数字系统设计范文

数字系统设计范文（精选11篇）

数字系统设计 第1篇

1 系统方案设计的思路和特点

设计播控系统要充分考虑系统的科学性、先进性、完善性和可行性。在系统架构、设备选型、软件设计和网络结构等方面, 都要着眼于播出的安全, 一切为优质、安全的播出服务。在保证安全播出的前提下, 寻求技术上的创新和突破。

1.1 设计思路

1.1.1 整体考虑

要将硬盘服务器系统、视音频系统和软件及控制系统作为一个整体来考虑。硬盘播出系统, 无论在流程上还是在功能上, 都要很好地与全台节目生产管理系统融为一体。

1.1.2 播出的安全性

播出安全性的保障是每个播出系统设计时最需要解决的关键问题。硬盘作为最关键、使用最为频繁的播出节目源, 基于硬盘的播出系统要充分考虑播出服务器的播出安全、上载节目的正确、节目素材的存储安全和素材迁移的安全等。除此之外, 视音频系统的安全和备份也要考虑到。软件系统要有完备的安全机制和报警措施, 系统设计还要平衡备份与简洁、清晰的关系。

1.1.3 硬盘播出系统

硬盘播出系统要求数据存储量大。为了避免节目素材的重复上载、上载人员工作量增大等问题, 设计系统时要充分考虑数字化节目的高效、便捷, 考虑采用数据流带库作为素材的长期保存媒介。

1.1.4 操作方便

如何使使用者操作更加方便同时又符合其原有的操作习惯, 是衡量一个系统人机工程的重要指标。在硬盘和视音频系统中, 应设计完善的备份, 提供多种操作简易的应急处理方式、友好的软件人机界面和清晰简化的操作流程, 尽量符合操作人员的习惯。

1.1.5 结合实际

设计时要充分考虑现有的管理流程、运作模式、操作习惯和实践经验, 在尊重传统的基础上, 充分利用新技术、新设备和新结构, 为电视台未来全台制播一体、构建多媒体数字播出平台、开展电视节目发布新业务等提供优越条件。

1.2 设计特点

系统按2个频道设计, 分为硬盘系统和视音频系统。

2 硬盘部分设计

2.1 设计重点

构建一个网络环境下的硬盘系统符合当今的技术发展潮流, 而充分保证播出安全、素材存储安全、素材交换顺畅和扩展便利是硬盘系统设计努力的方向。在本方案中, 整个播出硬盘部分由播出视频服务器部分、上载部分和二级存储等部分构成, 详见图1.

系统采用播出视频服务器组成的主备镜像结构, 播出主备, 录播分离, 支持素材服务器本地上载和网络异地分布式上载、高度可靠的视频服务器硬盘播出系统。随着硬盘播出系统的建立, 总编室节目单的编辑和存档、素材信息的海量存储、素材的管理、素材的迁移和存储、软件的权限管理、播后节目单的统计归档等都成为数据库服务器所要处理的信息内容。网络在硬盘播出系统中的应用是非常广泛的, 主要包括大量素材数据的传输、数据信息的传输、视频服务器、文件服务器、各个工作站之间的通讯、网络校时、播出控制和播出串联单的传送等。

正常情况下, 各频道的广告、短片、自制栏目、节目等均由视频服务器来承担播出任务, 同时每个频道配备应急播出录像机作为特殊情况下的应急播出源, 即实现可以和硬盘系统组合进行“盘带”混合播出。在视频服务器荡机的情况下, 也可以实现全磁带播出和手动播出的功能。通过网关服务器和非编网接口, 提供软件接口与非编媒资系统交换的素材和元数据。

2.2 播出视频服务器部分

在本方案中, 播出服务器采用格非公司的Magi Stream3000视频服务器, 其工作原理如图2所示。

2.3 播出部分

数字硬盘播出系统要实现2个频道的播出, 在方案中视频服务器播出部分我们严格按照视频服务器主备冗余结构的方式来设计, 系统的主要组成包括: (1) 采用配置2台Magi Stream3000视频服务器互为主备, 每台Magi Stream3000服务器带1块硬盘编解码卡和一块嵌入式数字IO卡, 每块输入通道卡带嵌入SDI和模拟复合接口CUE帧输入、输出; (2) 系统配置2套互为主备的数据库文件服务器; (3) 系统配置3台上载工作站, 每台上载工作站均可带嵌入式数字SDI、数字SDI; (4) 模拟分量、模拟复合输入/输出接口; (5) 系统配置编单站点、维护站点; (6) 系统每频道配置数字字幕机、数字键混等设备; (7) 系统配置同步信号发生器来保证系统中信号的同步; (8) 系统配置GPS时钟系统, 保证全台时间的统一性。

2.4 上载部分

上载是硬盘播出系统中一个非常关键的环节, 上载素材的高质量能保证播出的流畅和安全。在综合考虑方便、实用和安全等因素后, 设计的上载系统具有以下特点。

2.4.1 可配置上载站

整个播出系统中上载工作站可配置3套上载站, 每套上载工作站均带硬件编解码板卡——根据电视台的具体要求, 在任何一个部门都可以使用。

2.4.2 完成播出素材的上载和审核

上载工作站在播出系统中完成播出素材的上载和审核工作。根据需要, 上载方式可以选择直接上载至播出服务器或先上载至二级存储阵列, 再自动迁移传送至播出服务器这两种方式。上载至播出服务器的素材可以直接实时地播出, 比如新闻、专题、栏目等实时性播出要求较高的素材;上载至二级存储阵列的素材, 不能直接实时播出, 要根据播出的需要自动地提前迁移传送至播出服务器然后再进行播出, 例如广告、电视剧、影片等需要保留较长时间的素材。

2.4.3 独立工作

上载工作站支持双通道, 能够独立工作, 可边上载边审看。上载时, 审看正在上载或其他已上载的节目, 且审看的画面为上载数据重新解码后的最终效果, 并非上载信号源的回显。

2.4.4 提供技术审看功能

上载工作站提供上载节目的技术审看功能, 在上载节目的同时可对上载节目信号静帧、黑场、音频超标等信号源质量问题提供及时的警告, 确保上载的节目素材正确无误。

2.4.5 有效避免阻塞

上载工作站工作时, 提供本地上载缓冲BUFFER, 即先将上载的数据存放到本地BUFFER, 再通过网络以FTP的方式将节目实时上载至二级存储阵列和视频服务器。这样, 有效避免了由于网络突发阻塞造成的影响。

2.5 二级存储部分

硬盘播出系统采用上载—存储—播出的结构, 二级存储的要性不言而喻。本方案中, 二级存储系统由迁移服务器和二级存储阵列构成, 具体配置如下。

2.5.1 迁移服务器1台

迁移服务器是二级存储系统中重要的组成部分, 它承担着二级存储阵列的素材数据与服务器播出系统、上载系统的交互。3台双通道节目上载工作站将上载的节目通过迁移服务器送到二级存储体中, 同时迁移服务器还具有数据传输自动负载均衡、自动流量均衡的特点。

2.5.2 二级存储阵列1台

二级存储系统配置1台BVT3000 12*750G SATA阵列。

2.6 播出系统、非编制作网络和媒资系统的连接

2个频道数字硬盘播出系统运行后, 不但可以和非编制作网络系统无缝对接 (比如大洋、DVSTROM、DPS和Avid等多种非编) , 而且还可以实现真正意义上的资源共享, 能使其融入新的数字硬盘播出系统中去, 成为全新数字播出系统的一个组成部分, 合理地为台内节省资源。设计了播出系统、非编制作网络和媒资管理系统的连接方案, 以供台内参考。连接如图3所示。

从方案图中可以看出, 播出系统、非编制作网络和媒资系统可以通过百兆、千兆的以太网络和媒体网有机的连接, 其中媒体网关这个关键设备的主要作用是实现播出系统、非编制作网络系统和媒资管理系统的节目数据交换。

3 分控视音频系统的设计

综合各方面的情况考虑, 经过反复论证分析, 设计了如图4的分控系统方案, 分控系统按2个频道设计。

分控系统图的设计思路是所有频道全部采用“主备切换器+数字音频”处理器 (数字音频可调) 的结构, 这也是我公司为诸多省、市级电视台搭建的最成熟、性能价格比最高的分控系统。

每个频道的信号源主要为应急录像机信号、主备服务器信号2路、卫星信号2路、模拟外来信号1路、数字外来信号1路、垫片信号、测试图信号和延时服务器输出的信号。正常情况下, 由主播矩阵输出PGM信号播出;当主视频服务器信号出现问题时, 播出控制服务器会自动控制矩阵切换到备播服务器信号;当主播出矩阵出现问题时, 智能应急2X1切换开关切换到备播出矩阵进行播出。系统全面支持网络字幕系统的联动, 实现字幕播出自动化。字幕系统具备独立的字幕制作网络, 字幕上位机可提前制作字幕和播表, 传送至字幕播出机, 接受播控系统的统一控制, 完成自动化播出。

4 结束语

数字技术在电视节目播出的应用, 不仅提高了工作效率, 同时还大幅度降低了故障率, 改善了播出质量, 保证了安全优质的播出, 取得良好的社会和经济效益, 也为今后广电事业的发展打下了坚实的基础。

摘要：随着我国互联网的影响范围日益扩大, 国内有线数字电视取得长足发展, 但同样也面临着前所未有的机遇和挑战。对数字电视播出系统设计思路、硬盘部分设计和分控视音频系统的设计进行了探讨, 以提高工作效率, 推动数字电视的快速发展。

关键词：数字电视,播出系统,系统设计,网络电视

参考文献

教学数字化管理系统设计 第2篇

教学管理是学校的重要工作和核心内容。学校的教学管理是指学校根据一定的目标、原则对整个教学工作进行调节和控制，从而保证教学工作有序进行，以顺利实现预定的目标，保证和提高教学质量和办学效益。

教学管理信息化就是在现代教育思想指导下，运用信息管理理论与信息管理方法，以现代信息技术为核心技术，充分考虑外界变量和信息，组织和配置教学信息资源，进行信息化教学管理活动，从而高效率地达到既定的教学目标。从教学管理内容看，信息化涉及教学计划管理、教学过程的组织与管理、教学质量管理、教学行政管理和学科建设、专业建设、课程建设、教学队伍建设、教学管理制度等方面的工作。从教学管理手段看，就是信息技术、网络技术在教学管理活动中的广泛应用。

二、主要技术

系统的建设目标能否实现，系统整个投资能否发挥应有的效益，最终将取决于该系统所选择的开发技术。系统应采用成熟可靠的技术，贯彻产品化的设计原则和实施方法，系统的建立应适应未来技术发展的趋势。因此，本教学管理系统采用基于B/S模式的三层架构体系，开发工具选择的是Microsoft公司的VisualStudio.NET2005，使用的是新的面向对象语言C#，数据库采用SQL Server 2000。这些先进技术的采用，保证了系统的稳定性和实用性。

随着Internet的出现和广泛使用，Web使得广泛的网络共享、集中的安全控制和友好的使用界面达到了完美的统一。B/S结构利用了不断成熟的WWW浏览器技术，结合浏览器的多种Script语言和ActiveX技术，用通用浏览器就实现了原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能，节约了开发成本，是一种全新的软件系统构造技术。随着Windows 98/Windows2000/Windows2003等操作系统将浏览器技术植入操作系统内部，这种结构更成为当今应用软件的首选体系结构。显然B/S结构应用程序相对于传统的C/S结构应用程序是巨大的进步。

考虑到系统在教学中的实际使用情况，本系统选择采用Web环境下的B/S三层架构体系，即表现层、业务层、数据层，如图1所示。

1.表现层

表现层是直接和用户进行交互的部分，通过可视化的用户界面表示信息和收集数据并响应用户请求，是用户使用应用系统的接口。

在本系统中，表现层将使用通用IE浏览器作为各类用户的统一界面，在达到界面统一性、友好性、易用性的同时，也使未来应用的部署升级更加便利。服务器端的Web服务器负责向终端用户显示业务信息，收集业务数据，同时处理用户通过Internet发出的各种请求。基于.NET的研究生教学管理系统的设计与实现表现层的主要开发技术有ASP.NET、WEB表单、服务器控件、HTML、脚本等。

2.业务层

业务层是实际业务规则以及数据处理的执行部分。业务层通过将正规的过程和业务规则应用于相关数据来实现用户通过表现层发出的业务请求。业务层的主要应用技术有.NET组件类、ADO.NET。

3.数据层

数据层是业务数据的存放地。通常数据层使用一个关系型数据库来实现数据的存储，并集中管理这些数据，实现业务数据的完整性、安全性和灾难防护。数据层的主要技术有ADO.NET、SQLServer、XML等。

三、系统工作流程分析

学校的教学管理过程是一项复杂的系统工程，其操作过程和细节涉及教学管理的每一个环节，涉及的层面非常宽广且繁杂。通过对学校各职能部门工作的反复调研及系统分析，笔者归纳出其教学管理工作流程主要由教学处及系管理员、任课教师、学生三大部分组成。管理员通过本系统完成所有的日常教学工作，从学生入学开始到毕业离校，在学校内的所有和教学相关的数据都通过教学系统进行管理；教师可通过系统查询制定个人教学计划，定制教材，查询、打印课表，考核学生考试资格并录入学生成绩；学生则可以通过系统查询自己的基本信息及各科成绩。具体工作流程如下：

第一，教学处根据招生部门数据模块将新生基本信息导入，存入学籍管理中的学生库。

第二，教学处管理员在基础数据管理子系统中完成对运行教学系统所需要的基本数据的维护(如教师信息、各系信息、学生信息、班级信息等)。

第三，新生入学后系管理员在学生基本信息系统中完成新生学籍信息的维护(学籍信息包括新生转入和新添加的信息)。

第四，通过学籍管理系统自动按系别、班级信息分配给每个学生一个ID。

第五，教学处管理员通过教学计划系统为每个专业的学生制定教学计划，根据教学计划生成每学期的教学执行计划，供各个任课教师查阅，并由管理员在系统中安排教师及教室等信息。

第六，教学处根据教学计划、班级信息等定购教材。

第七，教学处管理员根据教学计划和教师任课情况及教学资源在排课系统中使用自动与手动辅助结合排课。将排课结果通知各系管理员，同时给每个任课教师提供个人该学期的课表查询。

第八，期末考试前，对教师提交的考试申请、学生平时成绩及考试资格进行确认，对学生进行考试安排，通过系统进行自动与手动结合安排考试。时间、教室、监考教师由教学处统一安排。

第九，学生登录系统，可以查询个人基本信息，但是不能更改。

第十，根据学生成绩统计表，系统进行自动补考安排。

四、功能需求分析

此系统设计的目标是使该系统具有对全校整个教学系统相关的信息进行整体管理的功能，同时方便教师和学生查询。教师可以通过系统添加信息，录入学生成绩，查询课表，查询教学计划；学生可以通过系统查询个人信息和考试成绩。其功能主要包括管理员、教师和学生三部分的需求。

1.管理员对功能的需求

（1）教师信息的添加(本系统管理员可对教师的基本信息进行添加)。

（2）任课教师权限的修改(管理员可将教师的权限设为管理员)。

（3）根据教学计划和任课教师情况排课。

（4）学校基本课程的设置和浏览，包括课程名、课程类型、学时、学分和课程具体描述；学校基本课程的添加、修改、删除；学校对所设课程进行教师分配。

（5）有关学生信息的添加和浏览，包括学生的姓名、性别、民族、出生日期、入学时间、所在班级、籍贯及备注信息。

（6）班级管理信息的浏览，包括班级设置、年级信息等，班级管理信息的添加、修改、删除。

（7）学生成绩信息的浏览与统计，可按成绩具体范围(如系、班级、性别等方面)对成绩进行统计。

2.任课教师对功能的需求

（1）根据排课情况，查询和打印该学期课程表（只限个人）。

（2）打印任课班级学生花名册，学期末录入学生成绩。

（3）查询个人基本信息（包括姓名、学历、职称、任课情况等）。

3.学生对功能的需求

（1）浏览个人基本信息，具体内容包括姓名、性别、学号、民族、出生日期、籍贯、所在班级、备注等。

（2）学生登錄系统后，只能修改密码，不能修改个人信息。

（3）浏览课程信息，具体内容包括课程名、课程类型、学时、学分和课程具体描述、任课教师等，并可浏览各学年考试成绩。

数字通信系统关键技术设计 第3篇

在特定区域通信的应用环境中,由于成员彼此间的任务及分工不同,虽然距离较近,但各有自己的工作岗位,彼此间通信需要借助于特殊的通信装置通话联络。数字通信有着比模拟通信诸多的优点,包括话音清晰、抗干扰强、操作简单、稳定可靠,并可传输信令数据。该系统适用于内部有多个舱室的大型车辆,各个舱室需要协同工作时,相互之间需要通话联络,必要时,有人需要下到车外和车内人员通话,或人员全部在车外时彼此还需要通话。另一种应用环境是在多个房间内工作的人员之间的通话。该系统提供了多种通话方式,包括一对一通话、一对多通话、多对一通话、通播、会议等。系统的特点是话音清晰,操作方便,使用灵活,通话关系清晰、明确。

1 总体设计

1.1拓扑结构设计

该通信系统为一个小区域通信系统,用户数量有限,功能要求明确。考虑系统的组成情况、应用环境、使用及功能需求等因素,系统的拓扑结构设计如图1所示。

由于不同位置的通话需求,需要为其提供通话终端。不同的使用环境需要的终端类型也不相同。内部采用RS485总线接口类型的终端,其特点是布线简便,便于内部终端数量扩展、配置灵活,主控交换器对外接口数量较少。外部采用2种类型的终端:远传终端和无线终端。远传终端采用有线连接,便于外部人员和内部人员的有线联系;无线终端便于下车人员在没有布置电缆时,和内部人员的通话联系。无线终端和有线终端通信需要借助于综合接入终端,在无线信号和有线信号之间进行相互转换。各类终端的数量可根据需求相应增减。

1.2功能设计

系统设计的主要功能应满足用户的基本需要及特殊要求,主要功能要求如下:

① 各位置为通播的关系,一个人讲话时其他人员均能听到,同一时间只允许一个人发言;

② 各位置为会议的方式,多个人可同时讨论问题,同一时间允许多人加入;

③ 呼叫方式,其中一部终端可通过拨号呼叫其他终端;

④ 来电状态显示,终端可根据显示确知呼叫自己的信号来源。

1.3远传接口设计

该系统设计有远传接口,用于解决在距离通信区域较远的位置时,可以和内部人员进行必要的通话联系。通过远传接口能很方便地将该系统的终端置于距离该系统3 km之内的任一位置。该接口采用具有远传功能的数字K接口实现。并采用二线方式,传输介质为非屏蔽双绞线或被复线,传输码型为NRZ编码,信号线有效传输距离3 km(远端供电)。而且接口采用变压器隔离带过压保护装置,有效防止接口损坏,并可带电插拔。

远传接口采用自定义复帧结构,话音、信令分别在2个时隙中同时传输,其中帧头信息在一个复帧传输一次,每个时隙8 bit,时隙速率为:64 kb/s;16时隙组成一帧,每帧包括8个话音时隙(1、3、5、7、9、11、13、15时隙)、一个帧头时隙(0时隙)、6个信令时隙(2、4、6、8、10、12)、一个时隙预留(14时隙)。由于复帧结构的特殊性,在FPGA内需要作相应的逻辑,分别将帧头、信令、空闲、话音比特复接到相应的时隙位置,其中话音数据来自编解码器,帧头信息在FPGA内部产生,信令信息由主处理器控制,只发送一次,FPGA内部由自动发送寄存器,在接收到主处理器的新信令之前,该信令保持连续发送。

远传接口的信令拟采用CPC信令,但由于该系统信令控制较为复杂,CPC信令码字数量有限,不能满足设计需要,但CPC信令具有其独特的抗误码、抗丢失等优点,系统在设计信令时则采用类CPC信令,既保留CPC信令的优点,又使信令码字的数量比CPC信令多出几倍,满足了设计需要。复帧结构如表1所示。

1.4总线接口设计

为了解决在设备硬件不做任何改变的情况下,灵活配置终端的接入数量问题,采用RS485总线接入方式。终端根据编号占用RS485总线的时隙,各终端均挂接在总线上,各占自己对应的时隙,其他非自己的时隙采用高阻方式不影响其他终端通信。系统在布线时可根据需要预留终端接口,只在实际使用时才接终端。在未布线而又临时需要时,可通过分线盒的方式,将终端扩展。

总线接口也有缺点,各终端都挂接到总线上,如果某终端接口故障或短路,将影响其他总线终端不能正常工作。所以在设计时,充分考虑接口的抗毁性,增加必要的保护电路。

为了有效地保护接口电路,在设计时,采取了只传高电平、不传低电平,在信号为低电平时将接口电路高阻,通过下拉电阻完成低电平的传输。这种传输方式可以有效地避免临近时隙的终端在总线上由于线路长短不同造成延时的不同,而导致的时隙重叠所造成的器件损坏。如图2所示,前一时隙为低电平,后一时隙为高电平,在总线上出现电平相反的时隙重叠,如果使用普通传输方式,将导致接口芯片瞬间短路而损坏。如果不传低电平,则在传输时向高电平靠拢,即有高电平传输时不管重叠的低电平,总线上保持高电平传输,因为重叠区域很小,数据接收时采用的时钟沿离重叠区较远,因此收取的数据不会发生错误。

1.5有、无线一体化设计

方案中包括一套有线通信系统和一套无线通信系统,2套系统既可分别独立使用:有线终端之间互相通话,无线终端之间互相通话;也可以综合使用:无线终端和有线终端之间可相互通话。综合使用的前提是设计一个综合终端,该综合终端包括一个与普通有线终端功能相同的终端和一个无线接入终端,无线接入终端将无线信号接收后转换为有线TTL信号送给有线终端,有线终端将此TTL信号连同自己的话音信号一起复接到接口总线上,送给主控交换器,主控交换器则将信号一起接入到交换矩阵上完成通播、会议。由于手持无线终端暂不设计键盘,所以无线终端只能完成半双工通播,不具有选呼功能。

2 关键技术设计

2.1数字交换设计

数字交换是通信设备的核心技术,交换电路稳定可靠是交换设备自身工作稳定的前提和基础,通常在设备设计交换电路时,往往采用Zarlink公司的MT系列芯片实现,其优点是实现简单、操作方便,其缺点是在生产过程中器件有停产可能,导致要重新设计电路。随着FPGA容量越来越大,采用在FPGA中自己设计电路以实现数字交换,其优点是明显的。自行设计可降低设备的成本、提高设备集成度,有利于提高设备的可靠性,不用担心元器件的停产。全双工数字交换的电路设计原理又相对简单,数字交换电路越来越多地采用在FPGA内部设计。

在FPGA内部实现电路交换的原理如图3所示。图中从交换矩阵读出的数据即为交换后的数据,数据所要放入的时隙为地址产生器2所产生的地址,该地址是由主处理器获取设备的外部信息后决定的,如果将交换矩阵同一时隙的内容放入多个接收时隙,则完成一对多的功能,如果放入所有终端的接收时隙则完成通播的功能。

2.2全双工会议设计

由于全双工会议芯片对会议成员数以及可同时召开的会议数要求有限,如果自行在FPGA内部设计则相对灵活,而且可根据会议容量需要选择相应容量的FPGA来进行设计。全双工会议的电路设计原理是首先将所有会议成员的PCM编码转换为线性编码,对成员的线性编码相加,并对结果作溢出判断及处理,将自己的话音减掉,然后再将处理后的结果转换为PCM编码由交换矩阵送出。全双工会议的信号流程如图4所示。

2.3话音压缩编解码设计

话音压缩编解码设计的目的是将话音信号数字化,进行PCM编/解码,完成模/数、数/模变换,然后将数字信息压缩,适应于在低速率信道中传输。数字化后的信号采用AMBE算法进行8 kbps的压缩、解压缩编/解码。此时有效压缩数据为16个字节,速率为6.4 kbps,帧头2个字节及部分开销占2个字节,速率为1.6 kbps。合计20个字节,速率为8 kbps,和PCM数据的帧频相同。

该适配电路较为复杂。AMBE全时隙帧结构为24 bit,传输一帧需要20 ms,而实际信道传输速率仅为8 kbps,传输一帧仅需要1 ms,所以需要对其帧结构进行调整,提高传输效率,才能完成话音的实时传输。调整后在信道中实际传输的话音帧结构如表2所示,该时隙的转换工作在FPGA内部完成,去掉大部分控制信息,仅保留了帧头信息和2个字节的控制信息。

话音压缩编解码设计包括数字和模拟信号的处理和转换,选择话音压缩芯片AMBE的工作方式、压缩速率,调整其内部时序和接口关系。

将AMBE并行和串行接口工作方式进行比较,各种压缩速率的话音质量进行比较,对工作方式、帧头选择、静默控制、时钟控制等进行优选设计。

2.4抗噪设计

系统的应用环境适用于在野外使用,在周围环境噪声及车辆发动机噪声恶劣情况下,如果系统抗噪能力差,通话效果会很差。因此系统采用多种抗噪措施,即使周围环境嘈杂,系统仍能保证很好的通话效果。

系统采用的抗噪措施包括:终端采用抗噪的MIC,滤除环境噪声;在FPGA内对话音进行门限限制,只有在声音达到门限电平时,才允许话音送出,为了保证话音的流畅,在门限打开后,当信号电平低于门限时,自动延时3 s后自动关闭闸门,如图5所示。

2.5纠错设计

系统中无线信道传输要求低速率、高质量,需要通过差错控制技术来提高数据传输的可靠性。在信道中,突发误码和随机误码并存,随机误码可以直接进行纠错处理。突发误码的处理方法则是将突发误码离散化,再进行纠错。这里引人一个新的概念比特交织技术,比特交织技术从概念上说是一个数据序列在一一对应的条件下进行数据的位置重排过程。其逆过程为解交织,也就是将接收到的信息序列进行位置还原,使数据的位置还原成发送时的顺序。比特交织技术的作用就是随着将数据顺序重排的同时,将突发误码离散化,再通过其他技术纠错,纠错后的数据则执行一个相反的数据重排过程,也是将数据进行还原的过程,图6对该过程进行了详细说明。其中数据写入数据存储器1,然后再从数据存储器1中读出的过程为数据交织过程,数据写入数据存储器2,然后再从数据存储器2中读出则完成了数据的解交织。

数据的交织、解交织和纠错在FPGA内部完成,并且RS纠错在FPGA内有成熟的IP CORE可直接使用。而数据的交织、解交织占用的存储器较多,需要选用容量较大的FPGA。

3结束语

此文的设计思想适用于一个小区域通信,既能满足内部成员的通信,又提供在区域外部通过无线和有线2种手段和内部系统的联络。每种终端数量均可根据实际使用的需要灵活配置,甚至可以只用无线终端在野外通信,使用灵活方便。

系统的各项关键技术均在FPGA内部完成,提高了系统的技术含量,增加了设备的可靠性,减少了设备的成本,有利于设备的生产。

摘要：介绍了一种数字通信系统的设计思想及其关键技术的实现方法。该系统分为有线通信系统和无线通信系统2个子系统,并将无线通信和有线通信有机地结合在一起,融合为一套有线、无线共存互通的综合通信系统。对系统的各个关键技术做了详细介绍,拼弃了以往设计采用套片的设计思路,关键技术在FPGA内部自主设计。有线部分采用PCM编解码,无线部分采用AMBE话音压缩和RS纠错处理。该系统设计稳定、话音清晰,便于生产和使用。

关键词：全双工,数字交换,话音压缩

参考文献

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[3]比兰斯基(BYLANSKI P)著.数字传输系统[M].迟惠生译,北京:人民邮电出版社,1979.

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数字系统设计 第4篇

《数字逻辑系统设计实习》教学大纲

一、课程信息：

课程代码： 11243011 课程中文名称：数字逻辑系统设计

课程英文名称： Digital Logic System Design 时间安排（学期/学年）：（5/3）

学时学分： 学时：一周 学分：1

二、实习教学的目的：

本实习为综合性、设计性实习，目的是加强学生的实践技能，提高学生综合分析问题，解决问题的能力。

三、实习教学的基本要求：

1、加深对数字逻辑系统设计、数字电子技术课程所学理论的认识和理解，分析课题的要求，明确课题的内容。

2、根据系统划分，正确写出VHDL源程序并仿真验证，最后下载到实验箱上进行验

3、掌握课题电路的作用原理及主要电路的设计方法，掌握课题中各关键部件的描述方法

四、实习教学的内容：

设计一 数字式竞赛抢答器

1、设计一个可容纳6组(或4组)参赛的数字式抢答器，每组设一个按钮，供抢答使用。

2、抢答器具有第一信号鉴别和锁存功能，使除第一抢答者外的按钮不起作用。

3、设置一个主持人“复位”按钮。

4、主持人复位后，开始抢答，第一信号鉴别锁存电路得到信号后，有指示灯显示抢答组别，扬声器发出2~3秒的音响。

5、设置一个计分电路，每组开始预置100分，由主持人记分，答对一次加10分，答错一次减10分。教学提示: 此设计问题的关键是准确判断出第一抢答者并将其锁存，实现的方法可使用触发器或锁存器，在得到第一信号后将输入封锁，使其它组的抢答信号无效。形成第一抢答信号后，用编码、译码及数码显示电路显示第一抢答者的组别，用第一抢答信号推动扬声器发出音响。计分电路采用十进制加／减计数器、数码管显示，由于每次都是加／减10分，所以个位始终为零，只要十位、百位进行加／减运算即可。设计二 数字钟

1、设计一个能显示1/10秒、秒、分、时的12小时数字钟。

2、熟练掌握各种计数器的使用。

3、能用计数器构成十进制、六十进制、十二进制等所需进制的计数器。

4、能用低位的进位输出构成高位的计数脉冲。教学提示:

1、时钟源使用频率为0.1Hz的连续脉冲。

2、设置两个按钮，一个供“开始”及“停止”用，一个供系统“复位”用。

3、时钟显示使用数码管显示。

4、“时显示”部分应注意12点后显示1点。

5、注意各部分的关系，由低位到高位逐级设计、调试。设计三 数字频率计

1、设计一个能测量方波信号的频率的频率计。

2、测量的频率范围是0999999Hz。

3、结果用十进制数显示。教学提示:

1、脉冲信号的频率就是在单位时间内所产生的脉冲个数，其表达式为，f为被测信号的频率，N为计数器所累计的脉冲个数，T为产生N个脉冲所需的时间。所以，在1秒时间内计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。

2、被测频率信号取自实验箱晶体振荡器输出信号，加到主控门的输入端。

3、再取晶体振荡器的另一标准频率信号，经分频后产生各种时基脉冲：1ms，10ms，0.1s，1s等，时基信号的选择可以控制，即量程可以改变。

4、时基信号经控制电路产生闸门信号至主控门，只有在闸门信号采样期间内(时基信号的一个周期)，输入信号才通过主控门。

5、f=N/T，改变时基信号的周期T，即可得到不同的测频范围。

6、当主控门关闭时，计数器停止计数，显示器显示记录结果，此时控制电路输出一个置零信号，将计数器和所有触发器复位，为新的一次采样做好准备。

7、改变量程时，小数点能自动移位。设计四 拔河游戏机

1、设计一个能进行拔河游戏的电路。

2、电路使用15个(或9个)发光二极管，开机后只有中间一个发亮，此即拔河的中心点。游戏双方各持一个按钮，迅速地、不断地按动，产生脉冲，谁按得快，亮点就向谁的方向移动，每按一次，亮点移动一次。

3、亮点移到任一方终端二极管时，这一方就获胜，此时双方按钮均无作用，输出保持，只有复位后才使亮点恢复到中心。

4、用数码管显示获胜者的盘数。教学提示:

1、按钮信号即输入的脉冲信号，每按一次按钮都应能进行有效的计数。

2、用可逆计数器的加、减计数输入端分别接受两路脉冲信号，可逆计数器原始输出状态为0000，经译码器输出，使中间一只二极管发亮。

3、当计数器进行加法计数时，亮点向右移；进行减法计数时，亮点向左移。

4、由一个控制电路指示谁胜谁负，当亮点移到任一方终端时，由控制电路产生一个信号，使计数器停止计数。

5、将双方终端二极管“点亮”信号分别接两个计数器的“使能”端，当一方取胜时，相应的计数器进行一次计数，这样得到双方取胜次数的显示。

6、设置一个“复位”按钮，使亮点回到中心，取胜计数器也要设置一个“复位”按钮，使之能清零。

设计五 乒乓球比赛游戏机

1、设计一个由甲、乙双方参赛，有裁判的3人乒乓球游戏机。

2、用8个(或更多个)LED排成一条直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中一只点亮的LED指示球的当前位置，点亮的LED依此从左到右，或从右到左，其移动的速度应能调节。

3、当“球”(点亮的那只LED)运动到某方的最后一位时，参赛者应能果断地按下位于自己一方的按钮开关，即表示启动球拍击球。若击中，则球向相反方向移动；若未击中，则对方得1分。

4、一方得分时，电路自动响铃3秒，这期间发球无效，等铃声停止后方能继续比赛。设置自动记分电路，甲、乙双方各用2位数码管进行记分显示，每计满21分为1局。甲、乙双方各设一个发光二极管，表示拥有发球权，每隔5次自动交换发球权，拥有发球权的一方发球才有效。教学提示:

1、用双向移位寄存器的输出端控制LED显示来模拟乒乓球运动的轨迹，先点亮位于某一方的第1个LED，由击球者通过按钮输入开关信号，实现移位方向的控制。

2、也可用计数译码方式实现乒乓球运动轨迹的模拟，如利用加/减计数器的2个时钟信号实现甲、乙双方的击球，由表示球拍的按钮产生计数时钟，计数器的输出状态经译码驱动LED发亮。

3、任何时刻都保持一个LED发亮，若发亮的LED运动到对方的终点，但对方未能及时输入信号使其向相反方向移动，即失去1分。

4、控制电路决定整个系统的协调动作，必须严格掌握各信号之间的关系。设计六 交通信号灯控制器

1、设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。

2、红、绿、黄发光二极管作信号灯，用传感器或逻辑开关作检测车辆是否到来的信号。主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。主干道亮绿灯时，支干道亮红灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯。

3、主、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，设立45秒、25秒计时、显示电路。

4、在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡，使行驶中的车辆有时间停到禁行线外，设立5秒计时、显示电路。教学提示:

1、主、支干道用传感器检测车辆到来情况，实验电路用逻辑开关代替。

2、选择1HZ时钟脉冲作为系统时钟。3、45秒、25秒、5秒定时信号可用顺计时，也可用倒计时，计时起始信号由主控电路给出，每当计满所需时间，即向主控电路输出“时间到”信号，并使计数器清零，由主控电路启、闭三色信号灯或启动另一计时电路。

4、主控电路是核心，这是一个时序电路，其输入信号为：车辆检测信号（A，B，；45秒、25秒、5秒定时信号（C，D，E），其输出状态控制相应的三色灯。主控电路可以由两个JK触发器和逻辑门构成，其输出经译码后，控制主干道三色灯R、G、Y和支干道三色灯r、g、y。设计七 电子密码锁

1、设计一个密码锁的控制电路，当输入正确代码时，输出开锁信号以推动执行机构工作，用红灯亮、绿灯熄灭表示关锁，用绿灯亮、红灯熄灭表示开锁；

2、在锁的控制电路中储存一个可以修改的4位代码，当开锁按钮开关（可设置成6位至8位，其中实际有效为4位，其余为虚设）的输入代码等于储存代码时，开锁；

3、从第一个按钮触动后的5秒内若未将锁打开，则电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开，并由扬声器发出持续20秒的报警信号。教学提示:

1、该题的主要任务是产生一个开锁信号，而开锁信号的形成条件是，输入代码和已设密码相同。实现这种功能的电路构思有多种，例如，用两片8位锁存器，一片存入密码，另一片输入开锁的代码，通过比较的方式，若两者相等，则形成开锁信号。

2、在产生开锁信号后，要求输出声、光信号，声音的产生由开锁信号触动扬声器工作，光信号由开锁信号点亮LED指示灯；

3、用按钮开关的第一个动作信号触发一个5秒定时器，若5秒内无开锁信号产生，让扬声器发出特殊音响，以示警告，并输出一个信号推动LED不断闪烁。设计八 彩灯控制器

1、设计一个彩灯控制器，使彩灯（LED管）能连续发出四种以上不同的显示形式；

2、随着彩灯显示图案的变化，发出不同的音响声。教学提示:

1、彩灯显示的不同形式可由不同进制计数器驱动LED显示完成；

2、音响由选择不同频率CP脉冲驱动扬声器形成。设计九 脉冲按键电话显示器

1、设计一个具有8位显示的电话按键显示器；

2、能准确地反映按键数字；

3、显示器显示从低位向高位前移，逐位显示按键数字，最低位为当前输入位；

4、设置一个“重拨”键，按下此键，能显示最后一次输入的电话号码；

5、挂机2秒后或按熄灭按键，熄灭显示器显示。教学提示:

1、利用中规模计数器的予置数功能可以实现不同的按键对应不同的数字；

2、设置一个计数器记录按键次数，从而实现数字显示的移位。设计十 简易电子琴

1、设计一个简易电子琴；

2、利用实验箱的脉冲源产生1，2，3。。共7个或14个音阶信号；

3、用指示灯显示节拍；

4、能产生颤音效果。教学提示:

1、各音阶信号由脉冲源经分频得到。设计十一 出租车自动计费器

1、设计一个出租车自动计费器，具有行车里程计费、等候时间计费、及起价三部分，用四位数码管显示总金额，最大值为99.99元；

2、行车里程单价1元/公里，等候时间单价0.5元/10分钟，起价3元（3公里起价）均能通过人工输入。

3、行车里程的计费电路将汽车行驶的里程数转换成与之成正比的脉冲数，然后由计数译码电路转换成收费金额，实验中以一个脉冲模拟汽车前进十米，则每100个脉冲表示1公里，然后用BCD码比例乘法器将里程脉冲乘以每公里单价的比例系数，比例系数可由开关预置。例如单价是1.0元/公里，则脉冲当量为0.01元/脉冲。

4、用LED显示行驶公里数，两个数码管显示收费金额。教学提示:

1、等候时间计费需将等候时间转换成脉冲个数，用每个脉冲表示的金额与脉冲数相乘即得计费数，例如100个脉冲表示10分钟，而10分钟收费0。5元，则脉冲当量为0。05元/脉冲，如果将脉冲当量设置成与行车里程计费相同（0。01元/脉冲），则10分钟内的脉冲数应为500个。

2、用LED显示等候时间，两个数码管表示等候时间收费金额。

3、用加法器将几项收费相加，P=P1+P2+P3，P1为起价，P2为行车里程计费，P3为等候时间计费，用两个数码管表示结果。设计十二 洗衣机控制器

1、设计一个电子定时器，控制洗衣机作如下运转：定时启动正转20秒暂停10秒反转20秒暂停10秒定时未到回到“正转20秒暂停10秒……”，定时到则停止；

若定时到，则停机发出音响信号；

2、用两个数码管显示洗涤的预置时间（分钟数），按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到停机；洗涤过程由“开始”信号开始；

3、、三只LED灯表示“正转”、“反转”、“暂停”三个状态。

教学提示:

1、设计20秒、10秒定时电路。

2、电路输出为“正转”、“反转”、“暂停”三个状态。

3、按照设计要求，用定时器的“时间到”信号启动相应的下一个定时器工作，直到整个过程结束。

五、实习教学的方式：

1、原理要求讲解

2、收集资料做方案

3、编写VHDL源程序及仿真

4、下载验证

5、写出实习报告

六、实习地点选择原则：

1、原理要求讲解、写出实习报告可选择在教室或实验室

2、收集资料做方案可选择在图书馆或教室

3、编写VHDL源程序及仿真、下载验证选择在实验室

七、实习教学的考核与成绩评定：

考核内容主要：

1、选择课题的完成情况

2、在实习中的政治思想表现、学习态度和组织纪律性

3、实习报告的质量。

成绩评定：

1、课题完成情况占50%（按照所选课题的要求对完成功能进行逐项评分）。

2、平时成绩占20%

3、实习报告占30%

八、实习教学的教材及主要参考书：

1．《电子设计自动化（EDA）技术实验教程》 王祖强 主编 山东大学出版社，2005年 2．《VHDL硬件描述语言实验指导书》（校内自编教材），电子工程学院

3．《VHDL数字电路设计与应用实践教程》，王振红 主编，机械工业出版社，2003年

执笔人：张友木 审核人：吴德会

高职院校数字化迎新系统设计与应用 第5篇

关键词 迎新系统;数字化校园;高职院校

中图分类号：TP315    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2014）24-0051-02

1 系统概述

一直以来，迎新都以其业务并发量大、工作强度高、参与部门多等特点成为高职院校一项艰巨的任务。传统的迎新，往往由院办牵头，涉及组织招生办、学工处、教务处、后勤处、财务处、各分院等多个部门，各院系在摆摊设点，各新生在各摊点前面排长龙，重复填写各种表格，拎着大包小箱，到各管理和服务机关盖满若干个图章，最后身心疲惫地完成报到注册。高职院校在传统新生报到过程中出现如下一些问题。

1）传统迎新学生在报到之前由教务处进行班级划分并且学工处给学生完成分配宿舍工作，但是由于高职院报到率不很高（通常在90%左右），而且学生报到时调专业现象较严重，造成部分床位空余、床位利用率不高的现象。

2）学生报到现场各系部按专业摆摊设点办理学生报到手续，由于现场人多拥挤，初来乍到的学生往往摸不清头绪而看到队伍就排，导致排错队、找不到队伍的现象频频发生。

3）存在假造身份报到的现象。传统迎新身份确认手段是学院通过将考试院给予的考生准考证照片与现场学生身份证上的照片比对，但是存在少数学生让考上的学生来报名以后自己冒名来上学的情况，或者提供造假身份信息报名。

随着教育信息化的加速推进，诸多高校陆续开展数字化校园建设，数字化迎新也成为数字化校园建设中的重要组成部分。数字化迎新系统是一套以提高迎新现场服务工作效率和质量为目标，建立“以人为本，一站式服务”的系统。

2 系统设计

数字化迎新系统设计原则

1）简单实用。迎新系统作为公共服务平台，应该是通俗易懂、操作简单，操作人员只需要进行简单培训即可操作使用，能有效提高工作效率和管理水平。

2）安全可靠。迎新系统能够安全稳定运行，有一定的防攻击性和良好的应急与灾备机制，保证数据信息的安全。

3）良好的兼容性。迎新系统向上能够与高招录取系统、省厅教育主管部门相关系统兼容;向下能与校内教务系统、财务系统、学工管理系统等相关信息系统兼容，便于数据交换和信息系统整合。

迎新管理总体设计  迎新管理面向学校新生入学，管理新生报到过程;为各级管理人员搭建业务管理及协同平台，并积累新生数据，为后期应用提供数据来源。迎新管理总体包含三个方面。

1）迎新数据准备与配置：主要对新生名单、学生财务缴费情况进行导入与维护。

2）迎新业务办理：主要是根据办理流程对环节办理状态进行维护，包括财务缴费、宿舍分配、绿色通道等环节。

3）迎新统计：对迎新结果数据进行统计。

迎新业务办理过程设计  迎新业务办理是整个迎新管理中最重要的环节。图1是南京信息职业技术学院数字化迎新办理过程设计。

在学院设置集中的新生报到手续办理点，免去了传统方式中学生需要去院系和各个部门办理的麻烦。图2所示为现场办理点的各功能区域，之前未通过汇款方式交学费的学生可以在现场缴费区缴费，绿色通道区域负责办理助学贷款业务，报到办理点是新生报到的主要业务点，负责学生身份验证、宿舍分配以及学生校园一卡通的开设。

新生首先根据志愿者和指示牌的引导，之前通过汇款交学费的学生直接在报到办理点办理报到手续，工作人员会提示学生拿出身份证放在身份证读卡器上，迎新系统对学生的身份进行验证，主要包括该学生的录取情况和学费缴费情况，如果该学生未办理缴费手续或助学贷款业务，将不能通过验证办理报到手续。身份验证通过以后系统会给该学生自动分配宿舍与床位并立即打印出报到单，报到单分两联：一联给学生，包含学生姓名、院系与专业、宿舍、床位、辅导员及号码等信息;另一联给学生家长，包含该学生的辅导员及号码信息，方便家长日后与学生辅导员联系，掌握学生在校情况。报到单打印出来之后，工作人员现场在系统中给学生开设校园一卡通业务，待一卡通开卡完毕后，学生即可离开报到现场。此时学生的报到流程已经完毕，凭报到单去指定的宿舍即可，同时该学生也可以凭校园一卡通在学校生活消费。

3 系统应用与总结

南京信息职业技术学院自使用该迎新数字化业务系统以来，共成功办理约13 000个学生的报到手续。系统使用过程中体现出以下特点。

1）学生信息统一。由于迎新系统与财务、学工等数据库连接，杜绝了学生漏缴学费或未办理助学贷款业务而成功办理报到手续的情况。

2）杜绝了假身份的情况。由于采用读取身份证验证，而不是学生的纸质录取通知书，防止学生作假参与报到的情况。此外在新生报到随后采集新生本人照片，通过考试院提供的学生报名照片、身份证照片、报到之后采集的照片三张照片在系统中比对，防止身份造假现象。

3）一站式迎新业务办理既快速又便捷。在报到现场，部分系部与专业采用报到业务办理一站式服务，学生在缴清学费的前提下只要刷身份证，系统自动分配宿舍、打印报到单，工作人员应用系统开设一卡通业务，整个业务办理流程平均为22秒，有效防止排队积压现象。

4）宿舍有效合理分配。由于报到过程中系统根据各专业实际报到人数实时进行宿舍与床位分配，宿舍床位合理分配，有效防止预分配而床位空余的情况。

5）报到单的家长联让家长与辅导员沟通掌握学生在校情况，同时因为家长可以与辅导员电话确认，有效防止家长被社会骗取钱财的情况。

6）报到情况实时查询统计。数字化迎新系统实时统计总体、各系部与专业、各生源地的学生报到情况，方便学院领导即时掌握学生报到情况。新生工作结束以后，院领导也可以根据系统统计的最终报到结果调整学院未来的招生政策与人才培养计划。

数字化迎新系统的设计与应用，充分体现高职院校“以学生为本”的服务理念，不仅给新生提供高效、便捷的一站式报到环境和服务，也让参与新生报到的工作人员体验管理信息化带来的便利，对于推动整个学院的信息化工作起到积极示范作用，是学院信息化建设水平和管理规范化的有效体现。

参考文献

[1]宋奎勇.高校数字化校园平台建设的探索[J].数字技术与应用，2013（11）.

[2]赵欢，陈熙.数字化校园平台基础架构的设计与实现[J].中国教育信息化，2013（8）：63-64.

[3]方伟杰，陈伟，朱之平，等.浙江大学数字迎新系统的设计与实现[J].中山大学学报：自然科学版，2009（5）.

有线数字电视支付系统设计 第6篇

1 基本构架

数字电视支付系统作为交互式数字电视业务系统支撑层的组件, 是有线运营支撑平台的一个重要组成部分, 提供相对独立的支付功能。 (见图1)

2 支付平台组成及其功能

数字电视支付系统包括用户、付费方和帐务方三方, 用户能够通过平台使用多种付费方式, 为多种服务支付费用, 支付的方式可以是实时支付也可以是预付费。统一支付平台需要实现付费方发起的现金缴纳相关帐务方系统的业务帐单或帐户充值;实现由帐务方系统发起的向付费方完成单个或批量扣款/划款请求;并完成统一支付平台与付费方、帐务方的对帐管理。

2.1 平台支持的付费方

即用户可以用于支付指定费用的银行帐户方或充值卡、其他支付平台等提供资金的相关系统:各类银行, 目前主要有工商银行、交通银行、商业银行、中国银行、中信实业银行等;各个银行依据具体的情况提供的支付接口也不相同;未来可基于平台提供的标准接口规范, 扩展接入新的支付系统。

2.2 平台支持的帐务方

即可以提供帐务清单或提供被充值帐户的系统:综合业务运营支撑BOSS系统、增值业务管理系统、第三方系统 (x SPs) , 如水电煤等公共事业、公安、移动等提供支付/充值服务。

2.3 平台支持的付费逻辑、流程和对应的付费方式

帐务方发起的帐户充值或帐单支付 (特指委托扣款方式) 、付费方发起的帐户充值或帐单支付 (特指银行现金交费方式) 。

2.4 针对不同付费方式, 平台对用户提供不同支付界面

通过平台提供的WEB充值门户进行网上支付、自动银行帐户划/扣款 (该功能实现, 需要用户到银行办理相关托收/划扣手续) 。

3 系统结构组成及功能

用户可以通过WEB服务门户进行支付操作。支付方和帐务方通过平台对外接口接入系统。统一支付平台统一响应和转发各方发起的支付和充值的请求, 并将相关处理明细记录, 以便查询统计。为了实现以上功能, 统一充值业务平台提供了服务门户、扣款管理、对帐管理、统计、查询、系统管理、外部接口等功能模块。

统一支付平台由以下几部分组成:

3.1 支付基本功能

完成具体的付费流程实现, 是支付平台的核心功能。实现统一支付平台与各个业务系统———银行、支付平台、帐务方等相关系统的接口。平台提供几种标准的付费方 (主要是银行) 接入接口规范, 在双方认可的情况下, 可以实现快速的接入。按发起方的不同, 需要支持的流程 (帐户充值与帐务付费在平台是两个不同流程实现) :付费方发起的充值/付费流程、帐务方发起的充值/付费流程。

3.2 平台基本管理功能

提供电视支付平台的一些基本业务管理功能, 包括:

对帐管理:实现与支付方、帐务方之间的对帐, 对帐方式支持总帐和明细两种。包含与对帐方的对帐接口。

帐务方管理:维护帐务方与充值/支付相关信息。

付费方管理:维护付费方与充值/支付相关信息。

统计查询:可以实现对所有往来充值/支付日志记录的查询和相关的统计报表。

系统管理:实现对系统的配置和管理, 实现对平台操作员角色及权限的管理。

3.3 服务门户

服务门户用于支持由充值平台发起充值/支付请求。服务门户包括WEB门户等, 用户在服务门户上可以直接访问电视统一支付平台, 完成单个的支付和充值的操作。服务门户的建设包含在增值业务管理系统项目建设范围内。

结束语

总之, 数字电视支付系统是伴随着数字电视领域的发展而逐渐成型的一套为数字电视行业提供全方位支付解决方案的系统。随着数字电视领域中的应用不断丰富, 在线支付系统的应用也逐渐开始多样化, 并逐渐发展成为一套电视商务解决体系。伴随着双向数字电视网络的发展支付系统应用的增多, 其业务形式也会逐渐增多。

摘要：随着电子支付手段的普及和市民的逐渐认可, 基于双向数字电视网络开展的电视支付业务, 将成为必然趋势。数字电视支付系统将电视和银行支付业务有机的结合起来, 为广大的数字电视用户提供了一个全新的电视缴费平台, 使电视用户能在电视机上方便、快捷地完成缴费、查询欠费、订购节目包等业务, 为大众提供了一种更为安全、便捷的面向家庭用户的支付手段。

基于FPGA的数字系统设计 第7篇

随着可编程器件的出现和计算机技术的发展，使E D A技术得到了广泛应用，设计方法也因此发生了根本性的变化。由传统的“自底向上”的设计方法转变为一种新的“自顶向下”的设计方法，其设计流程如下：第一步，进行行为设计，确定电子系统或ASIC芯片的功能、性能及允许的芯片面积和成本等。第二步，进行结构设计，根据电子系统或芯片的特点，将其分解为接口清晰、相互关系明确、尽可能简单的子系统，得到一个总体结构。第三步，把结构转化为逻辑图，即进行逻辑设计。在这一步中，希望尽可能采用规则的逻辑结构或采用已经经过验证的逻辑单元或模块。第四步，进行电路设计，将逻辑图转化为电路图。最后一步是进行A S I C的版图设计，即将电路转换成版图，或者用可编程A S I C实现。

二、FPGA的特点及设计软件

FPGA通称为可编程逻辑器件, 它们都是在PLA, PAL和GAL等逻辑器件的基础上发展起来的, 主要有Altera公司和Xilinx公司生产的系列产品, 比起早期的可编程逻辑器件来, 它们容量更大, 速度更快。许多生产可编程器件的公司为了推广它们产品都有自已的开发软件, 其中应用较广的有Altera公司的MAX+pluaII软件, 它有以下主要优点: (1) 开放的接口; (2) 与结构无关的设计开发环境, 具有强大的逻辑综合与优化功能; (3) 支持各种HDL输入选项, 支持VHDL硬件描述语言; (4) 全集成化的输入开发环境; (5) 丰富的设计库资源; (6) 支持原理图, 文本和波形等多种输入方法; (7) 有丰富的在线帮助功能。因此特别适合初学者使用, 可作为数字电路系统的设计和开发软件。在指导学生进行课程设计时, 应先学习MAX+pluaII软件和VHDL语言的编程方法, 掌握CPLD/FPGA实验开发系统的使用。

三、以交通灯控制电路为例介绍数字电路系统的设计方法

由技术要求分析出东西、南北两个方向红绿灯的状态共有四种变化，变化情况列于表1中：

为了简化设计，把交通灯的剩余显示时间作为判断状态变化的依据，列出计数器剩余时间，交通灯的现态和次态的关系如表2所示：

本设计是状态机的一个典型应用，假设东西南北方向的黄灯时间均为5秒，可在简单计数器的基础上增加一些状态检测，及通过检测两个方向的计数值判断交通灯处于4种状态中的哪个状态。从表2中可以看出，有两种情况出现了计数值均为1的情况，因此在检查跳变点时还应该同时判断当前处于哪个状态，这样就可以决定次态是哪个状态。如果出现紧急情况，两个方向都禁止通行，只需设计一个异步时序电路即可解决。

四、仿真及FPGA的硬件实现

运行MAX+pluaII软件，将设计文件分别编译/保存，建立对应的符号文件，将相应文件引入控制器，显示译码器，动态扫描电路，用导线连接，编译/保存，验证电路的逻辑功能和设计的正确性, 图1为控制器的仿真波形。

最后硬件采用M A X 7 0 0 0 A E系列EPM7032AELC44＿4芯片，通过专用下载电缆将程序代码下载到器件中，开启电源后，交通灯即可正常运行。

五、结束语

目前F P G A广泛应用于通信、自动控制、信息处理等诸多领域。作为电子领域的工程技术员，掌握F P G A技术已势在必行。电子专业设计性、综合性实践教学应根据这一要求，将F P G A技术引入实践教学，向学生提供必要的实践条件，根据相应的理论课程，开设相应的设计性、综合性实践内容，锻炼学生软件和硬件动手能力，使学生学会应用先进的编程技术设计专用集成电路芯片的方法, 提高了学习的积极性。

摘要：文章通过分析传统数字系统分析方法及特点, 介绍FPGA的特点和优势, 提出了数字系统设计与FPGA相结合的构想。

关键词：EDA技术,数字系统,FPGA

参考文献

[1]廖日坤.CPLD/FPGA嵌入式应用开发技术白金手册.北京:中国电力出版社.2005

[2]孟李林.FPGA和ASIC特点及应用探索[J].半导体技术.2006, 31 (7)

[3]段吉海, 黄志伟.基于CPLD/PGA的数字通信系统建模与设计[M].电子工业出版社

数字激光告警系统探测接收前端设计 第8篇

激光技术经过几十年的发展,激光武器已从理论走向实践。激光武器的大量出现带来了日益严峻的威胁,激光告警设备对激光来袭的探测与预报是激光对抗的基本手段。如何从复杂的环境下探测判断激光来袭信号是告警系统面临的首要任务。随着数字技术的发展,处理速度的不断提高,采用数字技术如FPGA等来处理告警信号成为可能。

文章针对数字激光告警系统而设计的探测接收前端,主要目的是探测一定波段的来袭激光信号,具有高的灵敏度,可探测的最小激光能量达到1μW,动态范围达到100 dB。设计中采用高灵敏度的激光探测二极管,得到激光来袭信号的脉冲电流,在最小脉冲作用下系统等效带宽以上通过大带宽低噪运算放大器工作在跨导放大模式下进行放大和电流电压变换,再通过放大整形后得到数字电路能识别的脉冲信号,从而根据脉冲宽度判断来袭激光信号的强度等信息。由于窄脉冲对系统中的电容敏感,采用ADS仿真方式确定了各级电容的大小,仿真与测试结果显示接收前端具有高的探测灵敏度、大的动态范围、能为后处理的数字系统提供准确的来袭信号特性。系统提出的用宽带跨导运算放大电路代替传统的专用三极管来放大微弱窄脉冲的方式,具有带宽宽(500 MHz),成本低的特点,为放大微弱的ns级及以下的窄脉冲电流信号提供一个很好的宽带方案,同时系统结构简单,适应环境能力强,易于维护。

1 探测接收前端方案设计与仿真

根据后端数字系统要求,需要把来袭的激光信号通过光电探测二极管变换成数字系统能处理的数字脉冲。由于光电二极管在激光信号的作用下产生的是一个窄脉冲电流,选用的光敏二极管最小输出电流为10 nA的脉冲电流,脉冲宽度为10 ns,按照有效频率计算放大电路的频带需大于400 MHz,为满足这一要求采用500 MHz的大带宽的运算放大器担任放大作用,并完成电流与电压的转换,得到脉冲电压。由于在来袭信号较低时或过大时,脉冲信号都达不到数字信号需要的电压,需要进行的整形与放大,以期达到数字系统常规电压的标准(高电压5～3.3 V,低电压为2.1～0 V),系统中采用把接收信号一直放大到使其后级放大电路饱和的方法来实现数字电压整形。总体方案如图1所示,放大器后波形要求如图中每级后的图示;最后把光电管探测电流变成脉冲电压形式,脉冲宽度代表作用激光能量的大小。

由于系统最小信号带宽很宽、脉冲电流微弱,对电路中电容元件敏感,为了得到具体的参数值,在ADS(Advanced Design System)软件中采用瞬态仿真方法进行系统仿真,图2为仿真电路拓扑图。根据系统最小检测要求以及光电管原理特征,在ADS软件中用脉冲电流源、电阻与电容并联模型代替实际的光电管在激光作用下产生脉冲电流的模型,如图3中所示的电路参数设置是采用最小的来袭激光能量1μW下光电管输出的电流为10nA,宽度为10 ns的电流脉冲,对应的端口电流仿真波形如图4所示。系统中放大器采用低噪声高增益带宽积(500 MHz)的运放实现放大,仿真了在来袭激光不同光能量作用下的系统输出波形,不同来袭激光的作用在仿真中采用激光探头光电管的模型中电流脉冲大小,电流脉冲宽度的变化来表示。结果如图5～图7所示。从结果可以看出该放大方式能得到数字脉冲,输出的脉冲宽度与来袭激光的功率成正比。系统不仅能判断出有无来袭激光,还可以计算出来袭激光能量大小。

2 接收前端电路实现

根据上述仿真结果,选用中电集团第44所生产的GD3561光电探测器为激光探测二极管,最小可检测能量1μW,最小响应时间2.5 ns。第一级采用形式跨导放大方式器件与放大中间级均使用司的宽带低噪声运放芯片OPA656,增益带宽积达到500 MHz,8 ns的电压建立时间,输入噪声18 nV/Hz;整形电路采用AD8611,具有4 ns极短的延迟时间,系统具体电路见图8。

测试采用10 000 W的激光光源,波长为1.3μm,通过光学衰减器,衰减100 dB可以达到系统需要的最小功率1μW,输出端用高速示波器TDS460来捕捉输出的脉冲信号,结果见图9～图12。

图9表示在1μW的激光能量作用下,光电管两端的瞬时电压脉冲,可以看出,在最小功率作用下,产生的电压、电流脉冲时间短,峰值小;图10表示脉冲经过系统放大后的具有数字脉冲波形,满足数字电路来处理要求。图11为1 mW的作用结果,图12为1 W的能量作用结果。可见通过系统的放大后得到数字电路能辨识的矩形脉冲信号,信号到来的强弱与输出脉冲成正比。系统的动态范围达到100 dB。

3 结语

测试结果表明,该探测接收前端具有最低可探测1μW的来袭激光信号,动态范围达到100 dB,产生的脉冲波形满足数字电路处理水平。能为后续的数字电路如FPGA电路提供准确的探测信号。系统采用宽带跨导运算放大电路方式放大微弱的窄脉冲信号,采用在ADS软件中仿真方式处理了窄脉冲对电容敏感的关键问题,为提供微弱窄脉冲电流信号放大提供很好的方案。放大系统具有500 MHz的带宽,可以放大的窄脉冲宽度可窄于ns级以下,同时价格低廉,性价比高。实际测试中,误报率低,探测速度快,探测接收前端产生的噪声低。系统设计结构简单,易于维护,不仅可用于激光来袭探测,也可用于激光安防系统等。

摘要：探测接收前端是激光告警系统的关键部件,针对数字激光告警系统设计激光脉冲探测接收前端。采用宽带、高增益、低噪声的跨导放大方式实现了对最小来袭激光脉冲产生的10 nA,10 ns的微弱窄脉冲电流的放大,采用放大器饱和方式实现信号的整形,把来袭激光脉冲转换、放大成数字系统能处理的数字脉冲,脉冲宽度代表作用能量大小。前端最小可检测来袭激光信号能量达1μW,动态范围达100 dB。该宽带低噪声跨导放大电路很好地处理了电容对窄脉冲的影响,具有带宽宽(500 MHz),成本低的特点,为放大微弱的ns级及以下的窄脉冲电流信号提供一个很好的宽带方案。该设计结构简单、成本低廉、易于维护,不仅可用于激光来袭探测,还可用于激光安防系统等。

关键词：探测接收前端,告警系统,脉冲放大,跨导,放大电路

参考文献

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数字会议系统的设计与应用 第9篇

标准多功能数字会议系统, 要适应并满足不同类型、不同功能会议的召开, 还要具有专业的舞台灯光音响效果, 标准的语音、网络、视频接口, 强大的后期扩展升级功能, 可随时扩展为远程视频会议系统、远程电话会议。主要包括以下子系统:1.会议系统;2.自动摄像跟踪系统;3.多媒体视频系统;4.多媒体音频系统;5.信号处理系统;6.集中控制系统;7.电视电话会议系统。

(二) 数字会议系统的性能要求

一是系统具有先进性。选用国际知名品牌产品, 采用先进的网络智能集中控制技术, 能够实现音频、视频、网络、光线等信号的集中化智能控制。二是系统具有科学性。实现音频、视频、网络、光线等信号的压缩和还原, 并对各种信号的表现达到动态真实的效果, 整体方案按照人体工学设计, 科学合理, 符合现场演出标准。三是系统具有扩展性。各个子系统应具有更多功能的扩展, 支持各类新型数据和业务, 易于系统扩展、增加用户和应用;同时系统 (硬件及软件) 应易于升级。四是系统具有实用性。数字会议视频录播系统可以满足召开多媒体会议、网络电视会议、学术交流、产品介绍、新闻发布等多项功能的要求, 满足音视频的联动, 任一会议室都可作为视频会议的会场;整体系统的搭建性能价格比较高。

(三) 数字会议系统的具体设计方案

根据上述要求, 笔者工作所在的山东里能里彦矿业有限公司的数字会议系统由三部分组成, 分别是数字会议系统、信号插接系统、中央控制系统。

1. 数字会议系统 (礼堂和大会议室)

会议讨论系统设置主席机和代表机, 会议主持通过主席机的“优先权” (开关控制) , 可以控制代表机的状态, 这便于会议主席机控制发言顺序, 掌握会场气氛, 并有利于减少噪声级反馈啸叫的干扰。并结合中控系统, 实现对会议模式 (如发言模式、讨论模式、申请模式) 的控制及话筒的管理。具有话筒开启方式灵活;有效抑制啸叫及与其他数字设备无缝对接等功能。

摄像自动跟踪可以利用话筒开启或发言者声音实时将发言者图像传送到视频显示设备;远程视频系统利用现代音视频技术和通信技术在相距遥远的几个地点之间召开会议;会议管理系统是利用流媒体技术和网络技术将与会议视频图像、显示文件整理存储, 并实现网络直播与点播等。

摄像采集及会议记录:在会场设置专业摄像头, 采取吸顶方式安装。配合使用覆盖整个会场画面。并配备会议记录一套, 实时DVD光盘刻录, “会”完“刻”完。并可利用多通道逻辑矩阵切换技术, 实现四画面、三画面、二画面、一画面实时显示和记录存储, 配合自动编辑或手动编辑及动态字幕的叠加功能, 制作出以纪录片或宣传片样式的DVD光盘。同时会议实况还具备在网络上直播和做为后期点播等功能。

视频系统能满足视频投影的功能, 而且所有投影设备均具有自动升降功能。

2. 信号接插系统

系统中, 在主席台地面和桌面、会议室的地面以及墙面上, 安装音频、视频、VGA信息点专业组合接口, 以保证各会议室的灵活应用。产品具备精密的结构, 易于隐蔽安装在任何地面、舞台、讲台等各种固定安装的建筑结构。

3. 中央控制系统

智能中央控制系统是利用计算机和通信技术对关键设备进行操作上的集成, 既中央控制集成, 通过无线触摸屏的控制实现对设备的统一管理。实现如下的功能: (1) 按正常顺序为各个设备打开或关闭电源; (2) 实现对CD、DVD、录像机、投影机、控制台等设备遥控; (3) 对会议音量、话筒开关进行控制; (4) 控制礼堂 (会议室) 灯光亮度的调节及灯光场景和扩声模式的变换; (5) 对电动幕布进行遥控控制; (6) 实现对数字音视频系统的控制; (7) 根据需要各会场的中控系统联入控制网, 实现网络化中控。

(四) 设备性能技术指标

1. 会议系统

会议系统一般由中央控制主机、主席/代表单元、同声传译系统、有线/红外语言分配系统、有线/无线表决系统、视像跟踪系统、扩声设备系统、显示设备和应用软件等组成。

会议讨论主机包括3个会讨线输出接口, 即每台会讨主机可放出3根会讨线;根据席位与会讨主机距离, 每根线理论上最多可拖22个以下数字话筒单元, 即每台会议主机最多可接66个话筒单元, 超出部分需增加会讨扩展主机;每台会讨扩展主机连接的话筒单元数量与会讨主机一致, 依此类推。会议主机跟扩展主机之间用10米会讨线连接。话筒单元本身自带1米8芯会讨线缆。

2. 投影系统:Christie LX1000

Christie LX1000数字投影机采用无机3LCD技术, 可以达到3000∶1对比度。无机平板还可以使色彩退化的现象比传统的LCD轻得多, 从而延长使用寿命。为了进一步提高视频处理效果, Christie LX1000采用10位视频处理技术, 可以实现自然的色调再现效果、更好的图像稳定性 (没有图像噪点) 和无瑕疵的视频播放。采用无机3LCD技术, 实现3000∶1的对比度, 高性能, 非常灵活, 亮度达到10000流明。

Christie LX1000配有10个备选高性能镜头, 可以针对具体应用, 采用最适合的镜头。7个输入模块, 便于用户连接所需要的信号。利用这个双灯系统, 用户可以获得10000ANSI流明的亮度, 或将两台Christie LX100叠加起来, 使亮度翻倍, 达到20000流明。Christie LX1000可以在100~120V或200~240V的环境中工作。

3. 中央控制系统

采用法国VITY智能集中控制系统为本会议室提供了优秀的控制解决方案。它将视音频及环境控制等所有电控设备通过各种控制方式集中控制, 并提供简单易懂、人性化的界面。法国VITY智能集中控制系统的控制功能和高科技内涵将从根本上提升会议室的集中控制能力并提高整体设备的档次。在遵循系统设计原则基础上, 本套系统将最大强度地将投影显示系统, 音频扩声系统, 视频播放系统, 信号切换系统, 灯光、幕布、会议系统、摄像系统、窗帘、环境效果等进行全面、自动化、智能化地控制体现, 使之化繁为简, 化整为零。通过无线Wi Fi遥控触摸屏实现一键化集中控制。

4. 多媒体会议录播系统

礼堂和大会议室, 用于实时的多媒体会议的直播, 以及全面录制与后期留档备份。要求具备以下功能:

系统能够同时将会议室 (礼堂) 内主讲人、与会人员的图像、声音和PC电脑屏幕内容进行同步录制;系统能够同时将多媒体会议室 (礼堂) 内进行的会议内容在专网上进行直播, 其他未参会人员可以使用办公室的桌面PC即可接收直播内容的图像、声音、电脑桌面数据系统录制后, 可以对录制后的文件可进行下载存档。

(五) 结论

里彦煤矿备勤楼综合会议室数字会议、视频、录播系统采用的技术先进, 功能性实用性、科学性强, 同时系统具有良好的扩展性, 为下一步的升级扩容打下了良好的基础, 整体系统的搭建性能价格比较高, 提高了会议效率, 满足了现代会议的各项需求。

参考文献

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[2]孟军.浅析同声传译会议系统[J].中国高新技术企业, 2008 (22) :295-295.

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[4]秦青森, 孟亚彬, 宋锦平.远程视频监控系统与视频会议系统统一平台的架构[J].铁路计算机应用, 2008, 17 (5) :24-25.

数字一卡通管理系统的设计与实现 第10篇

【关键词】校园一卡通，IC卡，POS机

1 引言

目前，越来越多的学校开始倾向于信息化综合管理，主要应用于教务管理、图书馆管理、财务管理以及食堂管理等方面，但学生在学校所进行的各种活动，比如消费、借阅书籍、食堂就餐等，都需要由管理人员手工输入到电脑再进行管理，尤其是在现金的收讫过程中更不容许出错，因此迫切需要引用校园一卡通这种新的信息交互形式。但是现行的多数一卡通仅限于校园内的无现金结算与其他应用管理，不能与外部接口相联，比如银行的ATM机、电信的话费终端机等，且不能跨学校使用。为此，笔者开发设计了一套基于校园网，能和银行实现互联并能够跨校使用的校园一卡通管理系统，实现学校内部的资源整合，提高各部门的工作效率，减少学校问的重复投入，具有一定的经济价值和社会价值。

2 网络结构

本系统的网络结构如图1所示，采用多层B/S模式架构，校园卡中心和数据管理中心组成整个系统网络拓扑结构的中心，各应用子系统服务器、查询服务器和各种终端POS机通过一卡通专网以分布式局域网的形式与管理中心相连，原有的校园网经防火墙与一卡通专网相连，各种应用系统的客户端经校园网可以与应用子系统服务器进行数据交互，并获取校园卡中心的数据，完成门禁管理、图书管理等应用管理，校园网的终端Pc机可以访问查询服务器，方便学生和教职工进行相关的数据查询。而银行主机则通过DDN与一卡通专网互联，学生和教职工通过校园卡就能方便地在银行ATM机上进行操作，实时地进行现金结算。

3 校园卡系统设计

3.1 系统架构设计

校园一卡通管理系统采用目前比较流行的J2EE架构方式，J2EE摒弃了传统应用开发技术的架构特点，以组件为核心，是一种全新的技术架构模式，J2EE的出现有效地提高了应用程序的可移植性、安全性和再用性。根据J2EE的特点，整个系统划分为三层，即：客户层、逻辑层和数据层。客户层用于与客户进行交互，接收用户的输入并对用户输入进行合法性检查，将请求传给逻辑层，并将处理好的结果回显给客户。逻辑层主要负责接收来自客户层的各种请求，并使用操作规则，调用数据层的数据，获取其中满足要求的结果回送给客户层。数据层由SQL存储过程组成，主要负责存储应用程序的数据，在接收数据访问请求时，由数据层把这些数据传送至逻辑层。为了保证在这些层中数据传输的安全性，层与层之间采用了加密机制，确保了核心数据的安全。

3.2 校园卡设计

校园内部的管理系统基本上可以分为身份鉴别、教务管理和消费支付三方面应用。在校园卡的设计上，考虑到IC卡在国内金融、电信、石油等领域的成功应用，本系统采用IC卡作为校园一卡通的信息载体，IC卡安全、存储量大的特点将有效地满足储蓄、查询、消费、身份识别等多方面的需求。为更好地实现金融支付，可以使用银行和学校联合推出的校园IC卡，能为在校学生和教职工提供多种金融服务，这样校园IC卡不仅能在校园内实现各种应用，而且可以走出校园作为普通的银行卡使用。校园IC卡根据不同的人群，可以设计为学生卡和教职工卡两类。学生卡主要实现学生的学籍管理、图书借阅、校园消费、就餐、门禁、医疗、存取款等功能。教职工卡除了实现学生卡的大部分功能外，还具备发放工资等其他管理功能。

3.3 系统功能设计

校园一卡通管理系统以校园网为依托，采用统一的数据中心保存系统的所有数据，包括消费数据和各种管理数据。各个应用管理子系统建立在逻辑上相互独立的应用服务器和Web服务器上，其主要功能子系统有：银行接口子系统、金融消费子系统、校园IC卡管理子系统、综合查询子系统、教务管理子系统、身份识别管理子系统、职工管理子系统等。银行接口子系统通过DDN专线与银行主机互联，负责银行系统与校园各金融消费系统之间的数据处理转换，完成与银行的实时转帐的功能。金融消费子系统负责在校园内进行的各种金融消费活动的管理，包括就餐、商店购物，图书借阅、洗浴、医疗等。校园的各个场所设置有POS机，学生和教职工持卡就能进行各种消费，金融消费子系统记录这些消费行为，自动完成相关的数据处理。校园IC卡管理子系统主要实现校园卡的登记、发放、挂失、补换卡、注销等方面的管理。校园IC卡管理子系统部署在校园卡管理中心与数据中心的主服务器上完成各种数据交换。校园IC卡一旦挂失后，挂失信息就及时传递到各个POS终端机，暂停校园IC卡的相关使用功能。其他各子系统限于篇幅不一一介绍。

4 系统实现

校园一卡通管理系统采用了基于B/S的三层体系结构，三层体系结构在客户界面与数据层之间加入了业务逻辑层，业务逻辑层可以封装成各种组件，比如EJB、DCOM等，能够大幅提高系统的稳定性和安全性，并降低系统开发难度。中间业务逻辑层部署了各种Java应用程序，完成各种逻辑的实现，Java程序能跨平台使用，具有良好的移植性。本次设计的校园IC卡实现了一卡通用的功能，即可以作为身份识别，也可以作为电子钱包使用，还能够实现教职工的工资发放。本系统增加了与银行联网的功能，并具有较好的跨校通用性，避免了各学校的重复建设，全面发挥了校园卡的基础作用，有效推动学校数字化和信息化建设。

参考文献

[1]裴沛.一卡通在数字化校园整合中的关键技术研究[J].2008（7）：20-21

数字化温度场测量系统设计 第11篇

本测量系统采用了近年来出现的半导体智能温度传感器[1],它的内部是一个智能化的测温集成电路(微处理器),可以直接将温度信号转换成数字信号传送给下位机(单片机);它还可以将数个传感器用单总线的形式连接在一起,进行远距离的测量。具有测温点多,测量电路简单,占用计算机I/O口少,测量速度快,测量精度和分辨率高、抗干扰能力强、成本低的特点。上位机采用组态软件建立实时数据库,具有实时数据和历史数据显示管理功能。

本项目研究的目的是测量一个有限空间内气体或液体的温度场数据[2,3],并将采集的实时数据传送给计算机(上位机),保存在数据库中。为分析气体或液体温度场的变化规律,以及进行温度控制提供了一个智能化应用平台。该实验系统可以应用在热力学的实验教学中,也可以应用于电冰箱、空调机制冷系统温度场分布的研究,以及应用在中央空调的节能与计费,大型冷冻库和粮食仓库温度监控系统中[4]。

2 系统硬件设计

2.1 系统设计要求

本文以有限空间内的空气温度测量为例。设计在该空间内均匀分布有6 4个测温点,为了能准确描述温度场的空间分布,要求该系统能对所有测温点进行同步测量,测量周期为30秒,测量温度分辨率为0.5℃,测量温度范围-30~+100℃。

2.2 智能温度传感器

本系统采用的是美国DALLAS公司生产的数字式智能温度传感器D S 1 8 B 2 0。该传感器的特点是:采用DALLAS公司独特的单总线技术,可以直接与单片机I/O口连接,单片机可以通过单总线将操作命令字发送给传感器,也可以从传感器中读出测量的温度数据;测温范围是-5 5~+1 2 5℃,其分辨率可以通过编程的方法设定,分辨率的范围是0.5~0.0625℃;温度/数字量转换时间为94ms~750ms,分辨率越高转换时间也越长;该传感器内部有一个6 4位经过激光修正的只读存储器ROM,其中产品系列号占8位,产品序号占48位,每一个传感器只有一个唯一的产品序号,适合于在单总线上挂接多片DS18B20传感器。

单总线是一种具有一个总线主机(亦称主CPU)和一个或多个从机(从属器件)的系统,D S l 8 B 2 0为从机。DSl8B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。通信协议规定了复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1等几种信号的时序。除了应答脉冲,其余信号均由主CPU控制。主机CPU经过单线接口访问DSl8B20的工作流程为:对DSl8B20进行初始化→ROM操作命令→存储器(包括便笺式RAM和E2RAM)操作命令→数据处理。主CPU对ROM操作完毕,即发出控制操作命令,使DSl8B20完成温度测量并将测量结果存入高速暂存器中,然后读出此结果。

2.3 系统硬件设计

本文设计了一个单线多点温度监控系统,该系统是由上位机和下位机两大部分组成。

下位机完成远程数据采集与控制,它是由单片机和若干个DS18B20数字温度传感器电路等组成、可以对64个(可以扩展至256个)测温点进行数字化测量。温度传感器采集的数据通过单总线方式传送给单片机进行数据处理。每个传感器温度测量时间为0.2s,测量距离50M。DSl8B20采用独特的“单线(1-Wire)总线”专有技术,可以通过单总线直接与AT89S52单片机I/O口相连接,进行数据传送,能以数字形式直接输出被测点温度值。对于挂在同一总线上的所有DS18B20来说,既要共享总线资源而又不产生通信冲突,这里采用了标识码识别技术。DS18B20具有全球唯一标识码,其长度为64位,即8个字节,可通过标识码匹配来选择传感器,并进行温度读取。当单片机向总线发出某个DS18B20的标识码时,总线上所有的器件都将对该标识码进行核对。只有符合匹配的传感器才会响应,并可接收来自微机的调用命令,而其它的传感器则关闭,在没有新的复位脉冲到来之前不会响应。DS18B20标识码可以事先通过另外编写的程序读出,并存放在单片机程序表格中,通过查表的方法对已知标识码进行搜索,这样便实现了在单总线上进行多传感器数据通信的目的。

在实际应用中,当单总线上所挂DS18B20超过8个时,就需要解决微处理器的总线驱动问题。图1为DS18B20与单片机的两种连接方法。为了简单起见,可通过扩展AT89S52单片机I/O口的方法,来增加温度传感器的数目。例如选用单片机8位I/O口作为8路温度采样通道,每个通道可直接挂8个DS18B20传感器,8个通道一共可以挂64个传感器。若温度采集点与单片机距离比较远,则需增加长线驱动电路来解决。此时,单片机需要两条I/O线来完成与DS18B20的数据通讯。当远程采集数据时,AT89S52通过P1.0经总线驱动器向DS18B20发送控制命令,DS18B20根据接受到的不同命令完成传感器识别、温度采集、温度上、下限设定、报警和测温值发送等任务。AT89S52通过P1.1接收由D S 1 8 B 2 0发送来的测温数据。当近距离采集数据时,AT89S52通过P1.7可直接与DS18B20连接(不超过8个),P1.7既是数据发送口,也是数据接收口。

需要注意的是,连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的。当采用普通信号电缆传输长度超过50m时,传送数据将发生错误。当总线电缆改为带屏蔽电缆时,正常通讯距离可达100m,当采用长线驱动电路通讯距离可加长到150m。长距离数据通讯发生错误的原因主要是由于总线分布电容加大,使信号波形产生畸变(上升沿时间变长),而无法在规定的时间区间内完成数据的读写操作。为了验证电缆的分布电容对通信的影响,在距单片机I/O口不同位置处分别接入不同容量的电容器进行通信实验。实验表明:分布电容越大误码率越高。为了减小分布电容的影响,可将单总线与电源线以及地线尽量分离或单独布线;在器件复位操作中,若某个器件接触不好、断线或受到干扰时,将没有返回信号使程序进入死循环。因此,在软件设计中采用了容错技术和报警提示。

3 系统软件设计

3.1 下位机程序设计

下位机AT89S52单片机的主要任务有:对全部温度传感器进行温度转换,温度读取;并将采集的温度数据通过串行口发送给上位机。图2为单片机温度采集子程序流程图。首先对单总线上的传感器进行初始化,然后发跳过ROM命令,最后发温度转换命令,此时单总线上的全部传感器同时进行温度转换。这样一方面减少了温度转换的时间,另一方面使系统采集的数据为同一时刻的温度,提高了数据的时效性。又因为在单总线上有不同的传感器,所以温度的读取只能每次读取一个传感器。注意的是:每次读取温度的过程还要先对单总线上的传感器进行初始化;再发符合ROM命令,接着发某一个传感器的64位标识码,只有64位标识码全部符合的传感器才会被选中;此时单片机发读温度命令,读出该传感器的温度值。如果系统出错,没有一个传感器符合该标识码,则程序返回重新进行初始化。需要说明的是:每个传感器对应的标识码是通过专门编写的读标识码程序读出,并存放在单片机程序的数据表中,此时单总线上只能挂一个传感器。

3.2 上位机软件设计

上位机采用MCGS组态软件建立了实时数据库。可以实现在线监控和显示所有测温点实时和历史温度值;实时温度曲线和历史温度曲线显示以及数据打印等功能。这里为测量的温度场建立了一个三维空间坐标(见图3温度场三维空间坐标),每一个坐标的单位长度为1米,每间隔1米安装一个温度传感器,每一个坐标安装4个传感器,三维空间共安装4×4×4=64个温度传感器。设每一个温度传感器的编号就是它的三维空间坐标,如编号4 1 0表示它的坐标为X=4 m、Y=1m、Z=0m。

应用MCGS组态软件设计了系统管理、历史、数据、数据显示、报警数据等一级菜单。系统管理菜单可以对用户窗口进行设置和系统退出。

历史数据菜单可以显示所有传感器的历史温度值,温度测量周期用户可以设置,保留历史温度值的时间区间也可以设置。进入数据显示菜单中,可以看到4个窗口,即温度场历史数据窗口和实时数据窗口,温度场历史温度曲线和实时温度曲线,这里显示的是系统最高温度和最低温度数据和曲线。本系统对测量的温度值设置了上、下限报警值,当某传感器测量的温度值达到报警值时,将会在数据报警菜单中显示出传感器的编号(即坐标),报警时的温度值,报警开始时间和报警结束时间,以及系统对报警信号是否作出过应答。

单片机与上位机的串行通讯可以有两种方法,一种方法是采用RS232串口通讯,虽然RS232通讯距离只有15米左右,但温度传感器DS18B0与单片机的单总线通讯可以达到100米;另一种方法是采用RS485串口通讯标准,单片机与上位机的通讯距离可以达到1 0 0 0米以上。这里采用了RS232串口通讯。

4 结束语

本系统采用了新型智能化半导体温度传感器;采用了单总线多点远程数据采集系统。它可以将传感器直接与计算机(单片机)连接,传感器能以数字形式直接输出被测点温度值,以单线(一条线)形式远程传送若干测温点数据给单片机。具有测温点多,测量电路简单,占用计算机I/O口少,测量速度快,测量精度和分辨率高、抗干扰能力强、成本低的特点。本系统经实际使用,工作稳定可靠,取得了良好的效果。

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