下位机硬件电路
基于FPGA的集成电路测试系统设计
基于FPGA的集成电路测试系统设计【摘要】随着电路设计技术的不断发展，集成电路的测试对保证电路可靠性的作用日益增加。
集成电路的测试不仅对确保电路的可靠性有重要作用，而且可以降低电路与系统的制造成本。
本文是基于集成电路的逻辑功能测试理论，通过测试集成电路的逻辑功能是否正常来判断电路功能是否正常。
实验结果表明，该系统测试便捷，准确，对于芯片的生产商和使用者都具有较重要的意义。
【关键词】逻辑芯片；功能测试；FPGA；MFC在最原始的测试过程中，对集成电路（Integrated Circuit，IC）的测试是依靠有经验的测试人员使用信号发生器、万用表和示波器等仪器来进行测试的。
这种测试方法测试效率低，无法实现大规模大批量的测试。
随着集成电路的集成度和引脚数的不断增加，工业生产上必须要使用新的适合大规模电路测试的测试方法。
在这种情况下，集成电路的自动测试仪开始不断发展。
现在国内的同类型产品中，一部分采用了单片机实现，这部分仪器分析速度慢，难以用于大规模的测试系统之中，并且在管脚的扩展性上受到严重的限制。
另一部分使用了DSP芯片，虽然功能上较为完善，但造价不菲，实用性能有限。
本文的设计是基于FPGA实现逻辑芯片的功能故障测试。
由于FPGA芯片价格的不断下降和低端芯片的不断出现，使用FPGA作为主控芯片可以更适合于市场，且有利于对性能进行扩展。
实验表明，该系统设计合理，能对被测芯片进行准确的功能测试。
1.逻辑芯片功能测试的基本理论简介功能测试也称为合格—不合格测试，它决定了生产出来的元件是否能正常工作。
一个典型的测试过程如下：将预先定义的测试模板加载到测试设备中，它给被测元件提供激励和收集相应的响应；需要一个探针板或测试板将测试设备的输入、输出与管芯或封装后芯片的相应管脚连接起来。
测试模板指的是施加的波形、电压电平、时钟频率和预期响应在测试程序中的定义。
元件装入测试设备，测试设备执行测试程序，将输入模板序列应用于被测元件，比较得到的和预期的响应。
电化学工作站
摘要电化学工作站是一种电化学体系的检测分析设备，广泛应用于电化学基础研究、电镀、金属腐蚀与防护、电解和电化学电源等诸多领域。
现在市场上流行的电化学工作站主要采用下位机—接口—上位机的结构，通常采用AT89C52等低性能的下位机进行电信号的控制和采集，用上位机进行数据的显示和分析，下位机与上位机之间采用RS232接口进行通讯。
如果采用速度快、功耗低、内存大的ARM系统作为下位机，采用USB 数据接口进行通讯，可以大幅提高电化学工作站的性能。
基于ARM系列的STM32芯片和USB 接口的电化学工作站的研制工作至今尚未见报道。
我们采用STM32F103C8T6芯片作为电化学工作站的主控芯片，利用USB模块与上位机进行数据传输，实现了一台电化学工作站样机。
在上位机上采用VS2010 C++ MFC 实现了人—机交互界面，可以用于Window 7操作系统。
利用该样机，我们对食盐水进行了电解分析。
实验结果表明该电化学工作站能精确控制输出电压和采集输入电压，达到了预期的目的。
关键词：电化学工作站；ARM系统；USB接口技术；VS2010ABSTRACTElectro-chemical working station is a kind of analysis instrument for electro-chemical system, widely used in many field, such as electro-chemical basic research, electro-deposition, metal-corrosion and protection, electrolysis and chemical electro-power sources.The slaver-interface-master structure is usually applied to the commercial electro-chemical working stations, in which the low-performance slaver, such as AT89C52, is used for the control and acquisition of electrical signals, the major is used for the data display and analysis, RS232 interface is used for the communication between the slaver and the major.If a high-speed, low-loss, and large-memory ARM system is used as the slaver, USB interface is used for communication, the performance of the electro-chemical working station will be greatly enhanced. The design and instrumentation of an electro-chemical working station based on ARM STM32 chip and USB interface has not been reported until now.We realized a sample instrument of an electro-chemical working station, using the STM32F103C8T6 chip as the slaver, USB interface for data communication. The user interface software is programmed using VS2010 C++ MFC，which can be used in Windows 7 operating system. Using this sample instrument, we analyzed the electrolysis of NaCl water solution. The experimental results show that the sample instrument can control the output voltage and acquire the input voltage precisely, the expected purpose is achieved.Keywords: The electro-chemical working station; ARM system; USB technique; VS2010目录第一章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 本论文研究的内容、目的及意义 (1)第二章电化学工作站系统总体设计 (3)2.1 引言 (3)2.2 电化学工作站的原理 (3)2.3 电化学工作站下位机的系统结构 (5)2.4 本章小结 (7)第三章下位机的硬件设计 (8)3.1 引言 (8)3.2 各模块电路的设计 (8)3.2.1 USB接口设计 (8)3.2.2 数模转换电路设计 (9)3.2.3 频率计电路设计 (10)3.2.4 模数转换电路设计 (11)3.2.5 脉宽调制电路设计 (11)3.2.6 ARM最小系统电路设计 (12)3.2.7 电源电路设计 (14)3.3 本章小结 (15)第四章 USB接口技术 (16)4.1 引言 (16)4.2 USB接口技术简介 (16)4.3 HID类的特点 (18)4.4 USB的实现方法 (19)4.4.1 ARM系统的USB实现方法 (20)4.4.2 C++的USB实现方法 (21)4.5 本章小结 (22)第五章下位机程序设计 (23)5.1 引言 (23)5.2 KEIL开发环境介绍 (23)5.3 USB库介绍 (25)5.4 下位机各模块程序介绍 (25)5.4.1 USB接口程序设计 (25)5.4.2 模数转换模块程序设计 (26)5.4.3 数模转换模块程序设计 (28)5.4.4 频率计模块程序设计 (28)5.4.5 脉宽调制模块程序设计 (29)5.5 本章小结 (29)第六章上位机程序设计 (30)6.1 引言 (30)6.2 VS2010开发环境简介 (30)6.3 上位机程序的实现方法 (31)6.4 本章小结 (33)第七章总结 (34)7.1 实验及结果总结 (34)7.2 本论文研究完成的工作 (35)7.3 存在的问题及未来的展望 (35)结束语 (36)参考文献 (37)附录 (39)外文资料 (45)中文翻译 (53)天津工业大学本科毕业论文第一章绪论1.1 研究背景电化学工作站是电化学测量系统的简称，是电化学研究和教学中重要的测量设备，主要用于控制和监测电化学池中的电极的电位和电流的变化。
温度采集下位机系统
温度采集下位机系统说明一、系统的硬件如图1所示。
1.说明本系统主要由以下几个部分组成：主控芯片MSP430F169、RS232接口（DB9）、温度传感器DS18B20、液晶显示器1602。
系统原理图见图2。
图2 系统电路原理图工作原理：DS18B20是一种支持“一线总线”传输方式的数字化温度传感器，其结构如图3所示。
它的适用电压为3—5V，测温范围为-55℃——+125℃，以0.5℃递增。
温度以9位数字量读出。
本实验通过DS18B20采集环境温度，当单片机检测到DSl820的存在便可以发出ROM操作命令之一，Read ROM(读ROM)、Match ROM(匹配ROM)、Skip ROM(跳过ROM)、Search ROM(搜索ROM)、Alarm search(告警搜索) 然后对发存储器操作命令对DS18B20进行读写数据转换等操作。
单片机MSP430F169来读写DSl820的数据位和写命令字的位，然后将读到的数据转换后，在液晶显示器1602显示出来。
并将转换结果通过串口上传到上位机。
图3 DS18B20电路图2.单片机软件部分（1）主程序/*************************************************************程序功能：读取DS18B20进行温度测量以后的结果并在1602液晶上显示---------------------------------------------------------------测试说明：观察显示温度数值。
*************************************************************/#include <msp430f169.h>#include "cry1602.h"#include "DS18B20.h"typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint;uchar dN[6]; //要显示的6位温度数字void Disp_Numb(uint temper);void DispStr(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *ptr);unsigned char zi[] = "Temperature is:";unsigned char wendu[] = " ";void PutString(uchar *ptr){while(*ptr != '\0'){while (!(IFG1 & UTXIFG0)); // TX缓存空闲？TXBUF0 = *ptr++; // 发送数据}while (!(IFG1 & UTXIFG0));TXBUF0 = '\n';}/*************************主函数*************************/void main( void ){/*下面六行程序关闭所有的IO口*/P1DIR = 0XFF;P1OUT = 0XFF;P2DIR = 0XFF;P2OUT = 0XFF;P3DIR = 0XFF;P3OUT = 0XFF;P4DIR = 0XFF;P4OUT = 0XFF;P5DIR = 0XFF;P5OUT = 0XFF;P6DIR = 0XFF;P6OUT = 0XFF;//初始化UART端口P3SEL |= 0x30; // P3.4,5 = USART0 TXD/RXD ME1 |= URXE0 + UTXE0; // Enable USART0 T/RXD UCTL0 |= CHAR; // 8-bit characterUTCTL0 |= SSEL0; // UCLK = ACLKUBR00 = 0x03; // 32k/9600 - 3.41UBR10 = 0x00; //UMCTL0 = 0x4A; // ModulationUCTL0 &= ~SWRST; // Initialize USART state machine uchar i;WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; //关狗P6DIR |= BIT2;P6OUT |= BIT2; //关闭电平转换,P6.2置高。
微机数控系统硬件电路设计
一、概述机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。
计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。
随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。
数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。
数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。
数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。
2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化。
数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。
我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。
但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。
我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。
但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。
旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。
随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。
IO硬件闭锁定义及原理图
二. IO硬件闭锁实现方式
图2 母板跳线实物图
每一个I/O模块均有10路输出口，其中前六路输出可以通过上图中对应的跳线组从硬件级设定是否和闭锁连锁。
“硬件级与闭锁连锁关系”是指某一个输出口（即继电器）跟沿线闭锁有一个硬件上的连锁关系，当沿线有闭锁时，该继电器就断开并无法闭合。
下图中给出了IO1跳线组6个跳线与IO1模块前六路输出的对应关系。
（IO2的设定与IO1相同）
563412
IO 1
1-6为IO前六路端口号
图3 跳线的定义
例如你想让IO1的第3路输出在硬件上和闭锁连锁，就将上图中跳线组的“3”号短路子去掉即可。
如你想让第6路在硬件上和闭锁不连锁，就将跳线组中的“6”号短路子插上，使“6”号的两个针短接即可。
“程序级与闭锁连锁关系”是指某一个输出口由计算机程序控制与闭锁的连锁关系。
如在程序参数中设定此输出口与闭锁连锁，当沿线有闭锁时，主控模块会按照程序通知IO模块将该继电器断开。
在参数设定中有一项可以调整某设备是否与闭锁连锁，这是用于设定“程序连锁”。
☆注意：
如你将某一路的短路子从跳线组上拔去，从而在硬件级上将该路设定为与闭锁连
锁，那么你必须在参数设定中也将该路设定为。
井下低压电网保护装置的硬件电路设计
井下低压电网保护装置的硬件电路设计摘要：根据保护装置要实现的功能，确定以ARM7TDMI-S为内核，根据井下综合保护装置的需要，设计了各单元的硬件电路，充分地利用了ARM7TDMI-S处理器的强大功能，以高性能处理器LPC2210为控制核心，使得设计出的整个保护装置与传统的电网保护装置相比具有性能好、成本低等特点。
关键词：LPC2210；接口电路；信号采集一、整体设计方案综合保护的功能是通过硬件执行来实现，硬件系统性能的优劣直接影响保护装置的可靠性、安全性和连续性。
保护装置应能可靠、快速准确将系统中的故障部分切除，避免故障范围进一步扩大，确保人身和设备的安全。
此外还应满足便于现场安装和固件升级等特点。
整个保护装置的硬件框图如下图所示：图1综合保护装置的硬件框图低压综合保护装置通过检测单元获取主线路的电流、电压信号，经逻辑控制单元LPC2210及其外围电子电路分析判断后发出信号控制电路的动作，监测单元由电流和电压互感器对信号进行采集，通过信号调理电路处理后送入A/D转换模块进行A/D转换，可以实时显示矿井下低压电网的状态，并与上位机进行通信等。
二、中央单元在系统的硬件设计中，中央单元的选择对设计来说非常重要，这是因为中央单元的选择直接关系到系统装置的各相功能是否可以实现。
因此，对于保护装置的功能来讲，中央单元应满足以下几个方面的要求：（1）运算速度：由于各种电气故障（尤其是短路、漏电故障）对井下低压电网的危害很大，需要保护装置能够迅速识别并动作，因此中央单元的运算速度要快。
（2）扩展性：随着技术的进步，为了使保护装置的功能可以在当前的基础上继续深入开发，应选择扩展性好，功能强，前景广阔的机型。
（3）功能：中央单元在硬件上必须能满足保护装置对功能的需求，比如接口数不能太少等。
另外，也需根据实际情况综合考虑设备的性价比。
（4）良好的兼容性及稳定性：为了方便对其他硬件设备进行选型，中央单元应具有良好的兼容性；由于井下低压对煤矿生产的重要性，因此高稳定性更是重中之重。
18B20 温度采集系统硬件电路(二)方案设计
SetOutput()设置缓冲区输出数据等。
MSComm 使用时主要注意的就是数据形式的变换，代码如下：
VARIANT variant_inp = m_ctrlComm.GetInput(); //读缓冲区
COleSafeArray safearray_inp = variant_inp;
//VARIANT 型 变 量 转 换 为
位置，layer 为显示的层,width 为要显示的宽度
void Init_DS18B20(void)；
//18B20 初始化
uchar ReadOneChar(void)；
//从 18B20 读一个字节
void WriteOneChar(unsigned char dat)； //向 18B20 写一个字节
的形式，列表框适合表示实时温度，曲线图适合观察长期的温度变化和温度变化范围。 （ 2 ） 默 认 使 用 COM1 、 19200bps 波 特 率 ， 可 以 进 行 设 定 ， 串 口 可 选 择
COM1/COM2/COM3，波特率可以选择 4800bps/9600bps/19200bps/38400bps。 （3）可以设定温度采集时间间隔，单位是 S，最小值是 1。（定时使用的是 SetTimer
三、上位机软件 上位机软件使用 .0 编写： 1、由于需要做出温度曲线，采用 Window API 画图较为繁琐且不易控制，这里采用专
业的图表控件 TeeChart Pro ActiveX 8.0 试用版： TeeChart Pro 是西班牙 Steema Software 公司开发的图表图形控件，它适用于 VB、
-1-
（三）实习报告
一、实现的功能： 1、下位机程序 （1）在没有连接上位机软件的时候，可以按通讯键来采集温度并用液晶显示出来，
三一重工上、下位机软硬件介绍及分析处理
内存
存储
扩展性
配备大容量内存，保证 多任务处理的流畅性。
使用高速固态硬盘，提 供快速的数据读写速度。
提供丰富的扩展接口， 满足各种外设连接需求。
上位机软件介绍
01
02
03
操作系统
Windows操作系统，具有 良好的稳定性和兼容性。
软件开发工具
提供多种软件开发工具， 方便开发者进行应用程序 开发。
数据分析
对采集到的数据进行统计、整理、分 类，提取有用信息，为后续处理提供 基础。
数据处理
对分析后的数据进行处理，包括数据 清洗、去噪、滤波等，以提高数据质 量。
故障诊断与处理
故障检测
通过实时监测和数据分析，及时发现设备异常和 故障。
故障诊断
根据故障现象和数据，分析故障原因，确定故障 类型。
故障处理
高可靠性
采用工业级硬件和软件设 计，具备抗干扰能力和高 可靠性，适用于各种恶劣 环境。
易扩展性
硬件和软件模块化设计， 方便扩展和维护，可根据 实际需求进行定制和升级。
高效性
具备高速数据传输和处理 能力，可实现实时控制和 数据处理，提高生产效率。
03 三一重工上、下位机软硬 件分析处理
数据分析处理
详细描述
上位机软件实时监控起重机的运行状态和作业环境，及时预警潜在的 安全隐患，预防事故发生。
总结词
数据分析，优化起重机性能
详细描述
下位机软硬件收集起重机的运行数据，通过数据分析优化起重机的性 能和效率。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
应用案例一：挖掘机的远程控制
总结词
实现远程操控，提高作业效率
总结词