《设备驱动程序开发技术》大作业

《设备驱动程序开发技术》

大作业

WDM驱动程序的开发流程和要点班级：计算机科学与技术1004

摘要

DWDM(Windows Driver Model)是Microsoft公司推出的一种符合Windows2k/XP下的内核模式驱动程序的分层体系结构的驱动程序模式。它源于 Windows NT的分层32位设备驱动程序模型，它支持更多的特性，如即插即用（ PnP ，Plug and Play ）、电源管理（ PM ，Power Management ）、Windows管理诊断（ WMI ，Windows Management Instrumentation ）和 NT 事件。它为Windows操作系统的设备驱动程序提供了统一的框架，在Windows平台上，WDM将成为主流的驱动模式。WDM是Windows98和Windows2000使用的新的驱动程序设计规范。使用WDM使得硬件驱动程序更加稳定，让操作系统对硬件更加有效地控制硬件。除了定义一个驱动程序与操作系统连接的标准接口以外，WDM也指明了驱动程序应该采用的更加模块化的设计。

关键词： WDM、驱动程序、操作系统

1 概述

WDM(Windows Driver Model)是Microsoft公司推出的一种符合Windows2k/XP下的内核模式驱动程序的分层体系结构的驱动程序模式。相对于以前的KDM、VXD来说，它的性能更高、系统之间移植更加方便。随着Microsoft的操作系统的不断升级，WDM已逐步取代了KDM、VXD，成为了Microsoft系统下驱动程序开发的主流。

WDM是通过一个128位的全局唯一标识符(GUID)实现驱动程序的识别。应用程序与WDM 驱动程序通信时，应用程序将每个用户请求形成I/O请求包(IRP)发送到驱动程序。驱动程序识别出IRP请求后指挥硬件执行相应操作。

2 WDM驱动模型

WDM模型为存在于Windows 98和Windows 2000操作系统中的设备驱动程序提供了一个参考框架。尽管对于最终用户来说这两个操作系统非常相似，但它们的内部工作却有很大不同。

Windows 2000概述

图1是以我的视点所看到的Windows 2000操作系统，该图着重了驱动程序开发者所关心的特征。软件要么执行在用户模式中，要么执行在内核模式中。当用户模式程序需要读取设备数据时，它就调用Win32 API函数，如ReadFile。Win32子系统模块(如KERNEL32.DLL)通过调用平台相关的系统服务接口实现该API，而平台相关的系统服务将调用内核模式支持例程。在ReadFile调用中，调用首先到达系统DLL(NTDLL.DLL)中的一个入口点，NtReadFile 函数。然后这个用户模式的NtReadFile函数接着调用系统服务接口，最后由系统服务接口调用内核模式中的服务例程，该例程同样名为NtReadFile。

图1 windows2000系统结构

我们经常说NtReadFile是I/O管理器的一部分。“I/O管理器(I/O Manager)”这个术语多少有些误导，系统中并不存在名为“I/O管理器”的单独执行模块。但当我们讨论围绕在驱动程序周围的操作系统服务“云”时，我们需要使用一个名字来代表，而“I/O管理器”就是我们通常使用的名字。

系统中还有许多与NtReadFile相似的服务例程，它们同样运行在内核模式中，为应用程序请求提供服务，并以某种方式与设备交互。它们首先检查传递给它们的参数以保护系统安全或防止用户模式程序非法存取数据，然后创建一个称为“I/O请求包(IRP)”的数据结构，并把这个数据结构送到某个驱动程序的入口点。在刚才的ReadFile调用中，NtReadFile 将创建一个主功能代码为IRP_MJ_READ(DDK头文件中的一个常量)的IRP。实际的处理细节可能会有不同，但对于NtReadFile例程，可能的结果是，用户模式调用者得到一个返回值，

表明该IRP代表的操作还没有完成。用户模式程序也许会继续其它工作然后等待操作完成，或者立即进入等待状态。不论哪种方式，设备驱动程序对该IRP的处理都与应用程序无关。

执行IRP的设备驱动程序最后可能会访问硬件。对于PIO方式的设备，IRP_MJ_READ操作将导致直接读取设备的端口(或者是设备实现的内存寄存器)。尽管运行在内核模式中的驱动程序可以直接与其硬件会话，但它们通常都使用硬件抽象层(HAL)访问硬件。读操作最后会调用READ_PORT_UCHAR从某个I/O口读取单字节数据。HAL例程执行的操作是平台相关的。在Intelx86计算机上，HAL使用IN指令访问设备端口，在Alpha计算机上，HAL使用内存提取指令访问设备实现的内存寄存器。

驱动程序完成一个I/O操作后，通过调用一个特殊内核模式服务例程来完成该IRP。完成操作是处理IRP的最后动作，它使等待的应用程序恢复运行。

WINDOWS 98概述

图2显示了Windows 98的基本结构。其操作系统内核称为虚拟机管理器(VMM)，因为它的主要工作就是创建“虚拟”机器，这些虚拟机器共享同一个物理机器。Windows3.0引入虚拟设备驱动程序(VxD)的原始目的就是为了虚化设备，以帮助VMM实现每个虚拟机器都拥有全部硬件的假象。VMM架构也被引入Windows 98，并能处理新硬件和32位应用程序。

图2 windows 98系统结构

Windows 98不能像Windows 2000那样整洁地处理I/O操作。在处理磁盘操作、通讯口操作、键盘操作，等等方面与Windows 2000有很大不同。Windows 98以两种完全不同的方式为32位应用程序和16位应用程序提供服务。见图3。

图3 windows 98中的I/O请求

图3的左侧显示了32位应用程序的I/O请求处理过程。应用程序调用的Win32API(例如ReadFile)是系统DLL(如KERNEL32.DLL)中的服务例程，但应用程序仅能用ReadFile读磁盘文件、通讯口，和有WDM驱动程序的设备。对于其它种设备，应用程序必须使用基于DeviceIoControl的特殊方式。并且Windows 98的系统DLL含有与Windows 2000不同的代码。ReadFile的用户模式部分(如参数检验，Windows 2000在内核中实现)使用某个专用机制到达内核模式驱动程序。磁盘文件操作使用一种机制，串行口操作使用另一种机制，而WDM设备也有自己专用的机制进入内核。所有这些机制都利用软件中断30h来实现用户模式到内核模式的转换，但它们之间又完全不同。

图3的中间显示了16位Windows应用程序的I/O请求处理过程，右侧是MS-DOS应用程序的I/O请求处理过程。在这两种形式中，用户模式应用程序直接或间接地调用了用户模式的驱动程序，原理上，这些用户模式驱动程序可以直接操作机器硬件而不用其它系统部件支持。例如，Win16程序通过调用名为COMM.DRV的16位DLL间接地执行串行口I/O。(到Windows 95为止，COMM.DRV仍是一个单独的驱动程序，它挂在IRQ3和IRQ4上，直接向串行口芯片发出IN和OUT指令) 虚拟通信(指虚拟机器之间的沟通)设备(VCD)驱动程序通过截获I/O

端口操作来保证两个虚拟机不同时访问相同的端口。如果以一种神秘的方式思考这个过程，你可以这样认为，用户模式驱动程序使用了一个基于I/O截获操作的“API”，像VCD这样的“虚拟化”驱动程序就是通过冒充硬件操作来实现假API服务的。

Windows 2000的所有内核模式I/O操作都使用一个公用的数据结构(IRP)。而Windows 98没有达到这样高度统一，其串行口驱动程序要遵从由VCOMM.VXD规定的port驱动程序函数调用规范，而磁盘驱动程序则遵从IOS.VXD实现的包驱动层次架构。其它设备类驱动程序也有其它的实现方式。

如果要把WDM引入Windows 98，就必须使Windows 98内部架构与Windows 2000非常类似。Windows 98包含了NTKERN.VXD(VMM32.VXD)系统模块，该模块含有大量Windows NT内核支持函数的Windows实现。NTKERN.VXD使用与Windows 2000相同的方式创建IRP并发送IRP到WDM驱动程序。实际上，WDM驱动程序几乎区别不出这两个环境的不同。

Windows 2000系统可以使用多种驱动程序，图4显示了其中几种。

图4Windows2000中的设备驱动程序种类

?虚拟设备驱动程序(VDD)是一个用户模式部件，它可以使DOS应用程序访问x86平台上的硬件。VDD通过屏蔽I/O权限掩码来捕获端口存取操作，它基本上是模拟硬件操作，这对于那些直接对裸机硬件编程的应用程序特别有用。尽管这种驱动程序在Windows 98和Windows 2000中共享一个名称并且有相同的功能，但实际上它们完全不同。我们用VDD缩写代表这种驱动程序，用VxD缩写代表Windows 98中的虚拟设备驱动程序以示区别。

?内核模式驱动程序的分类包含许多子类。PnP驱动程序就是一种遵循Windows 2000即插即用协议的内核模式驱动程序。准确地说，本书涉及的所有内容都是面向PnP驱动程序的。

?WDM驱动程序是一种PnP驱动程序，它同时还遵循电源管理协议，并能在Windows 98和Windows 2000间实现源代码级兼容。WDM驱动程序还细分为类驱动程序(class driver)和迷你驱动程序(minidriver)，类驱动程序管理属于已定义类的设备，迷你驱动程序向类驱动程序提供厂商专有的支持。

?显示驱动程序是用于显示和打印设备的内核模式驱动程序。

?文件系统驱动程序在本地硬盘或网络上实现标准PC文件系统模型(包括多层次目录结构和命名文件概念)。

?遗留设备驱动程序也是一种内核模式驱动程序，它直接控制一个硬件设备而不用其它驱动程序帮助。这种驱动程序主要包括Windows NT早期版本的驱动程序，它们可以不做修改地运行在Windows 2000中。

3 WDM驱动程序模型

在WDM驱动程序模型中，每个硬件设备至少有两个驱动程序。其中一个驱动程序我们称为功能(function)驱动程序，通常它就是你认为的那个硬件设备驱动程序。它了解使硬件工作的所有细节，负责初始化I/O操作，有责任处理I/O操作完成时所带来的中断事件，有责任为用户提供一种设备适合的控制方式。

另一个驱动程序我们称为总线(bus)驱动程序。它负责管理硬件与计算机的连接。例如，PCI总线驱动程序检测插入到PCI槽上的设备并确定设备的资源使用情况，它还能控制设备所在PCI槽的电流开关。

有些设备有两个以上的驱动程序。我们使用术语过滤器驱动程序(filter driver)来描述它们。某些过滤器驱动程序仅仅是在功能驱动程序执行I/O操作时进行监视。多数情况是：硬件或软件厂商利用过滤器驱动程序修改现有功能驱动程序的行为。上层过滤器驱动程序在功能驱动程序之前看到IRP，它们有机会为用户提供额外的特征，而功能驱动程序根本不知道。有时，一个上层驱动程序可以修正功能驱动程序或硬件存在的毛病或缺陷。低层过滤器驱动程序在功能驱动程序要向总线驱动程序发送IRP时看到IRP。在某些情况下，例如当USB 设备插入USB总线时，低层过滤器驱动程序可以修改功能驱动程序要执行的总线操作流。

WDM功能驱动程序通常由两个分离的执行文件组成。一个文件是类驱动程序，它了解如何处理操作系统使用的WDM协议(有些协议相当复杂)，以及如何管理整个设备类的基本特征。USB照相机类驱动程序就是一个例子。另一个文件称为迷你驱动程序(minidriver)，它包含类驱动程序用于管理设备实例的厂商专有特征例程。类驱动程序和迷你驱动程序合在一起才成为一个完整的功能驱动程序。

可以把一个完整的驱动程序看作是一个容器，它包含许多例程，当操作系统遇到一个IRP时，它就调用这个容器中的例程来执行该IRP的各种操作。图5-1表现了这个概念。有些例程，例如DriverEntry和AddDevice，还有与几种IRP对应的派遣函数将出现在每一个这样的容器中。需要对IRP排队的驱动程序一般都有一个StartIo例程。执行DMA传输的驱动程序应有一个AdapterControl例程。大部分能生成硬件中断的设备，其驱动程序都有一个中断服务例程(ISR)和一个推迟过程调用(DPC)例程。驱动程序一般都有几个支持不同类型IRP的派遣函数，其中三个派遣函数是必须的。所以，WDM驱动程序开发者的一个任务就是为这个容器选择所需要的例程。

图5 WDM驱动程序“容器”中的内容

WDM模型使用了如图6的层次结构。图中左边是一个设备对象堆栈。设备对象是系统为帮助软件管理硬件而创建的数据结构。一个物理硬件可以有多个这样的数据结构。处于堆栈最底层的设备对象称为物理设备对象(physical device object)，或简称为PDO。在设备对象堆栈的中间某处有一个对象称为功能设备对象(functional device object)，或简称FDO。在FDO的上面和下面还会有一些过滤器设备对象(filter device object)。位于FDO上面的

过滤器设备对象称为上层过滤器，位于FDO下面(但仍在PDO之上)的过滤器设备对象称为下层过滤器。

图6 WDM中设备对象和驱动程序的层次结构

4 WDM驱动工作原理

WDM支持USB、IEEE 1394、ACPI等全新的硬件标准。而且以往在两个平台上同时运行时需要编写两个截然不同的驱动程序，现在只需要编写一个WDM驱动程序就可以了。

WDM驱动程序也是分层的，即不同层上的驱动程序有着不同的优先级，而Windows 9x 下的VxD则没有此结构。另外，WDM还引入了功能设备对象FDO(Functional Device Object)与物理设备对象PDO(Physical Device Object)两个新类来描述硬件，一个PDO对应一个真实硬件。

一个硬件只允许有一个PDO，却可以拥有多个FDO，在驱动程序中直接操作的不是硬件而是相应的PDO与FDO。在Ring-3与Ring-0通讯方面，系统为每一个用户请求打包形成一个IRP结构，将其发送至驱动程序，并通过识别IRP中的PDO来区别是发送给哪一个设备的。

在驱动程序的加载方面，WDM不通过驱动程序名称识别，而是通过一个128位的GUID来实现驱动程序的识别。

5 WDM驱动开发

5.1开发工具选择

目前开发软件最要有3种：① Microsoft 的 Windows2000 DDK工具。②KRFTech 公司的WinDriver。③NuMega公司的DriverStudio。虽然利用DDK开发驱动程序难度较大，但是代码非常简洁，结构清晰，效率高。所以选择DDK驱动程序开发包。调试工具也有很多，比如SofeICE。它可以在源代码级调试WDM驱动程序，可以调试任何代码，包括中断服务例程。具体开发是在VC 6.0集成环境中进行的。

安装时，需要准备下列软件：WIN32 SDK或者PLATFORM SDK、NT DDK、VC++ 6.0。具体安装步骤如下：

(1)安装Win32 SDK或者PLATFORM SDK到C:\MSTOOLS。

(2)如果是安装PLATFORM SDK，安装完成后请修改注册表：

HKEY_CURRENT_USER\Environment ，添加一个“MSTOOLS”字符串，值为C:\MSTOOLS。

(3)安装VC++ 6.0。

(4)安装NT DDK到C:\NTDDK。

5.2程序进入点

运行的，I/O Manager首先调用驱动程序的DriverEntry()。DriverEntry在DDK Compiler 编译出来的输出符号表是“DriverEntry@8”，原因是微软的C编译器把stdcall函示（例如VcDCall）的名称加上“记号”，加上一个＠符号，在附上参数的总字节个数，8指此function 的所有参数所占的byte数。

DriverEntry函数有两个参数，其中第一个参数PDRIVER_OBJECT DriverObject是指向该驱动程序对应的对象指针；PUNICODE_STRIN如同许多语言从main函数开始，WDM驱动程序的加载（Loading）乃至于动作，以及其卸载（Unload）行为，都有其步骤与规则。WDM 驱动程序可以动态式的加载与卸载，当侦测到设备（Device）插入的时候，依据“PnP Manager”会自动地加载相对应的设备驱动程序，然后成为“Driver Object”，并调用DriverEntry 函数。所有的WDM驱动程序，都必须拥有这个DriverEntry例程（routine），而且“此一名称不可改变”的，所有的驱动程序也是从这里开始G RegistryPath，驱动程序的服务主要键码，这个参数的使用时机并不多。以下是一个简单而标准的DriverEntry基本实现：

NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT DriverObject, PUNICODE_STRING

pRegistryString)

{

//PDEVICE_OBJECT DriverObject;

UNICODE_STRING deviceName;

RtlInitUnicodeString( &deviceName, DEVICE_NAME );

status = IoCreateDevice( DriverObject, 0, &deviceName,

FILE_DEVICE_UNKNOWN, FILE_DEVICE_SECURE_OPEN, true, &pDeviceObj );

UNICODE_STRING linkName;

RtlInitUnicodeString( &linkName, LINK_NAME );

status = IoCreateSymbolicLink( &linkName, &deviceName );

DriverObject->DriverUnload = DriverUnload;

DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] =

DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] =

DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL] = xxDriverDispatch;

DriverObject->DriverUnload = xxUnload;

return STATUS_SUCCESS;

}

5.3 IRQL

DriverEntry运作在IRQL = PASSIVE_LEVEL等级，所以可以使用标签页内存。WDM有数个经常实现的PASSIVE_LEVEL等级如下：

?DriverEntry

?Dispatch Function：DispatchXxx

?Unload：UnloadXxx

?AddDevice: XxxAddDevice

?Reinitialize: XxxReinitialize

另外还有几个DISPATCH_LEVEL等级的函数如下：

?StartIo

?AdapterControl

?ControllerControl

?IoTimer

?Dpc（延迟程序调用，Deferred Procedure Call）

5.4 派送进程

当DriverEntry函数完成对象的初始化与系统注册之后，接下来的重点便会落在Dispatch Function身上。每当I/O Manager得到一个请求时（例如按键，移动鼠标），它使用请求的函数代码（IoControlCode）调用驱动程序中几个Dispatch进程。

NTSTATUS xxDispatch (IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject,IN PIRP pIrp)

{

NTSTATUS ntStatus = STATUS_SUCCESS;

ULONG IoControlCodes = 0;

PIO_STACK_LOCATION IrpStack=NULL;

pIrp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;

pIrp->https://www.sodocs.net/doc/607720334.html,rmation = 0;

IrpStack = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);

switch (IrpStack->MajorFunction)

{

case IRP_MJ_CREATE:

break;

case IRP_MJ_CLOSE:

break;

case IRP_MJ_DEVICE_CONTROL:

IoControlCodes=IrpStack->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode; switch (IoControlCodes)

{

case IOCTL_1:

break;

case IOCTL_2:

break;

default:

pIrp->IoStatus.Status = STATUS_INVALID_PARAMETER;

break;

}

break;

default:

break;

}

ntStatus=pIrp->IoStatus.Status;

IoCompleteRequest(pIrp,IO_NO_INCREMENT);

return ntStatus;

}

5.5 卸载

Unload负责在驱动程序被停止前做一些必要的处理动作，如释放资源，记录最后状态等。

VOID DriverUnLoad (IN PDRIVER_OBJECT DriverObject)

{

if (DeviceObject) {

IoUnregisterFileSystem(DeviceObject);

IoDeleteDevice(DeviceObject);

//DeviceObject = 0;

}

5.6 编译

驱动程序的编译需要使用DDK（Device Driver Kit）中的build指令，它是一道命令行程序，一般会在后面加上参数：-ceZ。例如：

C:\driver sample>build.exe -ceZ

DDK可用于创建用于 Windows 2000、Windows XP、Microsoft Windows Server 2003、Vista的建置环境，但在Windows操作系统并非默认的功能，必须另行安装。安装完成后你会看到Build Enviroment，free是指release版，check则是debug版。

?Windows XP checked 64 Bit Build Environment

?Windows XP checked Build Environment

?Windows XP free 64 Bit Build Environment

?Windows XP free Build Environment

build指令一开始调用Build.exe编译连接器，从系统“环境变量”（Environment Variable）Include中得到引用文件的地址，然后调用Visual C++的编译链接器Nmake.exe 进行实际的编译链接工作。在编译过程中遇到的错误，遇到的警告，会记录到buildxxx.log，buildxxx.wrn，buildxxx.err等文件中。

5.7 安装

安装过程分成两个步骤：

?首先将编译成的.sys文件复制到Windows NT的System32\\Drivers\\目录下；

接着在Registry的

HKEY_LOCAL_MACHINE\\SYSTEM\\CurrentControlSet\\Services\\下创建和.sys文

件同名的键，然后在之下创建名为Start、Type、ErrorControl的三种REG_DWORD

类型的键值。

6 总结

通过这学期《设备驱动程序开发技术》的学习，我对Windows驱动程序有了基本的了解，使用WDM使得硬件驱动程序更加稳定，让操作系统对硬件更加有效地控制硬件。除了定义一个驱动程序与操作系统连接的标准接口以外，WDM也指明了驱动程序应该采用的更加模块化的设计。这门课程由浅入深，从最简单的程序结构开始，逐步增加内容，循序渐进的讲授安排，这让我以后对这门课的继续学习有深刻的影响。

电子设计自动化大作业

第 1 页 共 4 页 班级 学号 姓名 命题教师 教研室（系）主任审核(签字) …………………………………………装…………………………………订………………………………线……………………………………… 装订线以内不准作任何标记 2012/2013学年第一学期考试题（卷） 课程名称 电子设计自动化 考试性质 考查 试卷类型 A 使用班级 电子0901~03电信0901~02 考试方法 闭卷 人 数 140 题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总 成 绩 成 绩 一、查阅相关资料，说出常用的EDA 工具软件分为哪几类？并写出每一类常用的软 件名称及其特点。（15分）。 目前常用的EDA 工具软件：multiSIM7（原EWB 的最新版本）、PSPICE 、OrCAD 、 PCAD 、Protel 、Viewlogic 、Mentor 、Graphics 、Synopsys 、LSIIogic 、Cadence 、MicroSim 等等。一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行电路设计与仿真，同进还可以进行PCB 自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。①SPICE （Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis ）：是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件，1998年被定为美国国家标准。1984年，美国MicroSim 公司推出了基于SPICE 的微机版PSPICE （Personal-SPICE ）。现在用得较多的是PSPICE6.2，可以说在同类产品中，它是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真EDA 软件，在国内普遍使用。最新推出了PSPICE9.1版本。它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真，都可以得到精确的仿真结果，并可以自行建立元器件及元器件库。②multiSIM （EWB 的最新版本）软件：是Interactive Image Technologies Ltd 在20世纪末推出的电路仿真软件。其最新版本为multiSIM7，目前普遍使用的是multiSIM2001，相对于其它EDA 软件，它具有更加形象直观的人机交互界面，特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表与操作真实实验中的实际仪器仪表完全没有两样，但它对模数电路的混合仿真功能却毫不逊色，几乎能够100%地仿真出真实电路的结果，并且它在仪器仪表库中还提供了万用表、信号发生器、瓦特表、双踪示波器（对于multiSIM7还具有四踪示波器）、波特仪（相当实际中的扫频仪）、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表等仪器仪表。还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件，比如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路。数字电路方面有74系列集成电路、4000系列集成电路、等等还支持自制元器件。MultiSIM7还具有I-V 分析仪（相当于真实环境中的晶体管特性图示仪）和Agilent 信号发生器、Agilent 万用表、Agilent 示波器和动态逻辑平笔等。同时它还能进行

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数字化设计及仿真

数字化设计及仿真 祝楷天 （盐城工学院优集学院江苏盐城224051） 摘要：制造业信息化的发展促使许多企业建立起了相应的CAD/CAM软件环境平台，并应用CAD/CAM软件进行产品的设计、分析、加工仿真与制造，取得了显著的效果。利用计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)软件系统来完成机床夹具设计过程是加速夹具设计效率、提高设计质量的一种重要手段。但现有的通用CAD/CAM软件没有针对机床夹具设计的完整技术手册资料和三维标准件图库系统，设计人员仍然需要使用传统的纸质工具手册书籍进行资料查询和标准件三维实体图绘制工作，影响了机床夹具设计的效率和质量。因此，研究机床夹具数字化设计手册软件和三维标准件图库系统对满足数字化时代工程技术人员的需要具有重要的作用。 关键词：机械产品；数字化；设计仿真。 Digital design and simulation ZHU Kai-tian （UGS College，Yancheng Institute of Technology，Yancheng，Jiangsu 224051）Abstract: The development of manufacturing industry has led many enterprises to set up the corresponding CAD/CAM software environment platform, and the application of CAD/CAM software for product design, analysis, processing simulation and manufacturing, has achieved remarkable results. Using computer aided design and manufacturing (CAD/CAM) software system to accomplish machine tool fixture design process is an important means to accelerate fixture design efficiency and improve design quality. But the existing general CAD/CAM software does not have the complete technical manual data and the 3D standard part library system for the machine tool fixture design, the design personnel still need to use the traditional paper tools manual books to inquire and the standard piece three-dimensional entity chart drawing work, has affected the efficiency and the quality of the machine tool jig design. Therefore, it is important to study the software and 3D standard part library system of the digital design of machine tool fixture to meet the needs of engineering and technical personnel in the digital age. Keywords: Mechanical products, Digitization , Design simulation.

电子系统设计报告

课程设计实践报告 一、课程设计的性质、目的与作用 本次电子系统设计实践课程参照全国大学生电子设计模式，要求学生综合利用所学的有关知识，在教师的指导下，分析和熟悉已给题目，然后设计系统方案、画原理图及PCB、软件编程，并做出课程设计报告。因此，在设计中，要求学生应该全面考虑各个设计环节以及它们之间的相互联系，在设计思路上不框定和约束同学们的思维，同学们可以发挥自己的创造性，有所发挥，并力求设计方案凝练可行、思路独特、效果良好。 本课程设计的目的是为了让学生能够全面了解电子电路应用系统的整个设计过程，逐步掌握系统开发的以下相关技术： (1)熟悉系统设计概念； (2)利用所学数电、模拟电路知识，设计电路图； (3)利用PROTEL软件画原理图及PCB； (4)熟悉系统项目设计报告填写知识； （5）培养团队合作意识。 通过本课程设计，有助于学生更好地了解整个课程的知识体系，锻炼学生实际设计能力、分析和思考能力，使其理论与实践相结合，从而为后续课程的学习、毕业设计环节以及将来的实际工作打好坚实的基础。 二、课程设计的具体内容 电子系统设计实践课程就是锻炼学生系统设计、分析和思考能力，全面运用课程所学知识，发挥自己的创造性，全面提高系统及电路设计、原理图及PCB 绘画等硬件水平和实际应用能力，从而体现出电子系统设计的真谛。下面是各个设计阶段的具体内容。 1．系统方案认识 根据所设定的题目，能够给出系统设计方案与思路

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(完整版)毕设-简易音乐喷泉设计

电子系统设计 大 作 业 课题：简易音乐喷泉的制作 组员： 任课老师：

目录 一、设计任务和分析 -------------------------------------------------------- 1 二、硬件电路设计 ---------------------------------------------------------- 1 2.1总体设计------------------------------------------------------------ 1 2.2各模块设计---------------------------------------------------------- 2 2.2.1单片机最小系统------------------------------------------------ 2 2.2.2 A/D转换模块------------------------------------------------- 3 2.2.3 音频放大模块-------------------------------------------------- 3 2.2.4 LED灯及电机------------------------------------------------- 4 三、程序设计-------------------------------------------------------------- 5 3.1主程序设计---------------------------------------------------------- 5 3.1.1设计框图------------------------------------------------------ 5 3.1.2程序代码------------------------------------------------------ 5 3.2 A/D转换程序设计--------------------------------------------------- 6 3.2.1 A/D转换程序原理--------------------------------------------- 6 3.2.2 A/D转换程序框图--------------------------------------------- 7 3.2.3 A/D转换子程序代码------------------------------------------- 8 3.3 PWM调压设计------------------------------------------------------- 9 3.3.1 程序框图 ---------------------------------------------------- 9 3.3.2 PWM调压子程序----------------------------------------------- 9 四、调试和测试结果分析 --------------------------------------------------- 11 4.1调试--------------------------------------------------------------- 11 4.2 结果分析 ---------------------------------------------------------- 12

数字化制造技术在工厂中的应用

数字化制造技术在工厂中的应用 数字化制造是对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造的技术。文章以宁夏某机床数字化制造工厂为例，简要介绍数字化制造的必要因素，以及数字化制造较之传统制造业的优势。 数字化制造是指将信息技术用于产品设计、制造以及管理等产品全生命周期中，以达到提高制造效率和质量、降低制造成本、实现快速响应市场需求的目的，所涉及的一系列活动的总称。数字化制造的提出是根据虚拟制造的原理，通过提供虚拟产品开发环境，利用计算机技术和网络技术，实现产品生命周期中的设计、制造、装配、质量控制和检测等各个阶段的功能，达到缩短新产品上市的时间、降低成本、优化设计、提高生产效率和产品的质量。 在传统的机械加工过程中，机械的生产往往以流程为核心，不同的加工流程在不同的设备上运行，流程之间区分明确。但在市场经济的新形势与新技术的冲击之下，功能单一的传统设备正在被具有复合加工能力的加工中心逐渐取代。高速化、复合化、自动化、数字化的机械加工是未来加工行业的发展趋势。 我国的数字化制造技术目前处于快速发展阶段，国内一系列较大型数字化工厂已经建成或处于规划建设阶段，如长春奥迪数字化汽车生产中心，成都西门子工业自动化产品生产及研发基地，北京石油机械厂新厂区等。本文以宁夏某机床数字化制造工厂为例，旨在说明数字化制造技术在现代化工厂中的实际应用。 在数字化制造中，通过建模与仿真技术模拟制造、生产和装配过程，设计者可以在计算机中“制造”出产品，通过揭示制造工艺过程的本质，获得知识及进行制造工艺自主设计和优化控制的能力。而数字化制造实现需要四个要素：数字化生产设备，数字化产品数据，网络化工作环境与智能化管理软件。 生产设备的数字化至关重要：即使有再好的环境网络，没有生产设备的实时信息，其信息化管理的程度也会大打折扣。管理者必须尽可能实时掌握生产的动态，并及时做出反应，所以对现场的生产设备进行实时的掌控，就成为了数字化工厂管理的一个前提条件。 数字化的产品数据，并不是简单的将企业产品图纸、工艺文件、技术资料的管理记录转换成电子表格，而是要建立起一个关系型的数学模型，以数据流作为不同模块之间的沟通渠道。从产品的设计开始，就做好与PDM数据管理系统集成、建立数据共享。数字化的产品结构是数字化制造的前端，这部分的核心在于CAD、PDM软件和技术的应用，解决“做什么”的问题，一切的生产经营活动都是围绕其进行的。 整个的生产经营活动是围绕产品展开的，管理的对象自然也是产品，所以产

三维建模数字化设计与制造

附件4：山西省第九届职业院校技能大赛（高职组） “三维建模数字化设计与制造”赛项规程 一、赛项名称 赛项名称：三维建模数字化设计与制造 赛项组别：高职组 赛项归属产业：加工制造类 二、竞赛目的 本项竞赛旨在考核机械制造、数控技术应用等机械类相关专业的学生，组队完成三维逆向扫描、逆向建模设计、机械创新设计、数控加工技术应用等方面的任务，展现参赛队选手先进技术与设备的应用水平和创新设计等方面的能力，以及跨专业团队协作、现场问题的分析与处理、安全及文明生产等方面的职业素养。引领全省职业院校机械制造类专业将新技术、新工艺、新方法应用于教学，加快校企合作与教学改革，提升人才培养适应我国制造业更新换代快速发展的需要。 三、竞赛内容与方式 （一）竞赛内容 竞赛内容将以任务书形式公布。 针对目前批量化生产的具有鲜明自由曲面的机电类产品（或零部件）进行反求、建模，并对产品(或产品局部)外形进行数控编程与加工，对无自由曲面的结构或零件根据机械制造类专业知识按要求进行局部的创新（或改良）设计。 整个竞赛过程，分为第一阶段“数据采集与再设计”和第二阶段“数控编程与加工”这两个可以分离、前后又相互关联的部分，分别为60%和40%的权重。 1、第一阶段：数据采集与再设计 该阶段竞赛时间为3小时，竞赛队完成三项竞赛任务。

任务1：样品三维数据采集。利用给定三维扫描设备和相应辅助用品，对指定的外观较为复杂的样品进行三维数据采集。该模块主要考核选手利用三维扫描设备进行数据采集的能力； 任务2：三维建模。根据三维扫描所采集的数据，选择合适软件，对上述产品外观面进行三维数据建模。该模块主要考核选手的三维建模能力，特别是曲面建模能力； 任务3：产品创新设计。利用给定样品和已经完成的任务2内容，根据机械制造知识，按给定要求对样品中无自由曲面部分的结构或零件或附属物进行创新设计。该模块主要考核选手应用机械综合知识进行机械创新设计的能力。 2、第二阶段：数控编程与加工 竞赛时间为3小时，竞赛队完成两项竞赛任务。 任务4：数控编程与加工。赛场提供第一阶段被测样品的标准三维数据模型,选手根据这组三维模型数据和赛场提供的机床、毛坯，选择合适软件对该产品进行数控编程和加工。主要考核选手选用刀具，以最佳路径和方法按时高质量完成指定数控加工任务。并考核选手工艺编制、程序编制、机床操作等方面的能力。 任务5：职业素养。主要考核竞赛队在本阶段竞赛过程中的以下方面： （1）设备操作的规范性； （2）工具、量具的使用； （3）现场的安全、文明生产； （4）完成任务的计划性、条理性，以及遇到问题时的应对状况等。 （二）竞赛方式 1、竞赛采用团体赛方式。 2、竞赛队伍组成：每支参赛队由2名正式学生比赛选手组成，其中队长1名。每队设指导教师2名。

现代电子系统设计与实践 复习资料

一、选择题 1、蓝色发光二极管正常工作时，其二端电压大约等于（） A、1V B、2V C、3V D、4V 2、二极管由于省电，长寿，鲜艳而常被用来作指示，以下哪个工作电流是合适的？（） A、0.5mA B、5mA C、50mA D、500mA 3、三极管在放大状态工作在什么区？（） A、截止区 B、放大区 C、非线性区 D、饱和区 4、整流电源中的滤波电容的取值与负载有关，R*C取值？（） A、>（2~5）T/2 B、>（2~5）T/2 C、C=1000uF D、随意 5、单晶体管由于其震荡的特有特性常可用于（） A、放大特性 B、负阻特性 C、同步控制 D、震荡特性 6、我们经常可以看到，在电子产品中，有黑色的铝材，都是为了（C） A、美观 B、增加重量 C、便于散热 D、便于器件固定 7、运放工作正常的时候，其同相端和反相端的电压是（） A、6V B、1/2Vcc C、1/3Vcc D、1/4Vcc 8、差分电路中的射极电阻可以提高放大器的（） A、工模抑制比 B、差模电压增益 C、共模电压增益 D、输入信号的线性范围 9、反相器作放大器时，其上的反相电阻可以取（） A、100欧 B、1千欧 C、100千欧 D、1兆欧 10、共发射极放大电路中，Uce取多少才合适（） A、6V B、1/2 Vcc C、1/3Vcc D、1/4Vcc 11、为了改善组合逻辑电路由于竞争而出现冒险而影响后续电路的正常工作，下面哪项措施是不妥的（） A、增加选通门 B、换滤波器 C、选高速器件 D、消除卡诺图中的相切相

12、用CMOS非门制作的晶体振荡器中，没有信号输出，最易疏忽的是（） A、忘了换电容 B、震荡电容用了电解电容 C、忘了接反馈电阻 D、忘了接电容 13、设计多输出组合逻辑，既方便又经济的是采用（） A、门电路 B、译码器 C、数据选择器 D、CPLD 14、普通的单电压比较器，左转换点，可能出现来回振荡现象，解决的办法是（） A、提高比较电压 B、加负反馈 C、加正反馈 D、降低比较电压 15稳压二极管是利用它的（）特性 A、稳压特性 B、非线性 C、发光原理 D、单向导电特性 16、高频放大器通常工作在（） A、甲类 B、乙类 C、丙类 D、丁类 17、检波二极管是利用它的（）特性 A、稳压特性 B、非线性 C、发光原理 D、单向导电特性 18、做实验时常常不小心把电源短路了，但也没发现电源坏了，那是因为（） A、电源质量不好 B、有过压保护 C、有输出过载保护 D、运气好 19、OTL放大器通常工作在（） A、甲类 B、乙类 C、丙类 D、丁类 20、检波电路的后缀如果输入阻抗不够大，可能会出现（） A、惰性失真 B、滤波效果变差 C、限幅失真 D、负锋切割 21、在正交鉴频电路中，为了便于制作正交线圈，和降低成本，实际的正交线圈是一个（） A、纯电感 B、晶体 C、并有合适的电容 D、并了个电阻 22、差分电路中的恒流源可以提高放大器的（） A、工模抑制比 B、差模电压增益 C、共模电压增益 D、输入信号的线性范围 23、对于MCS-51系列单片机，内部RAM中堆栈指针SP的指针指向（）

电子系统设计与实践课程设计——多点温度测量(汇编语言+C语言版)

《电子系统设计与实践》 课程设计报告 课程设计题目：多点温度测量系统设计专业班级：2012级电子信息科学与技术 学生姓名：罗滨志（120802010051） 张倩（120802010020） 冯礼哲（120802010001） 吴道林（120802010006） 朱栖安（120802010039）指导老师：刘万松老师 成绩： 2015 年6 月27日 目录

摘要 (4) 1 总体设计 (4) 1.1 功能要求 (5) 1.2 总体方案及工作原理 (5) 2 系统硬件设计 (6) 2．1 器件选择 (6) 2.1.1主要器件的型号 (6) 2.1.2 AT89C51 (7) 2.1.3智能温度传感器DS18B20 (9) 2.1.4晶振电路方案 (9) 2.1.5 LED液晶显示器 (10) 2.1.6复位电路方案 (10) 2.2 硬件原理图 (11) 3 系统软件设计 (11) 3.1基本原理 (11)

3.1.1主程序 (11) 3.1.2读ROM地址程序 (12) 3.1.3显示ROM地址程序 (13) 3.1.4读选中DS18B20温度的程序 (13) 3.1.5显示温度程序 (14) 3.2软件清单 (15) 3.2.1汇编语言程序 (15) 3.2.2 C语言程序 (24) 4实验步骤 (29) 4.1汇编语言程序调试 (29) 4.2 C语言程序调试 (30) 4.3实验仿真 (31) 5设计总结 (32) 6参考文献： (33)

摘要 温度是我们生活中非常重要的物理量。随着科学技术的不断进步与发展，温度测量在工业控制、电子测温计、医疗仪器，家用电器等各种控制系统中广泛应用。温度测量通常可以使用两种方式来实现：一种是用热敏电阻之类的器件，由于感温效应，热敏电阻的阻值能够随温度发生变化，当热敏电阻接入电路时，则流过它的电流或其两端的电压就会随温度发生相应的变化，再将随温度变化的电压或者电流采集过来，进行A/D转换后，发送到单片机进行数据处理，通过显示电路，就可以将被测温度显示出来。这种设计需要用到A/D转换电路，其测温电路比较麻烦。第二种方法是用温度传感器芯片，温度传感器芯片能把温度信号转换成数字信号，直接发送给单片机，转换后通过显示电路显示即可。这种方法电路比较简单，设计方便，现在使用非常广泛。 关键词：多点温度测量单片机温度传感器 1 总体设计 多路温度测量系统的总体结构如图1所示，根据要求，整个系统包含以下几个部分：51单片机、时钟电路、复位电路组成的51单片机小系统；多块测温模块；显示温度值的显示模块和按键模块。测温模块由温度传感器组成，温度传感器采用美国Dallas半导体公司推出的智能温度传感器DS18B20，温度测量范围为-55 -- +125，可编程为9到12位的A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625C，完全能够满足系统要求。DS18B20采用单总线结构，只需要一根数据线DQ即可与单片机通信，多个DS18B20可同时连接在一根数据线上与单片机通信。显示器可采用LCD液晶显示器，显示信息量大、效果好、使用方便。

数字系统设计大作业

2014 ~ 2015学年第1 学期 《数字系统设计》 大作业 题目：4×4阵列键盘键信号检测电路设计专业：电子信息工程 班级： 姓名： 指导教师： 电气工程学院 2015 年12月

摘要 人类文明已进入到高度发达的信息化社会。信息化社会的发展离不开电子信息产品开发技术、产品品质的提高和进步。电子信息产品随着科学技术的进步，其电子器件和设计方法更新换代的速度日新月异。实现这种进步的主要原因就是电子设计技术和电子制造技术的发展，其核心就是电子设计自动化（EDA，Electronic Design Automation）技术，EDA技术的发展和推广应用又极大地推动了电子信息产业的发展。为保证电子系统设计的速度和质量，适应“第一时间推出产品”的设计要求，EDA技术正逐渐成为不可缺少的一项先进技术和重要工具。目前，在国内电子技术教学和产业界的技术推广中已形成“EDA热”,完全可以说，掌握EDA技术是电子信息类专业学生、工程技术人员所必备的基本能力和技能。 本设计主要利用VHDL硬件描述语言在EDA平台xilinx.ise.7.1i上设计一个4×4阵列键盘扫描电路，将行扫描信号输入阵列键盘，读取列信号的值，输出按键编码，从而判断出按键按下的位置。并且使用Modelsim软件进行模拟仿真，下载到EDA实验箱进行硬件验证。 关键词：EDA VHDL语言 4×4阵列键盘扫描

目录 《数字系统设计》 (1) 数字系统设计.............................................................................. 错误！未定义书签。摘要 (2) 关键词：EDA VHDL语言 4×4阵列键盘扫描 (2) 1、实验目的 (4) 2、实验要求 (4) 3、实验原理 (4) 4、总体框图 (5) 4.1.1方案一 (5) 4.1.2方案二 (5) 4.2设计思路 (6) 5、功能模块介绍 (8) 5.1键盘消抖模块 (8) 5.2键盘模块 (8) 5.3VHDL部分程序 (8) 6、实验结果 (10) 6.1综合电路图 (10) 6.2时序仿真 (11)

数字化制造技术

数字化制造技术课程设计说明书 姓名 学号 班级 起讫时间2016.1.3—2016.1.13 指导老师 南通大学机械工程学院

目录 1、课程设计任务及要求 (2) 2、零件2的Solidworks三维建模 (2) 2.1 底座拉伸建模 (2) 2.2 上部拉伸 (4) 2.3 上部半圆孔拉伸切除 (4) 2.4 零件2三维图 (5) 3、零件2的Mastercam模拟仿真加工 (6) 3.1 铣削底座 (6) 3.2 上部凸台铣削 (7) 3.3 凸台轮廓铣削 (8) 3.4 铣削半圆孔 (8) 3.5 铣削底面 (9) 3.6 钻直径15mm孔 (9) 4、零件1的SolidWorks三维建模 (10) 4.1 零件1旋转拉伸 (10) 4.2 倒圆角 (11) 4.3 拉伸切除孔 (11) 4.4零件1三维建模 (12) 5、零件1的Mastercam模拟仿真加工 (13) 5.1 铣削直径240mm外圆 (13) 5.2 铣上平面 (14) 5.3 铣直径100mm外圆 (15) 5.4 铣第二台阶外圆 (15) 5.5 铣环形槽 (16) 5.6 倒直径240mm外圆和直径100mm外圆圆角 (16) 5.7 加工对称面 (17) 5.8 钻孔M20×4孔 (17) 5.9 钻M50中心孔 (18) 参考文献 (19) 附录1 (20) 附录2 (21)

1、课程设计任务要求 学习并熟练掌握SolidWorks和Mastercam两个软件，并对所给零件图中任选两个零件。对所选的零件应进行SolidWorks三维建模以及Mastercam模拟仿真加工，对于关键步骤应当适应截图并标以文字说明，文字说明应包含所选方法和参数。 2、零件2的Solidworks三维建模 零件2相关尺寸如图（图2.1 零件2图纸），然后进行零件的SolidWorks 三维建模。 图2.1 零件2图纸 2.1底座拉伸建模 采用拉伸造型的方法对零件底座进行拉伸造型。按照尺寸绘制草图（图 2.2 底座拉伸草图），然后拉伸完成底座建模（图2.3 底座三维图）。

数字化设计与制造

数字化设计与制造 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

数字化设计与制造 一、背景 在计算机技术出现之前，机械产品的设计与加工的方式一直都是图纸设计和手工加工的方式，这种传统的产品设计与制造方式，这使得产品在质量上完全依赖于产品设计人员与加工人员的专业技术水平，而数量上则完全依赖于产品加工人员的熟练程度，而随着工业社会的不断发展，人们对机械产品的质量提出了更高要求，同时数量上的需求也不断增长。为了适应社会对机械产品在质量与数量上的需求，同时也为了能进一步降低机械产品的生产成本，人们在努力寻求一种全新的机械产品设计与加工方式，而二十世纪四五十年代以来计算机技术的出现及其发展，特别是计算机图形学的出现，让人们看到了变革传统机械产品设计与生产方式的曙光。于是，数字化设计与制作方式应运而生，人们逐步将机械产品的设计与加工任务交给计算机来做，这一方面使得机械产品的设计周期大大缩短，另一方面也使得产品的质量与数量基本摆脱了对于设计与加工人员的依赖，从而大大提升了产品的质量，降低了产品的生产成本，同时也使得产品更加适合批量化生产。 二、概念 数字化设计：就是通过数字化的手段来改造传统的产品设计方法，旨在建立一套基于计算机技术和网络信息技术，支持产品开发与生产全过程的设计方法。 数字化设计的内涵：支持产品开发全过程、支持产品创新设计、支持产品相关数据管理、支持产品开发流程的控制与优化等。 其基础是产品建模，主体是优化设计，核心是数据管理。 数字化制造：是指对制造过程进行数字化描述而在数字空间中完成产品的制造过程。 数字化制造是计算机数字技术、网络信息技术与制造技术不断融合、发展和应用的结果，也是制造企业、制造系统和生产系统不断实现数字化的必然。

机电一体化系统设计大作业

6011机电一体化系统设计基础大作业 责任教师高秋红 学校：北京一轻高级技术学校学号：111100140 姓名： 一、基础知识题（每题10分，共40分） 1.机电一体化系统的定义？机电一体化产品的分类？ 答：机电一体化系统是由机械技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。 按发展水平分：功能附加型初级系统，功能代替型中级系统，机电融合型高级系统 按应用分：民用机电一体化产品，办公机电一体化产品和产业机电一体化产品 2. 机电一体化系统的基本组成要素？试分析试说明图中的各个部分分别属于机电一体化系统的哪一基本结构要素。 答：按照机电一体化系统的基本结构要素，图示数控机床的各个部分归类如下：（1）控制及信息处理单元：键盘、计算机、显示 （2）测试传感部分：光电编码器、信号处理 （3）能源：电源 （4）驱动部分：功放、电机 （5）执行机构：联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台

3. 为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度？ 机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形等所引起的误差大大减少，同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰因素造成的误差，从而提高精度。 4．简述机电一体化产品设计的工程路线（主要步骤） 机电一体化产品设计的工程路线（主要步骤）：拟定产品开发目标和技术规范；收集资料，市场分析，可行性分析和技术经济性分析；总体方案设计；总体方案的评审和评价；详细设计；详细设计方案的评审和评价；试制样机；样机实验，测试；技术评价与审定；小批量生产；试销；正常生产；销售。 二、综合分析设计题（60分） 1．已知电机驱动的三自由度位置控制系统，单个自由度的驱动系统如图所示。要求： （1）说明单自由度驱动系统的两种测量方案；（20分） 要求给出传感器的类型及具体安装位置。 （2）确定整个系统的控制方案、画出控制系统原理图。（40分） 要求写出两种控制方案，方案一使用工业PC机完成系统的控制和方案二使用单片机完成系统的控制。 解：依题意有两种测量方案 1）高速端测量方案： 传感器安装在电机的尾部，通过测量电机的转角实现工作台位移的间接测量。可选用光电编码器式传感器或者磁电式编码器。

数字化设计与制造的现状和关键技术讲解学习

数字化设计与制造的现状和关键技术 一、数字化设计与制造的发展现状 数字化设计与制造主要包括用于企业的计算机辅助设计（CAD）、制造（CAM）、工艺设计（CAPP）、工程分析（CAE）、产品数据管理（PDM）等内容。其数字化设计的内涵是支持企业的产品开发全过程、支持企业的产品创新设计、支持产品相关数据管理、支持企业产品开发流程的控制与优化等，归纳起来就是产品建模是基础，优化设计是主体，数控技术是工具，数据管理是核心。 由于通过CAM及其与CAD等集成技术与工具的研究，在产品加工方面逐渐得到解决，具体是制造状态与过程的数字化描述、非符号化制造知识的表述、制造信息的可靠获取与传递、制造信息的定量化、质量、分类与评价的确定以及生产过程的全面数字化控制等关键技术得到了解决，促使数字制造技术得以迅速发展。 作为制造业的一个分支，船舶行业要实现跨越式发展，必须以信息技术为基础。世界造船强国从CAX开始，逐步由实施CIMS、应用敏捷制造技术向组建“虚拟企业”方向发展，形成船舶产品开发、设计、建造、验收、使用、维护于一体的船舶产品全生命周期的数字化支持系统，实现船舶设计全数字化、船舶制造精益化和敏捷化、船舶管理精细化、船舶制造装备自动化和智能化、船舶制造企业虚拟化、从而大幅度提高生产效率和降低成本。所谓数字化设计就是运用虚拟现实、可视化仿真等技术，在计算机里先设计一条“完整的数字的船”。不仅可以点击鼠标进入船体内部参观一番，还可以在虚拟的大海中看它的速度、强度、抗风浪能力。这样一来船舶设计的各个阶段和船、机、舾、涂等多个专业模块在同一数据库中进行设计。 船舶是巨大而复杂的系统，由数以万计的零部件和数以千计的配套设备构成，包括数十个功能各异的子系统，通过船体平台组合成一个有机的整体。造船周期一般在10个月以上，既要加工制造大量的零部件，又要进行繁杂的逐级装配，涉及物资、经营、设计、计划、成本、制造、质量、安全等各个方面。这样的一个复杂的系统需要非常强大的信息处理能力。我国船舶行业今年来虽有很大的发展，但与国际造船强国相比，无论在产量，还是在造船技术上差距甚大，信息化水平落后是直接原因。其中，集成化设计系统与生产进程联系不紧密、船舶零部

浅谈数字化制造技术的发展及应用

浅谈数字化制造技术的发展及应用* 钟明灯张颜艳 (闽南理工学院,福建石狮 362700) 摘要:数字化制造技术作为一项专业技术,与传统的制造业有很大 的不同,能极大地提升企业的创新能力。文中从数字化制造技术的定义出发,分析了数字化制造技术国内外的研究现状,阐明了数字化制造技术的关键技术和核心技术,最后对数字化制造技术应用进行实例展示。 关键词:数字化制造技术;关键技术;核心技术;应用实例 中图分类号:TH164 文献标识码:A 文章编 号:1672-4801(2012)06-169-03 数字化时代来临的标志是信息技术的越来越普及,现在信息技术应 用于我们生活的方方面面,特别是在智能领域的应用越来越多。数字化技术是软件和智能技术的基础,是高科技公司赖以生存的核心技术。先进制造技术的应用,拓展了许多制造的新方法和新工艺。数字化技术和先进制造技术的结合,给中国的制造业带来巨大的冲击,前景无限光明。本文从数字化制造技术的定义出发,分析了数字化制造技术国内外的研究现状。 制造装备?电子制造装备?军工制造装备?轻工制造装备等等; 3) 管理数字化。制造?工程?用户和供应商的集成。 2 国内外数字化制造相关技术的应用现状[2~4] 最早开始应用数字化制造技术是美国,19世纪50年代,MIT发明了NC 机床和CAM处理系统APT系统,K&T公司研制成功了带ATC的加工中心和

UT公司研制成功了带自动换刀方式的世界上第一台加工中心。60?70年代,CAD软件(二维绘图和三维造型)的出现和FMS(柔性化制造系统)系统的出现,以及CAD/CAM系统的发展。进入80年代,出现了CIMS(计算机集成制造系统),使波音公司的飞机在设计?制造和管理的时间由原先的八年缩短到三年。从80年代末期到现在,出现了在机械?航空航天?汽车?造船等领域广泛应用的CAD/CAM一体化三维软件(包括现在所熟知的软件:CATIA,I-DEAS,Por/E,MASTERCAM,等等)。90年代发展起来的RP(快速成型技术),可以对产品进行快速评价?修改及功能试验,有效地缩短了开发产品的时间。数字化制造技术不断发展,造成了现代制造业的繁荣。 伴随着2008年经济危机的余波,我国制造业面临巨大的挑战,数字化将是其中一个重要的突破口。曾经人是作为制造业的主导因素,而在未来信息化将成为制造业的决定因素。从图1中可以看出进入信息时代后,信息在制造过程中所起的作用非常巨大。 由于支撑数字化制造技术的软硬件主要来源于美国?欧洲和日本,与国外相比,国内在数字化制 1 数字化制造技术的定义 相对于传统的制造业,有人会把它和先进制造业相混淆,认为数字化制造就是NC(数控)或CNC(计算机数控),更有甚者,有人会说数字化制造就是CAD(计算机辅助设计)/CAM(计算机辅助制造)的集成?FMS(柔性化制造系统)?CIMS(计算机集成制造系统)等等。

机电一体化系统设计(期末大作业,含答案)

1 电子科技大学网络教育考卷（A 卷） (20 年至20 学年度第 学期) 考试时间 年 月 日(120分钟) 课程 机电一体化系统设计 教师签名 朱成华 一、名词解释(每题2分，共10分) 1. 传递函数； 答：于线性定常系统,在零初始条件下,系统输出量的拉氏变换与引起该 输出的输入量的拉氏变换之比,称为系统的传递函数 2. 开发性设计； 答：开发性设计是指在没有参照的情况下仅根据抽象的设计原理和要求设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品。 3. PLC ； 答：PLC 是指可编程逻辑控制器。 4.SSR ； 答：SSR 是指固态继电器是一种带光电隔离的器的无触点开关。 5. D/A ： 答：D/A 是把数字量变成模拟量的装置。 二、判断正误(每题1分，共10分) 1. 匹配Z 变换法适用于具有因式分解形式的传递函数。( √ ) 2.双线性变换法就是突斯汀法，是控制系统中常用的一种离散化方法。( × ) 3. 步进电机一般采用开环控制系统。（ × ） 4.滚珠丝杆具有自锁能力。( × ) 5. 改变脉冲频率可以改变步进电机的转速。（ √ ） 6.改变直流电机电枢电压可以改变其转速。( √ ) 7. 闭环控制系统是负反馈控制系统。( √ ) 8. 光电隔离电路主要由光电耦合器的光电转换器组成，入端为光敏三极管，出端为发光二极管。( × ) 9. 步进电动机的进给系统采用齿轮传动，不仅是为了求得所需的脉冲当量，还有满足结构要求和增大转矩的作用。（ × ） 10. 大惯量直流电动机的转子惯量大，小惯量直流电动机的转子惯量小。( √ ) 三、填空(每题2分，共10分) 1. 机电一体化对机械系统的基本要求是（ 高精度、低惯性、高稳定性 ）。 2. 传感器一般是由（敏感元件、传感元件和转换电路）三部分组成。 3. I/O 接口的编址方式，通常有两种编址方式，一种是（与存储器统一编址）另一种是（独立编址）。 4. 直流伺服电动机按励磁方式可分为（永磁式）和（电磁式）两种。 5. 直线运动导轨的作用是（支持和导向的作用）。 四、选择题(单选或多选) (每题2分，共30分) 1.（ B ）是机电一体化的基础。 A. 计算机与信息处理技术 B.精密机械技术 C. 检测与传感技术 D. 自动控制技术 2. 机电产品艺术造型的三要素是（ A 、C 、D ）。 A. 功能 B. 色调 C. 艺术内容 D. 物质技术条件 3. 机电一体化对机械系统的基本要求中（ D ）要求是首要的。 A. 可靠性 B. 低惯性 C. 稳定性 D. 高精度 4. 机电一体化产品中的机械系统包括（ D ）三部分。 A. 传动机构、检测机构、导向支承机构 B.检测机构、导向支承机构、执行机构 C. 检测机构、传动机构、执行机构 D. 执行机构、导向支承机构、传动机构 5. 根据滚珠丝杠的用途不同，将滚珠丝杠副分为定位滚珠丝杠副和（ A ）。 A. 传动滚珠丝杠副 B. 单圆弧滚道滚珠丝杠副 C.双圆弧滚道滚珠丝杠副 D.内循环滚珠丝杠副 6. 导轨常用的材料有（ A 、B 、 C 、D ）。 A.铸铁 B.钢 C.有色金属 D. 塑料 7. 直线运动导轨的基本形状有（ A 、B 、 C 、D ）。 A. 三角形 B. 圆形 C.矩形 D. 燕尾形 8. 按控制方式不同，可将伺服系统分为：开环控制系统、闭环控制系统和（ D ）。 A. 电器伺服系统 B. 液压伺服系统 C. 位置控制系统 D. 半闭环控制系统 9. 直流伺服电机按定子磁场产生方式可分为（ A ）。 A. 永磁式和他励式 B. 永磁式和可变磁阻式 C. 他励式和混合式 D. 可变磁阻式和混合式 10.数字滤波方式中（ A ）能有效滤去由于偶然因素引起的波动。 A. 中值滤波 B. 算术平均滤波 C. 滑动平均滤波 D.低通滤波