集成电路与集成系统第1篇

【关键词】集成电路;测试管理系统;开发;利用

伴随着科学技术的不断发展，半导体集成电路也出现了日新月异的变化，结构复杂、大规模、速度快、功能多的电路逐渐得到有效开发，半导体制造工艺技术逐渐完善，其中尤为特别的是数字电路变化。基于此种形势下，对集成电路测试提出了更高的要求。在以往测试软件编制中，程序主要以测试流程为导向，坚持自上至下原则进行排列，将程控指令、测试参数、测试结果等都纳入文本测试软件中，这种编程面向过程，语法规则特定。但工程师必须要具有一定的编程技能，由于编程过程复杂，自动化测试不具高效性、快速性和同步性。目前，伴随着半导体技术的不断进步，图形化编程语言编程为工程师提供一个有效的可编程平台。笔者主要综合自身多年来在半导体企业从事集成电路测试工作实践和管理经验，深入探究集成电路测试系统管理及其开发应用，旨在实现集成电路测试精细化管理的要求和行业可持续发展。

1.集成电路测试设备及配件概述

1.1 集成电路测试设备功能分析

针对集成电路测试设备及功能而言，主要体现在四个方面：

（1）测试机。测试机主要参考因素包括硬件架构端子数、操作系统环境、时钟速度、程序开发工具、应用程序等，早期测试机多以C、Pascal等程序语言为开发工具，目前VB应用广泛，各种辅助应用程序为测试工程师提供了发展时机;

（2）晶圆针测机。目前，四寸至十二寸晶圆均经针测机在晶舟与测试机间进行存取，此种设备对机械自动化、结构精密度、运转稳定度要求较高;

（3）器件分类机。分类机主要执行测试机与集成电路成品间的电性接触，按照测试程序中定义结果进行分类;

（4）预烧炉。早期预烧炉主要提供预烧条件中所需电流、偏压、波形电路机制，目前主要以封装类型为依据来进行设计，对被测器件具有承载作用。

1.2 集成电路测试机原理

测试机多由高性能量测仪器构成，而测试系统属于测试仪器与计算机控制的综合体。计算机控制主要是经由测试程序执行指令集对测试硬件进行控制，最终由测试系统提供测试结果。为保证测试结果的一致性，必须要对测试系统进行定期校正处理，一般应用校正芯片对测量仪器精准性进行验证。目前，多数测试系统可测试具有特定类别特征的集成电路，通用器件种类包括数字、内存、混合信号、模拟。一般而言，测试系统包括来源内存、捕捉内存、测试样本或扫描向量内存、端子电路，而测试方法主要采用施加与测量模式，通过设置测量范围、测量极限、设备性能参数而完成测试作业。

2.集成电路测试数据分析

为了开发集成电路测试管理系统，必须要详细分析现有的产品管理过程与测试流程，从而优化系统功能与框架设计。首先，要对现有产品测试数据进行统计分析。一般而言，集成电路测试生产线上具有4个左右的测试平台，每个测试平台对不同产品、测试参数所提供的测试数据、时间不尽相同。通常状况下，测试结果属于生产过程总体情况的直接反映指标，优化测试参数，能获取产品良率信息。在现阶段，由于测试参数较多，且各个参数间能产生不同程度的交互效应，最终影响统计性质。目前，就测试统计工具分析方法而言，主要包括两种：一是比较分析，二是相关性分析。譬如在不同条件下，可对每片晶片测试参数进行比较分析，观察测试参数之间的差异性。同时，可将测试参数与WS数据、测试数据、iEMS数据进行相关性分析，寻找相关性诱因。以上两种分析方法均在明确现有历史数据对产品设备、生产状况的影响下进行。应用现有数据预测产品特征，考虑到测试问题具有复杂性，工程师往往无法对测试结果的准确性进行优化判断。

在实际分析过程中，可综合多种统计手段来进行分类效果预测。具体而言，必须要注意四个问题：

（1）明确好坏组。基于掌握历史测试数据的基础上确定好坏组分组规则;

（2）对测试参数进行删选。择取与另一平台测试数据具有相关性的测试参数，并进行集合，在此基础上择取好坏组间差异显著的测试参数;

（3）对主成分进行综合分析。针对具有差异性的测试参数而言，必须要作正交化处理，将测试参数间的交互作用及时消除;

（4）判别分析。对待预测晶圆至好坏两组距离进行计算，应用具有统计学意义的Mahalanobis距离将常用远近距离进行替代，并将其归纳到距离近的那组，实现分类目标。此流程可优化最终结果，同时在研究过程中还可运用判别分析、分析流程等筛选方法。

3.集成电路测试管理系统设计

3.1 集成电路测试系统数据库概念与逻辑设计

针对集成电路测试系统数据库概念设计而言，主要包括四类方法：一是自顶向下，二是自底向上，三是逐步扩张，四是混合策略。就测试管理开发而言，主要应用自底向上方法，即首先勾画局部概念结构，并将各个局部进行集合，最终获取全局概念结构。于构建概念模型前，必须要深入分析需求分析中形成的数据，把握数据实体属性，构建实体间关系。在数据库开发时期，开发环境择取Web应用框架（Django），按照系统情况，于数据流图中择取适当数据流图，每部分均与一个局部应用相对应，联系各个局部数据流程图，检查概念模型图设计的精准性。

概念结构属于数据模型的基础，为了达到测试管理系统要求，要将概念结构转化为数据模型。在数据库管理系统中，通常只支持网状、关系、层次三种模型中的某一具体数据模型，导致各个数据库管理系统硬件具有局限性。因此，在逻辑结构设计中，首先要对概念结构进行转化，促使其常用网状、层次模型，并基于特定数据库系统辅助下，促使转化为数据模型。同时，数据库择取MySQL，降低总体拥有成本。

3.2 集成电路测试系统数据库物理设计

就集成电路测试系统数据库物理设计而言，首先要明确数据库物理结构，再对其进行综合评价，其内容主要包括三个方面：

（1）数据储存结构。在对数据存储结构进行评价时，要将维护代价、存取时间、空间利用率作为考虑因素。一般而言，将冗余数据消除，能有效节约存储空间，但易增大查询代价，故要权衡利益，择取折中方案。MySQL属于关系型数据库，聚簇功能强大，为了保证查询速度，可将属性上存在相同值的元组进行集中，存入物理块中;

（2）数据存储位置。在开展数据库物理设计时，可将MySQL数据库中的用户表空间与系统文件相对应的数据存入磁盘驱动器中，以达索引与数据库软件、表分类存放目的。针对MySQL数据库而言，可将不同用户建立的表进行分类存放，可最大限度地优化数据库;

（3）数据存取路径。在关系数据库中，要明确存取路径，寻找索引构建方法。索引作为一种数据库结构，主要包括三种形式：一是簇索引，二是表索引，三是位映射索引。在MySQL数据库中，利用索引可提高聚集中数据与表检索速度。科学应用索引，能降低磁盘I/O操作次数。

4.集成电路测试管理系统的实现与开发利用

4.1 集成电路测试数据输入

在测试生产线上，由于每天都会出现大量的晶圆测试作业，故针对产品测试管理系统来讲，必须要将晶圆信息输入到相应数据库中，便于后续功能操作的实现。在现有测试生产线上，一部分产品信息可实现自动输入，譬如每片晶圆均存在自身产品批次与编号，于晶圆制造中可将此类信息标记在晶圆表面上，经由晶圆针测机自动识别装置进行读取。待读取完毕后输入到相关的测试结果中。而就其它无法自动输入信息而言，譬如测试接口、针测卡、测试设备等信息，必须要进行手动输入。

基于把控生产线实际状况的基础上，每名录入员均需进行班组个人生产日报的录入，工作量相对较大，同时考虑到系统实际需要，于每2小时需要进行一次数据录入，故必须要重视录入速度。当数据被录入子菜单时，其每页面设计必须要采用Django的第三方控件，利用其强大功能以达无鼠标操作目标。从本质上来讲，输入员将该子页面打开后，仅有键盘可进行输入操作，方便较为快捷，与用户实际需求吻合。

4.2 集成电路测试结构文件上传

针对集成电路测试管理系统而言，必须要将测试设备工作站所定义的测试结果文件输入数据库，最终才能构成数据分析报表。待晶圆测试完毕后，测试设备将构成晶圆测试结果的文件转变成一个传送信号，上传到数据库服务器，而服务器会依据文件发送信头，最终接纳测试结果文件。

针对测试管理系统为而言，为了确保其传送速度，本文研究中实现了三个方面的优化处理：

（1）针对测试结果文件传送而言，主要应用实时传送原则，即传送时机择取为测试结果文件组成后，对以往分批次传送方式进行了优化补充。从整体上来讲，有助于预防文件过大而促使传送速度滞后，对服务器正常运行具有一定的辅助作用;

（2）文件上传后并未直接植入数据库中，而是暂时存入原始数据暂存器中，有助于防止某些无效格式测试结果文件被上传。譬如在测试中存在了人为中断现象，而诱导某些测试数据最终转变为冗余数据。经由原始数据暂存器剔除此类无效格式文件，能最大限度地确保数据库文件的精准性。此外，经由原始数据暂存器对测试结果文件权限进行整合配置。譬如在存储过程中可允许访问统计结果，不允许访问某些重要数据。从某种角度上来讲，极大地提高了数据库的安全性;

（3）针对测试管理系统开发而言，主要采用存储过程进行统计，包括生产盘存月报、生产日报、周报、月报、季报、年报、设备异常报警率、生产良率表等。基于应用程序界面上，分开统计功能与查询功能，应用统计功能对存储过程进行调用，基于服务器端作用下对信息开展各类汇总作业，并录入历史存表中。而利用查询功能自历史表中对已计算数据进行调用，完善了系统性能，增强了查询效率。

4.3 集成电路测试在线预警、测试数据查询与分析

就集成电路测试在线预警功能模块而言，主要因测试生产线工程师少，在测试过程中，无法及时发现出现的误测或不良测试，为测试工程师及早发现问题提供了有力的帮助。而针对集成电路测试数据查询而言，该模块主要考虑到用户对生产线实时数据具有查询需求，涵盖产品负责人、芯片产品、测试日期、测试站点等信息。同时，数据查询模块还可查询各类良率分析报表，其中查询功能与统计功能单独使用，有助于用户自主选择，其查询内容涵盖测试平台比较报表、良率分析年报、季报、月报、日报等。

5.结束语

综上所述，本文主要以集成、高效、全方位、先进企业管理要求为出发点，进行集成电路测试管理系统开发设计，旨在提升集成电路企业管理水平，增强市场核心竞争力，对半导体测试行业中的企业生产管理系统具有至关重要的作用。在实际开发过程中，由于对现有测试生产线上出现的测试数据无法全面管理，故无法深入分析影响集成电路测试生产效率提高的因素，因此在前期做了大量设备与测试方法研究。在测试管理系统数据库设计完成时，以前台开发工具（Django）、后台数据库（MySQL）为导向，开发了与用户操作需求的吻合的集成电路测试管理系统。在整体开发过程中，立足于数据库并发控制、查询优化等技术难题角度，确保了高效查询速度与数据操作的完整性，最终集成电路测试管理系统实现了五个功能，包括测试数据录入、测试结果文件上传、产品测试在线预警、数据查询与分析和测试运行相关报表生成，与企业信息化、自动化、精益化管理需求相一致，具有较大的应用前景。

参考文献

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集成电路与集成系统第2篇

关键词：集成电路设计；CDIO；卓越工程师计划

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2013）02-0042-02

自2000年CDIO 工程教育理念被提出以来，国内外诸多高校加入到CDIO合作计划中，并积极投入到CDIO教学模的开发和完善中。随着CDIO教学理念逐渐被社会认同，CDIO模式在全世界以MIT为首的几十所大学开始操作实施，并取得了显著成效。自2005年汕头大学首先引进CDIO工程教育培养模式到我国以来，各工科院校相继开始研究和实践基于CDIO理念的人才培养模式，形成了多样化的CDIO，所涉及的课程领域也越来越广泛，如自动化专业、计算机专业、软件工程等专业。

集成电路设计专业是我国新型专业，具有门槛高、内容新、发展快、属于交叉学科、与产业联系紧密、实践性强等突出特点。对学生运用知识解决问题的能力、总结实践经验发现新知识的能力、团队工作的能力、与人沟通和交流的能力以及创新能力有很高的要求。到目前为止，还没有任何高校进行集成电路设计与集成系统专业CDIO培养模式的研究与实践。研究和实践该专业的CDIO培养模式，对哈尔滨理工大学切实作好该专业工程教育，改革哈尔滨理工大学工程教育模式，开展教育部“卓越工程师计划”具有重要意义。

一、集成专业实施CDIO培养模式的必要性及面临的问题

集成电路作为信息产业的基础和核心，是国民经济和社会发展的战略性产业，在推动经济发展、社会进步、提高人民生活水平以及保障国家安全等方面发挥着重要作用。传统教育模式不能适应该专业对人才培养的要求，找到一种适合该专业的特点和我国国情的工程教育模式是我国集成电路产业和集成电路设计与集成系统专业更快、更好发展的必要条件。CDIO工程教育模式包括：构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）。它是“做中学”和“基于项目的教育和学习”的集中体现，以产品的生命周期为载体，让学生理论和实践有机结合。本专业自顶向下（Top -Down）设计的流程可以主要概括为四个大的部分：理念（Idea），设计（Design），实现（Implement）和验证（Verify）。可见，二者从形式到内容上不谋而合。CDIO工程教育模式很适合在本专业实施。

按照CDIO工程教育理念的要求，在本专业实施CDIO模式需要解决以下问题。1.如何将“卓越工程师计划”与CDIO理念有机结合，制定出以“卓越工程师”为培养目标，以CDIO理念为指导思想的本专业CDIO培养模式；2.如何在教学计划和教学实践中围绕项目设计将相关课程有机联系起来，并规划和设置独具特色的构思、设计、实施、运行项目（CDIO 项目），应如何设置CDIO 项目，设置多少个，哪些课程需要设置等问题；3.如何将“做中学”贯彻到整个本科教学过程中，加强学生的实践与动手能力；4.如何制定科学合理的考核机制；5.如何尽快提高教师的个人能力使之胜任CDIO课程体系的教学模式；6.如何实现理论学习的实践操作局部化与整体化的统一。

二、CDIO培养模式的实践方法

为了切实做好本专业CDIO培养模式的实践。在制定和实践CDIO培养模式时应与时俱进，抓住“卓越工程师计划”的有利时机，充分与其相结合。切实做好实施CDIO的四个主题：一是课程改革，以产业需求为导向，以完成项目来设置课程、安排教学计划；二是不断提高教师的教学水平，科学合理设置该专业的CDIO项目；三是以本专业的专业方向课为出发点，逐步开展CDIO课程实践；四是进行评价体系改革，注重对实践能力、创新性技能的考核。

（一）课程改革

按照CDIO大纲要求对构思、设计、实施、运行系统的能力这四个目标进行细化，建立二级指标和三级指标，并以现行大纲为基础，找出差距，针对具体问题进行课程改革。为确保改革切实可行，学院成立CDIO工程教育改革委员会，组织全院教师集体学习和研讨CDIO 理念、CDIO 培养大纲、教育框架和标准，明确今后的改革方向和主要任务。

（二）不断提高教师的实践能力

CDIO模式是融于产业发展，并与产业发展同步的工程教育模式。切实实践该工程教育模式，就要不断提高教师的实践能力，使其成为“双师型”教师。不仅要有扎实的理论基础，还应该具备丰富的实践经验。为此，我院采用“请进来”与“走出去”相结合的方式，请有经验的工程师到校任课，派年轻的教师到企业中实习。另外，我院还定期举办CDIO研讨会，让教师参与讨论，让成功的教师分享其实践经验，以便其他教师学习借鉴。加强与集成电路产业紧密合作，发挥校企合作优势，与企业共同建立适合本项目实施的案例库。

（三）专业方向课中进行CDIO 课程实验，逐步推广

为使改革稳妥进行，也为今后全面推广CDIO模式提供经验。在集成电路设计与集成系统专业选择几门专业方向试点课程进行初步探索，总结经验，逐步向其他课程推广。在教学方面实施探究式学习和主动实践学习，提高学生学习的方向性和主动性。学院CDIO 工程教育改革领导小组、教学委员会和试点课程任课教师有计划、有目的的就试点课程的授课方式、效果、学生的反映以及存在的主要问题等方面进行研讨和总结。

（四）改善评价体制，注重对实践能力的考核

改变以考试为中心、以死记硬背为基础的考试制度，实行考试方法多样化，考试评价标准多元化。考核方式必须突破原来比较单一的模式，引入形式多样、灵活科学的考核手段。

三、目前取得的研究成果

在实际操作中采用顶层设计、模块化的改革方式，对集成电路设计与集成系统专业进行探索式的教学改革，目前已取得了部分成果。

（一）制定集成电路设计与集成系统专业CDIO

培养模式

在现有研究基础上，按照CDIO国际组织制定的标准，结合本专业的实际情况，制定了本专业的CDIO培养模式。具体包括：以“卓越工程师计划”中的培养目标和规格为该模式的培养目标和规格；建立以CDIO理念为基础的教学方式、方法及管理和评估制度。如果以简化的公式表示，即：目标（“卓越工程师”）+过程与方式：基于CDIO的“（教学内容和课程+管理和评估制度+教学方式和方法”。

（二）制定本专业基于CDIO理念的人才培养方案

目前本专业的CDIO工程模式教学改革已取得一定的成绩，已形成两个一级CDIO项目、三个二级CDIO项目和四个三级CDIO项目。设置两个一级CDIO项目：以“认识实习+专业导论”为第一个一级项目，学生在教师指导下，了解本专业的核心内容与实际产品的关系；熟悉集成电路产业链；掌握集成电路设计的基本工艺流程；建立起与专业相关的整体概念。“生产实习+毕业设计”为第二个一级项目。设置三个二级CDIO项目：由信号与系统、数字信号处理、数字IC设计、集成电路逻辑综合技术、集成电路设计验证技术、布局与绕线等课程构成的数字集成电路设计项目；由数字电路及逻辑、ASIC设计、嵌入式系统设计、FPGA结构与设计等课程构成的嵌入式设计项目；由电路理论、电子电路、集成电路工艺、模拟IC设计、版图设计等课程构成的模拟集成电路设计项目。在四门课程中设置三级CDIO项目：版图设计、数字信号处理、数字IC设计、逻辑综合。

（三）制定基于CDIO理念的课程大纲

参照CDIO 大纲并结合我国工程领域的实际情况，系统制定该专业专业课程的CDIO 课程大纲。大纲制定要着重考虑课程概述及相关课程的关系、课程教学对象与教学目的、课程内容、学时分配及主要的教学方法、实践环节的要求、课程考核等方面的问题。每门课程大纲的制定除了要充分体现CDIO理念，还要考虑与相关课程及项目之间的关系。所制定的大纲应包括：基本理论知识、个人能力和职业技能、人际交流与合作能力，在企业和社会环境中构思、设计、执行和使用各种系统的能力。按照以上要求制定了CDIO课程大纲制定的模板及制定标准。

（四）建立基于CDIO理念的教学运行机制

为了改变传统的应试教育的填鸭式方式，避免出现学生“上课记笔记，课后整理笔记，考前背笔记，考完就忘记”的现象。以CDIO 培养理念为指导，哈尔滨理工大学软件学院建立了学习效果评估机制，完善现有评价体系；建立新的教学计划、教学方法和考核方法。如考核方式突破原来比较单一的模式，引入科学的、形式多样的考核手段。注重实践环节的考核，使学生真正理解消化所学知识，使其所学知识“内化”。

集成电路设计产业发展是衡量现代社会发展水平的重要标准。集成电路产业的发展归根结底是人才的培养。人才的培养要依赖于科学的、行之有效的人才培养模式。本文以CDIO理念为指导思想，以实施“卓越工程师计划”为契机，对我校集成电路设计与集成系统专业CDIO人才培养模式进行了探讨。根据哈尔滨理工大学该专业的实际情况和现有条件对该专业进行CDIO培养模式改革，并将现有改革成果做了详细说明，对该专业CDIO培养模式的进一步研究与实践奠定了基础。

参考文献：

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集成电路与集成系统第3篇

关键词：液压监测；CPU226；LM331；高速计数器；V/F变换

引言

液压传感器是工业液压监测中最为常用的一种传感器，能将液体压力信号转换为直流4～20mA或直流0～10V电信号输出，在工业自动控制中通常配合专用模拟量输入模块应用于可编程序控制系统（PLC）。然而模拟量信号在传输过程中容易受到数字量信号、交流输入信号、外部强干扰源等的干扰，模拟量受干扰已经成为了自动控制系统的一个难题。基于此笔者提出了一种基于LM331集成电路的液压监测系统，将液压传感器输出电压信号转换为高速脉冲的数字量信号输出到PLC，既能够实现液压的实时检测，同时有效地解决模拟量抗干扰问题。

1 LM331集成电路简介

LM331是美国NS公司生产的性价比较高的集成芯片，是一种非常理想的精密电压/频率转换器，可用于制作简洁、低成本的模数转换器。当作为压/频转换器使用时，LM331输出脉冲链的频率精确度与输入端施加的电压成比例变化，体现了压/频转换器的特有的优势，可轻松应用于所有的标准压/频转换场合。LM331为双列直插式8引脚的芯片，结构框图如图1所示。

LM331各引脚功能如下：管脚1是脉冲电流输出端，内部相当于脉冲恒流源；管脚2是用于调节输出端脉冲电流幅度；管脚3是脉冲电压输出端OC门结构，输出脉冲宽度Tw；管脚7是提供给比较器的基准电压；管脚8是工作电压范围为4～40V的电源Vcc。LM331集成电路线性度好、外接电路简单、非线性失真小、变换精度高，数字分辨率可达12位，并且容易保证转换精度。

2 液压监测系统架构

为了提高模拟量的抗干扰能力和节约成本，本液压监测系统使用基于LM331的V/F变换电路作为模拟量采集电路。液压传感器将接受到的压力信号转换为0～10V的直流电压信号，直流电压信号再通过V/F变换电路变换为脉冲信号，PLC接受到脉冲信号后，经过运算处理可采集到液压的实时数据，系统架构框图如图2所示，考虑到所选用的PLC有6组高速计数器，系统最大可同时采集6组液压数据，每一组数据都是脉冲信号，可以远距离传输而不受干扰。

3 液压监测系统硬件设计

液压监测系统需使用电压/频率转换器进行采样，为了节约成本，在不牺牲采样精度的条件下，本系统使用了V/F转换器LM331集成电路芯片组成的A/D转换电路.V/F转换器LM331芯片能够把电压信号转换为频率信号，而且线性度好，经过PLC处理，把频率信号转换为数字信号，可以完成A/D转换。它具有接线简单，价格低廉，转换精度高、使用方便等特点。

3.1 模拟量采集电路设计

系统模拟量采集电路设计为压频转换电路，如图3所示，LM331采用单电源供电，电源电压Vcc为15V，模拟信号Vin的输入范围为0V～10V，模拟信号Vin通过LM331芯片进行V/F转换后，变成与电压成正比的频率信号fout=（VIN/20.9V）×（RS/RL）×1/RtCt，fout端输出的频率信号送到PLC的计数端口，PLC对频率信号进行采集、处理、存储。从而实现模拟信号到数字信号的转换。

在电源与第7脚之间连接有电阻RIN为100k？赘，因此第7脚的偏置电流将抵消第6脚失调电流所起的作用，用于减少频率偏移。连接在第2脚的电阻RS由12k？赘的固定电阻和5k？赘电位器组成，用于调整LM331的增益偏差及Rt、RL和Ct的偏差。电容CIN作为VIN的滤波器取值为0.1uF，连接在第7脚和地之间，输出比较器较高的线性度取决于电路中47k？赘的电阻和1uF的电容CL产生的

差效果。电路所有的元器件都选用温度系数低，参数稳定的元器件，如金属膜电阻和陶瓷NPO电容等，能使模拟信号采集得到最佳效果。

3.2 PLC信号采集电路设计

本系统选择的PLC是西门子S7-200系列PLC中的典型产品CPU226，其集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至256路数字量I/O点或64路模拟量I/O点。24K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。

液压传感器模拟量信号通过V/F变换电路处理后输出脉冲信号是数字量，本系统设计利用西门子CPU226高速计数器的输入点I0.0～I0.5直接采集V/F变换电路的输出脉冲信号，进而用CPU226程序对信号进行处理，信号采集电路如图4所示，能较好地解决模拟量在电磁环境下易受干扰的问题。

4 系统程序设计

本系统选用的可编程序控制器CPU226有HSC0-HSC5共6个高速计数器，本系统设计将V/F变换电路的输出脉冲信号送入高速计数器HSC1的输入端，用于累计脉冲数，，控制高速计数器累计脉冲的时间通过设置定时中断的间隔时间来实现，根据累计脉冲数与预置的间隔时间，计算出被测模拟量值。

以液位测量为例子，首先把液位设定在100mm，读取每100MS的脉冲数H1，再把液位设定在200mm，读取每100MS的脉冲数H2，通过公式计算可以求得每mm对应的脉冲数X=主程序在第一个扫描周期调用初始化子程序SBR0，仅在第一个扫描周期标志位SM01=1。由子程序SBR0实现初始化。

要使高速计数器能正常工作，设置正确的参数是关键。首先要激活HSC1，设置正方向计数，可更新预置值（PV），可更新当前值（CV），把高速计数器HSC1的控制字节MB47置为16进制数FC。采集信号的高速计数器不需复位或启邮淙耄也没有外部的方向选择，因此用定义指令HDEF设置成工作模式0。然后将定时中断0间隔时间SMB34置为100ms，中断程序0分配给定时中断0，并允许中断，当前值SMD48复位为0，预置值SMD52置为FFFF（16进制）。最后用指令HSC1启动高速计数器，每100ms调用一次中断程序0，读出高速计数器的数值后，将其置零，通过HSC1计数值及变换关系来求被测的液位值。

5 结束语

基于LM331集成电路的液压监测系统运用LM331实现A/D转换，具有电路简单、测量精度高、抗干扰性强，运行可靠并且转换位数可调的特点，能够实现对液压进行实时检测，可以节省大量的成本， 因此在液压监测中具有广泛的应用前景。当然， 基于LM331集成电路的液压监测系统只是液压监测系统的一种， 使用者可以根据现场环境、精度的要求和成本的控制来选择合适的液压监测系统。

参考文献

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集成电路与集成系统第4篇

【关键词】电路板 自动测试系统 开发设计 开发模式 功能结构

在自动测试系统的开发设计中，为保证开发设计的测试系统在实际中的应用实现，需要结合系统测试的相关要求与标准，同时采用开放式的系统结构进行开发设计。本文在进行基于电路板自动测试系统的开发设计中，主要结合电路板测试系统的功能结构需求，通过测试程序集的开发设计环境和实际应用条件，进行测试系统的开发设计实现，使得开发设计的电路板自动测试系统不仅具有较为突出的通用性，并且具有开放式软件结构，再加上测试方法库以及简洁的测试树开发界面的开发设计应用，很大程度上也提高了测试程序集的开发效率，同时由于测试系统中的多媒体信息查询功能，使系统的故障检测与隔离处理也相对比较方便，在实际应用中具有较为突出的优势。

1 电路板自动测试系统及其功能需求分析

在实际应用中，电路板自动测试系统主要是进行电子设备中各类型电路板故障问题的检测与隔离应用的系统，通常情况下，电路板自动测试系统进行测试的电路板类型主要有模拟电路、混合电路、数字电路和射频电路等，其在电子设备的生产调试中也有应用实现。结合电路板自动测试系统在实际中的应用，主要有专用的电路板自动测试系统和通用电路板自动测试系统，其中，通用电路板自动测试系统已经成为当前电路板测试开发应用与设计的主要方向。通用的电路板自动测试系统主要由硬件系统以及软件系统两个部分组成，其中软件系统包括测试程序集的开发与执行两个部分构成，测试程序集开发环境主要是进行各种电路板自动测试系统的开发调试，而测试程序集执行环境则是用于测试程序集的执行，以进行电路板故障检测与隔离实现。

结合上述对于电路板自动测试系统的功能结构分析，在进行电路板自动测试系统的功能需求分析中，主要是对于电路板自动测试系统中的软件系统两个结构部分的功能需求进行分析，根据上述可知电路板自动测试系统软件系统主要包括测试程序集开发环境与测试程序集执行环境两个部分。结合电路板自动测试系统在实际中的开发应用，其软件系统中的测试程序集开发环境在开发设计过程中，通常需要满足以下功能和作用。首先，测试程序集的开发环境需要适应不同电路板的测试程序集开发，包括数字电路以及混合电路、模拟电路等；其次，测试程序集开发环境还需要满足测试程序集能够独立于测试程序集执行环境进行开发设计；再次，测试程序集开发环境在系统开发设计中还需要满足符合相关要求标准以及具有集成开发环境的功能作用等，以满足电路板自动测试系统的开发设计与应用需求；此外，测试程序集开发环境在电路板自动测试系统的开发设计中，还需要进行基于模板的测试程序集的开发向导功能满足和提供，并进行通用测试方法库的满足提供，并且测试程序集的集成开发环境能够对于电路板自动测试系统中的不同硬件配置进行适应满足，还能够实现测试报告的生成实现，同时具有用户管理功能等，以满足电路板自动测试系统在实际开发设计与应用中的功能需求。

此外，进行电路板自动测试系统的开发设计中，还需要对于系统软件结构中的测试程序集执行环境的功能需求进行分析。通常情况下，电路板自动测试系统的测试程序集执行环境需要具备以下功能作用。首先，测试程序集执行环境对于不同电路板的测试程序集的开发设计具有通用性，同时测试程序集执行环境还能够实现系统的故障检测与隔离；其次，电路板自动测试系统中的测试程序集执行环境还需要具备多媒体和硬件资源管理功能，并且能够实现测试程序集的管理以及测试报告生成，最后测试程序集执行环境还具备与开发环境相同的用户管理功能。

2 电路板自动测试系统的软件结构分析

结合上述对于电路板自动测试系统结构组成的分析，其中系统的软件结构主要由测试程序集开发环境和执行环境两个部分组成，其中，电路板自动测试系统软件测试程序集开发环境结构，主要由测试程序集开发环境主控模块以及测试树开发环境、测试程序集方法库、测试程序集数据生成模块、故障隔离与多媒体等结构模块组成，其中，测试程序集开发环境的主控模块主要是进行测试程序集工程创建以及管理、模块调用、系统硬件资源管等，而测试树开发环境则是一个图形界面的开发环境，能够实现系统测试与故障检测的编辑以及调试、编译等功能；此外，测试程序集方法库是进行各种测试功能的动态连接的数据库。

其次，电路板自动测试系统的软件测试程序集执行环境主要由测试程序集执行环境主控模块和测试树执行环境两个结构部分组成，它主要是进行测试程序集执行应用，以实现对于电路板故障问题的检测和隔离。

在开发设计中，为满足开发设计系统在实际中的通用性，需要将测试程序集的测试程序与执行环境进行分离实现，并将分离出来的测试程序设置成动态程序进行调节应用实现。

3 结束语

总之，进行基于电路板自动测试系统的开发模式内容与思路分析，有利于促进电路板自动测试系统在实际中的开发设计与应用实现，具有积极作用和价值意义。

参考文献

[1]高晓燕,丁国君.基于LabVIEW的制动控制单元自动测试系统的开发[J].电子技术应用,2013(10).

[2]郭甲阵,谢华,兰京川.基于虚拟仪器的雷达电路板自动测试系统[J].仪表技术与传感器,2011(02).

[3]刘涛,姜文志,张丽萍.基于LASAR仿真的数字电路板故障诊断[J].弹箭与制导学报,2010(02).

作者简介

张家森（1976-），男，山东省寿光市人。大学本科学历。现为国电南瑞科技股份有限公司工程师。主要研究方向为电力系统自动化方向。

集成电路与集成系统第5篇

【关键词】电力 系统 集成 保护

一、集成保护的概念及构成

“集成保护”是指将变电站全部信息集成于一个计算机系统中，形成可靠、灵活、多样互补的集中式保护系统，保护变电站内多个独立设备的同时，集成保护还可包括控制功能，是保护控制一体化装置。变电站内的所有设备、进线出线的保护集中由一个计算机保护系统实现，为保护系统的安全可靠性，计算机保护系统采用完全的双冗余配置。

集成保护系统主要由三大部分构成：（一）接口单元：接口单元可按变电站内二次系统的集中情况集中或分布设置，通过大容量的光纤网络将测量控制单元的数据实时传送至集成保护单元。（二）光纤网：应用光纤以太网作为集成保护的通信网络，为保证可靠性采用环网或双冗余结构，同时可使用标准的网络通讯协议，使接口单元或合并单元、集成保护与系统间实现无缝通信。（三）集成计算机继电保护单元：集成继电保护的功能在大型机上实现，通过网络接收到来自变电站各地的测量信息，并通过通信网与各相关变电站交换信息。集成保护通过各种传感设备，采用软硬件相结合的方法，同时获取变电站内的多处信息，在实现各独立保护功能的基础上，各保护功能之间易于协调配合，集成保护可以集成传统保护原理，也可产生新的保护功能，提高保护的整体性能。

二、电力系统的集成保护与控制方案

（一）基于过电流原理的配电系统集成保护方案

基于过电流原理的配电系统集成保护安装于变电站，与该变电站所有母线的进出线上各CT相连，该保护还与连接母线的PT相连接以便于进行方向的测量。该方案以过电流原理为基础，既有传统保护功能，又赋以新的保护功能特性，包括了瞬时跳闸单元，相继加速跳闸单元以及分别直接跳闸单元等多个环节，从而构成新型的三阶段保护，构成新型的三阶段保护，其中第一、二阶段做主保护，第三阶段作后备保护。

基于电流原理的集成保护系统包括故障线路选择单元、基于过电流定值的瞬时跳闸单元、纵联通道跳闸单元、无通道加速跳闸单元和INP直接跳闸单元，以及两个通信接口I、II。IOR继电保护安装于变电站，其中的“故障线路选择单元”确定与母线相连的故障线路，对于小电流接地系统该单元应具有单相接地故障选线功能，可利用传统的选线方法或新的暂态技术，由于集成保护信息较多，可产生新的方法更有利于寻找故障线路。

（二）基于电流差动原理的集成保护方案电流差动保护已经成为高压输电线的主要保护形式。电流差动保护只需要检测流入和流出保护区的不平衡电流，原理简单，选择性好，特别是随着光纤通信技术的发展，使得电流差动保护性能提高并得以广泛应用。目前，以GPS信号同步采样的数字电流差动保护在动作判据、通信系统等方面己基本满足保护系统的要求。在基于电流差动原理的集成保护方案中，输电线路主要有两大电流差动保护技术，分别是：电流纵差保护（LCD）和电流横差保护（TCD）。TCD技术可以由两个保护算法组成：电流平衡和横差方向算法，它能够为线路上的速断保护范围外发生的故障提供加速跳闸。LCD能够清除故障以保护整个输电线路，但需要昂贵的通信通道；TCD不需要通信通道，但不能为整个保护线路提供快速跳闸。因此对于双回线路，融合两种技术的继电保护装置能够为输电线路提供更好的保护方式。

集成电流差动继电器（ICD）安装在网络中的各个变电站的母线上，与包含变电站各出线CT的测控单元通过网络联接，并与远端线路末端的相邻变电站通信。保护执行纵差保护算法，并通过多个整定值的设置覆盖所有被保护线路，负责保护连接于变电站母线上的每条线路：由于能够测量到与母线相连的所有电流，那么该集成保护装置同时也可以保护母线。整个方案有先进的通信网络和协议的支持，每个ICD通过通信单元的多个通信通道与所有相关线路另一端的集成保护通信，以实现每条线路的电流差动保护。针对双回路或平行线路的保护，可在集成电流差动保护中包括TCD保护算法。集成保护装置中配以快速纵联电流差动保护算法作为每条双回线路的主保护，而当与远端联系的通信信道不可用时，则采用横差动算法作为线路的主保护用以保护两条线路，还可以集成由电流平衡和横差方向两个保护算法组成的TCD技术，为在被保护线路上的速断保护范围外发生的故障提供加速跳闸。ICD保护的电流差动算法负责完成所有相关的线路两端的差动计算。该方案基于先进的光纤通信网络的支持。变电站的测量、控制和通信单元等都通过以太网与集成保护连接，并可使用IEC61850标准通信协议。

三、基于多功能保护技术的集成保护方案

瞬时跳闸阶段。保护的功能主要包括电流保护、电流差动保护（当通信通道可用时）和距离保护。集成保护继电器装置中设置多重整定值以保护其相应的所有线路段和设备。如果故障发生在保护线路段的段范围内，电流差动就会发出瞬时跳闸命令，对于在距离段范围内的故障，距离保护也会发出瞬时跳闸命令。对于电流差动保护而言，当通信通道不可用，实现电流差动保护有困难，而距离保护的设置又存在问题时，电流方向保护也能够作为快速跳闸的主保护。与此同时，如果通信通道可用，继电器会发送方向信息给远端集成保护和集成网络保护单元。

参考文献：

[1]郑建超.未来电力技术发展的趋势。新华出版社，1998年.

集成电路与集成系统第6篇

为满足集成电路方面教学和科研的需要，同济大学电子科学与技术系以985三期实验室建设、教育部修购计划两项经费所购置的设备为主体，充分整合利用本系目前已有的设备，完成了一个覆盖完整的集成电路设计平台的构建。依托同济大学第8期实验教改项目的支持，电子科学与技术系在平台的应用方面进行了有益的探索：针对本科生实验教学完成了集成电路设计系列实验课程开设；在集成电路相关科研项目中进行了实际应用，为科研工作提供了良好的支撑。

【关键词】

集成电路；设计平台；实验教学；科研

进入21世纪之后，集成电路在我国相关产业及教育领域的重要性日益凸显。2000年6月，国务院了纲领性文件《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》（国发2000〔18号〕）[1]，明确了集成电路作为国家战略性新兴产业的地位。在其后的国家中长期科技发展规划等文件中，均将集成电路列为重要的发展方向，自此我国集成电路产业进入了蓬勃发展的时期。产业的快速发展必然需要科技和教育的配合。基于此原因，国务院科教领导小组批准实施国家科技重大专项—集成电路与软件重大专项，其后教育部、科技部决定在国内有相对优势的高等院校建立国家集成电路人才培养基地，分别于2003年、2004年及2009年分3批批准和支持20所高校进行人才培养基地的建设工作。笔者所在的同济大学为第2批建设的6所高校之一。

同济大学电子科学与技术系成立于2002年，历史较短，在集成电路方面的基础较为薄弱。但自成立之初便将集成电路设计列为最重要的教学与科研方向之一，参考国际知名高校以及国内兄弟院校的先进经验[2-4]，在课程设置等人才培养环节进行了积极的探索[5]。但是，集成电路设计强调工程设计实践，如果缺乏相应的设计平台，仅以理论知识为主，会导致培养出的学生与产业需求契合度不高。这也是诸多高校在集成电路设计的实验设置及实践环节进行教学改革和积极探索的原因[6-7]。我系也意识到亟须加强实践环节的相关建设。基于以上原因，我们充分利用985三期实验室建设、教育部修购计划两项经费的支持，在集成电路设计平台的构建方面进行了积极的尝试。

1建设方案与建设过程

1.1平台建设的基础依托985二期实验室建设、教育部修购计划两项经费为我系的教学改革提供了非常有力的支持，根据各个学科方向的统筹规划，分配约150万元用于集成电路及与系统设计相关的设备购置。购置的设备见表1、表2。除以上两部分设备之外，本系已经部分购置了与集成电路设计相关的设备，如Dell服务器、SUN工作站、各类测试与信号发生设备等。因此，我系已经初步具备了建设一个覆盖半导体器件制备与分析、集成电路设计与测试、系统级设计验证完整流程的专业实验与设计平台的基础条件。

1.2总体构想与平台规划基于上述基础硬件设备，我系在有限的场地资源中安排了专门的场地作为半导体器件与集成电路设计专业实验室，以支持集成电路设计平台的建设。将拟建设的半导体与集成电路设计专业实验室划分为4个功能区：服务器与中央控制区、集成电路设计区、集成电路分析与测试区、系统级设计与验证区。总体的规划如图1所示，功能与设备支撑概述如下。（1）服务器与中央控制区。主要空间用于放置3个机柜、承载两个机架式服务器（HP、Dell）、存储阵列（SAS15000RPM接口、初始配置7.2TB）、一个卧式服务器（超微）以及UPS电源、万兆交换机等供电和网络配件。需注意该部分噪声较大，故应与实验室其他功能区隔离。提供VPN、远程配置以及各类必要的服务，配置完整的EDA工具系统，覆盖集成电路设计全流程。（2）集成电路设计区。20个左右的工位，主要为HP工作站。具备两类工作方式：作为终端登录服务器系统使用；在服务器系统不能提供支持时独立使用。除工作站之外，配备2～3个文件柜、工具柜。（3）集成电路分析与测试区。主要功能为集成电路（晶圆、裸片、封装后芯片）的分析、测试。分析与测试系统以两套手动探针测试台（包括基座、卡盘、ADV显微镜）、超长焦金相显微镜（超长工作距离，2000倍放大）、4套微米级精确位移系统（包括探针、针臂、针座、线缆与接口）为主，并配备2台台式计算机以及信号发生器、稳压电源、逻辑分析仪1台、示波器1台，用作信号发生与记录、信号与图像采集功能。配备两个实验工具柜。（4）系统级设计与验证区。6个工位，配备2～3台计算机。考虑到面积有限，而该区功能较多，以多功能复用的方式设置工位的功能。该区的功能包括：①板级电路设计与测试。主要支撑设备为必要的计算机系统（软、硬件）。多台逻辑分析仪、示波器、信号发生器、万用表、稳压电源、必要的电子元器件及焊接设备等。②基于FPGA的系统设计。主要支撑设备为计算机系统（软、硬件）、4套Virtex-5FPGA系统。③嵌入式系统设计。主要支撑设备为计算机系统、3套VeriSOC-ARM9开发平台、多套PSoC开发套件、多套ARM开发套件、微控制器开发套件等。④集成电路系统级验证。与板级电路与测试共用各类设备。

1.3软硬件系统与设计流程构建基于新购买的存储阵列（NetApp）、服务器（DL380G7）、交换机（CISCO），并整合本系统原有的两台服务器（一台Dell机架式、一台超微立式），构成一个EDA开发服务系统。系统构建方面，我们进行了基于传统的EDA开发环境架构，以及基于虚拟化系统进行构建的两种尝试。存储结构上基于存储阵列，提供足够安全的冗余备份与保护。系统具备负载均衡功能。最终构建的系统可直接支持同一实验室内20台以上HP工作站的同时接入，并提供远程登录支持；以及通过同济大学校园网，提供外网的VPN接入支持。在硬件系统的基础上，我们安装配置了完善的EDA工具链，以提供覆盖全流程的集成电路设计支持。

2教学与科研应用

前述所构建的集成电路设计平台仅是基础的软硬件系统，如果要在实际的教学和科研工作中进行使用，尚需进行相关的课程大纲规划、实验方案设计以及实际的芯片设计检验。通过同济大学第8期实验教学改革项目的支持，我们在这些方面开展了一定的工作，主要包括以下两个方面。

2.1教学应用完成了实验方案内容建设，构建形成了一套覆盖集成电路设计全流程的实验方案，并兼顾半导体器件、集成电路测试；设计的系列实验应用于新开设的“集成电路设计实验”课程中，以丰富和扩展该门课程的实验内容，提高学生的学习积极性。该课程每周4学时，已经完成2013、2014两个学年的实验教学工作。具体的实验内容包括反相器实验（电路原理图输入、电路仿真、版图设计、版图设计规则检查及一致性检查、后仿真）、一位全加器系列试验、基本模拟电路单元设计实验、综合定制设计实验、硬件描述语言设计与验证实验（选做）、自动综合与布局布线设计实验（选做）。构建的软硬件平台，除用于集成电路设计实验课之外，亦用于电子系“半导体器件物理”“半导体工艺原理”等多门课程的实验环节，以及本科生毕业设计中。与现有的本科生各类创新活动相结合，为该类活动的人员选拔与培养、培训起到了一定的辅助作用。

2.2科研应用集成电路设计平台除用于相关的实验教学任务之外，亦可为相关的科研工作提供良好的支撑。在该平台所定义的开发环境及设计流程上，我们完成了两款65纳米工艺超大规模集成电路芯片的设计工作，其中一款已经返回，并进行了较为完整的测试，功能及性能均符合预期，芯片如图2、图3所示。这些设计很好地确证了该平台的完整性和可靠性。

【参考文献】

[1]国务院．国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知[EB/OL]．2006-6．

[2]叶红．美国高校电子工程类专业本科培养方案浅析[J]．高等理科教育，2007（6）：64-67．

[3]于歆杰，王树民，陆文娟．麻省理工学院教育教学考察报告（二）—培养方案与课程设置篇[J]．电气电子教学学报．2004（5）：1-5．

[4]Bulletinforundergraduateeducation[EB/OL]．

[5]罗胜钦，王遵彤，万国春，等．电子科学与技术专业培养方案初探[J]．电气电子教学学报．2009（31）：89-91．

[6]张立军，羊箭锋，孙燃．CMOS集成电路设计教学及实验改革[J]．电气电子教学学报．2012，34（1）：105-107．

集成电路与集成系统第7篇

低压远程用电采集系统是智能电网建设的重要组成部分，承担着自动采集用电信息和对用电信息进行实时监控的任务。而集中器作为主站和采集器的中间连接设备，在用电采集系统中起到了重要的作用。因此，基于这种认识，本文首先对低压远程用电采集系统的设计问题进行了阐述，以便了解集中器的功能和原理。而在此基础上，本文则对集中器的硬件设计和软件设计问题进行了分析，以便为关注这一话题的人们提供参考。

【关键词】低压远程 用电采集系统 集中器 设计

能源供给问题的日渐突出，使得电网的可靠性和高效性问题引起了人们的重视。而智能电网的建设，可以提升供电质量和效率，并进行电能源的合理利用。但在进行智能电网建设时，首先需要利用低压远程用电采集系统进行用电信息的采集。而采集系统中的集中器是主站与智能电表通讯的枢纽，将对系统的运行质量造成影响。所以，有必要对低压远程用电采集系统的集中器设计问题进行研究，以便更好的进行智能电网的建设。

1 低压远程用电采集系统的设计问题概述

1.1 系统的总体设计

低压远程用电采集系统主要是进行用电信息管理的系统，对计算机技术、通信技术、测量技术和网络技术等多种技术进行了应用。就目前来看，一般的低压远程用电采集系统主要包含系统主站、集中器、电能表、采集器和通信信道几部分内容。在功能上，系统可以进行电能量数据的自动采集和处理，以便为用电管理系统提供更加准确的数据信息。从通信结构角度来看，系统的通信结构可以划分成三层，即电能表到采集器、采集器到集中器、集中器到主站的通讯。而系统的通信方案则为多种通信方案，即采用不同的方式进行通信。具体来讲，就是按照抄表系统的信息传输距离和结构将通信分成上层通信和下层通信。在实现传输量较小和传输距离较短的下层通信时，则可以采用电能表到采集器再到集中器的有线通信。而在实现传输距离远的上层通信时，则可以采用无线通信。

1.2 集中器的功能及原理

从工作原理角度来看，集中器是通过上行信道与主站进行通信。而根据主站发出的命令，集中器则要完成与主站的数据传输。同时，集中器还需要与电能表进行双向通讯，即向电能表发送指令，以便进行电能表相关参数的设置、查询、抄读和保存。从上行通信接收到主站指令后，集中器将向协议解析程序传递数据帧。而按照规约，解析程序则需要将数据转换成多条数据帧，并进行数据或参数的提取，并最终向主站提供已经经过协议封装的需要返回的数据。

从功能角度来看，集中器可以进行用电信息的实时采集，并定时完成对电能表数据的采集和补抄，同时也进行电压、电流和功率等多种交流模拟量的采集。其次，集中器还具有一定的数据通信功能，可以向主站发送所需数据，并完成与主站的通信。此外，集中器也能够接受召测和主动上报，并与采集终端进行通信，以便完成电表数据的采集。再者，集中器还能够进行电表档案信息数据的记录，并完成对重点用户的管理。同时，集中器还能够进行时间、电表档案和通信参数的设置和查询。最后，集中器可以进行事件的记录，并具有远程终端维护功能。

2 系统的集中器设计

2.1 硬件设计

2.1.1 硬件结构

为了进行集中器功能的实现，需要制定满足功能需求的硬件平台。从硬件结构角度来看，集中器硬件主要由核心控制电路、电源电路、通信模块电路和人机交互电路等几部分组成。其中，系统的核心控制电路的核心处理器的选择至关重要，将直接影响系统的功能实现。在进行集中器的CPU芯片选择时，需要确保芯片具有较大的存储器容量、较高的性能、较强的抗干扰能力和较快的处理速度，并且芯片本身需要有足够的片上资源。而根据这些要求，则可以将ARM芯片当做是系统的核心处理器。在此基础上，则可以从系统功耗、兼容性和CPU工作频率等角度进行ARM处理器的选型问题的考量。而S3C2440多功能核心芯片具有片上资源丰富、主频率高和电源模式多的特点，并且可以支持多种嵌入式操作系统，所以可以用于进行集中器的硬件设计。

2.1.2 电路设计

在确定集中器的电路结构和核心控制芯片后，则需要对系统的各个电路进行设计。首先，系统的电源电路的设计关系着整个系统的稳定性和可靠性，所以需要采用三相四线交流电源，并进行整流电路的设计。而在交流电源通过整流电路和稳压芯片后，则可以进行两路直流电压的输出，以便向核心板和相关模块供电。其次，人机交互电路的设计需要注意进行直观的人机界面的实现，以便使系统更具有可操作性。在进行键盘电路的设计时，需要考虑到时间和进入菜单等操作需求，以便完成功能键的设置。而在设计液晶显示电路时，则需要进行直观的液晶显示的实现。再者，系统的通信电路设计要划分成两部分，即上行通信模块电路和下行通信模块电路。其中，上行通信模块电路包含了GPRS通信电路和红外线通信电路，以便在GPRS通信中断时利用红外功能实现通信。而下行通信模块电路包含了载波通信电路和RS485通信电路，以便共同实现远距离的通信。而载波通信电路具有通信可靠和低功耗等特点，RS485通信电路则具有结构简单和抗干扰能力强的特点。

2.2 软件设计

2.2.1 软件结构

由于集中器的功能相对复杂，所以需要按照多线程机制进行整个软件系统的设计，以便满足对多个串口命令进行实时快速操作的需求。具体来讲，在进行集中器的软件设计时，需要采用嵌入式实时操作系统的多线处理机制，以便通过移植该系统进行集中器系统功能的实现和扩展。而整个系统软件则应该划分成三个层次，即多线程主程序应用层、实时操作系统和OEM层。在进行各个层别的功能实现时，则需要完成功能应用程序的设计。而为了降低系统软件的开发难度，则可以将系统软件划分成各个模块，并且各个模块需要使用独立进程线程运行。具体来讲，就是采用模块化编程思想进行系统功能的划分，并最终完成对小模块的编译。

2.2.2 模块设计

在进行系统的功能模块设计时，通信模块和协议解析转换模块的设计相对困难。首先，在进行协议解析转换模块设计时，需要确保主站与电能表能够以不同的通信协议进行数据的传输。所以，协议解析转换模块主要需要将主站下发的报文进行解析，并生成需要在下行通道实现通信的数据帧，以便完成与电能表的通信。而在得到反馈的数据信息后，模块还需要进行信息的组合封装，并向主站回复信息。所以，该模块的设计需要包含对校验数据帧、解析数据帧和生成应答数据帧的设计。其次，在进行通信模块设计时，需要分别完成对GPRS通信模块、红外通信模块和载波通信模块的设计，其中，GPRS通信模块需要负责与主控集中器的串口通信，并进行主控制站发出的通信信息的处理。红外通信模块则需要实现对抄表终端参数的设置和数据的抄读，以便进行本地抄表的实现。此外，在进行载波通信模块设计时，则需要进行中继路由技术的运用，以便增加通讯传输距离。

3 结论

总而言之，在进行低压远程用电采集系统的集中器的工作原理和功能分析后发现，需要按照嵌入式系统的开发流程和体系结构进行系统硬件和软件的设计，以便实现系统需要实现的功能。在进行系统电路设计时，电路的主芯片可以使用低功耗、高性能的S3C2440芯片，以便在充分进行外设资源利用的同时，进行多种通信方式的扩展。而系统的软件平台则需要建立在嵌入式实时操作系统的基础上，以便采用多任务机制进行系统的多种通信功能的实现。

参考文献

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[3]易发胜，龚海刚，汪海鹰.适应性电能量信息采集方案的设计与实现[J].计算机工程与设计，2014，08：737-740+777.

[4]金永胜，刘新晔.试分析用电信息采集系统实用化关键问题[J].中国电力教育，2014，32：197-198.

[5]徐伟，王斌，姜元建.低压电力线载波通信技术在用电信息采集系统中的应用[J].电测与仪表，2010，S2：44-47.

[6]杨烨.用电信息采集系统及低压集中抄表终端建设浅析[J].青海科技，2010，03：50-51.

集成电路与集成系统第8篇

【关键词】监测；频率；智能多路数据采集系统

智能多路数据采集系统主要是通过单片机来实现系统中的数据获取，它集多种功能于一体，其中主要包括保护与显示、设定与测量、控制与报警，以及数据存储与通信等，它属于一种综合性的技术。与传统的采集系统相比，智能多路数据采集系统在性能上有很大的优势，即便是出现故障该系统也能迅速和准确的采集数据。虽然，智能多路数据采集技术得到了广泛的应用，但是，随着我国人工智能的发展，对多路数据采集系统的性能要求也将随之增高。

1 智能多路数据采集系统整体设计

1.1 系统工作原理

智能多路数据采集系统主要由模拟信号的输入、模数转换以及信号输出三部分组成。数据采集的基本工作就是模数的转换，它实时准确地测量并汇集来自于传感器的模拟量，送入计算机进行实时转换处理，完成控制信号的输出，从而实现对系统的记录或控制。以MSP430F149单片机为例，多路数据采集系统的整体结构框图如图l所示。

1.2 系统功能分析

整个系统主要由多级传感器、多路开关、放大器、MSP430F149单片机、采样/保持器、A/D转换器、存储器、键盘、液晶显示器LED、USB、日历时钟、PC机等部分组成。其中，A/D转换器和采样/保持器内嵌在在单片机MSP430F149中，这样可以简化整个电路设计，而且方便后期的调试工作。采集的模拟信号通过传感器输入，经过多路开关的分层切换，依次送到放大器进行信号放大、滤波和隔离等环节，使信号满足A/D转换器的采样要求。经A/D转换器转换后的数字信号交给单片机进行处理，最终完成数据存储、USB输出以及液晶显示等功能，并且添加了时钟源，能够为采样数据提供即时的时间信息。

2 智能多路数据采集系统硬件设计

2.1 模数转换器设计

在硬件设计中，电路主要通过模数转换器ADC0809将模拟信号转换为数字信号（A/D），传入给8051单片机的控制器芯片，然后控制芯片再将数字信号转换为模拟信号（D/A），最后进行输出采集。其结构和转换器芯片如下图2所示，

2.2 单片机设计

系统拥有键盘和显示芯片、独立的单片机系统和采集模块、电路等组成部分。对键盘和显示芯片设计时，首先通过HD7279的能端与单片机相连，实现对数据采集通道的控制以及数据值的显示，在单片机的设计过程中，是通过电路来实现数据的处理和控制的。因此，在对其设计时就必须确保电源、电路均能正常工作。

2.3 接口设计

使存储器AT89C51接入正5V电源，利用人工复位电路与接地端连接，就算出现短暂的高电平也能使器件迅速复位，而晶振电路通过电容使振荡器起震，以及对其所产生的振荡频率进行调节，在设计采集模块时，片选信号应由单片机AT89C51的P2.7引脚来确定，如图3所示，起始地址为7FFFH。其信号输出使能端通过ADC0809进行转换输出，并与TTL兼容，由于ADC0809芯片在转换信号的时候有两种方式：脉冲和电平，因此，在设计的时候需要特别注意对其进行转换。进行通信线路设计时，由于单片机与PC机之间是不能够直接进行通信的，而且PC机串口输出电压高达12V，直接与单片机连接会使芯片烧坏，因此，要选择MAX232来实现电平的转换，只要实现电平的统一，二者之间就可以进行直接通信了。当将发送命令送入到主控制芯片后，数据就会从串行接口发出，同时数据经过缓冲区分析之后，才可以转换成电压值显示出来。由于RS-232是目前应用最为广泛的串行接口，因此，接口的控制一般采用RXD、GND以及TXD进行设计。另外，RS-232进行异步传输时，数据的前后需要加入LOW和HIGH两个比特流，保证数据沿着同一条数据线进行传输。

3 智能多路数据采集系统软件设计

完成硬件设计之后，方可进行软件设计，软件设计是系统实现智能化的关键部分，对软件的设计必须有个明确的思路，流程图的制作要严格规范，程序的调试必须通过测试要求。

3.1 程序设计思路和流程图的制作

在该系统中，软件主要是采用模块化的结构设计方法，程序设计语言选用单片机C语言编程来实现数据采集器的多种功能。系统软件的程序设计思路主要包括以下几个方面：

（1）初始化接口程序，主要包括以下内容：初始化I/O端口、初始化DS1302、初始化USB参数。

（2）芯片驱动程序的设计，主要完成以下工作：对模拟量进行采样、转换、保存及显示，根据计数脉冲计算相应的参数，实现数据的发送、接收和应答。

（3）键盘显示子程序的设计，主要做好以下两种工作：键盘扫描和LED显示。

（4）日历时钟子程序，主要完成以下工作：时钟芯片的工作方式、读取时间、以及写入时间。

（5）串行接口通信子程序的设计，主要完成以下工作：设置串行接口的工作方式和启动串行接口数据的发送。

根据以上的设计思路，绘制系统软件流程图，如图4所示，

3.2 数据采集

经过数据采集通道采集相关的数据信息，并将其转换为频率信号输入单片机，经芯片处理后显示在LED上。与此同时，系统还可以支持中断式查询，进行独立采集并输出特定的数据。在数据采集的过程中，即从CD4051（8通道数字模拟电子开关）进信号开始，要求保证数据的真实可靠性。因此，在数据采集的过程中，引入了判断数据是否发生溢出的功能。当数据进入单片机之后，经过相关的程序算法设计显示在液晶显示器LED上，便于人工进行读取。同时，还有一组时钟芯片DS1302来进行实时的时间记录。单片机是通过MAX232与PC机相连的，并将其采集的数据和时钟芯片记录的内容一并送入PC机中。在PC机内部会装有相关的应用程序，对相应时间段下的数据进行实时分析，并绘制出曲线图，进一步分析被采集系统的工作情况。

4 结语

本文所提供的智能多路数据采集系统设计思路，是严格按照软件系统设计的一般流程，结合TI公司的低功耗16位MSP430F149新型单片机，实现8路开关量的输入采集和输出控制以及数据的USB方式传输。此外由于系统可依靠电池供电，具有小体积、低功耗以及即插即用的特点，比较适合于户外数据的采集，还可以采用稳压电源，实现对工业控制领域数据的实时采集监控，使该系统具有更多的实用和推广价值，更好地促进国家电气行业的智能化发展。

参考文献：

[1]詹世涛，齐蕊.智能多路数据采集系统设计[J].卷宗，2012（5）.

[2]江浩，刘光斌，薛艳.基于电流频率变换的智能多路数据采集系统[J].仪表技术，2010（6）.

集成电路与集成系统第9篇

关键词:高速铁路；“四电”系统；集成接口；管理

1工程案例分析

在运行高速铁路项目的过程中，我国首条规格在300米以上的北京至天津的城际铁路项目，工务工程参数结构中，主要包括牵引供电项目、通信信号以及检测维修技术。正是基于高铁项目的运行结构，在高速铁路项目中，应用了大量的新技术，整体运行结构和项目维度也越来越多样化，整体组织结构也相对复杂。系统接口管理机制和管控要求贴合市场需求，保证工程施工项目和设备安装层级结构贴合联调联试的项目要求。基于系统参数结构的优化匹配，运行层级结构在实际框架升级的过程中，也实现了整体功能和交接管理环节上的升级，确保了高速铁路“四电”系统接口工程项目的有序进行。

2高速铁路“四电”系统集成结构内涵分析

高速铁路的项目发展是一个漫长的过程中，系统的常规化运行需要依靠路基建设项目、桥梁建设项目、轨道项目、通信信号集成以及电力等，还需要对牵引供电项目。运营调度项目等进行集中的检测维护，确保整体信号结构的完整度，保证不同参数结构能形成相对独立且统一管控的系统模型，保证了高速铁路运营功能和安全运行维度。在高速铁路项目中，“四电”项目分别代表的是通信过程、信号运行参数、电力管控系统以及牵引供电要求，将不同参数的专业特点融合在一起，形成协调化系统模型。相关人员只有保证系统之间的技术资源能得到有效统筹并集中管理，才能有效优化各个系统的配置结构，保证系统功能能得到有效落实。

3高速铁路“四电”系统集成接口结构分析

3.1高速铁路“四电”系统集成外部接口

在研究外部接口的过程中，要对以下四个方面进行集中分析。第一，与地方无线委员会的接口结构。需要由建设单位牵头，针对具体问题进行集中处理，建构有效的系统化管控层级结构，并委托有资质的单位对电磁环境进行集中测试，对频点的干扰源进行集中处理，减少系统之间的干扰问题。第二，与土地规划部门的外部接口结构。需要变电专业机构能针对具体问题进行集中服务，确保管控层级和管理要求能贴合实际需求，需要在不同专业人员确认后，能这对线路和设备运行地图进行规划，并由建设单位征地部门对实际问题进行集中处理，并对相关运行层结构和控制要求进行整合，需要设计院和施工单位形成配合结构。第三，与电力企业或设计院的外部接口结构。需要对牵引变电结构及电源进线结构的受力需求进行分析，对继电保护配合项目以及设计院变电项目进行综合维护和集中管控，确保施工单位能和相关部门之间建立有效的协调关系，提升整体工作层级结构的有效性。第四，与土建专业接口结构。在与土建专业进行接口操作的过程中，要对电缆槽和过轨道进行集中处理和预留施工，沿线路集中设置通信系统，并对限号和电力电缆槽进行集中处理。另外，也要对区间电缆上下桥梁进行预留墩台爬架的处理，确保防护以及网孔结构贴合实际需求。也要践行综合接地操作，按照《铁路综合接地系统》通用参考图（通号【2009】9301）对项目中的路基结构、桥梁结构以及隧道地段结构进行集中处理，确保接地施工项目的有序进行。

3.2高速铁路“四电”系统集成内部接口

在高速铁路“四点”项目运行过程中，相关研究人员要针对具体问题进行集中处理和综合管控，确保专业化通信通道贴合用电要求，对地震防灾系统接口、牵引供电接触网专业接口以及内部“四电”系统内部集成的有效性进行预判，确保责任和义务能得到有效落实。

4高速铁路“四电”系统集成接口管理优化路径

4.1实现高速铁路“四电”系统集成接口管理体系的规范化

要想从根本上提高高速铁路“四电”系统集成接口的管理要求，就要充分践行规范化项目发展目标，积极落实标准化管理原理，运用接口管理组规范化和标准化需求体系，针对具体问题进行综合处理。要借助统筹管控措施对接口管理项目以及工作内容进行分析，利用PCDA循环原理，有效对标准化运行机制进行系统化管控，实现全面维护和系统化运维护。只有保证接口管理项目的制度符合标准化运行参数结构，才能有效规范相关管理人员的工作模型，建构紧密协作，保证接口管控效率得到有效升级。

4.2实现高速铁路“四电”系统集成接口管理技术的合理化

在项目处理层级结构建立过程中，管理人员要针对具体问题集中处理和综合分析，确保技术标准能得到统筹管控，相关技术人员要结合实际项目发展要求架构完整的控制和运营维护机制，确保相关技术标准的合理化，且整体标准运行参数能贴合实际指标。也就是说，无论是在设计还是在项目处理的过程中，相关技术人员都要针对具体问题进行集中处理，以保证控制模型和控制层级结构能贴合设计技术管理的合理化需求，确保接口设计要求得到有效维护后，才能从源头上减少高速铁路“四电”系统集成接口在设计上存在的问题。

4.3实现高速铁路“四电”系统集成接口管理设备的系统化

技术人员要针对相关运行结构和运行维度进行集中管控，确保管理层级结构和管理要求贴合实际需求，在运行管控结构的过程中，也要对设备进行系统化管理，以保证系统设备的招标过程和项目运行参数贴合实际需求，提升供应商以及设计人员管理工作的有效性，保证设计层级结构能有效运行。特别要注意的是，相关项目负责人也要针对具体问题进行集中处理，确保管控层级结构能贴合项目标准，并针对具体问题建构奖惩制约机制，顺利提高管控层级水平。

4.4实现高速铁路“四电”系统集成接口管理控制的统一化

在高速铁路“四电”系统集成接口维护工作运行过程中，管理人员要针对具体问题进行集中处理，确保管控层级结构能贴合项目的实际需求，集中优化处理施工阶段的不同参数问题，并将高速铁路“四电”系统集成接口的良性运行作为根本发展目标，确保管控模型和管理要求能贴合实际需求。技术人员要针对高速铁路“四电”系统集成接口的质量进行集中管控，特别是设计人员，要在工程项目的实施阶段对项目运行实际情况进行综合分析，深化设计工作的实际价值。确保施工单位以及系统设备单位之间能建立有效的系统化分析和管控关系，保证施工结构中，施工项目设计流程、施工实际过程以及施工现场反馈、施工集成审核反馈系统等结构之间要建立闭环全过程动态化管控层级结构。相关设计人员要对高速铁路“四电”系统集成接口的工期进度进行集中管控，从而保证施工节点内相关组织设施模型能贴合实际项目需求，实现整体接口的落实和优化发展目标，才能从界面交接验收的控制模型对整体节点运行维度进行管控。特别要注意的是，在对高速铁路“四电”系统集成接口进行综合分析的过程中，也要制定相应的节点工期考核制度，顺利升级项目管控的有效性。

5结语

总而言之，在对高速铁路“四电”系统集成接口运行效果等参数进行研究的过程中，相关研究人员要综合提升自身需求和自身素质，确保管控结构和管理模型贴合实际需求。只有保证高速铁路“四电”系统集成接口运行动态化的处理要求和运行维度，才能保证系统集成接口管理项目贴合实际管理技术需求，保证施工质量和施工成本之间能形成有效的处理机制，促进我国高速铁路项目的良性发展。

参考文献：

[1]于长洪，崔新民，王现军等.沪杭高速铁路C3列控室内仿真系统研究[J].铁道标准设计，2013,15(06):138~142.

[2]刘家美，何正友.郑西客运专线四电系统集成的安全性分析[J].铁道标准设计，2013,26(12):122~126.

[3]胡晓红.加强高速铁路“四电”工程合同管理的措施[J].铁路工程造价管理，2015,26(04):18~20,34.

[4]王立春.合蚌高铁通信系统与四电等系统接口设计分工[J].铁路技术创新，2013,19(03):69~71.

[5]张新芳.京津城际铁路通信系统集成方案及关键技术[J].铁道通信信号，2015,45(11):49~52.

[6]景建民，周静恒.武广铁路客运专线高速接触网系统的技术与设备特点[J].铁道标准设计，2014,17(01):179~181.