计算机工程，2013（11）.
[3] 郑争兵. 双时钟FIFO在多通道高速传输系统中的应用[期刊论文]. 核电子学与探测技术，2013（5）.
[4] 李列文，桂卫华. 面向FPGA的低泄漏功耗SRAM单元设计方法研究[期刊论文]. 高技术通讯，2012（12）.
[5] 郑文荣，孙朝江，刘少伟. 复杂系统的多FPGA可重构设计与实现[期刊论文]. 电子测量技术，2012（9）.
[6] 胡圣领. 基于FPGA的多项式运算器设计[期刊论文]. 现代电子技术，2012（1）.
[7] 孙立波，雷加. 基于SRAM型FPGA测试技术的研究[期刊论文]. 国外电子测量技术，2011（5）.
[8] 周发标，杨海钢，秋小强，王飞. FPGA测试配置完备性的分析评价方法[期刊论文]. 计算机辅助设计与图形学学报，2011（10）.
硬件设计范文5
摘要：随着目前新技术、新工艺的不断出现，高速单片机的应用越来越广，对硬件的可靠性问题便提出更高的要求。本文将从硬件的可靠性角度描述高速单片机设计的关键点。
间等，在此就不作详细介绍了。下面主要介绍几个重要概念。
i的机箱设计。实际的机箱屏蔽体由于制造、装配、维修、散热及观察要求，其上一般都开有形状各异、尺寸不同的孔缝，必须采取措施来抑制孔缝的电磁泄漏。一般来说，孔缝泄漏量的大小主要取决于孔的面积、孔截面上的最大线性尺寸、频率及孔的深度。
硬件设计范文6
[关键词]计算机硬件；安全性；设计
中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0125-01
1 计算机硬件
计算机硬件通常来讲，主要是指计算机系统中的各类由电子、机械和关电元件组成的物理部分。这些物理部分按照一定的功能要求，组合成为了一个具备一定能力的基础部件。而这些基础部件通过有机统一的整合，就成为了计算机。从部件基本构成来看，计算机一般由主机和为外部设备组成。主机包含了内存、主板、光驱、cup、扩展卡和连接线等部分，外部设备主要包括了键盘、鼠标以及其他配件。
2 探究计算机硬件设计安全的发展过程
计算机应用技术对计算机硬件发展具有重要影响。在20世纪70年代，由于硅片成本较高，因此人们更重视将硅片进行简化，实现计算机硬件的共享。直到20世纪80年代，人们开始重视提高芯片运行速度，直至90年代，人们开始追求计算机硬件电力减耗工作。当前对于计算机硬件的安全研究不仅包括对计算机数据、通信及存储的安全，还重视对计算机信任、数字版权及用户隐私的安全管理。计算机芯片是计算机硬件系统的重要组成部分，如果芯片受到网络攻击，如拒绝服务、非授权拷贝及篡改等，会导致计算机硬件出现极大的损伤。非授权拷贝攻击方式主要通过对芯片信息进行复制，从而获取芯片副本，篡改则指的是改变芯片等软件程序代码，出现计算机系统敏感数据被窃取及系统故障等问题。当前计算机数据中心、移动通信、嵌入式设备等计算机硬件仍受到物理或软件的攻击，因此需要采用新型数据加密技术，加强计算机硬件安全性。
3 分析计算机硬件的设计安全
计算机硬件安全的性能基本决定于设计阶段，目前多样化设计和工程变异等安全方案是提升计算机安全性的主要策略，其最大的特征就是能耗小成本低。工程变异的方向是解决c1时序和芯片老化，其不仅包括了传统的cMoS技术，还计算机硬件的设计安全探究
潘 雄
（武汉市建设工程设计审查办公室 湖北 武汉 430023）
[摘 要]随着科学技术的发展，计算机不断发展，计算机硬件安全性是计算机信息安全系统的重要内容。本文简要介绍了计算机硬件及计算机硬件设计安全的发展过程，分析了计算机硬件的设计安全与计算机硬件O计安全的措施。
[关键词]计算机硬件；安全性；设计
中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0125-01包括了纳米技术、光纤技术和等离子技术等新兴技术。所以，工程变异在计算机设计安全中得到了十分高效的应用。但是，其也会给计算机恶意攻击检测以及一些其他工作带来较高的难度。目前，检测木马、设置全新的安全原语和集成现有芯片已经逐渐成为计算机硬件设计安全的主要研究对象。就目前计算机硬件设计安全工作来讲，对硬件木马的处理成为了重点工作。硬件木马主要针对一些原始芯片，发动嵌人式或修改式的恶意攻击行为，给计算机内部的数据信息造成泄露或损坏的风险。在另外一个方面，不可复制技术也是加强计算机硬件设计安全的有效措施。其基于工程变异，能够为计算机硬件安全保护提供优良的保障。总的来说，计算机硬件的设计安全程度直接决定了其在使用过程中的安全性能，对其整体安全性做出了硬性的限制。
4 计算机硬件设计安全的措施
4.1 做好内置安全确认工作
内置安全确认，主要是在计算机芯片的测试和制造过程中运用PUF（Physical Unclonable Functions）技术和EPIC（Ending Piracyof Integrated Circuits）技术通过电路设计方式来保护硬件IP。计算机硬件内置保护的流程工作大体如下：原始设计好的IC在IC制造厂采用PUF技术后得到芯片变异了的PUFID，经过EDA工具编译后得到物理版图，先前得到的PUFID与加密后的IC数据信息合成得到校验密钥，接着可以在IC的物理版图中预先选择关键区域，将校验密钥加密后的验证模块附加在原始设计好生成保护的IC版图，最终用于IC产品制造。这样在充分了解内置保护工作之后，相关的工作人员可以做好确认内置安全工作，保证计算机硬件的设计安全性。
4.2 做好外置辅助安全的检测工作
目前外置辅助安全的监测工作主要采用RAS技术进行，依靠可信的密钥管理部产生公开密钥和私用密钥。公开密钥主要是加密芯片的数据信息并将其集成储存到标签电路中，私用密钥主要储存在密钥储存器里，而密钥储存器主要用于外置辅助安全的检测。此外，安全验证芯片也是用于检测外置辅助安全的。检测时，密钥储存器主要经RFID读取芯片上集成的标签电路的数据信息，进而通过安全验证芯片的检测来检测芯片。
4.3 研发计算机硬件时重视安全设计
在计算机硬件的安全设计过程中，不单单要注意技术层面的保护检测，更要注意其他方面的问题，比如设计理念、工作侧重点和设计人员等。在计算机硬件的研发进行时，质量和性能得到保障的前提下需要注意加强设计研发人员对计算机硬件的认识，加强对计算机硬件安全性能的注重，从内置和外置入手，做好安全设计，形成计算机硬件安全性评估机制，做好对硬件安全性能的评估，同时从输入、存储和输出设备三个方面进行评估，及时发现安全风险解决隐患。
4.4 在计算机硬件设计安全中重视创新技术
计算机硬件的安全设计之所以会出现较多的问题，是由于计算机硬件的安全设计技术发展滞后，适应不了时代的发展。因此，需要注重创新技术，完善并发展现有计算机硬件的安全设计技术，结合实际情况和实践经验，及时完善不足之处。同时，建立起完整的计算机硬件安全技术系统，做好计算机硬件各部分的有机结合，加强各技术的协助。此外，还需要开展新型的计算机硬件安全技术，可以将微生物理论、光学理论和量子理论应用到计算机硬件安全技术中，这样才能实现计算机硬件安全性能的快速提升。
5 结语
计算机硬件安全是计算机信息系统正常运行的重要保障，我们需要重视计算机安全检测设备的研究，从计算机内置安全管理及外置辅安全检测方面，制定合理有效的计算机硬件检测方案，不断提升计算机安全性能，推动我国计算机信息安全系统的发展。
参考文献
[1] 郭传宝.计算机硬件的设计安全探究[J].工程技术：文摘版，2016（10）：00109.
