航天电子技术范文

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篇1

山东航天电子技术研究所，是我国载人航天工程的重要研制单位之一，先后参与我国从神舟一号到神舟十一号、天宫一号、天宫二号等航天工程型号的研制任务，为确保航天员生命安全和载人航天飞行圆满成功发挥重要作用，荣获“中国载人航天工程突出贡献集体”。研制设备涉及环境控制和生命保障、热控、数据管理、乘员服务、测控、结构机构等系统。在神舟七号任务中公司承担航天员出舱通信子系统和舱外航天服中70%电子设备研制工作。在天宫一号任务中，公司承担了医监医保、仪表照明、空间实验等相关设备研制任务。天宫二号飞行器研制方面，承担空间实验室热控、数管、仪表照明、空间技术试验、环控生保、医监医保、测控通信等系统60余台套产品研制任务。在载人航天任务中，承担的研制任务由最初的测控领域，到飞船环境控制和生命保障、热控、数据管理、乘员服务、测控、结构机构等多个领域，并逐步拓展到舱外通信、航天服电子设备、医监医保、仪表照明、空间实验等领域。

飞船发射前的远程体检

――发射场测试无线转发系统

飞船发射前需要与火箭对接组装，然后，进行综合体检才能发射升空。此前，航天器与发射火箭都是在总装厂房组装后进行水平测试，在发射架竖起来后再次测试，如有问题就要再放倒拖回厂房维修。

从神舟一号飞船发射起，我国开始采用国际上先进的“三垂一远”模式，即实现航天器与火箭垂直组装、垂直测试、垂直转运和远程测试。在此过程中，火箭保持一个姿态不动，只要通过测试，运转过程不会有任何改变。而远距离测试发射控制模式则最大限度保持了火箭和飞船的状态不变，极大地提高了测试发射可靠性和安全性。“三垂一远”测试发射模式为世界领先水平。研究所研制的“飞船发射场测试无线转发系统”为实现“三垂一远”提供技术保证。系统中所采用的增益自调节、信道自分配、天线自跟踪等技术，都达到国内一流水平。

随着我国载人航天工程的逐步深入，系统中增加了海事卫星、中继卫星、GPS/GLONASS卫星、北斗导航卫星等作为飞船定位通信的辅助措施，神舟系列完成了国内在轨航天器首次使用这些卫星系统，为后续航天器定位通信提供了更多选择。远距离测试无线转发系统安装于北京航天城和酒泉卫星发射基地。先后参加了我国载人工程历次神舟飞船和天宫一号目标飞行器发射并圆满完成了任务。

太空行走的保障――航天员出舱通信子系统

在神舟七号载人航天飞行任务中，研究所承担航天员出舱通信子系统和航天服专项70%电子设备技术攻关研制任务。其中，航天员出舱通信子系统是在航天员进行出舱活动试验时用于出舱活动航天员与辅助出舱航天员、舱内航天员与地面人员间进行语音通话和数据通信的设备。航天员出舱活动通信系统由通信天线、通信处理器及舱外航天服遥测通信机组成，实现舱内外航天员之间、舱内外航天员与地面人员之间语音通信及舱内外航天员遥测参数下传。该系统首次采用空间CDMA移动通信技术，实现空间近场复杂环境下的可靠无线语音数据通信。

在载人航天工程第二步任务中，研究所技术领域已经拓展到医监医保和空间试验领域，涉及领域广、工作接口多、技术难度大，挑战更加严峻。包括用于航天员监测飞船运行情况、显示交会对接信息、接受地面邮件的仪表控制器；在交会对接中使用的主动标志“天宫一号”目标标志器；用于空间医学实验的失重生理效应装置Ⅰ和失重生理效应装置Ⅱ（细胞培养装置）、无创心功能测量仪，以及被称为“太空冰箱”的医用冷储箱等。

失重生理效应试验控制――航天医学空间实验设备

人一旦进入失重环境，身体发生各种变化，会产生诸多的不适应，这些变化被称为失重生理效应。在神舟九号任务中，航天员在空中进行了多项失重生理效应，用以研究人体在太空中会发生的变化，以便研究克服太空生活对人体带来的不良影响。其中包括513所研制的用于研究脑血流、脑点、眼动的失重生理效应实验装置Ⅰ和进行细胞培养的失重生理效应实验装置Ⅱ，以及试验控制单元等设备。

在太空环境中，航天员的血液会重新分配，下肢血量减小，头部血量增多，航天员的收缩压将升高，平均动脉压升高，静脉压也上升，舒张压则下降。这些失重效应会使得航天员的流体静压梯度消失，找不着方向感，所以在失重环境中，大多数航天员通常会发生前庭植物神经反应，引起航天运动病和空间定向障碍，出现恶心、呕吐、面色苍白、晕眩等现象，从而影响航天员的工作能力。为了研究航天飞行对人体的前庭眼动、心血管及脑高级功能影响，同步检测动脉脉搏波、静脉脉搏、脑电和眼动，在天宫一号，我国首次研究了一种微重力环境下进行的系统（人体）生理学研究实验航天医学空间实验设备，这就是失重生理效应实验装置Ⅰ。

失重生理效应实验装置Ⅱ是我国研制的第一个正式上天的全自动细胞培养装置。设备由失重生理效应实验装置Ⅱ本体和细胞培养子模块两部分组成，失重生理效应实验装置Ⅱ本体随天宫一号发射升空，细胞培养子模块跟随神九发射，由宇航员携带进入天宫一号并安装在失重生理效应实验装置Ⅱ本体中开展医学细胞培养实验。失重生理效应实验装置Ⅱ用于进行失重生理效应防护的细胞机制研究，主要功能是在空间飞行时提供维持细胞正常生长的环境，实现细胞的培养和固定，采集部分细胞生长图像及生长环境参数；目的在于探索讨论失重条件下，细胞因子对细胞的调节作用，将解决细胞培养回路中多种试剂时序加注难题，聚焦微重力对细胞形态、结构、细胞骨架、基因表达和相关功能及其分子机制影响，为针对关键的细胞信号分子开发相关的靶标药物及制定防护措施奠定基础。

航天员的健身器

――骨丢失对抗仪

在失重环境中，作用于人体腿骨、脊椎骨等承重骨压力骤减，同时，肌肉运动减少，对骨骼刺激相减弱，骨骼血液供应也相应减少，导致骨质大量脱钙并经肾脏排出体外，这就是所谓的空间骨丢失。空间骨丢失，是最令航天医学专家头疼的航天员健康问题

研究所专门为航天员设计的“健身器”骨丢失对抗仪，也叫“对抗骨质疏松的仪器”，是保证在太空飞行中的航天员身体健康的仪器之一。骨丢失对抗仪通过敲打人体小腿部位相应穴位，刺激骨骼、改善血液循环，对抗骨质疏松，保障骨骼健康。

目前，研究所已利用这项科研成果研制开发出一套民用级保健治疗仪器，适用于不同人群。经过试验，该仪器可促进骨骼合成，有效抑制骨质疏松发生，治疗并抑制各种原因引起的骨质疏松症状，同时加速血液循环，促进新陈代谢，对消除疲劳有良好辅助作用。航天员的保健员――无创心功能测量仪

科学家通过对航天员的心血管功能测试采用连续、动态和无创记录动、静脉波信号的方法，采集左右心功能、体肺循环血液动力学和心血管调节变化数据，开展心血管系统功能的综合研究。

513所研制的无创心功能监测仪，主要通过无创检测航天员的每搏血压、每搏量和血氧饱和度等生理参数，定期监测航天员的身体状态，被称为航天员的健康保健员。

当航天员在太空工作生活的时候，地面的工作人员可以通过无创心功能检测仪在第一时刻了解航天员的身体状态，航天员可以通过仪器上的指示灯了解仪器的工作状态。因为每个航天员的生理参数有差别，在地面时，科研人员就根据每个航天员的生理参数对仪器内部的参数进行了标定，航天员操作对应按键选择检测对象数据录入，比如按键A代表景海鹏，按键B代表刘旺，按键c代表刘洋。每个航天员必须使用与他相对应的按键，以保证测量数据准确、可靠。

卫星工程“最强大脑”

――星载计算机

计算机是一个系统的大脑，卫星飞船也不例外。星载计算机产品作为研究所的“拳头产品”，已成功应用于我国载人航天、导航、遥感、通信等重点卫星工程上。

在天宫一号和天宫二号上，研究所计算机产品应用于热控、仪表照明、空间技术试验等分系统，作为“最强大脑”，有力保证了各分系统正常运行。其中，仪表控制器是我国第一款用于航天的PowerPc高性能计算机，是天宫二号目标飞行器仪表照明分系统的核心计算机；热控分系统控制单元、温度控制器等设备是飞船“太空空调”的重要组成部分，相当于热控分系统的神经中枢。

研究所研制的通用计算机是空间技术试验分系统的核心计算机，为后续空间站维修工作提供在轨验证和技术积累。

天地对话一线牵――无线话音系统

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1 电子信息技术的应用特点分析

 

1.1 在航空航天领域的应用特点

 

在我国航空航天事业发展中，电子信息技术发挥着重要的助推作用，其应用范围主要体现在高精尖技术研发层面。航空航天领域是我国科教兴国战略的重要领域，当前在该领域中开辟了专门的电子信息工程技术类项目，其项目包括与航空领域相关的软件开发、信息处理、高端微波遥感技术等。电子信息技术还被应用到航天电子系统研发中，如我国研发的东风-14洲际弹道导弹应用了先进的电子信息技术;我国北斗卫星导向系统也应用了电子信息技术，大幅度提升了系统运行的高精准度，使其覆盖范围扩大至整个亚太地区。为了持续推动我国航空航天事业的发展，使其相关技术达到世界领先水平，必须要加大该领域中电子信息技术的研发力度，拓展其应用深度与广度。

 

1.2 在工程建设中的应用特点

 

在工程建设中，电子信息技术的应用主要体现在搭建网络通信平台方面，如在工程造价控制领域中，可以利用网络信息传输平台及时获取有关工程造价的相关资料信息，并利用管理信息系统、办公自动化技术等强化造价监控，提高工程造价控制的及时性。工程量计算是工程预算、决算的重点，而运用工程量计算软件可节省人工计算的时间，避免出现计算差错。尤其在公路工程建设中，电子信息技术可以对种类繁杂、数量庞大的信息进行梳理，不断更新相关数据，促使公路工程建设有序开展，提高工程管理的现代化水平。

 

1.3 在城市安防领域中的应用特点

 

城市安防是保证社会安定的重要举措，电子信息技术作为城市安防的必要技术支撑，大幅度提高了城市安防的信息化、现代化水平。如，在城市安防中运用视频监控电子信息技术，可对监控范围进行固定和移动监控。尤其对于移动视频监控技术而言，可有效应对取电问题，扩大视频控制点的覆盖率，减少监控盲区;又如，在城市安防中运用电子报警技术，可实现固定目标报警和移动报警两种模式。对于固定目标报警而言，由探测器发出探测信号传输到报警管理中心，安保人员根据信息制定应急预案，对不良破坏行为进行有效控制。对于移动目标报警而言，融入了无线通信技术、GIS地理信息技术、定位处理技术等，可与医疗、公安、火警系统进行互联，以便对报警信息作出快速应对。这种报警技术已经被广泛应用于贵重物品运输、运钞车等监控领域。

 

1.4 在农业领域中的应用特点

 

农业机械是农业生产的重要物质基础，当前电子信息技术被广泛应用到农业机械中，促使农业机械向智能化、网络化的方向研发。如，在一些大型拖拉机的内部系统应用电子控制单元，使内部系统具备信息处理能力，并且利用标准设计接口与其他系统进行网络互联，通过局域网络对拖拉机的操作进行控制。电子信息技术在农业机械上的应用，迫切需要实现标准化、通用化。在农业机械驾驶室内安装通用型智能显示终端系统，利用光纤电缆组建数据通信网络，形成串行总线结构，将所有电子控制单元实现与总线标准接口挂接，从而促使信息在不同系统中的交换，准确传达控制命令。此外，这种标准接口还能够保障农业机械之间的信息交换，对加强农业机械管理、使用以及技术控制有着重要意义。

 

2 电子信息技术未来的发展趋势

 

2.1 光电子技术

 

光电子技术是由电子技术与光子技术相结合而产生的技术，主要应用于电子输入设备，如打印机、摄像机、平板电脑等设备，以CCD器件为主，其图像传感器的信息获取或输出方式如图1所示。

 

从光电子技术的发展趋势上来看，激光技术的应用拥有着广阔的发展空间，尤其在医疗、军事领域，激光器发挥着巨大的应用优势，能够保证应用的安全性，减少意外发生几率。此外，光电子技术中的光显示在家用电器中得到了推广应用，为提高家用电器智能化控制水平提供了技术支撑。

 

2.2 集成化与高效化

 

电子信息技术向集成化、高效化的方向发展。如，利用纳米技术制造电子产品，使其集成电路更加细化，促进了集成电路技术的发展与应用。当前，32nm、45nm、65nm的纳米级技术成为了较为常见的技术，加之ARM、FPGA等在电子产品中的应用，进一步提升了电子产品的集成性，这也成为电子信息技术研发的主要方向;又如，在光纤传输技术的支撑下，数据传输速度成倍数增长，加之CDMA数字通信技术的成熟、GPRS在通信领域的应用以及宽带接入技术的改进，进一步扩大了通信技术的覆盖范围，使得通信技术产品成为了人们生活中必要可少的物质条件。

 

3 结论

 

篇3

一切从球开始

在世界范围内，有许多私营航天科技公司成功的先例：2014年，Facebook与 Titan Aerospace 进行了一笔达 6000 万美元的交易。Facebook 购买了多架该公司生产的近地面太空无人机，用于自己旗下的太空网络信号转播项目，届时，全球都会被免费的无线网络覆盖。而在民营航天成功先例中，最著名的恐怕就是 SpaceX 公司。

和美国不同，中国航天事业主要由国家掌控和运作，但这并不意味着私营航天在中国无从谈起。

去年5月，“中国制造2025”规划，在新常态的语境下，国家把目光再次聚焦到工业实体。有分析认为，仅卫星应用这一领域的产值就将在2020年达到5000亿元，“十三五”末我国航天工业的整体产值将能达到8000亿元至10000亿元的水平。

据行业人士测算，商业航天领域每投入1美元，可获得7至14美元的回报。经过多年发展，商业航天已成为世界航天产业发展的主要动力。

“坐火箭20万美元游太空”“推出太空专车、太空顺风车、太空班车等发射服务计划”……事实上，曾经颇显神秘的中国航天业，已悄然开启商业化的大幕。虽然让公众兴奋的太空游还略显遥远，但作为交通工具的火箭其实已开始“专车”服务（指发射卫星等）。

位于一间普通写字楼的中国火箭有限公司（以下简称中国火箭公司）没有过多国企做派和军工的神秘，也还没有互联网企业足够的简明高效，但这家企业已经站上中国航天商业化的时代“风口”。

作为商业航天发展的基础运输平台，火箭正通过创新运营模式、打造专属列车、提供定制服务等创新举措，努力在商业航天市场的激烈竞争中抢得先机。布局并不止于目前披露的商业发射服务、亚轨道飞行体验、空间资源利用三大业务板块，“对标SpaceX只是近期目标。”

百度CEO李彦宏曾在2014年的全国政协委员会上递交提案，建议国家相关主管部门鼓励民营企业开展火箭、卫星等的研制、生产和发射业务，促进航天技术在其他领域的应用，带动其他相关产业的发展。

航天领域的民间机会

2015年12月22日上午九点，美国太空探索公司SpaceX成功将其自主研制的Falcon 9 FT火箭发射升空，成为首个成功进入太空的民间企业。这被视为私人航天时代即将到来的标志。

在中国，航天领域长期为国有力量主导。即便是国有机构，要制造完整的火箭也非一家所能。火箭的不同结构，在传统的航天系统中有着严格的分工。

但在民营航天爱好者的眼中，只要技术操作与基本工艺到位，使用民用级别的原材料进行航天器制造，并非不可能。

2013年，大三学生胡振宇与科创广州项目组成员一起，到内蒙古发射了一枚火箭。

胡振宇曾在中科院空间所实习了1个多月，而这家机构是航天四院的主要客户之一。他听到的最大抱怨是“太贵了”，“贵到以至于中科院自己都想做探空火箭，忍无可忍了”。几年后，他创办了翎客航天，计划把价格拉低至200万元，同时提供更好的性能。其中的关键是缩短供应商链条，减少分包成本，避免层层倒手、加价，以确保毛利润率。

按照胡振宇的规划，他创建的翎客航天将是国内首家提供探空火箭发射服务的私人企业。与公众更加熟悉的“”等运载火箭相比，他的探空火箭体型更小，通常长度不超过10米，箭体直径不超过300毫米，有效载荷数十公斤。它的作用是将搭载的仪器送到几十至几百公里的高空，进行几分钟的科学观测，相对简单的结构和功能，让民间科研力量有望参与其中，甚至成为市场的主要玩家。

2015年7月，中国民间航天组织中规模最大的 “科创航天局”主席罗澍等人做的卫星研制方案得到了投资人的认可。投资人认为，没有民间及商业化的航天就没有人类航天的飞跃。现在人类处于技术空前平民化的阶段，所以会出现几个年轻人在短短几年间通过互联网改变数亿人的生活，“沿着平民化路线看看有没有突破口。”

民间的商业航天行为，最终落点还是“商业”，在国家大力推动军民融合、“航天+互联网”的信息产业变革，以及全球新一轮的工业革命的大背景下，越来越多的企业将通过航天的“商业化”道路，寻求新的投资机会。

中国航天的山东元素

在神舟十一号任务中与天宫二号空间实验室成功实现自动交会对接后，513所承担了多项保障工作。

513所即山东航天电子技术研究所，隶属于中国航天科技集团公司第五研究院，始建于1966年。1986年由山西太谷搬迁至山东烟台。是目前山东省唯一一家从事航天高科技研究的科研事业单位。513所先后参与了我国从神舟一号到神舟十一号、天宫一号、天宫二号等所有载人航天工程型号的研制，均圆满完成任务。

10月19日3时31分，神舟十一号载人飞船与天宫二号空间实验室成功实现自动交会对接。6时32分，航天员景海鹏、陈冬先后进入天宫二号空间实验室。据了解，2名航天员将按照飞行手册、操作指南和地面指令进行工作和生活，按计划开展有关科学实验。完成组合体飞行后，神舟十一号撤离天宫二号，并于1天内返回至着陆场，天宫二号转入独立运行模式。

据报道，在航天员空间实验的过程中，513所研制的多项产品将发挥至关重要的作用。其中，513所研发的氧分压调理电路、二氧化碳分压传感器、舱内气体采样装置将净化空气，确保太空没有“雾霾”；液路断接器和封气装置是载人飞船的安全卫士；失重生理效应实验装置、骨丢失对抗仪、无创心功能监测仪为航天员提供了完善的健康保障体系；无线语音系统将实现航天员与地面的天地通话。

篇4

The Engineering of Aerospace Propulsion

2012，519p

Hardcover

ISBN9781447124849

大部分航空、航天动力推进领域的书籍主要致力于燃气涡轮发动机，往往很少覆盖如螺旋桨、直升机旋翼或火箭发动机推进系统及设备。本书采取一个更广泛的观察视角，旨在为航空、航天动力推进工程技术提供一个更广阔的知识背景，这本书并不只是介绍一个单独的系统，而是对多个系统进行观察和比较，将航空航天推进领域在科学研究和工程中的每一步进展呈现给读者。

这本书记录了从早期比较简单的推进系统到今日飞速发展的航空航天推进工程系统，读者可从本书中学习并了解到在航空航天动力推进工程学中更为深入的数学知识、物理原理和历史发展。本书共14章，分为两个部分，包含两个通用类别：飞机推进系统和火箭推进系统。第1-8章介绍飞机推进系统，第9-14章介绍火箭推进系统。本书选择的内容非常明确并具有代表性，书中关于航空航天动力学及工程的一些相关材料是非常全面而详细的，包括固体和混合火箭发动机内弹道等内容，并进行了详尽的分析说明。本书并未着重介绍某个单一的动力推进系统，而是提供了更广泛的参考背景，比较了被大部分教材忽略的其他飞行推进系统的相同点和不同点。这本书的主题内容覆盖范围较广，提供了更多直观的内容给读者，包括一系列相关的图表和照片，比如具体的推进器的性能图表。这些文字和材料为本科生和研究生提供了很好的支持，有利于学生和专业技术人员进行相关项目的工作。

这本书主要来源于作者在瑞尔森大学（Ryerson University）任教的教学笔记。作者教授本科生和研究生的航空航天工程课程多年，包含飞行力学、飞机性能和气动力学等相关内容。在1993年进入瑞尔森大学之前，作者曾在加拿大的大学和航空航天研究部门工作数年，目前作者是AIAA（American Institute of Aeronautics and Astronautics）固体火箭技术委员会的国际成员，并在北美和欧洲的动力飞行会议上发表了多篇重要学术论文。

本书适合用作相关专业大学课程的教材或者专业技术人员的参考用书。

徐旻，博士，工程师

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2电子信息技术的发展现状与趋势

进入新世纪以来，世界上几乎所有的创新型国家都将发展电子信息技术产业作为国家的经济战略目标。随着电子信息技术的不断发展和普及，电子信息技术产业已经成为我国信息技术的支柱产业，规模已经屈居世界第二。党的“十六大”明确强调：“优先发展信息产业，在经济和社会领域广泛应用信息技术。”这是在新时期党的重大战略部署。虽然我国改革开放以来，电子信息技术发展非常迅速，在各个领域取得重大突破。但经研究发现，我国虽然对于电子信息技术应用比较广泛，但是真正掌握的核心技术与手段还是远远落后与其它的电子信息发展强国。究其原因就是，我国的电子信息技术的发展还是相对比较缓慢，仅仅掌握的是一些基本的技术手段。大部分的核心技术与手段依然引进的国外先进研究成果。如果这种情况得不到改善，对于新时期大力发展电子信息技术产业将非常不利，没有自主研发的技术和产品是不会在电子信息技术领域立足的。所以我们需要尽快改变电子信息核心技术和手段受控于人的不利局面。下面从世界电子信息技术的发展规模等内容为背景，重点从微电子技术、计算机技术、通信与网络技术、软件技术四个方面进行详细阐述，总结电子信息技术的现状和发展趋势。

2.1微电子技术处于向极限挑战的转型期。微电子是信息产业的核心和基础，实现社会信息化的网络及其关键部件不管是计算机或者通讯机，他们的基础都是微电子。面对微电子技术即将进入纳米尺寸和System-on-Chip时代，CPU时钟进入GHz。中国具有较强整机系统设计能力，SOC时代的到来是我国IC产业跨越发展的机遇。但是中国微电子行业面对以下现状：微电子产业的发展规模和科学技术水平是衡量一个国家综合实力的重要标志。然而，我国目前仍然处于社会主义初级阶段，科学技术的发展水平相对于发达国家仍然处于落后一方。如何快速发展科学技术水平，掌握科学技术核心技术，是目前我国目前要解决的重要问题。IT行业的发展停留在装配水平之上，挣得都是“辛苦钱”。我国的IT行业缺乏甚至是根本就没有尖端技术人才，IT专业的教育水平处于机械式的传导水平。众所周知，IT行业是一个技术不断更新换代的尖端技术行业。由于我国IT行业的人才匮乏，IT行业的核心技术只能引进国外先进技术，而我们的IT行业的“人才”只是像“搬运工”一样进行机械式的装配安装，导致我国IT技术停留在装配水平之上。在国际分工中，我们将只能处于低附加值的低端上。正如IT行业一样，微电子核心技术落后的我们在国际合作制作或者创造微电子产品中只能提供一些低端技术，得到一些低的附加值。有人戏称：“你们说中关村是硅谷，但是一个无“芯”的硅谷，产品不可能有竞争力。”在没有集成电路产业的情况下，我们的高新技术的发展命脉掌握在他人的手中。所以，集成电路产业是我国微电子行业需要发展起来的首当任务。从图1我们可以看到我国当前对于发展集成电路产业的重视。高级工程技术人才和设计人才的短缺已经成为制约我国微电子产业发展的主要因素。这里有一个不争的事实，美国现在的微电子行业的设计人才已达40多万，而我们仅仅有几万人而已。教育是百年大计，人才才是发展根本。面对以上微电子的发展现状，想要从目前的微电子发展水平进入纳米尺寸和System-on-Chip时代，这必定是一种转型的挑战。现在以半导体为主的微电子技术已达到了极微小状态，但到了45钠米(0.045微米)以下，半导体物理特性可能不会维持了，摩尔定律必将被打破。未来微电子技术是要以单独原子作为单位的,，也就是要以钠米尺寸度来计算了，换句话说，现有半导体制造工艺技术将被纳米材料技术所取代。这对象中国这样的新型工业国家是天赐良机，因为发达国家和发展中国家在这个领域基本上处于同条起跑线。

2.2计算机技术正面临体系结构的瓶颈期1)Einstein瓶颈。机器的信号传输速度低于光速的2∕3，传输速度达不到理想要求，即为Einstein瓶颈，这是物理制约。2）Babbage瓶颈与VonNeuman瓶颈。前者是因为CPU的速度与访问操作速度相差太大引起的，后者是因为串行控制引起的问题。二者都导致了冯结构资源的利用不充分，属于结构制约。3）Feigenbaum瓶颈。即如何将现实世界的知识存入计算机以便有效利用，只是一种知识获取的制约。

2.3通信网络技术正处于各种技术不断突破的融合期。通信网络技术发展的初期主要是以语音业务为主，到后来网络的出现，数据业务量暴涨。网络技术慢慢由电路交换变为包交换，现在包交换技术已经处于网络中的主导地位。将电路交换转换为包交换可以节省大量资金，而且新网络性能和服务的竞争可以导致新的资金分流，在这两大力量的趋势之下，导致通信网络技术的不断融合。

2.4软件技术处于比例不断增大的发展期。随着社会信息化、网络化，软件的发展趋势可以概括为智能化、网络化、信息化、服务化、工程化、可信化、融合化，而且软件技术会不断地壮大，需求更加多样化，会有自己的新内涵与新特点。电子信息技术的发展趋势是：信息技术的重点正由硬件制造向软件及其服务业转型，软件产业即将成为信息产业的老大。SaaS和云计算的发展使软件开发模式和商业模式进入全面开放组合的新时代。信息技术向其他领域的渗透更加明显。三网融合不断加深；各种技术的边界越来越模糊；分不清是计算机，通信还是广播；分不清是整机还是元器件；分不清是雷达、通信还是电子战；分不清是天线还是信号处理。网络宽带和容量的剧增，使我们正由一个人机的二元世界，走向人机物的三元世界。各种分布式协同的系统将不断出现。数字家庭，数字医疗，智慧交通，IPTV已经开始来到我们身边，我们将从E社会走向U社会。

3计算机技术在电子信息控制与处理中的应用

所谓电子信息技术就是在计算机技术、通信技术和高密度存储技术基础之上发展起来的用于信息的存储、传播与应用等方面的技术，它是信息业未来的发展方向。其中计算机技术是其发展的核心部分。电子信息技术的发展，打破了长期以来以纸制载体存储、传播信息的传统。而实现电子信息技术的载体就是计算机软件技术。所以计算机软件系统的设计是电子信息技术的关键环节。电子系统。它是由若干相互连接、相互作用的基本电路组成的具有特定功能的电路整体。有数字型和模拟性两种或者二者的混合形式。规模较小、功能单一的是单元电路，而由若干单元电路组成的是电子系统。一个完整的电子系统一般有输入、输出与信息处理三部分，用来实现对信息的控制和处理。而控制这些电子系统输入、输出与信息处的是计算机软件系统。在现代信息技术如此发达的社会，如果没有计算机软件实施控制，一切将无从谈起。空天电子技术。现在空间科学迅速发展，面向航天电子信息领域的微波遥感以及空间电子信息传输与处理等技术都是利用大型或者巨型计算机实现的。包括航天电子系统的设计、制造和管理等工作都是借助于计算机设计或者管理软件实现的。电磁场与微波技术。天线、微波、电波传播和电磁兼容的设计、仿真及测量等都是在计算机软机的辅助下完成的，如果没有计算机，天线、电磁场与微波技术的研究以及应用系统的设计也就更本无从谈起。信息处理技术。进行信息处理理论研究以及信息处理软硬件的设计，电子信息系统信息的获取与处理，以及各种信息系统的研究设计，制造管理都是通过计算机软件实现的或者由计算机软件辅助完成的。综上所述，在电子工程领域电子技术与计算机技术是一起融入发展的，二者必不可分。电子信息的控制与处理要通过计算机的编程程序或者计算机软件等实现，而计算机技术的发展是以电子技术为依托的。如下图2信息技术的领域所示，说明电子信息技术是信息领域的关键支撑技术，计算机技术是信息领域的核心技术。

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中图分类号：TP36 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）02（c）-0011-02

20个世纪70年代，单片机得到快速的发展，形成一个品种较为全面，功能更加强大的技术产品，开始在各生产领域中运用。随着近半个世纪的发展，单片机取得更优质的成果，科技水平更加先进，在众多领域中实现高效运用，提升这些领域的发展程度。单片机现在在电子技术领域中得到广泛的使用，如在通信功能、仪表仪器等方面实现高效的运用，促进这些企业实现优质的发展。同时，随着单片机运用程度的增加，应用领域的扩展，其技术呈现创新发展趋势。

1 单片机的科学分析

1.1 概述

单片机是嵌入式系统的一个组成部分，它采用规模较大的电路技术将CPU、RAM、ROM以及定时器等众多功能集成在一个硅片上，继而形成一个具有完善功能的，微型的计算机系统[1]。单片式是1970年左右开始在生产中运用，随着多年技术的革新和使用程度的加深，当前它在汽车电子，医疗器械，工业控制以及仪表仪器中得到运用。单片式发展速度较快，由最开始的4位单片机发展成8位单片机，到目前300 M具有高速运转和处理能力的单片机。

1.2 主要特点

单片机是当前计算机发展的一个重要组成部分，随着计算机水平的增长，单片机也呈现高效革新的态势，且呈现不同用途的，不同型号的单片机产品。以AT89S52型号单片机为例，单片机目前重要的发展特点有6个方面。第一，单片机具有使用方便的特点，单片机整体体积较小，系统构成较为简单，整体呈现模块化；第二，对环境的要求较低，单片机具有较强的环境适应能力，可以在不同的环境得到运用；第三，控制能力较强大，单片机有着较强的科技力量，通过众多功能的集成，其具有很强的控制功能；第四，功能消耗较低，单片机在运行的时候只需要较低的电压，整体对功能的消耗低；第五，速度快，单片机具有极强的处理功能，对各项数据和信息有着极快的处理速度；第六，可靠性高，单片机可以实现长时间的工作，提升整体系统的运转能力。

2 电子技术中单片机的应用情况分析

2.1 手机通信中的运用

单片机在电子通讯中得到运用，主要体现在手机语音功能的建设中，单片机对手机语音信息进行识别，并开展相关操作。在手机的音频入口安置单片机可以使其收集众多的音频信息，系统分辨工作开展之后，向各个部件下具体的指令和信息，实现语音信息中的手机操作[2]。

2.2 单片机提升医疗器械诊断正确性

人们在实现温饱之后，更加关注自身的健康，对医疗水平有着越来越高的需求。但是，在医疗建设的过程中总会出现一些问题，检测手段以及消毒水平存在一定的不足，影响整体医疗建设的质量。单片机在医疗器械中得到运用之后，大大减少了医疗问题的出现，使医疗工作得到一定程度的提升。单片机的使用增加了医疗设备的诊疗准确性，提升了诊断的精准性。同时，随着单片机在医疗器械中的运用，整体医疗设备朝着更加智能化、自动化的发展方向前进，使医疗诊断的结果更加精准，更好地为人们的健康提供医疗保障。

2.3 单片机使仪表仪器的使用更加智能化

单片机因其集成度高等特点被用于仪表仪器的生产，随着单片机科研水平的不断革新，仪表仪器的发展更加智能化，更加符合当前人们的使用需求。同时，随着单片机使用程度的增加，仪表仪器设备朝着数字化方向发展，整体测试水平较高，仪表仪器控制和处理的功能建设更加优质。例如，在航天仪器制造的时候，使用单片机这种先进的技术可以使仪器的精准性和集成性更强，提升航天电子系统的数字化程度，大大降低航天事故发生的几率。

2.4 家电中普遍使用单片机

单片机不仅在高科技的领域中实现运用，如医疗器械、仪表仪器等领域，同时也在日常生活中得到运用，例如在家电行业中。随着科研水平的发展，单片机越来越多地在生活中得到运用，提升人们生活的质量和幸福感。前人们家庭生活中使用的洗衣机、微波炉以及电视机等家电都运用了单片机这项技术。在电视机的运用中，通过使用单片机使其系统控制技术更加先进，功能操作更加便捷。例如，人们可以通过遥控器自由切换不同的电视频道，选择自己想看的电视节目。单片机在微波炉建造中，通过系统信息的处理，可以根据食材的不同进行科学的、自动的选择工作，主要是选择加热时所需要的温度和具体时间。单片机在洗衣机的系统控制中，可以根据衣物的材质以及脏污程度进行自动洗涤，对洗衣液的使用量、洗涤的强度控制以及详细的洗涤时间有着科学的控制和选择。

3 单片机在未来电子技术领域中开发趋势分析

随着社会生产实力的增强，科研技术程度更加深入，单片机型号和技能革新的速度会越来越快，其在电子领域的应用开发主要从以下3个方面进行。

3.1 对单片机程序开发

随着单片机自身开发程度的加深，其在嵌入式系统的建设中得到越来越全面的运用，目前已经不在裸机的环境中实现开发和使用。单片机已经实现一定程度的自动执行，可以对数据进行较强的储存，科学处理和传输数据。单片机具有较强的环境使用能力，可以保障计算机在不同的环境中实现正常的运转和数据的处理，对外界的物理参数实现高质量的采集，并对其进行逻辑分析和正确的处理[3]。

3.2 优化C语言系统程序

C语言有着强大的数据处理能力，可以以简易的方式对编程语言开展编译、处理等工作，有着强大的编程能力。为了使单片机在复杂的计算数据和控制数据的环境中实现正常的使用，提升系统的集成和控制能力，一定要加强C语言在单片机中的运用程度[4]。通过对C语言更深度的开发，可以加大单片机的开发程度和力度，进而拓展单片机使用和运用的范围和领域。

3.3 加强对计算机的研发

目前，单片机的制作中使用众多的通信接口，通过接口的连接可以和计算机进行数据的交流和沟通。可以说，单片机通过通信接口可以让通信设备和计算机形成一定的联系，可以使双方进行精准的数据支持，提升设备对数据的使用程度和运用程度[5]。为此，要想对单片机进行深度的开发，应该对计算机进行系统的分析和运用，提升数据连接和传输的质量。

4 结语

单片机是当前计算机发展的一个重要组成部分，随着计算机水平的增长，单片机也呈现高效革新的态势，在电子领域实现高效的运用。突出表现在手机通信中和家庭电器的使用中，提升人们的生活建设质量。同时，单片机使仪表仪器的使用更加智能化，提升医疗器械的诊断正确性。在未来的发展中，可以通过对单片机程序进行开发、优化C语言系统程序以及加强对计算机的研发这3个方面提升单片机在电子领域的运用程度。

参考文献

[1] 郑泽宏.单片机在电子技术中的应用和开发技术研究[J].科技信息，2013（25）：140，221.

[2] 王红纪，徐小亚.单片机在电子技术中的应用和开发[J].电子测试，2014（13）：44-46.

篇7

Abstract: With the economic development and the continuous progress of science and technology, China's electric power industry has been developing rapidly, electrical engineering, automation technology with the research efforts to further, more and more countries and relevant departments should pay attention to. In the course of electrical engineering and automation development, some problems still exist, affect the development of the industry, this paper made analysis, and then puts forward some countermeasures to ensure the smooth development of industry.

Keywords: electrical engineering; automation; problems and countermeasures

中图分类号：F407.67文献标识码：A文章编号：

伴随着科学技术水平的进步，电气工程已经步入了自动化控制的系统行列之中，电气工程的自动化也逐渐成为了现代化工业发展的重要指标，并且它还成为了科学技术领域的核心。在很多的国家电气工程的自动化水平代表着国家的发展状况，因此电气工程的自动化逐渐受到重视。电气工程的自动化能够有效的推动社会的进步，这就必须保证电气工程的技术的进步。对于电气工程自动化的生产企业而言，电气工程的自动化可以有效的减少企业原有的人工的劳动强度，并且可以有效的提高生产的效率，提高检测的精度，并且可以保证信息传递的及时性和生产活动的正常进行。使用自动化的机器设备还有可能减少认为操作带来的错误，减少事故发生的可能性。针对电气自动化的问题分析和应对措施以及未来发展方向进行了展望，提出了相关的建议，希望可以有所裨益。

1、电气工程及其自动化的几个方向

1.1电力系统方向

电力系统专业方向是电气工程及其自动化专业中最具有优势和特色的专业方向，为国家级一类特色专业的重要组成部分，主要培养从事高压电器设备设计、制造和运行维护等方面的高级工程技术人才。该专业方向依托电气工程一级博士学位授权学科和博士后科研流动站，覆盖了高电压与绝缘技术和电介质工程二级博士、硕士学位授权学科，电力系统为国家级重点学科。同时，该专业方向设置高电压绝缘技术和电气绝缘与电缆两个专业模块。

1.2电气技术方向

电气技术是电气工程及其自动化专业的一个方向。该专业是重点专业，具有电气工程一级学位博士学位授予权，电气工程领域拥有博士后流动站，在高电压与绝缘技术、电机与电气和电力电子与电力信息处理学科具有工学硕士授予权。

1.3电机与电气方向

电机与电气学科在一体化电机的理论与技术方面，主要研究了步进电机、无刷直流电机、感应同步器等。在电机的电力电子驱动技术方面，研究了电动车、电机驱动系统的结构与控制策略，变频电源谐波抑制技术。在高环境、高可靠电机与电器方面，研究了高环境电器可靠性理论与技术航天电器的理论与技术、卫星姿控用飞轮的可靠性设计。在新型电磁机构的理论与应用方面，研究了特种电机、磁性流体密封、旋转轴的在线平衡、电磁成型技术。其中在步进电机和无刷直流电机等特种电机及航天电器方面具有较大的影响。

1.4应用电子技术方向

应用电子技术方向是电气工程及其自动化专业的一个特色专业方向，特点是电气与电子兼备，电力电子与信息电子相融。培养从事电气工程、电子技术、电力电子技术、自动控制、信号变换与处理等方面工作的宽口径、复合型高级工程技术人才。

2、电气工程自动化的问题分析

2.1 电气自动化系统集成性不强

电气自动化系统集成是电气自动化系统功能提升的必经之路，我国目前一些电气自动化还处在多岛自动化的层次，多岛自动化具有互不连接、功能单一、信息独享的缺陷，不能充分发挥电气自动化的功能和作用。

2.2 电气自动化的网络构架不统一

电气自动化的发展方向是建立高效、快捷的电气工程及自动化系统，但目前很多企业自身网络构架不尽相同，使得依托于网络结构而发展的电气工程自动化的发展受到了阻碍。另外不同企业和商家在软、硬件产品交换过程中，因为程序接口的不一致，影响企业数据和信息的传输交流，进而阻碍了企业数据和信息的共享，使电气工程及自动化系统在实际运行中无法发挥应有的效应。

2.3 电气自动化技术的使用过于受主观支配不同的企业在对电气自动化技术的实际应用和开发中，由于技术人员思想理论及技术掌握程度的不同，过分根据技术人员主观习惯和意识支配，系统的开发平台各有不同，进而导致电气工程及自动化在实际设计、实施、运行和维护中的程序和成本增加，增加了系统整体的运行费用和负担。

3、电气工程自动化问题的应对措施

电气工程自动化的改进主要从科技、信息和开放度三个方面开展。

3.1 科技化是指电气自动化的发展应当出现实用性新技术、新材料、新产品本着自主创新的思想，以节能降耗为切入点，积极推广应用节能降耗新技术、新方法、新工艺，在材料的使用，技术的使用等方面力求创新，采用信息技术、计算机技术、网络技术与自动化技术等高新技术，研发新产品。

3.2 信息化则是指信息技术在电气自动化的地位应更加突出

电力设备的设计、制造和运行中广泛应用的计算机优化与仿真技术，人工智能分析的广泛应用以及电气工程中广泛使用的网络通信技术，都充分展现了信息技术在电气自动化中起到的重要作用。

3.3 开放化则是要与外界建立一个接口，实现与外界网络的连接计算网络是实现信息实时交换和共享的重要基础设施，也是实现管理、决策、设计、控制和制造一体化的关键，它已广泛应用于电力系统各元件和局部系统的管理、监视、调节和控制上，是电力系统信息管理、远动技术、调度自动化等方面的核心。

4、我国电气自动化未来发展方向

4.1电气自动化产品创新化

现今，科学技术、信息技术、网络技术、自动控制技术等的不断发展，给电气自动化产品的不断创新提供了环境和技术支持。生产型企业要在国家中长期科技发展规划纲要中规定的目标任务的指引，在不断开放的条件下，提高企业原始、集成和引进消化吸收再创新能力，生产研发出更多的、更高效的电气自动化产品与系统，使得产品在科技含量上不断提升。国家要将企业确立为技术创新的主体，不断建立健全管理机制和相应政策，加速国家重大科技项目的实施。利用电气自动化技术的企业要将科学发展作为企业长远发展的目标，坚持以自主创新为企业发展方向，利用科学手段加快经济增长。

4.2电气自动化系统平台统一化

随着社会和工业等对电气自动化性能要求越来越高，电气自动化系统将迎来统一化的新时代。实现平台统一化就可以使得自动化项目从设计实验到开机运行的各个环节得到技术支持，很大程度上降低项目费用投资和完成时间。另外，统一的自动化平台还可以针对不同的最终用户需求和项目特点，决定统一运行代码的下载地址，是下载到基于Windows NT的软件PLC、嵌入式NT系统、硬件PLC或者是基于Windows CE的控制系统中，将开发平台从最终运行平台中独立出来，

4.3电气自动化系统结构通用化

对于一个合理的电气自动化系统来说，结构通用化非常重要。如果企业要实现信息内部传递的畅通无阻，那么整个网络结构从计算机监督系统、现场控制设备到企业管理系统都要能够通用，这样管理层可以利用Intemet／Intranet技术很好地实现对现场设备的全程监督。在选择系统网络时，无论选择现场总线还是以太网，都要保证在整个系统范围内的无障碍通讯。

4.4电气自动化系统程序接口标准化

新技术和标准的不断推出，给电气自动化系统程序接口向标准化转变提供了有利条件。接口标准化可以提高办公系统和电气自动化系统之间数据互递的效率，极大地降低工作费用和时间的消耗。当企业使用ERP或MES系统时，基于PC平台的自动化解决方案是必不可少的；当使用Windows XP操作系统、TCP／IP通讯标准时，Pc可以完成管理平台和自动控制之间接口的完美连接。程序接口标准化还能使得不同厂家的软硬件产品进行数据交换，使其实现无障碍通讯。

4.5电气自动化生产安全化

随着社会和企业对安全生产重要性认识的不断提高，电气自动化生产安全化也是未来发展的一大趋势，安防行业技术多系统集成一体化将在未来企业生产中占据重要地位。企业要在提升非安全控制系统性能的同时，尽量投入较低的资金完成安全控制系统的研究。电气自动化安全使用会成为未来自动化行业中的新向标，要结合目前中国自动化领域特点，逐渐地对自动化安全系统市场进行开拓，可以先从对安全生产重要性最高的领域入手，再逐渐向生产较为安全的领域转变。

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2电子信息工程概念及发展方向

电子信息学科发展速度较快，是技术科学的重要组成部分，电子信息学科主要是基于电子学及信息技术科学理论基础进行电子及信息产品的设计、制造，包括电子科学和技术、通讯工程、微波工程。其知识体系包括电路与电子知识、电磁学知识、信息处理知识、计算机知识等。电子信息工程是依托计算机等科学技术进行电子信息控制及和信息处理的学科，主要目的为了快捷、准确的获得信息以及电子硬件设备的设计、集成及使用。电子信息技术已渗入社会的方方面面，如手机信息的发送及接受、互联网的使用等。总的来说，电子信息工程是信息技术、现代电子技术、通信技术的综合体。电子信息工程的数据、文字、图像及声音均是通过计算机将逻辑数字转为可解读的信息，将计算机技术应用于电子信息工程中，使电子信息工程具备更广的应用前景，而计算机技术与电子信息工程的互相结合也将成为电子信息工程未来发展的主要方向。

3计算机在电子信息工程中的应用

计算机理论及技术在电子信息工程中有较多的应用，电子工程的电子及电磁理论受计算机技术和微电子技术的影响，电子信息技术与计算机技术相互结合，使产品不断的革新，保障电子信息技术的安全，同时对整个社会的发展有带动作用，已经成为推动我国经济发展的重要部分。

3.1计算机网络技术在电子信息工程信息传递中的应用

电子信息技术必须通过计算机才可使实现模拟信号及信息的收发，从而使各种电子信息在项目中发挥更好的作用，计算机技术作为电子信息工程电子设备及信号的媒介有重要作用，同时电子设备的互联网连接和数据传输均依靠计算机技术。当前大部分的电子信息工程电子设备之间均是依靠计算机连接，并完成信息的传递、共享，信息传递主要通过TCP/IP实现。借助计算机网络技术可及时获取其他用户的信息，实现信息的快速，从而提高信息使用的最大化，计算机提高了的电子信息工程信息处理效率，并优化信息来源渠道。

3.2计算机技术在电子通信工程安全中的应用

计算机技术对电子通信工程来说是一把“双刃剑”，尽管其实现了信息的快速传递及处理，但可能导致信息被泄漏、监听或修改，但安全性未来可不断提高，如不断优化防火墙系统等，除此以外，计算机技术还可使电子信息中的漏洞被及时发现，并及时修复，避免数据损坏或者遗失。对电子通信做好保护措施，提高电子通信技术的安全性，同时可对电子通信内容进行自主备份，进一步强化电子通信工程的安全性。

3.3计算机技术在电子设备研发中的应用

计算机网络技术主要优势体现在电子信息设备设计及设备联网开发中，计算机网络技术可提高电子信息设备联网功能以及开发效率，因此电子信息工程设备必须依靠计算机技术才可达到预期目标。计算机网络技术目前在电子信息设备中的大量应用使得众多设备都具备联网功能，联网已成为设备所具备的基本功能。电子设备开发中需根据互联网服务协议进行数据传输标准的设定，从而使用户能够快速获得信息，实现电子设备的应用价值。

3.4计算机技术在电子信息控制及处理中的应用

电子信息工程是信息业未来发展的主要方向，而计算机技术为其发展核心。电子信息技术的发展打破了纸质为载体的信息传播方式。电子系统是由基本电路组成的电路整体，包括模拟及数字两种类型，主要用于信息控制及处理，主要包括输入、输出、处理三方面功能，而三项功能控制的就是计算机软件系统，如无计算机后台处理，则现代信息技术则不复存在。除此以外，航天电子技术、电磁场及微波技术等均需要计算机技术实现信息控制与处理。

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自从该技术研发至今，已经得到了广泛的应用，现在对EDA的概念或范畴用得更加宽。包括在机械、通信、电子、航空航天、矿产、化工、医学、生物、军事等各个领域，都有EDA的应用，这种技术的应用不仅得到了良好的效果反馈，也为所在的领域的发展起到了极大的促进作用。同时，EDA在教学、科研、产品设计与制造等各方面发挥着重要的作用，因其包含的技术的先进性，致使其相关的产品的研发有很大的技术研究价值。在技术教学方面，现在几乎所有理工科类的高校都有开设了EDA课程，成为了理工科的学生，尤其是电子类专业的学生必修的科目，也是学生们了解目前的科研方向和市场动向的一个有效的途径。主要的目的是让学生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL语言编写规范、掌握逻辑综合的理论和算法、使用EDA工具进行电子电路课程的实验验证并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真工具（如multiSIM、PSPICE）和PLD开发工具（如Altera/Xilinx的器件结构及开发系统）。科研方面主要利用电路仿真工具（multiSIM或PSPICE）进行电路设计与仿真，可以在仪器和工具的设计阶段有效的解决各种电路的假设与试验，大大的提高了设计人员的工作效率；利用虚拟仪器进行产品测试，作为流水线的一个重要环节的产品测试，对于该技术的应用也有着非常重要的意义；将CPLD/FPGA器件实际应用到仪器设备中；从事PCB设计和ASIC设计等。在产品设计与制造方面，包括计算机仿真，产品开发中的EDA工具应用、系统级模拟及测试环境的仿真，生产流水线的EDA技术应用、产品测试等各个环节可以大大的提高流水线的作业效率，节省了人工。EDA软件经过多年的发展，其功能也日益强大，原来功能比较单一的软件，现在增加了很多新用途，极大的丰富了软件的作用。如AutoCAD软件可用于机械及建筑设计，也扩展到建筑装璜及各类效果图、汽车和飞机的模型、电影特技等领域，随着未来该技术的发展，其应用的范围必将越来越广泛。

2.EDA技术的特点

EDA技术之所成为今天电子信息工程中的重要技术，具有“自顶向下(Top—Down)”的设计程序，这种设计程序的最大特点就是改变了以往的软件程序的设计思维，也就确保设计方案整体的合理化；由于EDA采用高级语言描述，有语言公开可利用、描述范围广、可以系统编程和现场编程等特点；该软件的自动化程度高，所以可以进行各级的仿真、纠错和调试工作，大大的提高了工作效率和准确度。这些特点也EDA技术得到广泛的应用的重要原因。3.EDA技术的作用EDA技术中的温度分析和统计分析功能可以分析各种温度条件下的电路特性，便于确定最佳元件参数、最佳电路结构以及适当的系统稳定裕度，真正做到电路特性的优化设计。在进行电路测试时，测试的结果会受到诸多因素的影响，从而导致其准确度受到影响，另外由于受到测试手段和仪器精度限制，测试的时候会出现很多技术问题,这种情况下DEA技术，就可以依据其全功能测试解决数据测试和特性分析的问题，大大的提高了应用的效率。

4.EDA常用软件

EDA软件发展很快，目前被我国广泛应用的有：multiSIM7（原EWB的最新版本）、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Men-tor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、Mi-croSim等等。但是很多软件的应用技术具有专门性的特点，使得其应用范围大大的受限，所以下面简单介绍一下PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件的常见种类。

4.1PCB设计软件

PCB（Printed-CircuitBoard）设计软件是最早的基于EDA技术的软件之一，经过多年的发展更是种类繁多，常见的如Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、CadencePSD、MentorGrap-hices的ExpeditionPCB、ZukenCadStart、Win-board/Windraft/Ivex-SPICE、PCBStudio、TANGO、PCBWizard（与LiveWire配套的PCB制作软件包）、ultiBOARD7（与multiSIM2001配套的PCB制作软件包）等等。

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1、EDA技术概念及现状介绍

EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。是计算机信息技术、微电子技术、电路理论、信息分析与信号处理的结晶。

现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、通信、电子、航空航天、矿产、化工、医学、生物、军事等各个领域，都有EDA的应用。EDA在教学、科研、产品设计与制造等各方面发挥着重要的作用。在教学方面，现在几乎所有理工科类的高校都有开设了EDA课程。主要是让学生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL语言编写规范、掌握逻辑综合的理论和算法、使用EDA工具进行电子电路课程的实验验证并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真工具（如multiSIM、PSPICE）和PLD开发工具（如Altera/Xilinx的器件结构及开发系统）。科研方面主要利用电路仿真工具（multiSIM或PSPICE）进行电路设计与仿真；利用虚拟仪器进行产品测试；将CPLD/FPGA器件实际应用到仪器设备中；从事PCB设计和ASIC设计等。在产品设计与制造方面，包括计算机仿真，产品开发中的EDA工具应用、系统级模拟及测试环境的仿真，生产流水线的EDA技术应用、产品测试等各个环节。EDA软件的功能日益强大，原来功能比较单一的软件，现在增加了很多新用途。如AutoCAD软件可用于机械及建筑设计，也扩展到建筑装璜及各类效果图、汽车和飞机的模型、电影特技等领域。

2、EDA技术的特点

EDA技术之所成为今天电子信息工程中的重要技术，具有“自顶向下(Top―Down)”的设计程序，这就确保设计方案整体的合理化；由于EDA采用高级语言描述，有语言公开可利用、描述范围广、可以系统编程和现场编程等特点；自动化程度高所以可以进行各级的仿真、纠错和调试工作。这些特点促使EDA技术得到广泛的应用。

3、EDA技术的作用

EDA技术中的温度分析和统计分析功能可以分析各种温度条件下的电路特性，便于确定最佳元件参数、最佳电路结构以及适当的系统稳定裕度，真正做到电路特性的优化设计。

由于受到测试手段和仪器精度限制，测试的时候会出现很多问题,DEA技术方便得全功能测试解决了数据测试和特性分析的问题。

4、EDA常用软件

EDA软件发展很快，目前被我国广泛应用的有：multiSIM7（原EWB的最新版本）、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、MicroSim等等。下面简单介绍一下PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件。

4.1 PCB设计软件

PCB（Printed-Circuit Board）设计软件更是种类繁多，如Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PSD、MentorGraphices的Expedition PCB、Zuken CadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO、PCBWizard（与LiveWire配套的PCB制作软件包）、ultiBOARD7（与multiSIM2001配套的PCB制作软件包）等等。

4.2 IC设计软件

IC设计工具也很多，ASIC设计领域有名的软件供应商主要有Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。中国华大公司也提供ASIC设计软件（熊猫2000）。

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中图分类号： TN 23 文献标志码： A doi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2017.02.008

文章编号： 1005-5630（2017）02-0043-05

引 言

在现代化的战场中，地空、空空导弹对战机的威胁日趋严重，这使得导弹告警系统成为各国重要的研究课题。导弹告警系统通常可分为雷达告警、红外告警和紫外告警3种方式，同前两者相比紫外告警具有虚警率低、灵敏度高、隐蔽性强、无需制冷、功耗低和质量轻等优点[1-4]。大气层中的臭氧层对位于太阳光中240～280 nm的紫外波段会产生强烈吸收，形成所谓的日盲紫外区，紫外告警系统对来袭导弹的探测正是利用大气的“日盲紫外”特性来实现的。紫外告警系统从技术上可分为以光电倍增管为核心元件的第一代系统和以像增强器为核心探测器的第二代系统[5]。从探测器类型的角度可分为真空探测器件和固体探测器件[6]。

本文针对日盲紫外告警系统的成像系统要求，设计了一款系统焦距为160 mm、F数为3.5的日盲紫外光学系统。

1 光学系统设计

1.1 系统设计要求

基于用户要求，该镜头的结构参数为：焦距为160 mm，波段范围为240～280 nm，半像高为9 mm，F数为3.5，接收器紫外CCD的像素尺寸为25 μm×25 μm。要求在CCD接收面范围内，光能接收大于85%，光学总长控制在155 mm以内，畸变小于3%。

1.2 材料选择

由于紫外波段穿过普通光学玻璃时透过率很低，因此在紫外光学系统中不能采用普通光学玻璃，而一些光学晶体在日盲紫外波段具有较好的透过性能，所以在工程上大多采用光学晶体。根据材料的机械强度、耐热性、热膨胀系数及加工性能等，实际可用的材料仅有氟化钙、氟化镁和熔石英3种，由于氟化镁具有双折射，所以本文最终选择了熔石英和氟化钙2种材料，两者的性能参数如表1所示。紫外滤光片主要是用来屏蔽日盲紫外以外的波段，而常用的日盲紫外滤光片主要有干涉型、声光型、组合型和吸收型几种形式[7]。

1.3 光学系统初始结构的确定

初始结构的确定对实现最终的设计非常重要，如果初始结构选择不恰当，在后期仅仅依赖于光学设计软件是无法对结构做出突破性的改变[8]。本文根据设计要求查找文献得到如图1所示的初始结构，基本结构参数是：焦距为150 mm，波长范围为240～280 nm，F数为4，视场角为8°，光学总长为158 mm。

1.4 光学系统的优化设计

初始结构的焦距与本文的要求不同，所以需对初始结构进行焦距缩放使焦距达到160 mm，并在后面的优化中通过操作数EFFL来控制系统的焦距。由于选用的紫外材料的色散系数差别不大，而消色差的基本原则是负透镜选择阿贝数小的材料，正透镜选用阿贝数大的材料[9]。根据表1所示的材料特性，负透镜选熔石英较为合适，正透镜选氟化钙较为合适。图1所示的系统存在着较大的球差和色差，MTF曲线很差。由于后组的第1片透镜较厚，因而采用分裂透镜的方法增加1片透镜，以减小球差[10]。采用Zemax中默认评价函数RMS+Wavefront+Centroid，并合理设置默认评价函数的权重[11]。由于刚开始系统的像差较大，所以总长先放宽到160 mm，并在优化过程中用TOTR与OPLT这2个操作数共同控制系统总长，同时合理控制系统的边界条件，在优化过程中反复地对边界条件进行考察修改。初步优化的结果如图2所示。

在初步优化的结果上进一步将光学系统总长缩小到154 mm，再对其进行优化。在优化过程中有些轴外光线对像质的影响较大，可设置一些渐晕将对成像质量不利的边缘光线拦掉，同时要保证边缘相对照度不能小于70%。在优化中还对几何像差LONA、AXCL、TARY、DIMX进行控制，优化后期，使用MTFT、MTFS控制系统轴外的MTF，这对像质的提升有所帮助。

1.5 像质评价

经优化后的光学系统结构如图3所示，图4～8为该光学系统的各种特性曲线。

由图3可知光学系统共用了6片透镜，其中紫外滤光片离石英保护玻璃的距离大于7 mm，符合系统大于4.5 mm的要求，系统结构简单合理。由图4可知系统在20 lp/mm处全视场光学传递函数都大于0.8。从图5能量集中度曲线可以看出在紫外CCD接收面龋能量集中度大于90%。从图6中可见，全视场均方根半径均小于7.4 μm即小于CCD的最小像元直径，成像质量良好。从图7中可见系统的全视场的相对照度大于70%。从图8中可知系统的场曲校正到0.26 mm以内，畸变小于2%。

根据照相物镜的波像差小于λ/2时视为像质优良的原则，常把波像差小于λ/2～λ作为照相物镜轴上球差的公差标准[12]。相应的初级球差公差表示如下：

图9为系统的球差曲线图，由图可知，该系统主波长的实际球差最大值为0.262 mm，在边光初级球差公差要求范围内，轴向色差为0.1 mm。由此可见，该光学系统各项指标均满足设计要求，可用于日盲紫外导弹告警系统以及其他紫外光电探测设备。

2 公差分析

基于目前的加工工艺，对紫外光学系统进行公差分配时通过分析各项公差参数在特征频率20 lp/mm处MTF的下降情况，确定最终的公差分配值。鉴于此将元件的倾斜公差设置为±0.015 mm，有些较为敏感的元件设为±0.01 mm；元件的厚度或空气间隔公差TTHI设为±0.05 mm，有些较为敏感的设为±0.02 mm；折射率公差TIND设为±0.001，较为敏感的元件设为±0.000 7；偏心公差Decenter设为±0.015 mm，较为敏感的设为±0.01 mm；元件曲率半径公差TFRN设置为±4个光圈；透镜面型局部误差ΔN设为0.4个光圈。灵敏度分析及蒙特卡罗分析对MTF下降的结果如表2、表3所示，蒙特卡_分析的结果显示该紫外光学系统的90%以上的蒙特卡罗样本在20 lp/mm处的MTF值大于0.485。由表2可知第4片透镜的空气间隔比较敏感，折射率公差0.000 7，属于中等，总共有00、0、1、2、3、4类别，0.000 7属于2类，00类最高，为0.000 2，在加工生产时要严格控制。根据系统的要求及相应的公差分析最后得出系统的公差分配情况如表4所示。

3 结 论

基于用户需求，设计了一款日盲紫外光学系统。该系统的工作波段在240～280 nm，采用6片标准球面透镜，其焦距为160 mm，F数为3.5，总长为154 mm。从点列图、能量分布曲线图、MTF曲线图及公差分析情况来看该系统成像质量良好，满足导弹告警系统的使用要求。

参考文献：

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篇12

引言

随着技术的发展，厚膜混合集成电路使用范围日益扩大，主要应用于航天电子设备、卫星通信设备、电子计算机、通讯系统、汽车工业、音响设备、微波设备以及家用电器等。由此可见，厚膜混合集成电路业已渗透到许多工业部门。

1.厚膜材料

厚膜是指在基片上用印刷烧结技术所形成的厚度为几微米到数十微米的膜层。制造这种膜层的材料，称为厚膜材料。厚膜材料是一类涂料或浆料，由一种或几种固体微粒（0.2～10微米）均匀悬浮于载体中而形成。为了便于印刷成形，浆料必须具有合适的粘度和触变性（粘度随外力而改变的性质）。固体微粒是厚膜的组成部分，决定膜的性质和用途。载体在烧结过程中分解逸出。载体至少含有三种成分，树脂或聚合物粘合剂、溶剂和表面活化剂。粘合剂给浆料提供基本的流变特性;溶剂稀释树脂，随后挥发掉，以使印刷图样干涸;活化剂使固体微粒被载体浸润并适当分散于载体中。

按厚膜的性质和用途，所用的浆料有五类：导体、电阻、介质、绝缘和包封浆料。导体浆料用来制造厚膜导体，在厚膜电路中形成互连线、多层布线、微带线、焊接区、厚膜电阻端头、厚膜电容极板和低阻值电阻。焊接区用来焊接或粘贴分立元件、器件和外引线，有时还用来焊接上金属盖，以实现整块基片的包封。厚膜导体的用途各异，尚无一种浆料能满足所有这些用途的要求，所以要用多种导体浆料。对导体浆料的共同要求是电导大、附着牢、抗老化、成本低、易焊接。常用的导体浆料中的金属成分是金或者金-铂、钯-金、钯-银、铂-银和钯-铜-银。在厚膜导体浆料中，除了粒度合适的金属粉或金属有机化合物外，还有粒度和形状都适宜的玻璃粉或金属氧化物，以及悬浮固体微粒的有机载体。玻璃可把金属粉牢固地粘结在基片上，形成厚膜导体。常用无碱玻璃，如硼硅铅玻璃。厚膜电阻是厚膜集成电路中发展最早、制造水平最高的一种厚膜元件，可以制造各种电阻。对厚膜电阻的主要要求是电阻率大、阻值温度系数小、稳定性好。与导体浆料相同，电阻浆料也有三种成分：导体、玻璃和载体。但是，它的导体通常不是金属元素，而是金属元素的化合物，或者是金属元素与其氧化物的复合物。常用的浆料有铂基、钌基和钯基电阻浆料。厚膜介质用来制造微型厚膜电容器。对它的基本要求是介电常数大、损耗角正切值小、绝缘电阻大、耐压高、稳定可靠。介质浆料是由低熔玻璃和陶瓷粉粒均匀地悬浮于有机载体中而制成的。常用的陶瓷是钡、锶、钙的钛酸盐陶瓷。改变玻璃和陶瓷的相对含量或者陶瓷的成分，可以得到具有各种性能的介质厚膜，以满足制造各种厚膜电容器的需要。厚膜绝缘用作多层布线和交叉线的绝缘层。对它的要求是绝缘电阻高、介电常数小，并且线膨胀系数能与其他膜层相匹配。在绝缘浆料中常用的固体粉粒是无碱玻璃和陶瓷粉粒。

2.厚膜混合集成电路的应用

随着技术的发展，厚膜混合集成电路使用范围日益扩大，主要应用于航天电子设备。卫星通信设备。电子计算机。通讯系统。汽车工业。音响设备。微波设备以及家用电器等。由此可见，厚膜混合集成电路业已渗透到许多工业部门。在欧洲，厚膜混合集成电路在计算机中的应用占主要地位，然后才是远程通信。通讯。军工与航空等部门。而在日本，消费类电子产品大量采用厚膜混合集成电路。美国则主要用于宇航。通讯和计算机，其中以通讯所占的比例最高。

在彩电行业，厚膜电路一般用作功率电路和高压电路，包括开关稳压电源电路。视放电路。帧输出电路。电压设定电路。高压限制电路。伴音电路和梳状滤波器电路等。

在航空和宇航行业，厚膜混合集成电路由于其结构和设计的灵活性。小型化。轻量化。高可靠性。耐冲击和振动。抗辐射等特点，在机载通信。雷达。火力控制系统。导弹制导系统以及卫星和各类宇宙飞行器的通信。电视。雷达。遥感和遥测系统中获得大量应用。

在军工行业，厚膜电路一般用作高稳定度。高精度。小体积的模块电源，传感器电路，前置放大电路，功率放大电路等。

在汽车行业，厚膜电路一般用作发电机电压调节器。电子点火器和燃油喷射系统。

在计算机工业，厚膜电路一般用于集成存储器。数字处理单元。数据转换器。电源电路。打印装置中的热印字头等。

在通讯设备中，厚膜混合集成压控振荡器。模块电源。精密网络。有源滤波器。衰减器。线路均衡器。旁音抑制器。话音放大器。高频和中频放大器。接口阻抗变换器。用户接口电路。中继接口电路。二/四线转换器。自动增益控制器。光信号收发器。激光发生器。微波放大器。微波功率分配器。微波滤波器。宽带微波检波器等。

在仪器仪表及机床数控行业，厚膜混合集成电路一般用于各种传感器接口电路。电荷放大器。小信号放大器。信号发生器。信号变换器。滤波器。IGBT等功率驱动器。功率放大器。电源变换器等。

在其它领域，厚膜多层步线技术已成功用于数码显示管的译码。驱动电路，透明厚膜还用于冷阴极放电型。液晶型数码显示管的电极。

此外，厚膜技术在许多新兴的与电子技术交叉的边缘学科中也具有持续发展的潜力，有关门类有：磁学与超导膜式器件。声表面波器件。膜式敏感器件（热敏。光敏。压敏。气敏。力敏）。膜式太阳能电池。集成光路等。

3.厚膜混合集成电路的发展

目前，厚膜混合集成电路也受到巨大竞争威胁。印刷线路板的不断改进追逐着厚膜混合集成电路的发展。在变化迅速和竞争激烈的情况下，必须进一步探索厚膜混合集成电路存在的问题与对应采取的措施：

开发价廉质优的各种新型基板材料、浆料与包封材料，如SIC基板、瓷釉基板、G-10环氧树脂板等，贱金属系浆料、树脂浆料等，高温稳定性良好的包装材料与玻璃低温包封材料等;采用各种新型片式元器件，如微型封装结构器件（SOT），功率微型模压管，大功率晶体管，各种半导体集成电路芯片，各种片式电阻器、电容器、电感器与各种片式可调器件、R网络、C网络、RC网络、二极管网络、三极管网络等;开发应用多层布线、高密度组装和三维电路，向具有单元系统功能的大规模厚膜混合集成电路发展;充分发挥厚膜混合集成电路的特长，继续向多功能、大功率方向发展，并不断改进材料和工艺，进一步提高产品的稳定性和可靠性，降低生产成本，以增强厚膜混合集成电路的生命力和在电子产品市场的竞争能力;在利用厚膜集成技术的基础上，综合运用表面组装技术、薄膜集成技术、半导体微细加工技术和各种特殊加工技术，制备多品种、多功能、高性能、低成本的微型电路，如厚膜微片电路、厚薄膜混合集成电路、厚膜传感器及其它各种新型电路等。

4.结束语

厚膜混合集成电路就以其元件参数范围广、精度和稳定度高、电路设计灵活性大、研制生产周期短、适合于多种小批量生产等特点，与半导体集成电路相互补充、相互渗透，业已成为集成电路的一个重要组成部分，广泛应用于电控设备系统中，对电子设备的微型化起到了重要的推动作用。各种高新科技的发展和智能产品的出现会进一步刺激知识的进步，技术的突破，而这些的根本，也正是集成电路技术的进步。

篇13

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1004373X(2008)1801703

Applications Research of Realtime Solidstate Recorder Technic

ZHOU Xiujuan1,2,CHEN Wen1

(1.School of Electronic Information and Electrical Engineering,Shanghai Jiaotong University,Shanghai,200030,China;

2.Shanghai Aerospace Electronic and Technology Institution,Shanghai,201109,China)

Abstract：With improvement of the performance in satellite,the performance in satellite is restricted with the solidstate recorder which has small capacity and single memory cache.It is the exact problem to develop the solidstate recorder which has high realtime,big capacity and high stabilization.Because aerospace electronic system can′t be repaired,the stabilization and dependability requirements are very high in system.However,the devices can be selected are not so many.FPGA and SDRAM devices are used to make a pingpong memory cache hardware configuration to take the place of single memory cache structure in the past project in the paper.The realtime of solidstate recorder is very high and the memory capacity is very big.There are plenty of problems in the research process and correlative resolvents are put forward about the problems.And the resolvents are the innovation too.The solution can be applied to all relevant civilian system,the stability and reliability of a similar system are enhanced.

Keywords：solidstate recorder;FPGA;SDRAM;pingpong cache

随着航天技术的飞速发展，为了准确保留相关重要信息，卫星载荷对数据传输系统的实时性和固态记录器的存储容量要求在不断提高。以往数据传输系统的固态记录器或者采用相对独立的读写方式进行工作，实时性不强；或者存储容量不够大，保留的信息不够多\3\〗，无法满足系统应用要求。

对于普通的民用实时数据传输系统，以目前的电子器件发展水平，实现难度不高。不过，航天电子系统最大的特点是不可修复，一般的电子系统要求稳定可靠地在太空恶劣的环境中运行几年，可靠性要求非常高是该类系统的基本要求，能满足系统应用要求的电子器件也不是太多\。在研究开发过程中发现，在可供选择的器件中，设计一个低功耗、大容量、高速率的固态记录器有很多问题需要解决。这里对设计中存在的若干问题进行了深入的研究，并提出了相关解决方案。

1 器件选型

根据系统应用要求，固态记录器的数据传输速率至少要达到160 Mb/s以上，存储容量至少要达到120 Gb以上。据调研，目前能提供的存储器单片容量，SBRAM最大的存储容量只能达到9 Mb，远远不能满足应用要求；而SDRAM单片存储芯片可达到容量4 Gb、工作频率167 MHz以上。用多片这样的SDRAM器件级联完全可以满足系统存储容量和传输速度的应用要求。不过SDRAM器件需要定期刷新，应用难度比较大。

目前FPGA器件发展比较成熟，该器件为大多数复杂数字系统提供技术解决方案。在复杂数字系统中，以FPGA为核心器件，外加一些存储器件和电气接口器件的设计方案已成为主流解决方案。不过，以往市面上提供的FPGA芯片的硬件资源一般都比较少，本课题除了数据传输和存储的应用要求外，还要对数据进行一些算法处理，需用多片资源少的FPGA器件配合一些电路分任务处理才能满足应用要求，与体积小、功耗低的设计任务相矛盾。随着FPGA器件的发展，Xilinx公司的VirtexⅡ系列FPGA器件，其Slices可达几百万门，Block Memory资源丰富，器件内部提供了大量的数字时钟管理器(DCM)分配时钟域，其内部时钟最快可以到420 MHz\，该器件所提供的内部资源和引脚数目可以满足产品设计要求。

2 固态记录器的工作原理

图1是固态记录器系统硬件框图，系统主要由以下几个模块组成：相关算法处理模块，SDRAM存储模块，SDRAM读写控制模块，串口收发控制模块，读写缓存模块(由FPGA内部的FIFO构成)等。

图1的工作原理如下：上位机以"起始字符1+起始字符2+起始字符3+起始字符4+控制命令+校验和+结束字符1+结束字符2+结束字符3+结束字符4"的通讯协议向串口接收电路发送相关的控制命令。当串口接收电路接收到写控制命令时，与此同时，串口发送电路向上位机以"起始字符1+起始字符2+起始字符3+起始字符4+接收到相关控制命令＋校验和+结束字符1+结束字符2+结束字符3+结束字符4"通知上位机固态记录器已经接收到控制命令；以这种通讯协议进行8次握手，如果8次握手通讯都是正确的，数据算法处理组合模块输出读状态控制信号；当读状态信号有效时，输出48位并行有效数据，相关的算法处理模块接收输入的数据并完成相关算法处理，然后将处理后的数据写入写缓存FIFO中；然后由SDRAM控制器的写控制模块将写缓存FIFO中的数据存入SDRAM的一个存储体中；当该SDRAM存储体存满时，SDRAM控制器停止对该存储体的写操作，与此同时，SDRAM读控制器读出SDRAM另一个存储体中已经存满的数据存入读缓存FIFO中，并将读FIFO中的48位并行数据读出采用时分复用的方案，变换成8位并行数据，分6次输入给数据算法解析比对模块进行处理；当数据处理完后，输出写控制状态命令，将处理数据输出给下一级电路使用。当读存储器中的数据全部读出时，SDRAM读控制器停止对该存储体进行读操作。当完成一次读写操作后，下一次操作将SDRAM存储体的读写互换，如此交错进行读写控制即可实现实时数据处理和传输。当上位机以相同的通讯协议发送写停止和复位命令时，固态记录器停止写操作或者进行系统复位操作。

3 设计中出现的问题和解决方案

3.1 电源和FPGA配置

这里使用Xilinx公司FPGA的主串配置方案。该配置方案的工作过程如下\：系统上电时，当内核电源VCCINT和I/O电源VCCO都达到门槛电压值后，FPGA对配置模式进行采样；当FPGA采样到是主串配置方案时，FPGA输出配置时钟CCLK和串行配置数据；系统上电时PROGB和INITB两个信号分别有1个低电平周期，INITB信号低电平时对配置芯片进行复位，使配置芯片内部的指针指向配置芯片的地址0，PROGB信号从低电平变为高电平后，FPGA接受串行配置数据进行器件配置，在整个过程中，DONE信号始终为低电平，当配置成功后，DONE信号自动拉高(如果DONE信号一直为低电平，说明配置失效)。

实验过程中发现Xilinx公司的FPGA，如果内核电源先于I/O电源上电或同时上电，FPGA的配置不会有问题；如果内核电源滞后于I/O电源上电，FPGA的配置往往会失效\。关于Xilinx公司的电源供电问题，TI和National公司都提供了很好的电源管理解决方案，在做功能实验过程中发现，使用该电源管理方案，FPGA的配置非常稳定可靠，没有发生过配置失效的现象。不过，该电源管理方案中所使用的器件没有宇航级的器件，无法满足实际系统的应用要求。实际应用系统中用的是宇航级的电源器件，同时输入1.5 V和3.3 V的电源给记录器供电。在大部分情况下，该电源供电方案不会出现FPGA配置失效的问题，不过当系统进入高低温实验箱进行环境实验时，经常发生配置失效的问题。

为了解决FPGA上电时序问题，这里利用增加I/O电源电容，增加I/O电源上电时间；或者增大内核电源输出电流，减小内核电源电容，减小内核电源上电时间的方案进行解决。实验中发现，FPGA配置稳定性有所提高，但在进行环境实验时，偶然还是有配置失效的现象发生。后来，笔者在PROGB和INITB两个信号上分别加2个100 μF以上的大电容，与2个信号上的上拉电阻分别组成RC电路，延长信号的低电平时间，实验发现，该解决方案取得了明显的效果，在进行高低温实验时，没有发现配置失效的现象。后来，笔者对设计进行了改进，将PROGB，INITB，DONE和一个I/O都接到上位机的I/O上，将FPGA中不用的引脚设为低电平，输出到上位机的I/O输出一个固定的高电平，上位机定期查询DONE信号和I/O信号，如果发现DONE信号和I/O信号中有一个不正确，上位机给PROGB和INITB信号发一个100 ms的低电平，将配置芯片中的固化程序重新加载到FPGA中去，具体实现方法如图2所示。实验中还发现DONE信号的驱动能力很弱，该信号最好能通过一个总线驱动器与上位机的I/O相连。通过以上处理后，该记录器在高低温实验箱中进行一系列的实验，包括在极短的时间内，将温度从-40 ℃变化到125 ℃的温度拉锯实验，反复开关电源，FPGA的配置都是成功的，系统能稳定地工作。

3.2 FPGA可靠性设计

提高FPGA运行的可靠性，最有效的途径是规范的时钟设计和合理的EDA软件约束设计\。在FPGA设计中，有全局时钟、门控时钟、行波时钟和多时钟系统4种时钟。多时钟系统是前面3种时钟类型的任意组合。全局时钟是最简单、最可靠的时钟，全局时钟的延时是可预测的，在FPGA设计中，最好的时钟方案是：由专用的全局时钟输入引脚驱动单个主时钟去控制设计项目中的每一个触发器。由组合逻辑和时钟信号经单个"与门"或单个"或门"后产生的时钟信号为门控时钟。显然门控时钟可以转换成全局时钟，转换方法是，将组合逻辑转化为时序逻辑控制模块的一个使能输入信号，该模块的输入时钟仍然用全局时钟。转换时，可以利用D触发器对毛刺不敏感的特性，用插入D触发器和流水线的思路进一步提高电路运行的稳定性。行波时钟是指一个触发器的输出作为另一个触发器的输入时钟。用门控时钟转全局时钟的解决方案，行波时钟是可以转化成全局时钟的。

这里的存储器除了完成数据的传输和存储外，还有很多复杂的硬件处理算法和相关的控制逻辑。随着算法复杂程度的提高。设计中发现，每增加1个设计模块后，FPGA的速度性能可能会明显降低。通过增加全局约束的方式重新综合布线，经常发现性能改善不明显。打开底层编辑器发现，增加新设计模块后，FPGA内部的布局布线发生很大的变化。对于这种问题，Xilinx公司的EDA集成开发软件ISE提供了一个非常理想的解决方案。该集成开发环境中提供了一个小插件Floorplan，该插件能将设计工程中的模块分别进行逻辑锁定和布局布线锁定，每一个模块即相当于一片ASIC芯片，然后使用增量设计在顶层工程中使用全局约束将锁定的模块进行整体布局布线。利用该解决方案可以保证最后的设计性能。从而提高系统的速度性能和稳定性。

3.3 其他问题

实验中发现，FPGA器件和SDRAM器件都是高速器件，相关的信号线必须进行阻抗\，否则，信号线上会产生很大的过冲和欠冲。信号线上的过冲和欠冲，一方面降低了电路运行的可靠性，另一方面对器件也有很大的伤害，更重要的是，在系统联调过程中，欠冲信号对前级模拟电路的干扰非常严重，产生了很大的地弹噪声，使前级模拟电路无法正常工作。

关于SDRAM控制器的设计，国内外已有不少公开发表的论文\11\〗。根据器件资料和相关论文，笔者发现，在SDRAM控制器设计中，将刷新计数器的逻辑优先级设为最高，当处在刷新周期时，其他的控制逻辑都保持不变，其他控制逻辑从属于刷新逻辑是设计的基本思路，以这条思路为出发点，可能会起到事半功倍的效果。设计中还发现，SDRAM控制器中的双向口要消耗大量的布线资源，而且在数据切换时延时很大，SDRAM的读写时钟最好是经FPGA内部的锁相环锁相处理后提供的，不要简单地使用时钟反相等粗糙的处理方式进行，这样有利于提高数据传输的稳定性。

4 结 语

针对航天电子系统应用的特殊要求，采用工程应用中发现问题、解决问题的方法，对固态记录器的可靠性和稳定性设计进行了深入的研究和探讨。文中解决问题的方法完全可以应用到相关的民用系统中，提高类似系统的稳定性和可靠性，具有很大的工程应用价值。

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