大規模集成電路設計

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大規模集成電路設計范文第1篇

關鍵詞 集成電路設計 教學方法 教學探索

中圖分類號：TN79 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2015）19-0006-02

1958年，美國德州儀器公司的基爾比發明了第一塊集成電路，隨著半導體工藝和集成電路設計技術的發展，集成電路的規模可以達上億個晶體管。集成電路具有速度快、體積小、重量輕等優點，廣泛應用于汽車、醫療設備、手機和其他消費電子，其2012年集成電路設計市場應用結構如圖1所示。

自2006年以來，我國集成電路的產值為126億美元，占全球產業總產值的5.1%，2013年我國集成電路的產值為405億美元，占全球產業總產值的13.3%。2006年到2013年的年復合增長率達到18%，遠超過全球集成電路產業整體增速。我國集成電路行業的產值如表1所示。

近年來，半導體集成電路產業在國家政策支持下發展迅速，因此對集成電路設計人才的需求劇增。為了滿足社會日益發展的需要，國家在高校內大力推廣集成電路設計相關的課程，并且取得了較好的效果，使人才缺口減小，但是還是不能滿足國內對集成電路設計人才實際數量的需求。為了更好地加快集成電路設計人才的的培養，本文針對《數字集成電路原理》教學中存在的問題，并且根據教學的現狀，探索出集成電路設計的教學改革。

一、數字集成電路設計原理教學中的現狀

集成電路設計相對于以分立器件設計的傳統的電子類專業而言，偏向于系統級的大規模集成電路設計，因此，微電子專業和集成電路設計專業的學生注重設計方法的形成，避免只懂理論、不懂設計的現象。即使學生掌握了設計的方法，能夠進行一些小規模的集成電路設計，但是設計出來的產品不能用，不能滿足用戶的需求。這就成了數字集成電路設計原理面臨的問題。

二、數字集成電路設計原理教學改善的方法

（1）針對上述的問題，在多年教學的基礎上，在教學方法上進行改進，改變傳統的以教師為中心，以課堂講授為主的教學方式，采用項目化教學來解決數字集成電路設計中只懂理論、不懂設計的現狀。注重數字集成電路設計原理與相關課程之間的內部聯系，提高學生的學習興趣，通過將一個項目拆分成幾個小項目，使學生在項目中逐漸加深了對知識點理解，并且將課程的主要內容相互銜接與融合，形成完整的集成電路設計概念。學生分成5-8人一組，通過小組的方式加強了學生的相互合作能力，讓學生更有責任感和成就感。學生應用相關的EDA軟件來完成項目的設計，能夠掌握硬件描述語言、綜合應用等數字集成電路設計工具。

（2）通過PDCA戴明環的方式改善了集成電路設計的產品可用度不高的問題。在集成電路設計過程中，通過跟蹤課內外學生設計中反應的問題，對項目難易度的進行調整，提高學生計劃、分析、協作等多方面的能力。結合新的技術或者領域，對項目進行適當的調整。通過PDCA戴明環的方式來持續改進教學內容和方法，使其滿足社會對數字集成電路設計人才的需求。PDCA戴明環如圖2所示。

（3）開展校企合作的方式，進一步提高教學質量和學生的綜合素質，促進企業和學校的共同發展。這種方式實現了學校與企業的優勢互補，資源共享，培養出更加適合社會所需要的集成電路設計人才，也能夠讓學校和企業形成無縫對接。

三、小結

隨著大規模集成電路設計的發展，更多的設計工具和設計方法出現，因此，使用最新的設計工具，合理設置《數字集成電路設計原理》的教學內容，可以提高學生的設計能力和培養學生的創新能力。通過對《數字集成電路設計原理》課程教學的探索，改變了以教師為中心的傳統采理論課教學方式，充分發揮了學生的能動性和協作能力，使學生理論與實踐都能夠滿足集成電路設計人才的要求。

參考文獻：

[1]殷樹娟，齊巨杰. 集成電路設計的本科教學現狀及探索[J].中國電力教育，2012，（4）：64-65.

[2]王銘斐，王民，楊放.集成電路設計類EDA技術教學改革的探討[J].電腦知識與技術， 2012，8（9）：4671-4672.

大規模集成電路設計范文第2篇

一、充分認識加快發展集成電路產業的重要性

集成電路產業對于現代經濟和社會發展具有高倍增性和關聯度。集成電路技術及其產業的發展，可以推動消費類電子工業、計算機工業、通信工業以及相關產業的發展，集成電路芯片作為傳統產業智能化改造的核心，對于提升整體工業水平和推動國民經濟與社會信息化發展意義重大。此外，微電子技術及其相關的微細加工技術與機械學、光學、生物學相結合，還能衍生出新的技術和產業。集成電路技術及其產業的發展已成為一個國家和地區調整產業結構、促進產業升級、轉變增長方式、改善資源環境、增強競爭優勢，帶動相關產業和領域跨越式發展的戰略性產業。

*省資源環境良好，集成電路設計和原材料生產具有比較優勢，具有一批專業從事集成電路設計和原材料生產的企業及水平較高的專業人才隊伍。*省消費類電子工業、計算機工業、通信工業以及利用信息技術改造傳統產業和國民經濟與社會信息化的發展為集成電路產業的發展提供了現實需求的空間。各級、各部門要高度重視集成電路產業的發展，有基礎有條件的地區要充分發揮地域優勢、資源優勢，加強規劃，因勢利導，積極組織和推動集成電路產業發展，加快招商引資步伐。省政府有關部門要切實落實國家和省扶持集成電路產業發展的各項政策，積極推動和支持*省集成電路產業的發展。

二、發展思路和原則

（一）發展思路。根據*省集成電路產業發展的基礎，當前以發展集成電路設計和原材料生產為重點，建成國內重要的集成電路設計和原材料生產基地。以內引外，促進外部資金、技術、人才和芯片加工、封裝、測試項目的進入，建立集成電路生產基地。

1.大力發展集成電路設計。充分發揮*省高校、科研單位、企業集成電路設計的基礎優勢，加快集成電路設計企業法人資格建立和集成電路設計企業資格認證的步伐，與信息產業和其他工業領域及國民經濟與社會信息化發展相結合，促進科研、生產、應用聯動，建立科研、生產、應用、服務聯合體，形成有利于集成電路設計企業成長和為企業生產發展服務的體制和機制，促進一批已具備一定基礎的集成電路設計企業盡快成長起來。進一步建立和完善有利于集成電路產業發展的政策環境，構筑有利于集成電路產業發展的支撐體系和服務體系，加強與海內外的合作與交流，加快人才培養和引進，加大對集成電路設計中心、公共技術平臺、服務平臺、人才交流培訓平臺建設的投入，重點培植3—5家集成電路設計中心，使之成為國內乃至國際有影響力的企業。加強人才、技術、資金、企業的引進，形成一大批集成電路設計企業和人才隊伍。密切跟蹤國際集成電路發展的新趨勢，大力發展和應用SOC技術、IP核技術，不斷提高自主創新能力，在消費類電子、通信、計算機、工業控制、汽車電子和其他應用電子產品領域形成發展優勢。

2.加快發展集成電路材料等支撐產業。以當前*省集成電路材料生產企業為基礎，通過基礎設施建設、技術改造、引進技術消化吸收再創新、合資合作和引導傳統產業向集成電路材料生產轉移，進一步壯大產業規模，擴大產品系列，增添新的產品品種，提高產品檔次。通過加快企業技術中心建設，不斷提高自主創新能力；通過拉長和完善產業鏈，積極發展高純水氣制備、封裝材料等上下游產品，提高配套能力；鼓勵半導體和集成電路專用設備儀器產業的發展。培養多個在國內市場占有率第一的自主品牌，擴大出口能力，把*省建設成為圍繞以集成電路用金絲、硅鋁絲、電路板用銅箔和覆銅板、柔性鍍銅板、金屬膜基板、電子陶瓷基板、集成電路框架和插座、硅晶體材料的研發和生產為主的集成電路支撐產業基地。

3.鼓勵發展集成電路加工產業。大力招商引資，通過集成電路設計和原材料生產的發展，促進省外、海外集成電路芯片制造、封裝和測試業向*省的轉移，推動*省集成電路芯片制造、封裝和測試產業的發展。

（二）發展原則。

1.政府推動原則。充分發揮各級政府在統籌規劃、宏觀調控、資源組織、政策扶持、市場環境建設等方面的作用，充分發揮社會各方面的力量，推動集成電路產業發展。

2.科研、生產、應用、服務聯動原則。建立科研、生產、應用、服務一體化體系，促進集成電路設計和最終產品相結合，集成電路設計和設計服務相結合，公共平臺建設和企業發展相結合，設計公司之間相結合，人才培訓和設計企業需求相結合。重點支持共性技術平臺、服務平臺、人才培訓平臺建設和科研、生產、應用一體化項目研發。

3.企業主體化原則。深化體制改革，加快集成電路設計中心認證，推動集成電路設計公司（中心）建設，建立符合國家扶持集成電路發展政策和要求的以企業為主體、自主經營、自負盈虧、自主創新、自*發展完善的集成電路產業發展體制和機制。

4.引進消化吸收與自主創新相結合原則。加強與海內外集成電路行業企業、人才的交流合作，創造適合集成電路產業發展的政策環境，大力引進資金、技術、人才，加快消化吸收，形成產業的自主創新能力，盡快縮短與發達國家和先進省市的差距。

5.有所為，有所不為原則。發揮*省優勢，重點發展集成電路設計、電路板設計制造和原材料生產，與生產應用相結合，聚集有限力量，聚焦可行領域，發揮基礎特長，形成專業優勢。

三、發展重點和目標

（一）發展重點。整合資源，集中政府和社會力量，建立公共和開放的集成電路設計技術服務平臺、行業協作服務平臺和人才交流培訓平臺。重點扶持建設以海爾、海信、浪潮、*大學、哈工大威海國際微電子中心、濱州芯科等在集成電路設計領域具有基礎和優勢的集成電路設計中心，建設青島、濟南集成電路設計基地，加快有關促進集成電路產業發展的配套政策、措施的制定，重點在以下領域實現突破。

1.集成電路設計業。以消費類電子、通信、計算機、工業控制、汽車電子、信息安全和其他應用電子產品領域為重點，以整機和系統應用帶動*省集成電路、電路板設計業的發展，培育一批具有自主創新能力的集成電路設計企業，開發一批具有自主知識產權的高水平的集成電路產品。

（1）重點開展SOC設計方法學理論和設計技術的研究，發揮其先進的整機設計和產業化能力，大力發展稅控收款機等嵌入式終端產品的SOC芯片，努力達到SOC芯片規模化生產能力。開發采用先進技術的SOC芯片，應用于各類行業終端產品。

（2）強化IP核開發標準、評測等技術的研究，積極發揮IP核復用技術的優勢，以市場為導向，重點研發MCU類、總線類、接口類和低功耗嵌入式存儲器（SRAM）類等市場急需的IP核技術，加速技術向產品的轉化。

（3）順應數字音視頻系統的變革，以數字音視頻解碼芯片和視頻處理芯片為基礎，突破一批音視頻處理技術，提高*國電視整機等消費類電子企業的技術水平和核心競爭力。

（4）集中力量開展大規模通信、網絡、信息安全等專用集成電路的研究與設計，力爭取得突破性成果。

（5）重點發展廣泛應用于白色家電、小家電、黑色家電、水電氣三表、汽車電子等領域的芯片設計，在應用電子產品芯片設計領域形成優勢。

（6）發揮*省在工業控制領域的綜合技術、人才力量及芯片研發軟硬件資源等方面的優勢，重點發展部分工業控制領域的RISC、CISC兩種架構的芯片設計，并根據市場需求及時研發多種控制類芯片產品，形成一定優勢。

2.集成電路材料等支撐產業。充分利用*省現有集成電路材料生產企業的基礎條件，加快發展集成電路材料產業。重點發展集成電路用金絲、硅鋁絲、引線框架、插座等產品，同時注重銅箔、覆銅板、電子陶瓷基片、硅晶體材料及其深加工等產品的發展，形成國內重要的集成電路材料研發和生產加工出口基地。支持發展集成電路相關支撐產業，形成上下游配套完善的集成電路產業鏈。

（1）集成電路用金絲、硅鋁絲。擴大大規模集成電路用金絲、硅鋁絲的生產規模，力爭到2010年占國內市場份額80%以上。

（2）硅單晶、硅多晶材料。到2010年，3-6英寸硅單晶片由現在的年產600萬片發展到1000萬片；單晶棒由目前的年產100噸發展到200噸。支持發展高品質集成電路用多晶硅材料，填補省內空白，至2010年發展到年產3000噸。

（3）集成電路引線框架。到2010年，集成電路引線框架生產能力由目前的年產20億只提高到年產100億只。

（4）電子陶瓷基板。通過技改和吸引外資等措施，力爭到2010年達到陶瓷覆銅板年產160萬塊、陶瓷基片年產30萬平米的能力。

（5）銅箔、覆銅板。到2010年，覆銅板由目前的年產570萬張發展到800萬張，銅箔由目前的年產8500噸發展到10000噸。

（6）相關支撐產業。通過引進技術和產學研結合等多種形式，積極發展集成電路專用設備、環氧樹脂等塑封材料、柔性鍍銅板和金屬膜等基材、高純水氣制備等相關產業。

3.加快大規模、大尺寸集成電路芯片加工和有關集成電路封裝、測試企業的引進。

（二）發展目標。經過“*”期間的發展，基本建立和完善有利于*省集成電路產業發展的政策環境、支撐體系和服務體系，建成20-30家集成電路設計中心、2個集成電路設計基地，形成一大批集成電路設計企業、配套企業、咨詢服務企業，爭取引進3—5家集成電路芯片制造企業。政府支持集成電路產業發展的能力進一步增強，社會融資能力進一步提高，對外吸引和接納人才、技術、資金的能力進一步提高，集成電路設計、制造對促進*省信息產業發展、傳統產業改造和提升國民經濟與社會信息化水平發揮更大作用，并成為*省信息產業發展和綜合競爭力提升的重要支撐。促進*省集成電路材料產業做大做強，使其成為國內重要的產業基地。

四、主要措施和政策

（一）加強政府的組織和引導。制定*省集成電路產業發展中長期發展規劃，實施集成電路產業發展年度計劃，《*省支持和鼓勵集成電路產業發展產品指導目錄》，引導產品研發和資金投向。各地要加強本地集成電路產業發展環境建設，結合本地實際制定有利于集成電路產業發展和人才、資金、技術進入的政策措施。各有關部門要加強配合，制定相關配套措施，形成促進集成電路產業發展的合力。參照財政部、信息產業部、國家發改委《集成電路產業研究與開發專項資金管理暫行辦法》，結合*省信息產業發展專項資金的使用，對集成電路產業發展予以支持。具體辦法由省信息產業廳會同省財政廳等有關部門制定。

（二）加強集成電路設計公司（中心）認證工作。推動體制改革和產權改革，鼓勵科技人員在企業兼職和創辦企業，通過政策導向促進集成電路設計公司（中心）獨立法人資格的建立。按照國家《集成電路設計企業及產品認定暫行管理辦法》的有關規定，加強對*省集成電路產品及集成電路企業認定工作。

（三）加強人才引進與培養。加強對集成電路人才的培養和引進工作，鼓勵留學回國人員和外地優秀人才到*投資發展和從事技術創新工作，重點引進在國內外集成電路大企業有工作經歷、既掌握整機系統設計又懂集成電路設計技術的高層次專業人才。對具有普通高校大學本科以上學歷的外省籍集成電路專業畢業生來*省就業的，可實行先落戶后就業政策，對具有中級以上職稱的集成電路專業人才來*省工作的，有關部門要優先為其辦理相關人事和落戶手續。要加強集成電路產業人才培養，建立多層次的人才培養渠道，加強對企業現有工程技術人員的再培訓。在政策和待遇上加大對專業人才的傾斜，鼓勵國內外集成電路專業人才到*發展，建立起培養并留住人才的新機制。

（四）落實各項優惠政策。各級、各部門要切實落實《關于印發鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》及各項優惠政策，將集成電路設計、生產制造和原材料生產納入各自的科研、新產品開發、重點技術攻關計劃及技術中心、重點實驗室建設計劃，并給予優先支持和安排。集成電路設計企業適用軟件企業的有關政策，集成電路設計產品適用軟件產品的有關優惠政策，其知識產權受法律保護。對于批準建設的集成電路項目在建設期間所發生的貸款，省政府給予貸款利息補貼。按照建設期間實際發生的貸款利率補貼1.5個百分點，貼息時間不超過3年；在政府引導區域內建設的，貸款利息補貼可提高至2個百分點。

大規模集成電路設計范文第3篇

對于致力于通信產業發展的他來說，取得具有國際領先水平的重大科技進展固然重要，但產業化道路上的國際競爭力卻更牽動他的心。如何才能把系統的研究成果、把先進的發明專利技術真正轉化成強大的生產力呢?曾烈光把目光瞄向了集成電路技術――如果能夠利用大規模集成電路技術把具有國際先進水平的專利發明集成在一個芯片中會如何呢?

1985年，曾烈光提出并研制成功分離塞入比減小正碼速調整抖動技術。該技術的出現，可將正碼速調整抖動由國際上的20％減小到3％以下，很好地解決了國際電信聯盟建議研究的減小正碼速調整抖動問題，具有國際領先水平，有很大應用前景。

1988年，通過與日本FUJITSU公司的合作，他們克服了商務渠道，經費、巴黎統籌委員會限制、技術交互等各方面的障礙，終于成功開發了自主設計。包含正碼速調整減小抖動專利技術的大規模數字復接芯片THMT001A和THMR001。這一產品極具開創性意義，一舉占據了三個“第一”――我國第一片自主設計、具有自主知識產權的、得到大規模生產應用的大規模通信專用集成電路；我國第一片國內自主設計、國外加工生產的大規模專用集成電路集成電路設計作為獨立產業發展新思路下成功開發得到大規模應用的第一片超大規模通信專用集成電路。

為了推動THMT001A和THMR001在國內光通信產業的應用，1989年，清華大學建立了北京華環公司，產值數億元，以這兩款芯片開發的單板復接器也被評為中關村拳頭產品并獲得北京市新技術產品獎。而應用該芯片的企業基本覆蓋了當時原郵電部和電子部所屬的主要相關企業及研究所，相應產品廣泛應用于國內外電信。軍事及專用系統。1 990年，正碼速調整減小抖動專利技術被評為我國“七五”期間十大電子科技成果之一，曾烈光也以第一完成人的身份獲得該年度國家技術發明二等獎，1993年，他又榮獲首屆中國青年科學家獎。

大規模集成電路設計范文第4篇

關鍵詞：工程需求；集成電路設計；實踐；驗證

中圖分類號：G647 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）44-0089-02

集成電路設計是學科交叉特性顯著的一個學科，且其發展日新月異，技術更新非常快，而其主要的更新點體現在工藝水平、設計思想和設計手段上。例如，在設計SOC等大規模集成電路時，設計者首先要全方位地把握系統的主體框架，另外還要注重各個環節中的細節，有效利用EDA軟件來精確地實現設計并驗證其正確性。目前大多數高校開設的集成電路設計課程融入了多媒體教學，但多媒體教學多局限于PPT課件教學，雖然在教學內容上與過去的板書教學相比得到了很大的擴充，但從教學體系上說對于工程化設計流程的介紹缺乏連貫性、完整性，各個知識點的介紹相對來說較為孤立，學生對所學知識的理解無法融會貫通，對工程化設計的理解停留在概念的層面上。目前課程安排中普遍采用理論教學為主，存在實踐環節過少、實踐環節不成完備體系等問題。學生工程實踐能力不能得到有效提升，用人單位需要花大量的時間和人力對應屆學生進行培訓；學生容易產生挫折情緒，不能快速適應崗位需求。本教改通過對目前國內急需集成電路設計人才的現狀的思考，對集成電路設計課程的教學進行改革，實施以工程需求為導向，以工程界典型數字集成電路設計和驗證流程為主線的閉環式教學。在國家急需系統級集成電路設計實用型工程人才的指導思想下，在工科院校要培養能為社會所用工程人才的辦學宗旨下，以開發學生潛力、提高學生自主學習積極性為目的，結合用人單位的用人需求，我院集成電路設計課程嘗試閉環教育，即課程的章節設置參照工程界數字集成電路系統的典型設計流程，知識內容涵蓋從設計到流片生產甚至測試的每一個環節，而每一個重要環節都有工程實驗與之相對應，形成完備的閉環知識體系。本教改項目閉環教育可分為理論教育環節和實驗教育環節。

一、理論教育環節

閉環教育中的理論教育以工程界大型數字集成電路設計的典型流程為教學切入點，然后以該流程為主線介紹各個階段涉及的理論知識和可供使用的EDA軟件，每次進入下一設計階段的講解前，都會重新鏈接至流程圖，見圖1所示。反復出現的設計流程圖，一方面可以加深學生對設計流程的印象；另一方面針對當前內容在流程中出現的位置，突出當前設計階段與系統設計的整體關聯，加強學生對各個設計階段的設計目的、設計方法、EDA軟件中參數設定偏重點的理解。這種教育方法區別于傳統的單純的由點及面的教育方法，避免出現只見樹木不見森林的情況，能夠在注重細節的同時加強整體觀念。

二、實踐教育環節

實踐教育環節主要是指與理論教育相配套結合的系列實驗。針對每個設計階段都安排相應的較為全面的實驗，與該階段的理論知識形成閉環。而且，所有的實驗基本可按照從系統設計開始到流片、測試的完整設計流程串接起來。

圖1 大型數字集成電路設計的典型流程

實驗指導書撰寫了前端設計內容，在數字集成電路系統初期的系統分析、功能模塊劃分、具體硬件語言描述編譯階段，加入以硬件語言描述、編譯、仿真為偏重的上機實驗，目的是學習良好的系統全局觀，掌握過硬的代碼編寫能力，并將設計下載至FPGA中作為初步的硬件設計驗證手段；撰寫了后端設計內容，采用Cadence公司的自動布局布線器SE進行布局布線，介紹面向數字化集成電路的標準化單元概念及其相關工藝庫文件的作用，著重講授從網表到版圖的轉化過程以及需要注意的問題，如電源網絡的合理布局、時鐘網絡的時序匹配及平衡扇出等方面的考慮。利用版圖編輯器Virtuoso Layout進行版圖驗證，介紹標準單元版圖與定制版圖的區別、版圖設計與工藝制程的關系，重點在于使學生在對版圖建立感性認識的同時對IP保護有更深層次的理解。Verilog仿真器進行版圖后仿真實驗，強調版圖寄生參數對系統功能、時序的影響，后仿真時序文件反標的含義；明確后仿真對于保證設計正確性的意義；培養認真負責的驗證思想。

實踐教育環節大致分為前端設計階段、后端設計階段、測試階段。

1.前端設計階段。在數字集成電路系統初期的系統分析、功能模塊劃分、具體硬件語言描述編譯階段，加入以硬件語言描述、編譯、仿真為偏重的上機實驗，目的是學習良好的系統全局觀，掌握過硬的代碼編寫能力，并將設計下載至FPGA中作為初步的硬件設計驗證手段。

2.后端設計階段。針對數字集成電路的特點，安排面向MPW流片的實驗，介紹將電路轉化為高可靠性版圖的主要步驟。該實驗分三個階段：①采用Cadence公司的自動布局布線器SE進行布局布線，介紹面向數字化集成電路的標準化單元概念及其相關工藝庫文件的作用，著重講授從網表到版圖的轉化過程以及需要注意的問題，如電源網絡的合理布局、時鐘網絡的時序匹配及平衡扇出等方面的考慮；②版圖編輯器Virtuoso Layout進行版圖驗證，介紹標準單元版圖與定制版圖的區別、版圖設計與工藝制程的關系，重點在于使學生在對版圖建立感性認識的同時對IP保護有更深層次的理解；③Verilog仿真器進行版圖后仿真實驗，強調版圖寄生參數對系統功能和時序的影響、后仿真時序文件反標的含義，明確后仿真對于保證設計正確性的意義，培養認真負責的驗證思想。

大規模集成電路設計范文第5篇

【關鍵詞】可編程控制器；空氣壓縮機；溫度采集；數據傳輸

空氣壓縮機是礦山生產重要的四大固定設備之一，空壓機的風包是受壓容器，《煤礦安全規程》規定：“風包內的溫度應保持在120℃以下，并裝有超溫保護裝置，在超溫時可自動切斷電源和報警。”我礦原來使用的超溫報警裝置為WMZK-02型溫度指示控制儀，經常性發生誤報及無溫度指示的情況。為提高風包溫度監控的可靠性及職能化水平，對風包溫度監控系統進行重新改造設計。

1 系統結構

系統由三菱Fx-2N系列PLC、三菱模擬量模塊FX2N-4DA、溫度采集模塊R-8034、開關電源、數字顯示電路、指示及顯示設定電路、溫度傳感器熱電阻等構成。

系統以PLC作為主控器，通過RS485與溫度采集模塊R-8033進行通信，把采集到的各風包溫度傳輸到主控器。在PLC內部通過與設定好的上限溫度進行比較，進而作出是否超溫的判斷，以作出是否發出停機的命令。同時設定顯示電路把指定的溫度顯示在數字顯示屏上。每天進行實驗時可以通過，實驗按鈕進行風包超溫實驗。同時本系統留有數據上傳接口可通過PLC的RS422接口把溫度及報警信息上傳上位機。

2 硬件電路設計

2.1 可編程控制器（PLC）的優點

1）編程方法簡單易用。

2）功能強，性能價格比高。

3）硬件配套齊全，用戶使用方便。

4）無觸點免配線，抗干擾能力強。

5）系統的設計、安裝、調試量少。

6）維修工作量少，維修方便。

7）體積小，能耗低。

2.2 溫度采集模塊的應用

R-8033是38路模擬量熱電阻輸入模塊。分辨率為24位，熱電阻類型可設定為PT100、Cu50、Cu100，本設計選用PT100。

由于R-8033溫度采集模塊采用RS-485通訊方式，可遠距離通訊，系統所有模塊只需要用一條通訊線進行連接，具有高通訊速率，高采樣分辨率，智能化、光電隔離、強抗干擾和雙看門狗設計，使系統的可靠性增強，數據高速I/O成為可能，軟件開發也較為容易。

系統可根據測量的溫度點數任意增減模塊數量，配置靈活，端子可插拔，采用導軌式安裝，施工維護及其方便。

2.3 可編程控制器模擬模塊FX2N-4DA

模擬量輸出模塊（D/A模塊）是將PLC處理后的數字信號轉換成相應的模擬信號輸出，以滿足生產過程現場連續控制信號的需求。模擬信號輸出接口一般由光電隔離、D/A轉換、信號驅動等環節組成。FX2N-4DA是一種4通道模擬量輸出模塊。在本設計中通過PLC控制FX2N-4DA輸出相應的模擬量輸出到數字顯示電路，以顯示相應的溫度。

2.4 數字顯示電路的設計

基于ICL7107數字電壓表的設計的設計，ICL7107是目前廣泛應用于數字測量系統是一種集三位半轉換器段驅動器位驅動器于一體的大規模集成電路，ICL7107是目前廣泛應用于數字測量系統的一種31/2位A/D轉換器，能夠直接驅動共陽極數字顯示器，夠成數字電壓表，此電路簡潔完整，ICL7107是目前廣泛應用于數字測量系統是一種集三位半轉換器段驅動器、位驅動器于一體的大規模集成電路，主要用于對不同電壓的測量和許多工程上的應用，調頻接口電路，它采用的是雙積分原理完成A/D轉換，全部轉換電路用CMOS大規模集成電路設計。應用了ICL7107芯片數碼管顯示器等，芯片第一腳是供電，正確電壓時DC5V，連接好電源把所需要測量的物品連接在表的兩個端口，可在顯示器看到所需要結果。

主要有ICL7107和共陽極半導體數碼管LED組成。特點是：能夠直接驅動共陽極的LED顯示器，不需要外加驅動原件，使整機線路簡化；采用+5V和-5V兩組電源供電；LED屬于電池控制原件，芯片本身功耗較小；顯示亮度較高。

3 傳感器的選擇及安裝

3.1 溫度傳感器選擇

鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數關系而制成的溫度傳感器，由于其測量準確度高，測量范圍大，復現性和穩定性好，被廣泛應用于中溫（-200℃-650℃）范圍的溫度測量中。PT100是一種廣泛應用的測溫元件，在-50℃-600℃范圍內具有其他任何傳感器無可比擬的優勢，包括高精度，穩定性好，抗干擾能力強等。

3.2 溫度傳感器安裝及其位置選擇

插入管的內半徑是根據所選擇的溫度傳感元件而定的。一般可直接選購-200―600℃的PT100傳感器。溫度傳感器和溫度傳感器套管通過螺紋連接，接觸面通過耐溫密封圈密封，安裝在風包上預留的壓力表位置，從而避免了一切傷害風包的因素。插入管的壁厚與風包的厚壁之比直接影響到可靠性。當插入管厚壁大于或等于容器壁時，在開孔直徑相同的情況下，開孔邊緣的最大應力與殼體的基本應力之比最小，亦應力集中系數最小。所以，應盡可能選用厚壁較厚的鋼管。

4 系統程序設計

4.1 系統控制程序的設計

設計PLC控制系統的一般步驟：

1）根據生產的工藝過程分析控制要求；

2）根據控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設備。據此確定PLC的I/O點數；

3）選擇PLC；

4）分配PLC的I/O點，設計I/O連接圖。這一步可結合第2步進行；

5）進行PLC程序設計，同時可進行控制臺的設計和現場施工。

4.2 系統通信程序設計

PLC通過其RS-485接口與溫度采集模塊R-8033相連，當R-8033接收到PLC命令后，將其轉化為采集模塊的操作命令，并將執行的結果打包回傳給PLC，作為PLC控制的依據。要實現PLC對R-8033的通訊控制，必須對PLC進行編程；通過程序實現PLC對采集模塊數據的采集。PLC程序首先應完成FX2N-485BD通訊適配器的初始化、控制命令字的組合、代碼轉換和R-8033應答數據的處理工作。R-8033通訊命令結構：

命令格式：（Leading）（Address）（Coommand）（CHK）（cr）

響應格式：（Leading）（Address）（Data）（CHK）（cr）

[CHK]2字符檢驗

[cr]命令結束符，字符返回（0x0D）

通過在PLC內編制格式的命令程序以實現數據的寫入與讀出。

5 結語

本設計主要用應用PLC來監控空氣壓縮機風包溫度，實時觀測系統的運行狀況，以便用戶隨時了解系統信息。整個系統自動化水平比較高采用PLC控制和數據通訊技術監控大大減少了人力物力，對于溫度的變化能很快的做出反應，輸出報警，停止空壓機運行。