硬件单元模块设计
基于ARM的热泵热水系统测控模块硬件设计
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基 于Ａ Ｍ Ｒ 的热 泵 热水 系统 测 控模 块 硬 件 设计
Ｈ ａ ｄｗ ａ ｅ Ｄ ｅ ｉ ｒ ｒ ｓ ｇｎ ｆＭ ｅ ｕｒ ｎｄ Ｃ ｏ ｒ ｌＭ ｏｄｕｌ ｓ ｏｆＨ ｅ ｐｕｍ ｐ ｏ ａｓ ｅ ａ ｎｔ ｏ ｅ ａｔ
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ห้องสมุดไป่ตู้
１引言
目前 ，热泵 热 水 系统 一 般 采用 ８ 或 １ 位 传 统单 片机 位 ６ 作 为 控制 核心 实 现对 热泵 热水 系统 状态 的监测 控制 ，而传 统 单 片机 的运 算 速度 相对 较低 ，集 成外 设 少 、接 口线路 复 杂 ，现有 热泵 热水 器 控制 系统 的 功能较 为 简单 ，控 制精 度 也 很难 满 足用 户 的要求 。因此 ，选 择新 型 高性 能微 处理 器 作为控； Ｐ ￣ｃ ｕ，研 究 开发 先 进 的热泵 热 水系 统具 有 十分 重
verilog instance 语句-概述说明以及解释
verilog instance 语句-概述说明以及解释1.引言1.1 概述Verilog是一种硬件描述语言，用于设计数字电路并进行硬件仿真。
在Verilog中，Instance语句被广泛应用于电路的模块化设计和组件重用。
它提供了一种简单而有效的方法，将已设计好的模块实例化为一个更大的电路系统。
Instance语句的概念类似于面向对象编程中的对象实例化，可以理解为在设计电路中创建了一个特定的实例。
通过使用Instance语句，可以将多个独立的模块连接在一起，形成一个完整的系统。
每个实例都具有自己的输入和输出端口，可以通过连接这些端口来实现数据的传输和处理。
使用Instance语句的一个主要优势是可以提高电路设计的可复用性。
通过将已验证和经过测试的模块实例化，可以减少重新设计和验证的工作量，同时确保了系统的稳定性和可靠性。
此外，Instance语句还提供了一种结构化编程的方式，使得电路设计更加清晰和易于维护。
然而，Instance语句也存在一些局限性。
首先，实例化的过程需要消耗一定的资源，包括时间和空间。
因此，在设计复杂的电路系统时，可能需要考虑资源的分配和优化。
其次，Instance语句只能在静态的编程环境中使用，在设计时需要提前确定系统的结构和连接方式，不适用于动态变化的场景。
尽管Instance语句在当前的硬件设计中已经得到了广泛应用，但它的未来发展仍然受到一些限制。
未来的发展方向可能包括提供更好的资源管理机制，以及支持动态配置和重构的能力。
同时，随着硬件设计的不断演进，Instance语句可能会与其他编程语言或工具进行更紧密的集成，以提高设计效率和灵活性。
综上所述，Verilog Instance语句是一种用于实例化模块并连接电路的重要概念。
它可以提供电路设计的可复用性和结构化编程的优势，但也存在一些局限性。
未来，我们可以期待Instance语句在硬件设计中的进一步发展和应用。
1.2 文章结构本篇文章主要围绕Verilog Instance语句展开论述。
产品模块化设计
产品模块化设计
产品模块化设计是把产品分分解成不同模块的设计思维，目的在于实现垂直分工和快
速开发。
它将复杂的系统任务拆分成若干可独立或协调工作的模块，从而降低系统综合复
杂性、提高产品开发速率与可维护性。
模块化设计可分为硬件层面和软件层面，硬件层面指的是硬件结构的设计，把系统的
全部硬件资源准确地划分为几个独立的模块，每个模块有不同的功能，彼此相互协调工作，组成一个完整的产品，；软件层面主要指软件代码层面，将软件编程分解为几个函数模块，每个模块完成单一的功能，即分而治之，彼此协作来实现业务处理流程，然后组成一个完
整的系统。
模块化设计极大地提高了开发速度，使得团队可以同时完成几个模块的工作，从而降
低了整体开发时间；同时，模块的重新组合也可以实现产品功能的快速修改和灵活扩展。
模块设计也可以极大地提高产品的可维护性，一旦发现一模块的问题，就可以直接对该模
块进行更换和修改，从而降低了整体系统维护的时间和成本。
因此，模块化设计是当今产品开发中不可或缺的一种设计思维，可以有效提高产品开
发效率和产品可维护性，是保证产品高效可靠运行的重要手段。
冗余设计的控制原理
冗余设计的控制原理冗余设计的控制原理可以概括以下几个方面:一、冗余设计的基本概念冗余设计是指在系统中增加额外的组成部件或功能单元,使系统总体功能不因局部元件失效而丧失。
当某一部件发生故障时,其余部件可以替代其工作,以维持系统正常运行。
二、冗余设计的分类1. 硬件冗余:指复制关键硬件模块,如双机热备、多路传感等。
2. 软件冗余:利用不同的软件版本执行相同功能,并互相监控,如多版本编程。
3. 信息冗余:利用编码、校验等方法增加额外检错信息,如汉明码等。
4. 时间冗余:允许系统有额外时间用来检测错误并恢复,如系统重启等。
5. 算法冗余:使用两个或多个不同算法并行处理,后比较结果。
三、冗余控制的主要方法1. 主备冗余控制:两个控制器并联,同时接收信号,同时处理,正常使用主系统输出,备用作为热备。
2. 平均冗余控制:多个控制器采用投票方式决定输出值,按平均值或多数决策则输出。
3. 交叉监控:N个控制器两两间成对监控,任一控制器失效其他的可检测并切断故障线路。
4. 动态冗余控制:备用模块在线检测功能,确保可随时切换替代发生故障的主模块。
四、冗余控制设计的主要内容1. 确定采用主备冗余还是多模块平行冗余。
2. 设计模块间信息交换方式、切换判断逻辑。
3. 设置冗余程度,模块数量的选择。
4. 模块硬件电路设计,确保兼容互换。
5. 编写故障检测、状态监控、动态切换的控制软件。
6. 模块间切换的稳定性分析。
7. 冗余控制的可靠性评估。
五、冗余控制的主要优点1. 提高了系统的可靠性、可用性。
2. 增强了系统容错能力和抗风险能力。
3. 避免了单点故障引起的整体失效。
4. 允许线上维修更换,不中断任务执行。
5. 提高了系统的安全性和事故容忍度。
6. 延长了系统的寿命,降低维护成本。
冗余设计已广泛应用于工业控制、交通运输、计算机、通信等领域,是一个行之有效的Fault Tolerance策略,可以显著提升系统可靠性。
高中新课标“开源硬件项目设计”模块学什么和怎么学
刁彬斌对话嘉宾：刁彬斌：北京市宏志中学信息技术和创客教师，研究方向为创客教育的普及和拔尖创新人才培养。
曾获北京市总工会科学技术创新标兵，东城区育人奖、科技教育园丁奖，现任全国青少年三维创意社区创客导师。
研究领域为三维设计与3D打印、Arduino开源硬件、爱好摄影，指导学生多次获得全国及省市级奖项。
著有《小创客玩转3d打印》《小创客轻松玩转micro:bit》等多本创客教育专著。
对话嘉宾：吴俊杰：北京景山学校信息技术、物理教师，STEM教育研究者，研究方向为创客教育的普及课程和教师专业发展。
在《上海教育》《教学仪器与实验》《中国信息技术教育》《中小学信息技术教育》杂志开设不定期专栏。
发表论文八十余篇，出版专著三本。
在创新创业领域，致力于从教育的角度推动可持续发展理念下的模块可重用的设计，推进电子、家电、家具、建筑行业的可重用设计的理念和消费行为。
吴俊杰高中新课标“开源硬件项目设计”模块学什么和怎么学吴俊杰：刁老师，新课标中明确提出了“开源硬件项目设计”这个选修模块，在学校，您除了担任高中必修模块及该主题的选修课外，还负责校本教材的编写工作，请您谈一谈对这个模块的理解？刁彬斌：关于“开源硬件项目设计”这个模块，我们具体可以谈两点认识，一是“开源硬件项目设计”模块是信息技术学科新课程改革中具有代表性的模块，它体现了信息技术学科发展的最新进展。
二是通过该模块的教学实施，让基于开源硬件的项目设计进入了国家的课程，这不仅很有意义，而且对开源生态的形成产生了正面的推动作用。
我指导学生使用开源硬件参加各类科技竞赛很多年，深知它的教学价值和教学乐趣之所在，现在有了国家课程标准的支持，我也希望在之前积累的基础上通过我们学校的校本教材的编写，让开源硬件知识普惠更多的高中学生。
这两年通过写书，我认识了全国各地的很多创客教师，我们也创建了一些微信群，在群里大家常常探讨开源硬件应该学什么和怎么学的问题，这个过程中凝聚了很多其他教师的智慧和专家的指导，要非常感谢大家的帮助。
硬件概要设计范文
硬件概要设计范文随着科技的不断发展，硬件设计在各行各业中扮演着越来越重要的角色。
而硬件概要设计，则是硬件开发过程中的重要一环。
本文将从概念定义、设计目标、设计原则以及设计流程等方面进行阐述，以期帮助读者更好地理解硬件概要设计的重要性及实施过程。
一、概念定义硬件概要设计是指在硬件开发过程中，对整个系统的需求进行分析和抽象，明确系统的功能、性能、接口等要求，并进行初步的设计和规划。
它是硬件设计的起点，对于后续的详细设计和实施具有重要的指导作用。
二、设计目标硬件概要设计的目标是明确系统的整体架构和功能要求，为后续的详细设计提供基础。
它需要满足以下几个方面的要求：1. 系统功能完备：通过对需求进行分析，明确系统的功能需求，确保系统能够满足用户的实际需求。
2. 系统性能优化：在满足功能需求的基础上，对系统的性能进行分析和优化，确保系统在运行时能够达到预期的性能指标。
3. 接口规范清晰：明确系统与外部设备或其他系统之间的接口规范，确保系统能够与其他组件或系统进行无缝集成。
4. 可扩展性和可维护性：在设计过程中考虑系统的可扩展性和可维护性，以便在未来的升级和维护中更加方便。
三、设计原则在进行硬件概要设计时，需要遵循以下几个原则：1. 模块化设计：将系统划分为若干个模块，每个模块具有清晰的功能和接口，方便后续的详细设计和实施。
2. 高内聚低耦合：模块之间应该具有高内聚性，即模块内部的元素高度相关；同时应该具有低耦合性，即模块之间的依赖尽量减少，降低系统的复杂度。
3. 设计复用性：在设计过程中，尽量考虑到代码和硬件的复用性，以提高开发效率和系统的灵活性。
4. 可测试性设计：在设计过程中考虑到系统的可测试性，方便对系统进行测试和调试。
四、设计流程硬件概要设计的实施过程通常包括以下几个步骤：1. 需求分析：对系统的需求进行全面的分析和抽象，明确系统的功能、性能、接口等要求。
2. 概念设计：根据需求分析的结果，进行概念设计，明确系统的整体架构和功能模块，并进行初步的性能分析和优化。
硬件设计需求说明书(完整版)-范本模板
硬件需求说明书拟制焦少波日期2016-12-01 评审人日期批准日期免费共享修订记录目录硬件需求说明书 (1)1引言 (7)1。
1文档目的 (7)1.2参考资料 (7)2概述 (8)2。
1产品描述 (8)2。
2产品系统组成 (8)2。
2。
1XXX分系统 (8)2。
2。
2XXX分系统 (8)2。
3产品研制要求 (8)3硬件需求分析 (8)3。
1硬件组成 (8)3.1.1XXX分系统 (9)3.1.2XXX分系统 (9)3.2系统硬件布局 (10)3.2.1XXX设备布局 (10)3.2.2XXX设备布局 (10)3。
3系统主要硬件组合 (10)3。
4XXX硬件模块需求 (10)3。
4.1功能需求 (10)3。
4.2性能需求 (10)3.4。
3接口需求 (10)3。
4。
4RAMS需求 (10)3.4.5安全需求 (11)3.4。
6机械设计需求 (11)3。
4。
7应用环境需求 (11)3。
4.8设计约束 (11)3.5XXX硬件模块需求 (11)3。
5。
1功能需求 (11)3.5.2性能需求 (11)3。
5。
3接口需求 (12)3.5。
4RAMS需求 (12)3.5。
5安全需求 (12)3.5。
6机械设计需求 (12)3.5。
7应用环境需求 (12)3.5。
8设计约束 (12)3。
6可生产性需求 (12)3。
7可测试性需求 (13)3.8外购硬件设备 (13)3.8.1外购硬件 (13)3。
8.2仪器设备 (13)3.9技术合作 (14)3。
9。
1内部合作 (14)3。
9.2外部合作 (14)表目录表1外购硬件清单 (13)表2仪器设备清单 (13)图目录图1XXX系统构成框图 (8)图2XXX系统硬件构成框图 (9)硬件需求说明书关键词：能够体现文档描述内容主要方面的词汇。
摘要：缩略语清单:对本文所用缩略语进行说明,要求提供每个缩略语的英文全名和中文解释。
1 引言1.1 文档目的〈本文档为硬件开发入口，根据产品提供的《产品需求说明书》,通过研发技术专家识别转化为研发内部硬件的需求文档.为下一步产品硬件设计提供开发方向和准则，并为产品测试及验收提供判断依据;产品总体设计及硬件设计文档均以本文档所描述需求为准。
基于旋转变压器的转角测量单元的硬件设计
基于旋转变压器的转角测量单元的硬件设计1 引言1.1 测角系统的发展前景及其应用领域角位移测量技术是几何量测量技术的一个重要组成部分，在国民经济和国防建设中具有广泛的应用和重要的作用，如：飞机、舰船、火箭、飞船常用惯性导航仪表来保证航行方向角的准确性；弹道式导弹的发射需要掌握发射点和落点的方位角；火炮以对其垂直角和水平角的控制，保证命中目标。
随着科学技术的不断进步，尤其是电子测量仪器的迅速发展，角位移测量技术也在不断地精益求精、更新换代，它已从传统的人工测量向由微处理器控制的测量方向发展，以实现任意采样、逻辑判断、误差补偿等人为行为的机器化，使测量系统具有了功能全、自动化程度高、更新能力强等特点。
采用微处理器参与控制和进行数据处理，已经成为提高测角系统可靠性，增强测角系统功能和实现自动化测试的重要手段之一。
基于电磁感应原理的旋转变压器类控制电机，原先主要用于航空、航天、舰船以及陆地军事装备中，如用于飞行器姿态控制和检测、导弹制导控制、火炮瞄准和控制、雷达天线跟踪等角位置伺服控制系统中，完成包括轴角位移或直线位移信息的检测、传输、接收和变换等功能。
近年来，它在工业机器人、数控机床、计算机辅助制造(以M)、工厂自动化(FA)等方面得到了越来越多的应用[1]。
但由于旋转变压器的输出是包含着位置信息的模拟信号，需要对其处理并将其转化成对应的包含着位置信息的数字量，才能与单片机或DSP等控制芯片接口。
这就需要设计相应的信号转换电路或者使用专用的旋转变压器—数字转换器来实现，它能同时输出绝对式信号和增量式信号，因此在伺服系统中获得了广泛的应用。
在纺织行业中，由于环境因素，容易产生严重的静电，普通编码器很容易在此类环境中损坏，而旋转变压器由于本身的结构特点，而具有很强的抵抗静电的能力。
所以若采用旋转变压器则可以很好地解决这个问题。
在航空、航天、雷达、火控系统及工业自动化领域中，经常需要对被控对象的角位移进行测量并加以控制。
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硬件单元模块设计
正负24V电源为电流变送器供电，正3..3V为MSP430单片机供电，5V为其他器件供电。
该电源主要通过整流、滤波和稳压三部分构成，部分功能如下：
桥式整流电路：
图3.1.1(a)整流电路
电容滤波电路的特点：
（1）电流的有效值和平均值的关系与波形有关，在平均值相同的情况下，波形越尖，有效值越大。在纯电阻负载时，变压器副
边的有效值I2=1.11IL，而有电容滤波时I2=（1.5～2）IL。
（2）负载平均电压VL升高，纹波（交流成分）减小，且RLC越大，电容放电速率越慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平
均电压越高。为了得到平滑的负载电压，一般取RL*C≥（3～5）T/2（式中T为电源交流电压的周期）。
（3）负载直流电压随负载电流增加而减小。VL随IL的变化关系称为输出特性或外特性。
电容滤波电路简单，负载直流电压VL较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，适用于负载电压较高，负载变动不大的场
合。
一、 方案比较、设计与论证
1.1正弦信号发生器的设计方案论证与选择
1.2二线式电流变送器
的设计方案论证与选择：
方案一：采用专门集成电流变送器芯片XTR115如图（1）,它属于二线制电流变
送器，内部的2.5V基准电压可作为传感器的激励源,它能将输入电压转换成4～
20mA的电流信号,其输出电压精度为±0.05％,电压温度系数仅为20×10－6／℃，
可给外部电路（例如前置放大器）单独供电，从而简化了外部电源的设计.精度
高，非线性误差小。转换精度可达±0.05％，非线性误差仅为±0.003％
。
图（1）
方案2
采用lm358搭建电流的发送和接收部分的电路，lm358静态偏置电流小，且为单电源供电，即使在没有负电源情况下，
输入端仍能够接受0V输入并能正常工作。相比方案一成本比上减少10倍以上.，更适合实际应用。同时题目明确要求不
能采用专用变送器或电流转换器芯片，所以我们选择方案二。
电流放送
电流接收
二线式电流变送
1.3滤波放大电路
滤波电路
放大电路
方案一：采用无输出电容功率放大电路（OCL电路）。采用两只MOSFET配对场效应管组成OCL低频功率放大电路可以实
现对正弦信号的放大，匹配负载电阻，使匹配负载的电压峰峰值Vopp≥5V，能实现题目要求。但OCL电路相对BUF634
构成的功率放大电路复杂。
方案二；
滤波电路采用OPA404二阶有源滤波，放大电路采用 AD828。在实际测试中这个电路能有效滤出1000kHz到2000kHz的
正弦波中的杂波，而且放大部分能使输出峰峰值能达到6V以上，完全能达到题目要求。
1.2正弦信号发生器的设计方案论证与选择
二．
理论分析与计算
2.1电流变送器的原理分析;
两线制变送器的结构与原理两线制变送器的原理是利用了4~20mA信号为自身提供电能。如果变送器自身耗电大于4mA，
那么将不可能输出下限4mA值。因此一般要求两线制变送器自身耗电（包括传感器在内的全部电路）不大于3.5mA。这
是两线制变送器的设计根本原则之一。从整体结构上来看，两线制变送器由三大部分组成：传感器、调理电路、两线制
V/I变换器构成。传感器将温度、压力等物理量转化为电参量，调理电路将传感器输出的微弱或非线性的电信号进行放大、
调理、转化为线性的电压输出。两线制V/I变换电路根据信号调理电路的输出控制总体耗电电流；同时从环路上获得电
压并稳压，供调理电路和传感器使用。除了V/I变换电路之外，电路中每个部分都有其自身的耗电电流，两线制变送器
的核心设计思想是将所有的电流都包括在V/I变换的反馈环路内。两线制V/I变换器 V/I 变换器是一种可以用电压信号
控制输出电流的电路。两线制V/I变换器与一般V/I变换电路不同点在：电压信号不是直接控制输出电流，而是控制整个
电路自身耗电电流。同时，还要从电流环路上提取稳定的电压为调理电路和传感器供电.
2.2 测量精度分析;
1．测量精度按贝塞尔公式计算；
2．非线性度计算公式为：非线性度＝[最大误差(满度－零度)]100%；
3系统测试
3.1测试仪器
3.1.1测试示波器介绍
DS1000E示波器是一款高性能指标、经济型的数字示波器，广泛应用于教育培训、产线测试和企业科研等各个领域。
产品特性
1. 提供2个模拟通道，最高100MHz带宽，1 GSa/s实时采样率及25GSa/s等效采样率；
2. 5.6英寸QVGA（320×240），64k色TFT彩色液晶显示屏
3. 1Mpts存储深度
4. 边沿、脉宽、斜率、视频、交替触发功能
3.2；TH2818型自动元件分析仪
TH2818型自动元件分析仪是一种精度高、测试范围宽、6位测试分辨率的阻抗测量仪器，高达300kHz的测试频率,以0.01Hz
步进任意编程、5mV～2V信号电平及直流内偏置电压, 并能提供变压器测试能力及元件频率响应分析能力，可满足生产
线质量保证、进货检验及实验室高精确度测量要求。仪器所提供的HANDLER、GPIB、RS232C接口为仪器使用于元件自动
分选系统、与计算机通讯及测试过程记录提供了条件。
数据测试、、
数据测试
通过键盘选择，得到数据如下表：
表6.2.2部分测试数据
设定电阻（） 显示电阻（） 显示频率（kHz） 测得频率（kHz）
1000 1003 1002.8 1002.5
1250 1249 1248.5 1249.0
1500 1499 1499.9 1499.8
1800 1797 1796.8 1795.5
2000 1996 1993.9 1990.7
把输出端接上50的负载电阻，从数字示波器上读出Vopp =5.95V，基本达到设计要求。示波器的波形较平滑，无明显失
真。
根据贝塞尔公式计算：
1000时为0
1250时为2
1500时为0.5
1800时为0.5
2000时为2
根据非线性度计算公式为：非线性度＝[最大误差(满度－零度)]100%
非线性度为=－0.4%
从表和上面计算可以看出，系统基本上稳定但还有待继续提高精度。
4设计总结
通过几天的共同努力我们完成了受控正弦信号发生器的设计。通过键盘选择后。当电阻箱电阻变化经过电流传送和接收
部分后提供给单片机处理。当电阻大于1500Ω输出固定频率1000kHz，当小于1500Ω时波形发生器停止工作。经过测试
功能能基本完成。当电阻在1000Ω和2000Ω之间变化时输出正弦波频率能跟随电阻在1000kHz到2000kHz内变化。在波
形输出端加了我们设计的滤波和放大电路能有效排除干扰，使波形无明显失真，在50负载电阻上的电压峰峰值Vopp≥
5V 。最后我们还对部分的功能进行了改进，当电阻大于1500Ω默认输出固定频率为1000kHz，我们还可以用键盘设定
输出固定频率的值。