接口设计论文范文第1篇
摘 要：文章在分析直流电机控制设备或装置控制要求的基础上，采用以ZX1527芯片为核的无线遥控器，设计分析控制协议，进行一种通用控制系统的方案设计，发现可采用不同直流电压供电的继电器控制系统框图，设计并分析单片机控制电路和输出驱动电路等核心功能电路，给出主程序和中断服务程序流程图，系统可通过软件实现无限位自动停机功能，产品经调试达到了设计要求。
关键词：无线遥控;直流电机;控制器
在许多场合都用到直流电机控制设备或装置的往返运动，需要通过控制电机的正反转来实现。随着智能化要求的不断提高，人們更需要通过无线遥控方式控制系统的运行。本设计针对这一应用场景，研制一种通过无线控制的通用小功率直流电机控制器。
1 总体方案设计
直流电机的控制可分为两类：（1）可变速控制。包括：线性调压调速控制和脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）调速控制。（2）定速控制。包括：固态继电器无触点控制、晶闸管控制和继电器有触点控制等。本研究设计一种可以使用不同直流电压供电的直流电机控制系统，需要将弱电与强电部分相互隔离，视应用情况使用一个电源供电或双电源供电。因此，本设计使用继电器有触点控制方式，通过跳线来选择强、弱电是否使用同一个电源，提高了控制系统的适应性。同时，可通过按键控制和无线遥控的方式控制直流电机的正反转。
系统由单片机、传感检测模块、显示模块、电源模块、充电模块、输出驱动模块、无线模块、通信接口和按键模块、适配器、遥控器、电机、电池等部分组成。单片机的输入端分3路，分别连接用于控制单片机的按键模块、用于检测的传感检测模块和用于供电的电源模块，单片机的输出端分3路，分别连接显示模块、用于输出动力的输出驱动模块和充电模块，且无线模块和通信接口与单片机进行数据交互相连，通过无线模块配合遥控器的作用，使用者按动遥控器对单片机下达指令，从而对装置进行远程操作，控制电机工作和停止，也可通过按键手动控制和停止电机工作。
2 主要功能电路设计
2.1 单片机控制电路的设计
本控制器的控制核心采用STC系列单片机，单片机通信接口采用P3.0-P3.1，单片机P3.6-P3.7接显示模块，P1.4-P1.5接按键，其中，P1.4用于与无线遥控器对码设置，P1.5用于手动控制电机的正停反，P3.4-P3.5控制输出驱动，进而控制电机的正反转，P3.2接收无线模块的控制信号，无线模块可采用通用的315 MHz或433 MHz等频点的通信模组;P1.0用于判断是否接上适配器充电，P1.1用于监测负载电流，P1.2用于监测电池供电电压，P1.6联接正转限位开关，P1.7联接反转限位开关，P3.3用于控制充电系统是否投入工作[1]。单片机控制系统如图1所示。
2.2 驱动控制电路的设计
输出驱动模块的核心元件为两只三极管V2和V3以及两个继电器K1和K2，电感L5和电流监测电路。其中，单片机通过P3.4-P3.5分别控制三极管V2和V3的基极，进而控制两个继电器的动作，通过继电器的触点控制电源供给直流电机的极性与大小，进而控制电机的正反转。电机输入电源可以是电池电源，也可以是另接电源，通过J6的短路帽选择，二极管D3和D4用于续流[2]。驱动模块电路如图2所示。
遥控器包括3个功能按键，分别为控制电机正转的正按键、控制电机反转的反按键、控制电机停止的停按键。
3 软件设计
本无线遥控电机控制系统，既可通过安装限位开关以定行程的方式进行控制，又可通过无限位方式进行电机的控制。在运行中如因电机卡死而产生电机堵转，可及时切断电源，防止电机烧毁，能有效保证设备的安全[3]。主程序流程如图3所示，中断程序流程如图4所示。
4 无线遥控协议分析
本文所设计的无线遥控器采用ZX1527作为信号发生芯片，该芯片是一片由互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）设计制造的可预烧内码的学习码编码IC，由软件解码;内码共有20个位元，可预烧1048576组内码组合，降低使用上的重码率，其输出编码的格式如下：同步码+内码C0～C19（100万组）+D0 D1 D2 D3，即一帧码的完整格式是在同步码后由20位内码和4位键码组合而成的3个字节的位码组成。其中，同步码：4 CLK高，124 CLK低，;数字1即DATA（1）：12 CLK高，4 CLK低，;数字0即DATA（0）：4 CLK高，12 CLK低，;并定义：1个CLK=8个OSC CLOCK。
上位机工作前须与遥控器的编码配对，之后，上位对遥控信号进行监测，如接收到有效信号，则比较哪个键被按下，进而进行进一步的控制，如本机的正停反等控制。
5 结语
本设计的控制系统采用遵循上述协的三键遥控器控制，只要对收模块与遥控器同频段即可，经特定负载和实际应用测试，完成了预定功能，可提供电池供电和适配器供电进行直流电机的正反转控制，为相关应用研究提供一种设计方案。
[参考文献]
[1]李志坤.甲烷浓度与沼气检漏报警一体化测试仪的研制[J].农业技术与装备，2010（12）：16-18.
[2]唐义锋，徐海兵，王炜，等.一种无线遥控电机控制系统：中国，CN201921213180.6[P].2020-01-03.
[3]苏长赞.实用遥控技术手册[M].北京：人民邮电出版社，1996.
Development of the wireless remote control DC motor controller
Hu Yuzhong1， Tang Yifeng2
（1.Jiangsu Right Electronic Equipment Co.， Ltd.， Huai’an 223100， China;
2.Jiangsu Vocational College of Finance & Economics， Huai’an 223100， China）
Key words：wireless remote control; direct current motor; controller
接口设计论文范文第2篇
摘要：本文结合电动汽车市场发展的需求，研究了一种基于单片机控制的、运用GSM模块进行通信，以用户手机作为监控终端的电动汽车充电远程监控装置。本装置中下位机硬件设计选用当今流行的电子器件及单片机进行测控，采用成熟的典型电路，工作可靠。在测控和通信软件设计中，单片机与GSM模块之间采用串行通信，GSM模块与手机之间采用短信的方式进行无线通信。上位机软件设计中，选用占市场份额70%以上的Android系统为手机平台，程序模块之间耦合度低，人机界面简洁易用，便于操作使用。
关键词：电动汽车；充电；远程监控；GSM通信；Android系统
1概述
由于目前的充电桩、特别是用户充电桩大多数不具备与车主进行信息交换的功能，对车辆的充电状况，需要车主到车上观察仪表才能掌握，这给广大车主带来了很多不便，特别是在生活节奏加快的现代社会，更是一种迫切需要解决的问题。因此有必要研制一种与电动汽车相配套的汽车电池充电监控装置，该装置除确保充电安全外，还具有与车主的手机进行通讯的功能，使车主能在不影响工作和休息的条件下对车辆的充电状况进行实时的有效的监控。该装置应设计成不仅能与公共充电桩配套使用，而且也能适用于在廉价的用户充电桩上使用，即使是车主在家中拉一条电源线进行充电，也能使用。
2 整体架构的设计
本文研究一种使用方便的汽车充电远程监控装置的设计与实现技术，主要研究内容包括：
电动汽车充电远程监控装置的硬件与软件实现。本文的目的是完成电动汽车充电远程监控装置的设计，因此必须在硬件电路的基础上完成全部软件调试，以证明设计的可行性。
本文所涉及的硬件主要有单片机、GSM模块和手机。为完成硬件和软件设计，涉及到GSM模块与单片机的连接、基于GSM模块的短消息工作流程、串行通信接口对短消息控制的模式、短消息AT指令，手机应用软件设计相关的Android系统构架、Android系统四大组件、Intent及 AndroidManifest.xml配置文件等背景知识。
本文设计并实现了电动汽车电池充电远程监控装置的下位机系统。设计了电源开关模块、电源及信号调理模块、控制与通信模块，重点对控制与通信模块（包括GSM模块）的软件流程进行了研究，编写了相应的软件并成功地进行了通信试验，证明了本装置设计的可行性。
最后还要实现了一个基于Andriod系统的手机APP（上位机）。在分析目前社会流行的手机市场情况和大众的使用习惯后，确定以Android操作系统为基础编写上位机应用软件。整体架构的设计如图1所示。
充电远程监控装置框图
2.1电源开关模块
电源开关模块的功能是连接充电桩的电源，控制向汽车电池充电。它内部接触器的供电触头处于常开状态，需要进行充电时，通过一个启动按钮人工控制闭合。在出现充电桩输出电压异常、充电电流异常、电池完成充电时，将自动或受单片机控制自动切断充电桩与汽车电池的连接，亦可通过车主手机发出的停止充电信号控制其断开。
2.2电源及信号调理模块
电源及信号调理模块的功能是：
1）为本装置的车载部分供电；
2）测量充电桩电压信号，发现超压时，自动切断供电电源；
3）将充电电流转换为单片机可以采样的电压信号。
2.3控制及通信模块
本模块由模数（A/D）变换模块、单片机模块、GSM模块以及SIM卡等组成。
控制及通信模块的功能是：
1）采集充电电流信号，发现电流异常（电流过大）时，自动控制断开电源开关，并通过GSM模块向车主发出过流短信；
2）采集充电电流信号，发现充电电流小于某一规定值后，即认为充电任务已实际完成，自动控制断开电源开关，并通过GSM模块向车主发出“充电完成”短信；
3）定时采集充电电流信号，进行电池已充电量累计统计，在车主询问时，通过GSM模块以短信回复；
4）具有和手机之间进行双向通信的能力，当车主发出中止充电信息时，控制断开电源开关。
2.4手机
手机是本装置的上位机，其功能是与本装置的车载部分（下位机）进行双向通信，接收下位机发出的信号，并对于下位机进行控制。
3控制及通信功能的軟件实现
3.1编程与调试环境构建
使用Keil uVision2作为单片机C语言软件开发系统，它是德国Keil Software公司出品的，该环境使用接近于传统C语言的语法来开发，可有效提高工作效率和缩短项目开发周期。该集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。
3.2短消息的串口通信函数
短信息的发送采用查询方式，通过循环查询条件，需要时执行相应动作。其发送函数send_uart将命令或数据送到数据缓冲寄存器SBUF中，TI复位。短信息的接收采用串口中断方式，当串口中断时，便判断是否为新消息，进一步执行相应动作，通过编写接收函数从数据缓冲寄存器SBUF中读取数据，RI复位。
3.3 GSM模块初始化
通过单片机发送AT指令对GSM模块的TC35进行初始化设置。
第1步发送“ATE0”指令关闭回显；
第2步发送“AT+CMGF=0”指令选择短消息信息格式为PDU编码模式；
第3步发送“AT+CNMI=2，2，0”指令设定接收到短消息，短消息储存到SIM卡，并且向TE发出通知。如果在数据线被占用的情况下，先缓冲起来，待数据线空闲，再通知；
第4步发送PDU模式16进制数据编码。
在程序编制中，单片机向GSM模块每发送1条AT指令， 都要以1个回车符和换行符来结束该指令。回车符和换行符的 ASCII 编码分别是0x0d， 0x0a，在程序中每次均需要使用通信函数send_uart（0x0D），send_uart（0x0A） 来完成回车符和换行符的动作。单片机向GSM模块发送PDU模式的16进制数据编码后，还需要发送Ctrl + Z，它的ASCII 编码是0x1A ，在程序中也要调用通信函数send_uart（0x1A）来完成Ctrl + Z的动作。
3.4单片机初始化
单片机初始化主要是设置串口、寄存器、定时器等参数。
3.5通信与控制软件流程图设计
通信与控制软件牵涉到单片机与GSM模块，根据设定的通信与控制任务，其流程图如图2所示。图中所设置的Flag标志的含义如下：Flag=0表示充电异常，Flag=1表示中止充电，Flag=2 表示充电完成。
4上位机的软件实现
4.1 Andriod开发软件平台与环境构建与选择
因为要使用Java语言开发环境，故首先下载安装JDK，然后配置JDK，需要设置JAVA_HOME、 Path、 ClassPath等环境变量。
1）Andriod studio软件开发工具
选择使用了Andriod studio软件开发工具，它提供了用于Android开发与调试的集成开发环境。Andriod Studio比过去常用的开发工具Eclipse更快，更智能，很多相关联的语句都可以自动完成添加，同时它整合了Gradle构建软件与Git版本控制软件，有效地提升了应用软件的开发效率，降低了错误率与劳动强度。Andriod studio软件开发工具的界面如图3所示。
2）Genymotion模拟器
Genymotion模拟器是基于Oracle VM VitualBox虚拟机的，它的速度快，操作流畅，只要下载相应的手机操作系统，可以支持多种设备。图4为VitualBox虚拟机与Genymotion模拟器界面。
4.2上位机总体设计
上位机软件设计中，选用占市场份额70%以上的Android系统为手机平台，使用Java语言编程，综合运用了广播、通知、活动、SQLite数据库、后台服务等Android组件进行编程，程序模块之间耦合度低，人机界面简洁易用，便于操作使用。
5结束语
提出了一种可对电动汽车电池充电状况远程监控的下位机设计，配合车主的手机（即上位机，需安装专用的应用软件），即可对汽车已充电量、充电完成情况、充电过程的安全性、按车主需要终止充电等进行远程监控。
参考文献：
[1] 陈良亮，张浩，倪峰，等.电动汽车能源供给设施建设现状与发展探讨[J].电力系统自动化，2011（14）：11-17.
[2] 赵明宇，王刚，汪映辉，等.电动汽车充电设施监控系统设计与实现[J].电力系统自动化，2011（10）：65-69.
[3] 范佳，鲁涛，胡成潇，等.汽车充电桩短信报警系统[J].山东工业技术，2016（2）：136-137.
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[5] 耿东久，索岳，陈渝，等.基于Android手机的远程访问和控制系统[J].计算机应用，2011（2）：559-561.
接口设计论文范文第3篇
1 硬件设计
在硬件设计上我们尽可能的提高其性能, 选择最优秀的控制系统和逻辑数据编辑器。在控制上还是采取51系列的单片机C8051F020, 其内部有CIP-51的CPU内核。与最早的51系列单片机相比, 其内部环境有了较大的改进。不仅提高了它的可靠性其内部存储加大了不少, 相应的工作速度也会提高。在接口的电路设计中让C8051F020来控制处理数据也包括驱动液晶屏, 在传输数据中选择的是串口传输方法。CPLD用来控制逻辑数据的输入或者是输出。
1.1 A/D和D/A转换模块
在航向指示器中旋转变压器和自整角机都具有很高的精度, 同时他们的可靠性都比较的高, 作为角度传感器需要与计算机通过接口实现对接。实现数据的无差对接必须要采用转换器对数字信息机型转换。
14SZZ/SXZ A/D转换器是一种小型的具有14位的连续跟踪器, 它可以持续不断地对转角机和转换变压器进行跟踪, 并且实现对他们的数字信息进行转换。它回路的实现是二阶伺服完成的, 数据在输出中具有对数据的三态所存。三态锁存器具有14位的自然二进制码, 由于数据的宽度和位数比较多在读取数据是不需要终端转换的过程。在数字信号来临时通过不同的高低电平实现对通道的选择。
14SZZ/SXZ D/A转换器, 其转换方式和A/D转换的方式相反, 它是将二进制的角度数字量转换成自整角机/旋转变压器的模拟量形成电压然后输出。转换器中ENH控制着转换器的前高8位的数字量而ENL控制着整个数字的低6位, 正好构成了14为数据。转换器的变化情况是有输入量来决定的, 只有在ENL和ENH同时的等于零时, 这时候的转换器其内部锁存器是出于下降沿的时刻。这种2位制的数字角度是通过CMOS来完成整个的锁存过程。可以对不管是输入还是输出的信号同过变压器来实现分离的作用。通过一系列的转换和变化最终找到计算机和控制系统之间的切合点, 使得整个接口的设计跟家符合实际用途的需要。
1.2 电源管理模块
电源管理模块由于我们前面以及把系统的控制器设定好了, 根据设定局可以得到这个电路需要的实际电量, 以及电源的具体要求。在设计时很关键的问题是不能因为其提供的电压过高而影响到芯片的使用寿命, 同行超过某一限定值对自身的寿命影响也是非常大的。
2 软件设计
2.1 初始化单元
在整个系统上电以后, 要及时的对看门狗进行初始化一般需要的时间在47.406ms之间;同时要在CPU上找到相应的串口, 并做好初始化设定。在本次设定将串口0分配到P0.0和P0.1上而串口1分配到P0.2和P0.3上;外部时钟选择22.118MHZ其终断35ms完成一次;最后对终断来一次初始化, 完成以后的终断过程。
2.2 数据处理显示单元
从外界得到的数据经过A/D实现转换过程, 变换车了14位二进制的数字信号, 这些数字信号将0-360度的角度值进行转换, 通过CPLD按照高、低的字节对数据进行缓存, 之后就写入到单片机的总线。单片机在将这些内容传送到液晶显示屏上, 把模拟的信号变成也液晶显示屏上的数字形式。
2.3 定时工作及存储器初始化单元
本设计里的定时单元主要是用于, 对按键按下的识别工作。按键是否被按下的识别, 是通过查询的方式做到的。每一次按键按下后, 根据按键时间的长短来判断, 此按键是否被真的按下, 而不是比小心碰到。对案件数据的存储主要是引用RAM存储器, 一旦数据被以用其内部的数据就会被及时的清楚, 把空出来的栈位留给下一次数据的输入。
2.4 通信模块
这里的通信模块采取了反馈的处理方法, 一旦外界传送了液晶屏读写命令, 而液晶屏可以通过D/A转换器将其温度和状态反馈给单片机。单片机在将这些信息通过数据总线传达给最终的控制系统, 以便于接下来对液晶屏内容的再一次有效控制。总的来说整个通信模块都是通过数据的交换, 反馈来实现的。
3 结语
液晶航向指示器接口电路的优化设计, 是一个比较复杂的过程。在这里我们借用51系列的单片机和CPLD可编程系统实现了整个电路的优化设计。在设计是要根据指示器的实际情况将数据通过转换器进行等量转换, 保证了数据输入的正确性和精度, 同时也使得整个界面更加清晰, 提高了液晶航向指示器的性能。
摘要：随着科技的快速发展, 电子设备的应用越来越广泛。电子仪表或者是指示器对电路的优化设计, 不仅能提高设备的整体性能, 还能提高设备的可靠性。文章以液晶航向指示器为研究对象, 简要探讨了液晶航向指示器在接口电路上的优化特点和优化方法。
关键词：液晶航向指示器,接口电路,优化设计
参考文献
[1] 高潮.TFT液晶显示驱动电路与电源优化设计方法[J].深圳信息职业技术学院学报, 2007, 5 (2) :14-18.
接口设计论文范文第4篇
计算机接口的用途是连接各个设备, 使设备运行使可以互相辅助, 互为影响, 保障计算机系统正常运行。计算机中的每一个软件系统原本独立, 在应用计算机接口技术后就可以互为关联。同时, 计算机的微处理技术也因此可以更好地发挥出优势, 实现对信息的高速传播。由于计算机内部结构比较复杂, 因此, 计算机接口的设置通常不拘一格, 多种多样。不同的接口功能不同, 还存在着一定的功率传输差异。
二、计算机接口主要类型和特点
(一) COM串行接口
COM串行接口的功能是对信息和文件进行传递, 主要应用在MODEM等设备上。COM串行接口可分为COM1和COM2两种类型。这两种接口地址不同, 信号中断方式也有所不同, 后者的传输能力更强。
(二) PS/2接口
PS/2接口主要应用于计算机键盘、鼠标的连接处, 尤其在DIN连接器中应用比较频繁。PS/2的通信协议方式是串行。在DIN中有五种类型的脚, 具有特殊意义的脚有四种, 可根据时限对数据、信息、电源等内容进行有效传输。
(三) LPT并行接口
LTP接口主要与打印机、设备扫描仪等设备相连, 是一种比较常见的计算机接口类型。LTP接口的脚通常有26个。LTP接口的工作方式有若干种。第一种是SPP标准工作模式, 其主要是采用双半的单向传输模式。这种工作模式主要是对数据进行传输, 缺点是会降低数据的传递速度, 传输效率有待提高。不过, 该模式的应用范围比较大, 实用性较强, 无需特意调整工作模式就可以进行数据与信息的传播。第二种是EPP模式, 其数据传输主要采用的是双半工双向传输形式, 这种形式可以有效提高传输效率, 还可以在户外设备中使用, 可以实现对数据和信息的有效传输。第三种模式是ECP扩充工作模式。该模式亦是采用双向双工传输方式。借助BIOS就可以帮助户外设备实现信息的传输, 具有较高的传输效率。
(四) LDE接口
LDE接能够大大提高数据的传输效率, 硬盘所支持的模式是UDMA65, 在传输过程中必须要使用硬盘软线, 确保接口连接方式正确无误, 而且还要注意连接的先后顺序, 这样才能保证接口顺利连接, 从而正常传输信息和数据。
(五) USB接口
USB接口适用范围比较广泛, 具有很多优点。其不仅可以与许多外部设备相连, 还能够为设备提供充电功能, 确保设备顺利运行。USB接口使用十分方便, 可随时使用, 随时拔出。需要进行文件传输时, 可将如移动硬盘、U盘等外部设备插入到USB接口之中, 就能够实现对文件的灵活传输。由于USB接口可以实现信息、文件的高效传输, 方便快捷, 还有供电的功能, 因此备受人们青睐。由于并行接口存在传输距离长的问题, 虽然其可以实现多种信息的传输, 但还是会有一定的不足。与并行接口相比, 串行接口的传输速度比较慢。
三、计算机接口的连接方法
(一) 并接口连接
在并接口连接中, 通常是利用电缆实现设备之间的沟通, 以两个设备为宜, 这样就能够实现通讯与交换功能。两台设备科分别标号为1号和2号。两个设备通过电缆连接后, 1号设备采用串行接口, 2号设备采用并行接口。1号设备主要用来接收数据, 再将接收到的内容发送给2号设备。1号设备既负责发送信号, 又负责接收信号。1号设备地对2号设备信号地, 1号设备对2号设备的终端准备就绪, 1号设备请求发送信号, 2号设备负责取消信号发送, 1号设备取消发送后再对2号设备请求发送。这种接口传输方式可以进行8脚的并行接口与23脚的并行接口相互连接, 如果两台设备拥有统一的协议, 就可以实现上述的连接与传输。
(二) 红外线的传输接口连接
红外线装置在计算机上并不常见, 需要用户自行安装。在计算机上不乏各种各样的接口, 在应用红外线装置时, 就要注意安装的方法。如果是外安置红外线收发器, 就可以完成COM插口安装即可;可在主板IRDA的插脚上安装插口, 便于安装红外线信号收发器。安装完毕后, 可以设置菜单, 对参数进行集成处理。可以首先将“UART2UseInfrared”选项设置为IrDA, 再将InfraRodFunction”设置为缩写形式的ASKIP, 并要同时将“IRTransferMode”设置为FULL形式。通过一系列操作后, 就能够使硬件设备在计算机重启后自动被搜到, 系统会自动提示安装“红外线信号传输协议”, 这样就能够进行相关的协议安装。安装完毕后, “红外线接收方”会自动在计算机中“我的电脑”生成, 具有明显的标志。在计算机控制面板上打开红外线监视器, 再启动通讯功能, 根据后续选项分别设置, 再完成认证, 即可实现对红外线传输接口的安装。安装完毕后, 要注意充分利用红外线传输接口的功能将两个设备有机相连, 使其能够保持信息数据的发送与接收。在连接时要注意两点, 一是要明确红外线发送接口的位置是否与计算机位置统一;二是要采取有效的方式保持设备之间的合理距离, 不可太近也不可太远, 以大于两米小于四米为最佳距离。注意控制角度偏差, 不要超过20度。顺利实现对两个设备的连接后, 就能够根据系统的提示实现信息与数据的传输。
总之, 为了有效提高计算机接口技术, 就需要了解不同接口的类型与特点, 并对其具体应用进行分析。随着计算机技术的不断发展, 计算接口类型越来越多, 这些接口在使用功能上呈现出明显的差异性, 其连接方式也有所不同。由此可见, 为了方便工作, 实现信息的准确接收与传递, 就要充分改进接口技术, 使其能够更有适应性。具体的接口方式可视情形而定, 为提高信息的传输效率做出最大的努力。
摘要：随着计算机技术的不断发展, 计算机接口技术日益发达。由于计算机接口种类多, 接口就会呈现出不同的功能, 本文主要分析计算机接口技术的类型与特点, 并对其具体连接方法进行探讨, 旨在提高接口性能, 提高信息的传输效率。
关键词：计算机,接口技术特点,应用设计
参考文献
[1] 何彬.探析计算机接口技术的特点和应用设计[J].信息化建设, 2016 (3) :47.
接口设计论文范文第5篇
PDP多功能接口电路是PDP整机电路的重要组成部分, 其主要功能是对外部输入的不同格式的图像信号进行解码、数字化和格式转换等处理, 以满足后级驱动显示电路对信号格式的要求;同时产生同步、消隐、数据时钟等信号以及实现遥控、屏幕显示的控制功能。本文对接口电路进行了分析, 并设计了一套多功能的PDP接口电路 (如图1) 。
2 各接口电路设计
2.1 计算机信号及接口电路
现在计算机主机输出到显示器的R、G、B信号是模拟信号, 而PDP显示屏以数字方式显示, 所以PDP接口电路在接收到R、G、B模拟信号后要进行A/D转换及相应的后级处理才能送到PDP显示电路。
(1) 计算机信号的处理首先是对模拟的R、G、B信号进行A/D转换, 而A/D转换的关键之一是确定正确的采样频率。采样频率的确定可以参考计算机信号行、场同步信号和行、场消隐信号, 因为这些参数是可以确定的。假设显示分辨率为852×480, 即应该在行正程的有效期内采样852个点, 行正程时间为25.17us, 则要求采样时钟频率为:852÷25.17us=33.850MHz。对于42吋PDP显示器, 其显示分辨率较高, 屏幕显示方式一般是16∶9, 所以要对那些分辨率不够高的信号A/D转换后则要求再对信号进行处理。
(2) R、G、B信号A/D转换后, 要经过相应的后级处理, 才能输出到PDP驱动显示电路。后级处理主要包括图像显示缩放和图像宽高比转换。图像显示缩放指图像在水平方向和垂直方向上都进行同比例的放大, 实现的方法是:插值运算。图像放大倍数又可分为图像的宽高同比放大和图像的宽高比变换放大。图像的宽高比同比放大指图像在水平方向和垂直方向同比例放大, 即在水平方向和垂直方向的放大倍数相同, 图像的宽高比变换放大指图像在水平方向和垂直方向的放大倍数不同, 一般在水平方向的放大倍数大于在垂直方向的放大倍数, 从而将图像宽高4∶3的显示方式便换成16∶9的显示方式。
(3) 接口电路的芯片选择:模拟信号的A/D转换主要就是用适当的时钟脉冲对被转换的模拟信号进行采样。通过对常用的A/D转换芯片的比较, 本电路采用ADI公司AD9884, 这是一款专用于平板显示电路的A/D转换芯片。后级处理图像幅型变换芯片选用JagASM。JagASM使用的是第三代图像处理技术, 横向和纵向的分辨率可以各自独立地变换。
2.2 多路视频全电视信号及接口电路
视频全电视信号是指将图像信号、复合同步脉冲、复合消隐脉冲、色同步等信息按一定规律编码、转换, 变换成的一路综合信号。图1中所示的多路视频信号组合处理电路由16路视频解码器、多画面处理电路、视频编码器以及微控制器等部分组成。视频输入1~16是视频全电视信号 (CVBS) , 这些信号通过视频解码器SAA7113 (A/D) 可转换成标准的CCIR656YUV4∶2∶2格式数据。多画面处理器AM-209M主要用来对视频解码器SAA7113的输出信号进行混合处理, 并将处理后的信号送入视频编码器SAA7121 (D/A) , 以将其还原成一路视频模拟信号CVBS输出到后面的解码电路。解码电路输出的RGB信号与计算机接口输入的RGB信号一样, 送到下一级的A/D转换、幅型变换等处理电路。
SAA7113数字视频解码器用来把复合视频输入信号CVBS或亮、色分离视频信号S-VIDEO解码成标准ITU656YUV4∶2∶2格式的8位数据, SAA7113支持NTSC、PAL制式, 可自动监测50Hz、60Hz场频信号, 并可在PAL制式和NTSC制式下自动转换。芯片内部有亮度、色调、色饱和度控制电路, 并提供有I2C总线接口, 本系统通过I2C总线配置SAA7113。系统由16片SAA7113组成16路视频输入通道。解码数据输出端VPO[7∶0]接在视频画面分割芯片AM-209M的Camera_n_vdin[7∶0]数据线上, n∈ (1, 2…, 8) , 同时将通道1~8解调数据输出接在主片 (master) 上, 通道9~16解码数据输出接在从片 (slave) 上。
AM-209M是一种带有记录、运动检测和回放等功能的多画面实时处理芯片, AM-209M芯片有2个16MbitSDRAM芯片接口, 一个用做显示数据缓存, 一个用做记录缓存。同时芯片内部还有SDRAM读写操作控制逻辑, 因而无需外部控制。有两个编码芯片接口, 每个芯片接口都包含8个数据线和1位clock信号线, 输出则是多个视频输入混合处理后的CCIR656格式数据。视频编码SAA7121是视频编码芯片, 主要功能是把标准YCbCr (CCIR656) 或者MPEG格式数据编码成复合视频输入信号 (CVBS) 或亮色分离视频信号Y/C。微处理器MN15287是松下公司的专用微处理器集成电路, 具有52只引脚的大规模“MOS”集成电路。
2.3 亮、色分离信号 (S-V ID EO) 及接口电路
多路视频全电视信号接口电路中的视频解码SAA7113不仅可以输入复合视频输入信号CVBS, 也可以输入亮度、色度分离视频信号S-VIDEO。其实, 亮色分离信号和多路视频全电视信号共用一套了接口电路。
摘要：本文针对彩色等离子体监视器 (彩色PDP) 设计一种适合多种信号输入的接口电路。尤其针对PDP在现代电视监控中的应用, 除了具有计算机信号接口、亮、色分离信号 (S-VIDEO) 接口、数字视频信号接口等电路外, 还专门设计一种适合电视监控系统中多路视频全电视信号同时输入、多路画面分割显示的接口电路。
关键词：彩色PDP,视频全电视信号,MTS信号,数字视频,多路画面分割显示
参考文献
[1] 赵保经.接口集成电路[M].国防工业出版社.
[2] 应根裕, 等.平板显示技术[M].人民邮电出版社.
接口设计论文范文第6篇
关键词：微型计算机系统接口技术;实验课程;研究生选修课;接口设计;FPGA
微机接口技术在本科生的教学中一般叫做微机原理与接口技术，是一门计算机专业技术课程。计算机专业一般在计算机组成原理及汇编语言课程之后开设这门课，课程内容偏重CPU、总线、存储器以及各种输入输出设备之间的接口关系。通常电类专业将其设置为必修课程，非电类专业的工科系从计算机应用的角度出发，一般也要学习这类课程，只是学习的深度不等。面向研究生的微机接口技术课程是作为全校性选修课程开设的，那么如何开设这门课程，怎样从计算机应用的角度满足学生的求知需求，使教学能够适应现代技术的发展就需要认真研究了。
1 课程定位
计算机的应用涉及各个行业，特别是工科行业，其应用都会涉及计算机接口及其控制等。即使有很多学生在本科时学习过微机原理与接口技术这类课程，但对于从事计算机硬件及接口技术相关研究的学生来说，这方面的知识往往需要进一步加强;因此各高校在为研究生开设这门课程时，定位要更高一些，教学内容要比本科生学习的内容更加深入，应用面更广，并最终将这门课程的名称定为微型计算机系统接口技术。
针对全校选修计算机系统接口技术课程的学生，该门课教学主要立足于计算机CPU与外部设备之间的软硬件接口设计，面向各个专业和领域的应用而展开，将实验的内容同时向纵深和广度扩展。
(1)纵向角度：让学生将设计的内容与计算机系统相关联，以便深入学习与接口有关联的计算机系统及结构方面的知识以及现代计算机各种接口的相关协议等。
(2)横向角度：让学生将学习的内容与自己所从事的科研结合起来，以使实验变得更加生动和有意义，提高学生学习的积极性，同时令学生在教学过程中感受到教学内容的实用性。
2 实验内容
实验内容的确定有两个方面因素，一是必须能够将微型计算机系统接口技术的基本原理体现在实验中，让学生通过实验体验到计算机系统内部各部件包括CPU、存储器、各种总线以及输入输出之间的接口关系、软件与硬件接口的关系，掌握计算机系统接口底层软硬件设计并学会编写简单应用层程序;二是要根据学生的来源情况设计出不同难度及实用性强的实验。依据课程的推进及学习层面，我们将实验分成3个阶段：简单接口设计及工具使用学习阶段、提高阶段、创新阶段。第1个阶段要求教师指导学生统一完成;第2个阶段是实验的主要阶段，需要提供不同的实验供学生选择;第3个阶段是让学生在第2个阶段的基础上进行创新。
1)简单接口设计及工具使用学习阶段。
教师在教学实验中，一般是在讲解实验软硬平台的使用时将几个基础实验同时结合在一起。实验工具的学习包括在ISE Design Tools开发平台下，用HDL语言设计简单的接口以及进行简单的SOPC设计。通过这一阶段的学习，学生能够掌握各种工具的使用，设计基本的输入输出接口，了解一般总线的工作时序、寄存器及存储器的读写控制等。
教学内容可以选择以下几个方面：用彩灯及七段代码显示计数、RS232串口通信、SRAM存储器读写、LCD显示等。这几个实验内容既可以用HDL设计，又可以用SOPC的方法设计。
2)提高阶段。
这个阶段是实验的主体部分，需要将理论课的知识与实验紧密结合起来，使学生进一步了解现代计算机系统及接口技术的知识，内容涉及现代计算机系统接口的基本原理以及针对一些接口的深入学习，其中包括USB接口的原理及基本协议，网络、音视频接口的基本原理及基本协议等。实验内容需要跟上当前计算机系统及接口技术，包括音视频接口、嵌入式主/从USB接口(2.0)、网络接口、PCIe接口的设计等。学生可以2～3个人为一组，根据自己的情况和需求选择1～2个合适的实验，实验指导书则为学生提供接口电路连接图和参考设计方案，学生需要实现完整的接口应用。
3)创新阶段。
第3个阶段可以在第2个阶段设计的基础上进行创新，如在完成了音视频接口的设计后，教师可以根据学生的学科背景加上图像处理的内容，而核能系的学生就可以将接收到的图片按他们的方式进行处理等。另外，学生也可以将两种以上的接口综合起来，如将网络和USB、USB和图像显示结合起来设计，还可以在嵌入式主USB接口设计完成后，再对FPGA片外的嵌入式USB接口器件进行功能扩展，使USB传输方式随之变化。
此外，该阶段也可以跳过第2阶段直接进行创新性设计，主要面向一些新的接口技术。硬件实验平台上有预留的扩展接口，可以为学生提供实验平台上所没有的接口实验，学生可以通过外接其他子模块实现接口设计。学生也可以自己设计一个硬件模块加在实验平台上，以此增加实验的多样性，如增加蓝牙无线接口方面的设计;还有一些学生利用所在课题的经费购买设备并进行与课题相关的接口设计等。教师将在实验教学中给予学生更多技术支持。
3 实验平台和实验方法
1)实验平台。
目前的实验硬件平台是以Xilinx公司生产的超大规模FPGA可编程器件XC6SLX45T为主芯片，结合各种接口的外围芯片自行设计的多功能计算机接口实验平台EDK-SP6ADSP-TSMF100。硬件实验平台的功能框图如图1所示。
主芯片FPGA系统时钟可达1GHz，有43661个逻辑Cells，片内存储器BRAM最高为2.088kb，内含一个PCI Express硬核以及足够的硬DSP处理片，集成有DDR，DDR2，DDR3，andLPDDR存储器控制模块。每一种接口的设计主要在FPGA片内进行，并配合外部接口器件完成一个完整的接口功能。
2)实验方法。
FPGA片内设计软件采用Xilinx公司提供的Xilinx ISE Design Suite 12，它支持3种设计方式：第一种是用HDL硬件描述语言设计硬件;第二种是支持片上系统设计;第三种是支持DSP开发，采用System Generator工具与Matlab工具绑定。另外，设计软件还集成了仿真工具ModelSim、在线逻辑分析仪ChipsCope、FPGA片内CPU固件代码调试工具SDK等。
采用什么实验方法主要由接口的特点决定，如果接口适合用逻辑控制，则用HDL语言实现;如果接口适合用CPU控制，就采用SOPC的方式，采用这种方式还需要编写CPU的执行代码;如果有数据信号处理的要求，则可以用DSP开发子平台。
驱动程序和软件应用程序通常在Windows下编写。另外，嵌入式主/从USB接口采用的FPGA外部器件是嵌入式USB芯片Cy7c67300，这个接口的设计还需要在Cy7c67300内部编写嵌入式应用程序，采用Cypress公司提供的开发编译工具完成。
4 教学实验的改进
实验课程教学必须紧随计算机技术的发展进程，实验的内容和方法必须随着技术的发展而不断更新和改进。教学实验的改进包括实验内容、实验测试方法、实验软硬件平台的更新和改进等。
1)实验内容的改进。
实验内容的改进分为小的调整和大的改进。
教师在每一期的实验课程结束后都需要听取学生的反馈意见并进行认真总结，分析实验教学是否达到预期效果，有哪些不足和有待改进的地方。根据总结和分析，实验内容基本上每年都会调整，每一期实验都需要根据实验准备条件和当届学生的情况安排合适的实验内容。实验教学经验的不断积累使得教师在制订后一年的实验目标时，会比前一年要求更高一些。
大的调整是淘汰一些比较过时或不适合的内容，增加新的设计内容。这通常需要配合实验平台的更新，如嵌入式主/从USB接口和PCIe接口就是目前使用的实验平台才增加的内容。教师指导学生所做的创新实验也是新实验内容的备用资源。
另外，为了让学生对实验课程有更深的体验，同时作为一门课程，特别是选修课，占用学生的时间又不能过多，因此我们就要在有限的课程时间里让学生学到更多知识，接触更多新技术。教师事先将一些与计算机系统接口应用相关联的、其他领域的数据处理及控制模块作为一个IP Core存放在系统里，学生在设计接口时，还是将重点放在接口的设计上，同时还可以调用这些资源。这样学生不仅可以接触到与接口相关的其他知识和技术，而且不用占用过多的时间也能够让实验的内容更丰富。
2)实验测试方法的改进。
利用ModelSim进行仿真已经比较普遍，但仿真并不代表最后真实的结果;利用软件逻辑在线分析仪进行测试是有效的在线测试方法。Xitinx开发工具里有一个子平台叫ChipsCope，它是一个软体逻辑在线分析仪工具。学生在FPGA片内设计硬件时加上ChipsCope的IP Cope，编译并下载到FPGA后，打开ChipsCope分析界面并运行，可以看到FPGA内部任何一个节点信号的实时波形。这个工具适用于ISEDesignTools的HDL设计和EDK的SOPC设计。学生在实验中使用了这个工具后，极大地方便了调试过程并节省了查错时间。
3)实验软硬件平台的更新和改进。
微型计算机系统接口技术这门课程已开设20多年，最初的实验是用面包板及一些分立器件搭建一个软磁盘接口，而且所有学生只做这一种接口设计，后来实验平台经过多次更新换代。用EDA方式进行设计从90年代中期开始，现在则采用以超大规模可编程器件FPGA为主芯片的计算机系统接口实验平台。这样历时大约5～6年时间，无论是软件平台还是硬件实验平台，都需要一次大的更新。
目前的软硬件开发平台已使用了2年，而Xilinx公司开发的FPGA现在已经到Artix7——基于ARM内核的FPGA，软件开发平台也换成了Vivado Design Suite。新的FPGA和开发软件具有更丰富的资源，提供ARM CPU核，设计者在应用嵌入式设计时能与更流行的嵌入式CPU结合起来。目前，计算机系统及接口技术也有了新的发展，如USB总线已经更新到USB3.0等，然而教学实验内容和实验平台的更新不一定要跟随技术发展，而是一般需要在实验技术和接口概念上有一个比较大的跨越。
5 结语
笔者中的第一作者基于在微型计算机系统机接口技术课程上的16年工作积累，不断探索和改革实验平台及实验内容，根据经验发现学生经过这门课程的学习后确实受益匪浅。不同的学生在学完课程后都有不同的收获点，之前有的学生对FPGA和VHDL没有过多接触，有的学生对SOPC没什么概念，大多数学生对USB、网络等比较复杂的接口原理了解不深，而在学完该门课程并进行实验后，至少实现了一种接口的完整设计并凭借自主创造能力和想象力实现了设计接口的不同应用，提高了对计算机系统及接口的整体认识以及理论与实践结合的能力，也培养了同学之间的协调工作能力。
参考文献：
[1]杨文显，现代微型计算机原理与接口技术教程[M]，2版，北京：清华大学出版社，2011：V-VI
[2]周悦芝，董代洁，微型计算机系统接口技术实验教程：基于FPGA设计[M]，北京：清华大学出版社，2011：58
[3]Xilinx，Spartan-6 family overview[EB/OL]，(2011-10-25)[2013-05-29]，http：//www.xilinx.com/support/documentationJdata sheets/ds160.pdf
(编辑：宋文婷)