基于plc的开题报告（精选7篇）
电气工程及自动化
基于PLC的电梯控制系统设计
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
1.本课题的研究背景及意义
（1）题目背景：随着城市建设的不断发展，楼群建筑不断增多，电梯在当今社会的生活中有着广泛的应用。电梯作为楼群建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，大部分电梯控制系统都采用随机逻辑方式控制。传统的电梯运行逻辑控制系统采用继电器逻辑控制线路。这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。从技术上发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。如何解决电梯的可靠性、维护方便等问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切心声。
（2）题目研究的意义：目前，由可编程序控制器和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，已成为电梯控制的发展方向，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现。
可编程控制系统是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出控制各种类型的机械设备或生产过程。通过可编程控制器可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且最主要的是可编程控制器的“可编程”功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可，而不需要像继电器控制系统那样改变硬件和接线。
2．国内外电梯的情况
当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。
世界上有名的几家电梯公司，诸如:美国奥梯斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51%。其中，奥梯斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。
目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。此外，家用小型电梯将成为电梯家族中新的组成部分。
电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。事实上，在电梯上己经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量、在国外，己“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队和维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是:乘电梯比走楼梯安全5倍。据资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。
解放前，我国只有2000台电梯，几乎没有电梯生产企业。解放后，随着我国经济建设的发展，电梯企业应运而生。我国的电梯企业由60年代开始起步，到了70年代己初具规模。
改革开放以来，我国电梯的需求量急剧上升。在我国通过引进国际电梯标准以及发达国家的先进产品和技术，产生了一支以中外合资企业为主体的外向型企业队伍。如中国迅达公司、天津奥梯斯公司、上海三菱公司、苏州迅达公司和广州电梯工业公司等企业，就是通过合资和补偿贸易方式，引进发达国家的先进管理和技术，不断改善现有产品结构和管理体制，使企业素质和产品质量都提高到了一个新水平，推出一代电梯新产品。
目前，交流调压调速电梯技术已趋成熟，一些企业都有成功的产品。微机控制电梯是电梯技术的方向，一些生产企业与科研单位相结合，相继推出了微机控制的电梯新机型，使控制功能得到增强，电梯的性能得到改善，明显提高了可靠性。除了合资企业外，也有其他厂家开发出了变频调速电梯新产品。另外，用可编程序控制器取代继电器控制系统的机型对单梯进行控制还是有前途的。有些生产企业开发了紧急供电装置、放火厅们、地震控制、自检测以及语言合成等电梯新功能;对机械系统采用了新结构、新材料、新技术和新工艺。总之，与国外先进技术水平相比，虽然还存在一定差距，但国内电梯技术正以迅猛的发展速度赶超世界先进水平。
近年来，为保证电梯最终质量，在建立全国性完整的电梯管理法规、落实检查机构、壮大安装调试队伍、组建维修保养网络和提高相关人员技术素质等方面，正在进行着一系列实质性的工作。我国电梯行业，正在走向法规化，加速步入世界先进行列。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
(1)查找相关资料，了解国内外电梯控制系统的发展状况，熟悉现有电梯控制系统的发展方向。
(2)
阐述电梯的结构和可编程控制器的结构，了解PLC在电梯领域应用的优势及其硬件组成。
(3)对电梯的硬件设计。
(4)对电梯PLC控制原理进行分析。
(5)对电梯的软件设计。
这里我主要应用PLC原理对电梯的指层控制模块、轿内指令和厅外召唤登记与消号模块、电梯的选层和定向模块、电梯运行控制模块等进行设计。
三、研究步骤、方法及措施：
步骤及方法：
(1)了解现行电梯的结构和可编程控制器的结构。
(2)分析相关的PLC改造。
(3)基于PLC的电梯控制系统的设计。
(4)分析效果。
(5)得出结论。
措施：图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。
四、参考文献：
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一、课题开题报告与课题研究方案的联系与区别
对教育教学课题研究而言，开题报告是研究者申报的课题被教育科研管理部门批准立项后，在课题研究正式实施之前，由课题负责人（主持人）向课题组人员、课题研究指导人员（专家组）或其他相关人员进行的关于课题研究的书面论证材料。
开题报告与课题研究方案一样，都是对一项课题所作的论证及研究工作设想，其内容结构大体相同，但其区别也较为明显。
一方面，课题研究方案论证设计在课题立项之前，是对所选择课题的价值、科学性、创新性、可行性的思考和论述，主要是阐明课题研究的必要和可行，目的是为了能够通过“立项”；而课题开题报告论证设计在课题立项之后（如果没有被批准立项，就不存在课题开题），是在选题论证的基础上，对课题研究的依据、价值、内容、方法等进行的更加具体和系统的思考与论述，是对研究过程、研究人员、研究保障等作出的科学规划和全面安排，是为完成研究任务、实现研究目标而进行的总体谋划和文本表述。可以说，开题报告是对课题研究方案的再设计、再修改，其内容相较于研究方案更加完善和充实，其论证和构想更加科学、全面和可行，研究工作安排更具可操作性。
另一方面，在课题研究方案论证设计之前，课题研究者要做的准备工作一般包括对教育教学问题的诊断，对教育经验的梳理，对学习所得的思考，对相关文献的检索，等等。而在课题开题报告论证设计之前，课题研究者要做的工作一般包括开展相关调研，对课题组人员进行必要的调整和结构优化，对课题研究方案进行细化、优化和充实、完善，开展相关培训，等等。应该说，从课题研究方案设计到课题开题报告论证，是一个从模糊到具体的过程，是对研究什么、为什么研究、怎么研究相关问题更加明确的过程，是由课题研究的初步设想转化为具体的研究操作的关键步骤。
因此，课题开题报告绝不是课题研究方案甚至是“课题立项申报评审书”相关内容的简单复制。作为课题研究者，既要明确二者之间的联系，又要弄清其在设计目的和要求等方面存在的不同。只有这样，才能更好地实施课题研究，使课题研究思路和目标更加清楚，内容和方法更为适当，研究人员结构更加合理，以便更好地完成预期研究任务，达到课题研究的目的。
二、课题开题报告的内容与结构
课题开题报告的内容一般包括：开题报告题目、课题研究的背景和目的意义、课题概念的界定、课题研究的基本内容和主要方法、课题研究的步骤和计划、课题研究的预期成果与表现形式、课题研究的组织和人员分工、课题研究的保障措施等。
开题报告题目常常采用“课题名称+开题报告”的形式表述，如“初中语文阅读教学策略研究开题报告”。课题名称必须与课题管理部门审批的名称（专家评审时会对个别申报的课题名称作必要改动）即《课题立项通知书》列明的名称完全一致，否则会被不予认可。开题报告一般不使用副标题。
课题开题报告题目下面须署课题研究单位课题组名称，如“××学校课题组”，一般不署撰写者个人姓名。署名的目的是表示对开题报告论证设计的负责。
在开题报告正文之前一般还应有一段序言。序言主要是说明课题选题、立项、批准的过程，以及开题前所做的工作等，要力求简明扼要、尽快入题，切忌面面俱到、不着边际。
接下来的正文部分不仅标志着课题组对所研究课题的理解、论证水平，细节处往往也显示出课题组成员的学术素养，因此，一定要观点鲜明、语言准确、语意清晰、逻辑性强、层次清楚、结构完整。
“课题研究的背景和目的意义”内容包括：课题研究的背景（历史背景、现实背景），课题研究的依据（理论依据、政策依据、实践依据），课题研究的现状（国内国外、省内省外的研究现状及问题述评），课题研究的目的（解决哪些教育教学实际问题、达到什么目的），课题研究的价值（理论价值、应用价值），课题研究的意义（对教育教学改革的现实意义、长远意义等）。语言表述要针对问题，适度、准确，既不能空喊口号，也不能漫无边际。
“课题概念的界定”主要是对课题核心概念的界定，有时也包括对其他主要概念的界定。核心概念是关于核心问题的概念，其他主要概念则是相关的对核心概念起限定作用的概念。比如在“小学学科学习策略实验研究”课题中，“学习策略”就是核心概念，应着重对其在该课题中的内涵和外延作出科学界定，同时也应结合课题研究的具体对象和研究操作，对“小学学科”和“实验研究”作简要界定。
“课题研究的基本内容”是对课题研究核心问题的细化表述，可以从不同维度分别列出。比如在“小学学科学习策略实验研究”课题中，可以从学科维度列出“小学语文学习策略实验研究” “小学数学学习策略实验研究” “小学英语学习策略实验研究”等内容，也可以从学习过程维度列出“小学学科课前预习策略研究” “小学学科课堂学习策略研究” “小学学科课后复习策略研究”等内容。研究内容要按照一定的逻辑顺序逐一表述，可适当展开，语言应简要、准确。
“课题研究的主要方法”是对课题研究所选用方法的具体表述。适合教育教学研究的方法较多，如文献研究法、调查研究法、观察研究法、个案研究法、实验研究法、经验总结法、行动研究法等，不同的课题往往会根据研究问题类型的差异，采用一种或几种不同的研究方法。比如“小学学科学习策略实验研究”，很明显是要采用“实验研究法”，当然，在实验过程中也有可能用到“观察法”；而“高中生课外阅读现状研究”则需主要采用“调查研究法”。表述时不能只简单写明某种研究方法，还应适当说明如何运用这一研究方法及应注意的问题。
“课题研究的步骤与计划”主要是从时间维度上将研究过程划分为几个阶段，并分别说明各阶段的时间安排、主要研究任务和要实现的目标。一般来说，可将课题研究过程分为三个阶段，即“准备阶段” “实施阶段” “总结阶段”，而“实施阶段”又往往要再分为若干环节。研究者可借鉴类似课题的研究过程，思考、确定自己所承担课题的具体研究步骤。
“课题研究的预期成果及表现形式”是对课题研究结果的预期。教育课题研究成果一般有研究报告、学术论文、教育教学专著等表现形式。阶段成果可以同时用多种形式呈现，省级以上课题还会要求在研究过程中至少正式发表一篇相关的学术论文；最终成果则一般要求以研究报告和研究专著的形式呈现，其中研究报告是必须有的成果形式。表述时要注明成果形式、成果名称及完成时间，可采用表格式呈现。
“课题研究的组织和人员分工”是对课题研究团队和任务分担的安排。应写明课题组人员的构成及年龄、学历、职称、研究专长、研究经验等结构特点，并详细说明每个成员承担的工作任务。
“课题研究的保障措施”是对课题研究顺利开展并取得预期成果所需条件的分析与承诺，主要包括研究基础、研究保障等内容。“研究基础”应写明课题组成员完成的相关研究课题及取得的成果情况，“研究保障”主要写明该课题研究所需的文献资料、设施设备、时间、制度、学习培训、学术交流及经费等条件和保障情况。
开题报告的结尾一般应写几句感谢、希望以及表态性的话语。主要是感谢曾经指导或参加过课题论证而又不在课题组的人员，希望有关方面继续给予帮助，表明研究者的态度，等等，语言要简明、诚恳。
完成课题开题报告的撰写并经课题组反复讨论定稿后，就可选择一个适当的时间召开课题开题会议，邀请专家对课题研究的科学性和可行性进行评议，并提出意见和建议。如无不妥，开题工作即告完成，课题研究就将进入具体实施的新阶段。
选题的目的、意义及国内外对本课题涉及问题的研究现状: 1，选题的目的
为了适应信息时代的需要，保证建筑内部的安全性，满足用户当时的各种需求，门禁系统应运而生。门禁系统集电脑技术、电子技术、机械技术、磁电技术和射频识别技术于一体，使卡与锁之间实现完整“对话”功能，以智能卡来控制门锁的开启，开创了门禁管理的新概念，它不仅给管理者提供了更安全、更快捷、更自动化的管理模式，而且也给使用者带来了极大的方便。为此，本文研究一种基于射频识别（Radio Frequence Identification：RFID）技术的门禁系统。2，意义：
RFID（Radio Frequency Identify）是一种无线射频识别技术，它是自动识别技术的一种。一套完整的RFID设备通常包括阅读器和一个或多个包含数据信息的标签（应答器）。本课题将研究RFID在门禁系统中的应用，刚好顺应了RFID的时代潮流。目前，在访问控制、动物ID、汽车引擎防盗(immobilization)和电子公路收费方面，RFID技术起到了非常大的作用。而这里我们研究的门禁系统，又称出入管理控制系统，属于智能弱电系统中的一种安防系统。作为一种新型现代化安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，涉及电子，机械，光学，计算机技术，通讯技术，生物技术等诸多新技术，是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施。常见的门禁系统有：密码门禁系统，非接触 IC 卡(感应式 IC 卡)门禁系统，指纹虹膜掌型生物识别门禁系统等。所以，通过对RFID门禁系统的研究，可以深入的了解RFID技术，赶上RFID技术革新潮流。3，国内外的研究现状：
国内：我国在RFID技术的研究方面也发展很快，比较典型的是在中国铁路车号自动识别系统建设中，推出了完全拥有自主知识产权的远距离自动识别系统。在近距离RFID应用方面，许多城市已经实现了公交射频卡作为预付费电子车票应用，预付费电子饭卡。在RFID技术研究及产品开发方面，国内已具有了自主开发低频、高频与微波RFID电子标签与读写器的技术能力及系统集成能力，与国外RFID先进技术之间的差距主要体现在RFID芯片技术方面。国外：RFID技术在国外的发展较早也较快，尤其是在美国、英国、德国、瑞典、瑞士、日本、南非目前均有较为成熟且先进的RFID系统。国际标准化组织ISO／IEC联合技术委员会成立了RFID标准化研究工作组WG4。
本课题主要研究方法、研究手段和需要重点研究的问题及解决的思路: 1，主要研究方法：
RFID门禁系统软件部分的研究主要是要弄清楚RFID芯片的各引脚功能，然后学习汇编语言,如果利用KEILC编译软件的话则学习C语言，最后结合实际硬件编写、调试程序。2，研究手段：
RFID信号采集与数据处理的单片机系统软件的设计方法并实现对RFID标签的信号采集、数据处理、数据保存及显示等功能 3,重点研究的问题：
一：RFID的技术原理 二：RFID设备组成
三：RFID技术与门禁功能的结合
4，解决问题思路：
1、收集资料：充分利用网上资源，收集和本设计有关的资料，并做好分类和统计，以方便做设计时使用。
2、复习课本知识：充分利用时间复习专业基础课和专业课的知识，以方便做设计时使用。
3、认真阅读资料：认真的把收集的资料看一遍，并做记录，把重要的和设计有密切关系的资料标注，方便以后查找，也使自己有深刻的印象。
4、加强交流：提出自己的见解和问题，在做毕业设计过程中，自己解决不了的问题，多请教指导老师，听从老师的建议和安排。同时向同学请教，并与他们一起探讨。
工作方案及进度计划: 1，工作方案：
一：研究RFID芯片，逐步弄清各信号走的流程以及各管脚的作用。二：学习STC12系列单片机的功能。
三：根据机器工作流程，写出程序流程图。
单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习、应用，以AT89S52芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它由4.5V直流电源供电，通过数码管能够准确显示时间、日历，调整时间、日历，从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。
1.1 选题的背景
随着科技的快速发展，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。
单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的[2]。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处
理，广泛使用的各种智能IC卡，录象机、摄象机，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到数字电子钟。在城市的主要营业场所、车站、码头等公共场所使用的多功能数字电子钟已经成为一种时尚。但目前市场上各式各样的数字电子钟大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂，功率损耗大等缺点。因此有必要对数字电子钟进行改进。
随着半导体技术的飞速发展，以及移动通信、网络技术、多媒体技术在嵌入式系统设计中的应用，单片机从4位、8位、16位到32位，其发展历程一直受到广大电子爱好者的极大关注。单片机功能越来越强大，价格却不断下降的优势无疑成为嵌入式系统方案设计的首选，同时单片机应用领域的扩大也使得更多人加入到基于单片机系统的开发行列中，推动着单片机技术的创新进步[3]。
多功能数字时钟的用途十分广泛，只要有计时的存在，便要用到数字时钟的原理及结构;同时在日期中，它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费者的喜爱。随着人类科技文明的发展，人们对于时钟的要求在不断提高 。时钟已不仅仅被看出一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代时钟发展的趋势。在这种趋势下，时钟的数字化、多功能化已经成为现在时钟生产研究的主导设计方向[4]。
电子时钟也随着单片机的发展而日趋完善，目前，电子时钟在走时准确，调时方便，功耗等方面都比机械时钟有较大的进步。在以单片机为核心的电子时钟的发展更是一个质的飞跃。在不久的将来，电子时钟会有更进一步的发展。
2 研究的基本内容
本课题利用单片机AT89C51的控制来实现数字电子钟的功能：采用模块设计法完成多功能数字时钟的设计。基本功能是时钟显示，能准确显示“时”、“分”、“秒”，并具有快速校准时、分、秒的功能。时钟显示同时具有实时温度显示。扩展功能有具整点报时功能以及闹钟功能。
2.1 基本框架
按照系统设计功能的要求，初步确定设计系统由电源转换模块、主控制模块、时
钟及温度模块、显示模块、键盘接口模块共5个模块组成，电路系统设计框图如下图所示。
电路系统构成框图 2.2 研究的重点和难点
(1)设计并显示具有时、分、秒计时功能的时钟;
(2)有关单片机中定时器的使用;
(3)可断电保护工作时段，可修改工作时间和工作时段。
2.3 拟解决的关键问题
(1)LED显示模块的驱动和编程;
(2)如何利用单片机的外部中断实现时钟功能和运行模式的转换。
3 研究的方法及措施
基于单片机的多功能数字时钟的设计，单片机芯片作为控制系统的核心部件，它除了具备微机CPU的数值计算功能外，还具有灵活强大的控制功能，以便实时检测系统的输入量、控制系统的输出量，实现自动控制。在本次设计中采用单片机技术来实现数字钟的功能。微处理器的选择，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只
读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，是与MCS-51兼容的4K字节可编程闪烁存储器。寿命为1000写/擦循环，数据保留时间为，全静态工作，0Hz-24Hz三级程序存储器锁定，128*8位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。发光二级管LED具有亮度高、功耗小、寿命长、工作电压低、易小型化、等优点。由于LED工作电压低(仅1.5-3V)，能主动发光且有一定亮度，亮度又能用电压(或电流)调节，本身又耐冲击、抗振动、寿命长( 10万小时)，所以在大型的显示设备中，目前尚无其他的显示方式与 LED显示方式匹敌校时和定时电路的设计[5]。实时控制电路是时钟电路的一个重要组成部分，采用的是一个时钟芯片，单片机从中读取数据送到显示器上显示，从而实现数字钟的功能，还有一些其他控制电路如复位电路、时钟电路等。通过这些控制电路的连接构成了完整的电路。将系统进行整合、改进并调试，测试是否达到预期的系统各性能指标。
4 预期成果
以AT89C51单片机为基本核心元件，与软件设计相结合实现数字钟系统。系统硬件电路简单，调试方便。而且体积小，使用起来更加方便。通过实验验证该数字钟显示效果良好，单片机控制相当准确。数字钟可以进行24小时制的计时，并且具有时分秒显示功能，在此基础上，同时还具有实时温度显示，整点报时功能以及闹钟等扩展功能。用单片机来实现设置工作时段，并且有断电保护，并且可以十分方便的修改时钟的时间和工作时段，具有一定的实用价值。
5 研究工作进度计划
1) 10月28日---月04日 材料的收集
2) 2011年11月10日---2011年11月15日 各个电路模块设计与连接
3) 2011年11月16日---2011年11月26日 软件模块的设计与调试
4) 2011年11月27日---2011年12月05日 整个系统的调试和实现
5) 2011年12月06日---2011年12月10日 系统的优化和调试
6) 2011年12月11日---2011年12月15日 拟写论文初稿
7) 2011年12月16日---2011年12月25日 进行答辩准备
参考文献
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课题名称：基于学院： 专业： EDA的自动售货机系统的设计 电子电气工程学院 电子信息工程
一 自动售货机设计简介
自动售货是20世纪70年代在日本、欧美发展起来的一种全新的消费方式，自动售货机又被称为24小时营业的微型自助超市，它的售货领域非常广泛，是发达国家商品零售的一种主要方式。自动售货机作为一种先进的消费方式，已经成为城市现代文明发达程度的重要标志，其新颖、时尚的购物方式，24小时营业的特点给人们生活带来了便利，美化了城市环境，受到消费者的欢迎。但是在我国自动售货机的普及还不及发达国家，主要原因是我国EDA技术的应用水平长期落后于发达国家。
本设计要实现自动售货机的基本功能，如投币处理、商品选择、购货撤销、异常退币、计算存货等功能。利用Altera公司的开发软件QUARTUS II平台，采用Verilog hdl硬件描述语言编程的设计方法设计系统核心电路的硬件程序，与一般的软件开发不同，Verilog hdl编程更需要熟悉一些底层的硬件知识，特别是数字逻辑电路的设计，因此Verilog hdl编程的方法、思路都要更多的与硬件电路联系起来。完成系统各个功能模块的硬件程序设计后，在软件平台上进行编译和电路仿真，最后生成的目标文件下载到实验台内的FPGA芯片以实现该系统，并在实验台上对设计进行验证。（1）自动售货机主要功能
自动售货机控制要求对机内商品信息进行识别，对投入的货币进行运算，并根据所投入的货币数值判断是否能够购买某种商品，并做出相应的反应。本文设计的自动售货机控制系统主要可以实现投币处理、计算投币总额、输出商品，输出找零等功能，系统工作流程如图1 所示。
（2）自动售货机的几个过程
在自动售货机控制系统的工作过程中，可分为三个状态：初始状态、投币状态和找零状态。在每一个状态中完成特定的功能。
首先，在初始状态下，自动售货机通电，初始化机内商品信息（包括商品种类、每种商品的数量以及价格）。当顾客购买商品时，可根据自己需要通过按键选择其中一种商品（且只限一种），然后进入下一状态，即投币状态。
在投币状态下，当投入硬币总额大于或等于商品价格，并且按确认购买键后将进入找零状态；若按取消键，售货机退出所投硬币，返回到初始状态。
投币结束，若投入的硬币等于或大于商品单价，且确认购买，则商品将送出送货口，并计算输出找零硬币。出货找零结束时表示一次自动售货过程完成，重新返回到初始状态，计算此时商品信息，并等待下一次售货过程的到来。
（3）自动售货机的基本模块
自动售货机控制系统的功能模块逻辑上划分为商品信息存储模块、商品选择模块、投币处理模块，找零模块和显示模块。商品信息存储模块
该模块的功能是将商品的单价、数量存储到自动售货机中，price、quantity 分别表示商品的单价与数量数据信号，item 为商品的种类。商品选择模块
该模块功能是对商品进行选择与购买。当对四种商品进行选择时，由sel 的选择信号的个数来表示所选择的商品类型。get 为对商品进行确认购买的信号。投币处理模块
该模块是对投入的硬币进行处理的过程，输出参数coin 为投币数值计数器，以0.5 元为单位进行计算。整个模块功能类似于计钱器，可准确计算投入的硬币数，记录并保存投入的总币值。找零模块
该模块主要完成找零操作。通过计钱器coin 计算余额，然后输出找零的控制信号act5、act10。显示模块
该模块用来显示钱数和商品数量。用于钱数显示时，将计钱器coin转换成BCD 码，然后经译码器译码并显示。用于商品数量显示时，将计算得出的最终商品数量quantity 先转换成BCD 码，然后经译码器译码并显示。
二
国内外EDA技术发展简介
EDA概述
人类社会已进入到高度发达的信息化社会，信息社会的发展离不开电子产品的进步。现代电子产品在性能提高、复杂度增大的同时，价格却一直呈下降趋势，而且产品更新换代的步伐也越来越快，实现这种进步的主要原因就是生产制造技术和电子设计技术的发展。前者以微细加工技术为代表，目前已进展到深亚微米阶段，可以在几平方厘米的芯片上集成数千万个晶体管；后者的核心就是EDA技术。EDA是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作：IC设计，电子电路设计以及PCB设计。没有EDA技术的支持，想要完成上述超大规模集成电路的设计制造是不可想象的，反过来，生产制造技术的不断进步又必将对EDA技术提出新的要求。2 EDA技术简介
EDA（Electronic Design Automation），即电子设计自动化，是指利用计算机完成电子系统的设计。EDA技术是以计算机和微电子技术为先导的，汇集了计算机图形学、拓扑学、逻辑学、微电子工艺与结构学和计算数学等多种计算机应用学科最新成果的先进技术。EDA技术以计算机为工具，代替人完成数字系统的逻辑综合、布局布线和设计仿真等工作。设计人员只需要完成对系统功能的描述，就可以由计算机软件进行处理，得到设计结果，而且修改设计如同修改软件一样方便，可以极大地提高设计效率。2.1 EDA技术的发展概况
从20世纪60年代中期开始，人们就不断开发出各种计算机辅助设计工具来帮助设计人员进行电子系统的设计。电路理论和半导体工艺水平的提高，对EDA技术的发展起到了巨大的作用，使EDA作用范围从PCB板设计延伸到电子线路和集成电路设计，直至整个系统的设计，也使IC芯片系统应用、电路制作和整个电子生产过程都集成在一个环境之中。根据电子设计技术的发展特征，EDA技术发展大致分为三个阶段。（1）CAD阶段
第一阶段的特点是一些单独的工具软件，主要有PCB布线设计、电路模拟、逻辑模拟、以及版图的绘制等，通过计算机的使用，从而将设计人员从大量繁重重复的计算和绘图工作中解脱出来。20世纪80年代，随着集成电路规模的增大，EDA技术有了较快的发展。许多软件公司等进入市场，开始供应带电路图编辑工具和逻辑模拟工具的EDA软件。这个时期的软件产品主要针对产品开发，按照设计、分析、生产和测试等多个阶段，不同阶段分别使用不同的软件包，每个软件只能完成其中一项工作，通过顺序循环使用这些软件，可完成设计的全过程。（2）CAE阶段
这个阶段在集成电路与电子设计方法学以及设计工具集成化方面取得了许多成果。各种设计工具，如原理图输入、编译与连接、逻辑模拟、测试码生成、版图自动布局已齐全。由于采用了统一数据管理技术，因而能够将各个工具集成为一个CAE系统。按照设计方法学制定的设计流程，可以实现从设计输入到版图输出的全程设计自动化。这个阶段主要采用基于单元库的半定制设计方法，采用门阵列与标准单元设计的各种ASIC得到了极大的发展，将集成电路工业推入了ASIC时代。（3）EDA阶段
20世纪90年代以来，微电子技术以惊人的速度发展，其工艺水平达到了深亚微米级，此阶段主要出现了以高级语言描述、系统仿真和综合技术为特征的第三代EDA技术，不仅极大地提高了系统的设计效率，而且使设计人员摆脱了大量的辅助性及基础性工作，将精力集中于创造性的方案与概念的构思上。它的特征为：第一，高层综合的理论与方法取得较大进展，将EDA设计层次由RT级提高到了系统级（又称行为级），并划分为逻辑综合和测试综合。第二，采用硬件描述语言HDL来描述10万门以上的设计，并形成了VHDL和VerilogHDL两种标准硬件描述语言。第三，采用平面规划技术对逻辑综合和物理版图设计进行联合管理，作到在逻辑综合早期设计阶段就考虑到物理设计信息的影响。第四，可测性设计。第五，为带有嵌入IP模块ASIC设计提供软硬件协同系统设计工具。2.2 EDA技术的基本特征
EDA技术代表了当今电子设计技术的最新发展方向，它的基本特征是：设计人员按照“自顶向下”的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路（ASIC）实现，然后采用硬件描述语言（HDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件[3]。这样的设计方法被称为高层次的电子设计方法。下面介绍与EDA基本特征有关的几个概念。
（1）“自顶向下”的设计方法
10年前，电子设计的基本思路还是选择标准集成电路“自底向上”（Bottom-Up）的构造出一个新的系统，这样的设计方法就如同一砖一瓦地建造金字塔，不仅效率低、成本高而且还容易出错。（2）高层次设计
高层次设计提供了一种“自顶向下”（Top-Down）的全新的设计方法，这种设计方法首先从系统设计入手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错，并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行验证。然后用综合优化工具生成具体门电路的网表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，这不仅有利于早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，而且也减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的一次成功率。（3）硬件描述语言 硬件描述语言（HDL-Hardware Description Language）是一种用于设计硬件电子系统的计算机语言，它用软件编程的方式来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式，与传统的门级描述方式相比，它更适合大规模系统的设计。
本次设计使用VERILOG HDL语言，Verilog HDL语言最初是于1983年由Gateway Design Automation公司为其模拟器产品开发的硬件建模语言。那时它只是一种专用语言。由于他们的模拟、仿真器产品的广泛使用，Verilog HDL 作为一种便于使用且实用的语言逐渐为众多设计者所接受。在一次努力增加语言普及性的活动中，Verilog HDL语言于1990年被推向公众领域。Open Verilog International（OVI）是促进Verilog发展的国际性组织。1992年，OVI决定致力于推广Verilog OVI标准成为IEEE标准。这一努力最后获得成功，Verilog 语言于1995年成为IEEE标准，称为IEEE Std 1364－1995。完整的标准在Verilog硬件描述语言参考手册中有详细描述。
下面列出的是Verilog硬件描述语言的主要能力： * 基本逻辑门，例如and、or和nand等都内置在语言中。
* 用户定义原语（UDP）创建的灵活性。用户定义的原语既可以是组合逻辑原语，也可以是时序逻辑原语。
* 开关级基本结构模型，例如pmos 和nmos等也被内置在语言中。* 提供显式语言结构指定设计中的端口到端口的时延及路径时延和设计的时序检查。
* 可采用三种不同方式或混合方式对设计建模。这些方式包括：行为描述方式—使用过程化结构建模；数据流方式—使用连续赋值语句方式建模；结构化方式—使用门和模块实例语句描述建模。
* Verilog HDL中有两类数据类型：线网数据类型和寄存器数据类型。线网类型表示构件间的物理连线，而寄存器类型表示抽象的数据存储元件。
* 能够描述层次设计，可使用模块实例结构描述任何层次。
* 设计的规模可以是任意的；语言不对设计的规模（大小）施加任何限制。* Verilog HDL不再是某些公司的专有语言而是IEEE标准。
* 人和机器都可阅读Verilog 语言，因此它可作为EDA的工具和设计者之间的交互语言。
* Verilog HDL语言的描述能力能够通过使用编程语言接口（PLI）机制进一步扩展。PLI是允许外部函数访问Verilog 模块内信息、允许设计者与模拟器交互的例程集合。
* 设计能够在多个层次上加以描述，从开关级、门级、寄存器传送级（RTL）到算法级，包括进程和队列级。
* 能够使用内置开关级原语在开关级对设计完整建模。* 同一语言可用于生成模拟激励和指定测试的验证约束条件，例如输入值的指定。
* Verilog HDL 能够监控模拟验证的执行，即模拟验证执行过程中设计的值能够被监控和显示。这些值也能够用于与期望值比较，在不匹配的情况下，打印报告消息。
* 在行为级描述中，Verilog HDL不仅能够在RTL级上进行设计描述，而且能够在体系结构级描述及其算法级行为上进行设计描述。
* 能够使用门和模块实例化语句在结构级进行结构描述。
* Verilog HDL 的混合方式建模能力，即在一个设计中每个模块均可以在不同设计层次上建模。
* Verilog HDL 还具有内置逻辑函数，例如&（按位与）和|（按位或）。* 对高级编程语言结构，例如条件语句、情况语句和循环语句，语言中都可以使用。
* 可以显式地对并发和定时进行建模。* 提供强有力的文件读写能力。
* 语言在特定情况下是非确定性的，即在不同的模拟器上模型可以产生不同的结果；例如，事件队列上的事件顺序在标准中没有定义。
三
本次毕业设计主要内容 四
进度安排
恰当选择科研课题
科研课题一般包括自选课题、指令性课题、指导性课题、委托课题四大类，无论哪一类课题，在选题上都要满足以下原则：①开拓性：前人没有专门研究过或虽已研究，但尚无理想结果，需进一步探讨和研究。或护理学术界有分歧，有必要深入研究探讨的问题。②先进性：在护理学术界要有新的见解。③成果的实效性：所选课题要有需要背景、实际效益或学术价值，要针对实际和护理发展的需要。④成果的可能性：课题内容的难易程度和工作量要适当，如人力资源、社会关系，尤其实验性课题需要的设备条件、技术力量、研究对象来源，特别要考虑在一定时间和经费内获得成果的可能性[1]。⑤要在护理学科范围内选题。
拟定课题名称要准确、规范，字斟句酌。要把课题研究的问题、对象交代清楚，必要时可以把研究方法写出来；所用的词语、句型要科学、规范，似是而非的词语、口号式或结论式的句型不能用。课题名称必须体现出研究的深度和广度，反映出研究的性质，实验性研究要反映其基本要求，如处理因素和受试对象等。
开题报告的主要内容需深入
立论依据：课题的研究现状是其创新性和科学性的依据[2]，只有广泛查阅文献，深入理解其内容，才能充分了解所要研究问题的新进展和研究现状，进而解析出课题的科学依据和提出创新性思维。查阅文献时要注意以下几点：①重视文献资料的积累，尤其是文献中的重要论点、中心思想和科学思维方法；②阅读原始文献，正确认识图书、教材、期刊与网上资料的不同点；③瞄准主流，查阅护理学领域中的核心期刊、经典著作、专职部门的研究报告、护理专家的观点和评述，选取与课题较密切的内容；④查阅书籍时，宜先看序言、目录，再确定浏览或精读范围，要先看论文摘要，再筛选和精读有价值的文章；⑤复习文献要贯穿整个课题研究过程，不断汲取新进展、新知识，及时补充、完善和更新课题内容。经过对现状的研究和提取，选题的意义和目的便呼之而出。开题报告的选题意义与目的实际上就是一篇有关本课题在国内外研究的动态而短小的评述，其中要回答为什么要研究，研究的价值及需要背景。一般先谈现实需要，再谈专业理论及学术价值，要求具体、客观，具有针对性，注重资料分析基础，注重时代、地区或单位发展的需要，切忌空洞无物的口号。
研究方案：①研究目标：需明确，重点突出，排除研究过程中各种因素的干扰，以保证研究方向的准确，但不宜设定过高使研究过程失去重心，难以攀登。研究目标与其理解为衡量指标，不如理解为努力方向、问题的解决程度。②研究内容：是科研课题的核心，既定合适的研究内容对研究质量起着直接作用，要依据研究目标确定具体的研究内容，要体现以论文问题为中心，具体而翔实，避免笼统、模糊，使研究进展陷于被动。③拟解决的主要问题：是论文的主攻方向。一个课题只有一个中心，一個重点，只有集中一个主题，才能研究深刻，开题报告中要清晰体现这一点。如果一个课题要解决两个或两个以上主要问题，就可能导致主攻方向不明确，在研究论述过程中出现观点冲突，或逻辑混乱，或主次不分而发生种种困难。研究课题所要解决的关键问题要用明确、具体的文字，力求一两句话写出来。④拟采取的研究方法、技术路线、实验方法：是达到目标、实现创新的途径，是解决问题的客观可能性与主观能动性的汇合，在开题报告中应是论述的重点，因其是评审专家判断课题研究前景的依据，也是专家对科研课题研究方法给予切实指导和建议的途径。确定研究方法时要阐述清楚“做些什么”和“怎么做”，对研究对象也应说明所选人群的来源、标准及基本情况。研究中的资料采集及结果判断、研究过程，处置方法及关键步骤等均应说明其理论依据。
总之，护理科研课题的立项研究是解决临床护理问题的基础，开题报告是保证和提高护理科研课题研究质量的重要环节，对课题研究起到定位作用，对护理人员科研能力的培养更具有现实意义。
参考文献
1 张红.撰写研究生开题报告的技巧与方法[J].浙江中医学院学报，2004，28（5）：78-79.
1 选题的目的和意义
1.1 选题的背景
在现代人快节奏生活中，微波炉已成为便捷生活的一部分。随着控制技术和智能技术的发展，微波炉也向着智能化、信息化发展。而现有市售的微波炉其主要弊端为：不能按既有程序进行烹调，需要使用者根据食物的类型、数量、温度等因素去设定微波炉的工作时间，若设定的工作时间过长，含水分较多的`食物可能会产生过热碳化的现象，若时间过短则达不到预期的烹调效果。不仅在节能方面未做过多考虑，使用者还需要经常翻看使用说明书才能完成操作过程。针对这些问题，笔者认为有必要研制一种操作简单且烹调效果好的微波炉，根据一些家常菜按固定程序烹调的现象，可采取分时、分档火力加热，节时又节能。
1.2 设计的目的和意义
目前大部分微波炉控制器采用单片机进行设计，电路比较复杂，性能不够灵活。本设计采用先进的EDA 技术，利用VHDL 设计语言，设计一种新型的微波炉控制器。该控制器具有系统复位、状态控制、时间设定、火力档位选择、烹饪计时、温度控制、显示译码和音效提示等功能，基于FPGA 芯片实现。
该微波炉控制系统，除实现常规的解冻、烹调、烘烤的基本功能外，还进行了创新设计，实现了微波炉的自定义设置。
本系统控制部分以FPGA芯片为核心，通过功能按键设置和手动数据输入，完成不同功能时自动以预置方案或者自定义方案加热。其中，预制方案提供烹调、烘烤、解冻等系统烹调流程，仅供用户选择，无需设置;而自定义方案，用户根据食物含量、重量等手动设置时间、温度和选择火力等操作。在烹饪过程中，能通过数码管显示或者指示灯提示知道食物的成熟度，可以智能控制。
该系统在功能执行时，能实现门开关检测、键盘输入扫描、温度控制、LED显示、工作状态指示、蜂鸣等。
1.3 选题的技术现状
目前大部分微波炉控制器采用单片机进行设计，电路比较复杂，性能不够灵活。本文采用先进的EDA技术，利用Quartus II工作平台VHDL设计语言，设计一种新型的微波炉控制器系统。该系统用VHDL 编程实现各底层模块的功能，顶层设计用图形输入完成。该系统具有系统复位、时间设定、烹饪计时、温度控制和音效提示等功能，在FPGA上实现。
2 题目的主要内容
本课题是基于FPGA的微波炉控制器设计，即设计一个具备定时、温控、信息显示和音响效应提示功能的微波炉控制器，实现一些功能：
该微波炉控制器能够在任意时刻取消当前工作，复位为初始状态。
可以根据需要设置烹调时间的长短，系统最长的烹调时间为59分59秒;开始烹调后，能够显示剩余时间的多少。可以根据需要设置烹调最高温度值，系统最高的烹调温度为999℃;开始烹调后，能够显示系统当前温度值。可以控制火力大小，供选择的火力档位有高、中、低三个火力档位。音响效应提示直接外接一个蜂鸣器，同时用一个指示灯提示。显示微波炉控制器的烹调状态。
2.1 设计的总体结构描述
本系统主要由输入、控制和显示部分组成。输入部分主要完成用户对控制功能的设置，采用按键作为输入设备。控制部分是本系统的核心，它接收用户的输入，完成相应的控制逻辑功能，并将当前的工作状态等信息送到显示部分。显示部分主要监视系统工作状态并提示用户进行控制操作。
2.1.1 设计的各个功能模块描述
(1) 输入模块
输入模块主要完成用户对控制功能的设置，采用按键作为输入设备。
由于实验室已有设备限制，本系统采用键盘进行输入设置，即由一个4*4矩阵键盘实现数据输入控制。该矩阵键盘上16个按键分别是盘扫描电路、消枓同步电路和键盘译码电路，通过该模块将扫描得到的按键值送到控制模块。
(2) 控制模块
控制模块是本系统的核心，它接收用户的输入，完成相应的控制逻辑功能，并将当前的工作状态等信息送到显示部分。
控制模块采用FPGA芯片作为主控核心，完成许多复杂的控制和数据处理任务。它通过输入模块提供的按键输入实现数据信息装载处理，并将处理结果通过显示模块显示出来。其涉及到数据的装载、状态转换控制、烹饪计时、温度控制、火力控制、音响效应提示等。
(3) 显示模块
显示模块主要监视系统工作状态并提示用户进行控制操作。采用七段数码管和发光二极管来实现。
由于数码管显示信息较少，一些信息用数码管显示不够直观，因此本系统在采用数码管显示的同时，还用发光二极管作为辅助显示。其中，用七段数码管作为时间、温度、火力大小显示，用发光二极管作为状态提示显示。具体设计时，采用4位LED数码管显示加热倒计时，3位LED数码管显示当前温度值，1位LED数码管显示当前火力档位。8个状态提示指示灯分别表示：工作状态、开门指示、测试、烹调、烘烤、解冻、意外报警、完成提示。
2.2 设计的预期结果
系统预计操作流程：上电后，系统首先处于一种复位状态，其各电路模块均处于初始状态。此时，8个数码管上会显示“88888888”的信息，所有指示灯亮。按TEST键，数码管和发光二极管全亮、全灭交替闪烁，可以测试数码管和指示灯工作是否正常。系统工作
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