電子系統(tǒng)設計精選(九篇)

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第1篇：電子系統(tǒng)設計范文

【關鍵詞】EDA技術；電子系統(tǒng)設計；自頂向下設計方法

EDA技術是計算機技術與電子設計技術相結合的一門嶄新的技術，其涉及面廣，融合了電路系統(tǒng)、計算機應用、微電子等多個學科。應用EDA技術，電子系統(tǒng)設計的全過程都可依靠計算機來完成，大大縮短了電子電路設計的周期，提升了設計效率，滿足了市場需求。因此，分析EDA技術在電子系統(tǒng)設計中的應用，對于基于EDA技術的電子系統(tǒng)設計的長足發(fā)展有著非常重要的現(xiàn)實意義。

一、EDA技術簡介

EDA是電子設計自動化（Electronic Design Automation）的英文縮寫。EDA技術作為現(xiàn)代電子技術的核心，它以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O計載體，以硬件描述語言HDL為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達方式，以計算機、大規(guī)模可編程邏輯器件的開發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設計開發(fā)工具，對設計文件自動完成邏輯化簡、邏輯編譯、邏輯分割、邏輯綜合、布局布線，以及邏輯優(yōu)化和仿真測試，直至實現(xiàn)既定的電子系統(tǒng)功能。

二、EDA技術的產(chǎn)生背景與內(nèi)容

在20世紀后半期，隨著計算機和集成電路的迅速發(fā)展，專用集成電路設計難度不斷提升，電子設計周期日益縮短，電子系統(tǒng)設計面臨著嚴峻的考驗。為了解決這一問題，電子設計人員需要新的設計方法和高層次的設計工具，而EDA技術就在這一現(xiàn)實背景下產(chǎn)生了。

EDA技術內(nèi)容豐富，涉及面廣。但從應用的角度出發(fā)，應了解和掌握以下四個方面的內(nèi)容：（1）、硬件描述語言；（2）、大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷脑?、結構及應用；（3）、EDA工具軟件的使用；（4）、實驗開發(fā)系統(tǒng)。在電子系統(tǒng)設計的過程當中，EDA技術的這四個內(nèi)容依次扮演著表達方式、載體、設計工具、下載及硬件驗證工具。

三、在電子系統(tǒng)設計中EDA技術的應用

1、在電子系統(tǒng)設計中面向CPLD/FPGA的EDA設計流程

完整地了解利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計開發(fā)的流程對于正確地選擇和使用EDA軟件，優(yōu)化設計項目，提高設計效率十分有益。一個完整的EDA設計流程其基本步驟如下：第一，用一定邏輯表達手段將設計表達出來，以進行源程序的編輯和編譯；第二，對設計輸入做邏輯綜合和優(yōu)化，進而使其生成網(wǎng)表文件；第三，在選定的目標器件中應用適配器件完成邏輯映射操作；第四，用下載電纜或編程器將編程文件載入目標芯片中；最后，要進行硬件仿真和硬件測試，驗證所設計的系統(tǒng)是否符合設計要求。同時在設計過程中要進行有關軟件仿真，模擬有關設計結果與設計構想是否相符。

2、EDA技術與傳統(tǒng)電子設計的比較

（1）傳統(tǒng)電子設計的弊端

傳統(tǒng)電子系統(tǒng)設計方法都是自底向上進行設計的，手工設計占很大比重。設計過程中首先要確定可用的元器件，然后根據(jù)這些器件進行邏輯設計，完成各模塊后進行連接，最后形成系統(tǒng)。這種設計方法只是在對電路板進行設計，通過設計電路板把具有固定功能的標準集成電路和元器件規(guī)劃在一起，從而實現(xiàn)系統(tǒng)功能，它存在很多缺點，比如：只有在設計出樣機或生產(chǎn)出芯片后才能進行實測；在設計中，如果某處出現(xiàn)錯誤，查找和修改十分不便；設計成果的可移植性較差；設計過程中將產(chǎn)生大量文檔，不易管理；對于復雜電路的設計、調試十分困難等。

（2）現(xiàn)代EDA技術的優(yōu)越性

采用EDA技術的現(xiàn)代電子產(chǎn)品與傳統(tǒng)電子產(chǎn)品的設計有很大區(qū)別?；贓DA技術的設計方法是自頂向下進行的。設計工作從高層開始，采用完全獨立于目標器件芯片物理結構的硬件描述語言，對設計系統(tǒng)進行基本功能或行為級的描述和定義，逐層描述，逐層仿真，在確保設計的可行性與正確性的前提下，完成功能確認。

在電子技術飛速發(fā)展的今天，采用EDA技術進行電子系統(tǒng)的設計，具有很多優(yōu)勢，比如：采用的“自頂向下”設計方法是一種模塊化設計方法，對設計的描述從上到下逐步由粗略到詳細，符合常規(guī)的邏輯思維習慣；采用完全獨立于目標器件的硬件描述語言進行設計，因此設計易于在各種集成電路工藝或可編程器件之間移植；由于高層設計同目標器件無關，在設計最初階段，設計人員可以不受芯片結構的約束，集中精力對產(chǎn)品進行最適應市場需求的設計，從而避免了傳統(tǒng)設計方法中的再設計風險，縮短了產(chǎn)品的上市周期；適合多個設計者同時進行設計等。

四、結語

通過論述EDA技術在電子系統(tǒng)設計中的應用，可以看出，EDA技術“自頂向下”的設計理念，使電子設計工程師開始實現(xiàn)“概念驅動工程”的夢想，簡化了繁瑣的設計工作，極大地提高了系統(tǒng)設計的效率，能夠滿足現(xiàn)代電子系統(tǒng)的設計要求。21世紀是EDA技術的發(fā)展高速期，相信隨著科學技術水平的不斷進步，在不久的將來，EDA技術必將突破電子設計范疇，進入其他領域，EDA技術設計應用必將取得更輝煌的成績。

參考文獻：

[1] 潘松，黃繼業(yè).EDA技術與VHDL（第3版）[M].北京：清華大學出版社，2009.9.

[2] 王平.EDA技術的電子系統(tǒng)設計[J].中國科技博覽，2011，（38）.

第2篇：電子系統(tǒng)設計范文

關鍵詞：電子系統(tǒng)設計；教學內(nèi)容；案例教學；實踐科目設計

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）03-0080-02

電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)從事電子設備和信息系統(tǒng)的設計、應用開發(fā)以及技術管理等方面工作的高級專門人才，“電子系統(tǒng)設計”是電子信息工程的核心專業(yè)課程，一般包括理論教學和實踐教學兩部分，是銜接原理性知識與工程設計之間的橋梁。“電子系統(tǒng)設計”不僅要求對前修的電子技術、計算機、信號處理等系列課程融會貫通、綜合運用，而且還需要適應現(xiàn)代信息技術的發(fā)展和需求，因此教學難度較大，需要進一步改進教學方法，提高教學效果，增強學生的實踐創(chuàng)新能力。本文首先詳細分析了教學內(nèi)容、課堂教學、實踐教學等環(huán)節(jié)中存在的主要問題和不足，然后探討了有針對性的改進方法和措施。

一、主要問題分析

1.教學內(nèi)容?？偟膩碚f，教學內(nèi)容沒有很好體現(xiàn)現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計的全局性、新技術與新方法、硬軟件結合的特點，與當前技術發(fā)展與應用需求存在一定程度的脫節(jié)。（1）單元電路設計內(nèi)容偏多，缺乏“系統(tǒng)級設計”概念。在不少教材及授課中，仍以講授各種電路的設計方法為主要內(nèi)容，過于強調“技術級設計”，與前修課程重復性較大。本課程的講授重點應該是現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計的基本方法、基本流程以及怎樣用各種單元電路和硬軟模塊構建高性價比的電子信息系統(tǒng)。（2）傳統(tǒng)技術內(nèi)容偏多，而新器件、新技術和新方法的介紹不足。當前各種新型集成電路和微處理器、PLD和嵌入式技術、EDA方法等已經(jīng)非常成熟，在現(xiàn)代電子系統(tǒng)和產(chǎn)品中廣泛應用。但是在不少教材及授課中，仍以8位單片機為核心、以分立元件或中小規(guī)模集成電路為基礎講授電子系統(tǒng)的設計，學生將難以適應信息技術的發(fā)展和需求。（3）偏重硬件設計內(nèi)容，忽略軟件在電子系統(tǒng)中的作用。電子系統(tǒng)是由硬件、軟件組成的有機整體，缺一不可，但在不少教材及授課中，主要介紹硬件電路和硬件系統(tǒng)，致使學生的（系統(tǒng)）軟件設計能力嚴重不足。

2.課堂教學。教學效果雖然取決于學生和教師兩個方面，但歸根到底還是看教學方法是否得當?！半娮酉到y(tǒng)設計”課程一般安排在第7學期，此時大部分學生專注于考研和找工作，學習積極性和時間投入不足；本課程涉及面較廣，不僅需要靈活運用前修課程的相關知識，而且須加強對實際電子系統(tǒng)（產(chǎn)品）的分析和綜合能力，有一定的難度。這些特點對課堂教學方法提出了較高要求。雖然很多教師對多媒體課件制作、雙主體課堂教學模式等方面進行了有益的改進和運用，但是在授課的深入淺出、知識的融會貫通、理論聯(lián)系實際等方面普遍存在不足，難以調動學生的積極性和主動性。

3.實踐教學?！半娮酉到y(tǒng)設計”課程的實踐性極強，一般配備綜合課程設計等實踐環(huán)節(jié)。實踐科目的設計是其中的重點和難點，常常存在以下問題，達不到預期訓練效果：難度及工作量偏大或便??；覆蓋面經(jīng)常偏小，等同于一個課程實驗；趣味性或實用性不夠，難以引起學生興趣；設計及制作成本考慮不足，給學校或學生造成負擔；較大的課題以團隊形式完成，但任務分工及考核量化不明確，等等。另外，實踐教學手段較單一，沒有很好體現(xiàn)教學與行業(yè)應用、與教師科研的合理結合。

二、改進方法探討

針對上述教學環(huán)節(jié)中存在的主要問題，結合筆者多年“電子系統(tǒng)設計”課程的教學實踐，提出如下改進方法。

1.合理編排教學內(nèi)容，既體現(xiàn)課程內(nèi)涵，又聯(lián)系當前的技術發(fā)展和現(xiàn)實需求。以系統(tǒng)級設計為主線，重點講解現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計的基本方法和基本流程，以及如何利用典型電路和軟硬件模塊構造高性價比的電子信息系統(tǒng)，而局部環(huán)節(jié)的“技術級設計”應由前修課程完成[1，2]。例如，電子系統(tǒng)設計的流程包括需求性論證、系統(tǒng)方案設計（含成本、功耗、可靠性分析等）、硬件/軟件設計、抗干擾設計、系統(tǒng)仿真、制作/調試、產(chǎn)品化設計等；模擬系統(tǒng)/數(shù)字系統(tǒng)/混合系統(tǒng)（智能系統(tǒng)）的重點、難點內(nèi)容；自頂向下設計方法；CDA和EDA工具的運用；各級仿真在設計中的應用等。充實新器件、新技術及新方法的有關內(nèi)容。重點以新型集成元器件、PLD器件為基礎，以新型單片機、嵌入式或DSP芯片為核心構建現(xiàn)代電子系統(tǒng)，例如程控放大器、程控濾波器在信號調理中的應用、單片機+FPGA的系統(tǒng)設計、多種串行總線及外設接口方法等；無線傳感器網(wǎng)絡、RFID、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術在電子系統(tǒng)設計中應用等。加強電子系統(tǒng)軟件設計方面的內(nèi)容和訓練。重點講解接口、通信和上位機應用程序的設計方法。

2.以學生引導為目標、以案例教學方法為手段，提高教學效果。學生是教學的主體，激發(fā)他們的學習積極性和主動性是取得良好教學效果的根本保證。但是學生引導不是靠說大道理、做思想工作，而是蘊含在科學合理的教學手段之中。根據(jù)該課程的特點，案例教學是最佳的手段[3]。對典型電子系統(tǒng)、電子產(chǎn)品的資料進行搜集、整理，形成5～8個經(jīng)典案例，在課堂上重點剖析。通過案例這個載體，一方面將相關知識點有機聯(lián)系起來，容易達到深入淺出和融會貫通，另一方面使學生對實際電子產(chǎn)品和最新發(fā)展動態(tài)充分了解，增強學習興趣和熱情。例如，在安徽農(nóng)業(yè)大學電子信息工程專業(yè)的教學中，以自主研發(fā)的農(nóng)業(yè)環(huán)境遠程監(jiān)測系統(tǒng)（圖1）為案例，詳細講解需求分析、總體設計、各模塊設計及實物展示，加深了學生對傳感器、數(shù)據(jù)采集、太陽能供電、遠程無線傳輸、數(shù)據(jù)中心、應用服務等環(huán)節(jié)的理解以及對數(shù)字農(nóng)業(yè)、精準農(nóng)業(yè)的認識，收到了良好的教學效果。

3.設計科學合理的實踐科目，開展形式多樣的實踐模式，提高實踐創(chuàng)新能力。實踐科目設計是保證實踐教學效果的重點[4，5]。通過對多種實訓教材、電子設計競賽題目的搜集、篩選、整理，并結合學校、學生的特點，設計一套（20個左右）科學、合理的“電子系統(tǒng)設計”實踐科目，兼顧難度、工作量、覆蓋面、成本、趣味性及實用性等諸多因素。學生在教師的指導下選擇合適的題目，通過文獻查閱、方案論證、器件選擇、電路設計、軟件編程、裝配調試、系統(tǒng)測試、文檔整理等環(huán)節(jié)，較系統(tǒng)地掌握電子系統(tǒng)設計的全過程，達到實踐訓練目的。對于能力較突出且有興趣的學生，可以進一步拓展實踐教學形式，鼓勵他們參加各種類型的科技創(chuàng)新活動、參與教師科研活動，提高競爭意識、協(xié)作精神和創(chuàng)新能力。

電子信息技術的發(fā)展日新月異，傳統(tǒng)的教學體系和方法面臨著嚴重的挑戰(zhàn)。筆者根據(jù)多年電子系統(tǒng)設計的教學和科研經(jīng)驗，分析了教學內(nèi)容、教學方法、實踐環(huán)節(jié)中存在的主要問題，提出了有針對性的改進措施，應用在教學實踐中效果較好。再配合考核方法、支撐條件等其他環(huán)節(jié)的改進，將全面提升“電子系統(tǒng)設計”的教學質量，增強學生的實踐及創(chuàng)新能力，更好地滿足現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)對高質量人才的需求。

參考文獻：

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第3篇：電子系統(tǒng)設計范文

將管理、運籌以及控制等方面技術融合在一起，形成系統(tǒng)工程技術。由于該技術涉及領域眾多，因此在應用環(huán)節(jié)中需要根據(jù)使用需求做出調整，將不必要的程序省去，有效縮短系統(tǒng)構成所用時間。對電子電路進行設計時，會出現(xiàn)大量不確定因素，需要計算分析，系統(tǒng)工程技術了幫助設計師快速判斷需要重點研究的項目，制定出合理的優(yōu)化方案。電子電路系統(tǒng)設計需要有確定的目標，再對各組成部分優(yōu)化處理。系統(tǒng)工程技術會將設計中的影響量整理下來，依次做出比較。通過這種方法來確定設計過程中需要加入的抗干擾功能。系統(tǒng)工程還可在電子電路中形成功能網(wǎng)絡，傳統(tǒng)設計理念只是對局部電路進行加強處理，缺少模塊之間的配合，從設計方案分析以及足夠成熟，但使用時很容易產(chǎn)生阻礙影響。應用這一技術后可有效解決配合不當?shù)膯栴}，使電路設計方案更具有可行性，電子系統(tǒng)運行控制成本也會有明顯減少。

2電子電路設計中體現(xiàn)的系統(tǒng)工程理念相關性

2.1元器件的集合性。

元器件是電路組成的基礎部分，在選擇準備階段引入系統(tǒng)工程理念可幫助元件形成一個集合。只有在相互配合的狀態(tài)下元器件功能才得以實現(xiàn)，這也正是系統(tǒng)性的體現(xiàn)。隨著設計工作的深入，一些不必要的元器件會被替代或者省略掉，以此來追求運行環(huán)節(jié)的簡便，系統(tǒng)工程在形成初期會幫助設計人員確定不必要的部件，并對實現(xiàn)功能的模塊組成進行簡化處理。以電子電路系統(tǒng)設計層面對這種形成進行分析，可以稱之為元器件的集合性。

2.2組成要素相關性。

系統(tǒng)是由不用功能設備組成的，根據(jù)使用需求這些電氣設備在供電環(huán)節(jié)中會獨立存在。明確電路的導通原理后可以對系統(tǒng)進行有效設計，既可以為控制環(huán)節(jié)提供便捷，又能在使用功能上做出進步，電子元件的導通原理相似，由此可以將系統(tǒng)工程技術中的相關性引入其中。可以確定重要組成模塊之間的關聯(lián)性，以此來降低導通線路的復雜程度。

2.3電路系統(tǒng)層次性。

電子電路運行指令由控制模塊發(fā)出，信號通過傳輸與接收裝置后被功能模塊感知到，并做出相應指令。這一環(huán)節(jié)中體現(xiàn)出了電路的層次性質，系統(tǒng)工程技術同樣具有嚴謹?shù)膶哟蝿澐郑@一特異性為技術應用提供了空間。系統(tǒng)工程理念引入到設計工作中，可以將設備運行不同階段產(chǎn)生的參數(shù)變化記錄下來，明確影響因素后方便技術人員制定出調節(jié)方案，電子電路在使用過程中也更安全穩(wěn)定。

3系統(tǒng)工程技術在電子電路系統(tǒng)設計中的應用

3.1電子電路系統(tǒng)設計總體方案的確定。

開展設計工作前首先要有一個明確的設計方案，作為設計工作進行的理論依據(jù)。還要對總電路系統(tǒng)進行劃分，根據(jù)實現(xiàn)功能的不同來完成，劃分后的電路模塊稱之為單元，是需要單獨設計的。為避免工作開展出現(xiàn)混亂，可以借助計算機設備擬定程序框圖，將電子元件導通順序標記在其中。例如電流的放大環(huán)節(jié)，首先是電流的產(chǎn)生，沿著導通方向流動，進入到放大模塊中，設備捕捉到有用功后會選擇性放大，在這一環(huán)節(jié)前會有濾波設備對干擾進行過濾。其次是模擬電路的輸出環(huán)節(jié)，模塊將信號轉換為系統(tǒng)可以接受的相似電信號，向接受環(huán)節(jié)傳輸。從理論層面分析這一流程較為復雜，但制定程序框圖后可清晰的呈現(xiàn)在計算機中。

3.2設計任務及目標系統(tǒng)分析。

設計任務的設定要以使用功能為前提，同時還要體現(xiàn)出電力系統(tǒng)的先進性，具有抗干擾和保護能力。系統(tǒng)工程技術可以用來分析目標的可行性，并根據(jù)各設計團隊的操作能力合理分配設計任務。在對電路導通原理進行分析時要考慮設備安裝現(xiàn)場的實際條件，以方案與現(xiàn)實不符，對安裝階段造成影響。確定上述內(nèi)容后可得出準確的設計目標，設計工作也可以正常開展。

3.3整體方案論證與優(yōu)化選擇。

方案的選擇在整體系統(tǒng)設計過程中起到很重要的作用，要求根據(jù)自身所掌握的知識和資料，針對系統(tǒng)提出的要求、條件和任務來完成功能設計，最后設計完整的框架。框架圖需全面不僅反映系統(tǒng)各組成部分功能和完成的任務，還需要清楚的表示出系統(tǒng)各部分之間的相互關系。具體內(nèi)容如下：

3.3.1根據(jù)系統(tǒng)的要求，可以把電路劃分成若干功能塊，這樣可以粗略得到系統(tǒng)框圖。每個框圖又可以包含多個單元電路，將總指標分配給每個單元電路，最后根據(jù)單元電路的任務來完成電路的總結構。

3.3.2系統(tǒng)的框架圖和單元電路的結構呈現(xiàn)多樣化的特點，要仔細的比較和研究設計方案，力爭使方案的設計做到可靠、合理、經(jīng)濟和技術先進等。依據(jù)較高的可靠性和技術可行性來選定最后的方案。

3.4元器件模塊的選擇

電子電路中出現(xiàn)的各種故障往往表現(xiàn)為元器件的故障和損壞。究其原因往往不是元器件本身所存在的缺陷，而是由于對元器件的選擇不當導致的。因此在進行總方案的設計和參數(shù)的計算時，要考慮選擇合適的元器件。選擇元器件主要從以下兩方面來考慮：

3.4.1在元器件的選擇上需要從電路的總體方案和具體問題上出發(fā)，考慮好每個元器件要具備什么功能。單元電路的參數(shù)要根據(jù)電路的工作環(huán)境和指標要求等來計算，以確保元器件參數(shù)額定值的準確性，并且要留出足夠的富裕量，保證在低于額定值的條件下來工作。

3.4.2在電路設計指標達標的條件下，要盡量減少元器件的種類和規(guī)格，提高元器件的重復利用率。最后利用模型分析對構成電子系統(tǒng)各個元器件模塊進行性能微調，使其更好的接近理想狀態(tài)。

3.5整體電路仿真。

Multisim等仿真軟件的使用，極大的滿足了電子電路系統(tǒng)設計中的仿真要求。其通過使用軟件模塊庫提供的內(nèi)容，設計電路、修改參數(shù)，建立系統(tǒng)動力學模型。通過系統(tǒng)工程動力學數(shù)值分析計算。評價其穩(wěn)定性、可靠性。從而為最終的電子系統(tǒng)性能提供評價，從整體上增加了設計驗證的準確性。

3.6電子系統(tǒng)總體價值分析。

經(jīng)過上述步驟，一個較完備的電子電路系統(tǒng)基本建立。使用系統(tǒng)工程中的決策分析技術，能夠通過效用分析、沖突分析等手段分析該系統(tǒng)的成本、風險以及可能存在的隱患。在電子系統(tǒng)形成產(chǎn)品前盡可能完善其功能，得到技術上穩(wěn)定、安全、可靠的電子電路系統(tǒng)。

4結論

第4篇：電子系統(tǒng)設計范文

【關鍵詞】信息處理 控制子系統(tǒng) 設計

一、信息處理和控制子系統(tǒng)設計過程

信息處理與控制子系統(tǒng)的設計是圍繞著執(zhí)行子系統(tǒng)的功能需求而進行的，信息處理與控制子系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容有：

1.確定控制子系統(tǒng)的整體方案。構思控制子系統(tǒng)的整體方案必須深入了解被控對象的控制要求。關鍵問題有：（1）控制方式及其與計算機的匹配條件。對于一個機電一體化系統(tǒng)，要實現(xiàn)某些功能可采用多種控制方案、多種控制方法。計算機系統(tǒng)的主要作用是實現(xiàn)一定的控制策略和完成一定的信息處理。當控制系統(tǒng)的功能和主要性能指標確定后，對計算機的基本要求也就隨之確定了。由于工業(yè)控制計算機有多種類型，每種類型又包含多種產(chǎn)品，往往有多種方案可以實現(xiàn)同一控制目標。（2）應考慮驅動部件的類型和執(zhí)行部件（機構）的類型。（3）應考慮對可靠性、精度和快速性有什么要求。（4）應考慮微機在整個控制系統(tǒng)中的作用，是設定計算、直接控制還是數(shù)據(jù)處理。微機應承擔哪些任務，為完成這些任務，微機應具備哪些功能，需要哪些輸入/輸出通道，配備哪些外圍設備。（5）畫出控制子系統(tǒng)組成的初步框圖，作為下一步設計的依據(jù)。

2.確定控制算法。應對控制子系統(tǒng)建立數(shù)學模型，確定其控制算法。控制算法決定了控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。應根據(jù)不同的控制對象、不同的控制指標要求選擇不同的控制算法。對于復雜的控制系統(tǒng)，其算法也較復雜，使控制較難實現(xiàn)。為此需進行某些合理簡化，忽略某些次要影響因素，使控制算法簡化，以獲得較好的控制效果。

3.控制子系統(tǒng)總體設計?？刂谱酉到y(tǒng)要綜合考慮硬件和軟件措施，解決微型機、被控對象和操作者三者信息交換的通路和分時控制的時序安排問題，保證系統(tǒng)能正常地運行。通過總體設計，畫出系統(tǒng)的具體構成框圖。

4.軟件設計。微機控制系統(tǒng)的軟件主要分為系統(tǒng)軟件和應用軟件，軟件設計主要指應用軟件的設計。控制子系統(tǒng)對應用軟件的要求是具有實時性、針對性、靈活性和通用性。系統(tǒng)的硬件和軟件需合理結合。在機電一體化系統(tǒng)中，哪些功能用硬件實現(xiàn)、哪些功能用軟件實現(xiàn)等都是設計時應考慮的重要問題。對于運算與判斷、處理等功能適宜用軟件來實現(xiàn)，而其余不少的功能既可用硬件來實現(xiàn)，又可用軟件來實現(xiàn)。為了合理組成控制系統(tǒng)的硬件和軟件，通常根據(jù)系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可靠性綜合最優(yōu)來確定。

二、信息處理與控制系統(tǒng)硬件設計

1.電子部件設計

電子系統(tǒng)的標準部件設計與機械部件設計過程大為不同。對于簡單部件，如電容器、電阻器、電位計和變壓器等，可以像機械設計那樣，將部件設計理解為確定其所有基本性質的過程。部件完全被單個元件的（機械）結構所定義，每個元件又由其形狀、尺寸、材料、表面質量所描述。當然，電磁性質對于材料的選擇是非常重要的。對于像半導體和集成電路這樣的復雜功能部件，對基本設計性質的確定并不能充分地解釋所有可直接處理的設計性質。隨著超大規(guī)模集成電路部件上晶體管數(shù)量的驚人增長，電子部件設計只能在計算機輔助下，采用層次化、面向系統(tǒng)的方法來進行。電子部件主要由專業(yè)化公司設計，在許多方面都實現(xiàn)了高度標準化，如部件值及公差、功能說明、機械封裝（如雙列直插式封裝、表面貼裝技術封裝）、溫度范圍等。只有在一些特殊情況下，機電設計者才需要自行設計電子部件。

2.電路設計

在電子系統(tǒng)中，可以進行電路的功能設計而幾乎獨立于其物理實現(xiàn)，其結果就是電路設計（二維）與電子封裝設計（三維）的分離。電路基本上是由具有傳導聯(lián)系的功能部件所構成的二維結構。很少從頭開始設計一個電路。對于典型的功能需求，在技術資料中存在著大量的概念原理解，如放大器、振蕩器、濾波器、模/數(shù)轉換器、微處理器電路等。電路設計是利用已有元器件創(chuàng)造出新的結構。在設計時，可將設計任務由頂向下地細分為子問題，直至其對應于已知方案解或已知集成部件。電路設計主要基于分析和尺寸確定方法。一旦確定電路圖結構，就可詳細地計算其性能并進行仿真。因而通常的做法是快速提出一個方案解用于電路分析，然后修改該方案直至滿足設計要求。由于一些因素的存在，使得電路功能難以完全獨立于電路圖的物理實現(xiàn)（即封裝），例如：導體尺度限制了能量傳輸和轉換率；電路中的熱功耗完全依賴于機械結構；電磁屏蔽對于微處理器的正常運行極其關鍵；過小的尺寸會引起信號載體間的反饋和串擾；制造公差使得一些規(guī)定功能產(chǎn)生了偏差。需要注意的是，以上多數(shù)問題都與信號中的能量因素有關，它們實際上是電路設計師和封裝、機械設計師的“接口”問題。與機械設計相比，電子系統(tǒng)的功能設計和物理實現(xiàn)相互之間更加獨立。在描述電子變換功能、部件結構的圖形建模方面，都有相應理論和方法存在，但設計綜合理論非常少。在一定程度上，機械設計理論可以應用于電子部件設計和電子封裝設計。

三、信息處理與控制系統(tǒng)軟件設計

在軟件系統(tǒng)方案設計中，主要問題是生成必需的變換和數(shù)據(jù)的整體結構。對于一個給定的系統(tǒng)，這個結構通常是唯一的，而其中的程序模塊（如算法）則往往能夠再次應用于其它設計。但是目前，能夠明確軟件模塊的功能和輸入輸出的標準化方法還不存在，這就意味著難于進行功能的分類，軟件模塊的重用也極其有限。所以，軟件設計中的問題通常是“新”的，需要尋求未知解。軟件工程中的設計建模是個薄弱環(huán)節(jié)。軟件設計非常抽象，只有進入編程階段，設計者才能使用文字和圖表來表達設計的結構和功能。即使在編程階段，設計工作也只能通過程序清單和輸入/輸出數(shù)據(jù)來進行追溯和記錄。這樣就不可避免地在軟件設計者和外行之間產(chǎn)生了隔閡，因為只有在設計即將完成、程序即將嵌入硬件中時，才能夠對系統(tǒng)的功能進行測試——而這時再想做出任何重大的修改往往就為時已晚了。為了解決這類問題，已經(jīng)出現(xiàn)了一些方法，例如快速原型設計，即對早期、粗略的程序思想進行功能建模，以期盡快得到用戶反饋、及早發(fā)現(xiàn)錯誤，做出修改。但即使應用快速原型設計方法，設計者也有必要大量使用圖形，以便與外行就它的程序功能進行交流。

參考文獻

第5篇：電子系統(tǒng)設計范文

Electronics System Design

Techniques for Safety

Critical Applications

2009

Hardback

ISBN 9781402089787

Sterpone著

隨著社會的發(fā)展和科技的進步,信息技術已經(jīng)深入千家萬戶,人們周圍充斥著各種電子設備。電子設備的誤操作或故障時有發(fā)生,有時這些會造成對人員的傷害或者環(huán)境的破壞,為了避免這些,人們提出了安全性苛求系統(tǒng)的概念。這種系統(tǒng)是指通過各種設計和制造手段保證在其使用壽命范圍內(nèi),運行過程中不出現(xiàn)任何對使用者和環(huán)境造成傷害的錯誤。本書便是針對這個問題編寫的。

本書共分8章。1.介紹了可用于發(fā)射環(huán)境下的FPGA設計技術,主要包括硬件結構設計的可重構設計技術和冗余技術,還介紹了基于sram的FPGA的軟件結構及FPGA線路結構;2.首先介紹了輻射效應包括單粒子反轉和單粒子門鎖?；趩瘟Ｗ臃崔D的FPGA內(nèi)存優(yōu)化,對SEUS的仿真分析和硬件分析,分析了三重冗余結構及容錯系統(tǒng)的約束條件;3.糾錯效率分析算法。首先介紹了靜態(tài)分析算法,然后介紹了該算法的基本原則,并分別介紹了用于SEU分析和MCU靜態(tài)分析的新算法;4.介紹了一種新的高可靠性的應用于S-RAM FPGA 的算法,該算法從定位和運行兩個方面進行了優(yōu)化,減小了程序出錯的可能性,提高了運行可靠性;5.首先介紹了具有容錯功能的基于SRAM的FPGA系統(tǒng)設計的新流程,然后介紹了容錯線路的設計優(yōu)化方法,最后進行了實驗,驗證了新設計的優(yōu)越性;6.基于FPGA內(nèi)部降壓機制的系統(tǒng)優(yōu)化,介紹了一種可以用于SRAM-FPGA的減壓系統(tǒng),他不需要外部任何器件,可以完成高效率的減壓,該系統(tǒng)在Xilinx SRAM FPGA上實驗驗后結果良好;7.介紹了一種用于DNA生物芯片的新型硬件結構,它采用雙核硬件結構,實現(xiàn)了不同單元的多指令操作,并在一種FPGA系統(tǒng)上采用這種結構制備了DNA芯片,顯示出這種優(yōu)化結構的強大能力;8.首先介紹了RCF器件,然后介紹了ReCoM結構,最后實驗顯示新型的ReCoM結構性能更為優(yōu)越。

本書的作者Luca Sterpone目前任教于都靈理工大學(意大利),研究方向為數(shù)字系統(tǒng)設計和計算機結構。他2003年畢業(yè)于都靈理工大學,獲得工程學士學位,之后在該校讀博士學位,并于2006年畢業(yè),論文研究方向為“電子系統(tǒng)設計技術的安全關鍵技術應用”,獲得了2007年度歐洲優(yōu)秀論文獎。

本書內(nèi)容新穎,針對性強,適合電子工程師、硬件工程師以及計算機專業(yè)、電子專業(yè)的學生閱讀。

劉軍濤,博士生

(中國科學院電子學研究所)

第6篇：電子系統(tǒng)設計范文

關鍵詞：電力系統(tǒng)自動化；電磁兼容 ；試驗方法；設計

引言：

電磁兼容技術是以解決電氣、電子設備間的電磁干擾而出現(xiàn)并發(fā)展起來的一門學科。隨著電力系統(tǒng)自動化設備的迅猛發(fā)展和廣泛應用，電力系統(tǒng)自動化設備的電磁兼容問題顯得越來越突出。特別是電力系統(tǒng)繼電保護、通信、控制和測量領域中應用的計算機系統(tǒng)相互間兼容狀態(tài)越來越難以獲得。在發(fā)達國家較早就形成了一套完整的EMC 技術工作體系，包括理論研究、試驗與測試、規(guī)范標準及抗干擾技術等，近年我國經(jīng)過廣大科技人員的努力EMC技術的研究和技術管理工作方面得到了長足的發(fā)展，使EMC 技術標準和技術管理標準與國際標準逐漸接軌，為提高我國電力系統(tǒng)自動化設備在國際市場和國際招標的競爭能力提供了良好的平臺。

一、電磁兼容對電力系統(tǒng)自動化設備的幾個干擾與破壞問題

由于電力系統(tǒng)本身是眾多一次系統(tǒng)設備和二次系統(tǒng)設備的集合體，因此電力系統(tǒng)自動化設備作為二次系統(tǒng)設備的一部分，其電磁干擾的來源十分復雜。外來電磁輻射、一次系統(tǒng)設備、二次系統(tǒng)設備、二次系統(tǒng)設備之間、自動化設備內(nèi)部元件之間、各傳送通道間的電磁干擾均對自動化設備產(chǎn)生干擾與破壞。

1.1電力系統(tǒng)自動化設備均包含有以微機系統(tǒng)為核心的大規(guī)模數(shù)字電路和模擬電路，其中應用最多的是二極管、集成電路塊、A/ D 轉換電路等，它們既是干擾源， 又是對干擾敏感的器件， 尤其以CMOS、D/ A 最為敏感。

1.2干擾信號在微機系統(tǒng)表現(xiàn)的形態(tài)有差模與共模兩種形態(tài)。電磁干擾侵入微機系統(tǒng)的主要途徑有電源系統(tǒng)、傳導通路、對空間電磁波的感應3 方面(包括內(nèi)部空間的靜電場、電磁場的感應) 。其中靜電場、電磁場的感應在微機系統(tǒng)內(nèi)部普遍存在，靜電是CMOS 電路的大敵。由于微機系統(tǒng)工作于低電壓大電流方式，電源線、輸入輸出線構成高速大電流回路，故有較強的電磁感應。

1.3微機系統(tǒng)之間的內(nèi)部傳輸線有延時、波形畸變、受外界干擾等3 方面問題。

1.4脈沖干擾是研究的重點，因為微機系統(tǒng)是以識別二進制碼為前題的，其組成以數(shù)字電路為主，數(shù)字電路傳送的是脈沖信號，同時也易對脈沖干擾敏感。以開關模式工作的開關及開關電源變化頻率高達幾十萬Hz ，容易在內(nèi)外產(chǎn)生脈沖干擾。

1.5對電源影響比較敏感。電源對電子系統(tǒng)的影響有電源波動影響和系統(tǒng)作用影響兩個方面。所謂電源波動影響是指由于電源波動引起的信號紊亂和系統(tǒng)失調。系統(tǒng)作用影響是指因電源是系統(tǒng)所有信號的交叉點而引起的系統(tǒng)各信號之間的相互影響。系統(tǒng)作用的大小與電源功率裕度、濾波能力及電源連線方式、分布形狀有關。

二、電磁兼容技術的設計方法

影響微機系統(tǒng)電磁兼容性的因素見下式：

N (ω) = G(ω) C(ω) / I (ω)

式中： N (ω) ―――干擾對系統(tǒng)(或設備) 的影響；

G(ω) ―――干擾的強弱；

C(ω) ―――干擾傳輸?shù)鸟詈虾瘮?shù)；

I (ω) ―――受干擾系統(tǒng)(或設備) 的抗干擾能力，即敏感度閥值。

顯然，影響系統(tǒng)(或設備) 受干擾嚴重程度的因素有3 個方面，他們都是頻率的函數(shù)。該數(shù)學模型提示了提高抗干擾能力的原理是： ①切斷干擾源， 即減小G(ω) ； ②減小耦合， 即減小C(ω) ； ③提高受干擾系統(tǒng)(或設備) 的敏感度閥值，即加大I (ω) 。在實際情況中，往往是3 個因素綜合考慮，并按①②③的順序去采取措施，以獲得最佳的效果。

電磁兼容技術的設計要從電磁兼容的3 個基本要素著手，從原理的可行性、元器件的選擇、加工生產(chǎn)工藝、安裝運行環(huán)境等幾個方面來考慮。把握不同類型電磁干擾的本質，對不同的干擾頻率、頻譜采用相應的濾波、隔離、接地、屏蔽等措施。

2.1濾波

濾波是利用濾波器來抑制電磁干擾，濾波器是由集中參數(shù)的電阻、電容和電感，或者是分布參數(shù)的電阻、電容、電感構成的一種網(wǎng)絡，這種網(wǎng)絡只允許有用信號的頻率分量通過，阻止其他干擾頻率通過，使電磁干擾減少到滿意的工作電平上。濾波器是防止傳導電磁干擾的主要措施。其工作方式有兩種：一種是不讓無用信號通過，并把它們反射回信號源；另一種是把無用信號在濾波器里消耗掉。在采用濾波方法來抑制傳導干擾時，首先要了解干擾源的頻譜、干擾源在頻帶中的分布情況，干擾波幅值等?？梢酝ㄟ^干擾儀器來檢測，獲得干擾源的頻帶分布和幅值，有針對性地選擇濾波器的種類或者設計濾波器電路。

2.2隔離

隔離是干擾線路(饋線) 周圍存在干擾電磁場，當其他線路(導線) 在其附近時，由于電磁耦合而形成干擾。防止這種干擾最簡單而有效的方法是將干擾線路與其它線路隔離開來，以切斷或削弱它們之間的電磁耦合。隔離的原則和方法是：

(1)干擾線路和其他線路盡可能不要平行排列，如必須平行，導線間距L 與導線直徑D 之比應不小于40 ( L / D ≥40) ， 在可能情況下導線間距應盡量大些，并且平行部分的長度越小越好；

(2)敏感線路與一般線路如平行排列，其間距應大于50 mm；

(3)電源饋線與信號線應予隔離，當他們平行排列時，其間距應大于50 mm；

(4)高頻導線是對其他線路干擾最大的線路，一般都要屏蔽；

(5)有些脈沖線路的脈沖功率較大，對其他線路構成嚴重干擾，應按干擾線路對待。至于電平較低，功率很低的數(shù)字電路可按一般線路處理，原則上按敏感電路對待，也可根據(jù)具體情況處理。

2.3接地

接地是指在系統(tǒng)的某個選定點與某個接地面之間建立導電的低電阻的通路，把系統(tǒng)中電子元件的零電位互相連接起來，再把它們同時與某個等價于“地”的參考點連起來。接地的主要目的是防止電磁干擾，消除公共電路阻抗的耦合，也是為了保障人身和設備的安全?；窘拥丶夹g有浮地、單點接地、多點接地和混合接地4 種。

(1)浮地常用于電路或設備工作狀態(tài)不能與公共地或大地相連接，它的原理近似于起到隔離變壓器的作用；

(2)單點接地是所有需要接地的引線全部接到一個點，再由這個點直接與地相連接。一般用于抑制頻率在1 MHz 以下的干擾信號；

(3)多點接地是指系統(tǒng)或設備中所需接地的引線直接接到離它們最近的地上。一般用于抑制頻率在10 MHz 以上的干擾信號；

(4)混合接地是在復雜情況下，設備或單元電路的接地難以通過一個簡單的接地形式來解決而采取的混合形式，用于干擾信號頻率在1～10 MHz 的情況。

利用接地的方式可以減少或衰減干擾源的能量，但應注意以下幾點：

①接地線盡量短；

②接地線阻抗要盡可能??；

③應采用金屬材料相同的導線作為接地線；

④接地線的接地點應有良好的導電性能；

⑤接地線的連接點要有足夠的機械強度。

2.4屏蔽

屏蔽就是用導電或導磁材料制成的盒、殼、屏、板等將電磁能限制在一定空間范圍內(nèi)，使場的能量從屏蔽體的一面?zhèn)鞯搅硪幻鏁r，受到很大衰減而防止電磁干擾的措施。有電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽3 種方法。

電力系統(tǒng)自動化設備的電磁兼容技術也是基于上面的理論，對不同功能、不同安裝地點、不同結構的設備應分別有側重點的采取不同的電磁兼容技術措施。

三、電磁兼容的技術分析

電力系統(tǒng)自動化設備是由微機系統(tǒng)(或單片機系統(tǒng)) ，D/ A 轉換電路、A/ D 轉換電路、電源回路、驅動電路、電路、通訊電路等構成的一個系統(tǒng)或者一個網(wǎng)絡。在研究電力系統(tǒng)自動化設備電磁兼容問題的同時，也要對其各個構成電路或系統(tǒng)的電磁兼容性加以重點研究。目前，我國電力系統(tǒng)自動化設備電磁兼容技術主要有以下幾種：

3.1頻率設計技術

頻率設計技術要解決的是頻率兼容的問題，也是微機系統(tǒng)設計中的比較復雜的技術之一。頻率設計包括電平(幅度邊沿和頻率) 核實、最高工作頻率設計以及降頻和諧波分離(低頻信號的頻率不與高頻信號成整倍數(shù)，特別是A/ D 轉換的速率) 技術；

3.2接地技術

接地技術包括兩個方面，一方面是電源內(nèi)阻分析技術，另一方面是接地點和地線設計技術。電源內(nèi)阻的分析實際上就是對電源最大瞬時功率的分析。接地點和地線分析設計的原則是做到頻率隔離、功率隔離。頻率隔離是指高低頻系統(tǒng)分開， 功率隔離是指弱功率和大功率分開；

3.3電源技術

電源技術一方面包括了電源特性的設計，例如電源要保證有適當?shù)娜菪噪娏魑漳芰鸵欢ǖ墓β试６?，另一方面還包括系統(tǒng)電源性質的選擇，如使用電池還是使用整流電源，所有電源的種類，電源之間是否需要交換，集中供電還是分布式供電等；

3.4布線技術

要降低各管腳和連線之間的相互影響，必須對分布參數(shù)加以限制。分布參數(shù)主要由系統(tǒng)的布線所決定，因此，布線是系統(tǒng)或設備電磁兼容技術的關鍵，也是系統(tǒng)或設備電磁兼容技術設計的基本體現(xiàn)。布線技術包括環(huán)繞布線、線徑選擇、分層處理等；

3.5降頻控制技術

對輸出的高頻信號，在保證系統(tǒng)正常工作的情況下盡量降低頻率，對某些輸出信號采取平滑措施(例如L ED 驅動電路中加入適當?shù)碾娮韬碗娙? 。對功率較大的輸出信號(包括低頻階躍信號， 如PWM 輸出等) 尤其要考慮降頻處理；

3.6多層板去耦技術

隨著微機系統(tǒng)的頻率越來越高以及電路的幾何尺寸不斷縮小，多層板電路已成為印制電路板的主要模式。多層板的一個重要功能就是可以大大地降低系統(tǒng)各連線之間的分布參數(shù)影響；

3.7表面貼片技術

表面貼片是一種使集成電路與印制電路板形成一體的電路制作技術。集成電路出廠時不加封裝，而是直接出廠裸芯片。電路制作時利用焊接技術把裸芯片粘貼到印制電路板表面，這種電路不僅體積小，而且電磁兼容的性能大為提高；

3.8軟件技術方法

(1)當外界干擾竄入并破壞了程序的正常運行時，就會產(chǎn)生程序“跑飛”，程序走，中斷不響應和芯片內(nèi)信息發(fā)生變化，從而產(chǎn)生誤動作等。通?？梢酝ㄟ^如下幾種方法實現(xiàn)軟件抗干擾：

①加入空指令，目的是使微機的指令地址納入正規(guī)，以便執(zhí)行下面的指令；

②收留井法，即在空指令后再增加處理“跑飛”的程序；

③定時監(jiān)視主程序

④由主程序監(jiān)視中斷運行情況

⑤采取容錯技術，用時間冗余或信息冗余方法進行抗干擾和提高可靠性。

(2)由于電力系統(tǒng)自動化設備運行的電磁環(huán)境十分惡劣，因此，必須對其安裝運行環(huán)境采取相應的抗干擾措施。目前，工程上采取的方法如下：

①良好導磁材料機箱的選用及合理設計(機箱的尺寸大小，接插件的合理布置，接線端子的引出方式等)；

②設備安裝環(huán)境應采取的措施(主控室應采取屏蔽、接地等措施)；

③設備運行和管理人員必要的電磁兼容知識的培訓；

④其他措施。

四、電磁兼容的試驗方法

檢驗電磁兼容措施實施的效果要通過一些必要的試驗，常用的電磁兼容試驗有：諧波試驗、間諧波試驗、信號系統(tǒng)干擾試驗、阻尼振蕩試驗、快速瞬變試驗、靜電放電試驗等。

五、電磁兼容問題的新動向

微機系統(tǒng)是電力系統(tǒng)自動化設備的核心部分。隨著計算機技術的高速發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化設備必將向著高速度、高靈敏度、小型化、多功能、大系統(tǒng)的方向發(fā)展，這就使電力系統(tǒng)自動化設備電磁兼容問題有了一定的新內(nèi)容。例如，高速度帶來寬帶噪聲，高靈敏度使原可略去的弱小干擾信號不可忽略，小型化增加了內(nèi)部的耦合干擾，大系統(tǒng)使干擾源增多，干擾問題更為惡化。預計今后的電磁兼容性將涉及如下問題：

(1)集成電路元件的封裝材料含有微量的天然放射性同位素釷和鈾，它們的原子裂變將產(chǎn)生α射線，使存儲器誤動作。因此，要從元器件的制造技術和系統(tǒng)的制造兩個方面考慮電磁兼容的設計問題；

(2)數(shù)字邏輯電路與軟件技術的微妙結合，正成為抑制干擾的有力武器。軟件的應用將占越來越大的比重。例如，利用錯誤糾正碼的軟件手段檢查并糾正錯誤，是去掉進入系統(tǒng)后的干擾的危害或切斷干擾的有力手段；

(3)在抗靜電干擾措施中，用“分布式的靜電保護涂覆”彌補靜電保護的不足。在CMOS ，A/ D等芯片板及印制電路板的接頭上作靜電涂覆，取得了很好的效果；

(4)隨著干擾情況的復雜化，統(tǒng)計處理的方法將得以充分利用；

(5)采用光纖電路抗電磁脈沖干擾被認為是最理想的途徑。目前，光纖通訊已進入電力系統(tǒng)自動化設備的實用階段，隨著纖維光學和光計算機技術的發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化設備的電磁兼容技術必將提高到一個新的階段。

第7篇：電子系統(tǒng)設計范文

方案的主要任務是利用MCUMSP430F149實時接收控制和顯示終端或者上位PC傳輸?shù)目刂泼詈蛿?shù)據(jù)，啟動TLV5618DAC電路產(chǎn)生相應的工作模式所需電壓送至電壓電流PI調節(jié)器，PI調節(jié)器的輸出信號控制MOSFET驅動電路，使電子負載工作在所設定的模式和所設定的參數(shù)狀態(tài)；單片機通過外接TLV2542ADC電路，完成各個工作模式電壓的采樣并送至顯示終端或者上位PC機界面實時顯示；系統(tǒng)具有過壓自關斷保護電路、過流軟件自關斷電路、鋰電池充電電路保護電路和過壓過流報警功能。

2硬件電路設計

2.1硬件總體設計

整個系統(tǒng)主要由單片機控制電路、電壓采樣電路、電壓電流PI調節(jié)電路、MOSFET驅動電路、控制和顯示終端電路、串口通信電路、系統(tǒng)供電電路和過壓過流保護電路組成。其中考慮到系統(tǒng)的便攜式和低功耗特性，供電系統(tǒng)采用3.7V可充電鋰電池供電，通過CS5171構成的單端初級電感轉換器[3]（SEPIC）電路升壓到8V，采用三片可調輸出DC/DC電源ICLM2596-ADJ轉換為±5V和+3.3V給系統(tǒng)供電；電壓電流PI調節(jié)電路用來控制MOS管的導通量，使其導通角能夠在可承受電壓范圍內(nèi)，對實測值與給定值的偏差進行比例和積分運算，用以控制調節(jié)導通角的增大或縮小達到設定值等于實際值，其中，電壓設定值由單片機控制DACTLV5618給定；電壓采樣電路主要完成電子負載各個工作模式下，待測電源系統(tǒng)輸入電壓或者MOSFET兩端電壓的采樣；單片機控制電路完成ADC和DAC電路的控制、UART通信控制、控制和顯示終端的輸入和輸出等功能；過壓過流保護電路實現(xiàn)待測電源系統(tǒng)的輸入電壓電流的幅度保護功能和報警功能。

2.2系統(tǒng)電源模塊

SEPIC電路用于功率因數(shù)校正（PFC）有著獨特的優(yōu)勢，由于其前級類似于Boost變換器因此可保證輸入電流的連續(xù)性并減少EMI而其輸出級又類似于反激電路易于實現(xiàn)電氣隔離，為此基于SEPIC的PFC電路正受到越來越多的關注[4,5]。電子負載系統(tǒng)由可充電鋰電池供電，所以采用由CS5171構成的SEPIC電路升壓到8V。LM2596-ADJ是美國國家半導體公司推出的可調輸出電壓的電源管理單片集成電路，內(nèi)部集成固定頻率發(fā)生電路以及頻率補償電路，最大輸出電流可達3A，具有功耗小、效率高、過熱保護和限流保護功能、很好的線性和負載調節(jié)、電路簡單等特性[6]。因此采用三片LM2596-ADJ轉換為系統(tǒng)所需電壓±5V和+3.3V?？紤]到系統(tǒng)可充電鋰電池的需要，采用拓微的TP4054線性鋰離子電池充電IC，充電電壓取自USB接口。TP4054是一款采用恒定電流/恒定電壓算法的單節(jié)鋰離子電池充電器，它能夠提供800mA的充電電流和一個內(nèi)部P溝道功率MOSFET和熱調節(jié)電路，無需隔離二極管或外部電流檢測電阻器，因此，基本充電器電路僅需要兩個外部元件。

2.3電壓電流PI調節(jié)電路

PI調節(jié)器是一種線性控制器[7]，它根據(jù)給定值r(t)與實際輸出值c(t)構成控制偏差將偏差的比例（P）和積分（I）通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制，其控制規(guī)律為其中，u(t)為PI控制器的輸出，e(t)為PI調節(jié)器的輸入，Kp為比例系數(shù)，TI為積分時間常數(shù)。電子負載的核心實質是一個電壓電流取樣PI控制器組成的負反饋控制環(huán)路，也是電子負載的功率控制電路，MOSFET在這里既作為電流的控制器件同時也作為被測電源的負載。在CC、CR、CP模式下，電流采樣電阻RISAM上的電壓降通過PI調節(jié)器與由單片機控制的TLV5618給定電壓設定值比較，控制MOS管的導通與截止，從而達到保持電流恒定的目的。在CV模式下，電壓采樣電阻RVSAM上的電壓通過PI調節(jié)器與電壓設定值比較，達到系統(tǒng)恒壓的目的。電壓電流PI調節(jié)器電路如圖2所示，其中IREF為DACTLV5618給定的電壓設定值，IVSAM為電壓或者電流采樣電阻上的實際電壓值。對于本系統(tǒng)經(jīng)過實際電路調試，為了較快且更加精確的消除誤差，取Kp=1.5，TI=RC=2ms。Fig.2PIadjustmentcircuit

2.4串口通信電路

系統(tǒng)采用了一種基于PL2303HX芯片的USB轉串口的方法[8]。PL2303HX是Prolific公司推出的USB轉RS232接口的轉換芯片，能解決RS232全雙工異步串行通信與USB功能接口的連接，支持完整的RS232接口，可編程波特率，并可為外部串行口提供電源，且低功耗，低成本。單片機通過使能UART0，并通過交叉開關將TXD和RXD配置在P3.4和P3.5完成與上位PC機的數(shù)據(jù)和控制命令傳輸，該USB接口也用于鋰電池充電接口。

2.5MOSFET驅動電路

電子負載系統(tǒng)采用場效應管式電子模擬負載，利用場效應晶體管（MOSFET）工作在不飽和區(qū)時，漏極與源極之間的伏安特性可以看作是一個受柵一源電壓控制的可變電阻。用MOSFET作可變電阻具有工作速度快、可靠性高、控制靈敏等優(yōu)點，而且既無機械觸點，也無運動部件，噪聲低、壽命長。IRF540為N溝道增強型MOSFET[9]，所以整個設計的技術指標是根據(jù)IRF540管的參數(shù)進行選定的。由IRF540MOS管的飽和漏源電流Id=30A取整個電子負載設計的電流范圍為0~20A，根據(jù)錳銅采樣電阻的阻值0.25Ω，可算出功率的最大值為100W，故整個設計的功率范圍為0~100W?？紤]到有時候被測電源電壓較大，在漏極-源極擊穿電壓Vdss=100V的基礎上，整個設計的電壓范圍設為0~30V。

2.6單片機控制電路

單片機控制電路[10]主要實現(xiàn)如下功能：（1）接收控制和顯示終端或者上位PC機傳輸?shù)目刂泼詈驮O定參數(shù)值，通過計算并控制DACTLV5618給定電壓或者電流設定值。TLV5618的端口DIN、SCLK、/CS分別配置在P2.0、P2.1和P2.2，DAC的參考電壓由REF3020A給定，最小步進0.5mv。（2）通過配置在P2.3、P2.4和P2.5端口實時控制ADCTLV2542，采樣待測電源輸入電壓或者降在MSOFET兩端的電壓。ADC的參考電壓由REF3020A給定，最小采樣分辨率0.5mv。（3）控制和顯示終端電路配置在P1、P4、P5端口，單片機主要完成SSD1289控制器的讀寫控制，從而實現(xiàn)3.2寸TFT+TP液晶屏的觸摸按鍵輸入和電子負載系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時顯示。（4）通過配置在P3.4、P3.5端口的PL2303USBTOUART接口模塊，實現(xiàn)電子負載系統(tǒng)與上位PC機的控制和數(shù)據(jù)傳輸。（5）單片機通過端口配置，實現(xiàn)軟件過流保護、電池電壓檢測及過壓過流報警功能。

3軟件設計

系統(tǒng)的軟件部分主要包括單片機控制系統(tǒng)軟件設計和上位PC軟件界面設計。單片機控制系統(tǒng)部分軟件完成：系統(tǒng)初始化（I/O端口、SSD1289和UART初始化）、等待控制和顯示終端或者上位PC機命令和數(shù)據(jù)并處理、啟動DAC轉換產(chǎn)生電壓設定值、啟動ADC實時采樣降在MOSFET驅動電路上的電壓，將采樣數(shù)據(jù)進行實時處理并實時顯示或者送到上位機等。單片機控制系統(tǒng)部分軟件流程圖如圖3所示。例如，當用戶選擇CC模式，并要求設定電流為2.000A時，則單片機通過計算可得采樣電阻上的電壓應該為0.5V，啟動TLV5618產(chǎn)生0.5V的設定電壓值到PI調節(jié)器，PI調節(jié)器的輸出控制MOSFET驅動電路工作在CC恒流模式下，并保持電子負載的電流在輸入電壓可調節(jié)范圍內(nèi)保持在2.000A。上位PC機界面采用采用VB實現(xiàn)軟件實現(xiàn)，用戶通過選擇界面上串口配置按鈕，打開串行端口；選擇相應的電子負載工作模式和設定相應模式下的參數(shù)，點擊啟動按鈕即可啟動直流電子負載工作，并將采集數(shù)據(jù)圖形顯示。實際采集效果如圖4所示。

4結論

第8篇：電子系統(tǒng)設計范文

【關鍵詞】電子信息系統(tǒng) 機房 防靜電 防雷 設計

某煤礦辦公生活區(qū)有建筑單體若干，對于其電子信息系統(tǒng)機房而言，則位于此辦公樓第四層，不僅為生活區(qū)設施、建筑提供相應通信服務，而且還為日常辦公及生產(chǎn)性調度提供具體的通信服務，雷電防護等級的C級。本文以此機房為例，探討具體的防雷與防靜電設計策略。

1 構建完備的共用接地系統(tǒng)

對于機房接地而言，通常情況下，有著多種類型的劃分，即防雷保護、直流與交流工作及安全工作等接地保護方式。結合《建筑物防雷設計規(guī)范》當中的相關規(guī)定與要求，當選用共用接地系統(tǒng)來進行防雷設計時，各個接地系統(tǒng)共用一組接地裝置為宜。

對于此工程而言，騎在防雷以及安保方面所采用的接地方式，則為共用接地，將樁基內(nèi)主鋼筋（2根，≥16mm）及地層底板當作聯(lián)合接地體，接地電阻≤1Ω。該建筑地域內(nèi)的年雷暴日達31.0d，依據(jù)第3類防雷建筑開展設計。將屋面頂部周圍明敷的避雷帶、屋角及女兒墻當作接閃器，且于整個屋面設置避雷網(wǎng)格，其大小控制在≤24×16m或20×20m，只要是高出屋面的物件，如各種支架及金屬管道等，均需設置有可連接接閃器的可靠電氣。把外側柱內(nèi)主鋼筋（規(guī)格同主鋼筋）當作防雷接地引下線，且將1塊熱鍍鋅鋼板分別預埋于室外地坪的-0.5m處與0.5m處，此鋼板的規(guī)格為100mm×100mm×8mm，將其用于測試與補打接地極，三者間都需要連通于聯(lián)合接地體。無論是進建筑物金屬管道，還是出建筑物的各類型管道，在支架相應底端位置，或者是其頂端位置，在或者是進出處，都需要有防雷接地裝置，使之形成可靠的電氣連通。針對此工程而言，其選用的乃為TN-C-S制電源。于進線位置（電源），實施反復性的接地，而在系統(tǒng)的相應聯(lián)合接地置處，則需要較好的將接地線引出（~排50mm×35mm或熱鍍鋅扁鋼40mm×4mm），另外，還需進行總等電位聯(lián)結，于浴室、衛(wèi)生間內(nèi)進行局部性的等電位聯(lián)結，只要是正常情況下諸如橋架、電纜金屬包皮、電氣設備金屬外殼及金屬線槽等不帶電的金屬部分，經(jīng)專用接地線，都能夠與局部等電位聯(lián)結，或者總等電位聯(lián)結，電氣連通可靠。針對此工程來講，其所采用的是比較常見的弱電接地，從聯(lián)合接地體處，引出所需要的接地線，針對此接地線來講，其與保安接地系統(tǒng)之間，或者是與防雷接地系統(tǒng)之間，在具體的接地于主通道上，均呈相應分隔狀態(tài)。無論何種形式的弱電設備接地，都需要有與此接地間有比較可靠的的電氣連通。

2 高效、充分的等電位聯(lián)結

針對等電位聯(lián)結來講，其作為整個接地系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，無論是對人員設備的防護，還是機房環(huán)境的相應靜電凈化，均有著關鍵性作用，因此，在系統(tǒng)機房中，需盡可能將地絕緣孤立導體予以規(guī)避

針對電子信息系統(tǒng)機房，在其內(nèi)部所設置的各類型性電子信息設備，在選擇相應等電位聯(lián)結方式上，需結合電子信息系統(tǒng)機房的規(guī)模與等級，以及電子信息設備容易受到干擾的頻率來確定，通常情況下，主要選用M型、S型或SM混合型等形式。此機房選用M型的等電位聯(lián)結網(wǎng)絡，于機房內(nèi)，即活動地板的下方位置，做一環(huán)狀M形等電位接地網(wǎng)格，所用材料為30mm×3mm銅帶，控制矩形網(wǎng)格的邊長，即0.6～3m，而在各個交叉點，則實施電氣聯(lián)結，于網(wǎng)格的周圍，布設與之對應的等電位聯(lián)結帶，且經(jīng)等電位聯(lián)結導體，把等電位聯(lián)結帶連接于建筑物金屬結構、各類金屬管道、就近接地匯流排及金屬線槽等。對于各臺電子信息設備而言，在選用等電位聯(lián)結導體，并且其在長度上并不相同，采取就近方式，與系統(tǒng)的等電位聯(lián)結網(wǎng)格形成相應連接狀態(tài)。此外，對于系統(tǒng)內(nèi)部的等電位聯(lián)結導體，或者是等電位聯(lián)結帶的最小截面積與材料而言，需滿足《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》相關要求。實施接地操作過程中，對于各臺計算機而言，需以單獨的方式，與防靜電接地體形成有效連接，而針對各防靜電裝置而言，與之相配套的單獨接地線，在設置其截面時，需使其≥2mm，如若靜電裝置不止一個時，那么需要控制導電線相應直徑，即使其≥3mm。在接地線埋設過程中，需使接地樁與接地線牢固連接，除此之外，在相應機械強度方面，需做到全面、充分，而針對防靜電接地線來考量，一些線路上不可連接，如電源中性線上便需禁止，除此之外，還不能與個別線路公用，如防雷地線，在供電方式上，可選用三相五線制來實現(xiàn)。將保護屏裝在顯示器上，此裝置能夠較好規(guī)避靜電傷害，防止輻射。將一根引線與顯示器保護屏形成連接狀態(tài)，另外，把引線一頭，以一種比較合理的方式，與靜電接地線形成連接狀態(tài)，通過進行這樣的操作，對于存在于顯示器保護屏上的靜電，則可使其向大地傾瀉。機房內(nèi)全部外露金屬，如金屬吊頂、暖氣管道、配電管線及設備外殼等，都需要就近連接于等電位銅帶用BVR-6塑銅線；采用BVR-6塑銅線，將等電位銅帶與地板支托相連接，以每5m連接1點；針對地板下等電位聯(lián)結銅帶言，需將其以一種有效、合理方式，連接于自然接地體（建筑柱筋）連點以上。

3 合理配置浪涌保護器

針對此工程來講，其所選用的即為三級電源浪涌防護，各個位置均安裝有浪涌保護器，比如重要設備的用電處有安裝，在變電所總配電室內(nèi)也有安裝，對于其所持有的標稱放電電流，則依次是20kA、80kA，這樣操作，能夠避免雷擊電磁脈沖對機房供電電源造成的斷電威脅。另外，對于系統(tǒng)核心部件的主機部分而言，尤其是其中的關鍵通信電纜，需對其實施SPD保護。通常情況下，因具有較多的通信電纜數(shù)，所以在設置通信線的保護時，可結合實況進行合理化設置。

4 結語

綜上，防靜電、防雷乃是一項龐大的系統(tǒng)性工程，不僅要將建筑物外部相應防雷接地基礎工作做好，還需注重機房內(nèi)部的接地系統(tǒng)、防雷、防靜電設計。本文通過設計、分析此煤礦電子信息系統(tǒng)機房的防靜電與防雷設計思路，從中匯總了有效的防靜電與防雷措施，以此為今后其它方面的此類設計提供實踐依據(jù)，望能為此領域的設計研究提供些許指導。

參考文獻

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[2]張金瓊，彭自強，章鷹，等.信息系統(tǒng)機房防雷設計的基本原則和方法[J].黑龍江科技信息，2012（09）：47-47.

[3]唐冬慧，羅瑜，陳貽亮，等.某局業(yè)務樓電子信息系統(tǒng)雷擊風險評估與防雷建議[J].氣象研究與應用，2013，34（a02）：233-234.

第9篇：電子系統(tǒng)設計范文

關鍵詞：建筑設備；自動化；技術；設計

中圖分類號：TU8 文獻標識碼：A 文章編號：

建筑設備自動化系統(tǒng)是現(xiàn)代智能建筑發(fā)展的關鍵技術，也是當前智能建筑實施的重要內(nèi)容，隨著建筑智能化和建筑節(jié)能技術的發(fā)展，對建筑設備自動化技術的要求也越來越高，現(xiàn)代智能建筑很多功能都是基于建筑設備自動化系統(tǒng)的基礎上實現(xiàn)的。

一、建筑設備自動化系統(tǒng)概述

1.系統(tǒng)組成和工作原理

建筑設備自動化系統(tǒng)對現(xiàn)場控制器的控制是通過中央監(jiān)控計算機進行交流的。兩級網(wǎng)絡是由局域網(wǎng)的一級網(wǎng)絡由工業(yè)控制總線的二級網(wǎng)共同構成的，中央監(jiān)控計算機為第一級控制裝置，連接一級網(wǎng)絡和二級網(wǎng)絡的現(xiàn)主控制器是二級控制裝置，在二級網(wǎng)絡上有現(xiàn)場控制器連接著，它負責對現(xiàn)場的設備進行控制，從而構成了三級控制裝置。第四級的控制裝置是安裝在建筑設備基礎上的傳感器和執(zhí)行器，這樣的連接形式對現(xiàn)場控制器的獨立工作能力有了很好的保護作用。

建筑設備自動化系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動控制、監(jiān)視、顯示各種機電設備的啟動和停止、自動檢測、對各種設備的運行參數(shù)進行顯示等多項功能，通過這些功能的實現(xiàn)，可以對一些設備的變化趨勢和歷史數(shù)據(jù)有清晰的掌握，同時對檢測到的意外和突發(fā)事件可以及時的采取處理措施。還可以根據(jù)外界的環(huán)境變化對各種設備的運行狀態(tài)進行調節(jié)，使其始終處于最優(yōu)狀態(tài)。通過上述部分功能，可以對建筑物內(nèi)的各種機電設備進行統(tǒng)一的管理和協(xié)調控制，實現(xiàn)對能源的自動化管理和對建筑設備的維護管理。

2.常見的系統(tǒng)設備和元件

在建筑設備自動化系統(tǒng)中，比較重要的元件有現(xiàn)場控制器、執(zhí)行器和傳感器。其中，對智能建筑中的相關設備進行控制作用的是現(xiàn)場控制器，該元件既可以接受中央監(jiān)控計算機的管理控制，還可以脫離故障了的中央監(jiān)控計算機獨立運行；執(zhí)行傳感器是智能控制系統(tǒng)的末端主控元件，一般采用DDC與其進行直接的連接控制，輸入信號形式有模擬量和開關量兩種，輸出信號形式也有模擬量和開關量兩種，一般使用的有電磁閥、電動調節(jié)閥和電動風門等，其中電磁閥是電動執(zhí)行器，使用原理是利用線圈通電產(chǎn)生的磁動力來帶動閥門的開閉，電動調節(jié)閥的動力元件是電動機，用來控制控制器輸出信號轉換閥門的開度，而電動風門則多用于通風系統(tǒng)中，改變風量的執(zhí)行器是通過葉片的面積實現(xiàn)的；傳感器有多種類別，常用的有溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器和變送器等。

二、建筑設備自動化系統(tǒng)的設計

設備控制子系統(tǒng)主要有四個，分別是給水排水系統(tǒng)、變配電控制系統(tǒng)、照明與動力控制系統(tǒng)和通風與空調控制系統(tǒng)。

1.給水排水系統(tǒng)

一般的建筑物中的給水系統(tǒng)是采用水泵直接給水、高位水箱給水和氣壓罐給水的形式，而室內(nèi)的排水方式則是采用重力直接排放，設置有集水坑，通過潛污泵排出的方式。為了檢測溢流、最低報警水位和可允許啟泵液位，在水泵直接給水控制系統(tǒng)中的緩沖池安裝有三個液位傳感器，檢測水壓的傳感器主要實現(xiàn)的是完成恒壓供水、控制工頻泵、檢測和報警、管理運行設備的功能，同時氣壓罐給水控制系統(tǒng)同樣實現(xiàn)生活泵的上述功能，而排水系統(tǒng)主要依靠排水泵、生活水池、污水池和集水坑等設備實現(xiàn)潛水泵的上述功能。

2.變配電控制系統(tǒng)

建筑設備自動化系統(tǒng)需要要求很高的供電系統(tǒng)，同時需要設置備用電源對突發(fā)停電事件的發(fā)生進行預防。智能建筑的變配電系統(tǒng)還可以實現(xiàn)參數(shù)檢測、監(jiān)視設備狀態(tài)、故障報警和電量計量等多種功能。

3.照明與動力控制系統(tǒng)

在智能建筑物中會產(chǎn)生很大的照明用電量需求，因此，節(jié)能設計控制系統(tǒng)的關鍵就是保證照明質量的同時又做到節(jié)能的設計。一般的智能建筑多是高層建筑，因此還需要將電梯等動力系統(tǒng)的安全性進行考慮，為了對動力系統(tǒng)實現(xiàn)完好的控制，一般的動力系統(tǒng)都自帶一個完善的計算機控制系統(tǒng)。對于照明系統(tǒng)還應實現(xiàn)下班時間關掉走廊、樓梯等處的照明設備，而動力系統(tǒng)依靠DDC和電梯控制箱的電氣觸點進行連接，來實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)和故障情況的監(jiān)視功能。

4.通風和空調控制系統(tǒng)

按照空氣處理設備的不同將空調系統(tǒng)分為了三類，分別是集中式空調系統(tǒng)、半集中式空調系統(tǒng)和局部空調系統(tǒng)。無論哪種空調都是由冷源、熱源和前端設備三部分組成的。通風系統(tǒng)分為局部通風和全面通風兩種，其主要作用是凈化排除室內(nèi)的污染空氣；空調控制系統(tǒng)實現(xiàn)對設備的啟動控制、冷水機組開啟臺數(shù)控制、壓差旁通控制、水流檢測水泵控制、冷卻水溫度控制和水箱補水等控制功能；熱水控制系統(tǒng)實現(xiàn)對交換器二次熱水出口溫度控制、熱水泵及其連鎖控制等功能；空氣處理監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對回風溫度控制、回風濕度控制等控制功能；通過風機盤管監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對風機風速的控制及定時啟停控制能功能。通過通風系統(tǒng)對空氣中CO、CO2等濃度的檢測來運行風機的啟停，可以有效的保證了空氣質量。

三、系統(tǒng)設計流程

在建筑設備自動化系統(tǒng)設計過程中，一般分為用戶需求分析、功能子系統(tǒng)方案設計、BA系統(tǒng)監(jiān)控點數(shù)表編制和系統(tǒng)設備配置及施工圖紙繪制四個步驟。其中，設計系統(tǒng)的首要步驟就是用戶需求分析，該階段要求設計人員對建筑物內(nèi)部設備及其自動化系統(tǒng)方案進行仔細研究；在功能子系統(tǒng)方案設計階段，是設計人員通過前期的調查結果對控制方案進行設計，然后對各個子系統(tǒng)的數(shù)量及其所應實現(xiàn)的控制功能設計相關的控制方案；在BA系統(tǒng)監(jiān)控點數(shù)表編制階段實現(xiàn)對控制設備的選配進行列表之后進行統(tǒng)計匯總的工作，最后的階段就是配置系統(tǒng)設備和繪制施工圖紙了。

在設計過程中應保證中央監(jiān)控室在系統(tǒng)負荷中心的周圍附近，但是對于一些噪音大、電磁干擾較強和較潮濕的地方應盡量的遠離。將系統(tǒng)的調試、維護、管理方便性和布線的經(jīng)濟性充分考慮到現(xiàn)場控制器的設置當中，堅持以相對集中和靠近現(xiàn)場傳感器及執(zhí)行器為原則，在接口處留有15%的剩余量。傳感器一般情況下選用的是電壓型傳感器，一旦遇到周圍電磁干擾較強的情況，應采用電流型傳感器。對于現(xiàn)場的通信線路和信號線應將屏蔽考慮在內(nèi)，設置軟線并用金屬線管和線槽進行敷設。對于供電系統(tǒng)，則應使用專用的回路，采用最高等級的負荷等級同時設有備用電源來保障故障時的不間斷供電。

四、結語

建筑設備自動化系統(tǒng)設計的關鍵是保證系統(tǒng)的低碳、環(huán)保和節(jié)能功能，同時采用智能管理代替人工管理的方式對管理進行自動控制系統(tǒng)控制。該體系通過對各子系統(tǒng)的監(jiān)控管理，在設備運行過程中提供了全程的監(jiān)控和管理，使得設備的壽命得到了延長，設備運行的可靠性和舒適性也得到了有效提高。

參考文獻：

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