硬件系统设计论文范文

引言：寻求写作上的突破？我们特意为您精选了4篇硬件系统设计论文范文，希望这些范文能够成为您写作时的参考，帮助您的文章更加丰富和深入。

篇1

四旋翼飞行器的旋翼对称地安装在呈十字交叉的支架顶端，位置相邻的旋翼旋转方向相反，同一对角线上的旋翼旋转方向相同，以此确保了飞行系统的扭矩平衡［7］，如图1所示。四旋翼飞行器旋翼的旋转切角是固定值，因此，要通过调节每个电机的转速来实现六自由度的飞行姿态控制。增大或减少4个电机的转速来完成垂直方向上的升降运动，调节1，3旋翼的转速差来控制仰俯速率和进退运动，调节2，4旋翼的转速差来控制横滚速率和倾飞运动，调节2个顺时针旋转电机和2个逆时针旋转电机的相对速率来控制偏航运动。通过对飞行原理的分析，把可行性、低成本、易维护作为主要考虑因素，设计的样机如图2所示。机臂由镂空工程塑料材料PA66和30%玻璃纤维制成，质量相对较轻，强度大，对称电机轴距55cm，为保证水平起飞与平稳着陆，四旋翼飞行器底部安装起落架。电机旋翼等具体参数为:机体质量为857g;最大负载约为300g;机身高度为31cm;飞行时间约为8min。在整机安装过程中尽量保证重心在机械机构的对称中心，实际飞行实验证明了系统动力设备与机械结构的可行性。

2总体结构设计

四旋翼飞行器的硬件系统设计以飞控板为核心，搭载动力设备、电源模块与遥控模块。图3描述了以ATMEGA644P—AU为核心芯片搭载多传感器的飞行控制系统总体结构框图，整体系统利用11．1V锂电池供电，飞控与无刷电调以I2C总线数据传输来调节4个电机的转速;在遥控模块中，2．4MHz的控制信号通过PPM解码板与飞控板进行数据传输;在多传感器系统中，大气压力感器用行高度检测，陀螺仪与加速度计的融合使用用于姿态解算。

3电源模块

四旋翼飞行器由2200MAh，11．1V，持续放电倍率30C锂电池供电，通过稳压电路的设计对不同电路进行供电，确保各模块正常稳定的工作。控制系统设计需要5，3V两种电平供电，电压转换电路如图4所示。由锂电池提供的11．1电压经两块7805稳压芯片后转为5V电压，一部分用控板供电，一部分向预留的外部接口供电。经7805输出的5V电压经过2个MCP1700T稳压芯片输出3V电压，一部分供给控制系统的数字电路，一部分供给控制系统的模拟电路。330μF/25V电解电容器，10nF/16V钽电容器，贴片电容器的并联使用起到了防止电压抖动与滤波的作用。

4多传感器控制模块

为了准确地控制四旋翼飞行器的飞行姿态，需要在控制系统中加入不同的传感器，加速度传感器与三个陀螺仪来测量三轴加速度与角速度，大气压力传感器通过测量起始位置与飞行位置的气压差对飞行高度控制，为自主导航功能提供支持。大气压力传感器选择的是Freescale公司的MPX4250A，在该集成传感器芯片上，除具有压阻式压力传感器外，还有用作温度补偿的薄膜电阻网络，测压范围为20～250kPa，输出电压为0．2～4．9V，工作温度范围为－40～+125℃。电路如图5所示，可以根据压力的大小，通过控制P_1和P_2选择不同的放大倍数，提高采样的精度。LIS344ALH是一种低功耗、高性能、高精度的三轴加速度传感器，通过模拟输出为外部电路提供直接测量信号，加速度传感器的工作电压为2．2～3．6V，检测量程可以在±2gn或±4gn间选择。其中，VREF为通过稳压芯片MCP1700T转换为3V的稳定电压输入。应用电路如图6所示，选择100nF的贴片电容器作为VCC端的解耦电容，在输出端使用1μF的滤波电容减小噪声。考虑到振动误差无法通过加速度传感器进行补偿，因此，陀螺仪选型的过程中把机械性能作为重要的考虑因素，选择了可以在单芯片上实现完整单轴角速度响应的ADXRS610陀螺仪传感器。3个ADXRS610陀螺仪分别安装于垂直于机体坐标系的XYZ轴来实现系统三轴角速度的测量。

5实验与仿真

四旋翼飞行器在姿态解算时，陀螺仪传感器直接测量的是角速度，在积分得到角度的过程中随着时间的增长会产生累计积分误差，积分误差产生的原因一方面是积分时间，另一方面，由于自身的机械特性会产生零漂温漂等现象［8］。在陀螺仪的使用过程中融合加速度传感器，不仅为陀螺仪提供了绝对参考系，而且使加速度传感器优秀的静态性能与陀螺仪良好的动态性能相结合［9］，较好地抑制了外界干扰。数据经卡尔曼滤波算法处理后，可有效地降低数据噪声。图8为加速度传感器采样数据与卡尔曼滤波后的数据比较，可以明显地看到噪声信号减小了，但是仍有少量的扰动存在。图9的曲线表明了陀螺仪采集角速度数据存在零漂、温漂现象，当确定零漂为0．05°，静态输出电压为2．63V时，从波形图中可以观察到通过卡尔曼滤波处理后的积分数据平滑收敛，不但对零点漂移进行了补偿，而且对累计积-10-5051015角度/（°）012345时间/s卡尔曼滤波后的数据加速度计采集数据图8加速度计采样数据经卡尔曼滤波后的数据图Fig8DatadiagramofsamplingdatasofaccelerometerprocessedbyKalmanfiltering分误差，温漂有较好的抑制作用。-10-5051015角度/（°）012345时间/s卡尔曼滤波后的陀螺仪数据陀螺仪积分数据采集角速度数据。

篇2

中国的现代艺术设计需要建立在民族文化、民族风格的基础上，因此必须重视向民间艺术学习，坚信中华民族文化传统的主流在民间。所以在城市空间设计中，要通过对环境的理解，对传统的认知，自觉地借鉴，而不是直接挪用。中国传统民间艺术形式变化万千、风格种类异彩纷呈，凝聚了中华民族几千年的智慧精华，也传承了中华民族特有的艺术精神，值得当代城市设计师深入学习和研究。设计师在设计实践中，通过元素剥离、创意整合和情感传达，特别是与新技术巧妙融合，就能创造出独具中国特色的现代艺术设计作品。当然，这需要一个过程，要靠城市设计师与民间艺术大师、民间艺术教育人才的融合。所以说，城市设计师必须以民间艺术为基础，重视向传统民间艺术学习，只有亲身体会这笔文化遗产的魅力所在，了解传统民间艺术中所蕴含的深厚的民族本源文化、本源哲学、本源艺术的基因，以及多姿多彩的具有生命活力的民族语言形态，才会对它加以自觉应用［2］。

2．传统民间艺术语言

现代化现代城市空间越来越相似，传统特色逐渐消褪，因此如何保持城市的独特气质就成为十分迫切的问题。传统民间艺术语言体现了独特的审美传统，蕴含着深厚的精神文化内涵，将其作为城市空间设计的思想源泉，在城市空间中直接或间接地运用，对强调和延续历史文脉有着重要意义。但是，源于自然崇拜的原始文化的民间艺术，所代表的是不同于现代文化的农耕文明，它虽有着特定的社会基础，但其中也有不适合现代生活方式、不符合现代审美、伦理观的地方，这样就限制了其在当代城市设计中的广泛应用。有些民间艺术图式如果不经过调整、创新，就很难为现代社会所接受，因而应用时不能简单、机械地复制、拼贴，而应该在理解其文化含义的基础上，取其精髓，去其糟粕，使其艺术语言现代化，为当代大众所认同并接受。中国传统民间艺术的很多内容和形式有相对的稳定性及程式化特征，在艺术认知上有更为直接的优势，因而是可以应用到城市空间设计中的。其应用方式有两种，第一种是物品本身、题材、造型及艺术手法的直接运用;第二种是间接运用，即可以从民间艺术的形、色、质等方面着手，进行形的简化与再造、色彩的沿用与重组以及材料的选用与更新等，来再现或表现民间艺术。在城市空间设计中，设计师要将传统文化经过现代设计思维的选择与消化，融入到现代设计之中，这样，民间艺术元素才可能真正发挥它的艺术价值，作为一种新的视觉传递语言，在现代设计中重现生机。

3．在社会场域上的对接虽然城市空间设计

一直以来都以较快的速度发展，但在当代，与公众联系紧密的传统民间艺术才逐渐走进人们的生活之中。民间艺术形式以合理、合情的方式融于城市开放空间中，其较大的辐射面和难以抗拒的视觉冲击力，使与它发生接触的人都会或多或少地接受它传达的信息，从而在心中产生一种熟悉的、能产生共鸣的集体性的感受。为城市居民营造一种心理归属感，满足社会心理情感的需要，可以使城市居民对城市产生心理依赖感，对环境产生身份认同、心理认同，直至文化认同。另外，当代城市空间设计追求绿色生存空间，提倡低碳设计。传统民间艺术如陶艺、编织等，其原生态性契合了当代城市设计的需求。在设计中，对民间艺术中传统的工艺、材料和形式的毫无偏见的借鉴，体现出了强烈的环境保护意识，同时也体现出了一种社会的进步，因而是一种设计伦理和设计道德的体现。传统民间艺术一旦融入城市空间艺术中，就会逐渐走进人们的生活，其审美对象就会直指社会公众，就会以公众的精神需要为目的，以公众的审美评价为借鉴，生存于公众之间。这就使得公众对自己生活的公共空间艺术享有话语权，同时享有艺术创作的参与权，从而提高了社区居民的和谐氛围，促进了社会和谐。

二、传统民间艺术在城市空间设计中的具体应用

1．城市空间墙面艺术与传统民间艺术

传统民间艺术的民间性和贴近生活的特点，迎合了城市特色营造的需要。城市空间的墙面围合成居民生活的空间，在城市空间的墙面上揉进诸多传统民间图式元素，可以体现城市的独特个性和其融合性。同时，利用民间艺术形式改造城市建筑墙面，可以增加建筑的历史、艺术价值，也将提升整个城市的艺术品位。墙面艺术的丰富多彩使城市居民在街道上除了广告外，有可看的内容，也可彰显该城市与其它城市的差异。同时，融入传统民间艺术的城市墙面，除提升城市形象外，也能满足城市公众的精神需求。如高雄驳二艺术特区中的墙面设计借鉴了民间皮影和乡土绘画，使原本废弃的墙面换上了新妆，焕发了新的生命。同时，建筑室内墙面设计也常常采用民间艺术元素来活跃空间氛围，提升空间亲和力。譬如大连甘井子实验小学的教学楼设计，局部采用了民间艺术元素，将传统红灯笼悬挂在大门入口的过厅天花板上，每盏灯笼上面都有不同的两个字，比如“幽默”、“温柔”、“爱笑”、“漂亮”、“耐心”、“善良”、“公平”等。这种设计既体现了艺术文化特色，又具有亲切感和历史厚重性，深得家长、老师、孩子们的喜爱。

篇3

汇聚式处理器解决嵌入式设计技术挑战

尽管嵌入式设计经过数十年的发展，在核心处理器硬件平台、嵌入式操作系统和开发工具上已经有广泛的选择，然而随着市场竞争加剧、系统日益复杂化，目标应用对系统的功能、性能、成本的要求也日趋苛刻。工程师所面临的设计挑战似乎并没有随着半导体技术的发展降低，甚至日益增高，工程师在进行方案选择时必须正确评估应用面临的挑战。

处理能力要求越来越高。系统本身的复杂功能、友好的界面设计要求、各种接口和通信需求都需要占用大量的MIPS处理能力，单一的传统MCU或ASIC很多时候难以满足系统高处理能力的需求，双芯片甚至三芯片解决方案日益增多，但随之而来的高设计复杂性、功耗和BOM(材料清单)成本让方案缺乏竞争性。此外，当前嵌入式系统设计，特别是一些新产品和功能复杂的嵌入式产品设计，要在设计周期很有限的条件下完全从零开始实现设计已经变得不现实，也不具成本效益。因此，是否能提供完善的开发工具套件、必要的软件模块、成熟的参考设计、系统设计支持，以及是否有完整的设计生态系统等，对于是否能按期高质量地完成系统设计非常关键。

标准的多样性和不确定性带来产品升级换代的顾虑。当前在各个行业都面临一些创新型应用，例如智能电表和智能视频监控等，这些应用都具有一定开创性，目前没有或尚未形成行业统一的标准，如何在保证抢占市场窗口期的先机，同时确保当前的设计满足未来变化的市场和技术需求，必须考虑方案的可扩展性和性能裕量。

低功耗的要求日益苛刻。处理器性能要求越来越高，而系统功耗要求越来越低，这几乎形成一对矛盾。然而，实际设计过程中，工程师不得不面对这种近乎矛盾的需求。随着半导体工艺技术、嵌入式处理器架构优化以及设计技术的改进，低功耗设计技术日新月异，电压、工作频率自适应调整技术、多工作模式的节能技术、数字电源管理技术，以及低功耗的最新半导体工艺技术应用层出不穷。在众多方案中选择满足设计功率预算要求的系统方案也是系统设计成功的关键因素之一。

选择具有广泛嵌入式系统支持能力的解决方案非常重要。目前可用的嵌入式操作系统众多，各具优势，硬件平台方案对这些操作系统的支持能力是进行方案选型的考虑要点之一。

以Mcu或AsIc为核心器件的硬件平台方案在解决上述嵌入式系统设计要求上正面临挑战，有限的处理能力通常难以满足很多应用的高处理能力需求，或者缺乏进行功能扩展和产品升级换代的设计灵活性，某些设计为了满足系统的处理能力要求而增加DsP或协处理器，从而增加系统的复杂性、功耗和成本。

结合MCU和DsP性能优势的汇聚式处理器是有效解决上述设计挑战的方案之一，而ADI公司Blackfin处理器是目前市面上唯一的汇聚式处理器产品。汇聚式处理器典型应用有电力应用的智能电表，安防应用的视频监控，医疗设备的便携式房颤监测仪，工业应用的3DLevelScanner三维曲面测量仪等。预览全文，请访问本刊网。

科学大师是引用出来的

篇4

 

EDA技术是以数字电子技术课程知识为基础，具有较强实践性、工程性的专业课程。将数字电路设计从简单元器件单元电路设计，EWB软件仿真提到了更高一级的可编程操作平台上，进一步巩固和提高学生电子电路综合设计能力。但是，传统的教学模式是将两门课程分开，先上数字电路，后上EDA技术，分两学期授课。这样的教学模式存在弊端，减弱了课程之间的联系，降低了学生对数字电路理论的认识程度。通过对EDA技术课程的教学改革，以实训的方式采用项目教学法，使学生在较短的时间内掌握EDA技术基础及其实验系统，从数字系统的单元电路，如译码器、计数器等入手，加深对数字电路基础理论的认识，逐渐完成数字系统设计。

1. EDA技术及其在教学中的应用

1.1 EDA技术

EDA技术即电子设计自动化(Electronic DesignAutomation)是以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果而形成的一门新技术毕业论文格式，是一种能够设计和仿真电子电路或系统的软件工具。采用”自顶向下”的层次化设计，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路（ASIC）实现，然后采用硬件描述语言（HDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。图1为一个典型的EDA设计流程。

图1 EDA设计流程图

1.2 EDA技术在教学中的应用

在教学过程中，EDA技术利用计算机系统强大的数据处理能力，以及配有输入输出器件(开关、按键、数码管、发光二极管等)、标准并口、RS232串口、DAC和ADC电路、多功能扩展接口的基于SRAM的FPGA器件EDA硬件开发平台，使得在电子设计的各个阶段、各个层次可以进行模拟验证，保证设计过程的正确性。从而使数字系统设计起来更加容易，让学生从传统的电路离散元件的安装、焊接、调试工作中解放出来，将精力集中在电路的设计上。同时，采用EDA技术实现数字电路设计，不但提高了系统的稳定性，也增强了系统的灵活性，方便学生对电路进行修改、升级，让实验不在单调的局限于几个固定的内容，使教学更上一个台阶，学生的开发创新能力进一步得到提高。

2.课程教学改革实施

2.1课程改革思路

课程改革本着体现巩固数字电路基础，掌握现代电子设计自动化技术的原则来处理和安排EDA技术教学内容。打破传统的从EDA技术概述、VHDL语言特点、VHDL语句等入手的按部就班的教学方法，以设计应用为基本要求，开发基于工作过程的项目化课程，以工作任务为中心组织课程内容，让学生在完成具体项目的过程中来构建相关理论知识。将EDA技术分为四个方面的内容，即：可编程逻辑器件、硬件描述语言、软件开发工具、实验开发系统，其中，可编程逻辑器件是利用EDA技术进行电子系统设计的载体，硬件描述语言是利用EDA技术进行电子系统设计的主要表达手段，软件开发工具是利用EDA技术进行电子系统设计的智能化的自动设计工具,实验开发系统则是利用EDA技术进行电子系统设计的下载工具及硬件验证工具。采用项目化教学方法，以实训的方式展开，让学生在“学中做，做中学”。

2.2课程改革措施

以电子线路设计为基点，从实例的介绍中引出VHDL语句语法内容。在典型示例的说明中，自然地给出完整的VHDL描述，同时给出其综合后的表现该电路系统功能的时序波形图及硬件仿真效果。通过一些简单、直观、典型的实例毕业论文格式，将VHDL中最核心、最基本的内容解释清楚，使学生在很短的时间内就能有效地掌握VHDL的主干内容，并付诸设计实践。这种教学方法突破传统的VHDL语言教学模式和流程，将语言与EDA工程技术有机结合，以实现良好的教学效果，同时大大缩短了授课时数。表1为课程具体内容及实训学时分配。

 

能力

目标

学习情境

项目载体

课时

QuartusⅡ开发工具使用能力

QuartusⅡ开发环境、实验系统

二选一音频发生器设计

6

VHDL语言编程能力

VHDL语言基本结构

计数器电路设计

6

VHDL语言并行语句

8位加法器设计

8

VHDL语言顺序语句

7段数码显示译码器设计

8

VHDL语言综合运用

数控分频器的设计

8

层次化调用方法

4位加减法器的设计

4

综合开发调试能力

8位16进制频率计设计；

十字路通灯设计；

数字钟设计；

波形信号发生器设计，等。

(任选一题)

20

总计