发布时间：2023-01-08 14:45:54
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的低功耗设计论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
20世纪70年代，英特尔公司(Intel)的戈登・摩尔(Gordan Moore)预言：芯片上晶体管的数量将每隔18个月至两年就会翻一番。这即是电脑行业在幕后称之为的“摩尔定律”，这一定律至今依然在发挥着作用。但是，如果“摩尔定律”一直有效，那么小小芯片上的晶体管数量将继续呈指数级的增长。可以想像不久的将来芯片将承受怎样的负担，这就需要将整个系统集成在一个小小芯片上的SoC(System on Chip)技术。这个激动人心的技术将曾经占据整个房间的庞大的计算机变得如今只有小拇指的指甲那么大小。正如很多专家所言，自从以半导体和集成电路为基础的计算技术出现以来，片上系统(SoC)技术已经成为最重要的一项技术。
本书是为迎接新一代半导体技术来临的巨大的设计挑战而汇集的论文集，这些论文几乎涵盖了SoC技术的所有相关主题。具体为：1．为了使器件模型不断地降低成本，还必须满足其准确性，就需要扩展各种不同的新技术，ColinMcAndrew的论文就是面向二极管的模型，Matthias Bueher和Christian Enz的论文解决了MOS管的模型。2．解决过程参数的概率性偏差，这些偏差表现为电路的行为偏差，也就是在大规模生产当中被称为参数出现误差，Colin McAndrew的论文的另外一个贡献就是研究了在电路模拟当中的概率性偏差，这在计算效率和物理分析方面很重要，最终可能会决定设计是否可以生产。3．电路部件的设计复杂性，在新技术快速涌现的当代，对于每一种新技术都相应重新设计电路显然不现实，也为成本要求所不允许，Jose Franca的论文试图设计出将数据转换器、放大器和滤波器集成在一起，成为一个能够匹配很多应用的系统。4．随着芯片上晶体管数量的增加，单位面积里所聚集的晶体管数量将越来越多，密集的晶体管单位面积上的发热将越来越巨大，这就提出了当今非常热门的问题――低功耗，R.Leung的文章就涉及这个方面，试图解决高速NO缓冲器的低功耗问题。5.T.Yanagawa，S.Bampi和G.Wirth的文章很翔实和理性的预测了2010年的微电子技术对将来的微电子和集成电路半导体技术产生的影响。
本书适合学习和从事微电子和计算机专业的研究生和工程技术人员阅读，同时也适合相关专业读者参考。
丁丹，硕士生
(中国科学院计算技术研究所)
关键词 无线传感器网络；无线节点；振动检测
中图分类号TN91 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2010）33-0242-02
0引言
无线传感器网络是由具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能的无线传感器节点组成的网络。传感器节点是无线传感器网络中部署到监控区域内，负责收集和转发信息、协作完成特定任务的主体，作为一种微型化的嵌入式系统，构成了无线传感器网络的基础支撑平台[1]。因此它对所使用的传感器节点有一些严格的限制条件。一般而言，由于节点由电池供电，能源受限，所以优先使用低功耗微型器件，只是在其功能不能满足要求的条件下才考虑传统的器件。
1节点设计
本文预期设计一种新型振动传感器节点，当节点部署后，自组织网络建立无线路由，能够实现振动信号的实时感知、数据采集、无线传输等功能。硬件选择以小体积、低功耗、高精度的微型器件为主，满足无线传感器网络对节点硬件的要求。
1.1节点硬件组成
本文自选ADXL330型三轴加速度传感器；数据采集设备和无线节点直接选用美国Crossbow公司的产品：MDA300CA型数据采集板，IRIS无线节点。以上设备通过接口电路连接，组成具有信号感知、采集、无线发送功能的完整节点。
1.1.1 ADXL330加速度传感器
ADXL330是美国模拟器件公司（ADI）推出的MEMS三轴加速度传感器。该器件具有尺寸小、功耗低的特点，自带信号调理电路，在单片集成电路上实现三维模拟信号输出，输出的模拟电压信号与加速度成正比。[2]
1.1.2 MDA300CA数据采集板
MDA300CA是在加州大学洛杉矶分校（UCLA）嵌入式网络传感器中心（CENS）开发的多功能数据采集板。由于具有微型螺钉连接方式使其更适合于自定义传感器类应用。MDA300CA提供了一个高精度的模拟信号获取手段，可以与Crossbow所有无线模块通过51针接口相连。
1.1.3 IRIS无线节点
IRIS是美国Crossbow科技公司推出了一款超低功耗、更远距离传输的无线传感器网络Mote模块。IRIS用于低功耗无线传感器网络，工作在2.4 GHz，支持IEEE802.15.4协议。IRIS增加的几点新特性从整体上提高了Crossbow无线传感器网络产品的性能：
1）超低功耗，休眠电流减半，更长电池寿命；
2）相对 MICA系列产品，三倍作用距离，双倍存储空间；
3）基于IEEE802.15.4/ZigBee协议RF发送器，工作在2.4-2.4835GHz，全球兼容的ISM 波段；
4）即插即用，可连接Crossbow所有传感器板、数据采集板、网关和软件。
1.2 硬件连接
本文节点组成：与电路集成的ADXL330传感器，MDA300CA数据采集板，IRIS无线节点。MDA300CA带有螺钉式数据接口，与传感器PCB各引脚连接，为其提供电源并接收模拟输出信号，再通过51针接口与IRIS无线节点连接。
1.2.1 ADXL330-PCB与MDA300CA的连接
将ADXL330电路集成在PCB上，共有5个引脚，两个固定孔。其中，T1= Vcc（+2.0V~+3.6V），T2=GND，T3=XOUT，T4=YOUT，T5=ZOUT，T6、T7为电路板固定孔。C1、C2为电源去耦电容。C3、C4、C5实现低通滤波功能。本文设计节点主要测量中低频信号，选取C3=C4=C5=0.01μF限制带宽， 3dB带宽计算公式：
1.2.2 MDA300CA与IRIS的连接
MDA300CA数据采集板与IRIS无线节点，都是美国Crossbow科技有限公司开发的基于WSN的硬件平台。两者直接通过51针接口相连，能够互相兼容。节点工作时，需要加载MDA300CA数据采集板的驱动才能实现功能。在安装Crossbow配套开发软件MoteWork后，MDA300CA的驱动在该安装目录下:Crossbow\cygwin\opt\MoteWork\apps\xmesh\XMDA300。
2 节点数据采集
节点工作过程中，传感器感知振动并输出模拟信号，数据采集板MDA300CA将该信号进行模数转换，由节点无线发送模块将数据包送入无线网络，最终上传至用户端计算机并显示。
3 结论
本文提出了一种无线振动传感器节点的设计思路。通过设计外接接口电路，将低功耗传感器与数据采集和无线发送模块集成，构成具有振动信号感知、采集和无线发送功能的新型传感器节点，经实验验证，该节点功能实现良好。
参考文献
[1]王丽琴.无线传感器网络密钥管理方案研究.硕士学位论文.陕西：武警工程学院，2010.
[2]孟维国.三轴加速度计ADXL330的特点及其应用[J].国外电子元器件，2007，2：47-50.
关键词：传感器，电调制，非分光红外技术，朗伯-比尔定律
1、引言
众所周知二氧化碳（CO2）是大气重要组成成分之一,与人们的生产生活密不可分。其含量过高不但会危害人类的健康,还会产生温室效应等不良影响；同时它在动植物的生长环境中也扮演着极其重要的角色。论文格式。目前国内生产和使用的CO2气体传感器主要是固体电解质式、钛酸钡复合氧化物电容式、电导变化型厚膜式等,这些传感器存在许多不足之处:对气体的选择性差、易出现误报,系统需要频繁校准,使用寿命也较短。红外二氧化碳气体传感器新技术国内尚处于起步阶段，于2005年才取得一定进展实现了电调制，但关键元件仍需要进口。而现行红外二氧化碳分析仪多半存在着不仅价格昂贵，而且体积大、质量大等缺点。随着科学技术的不断发展和人民生活水平的日益提高以及人们对环境保护的日益重视，在空调、农业、医疗、汽车及环保等方面,对CO2气体的浓度进行定量监测与控制成为日益增长的需求,开发出灵敏度高、选择性和稳定性好、小型化、便携式的CO2 气体传感器必是大势所趋。基于这一理念作为一种尝试，提出一种红外吸收型便携式CO2气体传感器并给出其软硬件设计方案。
2、非分光红外吸收型气体传感器工作原理
任何物质都有其特征明线光谱，相应的也会有吸收光谱，二氧化碳气体分子亦然。二氧化碳在红外区有三个比较明显的吸收谱线，一个吸收中心波长位于近红外1.573μm处（适用于光纤二氧化碳传感器）、一个位于中红外4.26μm处，还有一个位于14～20μm波段[1]。我们选择中心波长4.26μm处的吸收谱线作为检测依据，因为此波段的吸收最为强烈，衰减最剧烈。根据气体选择性吸收理论可知，当光源的发射波长与气体的吸收波长相吻合时，就会发生共振吸收，其吸收强度与该气体的浓度有关，通过测量光的吸收强度就可测量气体的浓度。具体是，当一束光强为I0 的输入平行光通过待测气体时，如果光源光谱覆盖一个或多个气体的吸收谱线，则光通过气体时发生衰减。根据Beer－Lambert定律，出射光强I 与入射光强I0和气体的浓度之间的关系为
I = I0exp（－αCL）（1）
式中α为气体吸收系数； L 为吸收路径的长度；C 为气体的浓度。
对式（1） 进行变换得到，
C = ln( I0/ I) / (αL)（2）
从式（2）可知，如果L、α 已知，那么，通过检测 I 和 I0 就可以得到气体的浓度C。这就是利用光谱吸收检测气体浓度的原理。
事实上，上述理论没有考虑到光路干扰系数，这是一个随机变量，采用非分光技术可有效地消除光路干扰这一因素。其原理框图如下图1所示。
图1 非分光红外测量光路系统原理图
3、系统硬件设计方案及其实现
3.1核心技术及低功耗系统方案
电调制非分光红外（NDIR）技术是当前应用的前沿技术，也是系统的核心技术所在。论文格式。采用非分光红外测量技术，在实际操作中可以采用单光束双波长实现，即通过选用两种窄带滤光片，它们的中心波长相近但一个允许待测气体对应的吸收波长通过，而另一片则完全阻止其通过，如图1所示，以此实现调制和提取浓度信号。同时，为了系统的稳定和测量的精度以及真正实现手持型便携式，我们采用了电调制、低功耗设计方案，利用脉冲控制光源。而且在实现低功耗的同时也增强了光源的辐射特性和延长了光源的寿命。电调制与非分光技术的实现，从根本上克服了机械调制所带来的种种缺陷：有可动部件，需要专门的马达驱动，调制盘容易损坏，体积大不易于集成化等等。为了实现设计目标，选用专用的电源驱动芯片和微功耗光源，再利用微控制器实现脉冲调制，整个系统由＋5V单电源供电即可很好地实现手持型便携式。
国外NDIR 仪器占有率在70 %左右,国内NDIR 气体分析仪的主要厂家大都采用国际上20 世纪80 年代初的红外气体分析方法,如采用镍锘丝作为红外光源、电机机械调制红外光、采用薄膜电容微音器或InSb 等作为传感器等。因此，在国内非分光红外（NDIR）二氧化碳检测技术研究可以说才刚刚起步。发光光源以及滤光片镀膜工艺是必须攻克的难关，本文不作详细介绍，而将重点放在如何选择和应用上。
非分光红外二氧化碳气体传感器系统的设计构成主要包括：光源及探测接收模块(传感头)、信号放大模块、低通滤波模块、A/D转换以及由微控制器控制的人机控制和信号显示输出等模块。其具体的系统结构图如图2所示。选择恰当的光源和滤光片以及相应的探测器是非常关键的一步。从传感器出来的信号是极其微弱的，必须对其进行放大和滤波，在获得较强的信号的同时保证尽可能地消除噪声，达到较高的信噪比，为后续的信号处理提供真实有效的数据。微控制器负责信号的运算和浓度的换算、自动标定、实时的显示跟踪以及实现与计算机的数据通信等等。
图2 二氧化碳气体测量系统原理图
3.1.1 光源及其调制技术
设计中选用了PerkinElmer® 红外光源IRL715，可以实现低频电调制。由于其低压低功耗，体积小巧，而且经济实用符合我们的设计要求。
1）该光源具有的性能指标
n工作电压为5V，
n电流为115mA±10％，
n功率为0.575±10％W，时间常数为290ms，
n辐射强度为0.15±10％MSCP；
n时间常数为290ms。
n工作寿命长，可达40，000hs。论文格式。
2）光源的调制深度特性与工作模式的选择
光源IRL715的在5V可调方波信号驱动条件下，4um红外波长处的调制深度特性曲线表明，调制频率越高，调制深度越低。图3[2]是光源在连续工作模式和间歇性工作模式下的辐射强度特性曲线，即老化特性。在连续工作模式，1500小时后，其辐射强度降到初始值的95％左右，之后基本保持并略有回升。而在间歇性工作模式（工作1秒，停5秒），其辐射强度则呈上升趋势。因此，利用脉冲控制有利于增强光源的辐射特性，减缓其老化速度，同时也可提高测量的精度。对光源进行电调制脉冲驱动时，充分考虑了该因素。此外，驱动电压的大小一方面会影响到辐射强度，一方面也会影响到光源的功耗和寿命。恒流驱动是设计的最佳选择，选用恰当的电源芯片至关重要。
3）气室设计要求
传感器的光路系统因为采用了非分光红外（NDIR）电调制而变得简单，只要设置一个标准的气室即可。原理图如图4所示。此外，如果需要进一步减小传感头的体积，可以采用专用的光学镜面系统，利用多次反射以加长光程，并且可以同时加强辐射到探测器上的光强强度。光源的稳定对测量的精度具有非常重要的影响，因此选用高精度稳定性好的调整管对光源供电，再结合脉冲控制驱动或者选用可PWM驱动IC设计驱动电路。这样做的目的有二：一是实现电调制；二是为了充分发挥光源的功效和提高发光强度，使光源的性能达到最佳。
图4 光源电路及光路系统原理图
3.1.2 检测放大
红外探测器也是该系统的核心元件，它在很大程度上决定了系统的测量精度与性能。选用PerkinElmer®配套的TPS2534作为探测元件。该热电堆传感器为双元传感，配备了两片不同的滤光片，一片中心波长为4.0um，半波带宽为90nm，作为参考滤光片，一片中心波长为4.26um，半波带宽为180nm，作为气体选择滤光片，提取参考信号和气体信号。结合光源设计光路实现了非分光红外（NDIR）电调制。由探测器出来的电信号极其微弱，前置放大电路的作用举足轻重，因此选用了低噪声、高精度、低温度飘移的运放作为电路的主要部件。有效提高电路的信噪比，提高测量灵敏度。
3.1.3 滤波电路
滤波电路，选择了专用高阶开关电容低通滤波IC电路分别对参考信号和气体信号进行放大滤波，采用8阶BUTTERWORTH低通滤波实现，以有效的提高系统的信噪比。
3.1.4 前向通道、微控制器和后向通道
经信号调理得到的模拟信号，再由A/D转换器转换成数字信号，输入微控制器，完成前向通道的设计。因为本系统对采样的速度要求不是很高，再考虑到测量精度的需要和为了节省单片机的口线以及跟上技术发展的步伐，选用了串行16位ADC。
微控制器则选用了常用的AT89C52作为核心处理器，负责信号的处理和后向通道的显示以及数据通信。由于智能化和网络化将是传感器发展的趋势，可增加与上位机的通信口。
3.2系统的软件实现
系统的软件实现，主要需要完成数据采集、显示、通信、探测器温度监控以及光源调制和驱动等几大模块的功能。
基于上述有关电源的特性的论述和要求，软件流程如图5：
图5 软件设计流程图
4、结束语
该系统采用单＋5V电源供电，可大大减轻系统的质量和减小系统的体积，实现真正意义上的便携式，也可以作为分布式传感系统和传感器网络化的传感器，用于实时、远程监控。同时可大大降低成本。系统的缺点由于光源特性的限制，而不能实现高频调制,可以通过选用可高频调制的光源实现。
参考文献
[1] 王文义. CO<,2>气体浓度的光谱检测[D].2002.6:31
[2] PerkinElmerOptoelectronics product DATA sheet
[3] 熊友辉，蒋泰毅. 电调制非分光红外气体传感器.仪表技术与传感器[J]，2003，(4-5)
[4] 琚雪梅, 张巍等 红外吸收型CO2 气体传感器的设计. 传感器技术[J]. 2005，Vol（24）：8
[5] 王幸之. AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社. 2004，
关键词：NANDFlash，多通道流水线，大容量高速
1. 引言
本文的项目背景是企业一个大容量半导体闪存控制器的预研方案，而如何扩大容量，提高闪存存储速度是研究中的一个重要部分。以半导体作为记忆载体Flash芯片，比传统的磁存储设备更能承受温度的变化、机械的振动和冲击，可靠性更高，易于实现高速度、低功耗和小型化，日趋成为存储器的主流。它分为NOR 和NAND两种类型。与NOR型相比，NAND型具有存储密度更高、功耗更低、芯片引脚兼容性更好和成本效益更高等优点，在计算机及多媒体消费类电子产品中得到广泛应用。而现在单个NAND Flash芯片的存储容量比较小，读写速度也比较慢，因此，开发出高速、大容量的存储系统就显得尤为重要。本文将从NAND Flash的结构特性出发，对扩大闪存容量，提高存储技术进行探讨。由于NAND Flash有多个生产厂商，产品之间有一些差异，本文采用现在市面上流行的三星K9K8G08U0M[1]高密度NAND Flash 存储芯片，这样研究就有了很好的现实意义及实用价值。
2. K9K8G08U0M型NAND Flash芯片内部组成
图1 K9K8G08U0M芯片内部逻辑结构图
3. 扩展容量--多通道高带宽Flash存储阵列
图2 存储阵列组织结构示意图
4 提高存储速度方法探讨
4.1 并行总线及并行分路技术[4]
并行总线技术亦称拓宽总线技术，也即上节所提到的位扩展技术，即通过拓宽数据总线的宽度实现数据宏观上的并行操作。免费论文。比如, 由4块8bit数据总线的芯片组成一个32 bit宽的存储模块, 它们共用相同的控制信号, 包括片选信号、读写信号、地址信号等。免费论文。存储模块总是被看作一个整体而进行相同的操作, 只是数据加载的时候是不同的数据。这样，数据量将是使用一块芯片时的4倍, 所以理论上速度也将是非并行时的4倍。时分多路复用通信，是指各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信，具体说，就是把时间分成一些均匀的时间间隙，将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隙，以达到互相分开，互不干扰的目的。借鉴时分多路复用通信技术, 可以将输入存储系统的高速数据流看作是以传输一个字所需的时间为一个时间片, 不同的时间片传输不同数据的时分多路数据复用。这也是下面要详细说明流水线技术的基本原理。
4.2 多通道流水线技术
流水线技术是一种非常经济、对提高处理机的运算速度非常有效的技术，它依据的是时间并行性。存储系统采用流水处理技术有两个前提条件：首先，在前一个I/O命令没有完全结束之前，系统能获取下一个I/O命令的有关信息；其次，不同部件应能同时操作，资源不发生冲突。由NAND Flash的写时序图分析可得，NAND Flash写入操作可分为3个步骤[3] ：首先，加载操作，即完成命令、地址和数据的载入工作；其次，自动编程操作，即由闪存芯片自动完成编程操作，将载入到页寄存器的数据写到内部存储单元的；最后，检测操作，即在自动编程结束后检测写入的数据是否正确。如果不正确，需要重新编程；如果正确，继续下一步的操作。
在写入自动编程命令后，NAND Flash提供专门的R /B#输出信号变低，指明当前正在进行内部编程操作，进入自动编程状态后的典型时间为700μs，远远超过前面的加载操作部分，当自编程操作完成后，R /B #变高，因此，对NAND Flash的操作满足流水线要求，可对写操作采取流水操作。免费论文。而用几级流水才能使得系统能够最高效的运行，下面来进行分析：
图3 存储器写操作流水方式
采用八级流水后的写速度计算[3] ,写入速度=（1页数据量×并行操作芯片数量×流水级数）/（加载时间×流水级数+自编程时间+检测时间），可得理论写速度为45MB / s。
5 总结
NAND Flash存储密度大，功耗小，可靠性高，体积小重量轻且成本也在不断降低，今后拥有非常广阔的市场。本文主要从芯片自身的结构特性出发，从硬件的角度采用位扩展、并行总线、及流水线技术对提高NAND Flash存储容量和速度进行了探讨。同时在提高闪存容量的速度方面的探讨还可以涉及到Flash纠错算法（ECC），地址映射表[4]，Flash文件系统优化算法等等，这些都有待在今后的工作中进行研究。
参考文献:
[1] K9 K8G08U0M Advanced FLASH Memory Data Sheet SAMSUN G Electronics , 2007.
[2] 张锐.高速大容量存储系统的研究和设计. 航空计算技术, 2008. 7.
[3] 李敏杰等. 基于SOPC 高密度固态存储系统的研究与实现[ J ].微计算机信息.2007.
[4] 李超. 高速大容量FLASH 存储系统设计[ J ].火控雷达技术, 2007(3).
关键词:串口;无线;因特网
中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)07-1596-02
在嵌入式系统时代,所有的设备都要网络化,这是未来科技发展的趋势。而在自动化领域有成千上万的传感器,控制器及其他设备。而他们之间最常用的通信接口就是 RS-232 串口。在实际工作中,笔者为了通过无线网络读取只有 RS-232 串口的传感器中数据,设计了一个串口无线网络服务器设备。连线图如图 1 所示。PC 端打开串口,进行相关的配置,即可对远端接在串口服务器上的带串口的设备进行读写等操作。
1 硬件设计
本系统微处理器采用的是 Atheros 公司生产的 MIPS32,无线基带芯片是Atheros 公司的ROCm,它们被集成在同一个芯片上。存储器芯片是SAMSUNG公司生产的 K5L6331CAA-D270。主要芯片都是高度集成,接线简洁,原理清晰。
1.1 MIPS32简介
本系统 CPU 选用 Atheros 公司的 MIPS32 4KE。MIPS32 是基于以太网应用系统的高性价比 32 位 RISC 微控制器,MIPS32 4KE 为低功耗高性能的 32 核。最适合用于对价格及功耗敏感的应用场合。
1.2 无线基带芯片
无线芯片选用了 Atheros 公司的 ROCm AR6101。Atheros AR6101有以下特点:在IEEE 802.11g中兼容WLAN;在802.11g中数据速率为 6-54 Mbps、在802.11b中速率为 1-11 Mbps。150 MHz 的 MIPS R4KEm 处理器;集成支持802.11b/g MAC/基带处理器和无线电;超低功耗和能源概况;先进的服务质量,安全功能11e WMM QoS和11i AES, WPA, WPA2, CCXv4;VoIP时先进的能源管理;WMM-APSD省电;高度紧凑和低成本的设计集成度;多种扩展接口。
1.3 存储器芯片
本系统中采用的存储器是SAMSUNG公司生产的 K5L6331CAA-D270。它是由 64Mb(4Mbx16) NOR Flash 和 32Mb(2Mbx16) UtRAM 组成。
NOR Flash 是由单一 3V 电源供电。该存储器分为 142 块存储阵列,被独立的硬件保护。此块结构提供高度灵活的擦除和编程能力。器件在16bits(Word)中执行操作或在块中擦除,可擦除单个或多个块。
32Mb UtRAM 是三星公司先进的CMOS技术,使用一个晶体管存储单元。该设备支持4页模式操作,工业温度范围和 48-ball 芯片级封装,对用户来说具有灵活的系统设计。
2 软件设计
本系统采用 ECOS 操作系统。其源代码是公开的,ECOS最大的特点是模块化,内核可配置。最小版本的 ECOS 只有几百字节,非常适合小型嵌入式系统的开发。更适合于处理实时信号的设备,如移动通信、WLAN等通信设备的开发。它的另一个优点是使用多任务抢占机制,具有最小的中断延迟,支持嵌入式系统所需的所有同步原语,并拥有灵活的调度策略和中断处理机制,因而具有良好的实时性。
2.1 软件程序的设计
软件设计的框图,如图 2 所示。串口无线服务器是把从 RSC232 得到的数据通过无线发送到 TCP/UDP 端口,然后通过一个应用程序或多个应用程序传到IP网络设备。
CONFIG是通过COM口或 WLAN 对设备进行配置,一般是对LAN、Wireless、COM口等进行相关的配置。TRANSFER 是与设备的 COM口或 WLAN 进行数据的传输。HTTPD 是基于 Web 对设备的配置和通信。底层驱动部分,主要是完成串口驱动和无线驱动。
2.2 数据流程图
整个设计方案的数据流程图,如图3所示。从 Start Device 开始,等执行到 Task Dispatch 时,下面有2种数据流的方式,A 流程是 HTTPD 是通过浏览器打开配置页面,B 流程是通过串口进入控制台。
3 结束语
许多控制设备提供了通过RS-232串口进行通信的能力,但是RS-232串行通信距离短。笔者所设计的设备旨在为RS-232串口设备提供联网能力。在计算机集成制造或工业自动化领域中,该设备用作现场设备直接连接到网络中。
参考文献:
[1] Anthony J.Massa. 嵌入式可配置实时操作系统eCos软件开发[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.
[2] 加斯特(Gast・M・S). 802.11无线网络权威指南[M].2版.北京:东南大学出版社,2007.
>> 针织时装的年轻“探索者” 印尼的历史巡礼 舞者更年轻 对年轻领导者的5个建议 追风者:那些创业的年轻人 基因工程“年轻乐HGH”的缔造者 年轻的探索者——OPPO Finder X907 姜颖志 愿者的年轻管理者 华南理工:年轻的开拓者 次年轻的诺贝尔奖获奖者 年轻时髦的统治者霸道总裁 陈冠丞：年轻的“铜炉守护者” 海尔：捕获欧洲年轻消费者的秘诀 从“人”开始的巡礼 曼联奖杯巡礼的“翅膀” 德克萨斯的美酒巡礼 革命者永远年轻 奋斗者永远年轻 抓住年轻消费者 霞多丽的全球巡礼 常见问题解答 当前所在位置：中国 > 政治 > 年轻的巡礼者 年轻的巡礼者 杂志之家、写作服务和杂志订阅支持对公帐户付款！安全又可靠！ document.write("作者： 肖贞林")
申明:本网站内容仅用于学术交流，如有侵犯您的权益，请及时告知我们，本站将立即删除有关内容。 王润声（右）在美国接受IEEE奖项并与电子器件协会（EDS）主席合影
2013年，美国IEEE电子器件青年科学家奖（IEEE EDS Early Career Award）公布获奖名单，一位中国青年学者的名字出现在其中，他就是北京大学信息科学技术学院副教授王润声。
IEEE（电气电子工程师协会）有五十多年历史。多年来，该协会一直致力于推动电子和信息技术在理论发展和应用方面的进步，它被认为是科技革新的催化剂，也是太空、计算机、生物医学、电气及电子工程领域的权威组织。
经过了推荐、提名、网评、专家讨论等考核环节后，王润声成为IEEE该奖项历史上首位来自非美国机构的获奖者。“学校和实验室的平台好，加上近期国家对科研项目的支持力度很大，甚至一些美国同行也都羡慕我们。”王润声说，“只要平台是良性发展的、机制是不断完善的，换作其他科学家，也一样能取得成果、获得奖励。”
在王润声尚年轻的学术生涯中，IEEE电子器件青年科学家奖是重要节点，直接促使他在半导体新器件研究领域的地位更加令人关注。对于这个风华正茂的年轻学者来说，一场在晶体管研究领域的漫长巡礼才刚刚开始。
北大人的成长
王润声是北大“土著”，从小成绩优秀，是令人艳羡的“别人家的孩子”。起初，王润声的兴趣是物理学，但当年北大物理系在安徽不招收高考生，考虑到当时物理系与微电子系有部分课程交叉共享，王润声因此认为，由微电子专业转向物理专业应该“比较容易”。凭借这个朴素的判断，王润声憧憬着一个物理学家的梦，成了北京大学2001级微电子专业的学生。然而，此后一直到他读博乃至后来成为北大老师，他却都没有再换专业，反倒在微电子的路上越走越远。
王润声是他这一代青年科学家成长之路的典型代表：少了许多国家计划层面的约束，基本可以轻松自由地选择发展方向。他聪明，兴趣广，喜欢对新鲜事物跃跃欲试。在北大，他担任了一年的乒乓球协会会长，后来又加入了学校网球队。这时，王润声常常思考的问题是，“我的专业究竟有什么用？未来有什么发展？”那是青年学子一个迷茫善变的阶段，他的目标不再局限于转战物理专业，还专门用了大半年时间跑到中文系听课，甚至还打算考到中文系读研。他困惑于选择，思考一条最适合自己的专业之路。
回忆起那段日子，王润声说，人之所以对一件事情感兴趣，也许是因为不用面对任何压力，可以自由地做，因为你不必依赖这些有创造性的业余爱好来谋生。但是，如果把兴趣变成工作，你的爱好受到了物质刺激，也许会发现自己逐渐不那么喜欢做这些事了。爱好也不再是用来放松头脑的富有创造性的追求，它变成了养家糊口的工具。而这些压力最终会充满抱怨与不满，最后你会发现自己不但没有工作好，还失去了一个爱好。正如麦克劳德告诫我们的：不要把自己在闲暇时的消遣变成从早八点到晚五点要做的正常工作。经过一番深思熟虑，王润声彻底打消了转专业的念头，继续学习微电子学。
2005年，王润声获推免资格，成为北大微电子专业硕士生。王润声的导师、时任系主任的黄如教授是微纳电子学领域的权威学者。在她的影响和指导下，王润声开启了一段全新的科研之旅。不久后，他的论文先后在学科顶级期刊TED和顶级会议IEDM上发表，当时这在学生中尚属罕见。黄如发现了他的天赋和科研潜力，着意栽培他;于是，王润声选择继续攻读微电子学与固体电子学的博士学位。
2008年，国家通过教育部“国家建设高水平大学公派研究生计划”向国外输送第二批公派研究生，王润声也是其中的一员。他访问的是美国普渡大学（Purdue University）电子与计算机工程（ECE）学院。普渡大学的微电子专业在全美排名靠前，并且很早就与北京大学建立了交流关系。“我是国内培养的‘土鳖’，但在美国，我发现国内微电子领域研究条件其实不错;与国外同行相比，发现自己的专业水平也不错。这说明我们国家自己培养的科研人员并不比别人差，因此我对自己更有信心了。”王润声说。
因为心系国内未完成的研究项目，王润声在普渡大学访问一年后回到北大，于2010年4月师从王阳元院士进入博士后流动站深造，并得到了中国博士后基金的特别资助。2012年3月，王润声被聘为北京大学信息科学技术学院讲师。至此，他由一名北大学生变成了北大的老师，成为一名“彻底”的北大人。
瓶颈与变革
王润声认为，微电子学科发展正处于瓶颈期。最突出的表现是，不论个人电脑、移动通信，还是智能手机，制造商都在拼功耗，因为功耗是目前最大的难题。“什么时候一块手机电池能用一周？”王润声最大的愿望，就是在晶体管器件层面创新，做出更好的晶体管。“产业技术发展不能停滞，否则就变成了传统行业。”
“瓶颈就意味着新的变革即将产生。”王润声的主要工作是新型晶体管研究，这需要同时透彻了解电子学和物理学，并且及时跟进行业前沿最新成果。近年来，以英特尔、IBM、台积电等巨头为代表的微纳电子新技术在行业内持续，产品功耗不断降低。“对未来，5年后、10年后的技术，该如何设计、如何制作，如何在传统的基础上创新？这是我们思考的主要问题。”王润声说。
2014年，王润声的“新型低功耗多栅MOS器件的实验与理论研究”获2014年教育部高等学校科学技术奖自然科学一等奖，个人排名第二。这是一项适用于未来集成电路技术的研究，揭示了纳米尺度多栅器件中的系列特殊物理现象及根源，提出了新的实验与特性表征方法，并延拓了低功耗应用能力，得到了国际半导体产业界的关注。
根据王润声介绍，在技术层面降低晶体管的功耗，主要有三个方面的变革：一是做新的器件结构，二是用更合适的材料替换原有材料，三是改变其工作原理。王润声从本科毕业论文即开始针对新结构器件展开研究。他告诉记者，这方面最有代表性的一项成果是从英特尔22纳米技术代的CPU芯片开始采用的三维晶体管，业内叫做FinFET，外形像鱼鳍（Fin）一样，所以叫作鳍式晶体管;这种结构具有很强的静电学控制能力，从而功耗很低。新材料方面，从英特尔45纳米技术代开始，业界采用氧化铪取代了传统的氧化硅作为栅极绝缘介质材料，从而大大降低了栅极泄漏电流产生的功耗。新原理方面，目前北大正在研究利用量子力学隧穿原理改进原有晶体管的开关机制，以期从物理本质上进一步降低器件功耗。
后摩尔时代的创新
晶体管在传统的电子产品应用中，遵循著名的“摩尔定律”不断地等比例缩小以提高集成度，但如前所述，现在已经遇到了发展瓶颈。在后摩尔时代，除了传统的应用，晶体管还可以在物联网、智能传感器、生物医疗（比如可穿戴和可植入的芯片）等新应用中大展身手。在后摩尔时代，晶体管该如何创新、如何发展、如何提高性价比？王润声同黄如教授等组成的团队针对上述问题做技术研究，并有中芯国际等多个大型企业作为合作对象。“产业应用是我们的最终目的。”王润声说，信息产业已经成为国民经济的支柱产业之一，而半导体集成电路产业是信息产业的基石，它的出现使电子设备向着微型化、智能化、高性能和低功耗的方向发展。
像多数科学家一样，王润声也时常陷入困境。比如“有时会陷入一个问题，不停地绕圈”，他的经验是，这时不能轻易放弃，坚持下去才会有突破。“就像打乒乓球。”他说：“有的时候，某一阶段练球会觉得不仅进步缓慢、甚至还有退步，这种情况往往表明是快要‘长球’了，再坚持一下水平就会有明显提高。”
论文摘 要：随着因特网、多媒体和无线通讯技术的发展，人们与信息网络已经密不可分。当今无线通讯在人们的生活中扮演着越来越重要的角色，低功耗、微型化是用户对当前无线通讯产品尤其是便携产品的强烈追求，作为无线通讯技术一个重要分支的短距离无线通讯技术正逐渐引起越来越广泛的关注。本文通过Bluetooth和UWB的技术对比及多角度的分析，证实了蓝牙+UWB作为下一代高速无线通讯技术的可能。
前言
目前，我国大型石化企业在厂内的通讯方式，一般仍然采用传统的有线传输方式，即依靠有线通讯电缆来传输信号，配合以传统的程控交换机和防爆电话，防爆扬声器等等设备终端来实现在防爆区与非防爆区之间的通讯。这样的通讯系统庞大，线缆众多不易于人员维护，加之厂区内部腐蚀性气体，工作环境，自然环境等经年累月极容易造成设备的线缆损坏，影响通讯，由于是有线电缆连接在事故发生时更加容易遭受破坏。一旦通讯中断，对企业的事故救援，员工的人身安全，都造成巨大的损失。所以要大力发展无线通讯网络在企业的应用。 1、无线通讯技术的重要作用
石化工厂厂区面积大，人员分布散，防爆区内移动作业人员和零散作业人员众多。无线通讯系统对满足人员通讯需要，加强防爆区内分布人员的动态管理，优化厂区网路结构，实现企业安全生产，调度指挥的有线，无线互联互通，相互结合的信息传递，保证企业安全高效的生产具有十分重大的现实意义。
2、常用的无线通讯技术分析
目前广泛应用的无线通讯技术主要有GPRS/CDMA、数传电台、扩频微波、无线网桥及卫星通信、短波通信技术等。 2.1 数字电台用于点对点或点对多点的工作环境，能够提供标准RS-232接口，可直接与计算机、RTU、PLC等数据终端连接，实现透明传输。数传电台的传输速率从1200～19.2Kbit，传输距离20～50公里。具有抗干扰能力强、接收灵敏度高等特点。数传电台技术比较成熟，标准统一。但随着GPRS/CDMA技术的日渐成熟，相应的设备价格的降低，使得在很多应用场合中数传电台被GPRS/CDMA所取代。但同时，数传电台的相关技术也在不断发展，智能化、网络化、高带宽的数传电台也不断涌现。
2.2 扩频微波和无线网桥技术是近几年兴起的一门数据传输技术。扩频微波最大优点在于较强的抗干扰能力，以及保密、多址、组网、抗多径等，同时具有传输距离远、覆盖面广等特点，特别适合野外联网应用。而无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物。无线网桥是为使用无线（微波）进行远距离数据传输的点对点网间互联而设计。它是一种在链路层实现LAN互联的存储转发设备，可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离（可达50km）、高速（可达百Mbps）无线组网。这两项技术都可以用来传输对带宽要求相当高的视频监控等大数据量信号传输业务。
3、短距离无线通讯技术简介
“蓝牙（Bluetooth）”是一个开放性的、短距离无线通讯技术标准，也是目前国际上最新的一种公开的无线通讯技术规范。它可以在较小的范围内，通过无线连接的方式安全、低成本、低功耗的网络互联，使得近距离内各种通讯设备能够实现无缝资源共享，也可以实现在各种数字设备之间的语音和数据通讯。由于蓝牙技术可以方便地嵌入到单一的CMOS芯片中，因此特别适用于小型的移动通讯设备，使设备去掉了连接电缆的不便，通过无线建立通讯。 蓝牙技术以低成本的近距离无线连接为基础，采用高速跳频(Frequency Hopping)和时分多址(Time Division Multi-access—TDMA)等先进技术，为固定与移动设备通讯环境建立一个特别连接。作为一个新兴技术，蓝牙技术的应用还存在许多问题和不足之处，如成本过高、有效距离短及速度和安全性能也不令人满意等。但毫无疑问，蓝牙技术已成为近年应用最快的无线通讯技术，它必将在不久的将来渗透到生活的各个方面。
4、超宽带(UWB)技术研究
超宽带(Ultra-wideband—UWB)技术起源于20世纪50年代末，此前主要作为军事技术在雷达等通讯设备中使用。随着无线通讯的飞速发展，人们对高速无线通讯提出了更高的要求，超宽带技术又被重新提出，并倍受关注。UWB是指信号带宽大于500MHz或者是信号带宽与中心频率之比大于25%的无线通讯方案。与常见的使用连续载波通讯方式不同，UWB采用极短的脉冲信号来传送信息，通常每个脉冲持续的时间只有几十皮秒到几纳秒的时间。因此脉冲所占用的带宽甚至高达几GHz，因此最大数据传输速率可以达到几百分之一。在高速通讯的同时，UWB设备的发射功率却很小，仅仅是现有设备的几百分之一，对于普通的非UWB接收机来说近似于噪声，因此从理论上讲，UWB可以与现有无线电设备共享带宽。UWB是一种高速而又低功耗的数据通讯方式，它有望在无线通讯领域得到广泛的应用。UWB的特点如下：
4.1 抗干扰性能强：UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。 4.2 传输速率高：UWB的数据速率可以达到几十Mbit/s到几百Mbit/s，有望高于蓝牙100倍。 4.3 带宽极宽：UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带系统容量大，并且可以和目前的窄带通讯系统同时工作而互不干扰。 4.4 消耗电能少：通常情况下，无线通讯系统在通讯时需要连续发射载波，因此要消耗一定电能。而UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按0和1发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能少。 4.5 保密性好：UWB保密性表现在两方面：一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。 4.6 发送功率非常小：UWB系统发射功率非常小，通讯设备可以用小于1mW的发射功率就能实现通讯。低发射功率大大延长了系统电源工作时间。 4.7 成本低，适合于便携型使用：由于UWB技术使用基带传输，无需进行射频调制和解调，所以不需要混频器、过滤器、RF/TF转换器及本地振荡器等复杂元件，系统结构简化，成本大大降低，同时更容易集成到CMOS电路中。
5、结束语
总之，无线通讯方式由于其建立物理链路简单易行，成本低，可以根据现场需求及时调整项目方案，灵活性好，系统的功能扩展方便，因此特别适合石化行业对通信链路的要求。
参考文献
[1]方旭明，何蓉.短距离无线与移动通讯网络[M].北京：人民邮电出版社，2004.
[2]刘乃安.无线局域网(WLAN)—原理、技术与应用[M].西安电子科技大学出版社，2004.
关键词：Link11 DSP FPGA
1、引言
现代战争中，战术数据链的应用日益广泛，在获取战场信息优势方面发挥了极其重要的作用，成为了链接各种指挥控制系统和武器平台的桥梁纽带，实现了各兵种间的协同作战，其通信的有效性、可靠性成为各国军队战斗力的重要保证。本文基于link11数据链特点，结合DSP和FPGA各自的特点，提出了一种基于“DSP+FPGA”联合仿真的方案，并且给出了硬件和软件的解决方案。
2、硬件实现方案
数字信号处理的核心器件为DSP和FPGA，DSP采用软件编程，因此具有高度的灵活性，多用于处理复杂多变的应用场合；FPGA又称为“可编程硬件”，处理速度较高，多用于处理流程相对固定，但速度要求较高的场合。本方案选择以“DSP+FPGA”为处理核心搭建硬件平台，充分利用两种器件的各自优势。
在本方案的硬件设计中DSP选用TI公司的高性能低功耗产品TMS320C6713，FPGA选用当今主流的XILINX公司的XC5VSX95T，内核电压1.0V，DAC选用AD公司的低功耗产品AD9736，数据位宽14位，速度可达1.2GHz。具体的方案如图1所示。
3、DSP软件的设计
在设计中我们利用DSP软件的灵活性，Link11数据链基带信号的设计用DSP来实现。Link11数据链基带信号由2路或16路音频副载波信号调制组成。其16路单音信号频率为605Hz，935Hz，1045Hz，1155Hz，1265Hz，1375Hz，1485Hz，1595Hz，1705Hz，1815Hz，1925Hz，2035Hz，2145Hz，2255Hz，2365Hz，2915Hz，其中605Hz单音用于实现多普勒校正，其电平比其它数据载波单音大5～7dB。2915Hz在报头帧时用于实现数据同步。在数据段，除了605Hz之外，每个数据载波单音代表2比特数据信息。Link11数据链标准传输速率为1200bps和2400bps，实际用1365bps和2250bps，副载波调制采用π/4QDPSK的调制方式，每个单音频率误差范围保持在0.1Hz以内。Link11数据字长为24比特，并采用汉明编码缩短码（30，24）进行差错检验控制，在尾部增加6bit码，最后组成30比特码作为一帧进行传输和接收。这30比特信息分成15组，每组包含2比特信息，经过副载波调制后进行叠加形成基带数据的I路和Q路。具体的实现如图2所示。
4、FPGA软件的设计
Link11数据链路可在短波和超短波两个波段工作，在视距内用UHF/VHF频段内225～400MHz范围内的任一25kHz的整数倍频率，在较远距离采用HF段内的2～30MHz范围内的任一100Hz整数倍频率。我们利用FPGA的速度优势，在FPGA中利用DDS技术来产生HF段内的2～30MHz或者UHF/VHF频段内225～400MHz。
DSP中产生的link11数据链基带信号通过DSP总线传送到FPGA，接口选用4个RAM来实现。每个RAM数据位为16位，深度为4K，因为在DSP产生的基带数据为32位，所以I路和Q路各用两个RAM来实现数据的传送。DSP中产生的基带数据采样率很低，在调制前必须经过插值，将其采样频率提高到与D/A转换器相同，在对和进行调制，相加后经过D/A输出。具体的方案如图3所示。
5、结语
本文针对link11数据链的特征，充分利用DSP和FPGA各自的优势，建立了link11数据链仿真的硬件模型。利用DSP软件的灵活性把复杂的基带信号用DSP来实现，利用FPGA的速度优势把载波调制用FPGA来实现，这样形成了对link11数据链的完美仿真。
参考文献
[1]李有才，王然，李子丰.外军Link系列数据链的发展与工作性能、特点分析[J].电子对抗，2008（2）：8-11.
[2]骆光明，杨斌，邱致和等.数据链[M].北京：国防工业出版社，2008.