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（1）主要采用OPCServer嵌入控制软件或单独调用OPCServer程序。程序代码（略）。（2）燃气炉加载OPC接口数据见表1，电阻炉、离心机等设备的数据接口类似。
3应用效果
在电阻炉群控软件中，对每台炉窑添加多功能电量表，对每台炉的用电情况（三相电压、三相电流、瞬时功率、累计电量）进行实时监控，并对每炉次的用电量进行统计。为此，电阻炉的实时上传数据为：炉次，炉内各控制偶温度，炉内各监测偶温度，工件上各铠装偶温度，各区设定温度，各区输出功率，设定工艺参数，工艺运行参数，设备报警信息，电量信息等。在燃气炉群控软件中，对没有煤气流量计的炉窑添加了流量计，对每台炉的煤气用量情况（瞬时流量、累计流量）进行实时监控，并对每炉次的煤气用量进行统计。为此，燃气炉的实时上传数据为：炉次，炉内各控制偶温度，炉内各监测偶温度，工件上各铠装偶温度，各区设定温度，各区输出功率、设定工艺参数，工艺运行参数，煤气压力，助燃风压力，炉膛压力，设备报警信息，每支烧嘴控制大小火情况，每支烧嘴大小火信息，煤气消耗量信息等。通过以上实时数据的统计、分析和传递，在生产管理和设备管理等方面可达到以下效果：（1）生产调度方面。生产管理者可以快速了解各热处理设备的使用及运行情况，可以优化设备的使用率和生产工艺流程的顺畅。（2）能源调度调配方面。能源管理者可以快速了解设备的能源消耗情况，并可对能源消耗费用进行控制（对于电阻炉，可以实现错峰用电，实现能源成本的节约），对整个厂内耗能的热处理设备实现监控与调配，防止供电负荷变化过大和煤气消耗量不稳。（3）设备管理方面。设备管理人员可对炉窑设备进行实时监控，对存在的设备隐患和问题及时发现并处理，设备维修保养更快捷，设备运行更顺畅。（4）成品管理及质量跟踪方面。对出现问题的工件可以查看其在锻造加热和热处理工艺过程中各种工艺参数和温度参数，追溯到存在问题的环节。（5）安全管理方面。对于容易出现安全问题的设备进行实时监控，及时发现安全隐患并消除，防止安全事故的发生。对于发生安全事故的设备，通过查看其报警记录及其它相关参数，方便查找事故原因，并进一步针对事故原因进行分析解决。（6）成本管理方面。通过对炉窑设备的实时数据记录，可计算单支产品在加热锻造和热处理工艺流程中的能源消耗，实现单支产品的成本统计分析。（7）通过个人办公室全过程信息化联网计算机可以查看任何一个产品当前所在的生产流程位置、状态、已消耗费用等，另外设备总体使用率，各产品生产周期和生产成本等也一目了然。从而可根据生产数据信息化分析处理系统了解是否满足市场及客户需求，企业内部的运行效率如何，优化内部管理，企业系统如何有效的适应外部的变化。为企业发展管理决策提供第一手参考资料和依据。
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1.2二线接口与混合电路单元二线接口与混合电路单元用于为信号激励与数据采集提供对外二线接口和实现收发信号的双工传输。其硬件电路如图3所示。二线接口电路由电压比为1的变压器以及电阻RS1、RS2和电容C9、C10组成，用于提供检测电路对外的二线接口，实现接收与发送信号的传输，同时可以隔离外部直流信号。RS1、RS2用于与线路负载阻抗匹配并隔离远端反射和提供线路的能量交换，电容C9、C10用于配合组成激励发送端扩展滤波电路。混合单元的功能是一阶模拟回波抵消，用于抵消本地发送信号。图2中R7～R10为输入电阻，同时与C3～C8组成一阶低通滤波器。两个仪表放大器AD8429用于将二线平衡信号转换为单端信号。AD8429为低噪声、高精度仪表放大器，其增益为1时增益精度为0.02%、CMRR为80dB、带宽为15MHz，使用±12V电源供电时其输出电压范围为-10.1V～10.7V，使用单个增益控制电阻RG能够控制其增益范围为1～1000，其增益控制关系为G=1+6kΩ/RG[4]。LT6600-10将一个全差分放大器与一个近似切比雪夫(Chebyshev)频率响应的四阶10MHz低通滤波器集成在一起。芯片为低噪声全差分输入/输出放大器，内部集成两个运算放大器、电阻电容网络，组成1倍增益放大电路和一个10MHz低通滤波器，使用±5V电源供电时其输出电压范围可达到±5V。若线路电阻RS与负载电阻RL完全匹配，则第二个AD8429的增益值为2时，混合电路的输出U′3=U3。考虑到阻抗失配现象的普遍存在，因此选择电位器作为第二个AD8429的增益控制电阻，在线路阻抗失配的条件下，通过调节增益控制电阻来实现混合单元消除近端信号的目的。根据前文所述，可以得到混合电路输出信号U′3与二线输入信号U3比值跟增益控制电阻RG之间的关系。因此只要知道RG的值，就能够通过式(5)准确地对通过混合单元造成的输入信号幅值的线性误差进行修正。为了提高检测接口的自动化程度和实现对RG值的实时感知，选择数字电位计AD5272作为第二个AD8429的增益控制电阻。AD5272为1024位分辨率、1%电阻容差误差、I2C接口和50-TP存储器数字变阻器，最大阻值为20kΩ，可使用5V电源供电[6]，其阻值调节步长为1.95Ω。
1.3信号调理与ADC单元信号调理与ADC单元用于将混合电路输出的模拟差分信号转换为输入信号并输入到FPGA，该部分为数据采集的核心单元，其硬件电路如图4所示。由于被测信号的最高频率不超过2.048MHz，根据奈奎斯特采样定理，使用4.096MHz采样速率进行采样就能得到信号完整的信息，但是在工程中，通常使用5～10倍速率进行采样。因此ADC选择12位、10MS/s采样速率模/数转换器AD9220，其为+5V单电源供电，70dB信噪比，86dB无杂散动态范围，内置片内高性能、低噪声采样保持放大器和可编程基准电压源，并具有满量程输出指示功能[7]。使用1V基准电压时其输入范围为2V(峰-峰值)。信号调理电路应当具有抗混叠滤波和信号幅度调节的功能。该电路选择全差分放大器AD8476组成，考虑到检测时输入信号的幅值大于ADC的输入范围，因而选择其输入电阻为10kΩ，选择数字电位器AD5272为反馈电阻RF，则其增益值G4=RF/10kΩ，电路的增益值为0.0002～2可调。放大器输出经过2个100Ω电阻和2个电容组成的低通滤波器后送至ADC。同时，AD8476以ADC的基准电压VREF为共模参考电压。
1.4FPGA单元FPGA单元以Xilinx公司的FPGA芯片XC3S400为核心电路组成，其程序存储芯片为XCF02S，使用40MHz有源晶振，5V电源供电，使用稳压芯片提供电路所需的3.3V、2.5V和1.2V电源。USB接口作为微处理器常用的外部总线接口，目前已经得到了广泛的应用[8]，因此考虑选用USB2.0接口作为FPGA与上位机之间的数据接口。同时采用JTAG接口用于FPGA和其配置芯片的程序烧写。关于FPGA电路的设计、开发技术已经较为成熟，本设计相比与其他通用FPGA电路的设计并无独特之处，因此不再对FPGA单元进行详细描述。
2FPGA程序设计
在检测接口电路的设计中，FPGA是检测接口电路的信息传输与控制单元的核心，其可编程配置能力和能够高速、并行处理数字信号的能力是检测接口的灵活性和升级性的关键。其内部程序使用Xilinx公司的FPGA开发环境ISE进行设计并完成烧写。程序设计使用模块化设计思想，其结构示意图如图5所示，可以分USB传输、管理控制、DAC传输、输出增益控制、混合单元控制、信号调理控制、ADC传输控制和增益补偿8个模块。下面就各个模块的功能分别进行介绍。(1)USB传输模块，用于通过FPGA单元上的USB接口电路实现FPGA芯片与上位机的信息传输，具有USB电路的配置功能，并实现标准USB信号封装、解封装功能，将接收到的上位机信号解封装为透明数据传送到管理控制模块和DAC传输模块，将管理控制模块、增益补偿模块输出信号封装为标准USB信号通过USB接口电路传输到上位机。(2)管理控制模块，是整个程序的主控单元。该模块用于接收USB传输模块输出的控制信号，对其余的通信模块进行控制，并输出检测电路的工作状态到USB传输模块，最终传输到上位机。同时用于控制其余模块的工作状态，接收混合单元控制模块、信号调理控制模块、ADC传输模块输出的反馈信息进行工作状判断，根据混合单元控制模块、信号调理控制模块反馈信息控制增益补偿模块的补偿量。(3)DAC传输模块，在管理控制模块的控制下工作，接收USB传输模块输出的激励信号，并将信号转换为DAC芯片的数据输入信号，同时为DAC芯片提供转换时钟。(4)输出增益控制模块，用于在管理控制模块输出的控制信号下工作，根据需求通过两路输出信号IN1和IN2分别控制差分放大电路的2个电子开关ADG736。(5)混合单元控制模块，用于在管理控制模块输出的控制信号下工作，根据需求通过输出I2C信号控制混合单元的数字电位计AD5272的阻值，完成信号混合功能，并将AD5272的阻值信息反馈给管理控制单元。(6)信号调理控制模块，用于在管理控制模块输出的控制信号下工作，根据需求通过输出2路I2C信号控制信号调理电路的2个数字电位计AD5272的阻值，完成信号调理功能，并将2个AD5272的阻值信息反馈给管理控制单元。(7)ADC传输模块，在管理控制模块的控制下工作，接收DAC芯片输出的采样数据，并将数据传输到增益补偿模块，同时为ADC芯片提供采样时钟。该模块同时接收ADC输出的满量程指示信号和数据输入指示信号，并传送给管理控制模块。(8)增益补偿模块，用于接收来自ADC传输模块的采样数据和管理控制模块输出的增益补偿信息，对ADC芯片采样获得的信号进行增益补偿，实现检测信号的完整性。
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1.3解码器设计解码器主要完成消息字的解码，并将其串并转换后输出，其工作过程为：（1）检测到总线上有效电平，解码器开始工作；（2）同步头解码，检测到指令字和状态字同步头用“011”表示，检测到数据字同步头用“100”表示；（3）16位数据位和1位奇偶校验位解码；（4）将解码后的消息字（20位）并行输出。同步头和数据位检测示意如图3所示。由1553B协议可知，同步头包含三个位时，在1.5个位时处有跳变。如图3（a）所示，同步头到来后，解码器连续采集48个数，理论上，采用16MHz时钟，如果检测到24个‘0’和24个‘1’，则表示收到有效同步头，但考虑到信号上升时间及下降时间等因素，实际若检测到22个或者23个‘0’和‘1’，就可以判定同步头有效，进行下一步数据的接收。数据位包含一个位时，在0.5个位时处有跳变。如图3（b）所示，在每个数据中间部位，若前一时钟采样到‘0’，后一时钟采样到‘1’，则表示当前数据位为‘0’，反之则是‘1’。另外，如果采到的数没有跳变，为全‘0’或者全‘1’，则产生错误标志，通知协议处理逻辑或子系统进行相应的错误处理。
2协议处理模块设计
2.1协议处理模块响应流程协议处理模块实现BC，RT，MT三种总线终端的协议处理，在FPGA模块设计之前，根据1553B协议对协议处理模块三种工作模式下的响应流程分别进行分析设计。
2.1.1BC模式[6]BC（总线控制器）是1553B总线的核心，总线上任何类型的数据交换都由它发起。BC模式下接口响应流程设计如图4所示。MIL⁃STD⁃1553B协议规定的总线指令可分发送指令、接收指令和方式指令三种，共能实现四种类型的功能：RT到BC的数据传输、BC到RT的数据传输、RT到RT的数据传输和总线管理。根据图4，BC模式下接口主要工作过程为：（1）根据外部系统需求发送相应命令字，发起总线传输；（2）根据指令类型的不同，进入不同响应流程，主要包括数据字发送、数据字接收和状态字接收等；（3）消息完成后进行消息结束处理，主要包括消息结束标志的产生，差错处理，以及根据收到的RT状态字判断总线终端状态等。需要注意的是，BC如果在规定的时间内没有收到RT状态回复，则需重新发送命令字进行重试（Retry）。
2.1.2RT模式[7]RT（远程终端）是1553B总线上的指令/响应型终端，它响应BC发送的指令，按要求接收或发送数据，在规定时间内回送状态字，并服从BC的总线管理。RT模式下接口响应流程设计如图5所示。根据图5，RT模式下接口主要工作过程为：（1）收到命令字后进行指令分析，根据指令类型进入相应的响应流程；（2）按照流程进行数据字接收、发送，并回复状态字；（3）消息完成后进行消息结束处理，主要包括消息结束标志的产生，差错处理，以及特殊方式指令下方式标志的产生等。
2.1.3MT模式MT（总线监控器）是总线上的监听单元，它监控总线上的信息传输，完成对总线的上原始数据的记录，但它本身不参与总线的通信。MT模式接口的功能较为简单，主要进行指令字、状态字和数据字的接收并将其写入相应缓存中，方便以后提取分析，可通过BC模式或RT模式下接口相应的子模块实现。
2.2协议处理模块FPGA总体设计根据以上三种模式下接口响应流程的分析，对协议处理模块各FPGA子功能模块进行了划分[8]，总体设计框图如图6所示。协议处理模块主要由数据接收部分、数据发送部分和数据缓存部分组成，此外还包括超时检测、地址译码及读写控制、中断管理等辅助部分。由于三种模式下某些功能重复，为了提高FPGA资源利用率，设计时充分考虑了相应模块的模式复用，整个协议处理逻辑可在外部模式选择信号的控制下工作在BC，RT和MT模式。16MHz的全局时钟通过时钟管理模块为各FPGA功能模块提供工作时钟，各模块间通过一定的握手信号互联，保证协议处理逻辑有序工作。整个协议处理模块的基本工作原理如下：按照1553B协议规范，通过接收器接收总线上的数据并存入缓存，通过发送器取出缓存中的数据并发送到总线上，同时不断以中断和握手信号与外部系统进行通信，通知外部系统向缓存中写入待发送数据或从缓存中读取已接收数据，并共同完成差错处理和协议逻辑的管理[9]。
3设计仿真与验证
根据设计方案，编写了重要模块的FPGA代码，模拟实现BC功能和RT功能，采用Active⁃HDL软件仿真，其中BC向RT的数据传输仿真结果如图7所示。仿真通过后，在Virtex⁃5FPGA[10]平台上对设计进行了验证，如图8所示。将BC功能模块和RT功能模块的代码经ISE综合、布局布线后分别下载到两块开发板中实现，开发板通过串口与PC机通信。PC机将指令和数据写入FPGA相应寄存器中，BC和RT在PC机指令的控制下进行1553B协议通信。验证过程中通过示波器查看模拟总线的波形，并通过ChipScope观察和比对协议收发数据。同时，为提高接口性能，用光纤代替传统电缆传输介质，采用8B/10B编解码代替曼彻斯特编解码，并利用FP⁃GA内嵌RocketIO内核，进行了传统1553协议数据的光纤传输[11]，传输过程数据比对ChipScope采样如图10所示。验证结果表明，BC和RT功能模块能够正常按照1553B协议进行数据的发送和接收，完成基本1553B协议的处理，实现1553B协议数据的1Mb/s电缆传输和3Gb/s以上光纤传输，数据比对无误，说明该接口设计方案实际可行，具备开发应用价值，同时也为光纤1553接口的设计提供了一定参考价值。
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二、接口电路程序控制实现
该程序控制系统由初始化SRAM接口逻辑程序、读外部SRAM程序、写外部SRAM程序等组成，功能是通过该接口电路程序实现硬件间的有效连接，实现稳定的通信，从而实现对记录盘的各种配置以及对记录数据进行精确管理。程序代码中的主程序概述了如何对该外部128KBSRAM的每一个字节进行读写，该程序向外部SRAM写入一个字节，再从写入的地址读回，然后比较回读的值与写入的值是否一致，程序接着处理下一个地址，直到整个64K的存储块写完，一旦低存储块写完，程序将“A16位”置1（见示例代码中“常数和声明”一节），切换到高存储块。程序将接着对高存储块的每个字节进行同样的读、写和校验操作。
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2．1LVDS接口硬件电路设计由于趋肤效应和介质损耗，高速信号在传输过程中会衰减。因此，当传输距离较长时，往往要使用电缆驱动器和均衡器来保证高速数据传输的准确性。电缆驱动器将信号以最大功率耦合到电缆上［4］，延长信号的传输距离，电缆均衡器可以对传输的信号进行高频补偿，以至达到标准逻辑电位。本设计中，LVDS串行器/解串器分别选用TI公司的SN65LV1203和SN65LV1224，信号驱动器/电缆均衡器分别选用NS公司的CLC001和CLC014。LVDS接口电路结构如图2所示，采编存储器的FPGA控制LVDS串行器将10bit并行数据转换成差分串行数据，再通过电缆驱动器将信号耦合到电缆上。地面测试台的电缆均衡器对接收到的信号进行高频补偿之后传送给解串器，解串器根据参考时钟将差分串行数据转换成10bit的并行数据，由FP-GA进行后续的处理。
2．2FPGA逻辑控制LVDS数据接收由于CPCI接口传输的时钟和LVDS数据接收电路的时钟不匹配，为了保证数据传输的可靠性，在编写VHDL语言程序时FPGA内部调用一个异步时钟控制的缓存FIFO［8］IP核来对接收到的LVDS高速数据进行缓存，如图2所示。上位机通过配置PCI9054的传输计数寄存器，将一次DMA传输的数据量设置为2kbyte。写FIFO的时钟为18．432MHz，读FIFO的时钟为36．864MHz，当FIFO内数据量达到2kbyte时，FPGA立即通知上位机启动一次DMA传输。经计算，从FIFO内读走2kbyte数据大约耗时54μs，在这个时间段内写入FIFO的数据量大约为1kbyte，所以，当DMA传输结束时，FIFO内数据不足2kbyte，上位机直到FIFO内数据量再次达到2kbyte时才会启动下一次的DMA传输。为了避免PCI9054不能立即执行DMA传输而导致FIFO数据溢出，FIFO容量要大于2kbyte。本设计中选择容量为4kbyte的FIFO，经验证，不会出现FIFO溢出现象。
3CPCI局部总线接口实现
实现CPCI接口协议一般有两种方法。其中一种方法为:利用FPGA实现接口逻辑。这种方法虽然可以充分利用FPGA的资源，减小成本，但PCI逻辑十分复杂，可靠性不能得到保证，且开发周期长。另外一种方法为:采用专用的PCI接口控制芯片。专用接口芯片功能强大，性能稳定，设计方便，很大程度上减少了设计者的工作量，缩短了开发周期。所以，本设计中选择使用PCI9054接口控制芯片与FPGA配合工作的方式来实现CPCI局部总线接口通信。
3．1EEPROM的配置在Windows环境下，为有效管理多块CPCI板卡资源，实现多卡协同工作。通过设置EEPROM配置选项中的ClassCode/REV值，解决使用同一驱动情况下，多块CPCI板卡识别问题。地面测试台含信源卡和接口卡两块CPCI功能板卡，图3为接口卡的EEPROM配置文件截图，各板卡需要设置不同的ClassCode/Rev(图中红色选框部分)，上位机程序通过识别不同的ClassCode/Rev达到控制不同板卡的目的。ClassCode/Rev为一个32bit数据，规定高8bit作为不同板卡区分标志，低24bit保留。其中D31～D28功能标识，区分是否为信源卡、接口卡等功能卡。D27～D24数量标识，区分当前功能卡的数量，具体约束如下表1所示。
3．2CPCI局部总线实现方法
3．2．1PCI9054工作模式选择PCI9054总线控制芯片有3种工作模式，即M模式、C模式、J模式。其中，C模式最为简单，类似于单片机的工作方式，它的地址线和数据线分开使用，可以很方便地控制本地时序。所以本设计中PCI9054工作于C模式，由FPGA逻辑控制本地时序来完成CPCI局部总线与功能板卡之间的通信。
3．2．2CPCI总线访问本地总线PCI9054的访问方式选择DMA方式。PCI9054作为主控设备，通过内部的DMA控制器来实现局部总线上数据与CPCI总线上数据的传输。在DMA访问方式下，一个总线周期的时序如图4所示。当CPCI总线访问本地总线时，PCI9054内部的DMA控制器发出LHOLD信号来申请控制局部总线，当其收到响应信号LHOLDA后，才获得局部总线的控制权。当ADS#信号有效时，局部总线上的地址信号LA为有效地址;当BLAST#信号有效时，代表一次单周期访问开启;READY#为本地总线的状态反馈信号，只有当其有效时，表示本地总线已经准备好，才可以进行访问;当LW/R#为高时，代表单周期访问为写操作，当LW/R#为低时，代表单周期访问为读操作。在本设计中，FPGA通过识别地址信号LA来判断具体的操作类型。当上位机向接口卡下发控制命令时，为CPCI总线到本地总线的数据传输，具体的工作流程为:当上位机下发命令时，启动一次单周期写访问，同时下发特定的写地址LA1，FPGA反馈READY#信号，并判断到LW/R#信号为高，即得知上位机要下发数据，便从该特定地址LA1将命令代码读出，进行解码之后将命令下发给采编存储器。当接口卡向上位机传输LVDS高速数据时，为本地总线到CPCI总线的数据传输，具体的工作流程为:当图1中所示的LVDS数据缓存FIFO内数据量达到2kbyte，启动一次DMA传输，即一次DMA传输将2kbyte的数据上传给上位机进行实时显示与处理。上位机通过下发特定地址信号LA2来向FPGA查询FIFO内数据量是否达到2kbyte，一旦其得到缓存FIFO内数据量满足要求的信息，立即启动一次单周期读访问，并向FPGA下发数据传输地址LA3，FPGA反馈READY#信号，并判断到LW/R#信号为低，便将LVDS数据通过地址LA3上传给上位机。
4设计验证
将信源卡和接口卡分别插到背板上的2号和3号物理槽中，1号物理槽为系统槽，打开计算机系统，安装驱动之后，两块功能板卡均能够被识别。分别对两块板卡进行操作，均能实现各自的功能且互不影响，说明EEPROM的配置正确可行。以接口卡为例，用Chipscope来监测CPCI总线对本地进行读、写操作的实际过程，图5和图6分别为单周期读访问时序截图和单周期写访问截图。如图5所示，当FIFO内数据量达到2kbyte时，信号f_fifo_hf变高，此时启动一次单周期读访问，LW/R#为低，通过地址0008h将数据87h上传给上位机。实际时序与第3节介绍的本地总线向CPCI总线传输数据的理论时序一致，对接收到的数据文件进行分析，数据结构完整，数据包计数连续，没有丢数现象，验证了本设计中本地总线向CPCI总线传输数据的正确性。如图6所示，上位机向FPGA下发控制信号，此时启动一次单周期写访问，LW/R#为高，FPGA通过地址0004h获得命令代码67h。实际通信时序与第3节介绍的CPCI总线向本地总线传输数据的理论时序一致，且命令下发正确，验证了本设计中CPCI总线向本地总线传输数据的正确性。
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在当今的各种实时自动控制和智能化仪器仪表中，人机交互是不可缺少的一部分。一般而言，人机交互是由系统配置的外部设备来完成，但其实现方式有两种：一种是由MCU力口驱动芯片实现，如键盘显示控制芯片SK5279A，串行数据传输数码显示驱动芯片MAX7219等等，这时显然MCU没有LCD的驱动功能。另一种就是MCU本身具有驱动功能，它通过数据总线与控制信号直接采用存储器访问形式或I／O设备访问形式控制键盘和LCD实现人机对话。这里的MCU主要有世界各大单片机生产厂商开发的各种单片机，其中TI公司的MSP430系列因其许多独特的特性引起许多研究人员的特别关注，在国内外的发展应用正逐步走向成熟。
2LCD简介
LCD(LiquidCrystalDisplay)，即液晶显示器。液晶显示是通过环境光来显示信息的，它本身并不发光，因而功耗很低，只要求液晶周围有足够的光强。LCD是人与机器沟通的重要界面，早期以显像管(CRT／CathodeRayTube)显示器为主，但随着科技不断进步，各种显示技术如雨后春笋般诞生。LCD由于具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险、平面直角显示以
及影像稳定不闪烁等优势，逐渐占据显示的主流地位。
LCD的类型，根据其分类方式的不同而不同。如根据LCD显示内容的不同可以分为段式LCD和点阵LCD。根据LCD驱动方式的不同可以分为静态驱动和多路驱动。
3MSP430F44X简介
MSP430F44X系列是TI公司最新推出的具有超低功耗特性的Flash型16位RISC指令集单片机[2]。该系列单片机性价比相当高，在系统设计、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优势。它主要应用在各种要求极低功率消耗的场合，特别适合用于智能测量仪器、各种医疗器械、智能化家用电器和电池供电便携设备产品之中。
3.1系统结构
MSP430F44X的系统结构，主要包括：CPU、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、FLL+时钟系统(片内DCO+晶体振荡器)、看门狗定时器／通用目的定时器(WatchDog)、ADCl2(12位A／D)、比较器A(精确的模拟比较器，常用于斜边(Slope)A／D转换)、复位电压控制／电源电压管理、基本定时器(BasicTimerl)、定时器(Timer-a和Timer-B)、LCD控制器/比较器(多达160段)、硬件乘法器、I/O口和串行口[4]。系列中各种具体的型号稍有差别。在本次设计中，具体选择MSP430F449作为人机接口电路的设计具有许多独到的优势。这一点，读者可以根据TI公司相关的数据手册进行比较。
3.2片内外模块特性
MSP430F44X具有丰富的片内模块，其明显的特点是：具有48条I／0口线的6个并行口P1-P6，其中P1、p2具有中断能力，同时具有2个可用于UART/SPI模式选择的串行口(USART0和USARTl)；内含12位的A／D转换器ADCl2，快速执行8×8、8×16、16×16乘法操作并立即得到结果的硬件乘法器；多达160段的LCD控制器／比较器，可以实现多种方式的驱动显示；可以实现UART、PWM、斜坡ADC的16位Timer-A和16位Timer-B；非常灵活的时钟系统，既可用32768Hz的钟表晶振产生低频时钟，也可以用450kHz-8MHz的晶体产生高频时钟，同时还可以使用外部时钟源或者用不同控制频率的DCO；多达几十kB的Flash空间，这样数据既可以保存在片内的Flash信息存储器，也可保存在程序的Hash中的剩余空间。
4接口电路设计
4.1接口电路简图及说明
典型应用电路示意图。在该图中，LCD类型和键盘种类及数目的选择、下拉电阻的数值大小都必须认真考虑，硬件设计要满足一定的工作时序关系，复位时预留缓冲时间和悬空部分引脚，晶振的选择要在适当的数值，必须保证交流驱动的频率在30Hz-1000Hz范围内，其具体的情况请详细参考TI公司的相关资料[3]。
4.2段型液晶显示屏EDS820A简介
一般而言，LCD分为笔段型和点阵字符型及点阵图形型。笔段型主要是显示数字，常用于计数、计量和计时；点阵字符型用于显示数字和西文字符；点阵图形型用于显示图形及字符。本设计中用到的EDS820A就是由西安新敏电子科技有限公司生产的笔段型LCD。是该显示屏的各个引脚的逻辑功能表。
显而易见，该产品EDS820A是5位的液晶显示屏，它只有4个DP，用于显示小数点；COM端也只有一个，所以该LCD与MSP430F449的管脚连接应该引起足够重视.
5软件设计
硬件连接电路图为例，编写了键盘控制及显示程序，程序在IAREmbeddedWorkbench编译通过。全部主程序包括详细的发射和接收子程序，及初始化和等待键盘输入转换、显示等等，值得注意的是发射与接收的控制要适当。
该程序是用汇编编写的。程序实现的是等待按键输入，读取键值，最后进行键值处理和显示的功能。
检测是否有键按下是通过KEY是否有高电平信号。平时，KEY为低电平，当有键按下时为高电平，它发送一个脉冲给单片机MSP430F449，当单片机检测到该信号时，判断按键的功能，从而进行相应的处理。
6人机接口电路在体内电刺激器中的应用
医学上，在进行疾病控制时，通常可以通过电极以一定波形(如方波、正弦波等)、频率、幅度、占空比等电信号对神经或肌肉进行刺激，以使其支配相应的功能或肌肉产生收缩／舒张动作，从而有利于症状的减轻。由于不同部位的神经或肌肉对电刺激发生的敏感水平不同，不同强弱和不同性质的电信号所产生的刺激效果是不一样的。我们研制的体内电刺激器，可以产生手术时所需要的具有不同的频率、幅度、占空比的不同波形信号。该仪器幅度、占空比准确，频率稳定，各参数均可以精确的调节。而且，由于使用了LCD显示，它与单片机的连接简单。LCD具有质量轻、体积小、电压低、功耗小、显示内容丰富等优点，其人机界面相当友好。但人机接口电路设计的优劣直接影响到整台仪器的使用效果。
篇7
1CompactPCI接口总线概述
CompactPCI接口总线定义了更加坚固耐用的PCI版本。在电气、逻辑和软件方面，它与PCI标准完全兼容。CompactPCI接口卡安装在支架上，并使用标准的Eurocard外型。CompactPCI虽然与标准PCI属同一标准，二者还是有很大的不同。CompactPCI相对PCI来讲具有很多优点：(1)具有更好的机械特性。它增强了PCI系统在电信或其它条件恶劣的工业环境中的可维护性和可靠性。(2)采用Eurocard封装，系统中气流均匀。(3)CompactPCI连接器的电源和信号引线支持热插拔规范，这对于容错系统是非常重要的，也是标准PCI所不能实现的功能。(4)总线易于扩展，可同时支持多达256个标准的PCI总线设备。(5)CompactPCI背板的连接器插针分为长针、中长针和短针。长针是一些电源针，最短的针是BD-SEL#，其它总线信号和部分电源信号是中长针。连接器插槽J1插孔有长针插孔、中长针和短针插孔，而J2插槽都是中长针插孔。
2系统的硬件结构概述
开放式四轴DSP运动控制卡经12位DAC驱动四个伺服电机，并通过CompactPCI总线背板连接器与主机通信。其中DSP处理器与CompactPCI接口采用PLX公司的PCI9030接口芯片使之和双口RAM缓冲区进行通信。
PCI9030是业界首个支持热交换的PCI目标接口芯片，为CompactPCI接口提供了优秀的解决方案。它采用SMARTarget技术，可以保证高性能的热交换实施功能，可以支持具有热交换功能的PICMG2．1目标设备，并且符合PCIv2．2规范所规定的32位33MHz目标接口功能，可以获得高达132Mbyte／s的PCI突发传输速度，局部总线操作速度最高可达60MHz，支持5个局部地址空间到PCI总线地址空间的映射(空间0、1、2、3、4以及1个扩展的ROM)，传输等待周期及总线宽度可编程。另外，PCI9030内含预充电BIOS、早期电源支持、热交换控制／状态寄存器(HS_CSR)和附加引脚资源，可利用这些资源以及ENUM#输出信号、弹出开关和表示用户插入／取出状态的LED灯实现运动控制板卡的带电热插拔的软硬件控制。
图1
其硬件结构框图如图1所示。该系统由以下几部分组成：
·核心处理器TMS320LF2407，主要完成位置速度PID控制、插补迭代运算、开关量输入和输出、PLC控制等对实时性要求高的任务，另外还完成程序和数据存储和上下机的通信任务。
·模拟量控制电路，将数字量速度信号经四路12位数／模转换芯片DAC7725转换为-10V～10V的模拟信号，输出到电机伺服驱动模块。
·反馈电路，由两片CPLD元件EPM7128SLC84构成四路12位可逆脉冲计数器，对差分光电编码器的编码脉冲进行循环计数，可实现编码器Z相点硬件中断。
·FLASH电路，用于存储数控参数和数控指令代码，也用于紧急情况下保护数据。
·开关量电路，包括通用8／8I／O点、4个电机使能输出、4个轴的左右极限输入和原点中断输入等电路。
·通讯电路，通过PCI接口从模式使3．3V芯片PCI9030和双口RAM芯片70V24与PC机的CompactPCI总线相连，可以进行高速数据传输。
本系统是一个闭环多轴运动控制硬件系统，具有快速精确的计算能力以及较强的数据通讯能力，是良好的复杂数控系统平台。
3CompactPCI接口的设计
CompactPCI接口的设计要点在于在硬件插拔过程中，不能对CompactPCI总线产生较大的冲击，不能影响CompactPCI总线上数据传输的正确。所以应具有良好的热电源切换控制电路和相应的总线电路以及便于软件处理热插拔过程的控制信号。
电源控制和PCI9030的接口原理框图如图2所示。
3．1PCI9030芯片热插拔控制信号的作用
在CompactPCI规范中规定：(1)板卡插入后，硬件初始化过程中应点亮蓝灯；(2)板卡即将拔出，软件能获知板卡即将拔出，并做好善后工作后，点亮蓝灯。
PCI9030芯片有BD_SEIL#输入信号引脚、ENUM#输出信号引脚、CPCISW输入信号引脚和LEDON#输出信号引脚，均用作CompactPn接口热插拔控制信号。其功能分别如下：
PCI9030的BD_SEL#输入信号引脚同运动控制卡CompactPCI接口的引脚BD_SEL#相连，当BD_SEL#信号变高时，使PCI9030输出引脚成高阻态，保护芯片。PCI9030的ENUM#信号是送到背板的带上拉的集电极开路信号；它通知背板主机CPU板卡是刚刚插入，还是即将拔出。并通知CPU系统配置改变，使CPU同时执行相关必要的软件操作(在板卡安装时，安装设备驱动程序；在移出板卡前，卸载设备9B动程序)。板卡的插入／拔出状态是由CPCISW信号送到PCI9030完成的，这时，PCI9030通过ENUM#信号通知背板主饥硬件配置改变情况，同时主机CPU执行相关必要的软件操作。当操作结束时，主机CPU通过PCI9030将CPCISW信号写入HS-CSR寄存器的相应位中，使LEDON#信号变化，点亮或熄灭蓝灯，通知板卡可安全取出或已安全插入。另外，PCI9030将板卡插入／拔出的状态(即CPCISW信号)写入HS_CSR寄存器的相应位中，软件可以通过这些位来查询板卡插入／拔出状态，使软件可采取各种切换措施，也可以通过向寄存器的相应位写1来清除该位。
3．2热插拔电源电路的原理设计
3．2．1热插拔电源管理器的确定
热插拔电源电路需在插拔过程中和正常工作时，对CompactPCI接口板电源进行监控，按一定的速率及时地上电和断电，把该电源的情况及时通知背板系统以便通过软件进行处理；同时需对CompactPCI接口板的总线信号提供预充电电压，使CompaetPCI接插件的插针点的预充电电压达到1V，保证CompactPCI接口板在插拔过程中，对CompactPCI总线的冲击很小；另外需对背板的PCIRST信号和CompaetPCI接口板的电源好坏情况进行逻辑处理来产生该接口板上的LOCAL_PCI_RST信号。为此，热插拔电源电路采用了芯片LTCl646作为CompactPCI热插拔电源管理器。它能够使线路板在运行中的CompactPCI总线插槽内安全地插入和拔出。两个外部N沟道通路晶体管IRF7413控制3．3V和5V电源，使电源能在电流限制或可设置速率上电。电子电路断路器可保护两组电源不受过流故障情况的损害。
图2
3．2．2LTCl646芯片的主要引脚功能
·LTCl646的3．3V和5V输入主要来自中等长度的电源插针。3．3V和5V连接器长插针在CompactPCI插卡上与中等长度的3．3V和5V电源插针短接在一起，为LTCl646的预充电电路、VI／O上拉电阻和PCI9030芯片提供初期电源。
CompactPCI背板的连接器插针中有引脚BD_SEL#、HEALTHY#用于热插拔电源电路。
·芯片PWRGD#信号引脚输出指示何时所有电源电压都在容许范围内，连接于PWRGD#引脚的HEALTHY#信号把板卡电源情况通知背板主机，当HEALTHY#信号变高时，说明板卡电源情况出了问题。
·芯片OFF／ON#输入信号引脚连接于板卡的BD_SEL#引脚，用来控制开关板卡电源或将电源断路器复位。而BD_SEL#信号应通过1．2kΩ电阻上拉至PCI9030的I／O工作电压VI／O。
·芯片PRECHARGE引脚用于产生1V的预充电电压。可在板卡插拔过程中对总线I／O引脚施加偏置。板卡上需要进行预充电的CompactPCI总线引脚(即接插件J1、J2与CompactPCI接口器件PCI9030连接的引脚)包括：ADO～AD31、C／BEO#~C／BE3#、PAR、FRAME#、IRDY#、TRDY#、STOP#、LOCK#、IDSEL、DEVSEL#、PERR#、SERR#。LTCl646产生的预充电信号经过较大的10kΩ电阻上拉至预充电电压(PRECHARGEOUT)。而BD_SEL#、ENUM#、INTA#信号应上拉至PCI9030的I／O工作电压VI／O。
·芯片的RESETIN#引脚输入信号PCI_RST#，在片内与HEALTHY#信号进行逻辑结合，从而在引脚RESETOUT#生成LOCAL_PCI_RST#信号送到PCI9030芯片的PCI_RST#信号引脚，用来在任一组电源超出范围时对板卡和芯片PCI9030进行复位。
3．2．3在LTCl646芯片控制下CompactPCI接口板的上电顺序
当插卡插入时，长3．3V和5V连接器插针以及长GND插针首先接触。LTCl646预充电电路在插入阶段将总线I／O插针偏置为1V。3．3V和5V中等长度的电源插针在插入的下一个阶段接触，但只要OFF／ON#引脚被1．2kΩ上拉电阻拉到VI／O，线路板电源则被关断。在线路板插入的最后阶段，BD_SEL#短连接器插针开始接触，OFF／ON#引脚被拉低。这使得通路晶体管导通；并且在内部有一个5μA电流源与TIMER引脚连接。时每个通路晶体管的电流开始增加，直至增加到各自的电流限值；然后，3．3V和5V电源被允许按一定的速率上电，一旦两组电压都在容差范围之内，HEALTHY#将拉低，LOCAL_PCI_RST#可自由跟随PCI_RST#。
3．2．4在LTCl646芯片控制下CompactPCI接口板的断电顺序
当BD_SEL#被拉高时则开始一个断电过程。LTCl646内部开关被连接于每个输出电源电压引脚，使旁路电容器向地放电。TIMER引脚立即被拉低。GATE引脚被一个200μA的电流源拉低，以防止3．3V和5V电源上的负载电流同时变为零从而对电源电压造成干扰。当任一输出电压跌落在门限以下时，HEALTHY#引脚被拉高，LOCAL_PCI_RST#将被确定为低。
一旦断电过程完成，插卡就可以从插槽内取出。在拔出期间，预充电电路继续将总线I／O插针偏置为1V，直到5V和3．3V长连接器插针分开。
3．3CompactPCI接口设计的其它电气措施
·热插拔板卡在带电拔插过程中，为了保护板卡免遭静电损坏，必须进行静电放电。所以，必须在板卡上设计放电条。
篇8
图1T=0的CPU卡APDU指令实现流程
1CPUIC卡T=0的协议介绍
目前大多数CPUIC卡采用T=0模式。所谓T=0，即CPUIC卡与接口设备（即读写器）中数据传输方式为异步半双工字符传输模式。
从T=0协议的功能出发，该协议的实现可以分为物理层、数据链路层、终端传输层和应用层。其中物理层和数据链路层可以具体参看ISO7816标准。在T=0协议应用，终端传输层和应用层实际上是不易分割来说明的，下面简单说明。
终端传输层根据卡片返回的过程字符和状态字节执行相应的操作，使读写器对数据的处理过程明朗清晰。卡片返回的过程字节和状态字节跟应用层发送给卡的APDU（ApplicationProtocolDataUnit，应用协议数据单元）和VPP使用等有关。表1为VPP未用时的终端传输层中返回的过程字节。
表1
字节值结果
ACKINSVPP空闲，所有其余的数据字节相继续被传送
INS+''''FF''''VPP空闲，下一个数据字节随后被传送
SW1SW2VPP空闲，接口设备等待SW2字节
应用层即为由CLA、INS、P1、P2、P3作为命令头组成的命令消息体的APDU响应和应答处理层。其中CLA为指令类别，INS为指令码，P1、P2为参数，P3为根据APDU的不同格式为发送给卡的数据长度或期望响应的数据长度。APDU的几种情况如表2所列。
表2
命令头发送数据长度发送的数据期望应答的数据长度
通用APDUCLAINSP1PLCDataLE
情况一CLAINSP1P
情况二CLAINSP1PLE
情况三CLAINSP1PLCData
情况四CLAINSP1P2LCDataLE
CPU卡对接口设备（即读写器）的应答APDU情况如表3所列。
表3
体尾
数据DataSW1SW2
其中体中的数据字节数由命令APDU中的LE指出；SW1、SW2是必备的，可以指明命令APDU执行正确或执行出错的错误类型。
2基于T=0传输协议的CPUIC的APDU指令流程
根据目前CPU卡的常用T=0协议、自带编程升压电路的应用情况，以及本读写器接收IC卡数据报文直接发送PC机处理的特点，本读写器可行的APDU命令和响应的处理流程如图1所示。
3读写器的硬件组成
读写器的硬件部分主要由IC接口管理芯片TDA8007、MCUAT89C52、外部数据存储器W24257S、串口电平转换芯片MAX3226、安全IC卡座（即SAM卡座）、应用IC卡座、键盘口供电的串口通信线及其它相关元器件组成。
图2所示为通过PC机控制管理的外置于PC机的接触式CPUIC卡读写器。通过定制的数据线，该读写器的5V直流电源可直接由键盘口提供，同时数据线还负责PC机与读写器的串行数据交换。在大部分IC卡读写应用中，都涉及到IC卡的认证和数据读写的国解密问题，所以本读写器除了提供一个供用户使用的IC卡接口卡座外，还内置了一个SAM卡，即安全IC卡卡座，以方便安装SAM卡，保证应用IC卡读写时的数据安全，保护用户的利益。
硬件的其它组成部分，如处理器，目前采用Atmel的89C52。其4KB的Flash程序存储器可以满足读写器的程序空间需要。由于PC机与89C52、89C52与TDA8007的数据交换要求的暂存数据空间比较大，89C52提供的256字节不够，需外加一片数据存储器。本读写器中使用的是华邦的W24257S。其有32KB存储容量，IC接口部分的主要芯片为Philips的TDA8007。
4IC卡接口芯片应用
下面介绍一下TDA8007及其应用。TDA8007的原理结构如图3所示。
TDA8007芯片能够提供两个能同时满足ISO7816标准及EMV和GSM11-11标准的IC卡读写接口。在本读写器中，一个用于与应用IC通信，另一个用于与安全IC卡通信。与上文CPU卡的触点图相对应，CLKi、RSTi、VCCi、I/Oi、GNDCi、PRESi、C4i、C8i（其中i=1,2；C4i、C8i未用；PRESi可用于检测IC卡是否插入。具体应用可参看TDA8007的技术文档）都直接由TDA8007提供给IC卡接口相连，MCU只需通过其接口控制并行通信来管理TDA8007，便可实现对IC卡的上电、下电及读写数据处理。其中，微处理器既可以通过总线复用把TDA8007内部的所有寄存器作为外部存储器，用MOVX寻址，也可以通过非总线复用方式访问，此时TDA8007用AD0～AD3来区分内部各寄存器。另外，TDA8007的片选信号和外部中断信号线可以方便读写器处理多个IC卡头。TDA8007的特别硬件ESD处理、接口短路处理、电源出错处理等也给IC卡和IC卡读写器提供了比较高的安全保护；同时，TDA8007内部集成的电源管理功能允许TDA8007的供电范围可达2.7～6.0V，并且TDA8007通过电源管理可以给IC卡提供5.0V、3.0V及1.8V的电源，以适合不同工作电压的IC卡应用。
图3IC卡接口芯片TDA8007的原理框图
本读写器是通过总线复用对TDA8007的寄存器进行控制的。其中MCU的P1.5为TDA8007的片选，P0口为与之通信的8位数据线，TDA8007的各寄存器预先被宏定义的成微处理器的一个外部数据单元（下面电程序处的定义），从而方便MCU访问。下面结合TDA8007寄存器的定义和位分配，给出应用TDA8007接口芯片对IC卡进行上电激活和下电的程序。TDA8007的寄存器主要三类。第一类，通用寄存器：①卡槽选择CSR；②硬件状态HSR；③定时器TOR1、TOR2、TOR3。第二类，ISO7816串行处理寄存器：①串行状态USR；②混合状态MSR；③串行发送UTR；④串行接收URR；⑤队列控制FCR。第三类，卡专属寄存器：①可编程分频PDR；②保护时间GTR；③串行控制UCR1、UCR2；④时钟配置CCR；⑤上电控制PCR。注意：对于卡专属的寄存器，即卡接口1、卡接口2分别对应的寄存器，逻辑上具有相同的名及访问地址，因而，对不同的瞳操作，需要通过CSR选择对应的卡槽来切换卡专卡属寄存器的映射的物理空间。所以，接口设备每次从一个卡的上下电或读写转向另一卡，都需要访CSR设定对应的卡槽。对于每个寄存器的位定义不再多述，主动性者可参看TDA8007的技术文档。
5上下电过程及具体程序
图4为IC卡的上电时序图。要实现之，需对PCR进行写操作。其中START=PCR.0，RSTIN=PCR.2，VUP上升表示激活了TDA8007中的电压转换电路。当START置高时，只要能检测到选定卡槽中的IC卡存在，且没有TDA8007能检测到并在HSR中指示的硬件错误出现，则对应IC卡接口的VCC1或VCC2将能被提供响应的电平（5V、3V或1.8V）。随后对应卡的I/O数据线被置成高状态（Z状态），给IC卡提供设定的时钟信号，常用为3.5712MHz。大约在START置高108ETU后，RSTIN置高。因为RST为RSTIN的拷贝，则对应卡的RST被置高。然后，用TDA8007提供的定时器TOR3、TOR2设定对ATR（AnswerToRequest）即复位应答首字节的最大等待时间120ETU（ElementTimeUnit），TOC设定定时器工作方式，便开始等待ATR首字节到来后做相应处理。至此，IC卡上电激活工作完成，随后可以根据ATR字节的要求的工作方式对IC卡进行相应的读写处理。具体见上电程序。
图4TDA8007产生满足ISO7816标准诉IC卡上电激活时序
TDA8007寄存器访问的预定义
#include<absacc.h>
#defineXXXXBYTE[0x8000]//XXX表示CSR等各寄存器上电程序如下：
P1.5=0;//片选TDA8007
CSR&=0xf8；
CSR|=ncard;//选择卡，ncard=1,2
CSR&=0xf7；
CSR|=0xf7;
CSR|=0x08;//复位UART的寄存器
UCR2&=0xf7；//异步模式，SAN=0
CCR&=0xdf；//时钟停止于低电平
UCR2|=0x60;//关闭附加中断及收发中断
GTR=0xff;//保持时间12ETU
If(v==1)//v为函数变量
PCR|=0x08;//1.8V卡用
elseif(v==3)
PCR|=0x02;//3V卡用
Else
PCR&=0xfd;//5V卡用
UCR2&=0xfc;//CKU=PSC=0,--31
FCR=0x00;//1奇偶校验1FIFO
PDR=0x0c;//Divider=12
CCR=0x00;//不分频
PCR&=0xfb;//RSTIN=0
UCR2|=0x04;//不自动转换
UCR1=0x01;//正向约定
UCR1&=0xf7；//接收模式
flag3=0;//复位定时标志
flagatr=0;//接收ATR首字节定时标志
PCR|=0x01;//激活
TOR2=0x6c;
TOR3=0x00;
TOC=0x61;//RST拉高前等待108ETU
while(flag3==0)；//定时时间到，在中断中设置flag3=1
TOC=0x00；//关闭定时器
PCR|=0x04;//给复位拉高
TOR2=0x78;
TOR3=0x00;
TOC=0x61;//RST拉高前等待
flagatr=1;
ATR();//复位应答处理函数
图5为IC卡的下电时序图。相对于上电时序，下电过程对时间的要求不是很严格，只要设计者控制TDA8007按照一定的顺序置低START、RSTIN和停止CLK即可，然后TDA8007会自动逐步释放RST、I/O、Vcc及VUP。具体处理见下电程序。
下电程序：
P15=0；
PCR&=0xfe;//START=0；下电
PCR&=0xfb;//卡的复位脚保持0
CCR&=0xdf；//停止时钟于低
CCR|=0x10;//停止时钟
P15=1；
6使用TDA8007应当注意的问题
TDA8007对于Vcc、RST出错，芯片过热（如图IC卡为电源短路卡或金属片），或IC卡插入拔出时都会产生中断输出。每次中断处理结束，应注意把HSR中的值读入一个临时地址，以便清楚HSR中的标志。
每次发送数据到IC前，即接收IC卡的最后一个数据之前，应设置寄存器UCR1中的LCT位，以便接收完IC卡的数据后，自动切换成发送状态。
对TDA8007部分布线时应注意，时钟信号线与其它线的隔离：最好被地线包围。
对于电路板上TDA8007部分的电容应尽量靠近TDA8007，其中电容Cap、Cbp、Cup尤其如此，并最好不要在这些电容连向TDA8007引脚过程中使用过孔；同时，Cap、Cup、Cbp电容的ESR要尽量小。
对TDA8007处理的两个IC卡座中的任何一个执行上电、下电、读写卡操作之前，必须执行选择卡座的操作函数，以便选中具体的IC卡进行处理。
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USB接口（UniversalSerialBus）是一种通用的高速串行接口。它最主要的特点是它的高速传输特性。USB1.1理论速度极限可以达到12Mb/s，USB2.0可达到480Mb/s。这样，它可以很好解决大数据量的数据在嵌入式系统与PC机之间的互传问题；同时，它支持热插拔，并且最多同时支持127个外设，非常适合嵌入式系统的应用。
本次设计是在一个已有的DSP图像采集嵌入式系统的基础上，为它配接上一个USB1.1的接口，以达到DSP图像采集系统高速地将图像数据回传到PC机中的目的。设计的要求主要有：
①在原有平台提供的接口基础上，加入一个低成本、高速度的USB接口；
②通过USB接口，实现PC机对DSP图像采集系统的操作与控制；
③实现图像数据在DSP摄像系统与PC机之间高速的双向传输。
基于以上几点可以看出，本方案最主要的特点是成本低廉且传输速度高。
1硬件方案选择与设计
1.1方案选择
对于基于DSP平台的USB接口设计，经过综合考虑了几种方案之后决定，采用一个不带MCU内核的USB接口芯片PDIUSBD12（成本非常低，一片PDIUSBD12的价格仅为20元），再加上简单的电路和时序调整电路。
这种芯片仅仅完成USB底层的数据链路级交换，并提供给本地微控制器一个并行的接口，但是它并不完成协议层的工作。协议层的工作需要对微控制器编程，控制USB接口芯片来实现USB协议。所以，开发难度相对来说大一些，要做的编程工作也多一点。但是这套方案的成本非常低，而且由于直接用DSP作为微控制器，没有原单片机的瓶颈限制，所以可以实现很高的数据传输速率。该系统的原理框图如图1所示。
由于PDIUSBD12的并行接口时序较慢，只能达到2MB/s。这个速度相对于DSP来说比较低，而且有些地方不是简单地在程序中加入延时就可以调整，所以需要一个时序调整电路来完成它们之间的配合。
图2TMS320C2XX写时序
1.2PDIUSBD12芯片
PDIUSBD12芯片是由Philips公司推出的一种USB1.1接口芯片。它可以工作在5V或者3.3V的工作电压下；具有8位数据总线，且有完全自治的DMA传输操作。它还具有可控制的软件连接（SoftConnect）功能，可以保证在微控制器可靠完成初始化之后再连接上USB总线。另外，它还有一个LED驱动脚，可以外接LED来监测USB的枚举过程和数据传输过程。当USB接口枚举完成，并且成功配置以后，LED将会一直点亮；而在枚举过程以及USB数据通信过程中，LED只是有节奏地闪烁。
PDIUSBD12只占用微控制器的两个地址资源。也就是说，它只有一根地址线。其中一个地址用来向芯片中写命令，另外一个地址用来向燕片中写数据或者从芯片中读取数据。
PDIUSBD12一共有三组端点：端点0完成控制传输；端点1可以配置成中断传输；端点2是主要的数据传输端点。它有64B的缓冲区，如果加上它的双缓冲机制，就有128B的缓冲区；它可以配置成批量传输模式，或者同步传输模式。
总的来说，PDIUSBD12是一款性能优异，价格相对软低的USB接口芯片。
1.3时序芯片
为了降低成本、简化电路，本方案不使用DMA传输方式，而以TI公司的TMS320C2XX作为微控制器（使用20MHz晶振）。它的并口速度非常高，远远高于PDIUSBD12所要求的最高限制2MB/s。此处是硬件设计最关键的地方。
经过详细的时序分析发现，大部分问题可以通过在DSP固件设计的加入延时，或者设置DSP的WSGR寄存器来解决。但是有一个问题，必须在硬件上加以解决。图2是DSP（TMS320C2XX）的写时序。
图3PDIUSBD12写时序
图2中，参数th(W-D)是指在WE信号变高（无效）以后，所写的数据将仍然保持有效的时间。这个值最小为3ns，最大为14ns，所以所写的数据在WE信号无效以后还会维持有效，大约3～14ns（实际的延时介于这两个值之间）。
图3是PDIUSBD12所要求的写时序。图中，参量tWDH是与DSP（TMS320C2XX）参量th(W-D)相对应的另外一个参量。这个参量反映了PDIUSBD12要求微控制器在向其中写数据时，所写的数据在WR信号无效之后，要继续保持有效的时间。这个参量最小值为10ns。也就是说，PDIUSBD12要求所写的数据最少要保持有效10ns（在WR无效之后）。
由此可以看出，DSP（TMS320C2XX）的写时序不能可靠地保证满足PDIUSBD12的要求，而且这个问题无法通过软件加延时的方法来解决，必须通过硬件来处理。经过分析对比，最后决定采用一个很简单但是后来事实证明非常有效的方法来调整它们之间的时序。那就是在DSP（TMS320C2XX）与PDIUSBD12的总线之间加一个双向缓冲器-74LS245。这个芯片可以在它们的时序之间引入一个延时。虽然这个延时并不可靠、但是由于DSP（TMS320C2XX）本身会在WR无效后，继续保持数据有效一段时间（前面已讲过），这要仅仅需要将延时适当延长一点就可以了。74LS245所造成的延时典型值为15ns，最小也为8ns。这样，加上原来DSP写时序的延时，就可以满足PDIUSBD12所要求的写时序了。
另外由于加入74LS245所造成的对其它接口时序的影响，可以通过设置DSP（TMS320C2XX）的WSGR寄存器来消除，所以这个方案是可行的。（事实上，后来制造好的电路也证明了这个方案是完全可行的）
对其余时序上的配合，经过仔细的计算与核对证明，也是完全可行的。在硬件上，哂方案还采用了一片GAL（16V8）来实现对PDIUSBD12芯片的片选，以及实现对它的软件和手动复位。硬件总体框图如图4所示。
2软件设计
2.1固件设计
由于采用的是不带MCU内核的USB接口芯片，所以关于USB1.1协议规范的实现都必须靠DSP（TMS320C2XX）控制PDIUSBD12芯片来完成。固件的主要设计任务是：在DSP（TMS320C2XX）的平台上编写程序，以完成USB1.1规范所要求的标准请求及用户根据产品需要自己定义的请求。
为了不影响程序的执行效率，本方案采用中断方式完成固件的编写；同时，为了保证程序的模块化及良好的可移植性，在设计中采用分层结构进行固件的编写，如图5所示。
最下层是硬件接口层，完成硬件上PDIUSBD12与DSP（TMS320C2XX）的对接。主要是DSP（TMS320C2XX）向PDIUSBD12中写入数据或者命令，以及从中读取数据。
中间层主要有两个模块，用来完成PDIUSBD12的命令接口和中断处理子程序。命令接口是指按照PDIUSBD12的命令格式，完成DSP对它的控制。它的基本命令格式是：DSP先向其中的命令地址写入某一条命令，接着从它的数据地址写入或者读出一系列的数据。中断处理子程序是判断中断的产生源，然后跳转到相应的处理子程序。这些子程序不做过多的处理，而仅仅是将命令数据读出然后置标志位，或者是将某些数据送出。
最上层是主循环程序，以及对于USB1.1标准协议请求（这些请求主要是在USB1.1协议规范的第九章中定义的）和用户自定义请求的处理程序。主循环的主要工作是检查标志位。如果标志位被置位，则调用处理子程序，判断是标准请求还是用户自定义请求，然后调用相应的处理程序加以处理，完成请求。
这样分层的好处是：主循环程序在检查标志位以外的时间可以进行其它工作，提高固件的运行效率。
编程过程中，由于涉及了一些严格的接口时序配合问题，所以，整个固件的编写工作全部采用DSP（TMS320C2XX）的汇编语言；用的是CC2000编程开发工具。
2.2PC机软件的设计
PC机的驱动程序由Philips公司提供。然后，用VC++6.0，通过调用API函数，编写PC的应用程序。这样即可实现PC机对DSP（TMS320C2XX）摄像系统的摄像控制以及图像的传输。
主要使用的API函数是DeviceIOControl（）、ReadFile（）、WriteFile（）。其中DeviceIOControl（）用于PC（主机）向DSP图像采集系统发送请求；ReadFile（）和WriteFile（）分别用于从图像采集系统中读出数据以及向图像采集系统中写入数据。
在设计过程中必须注意的问题是：由于USB接口是主-从方式的接口，它的一切传输过程都必须通过主机向外设发送请求后才可以开始，所以在使用ReadFile（）、WriteFile（）读写数据之前，必须先通过DeviceIOControl（）向图像采集系统发送请求。
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理解好USB协议是USB系统开发的第一步。USB协议版本包括1.0、1.1和2.0，USBOTG是对2.0版本协议的补充。虽然USB协议内容繁多且复杂，然而，对USB开发影响较大的却只是少数部分，以下对协议版本1.1[1]中这些部分进行介绍。
1.1USB协议
一般，每个USB设备由一个或多个配置（Configuration）控制其行为。使用多配置原因是对操作系统的支持；一个配置由接口（Interface）组成；接口则是由管道（Pipe）组成；管道与USB设备的端点（Endpoint）对应，一个端点可以配置为输入输出两个管道。在固件编程中，USB设备、配置、接口和管道都用描述符报告其属性。
图1为USB多层次通信模型。端点0默认配置为控制管道，用来完成所规定的设备请求(USB协议第九章)。其它端点可配置为数据管道。对开发而言，主要的大数据传输都是通过数据管道完成的[2]。
USB传输类型包括批量传输、等时传输、中断传输和控制传输，每种传输类型的传输速度、可靠性以及应用范围都不同[3]。控制传输可靠性是最高的，但速度最慢；等时传输速度快，满足实时性，但可靠性低。在具体应用中，端点传输类型可根据传输速度和可靠性选择。
在USB通信协议中，主机取得绝对主动权利，设备只能是“听命令行事”，通过一定的命令格式（设备请求）完成通信。USB设备请求包括标准请求、厂商请求和设备类请求。设备的枚举是标准请求命令完成的；厂商请求是用户定义的请求；设备类请求是特定的USB设备类发出的请求，例如海量储存类、打印机类和HID（人机接口）类。固件编程中设备请求必须遵循一定的格式，包括请求类型、设备请求、值、索引和长度。
1．2USB接口芯片选择
USB接口芯片的类型有：
（1）按传输速度的高低：低速（1．5Mbps）和全速(12Mbps)可选USB1．1接口芯片，例如Philips公司的PDIUSBD12和Cypress公司的EZ－USB2100系列；高速（480Mbps）可选USB2．0接口芯片，例如Philips公司的ISP1581和Cypress公司的CY7C68013。
（2）是否带MCU（微控制器）：一般Philips公司的都不带MCU，Cypress公司大多都带，例如AN2131。
（3）是否带主控器功能：不需要主机参与，主从设备间可进行数据传输，芯片有Philips公司的ISP1301和Cypress公司的SL811HS等。
还有专门用途USB芯片，例如闪存专用芯片IC1114。工程中用户可根据自己的需求选择一款性价比高的芯片。另外可用开发资源也是要考虑的重要方面，例如开发板和芯片厂商提供的网上资源，可大大降低开发的难度。
2基于USB接口的数据采集系统的设计
2.1系统简介
该系统能够实现16路温度数据自动采集，系统的组成框图如图2所示。主要包括8个组成部分：中央处理器选用AT89C52芯片，完成各部分控制功能和USB传输协议；实时时钟记录当前测量温度的时间；温度传感器和接口电路主要完成温度采集，并读入MCU处理；复位电路完成对MCU的上电复位和电源电压监视；看门狗电路用来监视MCU是否工作；存储电路主要存储采集到的温度数据以及采集的实时时间；电源电路主要为各部分提供要求的电源；外设与主机间的通信电路采用USB接口。
2.2接口芯片选择
接口电路采用Philips公司的PDIUSBD12[4]（以下简称为D12）芯片。主要因为D12芯片信息、开发资源丰富，具有较高的性价比。
D12芯片的主要特点包括：
·符合USB1．1版本规范；
·可与任何外部微控制器／微处理器实现高速并行接口(2MB／s)；
·采用GoodLink技术的连接指示器，在通信时使LED闪烁；
·主端点的双缓冲配置增加了数据吞吐量并轻松实现实时数据传输；
·在批量和等时模式下均可实现1MB／s的数据传输率；
·完全自治的直接内存存取DMA操作。
2．3接口硬件设计
由D12接口组成的通信电路原理如图3所示。关于D12的各引脚说明见参考文献[4]。多路地址／数据总线ALE接单片机的ALE脚，这样使用MOVX指令可以与D12接口，对D12操作就象对RAM操作一样，此时忽略A0（命令口和数据口地址线）的输入。因为没有使用DMA传输方式，所以没有用到DMACK＿N、EOT＿N和DMREQ＿NDMA引脚。INT＿N是USB中断请求脚，发出USB中断请求；GL＿N是GoodLink指示灯，在调试过程中非常有用，在通信时会不停闪烁。如果一直亮或者一直暗，表示USB接口有问题，如果D12挂起，则LED关闭。CLKOUT是D12的时钟输出，可以通过固件编程改变其频率，在调试固件时，可作为参考。
2．4接口程序设计
USB接口程序设计是USB开发的核心。USB接口程序设计包括三部分：单片机程序开发、USB设备驱动程序开发、主机应用程序开发。三者互相配合，才能完成可靠、快速的数据传输。
2．4．1单片机程序设计
单片机程序（又称固件）采用模块化程序设计，主要模块包括：数据采集模块、数据处理、监控模块和数据通信模块。模块化设计的优点是可靠性高、可读性好、升级简单。
通信模块固件结构如图4所示。主循环和中断服务程序之间的数据交换可通过事件标志和数据缓冲实现。图3中USB中断引脚INT＿N发出中断请求，中断服务程序根据中断请求类型操作，设置事件和填充数据缓冲区再传输给主循环；标准设备请求程序是对标准请求进行处理；用户可以根据实际需要编写厂商请求，例如发出启动或停止数据采集命令。
图3USB接口连接示意图
2．4．2驱动程序设计
驱动开发工具有DDK和第三方开发工具。其中DDK开发难度最大，第三方开发工具有DriverStudio和Windriver等。DriverStudio难度适中，而Windriver则属于应用层驱动开发，难度小，但效率低，并存在问题。
DDK驱动程序开发工作包括：开发环境设置（VC编译环境）[5]、驱动程序设计[6]、安装文件（INF文件）设计。
驱动程序设计采用WDM（WindowsDriveMode）。WDM设备驱动程序提供了一个参考框架，大大降低了由DDK书写驱动程序带来的难度。
D12驱动使用的例程包括：DriverEntry、AddDevice、DispatchPnp、DispatchRead、DispatchWrite和DispatchDeviceControl例程，以下是D12的WDM驱动程序函数：
DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿CREATE]＝D12＿Create;
DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿CLOSE]＝D12＿Close;
DriverObject－＞DriverUnload＝D12＿Unload;
DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿DEVICE＿CONTROL;
＝D12＿ProcessIOCTL;
DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿WRITE]＝D12＿Write;
DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿READ]＝D12＿Read;
DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿SYSTEM＿CONTROL;
DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿PNP]＝D12＿Dispatch;
DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿POWER]＝D12＿Process－PowerIrp;
DriverObject－＞DriverExtension－＞AddDevice＝D12＿PnPAddDevice;
驱动程序与应用程序和硬件之间通信都是IRP（I／O请求包）完成的。IRP＿MJ＿PNP主要是实现USB即插即用，例如设备的添加、删除和资源的分配；IRP＿MJ＿POWER实现电源管理，例如设备的挂起和唤醒；IRP＿MJ＿CREATE(创建)、IRP＿MJ＿CLOSE(关闭)、IRP＿MJ＿
DEVICE＿CONTROL（设备控制）、IRP＿MJ＿WRITE（读）和IRP＿MJ＿READ?穴写?雪是主要完成数据通信的函数，实现管道的创建、关闭和数据读写。其中设备控制具有输入输出缓冲区，可实现读和写功能；AddDevice和DriverUnload实现设备管理，在设备添加和卸载时，创建和删除设备，以及管理资源分配。
驱动程序通过安装文件（．inf文件）中PID(产品识别号)和VID（厂商识别号）识别USB设备。
2．4．3应用程序设计
主机应用程序的编写使用VC编译环境中的API函数实现。
应用程序的编程方法与串口编程类似。首先必须查找设备，打开设备的句柄；然后进行读写和控制操作；最后是关闭设备句柄。为了提高效率，可使用多线程技术实现读写。
应用程序通过GUID(注册表驱动唯一识别号)查找驱动程序。
2．5调试
首先是固件调试，可用仿真机完成，驱动开发工具Windriver也是很好的固件调试工具，例如测试标准请求、厂商请求和管道读写。其次是驱动调试，这是USB接口开发最困难的部分，调试工具可用DriverStudio中Softice工具和文献[6]中DebugPrint跟踪工具，监视工具BusHound可监视USB的实际数据传输情况。需要注意的是，驱动调试必须在应用程序正确调用的前提下。
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随着微电子和无线通信技术的发展，非接触式IC卡技术也得到蓬勃发展，但国内设计非接触IC卡的技术不够成熟。高频接口电路设计是非接触式IC卡设计的关键技术之一，文中将介绍一种高频接口电路的设计。
1IC卡的基本结构
图1是一个具有逻辑加密功能的非接触式IC卡的结构方块图。对于具有逻辑加密功能的非接触式IC卡，一般包括IC芯片和天线线圈（耦合线圈）。IC芯片又包括高频接口电路、逻辑控制电路、存储器等部分。
2高频接口模块设计
IC芯片内的高频接口电路是非接触式IC卡的模拟、高频传输通路和芯片内的数字电路之间的一个接口。它从芯片外的耦合线圈上得到感应电流，整流稳压后给芯片提供电源。从阅读器发射出来的调制高频信号，在高频界面经解调后重新构建一产生在逻辑控制电路中进一步加工的数字式串行数据流(数据输入)。时钟脉冲产生电路从高频场的载波频率中产生出用于数据载体的系统时钟。图2为具有负载调制器的高频界面方框图。
为了将芯片内处理后的数据传回到阅读器，高频界面也包括有负载波调制器或反向散射调制器。它们由传送的数字化数据控制。
图3为卡的模块结构框图。整流稳压模块主要是接收阅读器发来的载波，将载波信号转变成直流信号，以作为非接触IC卡内部芯片的电源使用；同时不能因为阅读器发来的不间断载波而使芯片内部电源电压无限增大。调制解调模块主要是将阅读器发来的信号从载波信号中取下来；在IC卡发送信号时将内部的数字信号转换成模拟信号，并上载到载波信号中以传输给阅读器。
(1)整流稳压模块的设计
该模块主要包括基准源电路、电压调节电路和电源开关电路。基准源电路由二级CMOS差分放大电路和晶体管电路构成的能隙基准源组成。其结构如图4。
有源电阻P0和多晶电阻R7组成偏置电路，为电路提供偏置电流。二级差分放大器的两个输入连接在Q1端和Q2端。由基准源原理可知，只有放大电路的输入失调电压很小，并且不受温度的影响时，基准源的输出才可以保持好的性能。根据放大器和能隙基准源原理可得：
I1R6=I2R4（1）
由（1）式可知，电路中放大器的输入失调电压几乎为零，故稳定后REF点的电压值为：
VREF=VQ1+VR6=VQ1+R6I1=VQ1+I2R4（2）
因PNP晶体管的基极和集电极相连，故VQ1值相当于晶体管中BE结二极管的正向压降VBE值，为0.6~0.8V。
晶体管中BE结温度系数为负，电阻温度系数为正，在（2）式中VQ1和VR6随温度的变化可以相互补偿，故该基准源的输出VREF对温度变化不敏感。电压调节电路是稳压电路中的核心部分，包括两个一级CMOS差分放大电路COMP和电压调节及反馈电路，如图5。
两个差分放大器的输入由分压电阻得到。比较放大后经反馈调节和限流保护电路得到MA1和MB1，以控制电源开关电路中开关管的开启和截止。
电源开关电路由储能电容，NMOS管构成的整流器及开关电路组成，如图6所示。P1、P2直接连到线圈L0的两端。通过电磁耦合在P1、P2上感应出交流电；经整流后，在储能电容C0端产生直流电压VDD。调压电容C5在N2管导通后构成放电回路，使P1、P2上的电流开始对C5充电而停止对C0充电，C0两端电压保持稳定，即为负载电路提供稳定的电源电压。
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伴着国内现代化发展脚步的不断前行，改革放开下中国对外贸易的交易量不断攀升，中国的经济获得了前所未有的发展。港口作为国内贸易的重要纽带，在推动中国经济稳步前行的历程中功不可没，目前，国内的港口开始引进非常多的大型机电设备进行港口的工作，因为引用的机电设备拥有大型化、信息化、快速化、自动化等特征，所以在机电设备的管理与维护等问题上提出了新的要求，目前，国内在港口机电设备的管理上还有很多未解决的问题。如何使得港口机电设备管理更加合理化，以及机电设备的节能减排与高效的运行等方面能够得到及时的解决成为了当前需要解决的难题。
1 港口机电设备的管理特征
伴着科学技术和国内工业化的飞速前进，科学领域前沿性的技术越来越多的在港口机电设备中得到了运用，从而让港口机电设备拥有了以下特征：
1.1 大型化
随着现在港口规模的不断扩大与工作区间的密集化造成了港口机电设备规模也趋于变大。大型机电设备机组能够增强工作效率，减少工作成本，降低能耗，并且适用于新技术的发展需求，满足现代化大型港口的工作要求。
1.2 快速化
顾名思义，快速化指的是港口机电设备的快速工作特征，机电设备的快速化有效的解决了由于港口机电设备大型化引起的单个生产效率的装置占有面积的减少与工作效率的提升等问题。
1.3 自动化
目前国内的港口内，机电设备的自动化已经得到了普及，自动化能够有效的提升工作效率，降低工人的工作强度，从而实现港口高产高效节能减排的目标。
2 目前国内港口机电设备管理存在的问题
2.1 港口机电设备管理意识薄弱
目前国内企业针对港口机电设备管理还没有长远的意识，企业针对机电设备的管理中存在的问题还没有明确的认识，更有些企业单纯的认为机电设备引进之后进行安装工作即可，后续工作并没有有效的进行布置和管理，造成了机电设备没有及时的得到保养、维修，使得机电设备的损坏，如果不针对港口机电设备管理意识上进行增强，那么企业将随时会有巨大的隐患。针对港口机电设备的管理实际上可以说是对潜在资产的保护，拥有潜在的利益，大多数企业都为了降低成本而对港口的机电设备的使用没有约束和限制，造成了机电设备的使用年限大大的缩短，实际上潜在的利益损失是无法估量的。此外，因为针对港口机电设备的管理意识没有足够的重视，造成了机电设备管理的不恰当，非常容易造成机电设备的安全参数减少，使得机电设备无法正常的工作，更可怕的是造成不必要安全事故。
2.2 港口机电设备重修理轻改造
企业真看到了眼前的利益，而没有看见长远的利益，为了要生产的数量，而使机电设备长时间工作，针对机电设备的维护没有足够的重视，常常让机电设备发生小故障的时候仍然进行工作，等到积攒到一起再进行大修。如此状态的机电设备生产效率下降，工作质量也没有保障，并且无法保证机电设备的安全工作。另外，企业往往认为机电设备进行维修时能够报销，但是更新或者改造机电设备却无法报销，这样做的直接结果导致机电设备的性能直线下降，最后将不法达到企业生产的需求。
2.3 港口机电设备维修管理相对滞后
机电设备的保养与维修方法还按照传统的方式和周期进行，实际上这种“强制保养，计划维修”同目前的实际应用中有些不同，还有着过量修理，不根据应用环境与工作条件武断的定下的保养的间歇周期以及维修的间歇周期。由于这样的保养修理机制，得到其完全遗忘了机电折本自身的质量状况、保养修理与上次的维修数据。上述保养修理机制自身存在的缺陷，也不利于机电设备检测技术与手段的发展。
3 港口机电设备管理解决方法
3.1 改变对港口机电设备管理的传统意识
改变对港口机电设备管理的意识，增强企业全面的、统一的、可发展的维护管理观念。此观念不只含有机电设备的安装、保养、修理、改造等常用的管理操作中，还应该令港口机电设备管理、操作工人具有这种观念。保证港口机电设备管理的有序的实施，是港口工作中的重点，是提高港口机电设备稳定
、高效工作的前提。企业不应该只关注眼前的利益最大化，而忽略了长远的利益，使得机电设备超负荷运转，造成无法挽回的损失。应该从机电设备可以长期为企业提供利益这点上进行管理。
3.2 增强港口机电设备的技术改造
机电设备的技术改造也称为机电设备的技术改装，指的是运用现代科技成果，针对机电设备的结构，功能等进行改造，以达到原机电设备无法完成或可以令机电高效的完成工作。技术改装针对已有的作业工艺、工作设施以及技术设备展开的技术变革，并且是对现有的工作性能添加新的技术从而增强工作效率和经济效益。此外，技术改装与修理不是同一概念，修理只是针对机电设备保持其工作性能的一种方法，修理不具备很高的新技术要求，而技术改装需要新的技术对原有设备性能等进行创新的改造。
3.3 完善港口机电设备的维修管理
设备修理的目的在于令动力构件保持一定的运行能力，在规定时间内完成工作，简言之，是让机电设备在规定的期限内有效的运行下去。修理后是否对机电设备的工作效率和质量产生影响，是根据设备的可利用率得知的。所以修理的目标是用适当的成本提供技术支持，从而保障工作中的机电设备顺利生产，让企业获得利益。当确认机电设备的维修方法后，还要对设备在生产流程中所处的位置，不要应用一种固定的修理方法。在企业中必须要同时拥有定期维护、定期检测、修理等方式。
【参考文献】
[1]许若平.论港口机电的使用与维护[j].中国水运：下半月，2012（12）.
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1.1解决方案概述
本文提出的移动管理平台是管理企业移动智能终端的跨平台解决方案，提供了iOS、Android平台下的移动设备管理（MDM）、移动应用管理（MAM）和移动内容管理（MCM）功能，解决企业移动智能终端的安全问题、应用管理问题、统一配置问题、文档共享问题。整个平台分为四大组成部分⑴MDM客户端：提供移动设备管理和移动应用管理功能；⑵MCM客户端：提供移动内容管理功能；⑶自服务平台：供移动终端用户管理自己的设备；⑷管理平台：供系统管理员使用。
1.2整体架构
1.2.1应用架构图
设备客户端通过TCP长连接服务端，获取数据、信息，发送客户端状态。服务器端由MDM连接服务接受客户端的TCP请求，通过指令引擎解析指令，发送到MDM管理模块。具体结构图如下图1。平台入口为负载均衡服务器，具有很好的可扩展性、可伸缩性。当服务器配置无法满足日益增长的需求时，可通过扩展MDM连接服务、MDM管理服务等节点，可以实现无缝扩展服务器配置，来迅速增加服务器的处理能力，且不需要修改代码。
1.2.2硬件架构图
整套硬件按用户设备10万台为基准：
由2台高配置的IBM System x3850 X6 4U机架式服务器和共享存储组成：
硬件系统包括服务器、共享存储、安全设备、网络设备，并应具备基于vmware实时迁移技术，防止单点故障。
实时处理要求高，需要7X24小时不间断服务支持和计算密集型应用可使用本方案。参考图如下：
二、移由璞腹芾砥教üδ
2.1设备管理
本文提出的移动管理平台提供完整的移动设备生命周期管理。具体分为用户及设备管理，配置管理，安全管理，资产管理等。
2.2用户管理
2.2.1用户及设备批量注册
管理平台提供批量用户及设备导入功能，包括如下两种方式：
⑴从模板文件导入。系统提供标准模板文件下载，管理员按照模板填写用户、用户组及设备信息，一次性完成大量用户和设备的注册。
⑵从LDAP/AD导入。管理员可将企业LDAP/AD服务器中的用户导入管理平台某个用户组中，然后按照用户组、用户名关键字进行选择性导入。
2.2.2用户及设备详情查询
通过管理平台能对所有用户及设备进行查询。
用户详情展现用户基本信息、帐号信息、权限信息、配置/策略信息、注册/激活/淘汰设备的记录，设备信息等。可支持Dashboard仪表盘显示。
设备详情展现已激活设备的详细信息，包括设备基本信息、硬件信息、运营商信息、流量信息、应用程序信息、配置/策略信息、用户信息等。可了解设备型号、OS及版本、是否受控在线、上次在线时间、是否越狱、SIM卡变更信息、设备漫游信息、下发的配置文件和策略列表及其状态等。可支持Dashboard仪表盘显示。
2.2.3用户禁用及删除
如员工离职，管理员可将用户从管理平台中禁用并删除。支持单个删除和基于组织结构、搜索结果的批量禁用删除。用户删除后，淘汰的设备能形成资产变更历史。
2.2.4通讯录同步
用户可通过客户端或自服务平台设置通讯录自动同步功能，并能够显示上次同步时间。通讯录发生变化时，同一用户的多个设备能保持通讯录联系人一致。
2.3配置管理
在企业内部存在不同的组织，需要对他们进行差异化配置管理。通过预定义好的配置文件，在设备激活后自动向设备下发配置信息，并可通过修改配置文件在线对已激活的设备进行配置信息修改。
2.3.1WIFI热点批量配置
WLAN作为移动网络的有效补充，企业内部通常部署了多个WiFi热点，手工配置繁琐。通过将WiFi热点的参数加到配置文件中，管理平台统一下发到移动终端，达到迅速开通WLAN的目的。支持个人级Wi-Fi设置，采用WEP或WPA安全鉴定方式。
2.3.2电子邮件自动设置
移动管理平台可以帮助企业用户自动设置电子邮件，每个配置文件中可以包含多个电子邮件配置信息，配置内容包括SMTP、POP、IMAP邮件帐户信息等。对于采用Microsoft Exchange服务器的企业，每个配置文件中可包含多个Microsoft Exchange服务器配置信息。
2.3.3VPN网络配置
企业用户可以配置多个VPN网络，每个配置文件中可以包含多个VPN配置信息。支持L2TP、PPTP、自定义SSLVPN多种方式。
2.3.4APN网络配置
可配置运营商移动网络APN接入信息，包括接入点名称、接入点用户名/密码、服务器地址及其端口等。
三、安全管理
3.1管理设备
如果需要找回含有企业数据的丢失设备，可采用自服务平台提供的设备定位功能。定位结果通过地图进行展现并形成文字形式地理位置摘要，地图支持多个设备的同时展现。
设备丢失或暂时找不到时，为防止企业数据被他人获取，通过自服务平台向设备发送消息锁定设备，从而保护企业数据的安全。
用户可在自服务平台进行设备删除，淘汰设备必须提供设备擦除选项（全部擦除、选择性擦除）并填写备注信息，淘汰后的设备脱离与企业MDM平台的关系。
3.2数据擦除
设备确认丢失后，可通过自服务平台进行设备所有信息清除，使设备恢复出厂设置并格式化存储卡，防止企业数据泄漏。
当员工离职需要带走含有私人信息的设备时，可通过自服务平台发送指令，在设备上仅擦除与企业相关数据。企业数据包括：MDM配置及策略文件信息；企业邮件；已安装企业内部应用及其运行数据。
为防止不法分子试探密码，可设置最多允许失败次数：确定尝试输入密码失败超过指定次数之后设备会被擦除。
3.3密码强制设定
移动设备的密码设定是安全保护最简单有效的方式。管理平台可设置一种策略，移动设备会被要求在规定时间内设置密码，如果超时没有设置密码，设备将会被锁定，只有设置密码后，才能继续使用。
当用户忘记设备锁定密码时，可通过自服务平台进行密码重置。
3.4数据加密策略
设置设备数据加密功能的开启状态及加密内容。（1）内置存储器加密（2）SD卡加密
3.5限制相机，截屏等功能
对于禁止拍照摄像的工作场所，或是为防止人员对设备上的企业办公系统进行屏幕捕捉而泄密，可应用相应策略关闭终端相机，截屏等功能。
3.8数据备份及恢复
管理平台硬件故障导致数据丢失，可通过将备份文件导入新设备后快速恢复服务。支持手动和定期自动备份方式。
3.9应用安全管理
恶意软件是公共移动应用商店存在的一个大问题，企业移动应用商店同样可能受到这些恶意软件的攻击，例如来自心怀不满的员工的内部攻击，或者来自内部企业应用程序捆绑的第三方软件和服务包。
为防止企业移动移动应用商店含有恶意软件，提供对上架前的应用软件进行安全扫描服务功能。有安全隐患的应用由管理T决定是否上架。
四、设备管理
资产管理人员需要对企业下发的移动设备进行统一管理，可通过资产列表了解设备相关信息，对某个设备维护备注信息，能够导出设备资产报表。
设备管理提供如下功能：设备列表：显示设备基本信息，设备组别，设备在线状态，绑定SIM卡UIM号，所连接集群服务器地址。设备分组：对不同用户使用设备进行分组，从后台可调整设备组别。设备筛选、排序、查找：根据设备不同状态，在线状态，设备组别，设备MEID号，集群服务器地址等条件进行筛选、排序与查找。设备添加：需要输入设备MEID，设备分组，设备绑定SIM卡UIM号，可批量导入。
五、应用管理
本文提出的移动管理平台方案提供创新的企业移动应用商店，同时支持iOS和Andriod移动平台，能有效地、安全地为企业提供进行移动应用管理。主要功能包括应用安全检测、分类管理、内外部应用管理、策略管理、统计及日志管理等。
1、应用安全。恶意软件（例如木马应用程序）是公共移动应用商店存在的一个大问题，企业移动应用商店同样可能受到这些恶意软件的攻击，例如来自心怀不满的员工的内部攻击，或者来自内部企业应用程序捆绑的第三方软件和服务包。为防止企业移动移动应用商店含有恶意软件，提供对上架前的应用软件进行安全扫描服务功能。对于返回有安全隐患的应用由管理员决定是否上架。
2、应用分类。本文提出的移动管理平台方案为便于应用搜索和管理，企业可自定义应用分类，供添加应用时选择，一个应用可于多个分类。支持一级分类管理，管理员可以新建、删除、修改分类信息。
六、黑白名单
本文提出的移动管理平台方案提供企业内部应用的添加、更新、删除、修改、列表、详情查看、搜索功能。可针对用户/用户组进行分发，分发方式可使用推送安装包、推送消息、不推送等。可将应用进行黑、白名单的归类。
七、公共应用
企业管理员可以在此放置推荐员工安装的第三方应用。提供苹果应用软件商店、第三方应用软件商店应用、拿到安装包的第三方应用的添加、更新、删除、修改、列表、详情查看、搜索、分发功能。可针对用户/用户组进行分发，分发方式可使用推送安装包、推送消息、不推送等。
八、MDM迁移方案
新平台上线后，为保证新旧系统平滑切换，将实施如下步骤完成新旧平台切换：（1）将旧系统数据全量迁移到新平台。（2）部署新平台，旧平台不下线，新旧平台双轨并行。（3）旧平台给所有设备分批推送新版本客户端。考虑到推送后客户端升级带来的网络带宽压力，每批次推送建议不多于2000台设备。具体情况以实际情况为准。（4）设备安装新版客户端后，访问新平台。（5）所有设备的客户端均已升级到新版本客户端后，旧平台才可下线。（6）旧平台下线后，将旧系统数据增量迁移到新平台，迁移完成。
九、定制化支持
为便于未来针对MDM系统进行定制化功能扩展，系统从设计及实现上考虑，提供灵活的扩展API。
9.1扩展定制接口
接口说明：该接口主要定义MDM系统管理端的扩展规范。
接口定义：业务扩展接口（JSGap）业务集成接口（webPortal）
（1）业务扩展接口（JSGap）是基于JavaScript构建的一套完整的业务服务扩展引擎，它提供一系列的接口适配、组装能力，可用于为移动端、后端业务提供数据服务。
它提供的部分通用接口规范如下所示：
（2）业务集成接口（webPortal）是一个完整的门户解决方案，基于J2EE的架构，前台界面部分使用Spring MVC框架，作为企业业务系统的统一入口和接入平台，提供了登录管理，鉴权验证，资源、菜单管理，应用集成及内容管理等功能，主要是实现对现有业务系统的整合。它提供的主要接口如下：
9.2统一认证接口
接口说明：该接口主要定义MDM系统中认证接口的统一规范。
接口定义：authToken
9.3消息推送接口
接口说明：该接口主要定义MDM系统中的消息推送服务的统一调用接口规范。
接口定义：pushMsg
9.4应用接口
接口说明：该接口定义MDM客户端的应用商店API接口规范。
接口定义：ApplicationStore Open API
十、MD 系统升级规则
MDM系统针对升级兼容问题，从技术架构设计、接口设计、数据模型设计等各个环节综合考虑，主要及关键的机制如下：
（1）接口版本号：。所有接口设计，添加严格的版本号兼容控制机制，根据版本号的不同做针对性响应。如果是非强制性的升级导致的版本号差异，则原则上尽可能保证低版本的系统可以正常运行。如MDM客户端与MDM管理端间的接口规范定义。
（2）API兼容。API的兼容设计，主要是考虑MDM客户端的版本升级的自身功能、数据、设置等的兼容问题，如果是正常的应用升级覆盖的前提，则原则上尽可能保证升级后的应用可用性、原始数据状态正常。比如客户端上的嵌入式数据库的升级API设计，数据存储的API设计，新版本增加使用的新功能的API兼容等。
（3）协议兼容。协议的兼容设计，主要是考虑MDM客户端与MDM连接服务端间的兼容问题，主要包括的是基于TCP链路上的消息协议的兼容问题，比如新增加扩展的协议，一定不影响原有的协议正常使用。
结论与展望
本文提出的移动管理平台解决方案：一方面提供智能K端设备、应用、内容的统一管理，另一方面提供全面的安全防护。通过部署本移动管理平台，可在不影响现有企业信息系统的前提下解决上述难题，实现如下三方面的价值：（一）大幅提升企业生产效率。实现员工在任何时间、任何地点进行无线办公，采用Push通知第一时间精准分发企业应用和文档，使企业在激烈竞争的信息时代赢得市场先机。（二）全面降低企业成本。多操作系统移动设备、应用、内容统一管理，降低IT管理费用；利用员工的设备实现移动办公，降低公司在设备资产方面的开支；监控智能手机消费行为，引导合理套餐设定以节约话费。（三）充分保证企业数据及应用商店的安全。设备定位、锁定及数据擦除保护企业信息不外漏，采用全球最大移动安全知识库让企业应用商店远离病毒干扰。如通过统一下发策略配置保证设备强制密码设定，防止设备非法越狱，限制部分应用、文档的使用权限等。
参 考 文 献
[1]汤玛士.戴文坡.ERP进阶实务[M].商周出版，2011，12.
[2]吉尔伯特.托平，菲奥娜.切尔尼亚夫斯卡.企业咨询[M].东北财经大学出版社，2008，4.
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