集成电路储存环境大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇集成电路储存环境范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

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1 电流模技术的概念

电流模电路也叫做电流型电路，它将电流当作主要参量来对模拟信号进行处理。从严格意义上来看，输入信号与输出信号都属于电流。整个电路只含有晶体管结电压，并没有别的电压参量，所以它被称作电流模电路。电流模电路具有以下几种特点：频带比较宽，速度比较快，动态范围相对较大，容易实现对电流的春出以及运输。利用这个方法对模拟信号进行处理，或者进行集成电路的设计，是近几年比较常见的方法。在进行高速宽带线性模拟集成电路以及非线性模拟集成电路的制作时，其最重要的基础就是电流模方法以及相关原理。所以，可以说电流模电路的广泛使用是一个重要的里程碑。

在传统的对模拟集成电路的探究中，学界常常将电压当作输入参量以及输出参量，因此在对模拟信号进行处理的时候，常常将电流信号转化为电压信号。电路以及系统都是利用电压来进行标记的。

相较于电压模电路，电流模处理电路的方法在阻抗方面存在着明显的不同。比如，在现实应用中的各种类型的电路里，内阻比较小的信号源通常会被当作电压源；内阻相对比较大的信号源常常被看作电流源。理想环境下，电压放大电路应该有着趋向于无限大的输入抗阻，而且它的输出抗阻应该是0；同样在理想环境下，电流放大电路的输入抗阻应该是0，而输出抗阻则趋向于无限大。在非常低的阻抗节点之上，各个电量间的电流量存在相加减的关系。

事实上，对于电流模电路，人们还是比较熟悉的，在实际应用中有非常多的电流模电路，比如，集成运放中进行分析的电流镜电路，甲乙类输出电路等等。

2 电流模电路的特点

2.1 非线性失真小

电流模电路主要的传输对象为电流。通常情况下，晶体管器件本身的指数伏安特性并不会对电流传输的线性度产生影响。因此，相较于电压模电路，电流模电路的非线性失真出现的概率要小很多，它能够对模拟信号进行更为精细的处理。

2.2 方便电流的存储以及转移

动态电流模电路对电流的储存功能以及转移功能具有其他电路不具备的优势。需要强调的是，电流模电路的这个特性并未在模拟集成电路以及相关应用中得到发挥。其限制性因素为支撑电路的不足。支撑电路影响了该系统的高速宽带，限制了其精度。

3 电流模单元电路的应用

所有的模拟功能的线性电流模集成电路以及非线性电流模集成电路的基本组成都是电流模单元。其常见的应用情况如下。

3.1 跨导线性电路（Trans Liner Circuits）

如图1所示，TL回路构成能够改变并增加电流放大单元电路。图1显示的T1与T4均为顺时针方向的发射结。而T2和T3则均为逆时针方向。所以，T1-T4的发射结共同后成了TL回路。其信号则由T3与T4的集电极以及基极进行输入，通过放大之后再由T1和T2进行输出。

该图是由基本电流放大单元级联构成的电流放大电路，它主要包括四级。其中第一级的T1，T2，T3，T4都是TL回路的主要组成部分，T3和T4是输入管，他们的偏置电流是（IO-IE），T1和T2则是差动管，它的偏执电流则是IE。所以这个单机电流的增益如下：

通常情况下，T1，T2，T3，T4的典型值是100，各个组的增益取值应该为β/10、

这个电路具备以下特点：通过对电流源本身的偏压进行改变能够对静态电流产生影响。所以利用这个方法能够提高增益调节的方便性，帮助增益控制提高自动化水平，尽可能大的降低功耗。

3.2 电流镜（Current Mirrors）

电流镜，也常常被称作CM电路。这种电路既能被当作电路的直流偏置以及有源负载，还能将电流量依据一定的比例进行传输。它在很多的电流模电路中都有比较广泛的运用。

常见的电流镜主要包括的结构有：基本镜像电流源，精密镜像电流源，高输出阻抗串接镜像电流源，闭环负反馈镜像电流源（威尔逊电流源），比例电流源，微电流源以及跨导线性甲乙类电流放大单元等。

3.3 电流传输器（Current Conveyors）

电流传输器也被叫做CC电路，它是一种三端器件。其本身是一种常见的电流模电路，组成部分为：电流镜和电流镜，电流镜和TL回路或电流镜和运放。电流运输器是构建宽带，运转速度高，精度比较高的模拟功能电路的基本电路之一。喜爱你在常见的电流传输器主要包括第一代电流传输器以及第二代电流传输器。

3.4 开关电流电路（Switched Current Circuits）

开关电流电路主要运用MOS器件栅极电容本身的存储能力来存储电流，转移电流。电管电流电路的别名又叫做动态电流镜，它主要被用于开关电流滤波器，开关电流以及电流转换器等方面。

4 小结

电流模电路的应用最早开始于上世纪八十年代末，近几年发展势头正旺，已经变为一类重要的电路了。其应用形式正在逐渐丰富。而在学术界，对电流模电路及其应用的研究正在变得越来越为人们所重视。本文对各种电流模电路和电流模电路的相关原理进行了分析，阐述了新的电子电路分析方法。这个方法主要运用跨导线性电路，电流镜，电流传输器等等对常用的电子电路进行了分析。本文主要包括三大部分，它们是：电流模技术的概念，电流模电路的特点，电流模单元电路的应用。其中电流模单元电路的应用主要包括以下几大部分：跨导线性电路；电流镜；电流传输器；开关电流电路等。目前国内对电流模电路的应用还存在着不充分的问题，这需要学界对其相关领域不断深入研究，提供良好的技术支撑。

参考文献

[1]C.Toumazou，F.J.Lidgoy&D.G.Haigh ，姚玉洁等译.模拟集成电路设计―电流模法[M].北京：高等育出版社，2006.

[2]张鹏，赵惟莽，高清运，电流模电路的通用单元电路[J].半导体杂志，2000（12）：20.

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如今，全球各地对集成电路的需求支撑起了每年2500亿美元产值的产业，它已经成为因特网、PC、手机乃至整个世界的灵魂和源动力。因此，我们必须感谢Jack Kilby和Robert Noyce和其他很多不知名的科学研究员在发明、改善集成电路所做出的杰出贡献，以及那些将他们的发明成果转化为商用的公司，比如德州仪器、英特尔、贝尔实验室等等。

初创与追逐

20世纪50年代，电子产业刚刚开始使用晶体管、二极管、电阻器等其他配件来代替真空管，但当时电子制造商通常采用的方法是：工程师们需要手工组装和连接各种晶体管和电阻器以及其他零件，由于人工的灵活性有限，使得组件看起来体积很大。另一方面，由于晶体管数量会随应用的复杂度而大幅增加，这限制了电路在机器上的数量，并且效率低下，花费昂贵。

在1958年加入德州仪器之前，没有人知道Jack Kilby所隐藏的巨大潜力，和那些明星工程师比起来，他是如此默默无闻：麻省理工大学的落榜生，后来在美国伊利诺斯大学拿到了一个二流的学位，但因入伍参加二战而中断学业。1947年，在密尔沃基的Centralab公司开始了他的工程师生涯，而这也是当时唯一一个愿意接纳他的公司。1958年，Jack Kilby加入德州仪器，是为了微型模块计划。在德州仪器公司工作后不久，Jack Kilby就意识到，由于公司制造晶体管、电阻器和电容器，对其产品进行重新组装可能会提供出更有效的微型模块产品。在那年夏季，当其他同事和领导正在休假的时候，Jack Kilby独自留了下来，对IF放大器的试验效果进行思考。

“半导体车间唯一可以以高成本效益方式制造的产品就是半导体。经过进一步思考，我得出这样的结论，真正需要的实际上就是半导体：电阻器和电容器，具体说来，可以用与有源设备相同的材料来制造。我还认识到，由于所有的部件都可以用一种材料制造，那么可以先在一块材料上将它们做出来，然后将它们进行互连而形成一条完整的电路。”Jack Kilby回忆当时的经过时说。Jack Kilby发明的第一枚集成电路，是将晶体管、数个电阻、以及一个电容整合在一个约0.5英寸长的锗基板上，创建了一种更适合机器的理念，从而为机器同时可以兼容三个优点：精密、轻薄和价格低廉。

这个看似不起眼的小小发明却掀起了半导体产业的全新变革。1958年，美国德州仪器公司展示了全球第一块集成电路板，这标志着世界从此进入到了集成电路的时代。

从iPod到互联网，建立在Kilby发明之上的成就比比皆是，但同样振奋人心的是Kilby看待自己发明时的谦逊态度。他曾经引用1964年诺贝尔物理学奖获得者Charles Townes的一句名言：当我听到诸如此类事情的时候，我想起了站在胡佛水坝边上，海狸对水兔所说的话：“不，这不是我独自建造的，这不过是建立在我的一个想法之上。”他似乎始终将这样的观念铭记于心――当你创造了一项发明的时候，后来者的不断完善，有时候比你自己的贡献更为重要。

的确，当时的Kilby并非集成电路上孤独探索的前行者。1958年，就在Jack Kilby发明了集成电路的基本模式的6个月后，当时的美国仙童公司联合创始人、后来的英特尔的开山鼻祖Robert Noyce(罗伯特・诺伊斯)提出了一种“半导体设备与铅结构”模型，在前者的基础上进行了改善，第一次真正将芯片上的所有部件集成到一片单独的硅上面。Robert Noyce的方案最终成为集成电路大规模生产中的实用技术。今天，人们对Kilby和Noyce各自的荣誉进行了评价：Kilby创建了基本的模式，开了先河，对集成电路进行了初次加工；而Noyce的发明则在Kilby的设计上进行了改善，并且，无可争议的，第一次真正将芯片上的所有部件集成到一片单独的硅上面。Kilby和Robert Noyce都被授予“美国国家科学奖章”。他们被公认为集成电路的共同发明者。

英特尔公司的联合创始人之一Gordon Moore(戈登・摩尔)也在集成电路的早期发展进程中扮演着重要的角色。除此之外，还有很多卓越的科学家同样对现代芯片产业做出了杰出贡献，包括来自贝尔实验室的晶体管发明者William Shockley(威廉・肖克利)、John Bardeen(约翰・巴丁)、 Walter Brattain(沃特・布拉顿)，他们因此而获得了1956年的诺贝尔物理学奖，以及后来的索尼公司的研究员Leo Esaki(江崎玲于奈)，他1973年因为发现半导体的穿隧效应而获得诺贝尔物理学奖。

展望与远景

芯片产业之父Carver Mead(卡福・米德)曾经在一本关于芯片设计的教科书中如此评价：“集成电路创建了一个新的时代。过去我们处在工业时代，现在我们处在信息时代。集成电路发明做到了这点，他们的发明使得我们从工业时代跨越到信息时代。”

不过，这些都是老生常谈了。现代计算机基本上在芯片的基础上构建起来的，这是否意味着芯片技术探索之路已经走到了尽头?我们每一代人似乎都在担心最好的东西已经被前辈发明了，但Mea d以及其他很多观察者都坚信，虽然不能达到半导体行业早期那种疯狂增长的速度，集成电路的使用仍将大幅攀升。根据SIA数据，半导体芯片的销售额已从1976年的34亿美元增长到去年的2560亿美元。Gartner预测，今年芯片的销售额将达到2850亿美元，到2012年将有望增长到3530亿美元。

展望未来50年，对速度的追求，低能耗的要求和对环境污染的担忧都意味着小小的芯片必须继续做出新的改变。事实上，从单核到双核，再到四核、六核，芯片厂商们的多核竞赛如火如荼，他们的兴趣也从提高时钟速度转移到增加单一芯片上面的核心元件数量，而摩尔定律在多核时代也获得了新生。

芯片产业的巨头们在推动芯片产业新创造方面依然不余遗力：2008年9月17日，就在集成电路问世50周年当天，德州仪器宣布成立Kilby实验室(Kilby Labs)，以致力研发突破性半导体技术的创新知识。Kilby Labs座落于的达拉斯北分区，设立这个实验室的构想来自早期的德仪实验室。也就是当年Kilby设计出首颗芯片，并从此开启通往3G手机、便携式超声波设备等科技的起源地。

“我们对Kilby Labs的愿景，”德州仪器高级副总裁Gregg Lowe强调，“是将德州仪器在芯片新技术研发方面的经验，以及对消费者的理解，与新一代创造者的梦想结合起来。”“这项发明起始于1958年，但并没有就此终止。一切才刚刚开始。”德州仪器全球战略市场副总裁Mark Denissen说，“通过对诸如能源节约领域的突破性改善，我们希望在Kilby Labs的努力下，帮助所有的新用户享受到Jack多年前的发明的基础技术所带来的成果。”

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一、引言

航空航天、军工、电子、通讯行业等领域对集成电路的工作稳定性要求相当高，生产企业在将集成电路、分列器件投放生产时，必须进行高、低温老化、测试、筛选及可靠性试验，以确保集成电路的可靠性。集成电路生产厂家常常要根据不同要求环境的集成电路进行不同测试。主要针对集成的高低温老化测试而进行设计。所谓老化测试，就是保证被测试的芯片的可靠性，即在一定的时间内进行持续性周期性的测试，使有问题的芯片在这段时间内就失效。

基于以上的因素考虑，既要准确采集集成器件老化程度的温度数据，又要实现数据的保存并且有效地降低测试成本。可借助单片机作为下位机实现现场温度采集，利用LabVIEW作为测控系统，实现对温度的检测与控制，这样的上下位配合，实用性高，灵活度高，成本低且稳定可靠。

二、总体设计方案

为了实现温度检测系统提出的各项具体功能，将整个系统分解为上位机和下位机两个部分：上位机为装有LabVIEW2014软件的PC机，利用LabVIEW开发环境设计上位机的监控界面，上位机部分完成对硬件的驱动、数据显示、处理与存储及人机交互操作界面的生成。通过USB转RS232串行口与STC89C52单片机通信，读取温度传感器DS18B20的温度测量数据，从而实现对温度参数的实时采集。

三、硬件接口电路设计

1.LabView平台与单片机串口通信硬件接口电路设计

在本设计中，作为下位机的单片机负责数据的采集和通信，而上位机以PC机为操作平台，接收数据和保存数据，二者之间的核心在于数据通信。单片机与PC机通信是通过单片机的串口和PC机的串口之间的硬件连接实现的。

由于单片机的TTL逻辑电平与RS-232的电气特性完全不同，RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号功能都做了规定，在TXD和RXD数据线上：逻辑1为-3V～-15V的电压，逻辑0为3V～15V的电压。由此可见，RS-232C是用正负电压表示逻辑状态，与晶体管-晶体管逻辑集成电路（TTL）以高低电平表示逻辑状态的规定正好相反。因此，在将PC机和单片机通信之前必须进行电平转换，本设计采用MAX232电平转换芯片实现单片机与串行口的电平转换。

上位机操作以PC机上的LabView虚拟仪器系统作为操作平台，实现对单片机的数据通信。因为现在大部分电脑都有USB接口，因此我们采用USB总线作为系统的通信方式。为了实现USB与单片机的串口连接，采用Prolific公司生产的PL2303接口转换器，实现USB信号与RS232信号的转换。

2.下位机硬件电路设计

下位机数据主要由单片机与DS18B20数字温度传感器测得，由单片机组成的小系统对温度信号进行采集，然后通过USB转RS-232串口将数据传送给计算机，在计算机上运行的LabVIEW程序对输入的数据进行分析处理，将结果由计算机显示出来，并且保存测量数据。

四、系统软件设计

1.串口异步通信的数据格式

在串行通信中，常用的两种基本串行通信方式包括同步通信和异步通信。本设计中，主要采用的异步通信方式，在进行程序设计时为了实现正常的通信，必须对端口号进行选择，设置合适的波特率、校验位、数据位及停止位等参数。两台通信机的参数必须一致才能实现通信，否则无法实现数据传输。

2.上位机LabVIEW程序设计

上位机LabVIEW对单片机的串口通信主要是通过VISA实现的，本机安装的是VISA5.3，VISA实质上是一个I/O接口软件库及其规范的总称。

I/O接口软件存在于仪器和仪器驱动程序之间，完成对仪器内部寄存器进行直接存储数据操作，并且为仪器与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件。应用LabVIEW里的visa库对串口通信进行设置。本设计串口的设置参数为（波特率9600bps 8 位数据，1位停止，1位起始，无校验），下位机的串口设置与上位机一致。需要注意的是系统从串口读来的数据被自动转换为ASCII字符，要得到数据并显示，还要编写相应的子程序vi。

3.下位机程序设计

程序是整个系统的灵魂，硬件电路只有通过程序的驱动才能正常工作，因此程序对于系统来说非常重要。程序中出现一个小的错误可能使系统无法正常工作。系统软件设计的主要任务是：串口初始化，接收上位机发过来的下位机启动指令，控制单片机从温度传感器采集温度数据，通过读取温度值程序将采集到的温度值送入上位机系统中。系统初始化阶段，令单片机的定时器T1工作于方式2，用于产生串行通信所需的波特率，然后单片机开始等待PC上位机的指令，当单片机得到启动指令时，单片机开始采集温度数据。单片机将采集到的温度数据储存在缓冲区中，然后单片机将采集到的数据分为四个字节，送入上位机进行分析。

五、系统调试

LabVIEW程序的调试与其他计算机语言的编写调试类似，都需要找出语法错误，但LabVIEW的图形化编程方式就相对简单得多，大大提高编程的效率。如果一个VI程序存在语法错误，则在面板工具条上的运行按钮将会变成一个折断的箭头，表示程序不能被执行，这时这个按钮被称作错误列表，点击它，则LabVIEW弹出错误清单窗口，点击其中任何一个列出的错误，选用FIND功能，则出错的对象或端口会变成高亮。

在LabVIEW的工具条上有一个画着灯泡的按钮，这个按钮叫做“高亮执行”按钮。点击这个按钮或使该按钮图标变成高亮形式，再点击运行按钮，VI程序就以较慢的速度运行，没有被执行的部分以灰色显示，执行后的部分以高亮显示，并显示数据流线上的数据值，这样，就可以根据数据的流动状态跟踪程序的执行。

六、结语

本设计是一个基于LabVIEW的温度检测系统，主要实现单片机与PC机的串口通信，能及时地将温度数据传给PC机，并将在上位机界面显示温度曲线，直观地表现温度变化。本设计的三个设计要点有：

1.串口通信的参数设置，以MAX232电平转换芯片实现单片机与串行口的电平转换，采用Prolific公司生产的PL2303接口转换器，实现USB信号与RS232信号的转换，与实现单片机与LabView的串口通信。

2.采用LabView软件的图形化界面设计出测量仪器，以实现上位机的数据传输和处理。

3.硬件方面采用单片机和DS18B20数字温度传感器进行现场温度的处理与传输。

参考文献：

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一、IC卡概述

IC卡是集成电路卡（Integrated Circuit Card）的简称，是镶嵌集成电路芯片（该芯片可用于编程设计开发）的塑料卡片或者PVC卡片，其外形和尺寸都遵循国际标准（ISO）。芯片一般采用不易挥发性的存储器（只读存储器ROM、随机存储存储器EEPROM）、保护

非加密存储器卡：即普通存储器卡，通常简称为存储卡。卡内的集成电路芯片主要是EEPROM，具有数据存储功能，不具有数据处理功能和硬件加密功能。

逻辑加密存储器卡：通常简称为加密卡。在非加密存储器卡的基础上增加了安全加密逻辑电路，该加密逻辑电路通过校验密码方式来保护卡内的数据对于外部访问是否开放。

CPU卡：也称智能卡，卡内的集成电路中带有微处理器MPU、存储单元（包括随机存储器RAM、程序存储器ROM/FLASH、随机存储存储器RAM）以及芯片操作系统COS。装有COS的CPU卡相当于一台微型计算机，不仅具有数据存储功能，同时具有命令处理和数据安全保护等功能。

二、IC卡接触方式

接触式IC卡

接触式IC卡首先它的安全性比磁卡高得多，它的数据经过加密后不可复制，安全密码核对错误有自毁功能，而磁卡容易被复制，数据也不安全。所以接触式IC卡在我们的生活发挥了不可替代的作用。主要有以下几点优点：储存容量大；重量轻、体积小，抗干扰能力强，便于携带、易于使用；安全性能高；网络适应性强。

但是从中也暴露出其不可避免的弱点：

因恶劣的使用环境造成接触式智能卡与卡机实践性的磨损，导致误读、错读率提高；由于接触不良导致传输数据出错；在单位时间内使用接触式智能卡频率高的场所，由于插拔卡速度低，造成长时间等待。

2.2非接触式IC卡

非接触式智能卡又称射频卡，它将芯片和天线完全封装在卡片内部，此种卡的的表面没有触点，通过电磁感应方式与读写器进行通信。与接触式智能卡相比较，非接触式卡具有以下优点：可靠性高；操作方便、快捷；加密性能好

2.3 双界面CPU卡

“一卡多用”是IC卡应用所追求的目标，所以为发挥这2种卡各自的优势，既支持接触式通讯、又支持非接触式通讯的双界面IC卡――接触式智能卡与非接触式智能卡接口功能于一个芯片的组合智能卡便成为当前的热点。

双界面卡有以下三种：

1.接触式智能卡系统与非接触式智能卡系统仅仅是物理的组合到一张卡片中，两个EEPROM，两套系统互相独立。

2.接触式智能卡系统与非接触式智能卡系统彼此操作独立，但共享卡内部分存储空间。

3.接触式智能卡系统与非接触式智能卡系统完全融合，接触式与非接触式运行状态相同，共用一个CPU管理。

三种双界面IC卡中，只有最后一种双界面IC卡才是真正意义上的非接触式双界面CPU卡。

三、双界面CPU卡的技术难点

在实践中发现双界面CPU卡的设计和制作过程中存在一些技术难点。这些关键技术包括：

1.电力来源

双界面IC卡是射频技术和接触卡技术相结合的产物。非接触应用时，由于卡的尺寸限制，使双界面CPU卡的内部不带电池，需要由读写设备通过无线方式供电，经过卡内的稳压电路产生芯片工作所需的直流电压；卡内的天线也需要特殊设计。接触式应用时，要采用接触式读写器端口提供的电源。

2.非接触信号转换

卡内天线接收到射频信号后，通过集成到微处理器中的OTI可编程天线接口，对射频信号解码，转换成可以被微处理器识别的信号。天线接口再将处理器返回的数据进行调制后，把射频信号传递给读写设备。

3.抗冲突（自动分辨功能）

在非接触式应用时，当多张卡同时进入操作区时，会出现误读现象。只能允许一张卡进入或者休眠其它，并逐一唤醒处理。当一张卡完成操作未离开操作区或另一张卡进入时，都不会对已进入操作区的其它卡有影响。

4.低功耗

卡内芯片采用低压低耗CMOS工艺技术和休眠模式等多种技术以降低功耗。

5.封装

由于双界面卡中需要封装天线、芯片和片外电容等部件，为确保卡片的大小、厚度、柔韧性和可靠性，需要采用独特的封装技术。

6.安全

双界面卡以芯片的物理安全技术、卡片制造的安全技术和卡的通信安全技术这三个方面共同形成卡的安全体系，保证卡片从生产到使用的安全。

四、双界面CPU卡的现状

目前使用最多的就是非接触式逻辑加密卡与双界面CPU卡。

在现阶段，国内IC卡应用领域并没有广泛使用双界面CPU卡，这主要由于以下几个原因：

1.卡片造价高

单就卡片本身的成本来说，每张双界面CPU卡的成本在50元以上，少量订购一般在80元左右。

2.坏卡率高

双界面CPU卡的部分非常容易损坏，坏卡率远高于非接触式逻辑加密卡。高坏卡率增加了卡片使用者的经济负担。造成坏卡有多种原因，很难区分使用者、读卡设备和卡片本身的责任，无形中增加了很多纠纷。3.供货周期长

双界面CPU卡的芯片全部在国外生产，封装也大多数在国外，国内只有少数几家公司能够封装，但技术不过关造价很高，现在已经基本不再自己封装了（虽然对外还选称能够自己封装）。国外生产的直接后果是供货周期长，不能满足用户的紧急需要。

4.反应时间长

双界面CPU卡对供电的要求高，算法复杂，反应时间长，在使用频繁的场所，用户会感觉不方便。

五、结论

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1EDA技术的基本概念

EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写，是从CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、CAT(计算机辅助测试)和CAE(计算机辅助工程)的概念发展而来的。EDA技术是以计算机为工具，集数据库、图形学、图论与拓扑逻辑、计算数学、优化理论等多学科最新理论于一体，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。

2EDA技术的发展过程

EDA技术的发展过程反映了近代电子产品设计技术的一段历史进程，大致分为3个时期。

1)初级阶段:早期阶段即是CAD(Computer Assist Design)阶段，大致在20世纪70年代，当时中小规模集成电路已经出现，传统的手工制图设计印刷电路板和集成电路的方法效率低、花费大、制造周期长。人们开始借助于计算机完成印制电路板一PCB设计，将产品设计过程中高重复性的繁杂劳动如布图布线工作用二维平面图形编辑与分析的CAD工具代替，主要功能是交互图形编辑，设计规则检查，解决晶体管级版图设计、PCB布局布线、门级电路模拟和测试。

2)发展阶段:20世纪80年代是EDA技术的发展和完善阶段，即进入到CAE(Computer Assist Engineering Design)阶段。由于集成电路规模的逐步扩大和电子系统的日趋复杂，人们进一步开发设计软件，将各个CAD工具集成为系统，从而加强了电路功能设计和结构设计，该时期的EDA技术已经延伸到半导体芯片的设计，生产出可编程半导体芯片。

3)成熟阶段:20世纪90年代以后微电子技术突飞猛进，一个芯片上可以集成几百万、几千万乃至上亿个晶体管，这给EDA技术提出了更高的要求，也促进了EDA技术的大发展。各公司相继开发出了大规模的EDA软件系统，这时出现了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的EDA技术。

3EDA技术的特点

EDA技术代表了当今电子设计技术的最新发展方向，它的基本特征是采用高级语言描述，即硬件描述语言HDL(Hardware Description Language)，就是可以描述硬件电路的功能。信号连接关系及定时关系的语言。它比电原理图更有效地表示硬件电路的特性，同时具有系统仿真和综合能力，具体归纳为以下几点:

1)现代化EDA技术大多采用“自顶向下(Top-Down)”的设计程序，从而确保设计方案整体的合理和优化，避免“自底向上(Bottom-up)”设计过程使局部优化，整体结构较差的缺陷。

2)HDL给设计带来很多优点:①语言公开可利用;②语言描述范围宽广;③使设计与工艺无关;④可以系统编程和现场编程，使设计便于交流、保存、修改和重复使用，能够实现在线升级。

3)自动化程度高，设计过程中随时可以进行各级的仿真、纠错和调试，使设计者能早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，同时设计人员可以抛开一些具体细节问题，从而把主要精力集中在系统的开发上，保证设计的高效率、低成本，且产品开发周期短、循环快。

4)可以并行操作，现代EDA技术建立了并行工程框架结构的工作环境。从而保证和支持多人同时并行地进行电子系统的设计和开发。

4EDA技术的作用

EDA技术在电子工程设计中发挥着不可替代的作用，主要表现在以下几个方面:

4.1验证电路设计方案的正确性

设计方案确定之后，首先采用系统仿真或结构模拟的方法验证设计方案的可行性，这只要确定系统各个环节的传递函数(数学模型)便可实现。这种系统仿真技术可推广应用于非电专业的系统设计，或某种新理论、新构思的设计方案。仿真之后对构成系统的各电路结构进行模拟分析，以判断电路结构设计的正确性及性能指标的可实现性。这种量化分析方法对于提高工程设计水平和产品质量，具有重要的指导意义。

4.2电路特性的优化设计

元器件的容差和工作环境温度将对电路的稳定性产生影响。传统的设计方法很难对这种影响进行全面的分析，也就很难实现整体的优化设计。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，真正做到优化设计。

4.3实现电路特性的模拟测试

电子电路设计过程中，大量的工作是数据测试和特性分析。但是受测试手段和仪器精度所限，测试问题很多。采用EDA技术后，可以方便地实现全功能测试。

5EDA技术的软件

目前EDA技术的软件很多，如EWB、PROTELL等。

1)EWB(Electronics Workbench)软件。EWB是基于PC平台的电子设计软件，由加拿大Interactive Image Technologies Ltd.公司研制开发，该软件具有以下特点:①集成化工具:一体化设计环境可将原理图编辑、SPICE仿真和波形分析、仿真电路的在线修改、选用虚拟仪器、借助14种分析工具输出结果等操作在一个集成系统中完成。②仿真器:交互式32位SPICE强化支持自然方式的模拟、数字和数/模混合元件。自动插入信号转换界面，支持多级层次化元件的嵌套，对电路的大小和复杂没有限制。只有提供原理图网络表和输入信号，打开仿真开关就会在一定的时间内将仿真结果输出。③原理图输入:鼠标点击一拖动界面，点一点自动连线。分层的工作环境，手工调整元器件时自动重排线路，自动分配元器件的参考编号，对元器件尺寸大小没有限制。④分析:虚拟测试设备能提供快捷、简单的分析。主要包括直流工作点、瞬态、交流频率扫描、付立叶、噪声、失真度、参数扫描、零极点、传递函数、直流灵敏度、最差情况、蒙特卡洛法等14种分析工具，可以在线显示图形并具有很大的灵活性。⑤设计文件夹:同时储存所有的设计电路信息，包括电路结构、SHCE参数、所有使用模型的设置和拷贝。全部存放在一个设计文件中，便于设计数据共享以及丢失或损坏的数据恢复。⑥接口:标准的SPICE网表，既可以输入其他CAD生成的SHCE网络连接表并行成原理图供EWB使用，也可以将原理图输出到其他PCS工具中直接制作线路板。

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2EDA技术的发展过程

EDA技术的发展过程反映了近代电子产品设计技术的一段历史进程,大致分为3个时期。

1)初级阶段:早期阶段即是CAD(ComputerAssistDesign)阶段,大致在20世纪70年代,当时中小规模集成电路已经出现,传统的手工制图设计印刷电路板和集成电路的方法效率低、花费大、制造周期长。

人们开始借助于计算机完成印制电路板一PCB设计,将产品设计过程中高重复性的繁杂劳动如布图布线工作用二维平面图形编辑与分析的CAD工具代替,主要功能是交互图形编辑,设计规则检查,解决晶体管级版图设计、PCB布局布线、门级电路模拟和测试。

2)发展阶段:20世纪80年代是EDA技术的发展和完善阶段,即进入到CAE(ComputerAssistEngineeringDesign)阶段。由于集成电路规模的逐步扩大和电子系统的日趋复杂,人们进一步开发设计软件,将各个CAD工具集成为系统,从而加强了电路功能设计和结构设计,该时期的EDA技术已经延伸到半导体芯片的设计,生产出可编程半导体芯片。

3)成熟阶段:20世纪90年代以后微电子技术突飞猛进,一个芯片上可以集成几百万、几千万乃至上亿个晶体管,这给EDA技术提出了更高的要求,也促进了EDA技术的大发展。各公司相继开发出了大规模的EDA软件系统,这时出现了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的EDA技术。

3EDA技术的特点

EDA技术代表了当今电子设计技术的最新发展方向,它的基本特征是采用高级语言描述,即硬件描述语言HDL(HardwareDescriptionLanguage),就是可以描述硬件电路的功能。信号连接关系及定时关系的语言。它比电原理图更有效地表示硬件电路的特性,同时具有系统仿真和综合能力,具体归纳为以下几点:

1)现代化EDA技术大多采用“自顶向下(Top-Down)”的设计程序,从而确保设计方案整体的合理和优化,避免“自底向上(Bottom-up)”设计过程使局部优化,整体结构较差的缺陷。

2)HDL给设计带来很多优点:①语言公开可利用;②语言描述范围宽广;③使设计与工艺无关;④可以系统编程和现场编程,使设计便于交流、保存、修改和重复使用,能够实现在线升级。

3)自动化程度高,设计过程中随时可以进行各级的仿真、纠错和调试,使设计者能早期发现结构设计上的错误,避免设计工作的浪费,同时设计人员可以抛开一些具体细节问题,从而把主要精力集中在系统的开发上,保证设计的高效率、低成本,且产品开发周期短、循环快。

4)可以并行操作,现代EDA技术建立了并行工程框架结构的工作环境。从而保证和支持多人同时并行地进行电子系统的设计和开发。

4EDA技术的作用

EDA技术在电子工程设计中发挥着不可替代的作用,主要表现在以下几个方面:

4.1验证电路设计方案的正确性

设计方案确定之后,首先采用系统仿真或结构模拟的方法验证设计方案的可行性,这只要确定系统各个环节的传递函数(数学模型)便可实现。这种系统仿真技术可推广应用于非电专业的系统设计,或某种新理论、新构思的设计方案。仿真之后对构成系统的各电路结构进行模拟分析,以判断电路结构设计的正确性及性能指标的可实现性。这种量化分析方法对于提高工程设计水平和产品质量,具有重要的指导意义。

4.2电路特性的优化设计

元器件的容差和工作环境温度将对电路的稳定性产生影响。传统的设计方法很难对这种影响进行全面的分析,也就很难实现整体的优化设计。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,真正做到优化设计。

4.3实现电路特性的模拟测试

电子电路设计过程中,大量的工作是数据测试和特性分析。但是受测试手段和仪器精度所限,测试问题很多。采用EDA技术后,可以方便地实现全功能测试。

5EDA技术的软件

目前EDA技术的软件很多,如EWB、PROTELL等。

1)EWB(ElectronicsWorkbench)软件。EWB是基于PC平台的电子设计软件,由加拿大InteractiveImageTechnologiesLtd.公司研制开发,该软件具有以下特点:①集成化工具:一体化设计环境可将原理图编辑、SPICE仿真和波形分析、仿真电路的在线修改、选用虚拟仪器、借助14种分析工具输出结果等操作在一个集成系统中完成。②仿真器:交互式32位SPICE强化支持自然方式的模拟、数字和数/模混合元件。自动插入信号转换界面,支持多级层次化元件的嵌套,对电路的大小和复杂没有限制。只有提供原理图网络表和输入信号,打开仿真开关就会在一定的时间内将仿真结果输出。③原理图输入:鼠标点击一拖动界面,点一点自动连线。分层的工作环境,手工调整元器件时自动重排线路,自动分配元器件的参考编号,对元器件尺寸大小没有限制。④分析:虚拟测试设备能提供快捷、简单的分析。主要包括直流工作点、瞬态、交流频率扫描、付立叶、噪声、失真度、参数扫描、零极点、传递函数、直流灵敏度、最差情况、蒙特卡洛法等14种分析工具,可以在线显示图形并具有很大的灵活性。⑤设计文件夹:同时储存所有的设计电路信息,包括电路结构、SHCE参数、所有使用模型的设置和拷贝。全部存放在一个设计文件中,便于设计数据共享以及丢失或损坏的数据恢复。⑥接口:标准的SPICE网表,既可以输入其他CAD生成的SHCE网络连接表并行成原理图供EWB使用,也可以将原理图输出到其他PCS工具中直接制作线路板。

篇（7）

任何物质都是由原子组合而成的，而原子的基本结构包括质子、中子和电子，质子带正电，中子不带电，电子的带电性与质子相反，带负电。在正常情况下，一个原子的质子数与电子数相同，正负平衡，所以对外表现出不带电的现象。但是电子环绕与原子核周围运动，一经受外力（这外力包括各种能量，如动能、势能、热能、化学能等）作用，就会造成电子分布的不平衡，因而形成了静电。

（二）静电的物理现象

正负电荷有异性相吸、同性想斥的特性，其力量大小可有库仑定律得出：（其中F：力Q：电荷r：距离）所以静电的第一现象即吸附异性电荷。日常生活中，吸附尘埃即为常见情况，因电荷存在，在周围空间必形成电场。静电与大地之间因有电位存在，如果触及电路时，就会产生电流，这个放电电流常会将电路导体烧毁。

（其中I：电流V：电压R：电阻）

（三）静电荷产生的基本途径

1.接触和分离；

2.摩擦；

3.邻近电场的感应。

（四）静电荷产生的基本原因

1.因不同材料的原子核对其最电子的吸引力不同，故当两种不同材料接触或摩擦时，其上的电子会转移到吸引力较强的一方，导致一材料带正荷，而另一材料带负电荷。

2.在导体表面电子能自由移动。当一带电导体和一中性导体接触时，电子会从带电导体流向中性导体，导致二者电荷平衡。

3.邻近电场极化中性物体内的电子分布。当中性物体接地时，与电场相同的电子会被排斥走。若接地突然中断，然后把物体离开电场，则该物体会因之前的电场感应而带电。

二、静电问题的重要性

在国际电子工业经验中，除生产工序控制和产品设计不完善外，已证实静电是造成产品质量问题的主要原因之一。其典型事例如下：

第一，在上世纪80年代初，一国外集成电路制造商在制造集成电路时，通过加入静电控制程序把产品质量提高了50﹪，再通过在电路板组装工序上加入静电控制程序，又把产品质量提高了50﹪。

第二，景德镇邮电通信设备厂在装焊流水生产时，由于某工序失去了静电控制程序，结果引起了集成块的爆炸。

由此可以看出，只有从静电控制方面着手，才能把产品的质量合格率进一步提高。

三、静电对电子产品的危害

晶片制造：微污染污染晶片，并隔断晶片上的幼细线路。静电放电产生电磁干扰，影响自动机的操作。

集成电路的主装和测试：积聚的静电向未封装的晶片因脚放电，破坏集成电路的内部结构。

线路板组装：微污染污染线路板，可做成假焊。静电放电会破坏板上的集成电路，破坏整块线路板的功能。

产品组装：微污染污染外壳，影响产品外观。微尘吸附或掉在产品内部，会影响产品质量。由静电放电做成的软破坏，也会影响产品的质量，使产品无故失效。

硬盘磁头工业：静电放电破坏磁极，微污染阻碍磁头运作。

薄膜电晶体液晶片工业：静电放电破坏细小的晶体，作成整体失效。微污染污染细的电子线路，破坏线路的完整性。

微电机工业：微污染使微部件之间的活动受阻。静电放电的电磁干扰令微电机操作失效。

四、静电控制的基本目标

第一，人体安全，避免因静电放电的而导致身体受损。不同静电电压对人体的影响如表1：

第二，产品免除静电的威胁：各种普通集成电路的静电放电耐电压可被测知（如下表），对于更先进的导体元件，相信及静电放电耐电压会更低，更容易受静电放电的影响。

表2普通集成电路的静电放电耐电压

五、避免静电在电子工业中的影响方法

方法1：最理想的方法是在电子元件内加入保护性电路。但这种方法并非完全可行，尤其是在微小而高密度的集成电路中，其有限空间并不能容纳，另外，保护线路对某些集成电路会造成影响或干扰。

方法2：减除工作桌上绝缘材料物件，或不能接地的导体材料物件。此方法亦非完全可行，有时，绝缘材料物件如塑胶瓶，或不能接地的导体材料物件如钳子等，皆是工作桌上的必需品。

方法3：安装静电控制设备，实施静电防控程序。（此方法被广泛采纳）

六、静电控制方案

（一）接地

1.接地是人体防静电的措施之一，它的目的是是物体与大地之间构成电气上的泄露电路，将人体产生的静电泄露于大地，同时，防止位于人体附近某物体或接触该物体的另一物体受到人体的静电感应，此外，可以限制人体的电位上升，或限制由此产生的静电放电。导体接地是解决导体静电问题的最佳方案，但由于绝缘体上的静电问题完全无用，由于人体为导体，故我们使用接地的方法是把人体上的静电放走（手腕带，导电鞋和地垫，防静电工作服）。但由于人体接地时，又把人体与其他电气设备连接起来，为避免设备漏电时伤害人体，故于手腕内藏有1000，000欧姆的电阻，以确保漏电电流不伤害人体。

2.接地是电子工业厂房静电防护系统的关键措施之一，其可靠程度直接影响着静电防护效果的可靠性和安全性。电子工业厂房的接地主要有以下几种：电磁屏蔽接地；防雷接地（接零线）；建筑构件接地；防静电接地。前几种接地主要在厂房设计时，由建筑设计部门完成，而防静电接地则主要由工厂工艺技术管理部门提出设计或要求。

（二）典型的防静电接地图

为了保证防静电和电源供电的安全可靠，必须将防静电接地和电源零线接地严格分开，为了实现这一目标，一般采用“一点引出电阻隔离”的接地方法：即从电源主配电箱地线处（该点至大地的接地电阻小于4Ω）直接引出电源零线的同时，在同一点经过1MΩ电阻隔离后引出防静电接地的主干线。该主干线应采用截面积为5mm2以上的铜芯橡皮软线。然后从主干线出发防静电接地的设计。防静电地线与电源零线在整个接地系统中必须严格分开，各走其道，中途不允许并接或混接，即采用三线五线制供电系统，典型防静电接地线路如下图：

（三）工作环境方面

环境对静电的产生也有很大的影响。以电子装配车间为例，要有一套完整的防静电操作系统，如防静电工作台、台垫、包装盒、元件盒、防静电烙铁等。操作间地面应铺设放静电地坪，屋顶按装离子风消电器等。对于操作人员应统一穿戴防静电工作服、防静电鞋、戴防静电腕带，并尽量减少人员走动。整个操作间湿度应大于65﹪，并适当提高室内温度。

（四）建立相应的防静电操作规程

静电防护是一项综合性的工程，它涉及到生产领域中设计审查、定货、如库检验、老练筛选、库房储存、装联、调试、维修、包装、发货等方面。在电子产品制造中，应制定出一套完整的静电防护安全操作规程，同时可参考中国电子行业标准SJ/T10533—94《电子设备制造防静电技术要求》，并严格执行，采取有效的防护措施。

七、结语

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Abstract: in this paper, according to the writer's experience on Application of electronic equipment in railway locomotives were presented in simple analysis.

Keywords: electronic equipment; railway vehicles; application

中图分类号：F407.472 文献标识码：A 文章编号：

一、电子设备的可靠性

电子器件可靠性高，这就意味着其故障率很低。故障率即为工作每小时的故障数。例如晶体管的基本故障率为5×10-8次/小时，其倒数为故障间隔的平均时间（MTBF），约为4000年。单个电子器件的可靠性非常高，而电位器和继电器由于有机械运动件存在，所以其可靠性低。与采用单个工作电路可靠性相比，采用集成电路（IC）可靠性得到了提高。由大量元件和连线组成的大规模的电路可以由一块集成电路代替。而在集成电路中，数字集成电路的可靠性更好。随着集成电路功能不断的强化，其故障率也仅略为增加。因此，在机车中采用集成化电路可以大大提高其工作可靠性，降低故障率。

每种元器件都有其固定的故障率及MTBF时间。由于负载、壁垒层温度和工作方法及使用的环境条件等对元器件可靠性影响很大，所以这些数值的变化范围很广。一个系统的故障率，不能按其组成部件的故障率简单地相加或相乘而求得。在实际工作中，采用冗余技术可显著提高机车工作可靠性，这是因为机车同时发生很多故障的情况极少，这样系统的功能可以全部或部分得到保持而不受到破坏。因此，冗余电子系统大的实用价值很高，所以在机车车辆上运用十分普遍。

考察机车故障率可以得知，改善机车车辆运行的不利环境条件和减少元器件数量是研制机车车辆电子设备的两种大趋势。

二、变流器功率器件

采用大功率半导体元件是变流器功率器件的发展趋势，并且尽量减少可控硅元件的数量。对于近郊机车，这个目标已基本达到。机车每个功能仅采用一个元件来控制实现。在功率范围为1000千瓦以下时，没有必要串联或并联可控硅元件。对于地铁和动车，是通过交流传动的，各有一个可控硅元件和二极管安置在相序逆变器的臂上，所以总共有六个二极管和六个可控硅元件。

对于大功率机车，必须增加半导体元件数。当大功率机车功率超过1000千瓦时，必须将可控硅元件和二级管串联或并联，或者在某些情况下，必须在一台机车上设置多个变流器系统，从而提高大功率机车元件的使用率，并将半导体元件的数目控制在较小的范围内，采用相应的结构，组成对环境影响不敏感和无需维护的变流器。在空气冷却方面，将冷却空气导入仅放置有散热器的风筒内皆可以实现上述目标。可控硅元件安装于散热器之间冷却气流之外，目的是为了防止灰尘积聚附加有塑料环。采用这种结构的变流器不需要维护，适当的配制散热器和通风设备，可以使半导体元件具有良好的散热效率。

采用油冷却可以使变流器结构紧凑，从而更好地将集中在可控硅元件内部的热量排出。因此，每个半导体元件的功率都可以单独增大。为了排除热量，必需采用一个没有中冷器的循环油路。

机车的蒸发冷却可以利用流体的汽化热，流体蒸发时吸热，冷却时又将放热。正因为这样，热量可由半导体元件的散热器传送至中冷器而不存在温度梯度。机车上半导体元壁垒层至环境空气的温度路可用于传送少许热量；而热阻减小又使得从可控硅元件排出的热里增加。因此，即使是大功率可控硅元件，其散热效率也很高，每个半导体元件都能传送最大的功率。

三、控制装置

随着机车车辆上变流器功能的多样化，其负荷效率已接近容许负荷的极限。因此，要求其具有更完善的监控和控制功能。此外，从实际使用情况出发，对机车控制装置的信息传递和处理也提出了更高的要求。虽然模拟调节装置的集成运算放大器和数字控制装置的集成电路的功能范围均较宽，但依然令整个电子集成装置的体积达到了极限。电流型三相逆变装置的传动调节部分仅有两层，并装有LUB电网侧整流器和相序逆变器。根据机车和变流器的调节和控制功能来专门研制印刷电路板，可减少其相应的投资。这样，机车电子装置就满足了技术经济指标的高要求。

通过采用微型计算机，控制装置可以得到进一步的发展。它可以进行简单的逻辑和算术运算，几乎可以满足所有必需的调节、控制功能的计算需要。

专门应用于机车上的微型计算机系统已由某电气制造商研制成功。它将具有数据处理功能的计算机、数据和程序的储存器以及将计算机与机车相连接的模拟量与数字量的接口集成为一个整体。它可以在计算机系统上依次实现所有的控制功能，并且具有处理速度快、功能多等优点。因此可利用其基本部件，实现减小复杂控制装置电子设备的目的，处理大量的控制信号，如交流传动机车的控制装置。

通过提高微型计算机部件的可靠性，或者减少部件的数量，可以改善微型计算机控制系统的使用可靠性。由于设置有足够多的监控以及故障检测系统，使得发生故障情况时的中断时间很短。甚至可以用其检测瞬时故障，帮助分析和查找偶然故障出现的原因。

大量的控制功能可以集成到电子装置上。因此，需要有功能强大的信息传输装置将这些电子装置相联接。微型计算机的总线系统和串行数据处理过程可采用多路数据传输装置。此方法与集中式机车可逆控制装置相集成（接于机车的UIC电缆上），已应用于鲁尔市内的铁路上。由于机车和动车上的功率电子装置和控制电子装置的电缆线紧密排列，会产生互相干扰的现象。且由于光导纤维可传输大量信息而没有电位，也不存在电磁兼容性的问题。若在机车上采用光导纤维可提高装置的可靠性。

四、电磁屏蔽技术

电磁干扰现象在机车上是普遍存在的，其可以造成受干扰设备的功能降低甚至丧失，甚至造成设备的部件或软件不可恢复性的损坏。因此，应根据电磁兼容的原理，在进行电子装置的结构设计时，采用有效的屏蔽方法来避免电子设备由于电磁干扰造成的部件损坏或数据丢失。

电磁干扰是以“场”的方式沿空间进行传播的。因此，可以通过提高电子装置机箱对周围电磁场的反射损耗，降低吸收损耗，来减弱或消除电磁干扰对系统内设备的干扰。为了实现电磁兼容，采取的屏蔽措施按照屏蔽级别的不同进行分级，包括有PCB板屏蔽、插箱/子架屏蔽、机柜屏蔽、元器件屏蔽、模块屏蔽等。下面对模块屏蔽、插箱/子架屏蔽和机柜屏蔽进行简要的说明。

模块屏蔽是指将某些辐射大或抗干扰能力差的模块或单板，在屏蔽盒中单独安装。通常情况下，电抗器、变压器等可通过在绕组线圈和铁芯环路外包一层或多层金属短路来减少漏磁通量；电源板、IGBT等功率模块可用金属网罩进行屏蔽。

机柜屏蔽是通过金属壳体将整个系统屏蔽起来，利用金属外壳对电磁场干扰的吸收和反射损耗，来切断机箱内干扰信号的传播。

相对于机柜屏蔽，插箱/子架屏蔽方法的最大优点是可以在出线的接插件上面采取屏蔽措施，如SS7E型机车的逆变电源采用插箱把逆变、整流部分和控制部分隔离开来，通过屏蔽转接插座控制部分、电磁兼容连接器、电缆与功率模块之间的信号传输，从而避免相互干扰。插箱/子架屏蔽与模块屏蔽类似，只是屏蔽体为插箱/子架。

五、结束语

随着电子器件的发展，不断将功率电子设备和控制电子设备应用到铁路机车上，使其电气设备达到了很高的水平。由于机车车辆的特殊性，实现这种可能性及经济性的前提是工业与运输部门在设计、试验过程中的不断努力。

参考文献：

篇（9）

嵌入式程序是指在计算机技术的基础上，以应用为核心，硬件软件可剪裁，满足应用程序对成本、可靠性、功能、功耗和体积的严格标准的一套专用计算机程序。这也是一套将现代电子技术、半导体技术、计算机技术等各行业的具体应用统一整合而产生的资金和技术密集型产物。

一、单片机和嵌入式操作系统的定义

单片机是嵌入式系统程序的主控单元。其大部分软件都是针对某种应用来专门设计的，且往往只是其中一个微观实时操作系统，系统程序拥有实时信息处理或实时过程控制能力，同时要求能对外部发生的即时事件作出响应并能快速解决。

实时嵌入式程序的操作系统则是针对应用系统的需求提出的。通常所说的单片机即是微控制器，是一个将那些程序端口、数据存储器及相关系统等计算机需要的外设集成在一张芯片上的单片集成系统。单片机系统在硬件上无法和以分时操作系统为核心的计算机系统相比拟。但在软件设计上，单片机系统的具体应用以及使用环境却相对单一而固定，这一点使得单片机嵌入式程序的实时操作系统的开发有了可实现性。

嵌入式操作系统主管任务的控制、调度、任务间的同步与通信、存储和资源管理，在嵌入式应用系统中起灵魂性中心作用。对比其他的操作系统它不仅没有图形用户接口和shell，甚至其他某些功能也不具备，而只有一个微内核。同时鉴于嵌入性和专用性，应用程序与操作系统紧密联系而共同运行在同一个空间内，两者几乎无法有明确的分类，甚而能将操作系统视为应用程序的组成部分。但因嵌入式系统其较小的内存容量，往往使用其实际物理地址，所以存储管理的模块也十分简单。如此一来将大大减小内核体积，使之成为名副其实的微内核。

二、单片机嵌入式程序的软件编码

嵌入式系统的软件开发过程，也是经历了分析需求、设计功能、设计结构、具体设计、实现编码和集成测试的过程，但有一点与普通的台式机软件开发相区别，嵌入式软件的开发与制作几乎都属于跨平台开发，同时多数的代码要对硬件设备进行直接控制，因此其对硬件有很强的依赖性，对时序也有十分苛刻的要求，甚至其运行状态在多数情况之下都具备不可再现性。

嵌入式系统的应用软件设计中的亮点是拥有可使用的工具包，同时，工具包也因不同设计阶段的需求差异而内容不同。例如在软件设计的早期，首先使用内部电路模拟器，将其插入微处理器与总线间的电路时，设计者能够通过它来控制全部输入输出和微处理器的动作。但又容易因为模拟器是异体而引发不稳定情况。但设计者能够清楚地对系统底层上所有的活动进行观察，从而无需仅靠经验来对底层的软硬件进行猜测。

如今，嵌入式操作系统已日趋成熟，各类开发板功能和集成开发环境也将逐步得到优化升级，因此嵌入式应用系统的应用软件开发也较以往简单得多。同时，各类集成开发环境也集成代码编辑器、连接器、编译器、模拟器、调试器等等，这使设计者能够在摆脱了目标硬件环境之后迅速开发出相应应用软件的原型。而硬件开发板也为设计者提供了即使处于与目标硬件不相兼容的环境下也能调试相关应用程序的能力。

一般说来，大多数厂家在生产开发板时都驻留了与微机通信的相应控制程序，这可以使主机和开发板能够通过以太网口或串口来通信，同时主机中的应用软件和系统软件的原型可执行映像也能直接被下载入开发板。代码会在主调试中主开发板的硬件上执行，此时的用户界面可以等同于微机室内集成开发环境。这一切让设计者能更多关心如何更好地实现软件功能。

三、单片机嵌入式系统程序的引导装入设计

（一）工作过程。引导装入程序具体的工作过程：当嵌入式设备的单片机系统主复位或收到命令时，主系统的引导装入程序在接受到相当于“允许引导装入”的信号之后，立刻把单片机配置成为接受代码的状态，此时的信号便会从指定的主机上下载相对应的程序代码，并把代码数据传输至单片机的FLASH储存器内，将单片机的内部程序中的储存器主系统进行重新编程。当引导装入程序主下载成功之后便自动转入执行新系统程序的操作中。

（二）硬件设计。在主机同单片机的通信外设之间成功建立连接后，便使单片机开始设计引导装入程序。

1、引脚分配。数字交叉开关被单片机用来为数字外设配置作为外设接口处的端口引脚。一般来说，交叉开关可以是数字外设任意的组合，但必须满足软件可以更改器件中的引脚分配问题。为了便于分配，引导装入程序一般会使用和最终应用一致的引脚来分配。

2、引导装入允许。系统为了能在复位或者其余条件中均能顺利完成在系统中的编程任务，通常会先将一个引脚作为输入信号，然后通知系统开始下载并向引导装入传输允许信号。最后将读取当作是引导装入信号的1/0引脚，让主机或者其它硬件可以通知单片机启动装入过程。

（三）软件设计。当接收到允许命令后，系统中的引导装入程序应当让单片机做好接收数据的准备。第一步，系统中的引导装入程序需要配置有用的通信外设。第二步，引导装入程序要擦除用来下载的系统存储器，并同意对其写入。为了将通信链路建立起来，引导装入程序将利用自动波特率来检测明确位速率。第三步，主机与MCU器件均使用预定好的波特率，当器件做好接收数据的准备后，主机便能收到通知，随之主机发送出数据，并将在有关数据中附上与下载内容相关的信息。

四、单片机嵌入式系统程序的低功耗设计

通常以单片机为主要程序的嵌入式系统会有很多使用环境处于供电困难的状态，例如空中、井下或者野外。此时还需要电池为小型便携式仪表仪器提供电源。所以，很有必要为嵌入式系统设计低功耗使用。从实质上来说，CMOS器件使得低功耗嵌入式系统比普通系统功耗更低。因此，我们先来分析CMOS器件的数字集成电路特点：首先，低功耗CMOS电路在工作时的所有功耗是由静态和动态的功耗总量组成。动态功耗不单只受负载的影响，在电路内部，实质上也与工作频率、输出电平、集成度及电源电压等联系密切；其次，当电压值范围大时，CMOS电路正常工作需要3—18V的供电值，逻辑电平又紧密联系着供电电压Vdd。当所输出的逻辑电平摆幅越大，高逻辑的电平就越与电源电压相接近，低逻辑的电平则越与OV相接近。

（一）硬件的设计

通过以上总结，可以分析出设计低功耗系统的原则：重点控制动态功耗、时钟频率以及电源电压。归纳起来即是三相宜原则：时钟宜慢不宜快、器件（系统）宜静不宜动、电压宜低不宜高。

（二）软件的设计

1、用中断替代查询。虽然在程序中无论是查询方式还是中断方式均能应对那些较为简单的应用，但却在低功耗特性的结果上相差甚远。使用查询方式的CPU会因需要对1/0寄存器不断地进行访问而损失额外的功耗。而如果是使用中断方式的CPU，则不需要做任何事，甚至可以直接转入等待或停止模式。

2、用定时器定时代替延时子程序定时。系统中的延时子程序定时是通过CPU不间断地进行毫无实际意义的空操作指令，并结合减一非零的转移指令来实现的。这样的结果却是，因为加大了CPU的工作量而浪费了功耗。所以要克服这个问题，就必须用定时器来结合中断。

3、间歇运行1/0模块。即通过关掉间歇性工作的1/0模块或不工作的1/0模块来降低功耗。例如，RS232的驱动只需要用单机片中的一个1/0引脚去控制，当不需要通信工作时则关掉驱动。将其余不使用的1/0引脚设置为输入或输出，并通过上拉电阻来拉高。如果不初始化引脚，将可能增加单机片操作时的漏电流。

4、工作时序的合理安排。空闲或者掉电的工作方式能让CPU遇到不执行程序的情况后能自动停止工作，如此，就毋须不停地按照空操作指令执行或一直处于等待状态，进而达到了降低功耗的目的。因为系统的功耗会因为CPU的长时间运行而浪费极大，所以要尽量减少CPU的运作时间，使单片机系统处于长时间的空闲状态或者掉电状态，这样才是在设计软件中使得系统功耗降至更低的不二法门。系统上电将在初始化操作完成后，立即转入低功耗状态，只有在接收到发出的中断信息后，才会将单片机唤醒而继续工作。同时它将以最快的速度处理完数据或信息，然后立即恢复低功耗状态，直到下一个中断。

5.更改实现复杂运算的方式。诸如浮点乘除、指数运算之类的复杂运算会因占用很多系统的时序而减少相应休眠的时间。所以，需要用查表方式，即利用大容量表格去替代现场计算，从而节省了单片机的启动时间。

五、单片机嵌入式程序系统的抗干扰技术

在工业环境中，以脉冲的形式进入系统的干扰主要有三种形式：空间干扰、过程通道干扰以及供电系统干扰。单片机系统扰之后会出现例如控制操作故障，采集数据时的误差相对增大等系统状态失灵的现象。因此，需要对硬件和软件同时着手来应对干扰。

（一）硬件的抗干扰措施

1、电源干扰控制。采用双隔离方式改进电源变压器，将压敏电阻并联于电源的初次级中，来抑制浪涌、尖峰型的电压。同时利用低道滤波器来过滤掉干扰所携带的高次谐波，以改善电源的波形。

2、隔离技术。用光电耦合器切断单片机与前后向以及其余控制器的电路联系。也可用隔离变压器切断环境，进行电磁隔离。

3、屏蔽技术。用金属箱体套于单片机嵌入式系统外部，金属便会将外部干扰电磁削弱或消除。

4、去耦技术。在所有集成电路电源与地之间均安装去耦电容。既能蓄储所在集成电路上的电容，提供并吸收从该电路中由开关门瞬间发出的充放电能量，又能将高频噪声旁路掉。

（二）软件的抗干扰措施

1、指令冗余技术。NOP指令的使用及重要指令冗余是两种常用的技术。在双字节和三字节指令中加入两个单字节的NOP指令，可以避免因程序“跑飞”到操作数上而造成的指令操作错误，从而保证了程序的正轨运行。

2、软件陷阱技术。将一些拦截程序设置在非程序区内，将失控的“跑区”程序引到处理错误程序的入口地址ERR或复位入口地址OOOOH，并利用LJMP指令让程序恢复正轨运行。

六、结束语

嵌入式应用系统的核心是单片机嵌入式操作系统以及嵌入式软件的设计技术。两者更是嵌入式系统技术研究的热点，因此在信息家电手持设备等领域将会有越来越广泛的应用。虽然目前有关单片机嵌入式系统的研发仍处于起步阶段，但随着研发的不断深入，将对嵌入式软件设计的应用与发展有重要的实践和借鉴意义。

参考文献

[1]胡新.基于单片机的嵌入式系统研究与开发[J].科技资讯,2008(09).

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一、电子信息技术的内涵

信息，指音讯和消息，也指通信系统传输和处理的对象，泛指人类社会传播的一切内容，我们也可以将其科学化地概述为对客观世界中各种食物的运动状态和变化的反映，是客观事物之间相互联系、相互作用的表征，表现的是客观事物运动状态和变化的实质内容。

电子信息技术，一般来说主要是指采用电子学的方法与手段来研究信息科学与技术，概括而言，就是说电子信息技术是研究信息的获取、传输、储存于利用等方面的内容。电子信息技术包括传感技术、通信技术以及计算机技术和信号处理技术等许多内容，电子信息产业则包括通信设备制造业、软件业以及信息服务业等多方面的产业。信息技术的发展对国民经济水平的提高、国家的经济建设都具有重要的意义。

二、电子信息技术的应用方向

当前随着我国经济的快速发展和科学技术的不断进步，我国在电子信息技术方面的研究也日益增多，尤其是近些年来随着我国计算机技术的普及和信息技术的快速发展，再加上人们对于信息的需求日益加大，电子信息技术的应用范围也日益拓宽。当前我国电子信息技术的应用主要有以下几个特点：

（一）智能化与自动化

在当前科技和社会背景下，电子信息智能化和自动化是其重要特点。这就是指通过现代网络信息技术来适当地模拟人类的相关思维活动和感觉行为，并对其搜集的信息进行分析和处理。通过电子信息技术的智能化与自动化能够节省获取信息的时间，更加高效便捷地获得所需要的信息，并能够对信息进行甄别，同时电子信息技术的智能化与自动化还能够保护信息的安全，是当前电子信息技术的重要应用方向。

（二）数字化与网络化

数字化与网络化是当前社会发展的重要方向，对于电子信息技术来说也不例外，通过在网络开发的过程中运用数字化的技术，在这一网络数字结构的基础上，再对一些高端科技，如光纤通信、无线通信技术进行整合运用，就形成了数字网络化的电子信息技术。这种信息技术能够加快电子信息技术的发展水平并进一步提升其发展的层次与水平。同时，在电子信息技术的数字化与网络化能够大大提升信息的保存水平，无论是在数量上还是在时间上，而且安全性比普通的电子信息技术要高，是当前一种比较理想的电子信息技术发展方向。

（三）高效化与快捷化

高效化与快捷化是当前电子信息技术发展的一个重要方向。通过使用计算机网络对信息进行采集和处理，能够更加快捷地实现信息的整合和利用。电子信息技术一方面能够节约大量的人力和物力，另一方面能够节约时间实现信心的利用，这就实现了电子信息技术的高效化和快捷化。

三、当前我国电子信息技术存在的问题

（一）技术力量薄弱

虽然经过多年的发展我国的科学技术取得了很大的进步，但是在当前电子信息技术发展的过程中技术力量薄弱、技术人才不足仍然是制约其进一步发展的重要因素。主要是因为当前我国培养的人才主要以单一型为主，所掌握的知识和技术比较单一，不能满足当前电子信息技术发展对于复合型人才的需求，导致具有多种知识和能力的高端电子信息技术人才在市场上比较短缺，制约了当前电子信息技术的发展。

（二）发展环境不健康

发展环境不健康是制约我国点在信息技术发展的又一重要因素。这主要体现在当前我国市场的混乱上，我国电子信息产品市场上假冒伪劣产品盛行，产权意识不强，知识产权侵权行为也非常普遍，这种市场环境导致电子信息产品的发展缺乏刺激，没有动力，不利于电子信息技术的发展。

（三）产业机构不合理

当前我国电子信息技术的发展具有非常好的前景，市场也非常广阔，但是当前我国电子信息技术产业结构不合理，因此在发展的过程中产业结构对其造成了相当大的阻碍，制约了我国电子计算机信息技术的发展。

四、未来我国电子信息技术发展的方向

未来电子信息技术发展的方向主要有以下三个：首先，系统集成技术是一个重要的发展方向。系统集成电路的制造技术是电子信息技术发展中的重要构成环节，是电子信息硬件产品中的核心，集成电路的应用范围非常广阔，从计算机的CPU到IC卡的应用，都离不开集成电路。集成电路是当前微电子技术的时展特征，芯片面积越来越大，集成度越来越高，而尺寸却越来越小，这是一个重要的发展方向。

其次，光电子技术是未来信息技术发展的核心方向。科学家认为，现代信息技术即将进入光子学的新阶段，光电子技术在本世纪将会得到飞跃的发展，光子作为信息和能量的载体，在电子信息技术的发展中具有很大的优势和发展前景。

再次，电子信息技术将朝向多媒体、智能化的方向发展，当前海量存储技术的发展以及语音、手写、数字图像交互技术的日益成熟，都体现了这一发展方向；同时，电子通信技术的个性化、综合化也是一个重要的发展方向。

电子信息技术是科技发展和社会进步的产物，反过来又刺激了科技的发展和社会的发展。当前我国的电子信息技术发展还面对着诸如技术、发展环境、产业结构等多种问题，但是我们必须要看到电子信息技术的发展有光明而远大的前景，当前的电子信息技术将朝着智能化玉自动化，数字化与网络化，高效化与快捷化着几个方向发展，所以我们应该加强对电子信息技术的应用以及对其发展方向的了解，更好地促进其为社会进步服务。

参考文献：

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中图分类号：TP3-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0240-01

一、计算机科学技术的发展历史

1946 年美国宾尼法尼亚大学和科研机构共同研制出 ENIAC 计算机，是世界上第一台电子计算机，标志着全球进入计算机时代。它由 1.8 万个电子管组成，体积和重量较大，计算机运算速度为五千次每秒，运算成本较高，以通信技术、核物理电子计数计数、雷达脉冲技术为基础。ENIAC 计算机主要应用于军事方面。1956 年科学家们成功研制出第二代电子计算机―晶体管电子计算机。1959 年，集成电路电子计算机的问世标志着计算机技术进入第三代。计算机的硬件由单一转为固件、软件组合系统，降低了生产成本，计算机技术发展越来越快，提升了计算机使用性能，种类也多种多样，如微型计算机、小型计算机、通用型计算机、中型计算机、大型计算机和巨型计算机等，标志着计算机科学技术趋于成熟。1976 年，计算机技术进入第四代，美国研制出小型化、智能化的计算机―“克雷 1 号”，一些个人用户和小型公司都开始使用计算机。20世纪 90 年代，计算机科学技术逐渐向大型化和微型化发展。进入 21 世纪后，随着科学家们对集成电路的研究，集成电路广泛应用到企业、工厂，计算机也随之趋于智能化、专业化，运算速度更快，操作更方便、简单，逐渐应用到社会生产的各个行业和领域。

二、计算机科学技术的发展现状

1、计算机科学技术在生活中应用广泛

在这个信息化时代，计算机网络作为人们社会生活的重要部分，已经进入千家万户。人们不用出门就可以通过计算机了解国内外新闻、天气预报资讯、股市行情、世界地图、收发电子邮件、检索信息等 ；不用逛街就可以通过互联网中的购物网站买到喜欢的东西 ；通过计算机可以与相隔较远的朋友在线聊天、视频聊天等，加强了人们之间的交流和沟通，进一步增进了友谊 ；人们可以通过计算机网络订购飞机票、火车票等，节省排队时间 ；教师可以更及时、更方便地通过计算机科学技术实现对学生的在线授课 ；动漫工作者可以使用计算机科学技术制作动漫 ；政府机关也可以通过计算机科学技术建立城市网站，及时了解市民反映的问题，并通过计算机与各个行业的工作人员在线交流 ；很多企业使用计算机来处理大量数据和信息，代替传统的人工处理，提高工作效率。计算机科学技术潜移默化地影响着人们的生产、工作和学习。

2、计算机科学技术更加智能化和专业化

计算机科学技术的快速发展和广泛应用，推动了集成电路、微电子和半导体晶体管的发展，计算机科学技术更加智能化和专业化。计算机能根据使用对象的不同需要进行改装、更新，对于有更高需求的用户可以专门定做计算机，用户可以根据使用环境的不同选择台式计算机、笔记本电脑、掌上电脑和平板电脑等。计算机科学技术在其他特殊领域也能发挥自己的优势，如智能化家用电器和智能手机，家庭式网络分布系统代替了传统的单机操作系统，满足人们的生活需求。

3、计算机的微处理器和纳米技术

微处理器能提高计算机的使用性能，缩小传统处理器芯片中的晶体管线宽和尺寸。利用光刻技术，波长更短的曝光光源经过掩膜的曝光，将晶体管在硅片上制作的更精巧，将晶体管导线制作的更细小。计算机科学技术的快速发展使计算机运算速度更快，体积更微型，操作更智能，传统的电子元件不能适应计算机的发展。纳米技术是一种用分子射程物质和单个原子的毫微技术，可以研究 0.1 ～ 100 纳米范围内的材料应用和特性。计算机科学技术中利用纳米技术，可以使计算机尺寸变小，解决运算速度和集成度的问题。

三、计算机科学技术的未来发展方向

现今，计算机科学技术的应用越来越广，人们对掌握计算机科学的技术水平要求越来越高，促使数学家和计算机学家们不断研究计算机科学技术，使计算机科学技术在各个领域、各个行业发挥更大的作用，满足了人们的不同需求。下面从 DNA 生物计算机、光计算机和量子计算机三方面来探究计算机科学技术的发展前景。

1、DNA 生物计算机

DNA 生物计算机用生物蛋白质芯片代替传统的半导体硅芯片。1994 年，美国科学家阿德勒曼率先提出关于生物计算机的设想。在计算机运算数据时，将生物DNA 碱基序列作为信息编码载体，运用分子生物学技术和控制酶，改变 DNA 碱基序列，从而反映信息，处理数据。这一设想增加了计算机操作方式，改变了传统的、单一的物理操作性质，拓宽了人们对计算机的了解视野。DNA 生物计算机元件密度比大脑神经元的密度高 100 万倍，信息数据的传递速度也比人脑思维快 100 万倍，生物计算机的蛋白质芯片存储量是传统计算机的 10 亿倍。

2001 年，以色列科学家研制出世界上第一台 DNA 生物计算机，体积较小，仅有一滴水的体积。2013 年，英国生物信息研究院的科学家们使用 DNA 碱基序列对文学家莎士比亚154首作品的音乐文件格式和相关照片进行编制，增加了储存密度，使储存密度达到2.2PB/克（1024TB=1PB），提高了人们对信息储存的认识，这一重大突破使生物计算机的设想有望成为现实。

2、光信号和光子计算机

光子计算机是一种由光子信号进行信息处理、信息存储、逻辑操作和数字运算的新型计算机。集成光路是光子计算机的基本构成部件，包括核镜、透镜和激光器。光子计算机和传统计算机相比较，有以下几点好处 ：（1） 光计算机的光子互联芯片集成密度更高。在高密度下，光子可以不受量子效应的影响，在自由空间将光子互联，就能提高芯片的集成密度。（2） 光子没有质量，不受介质干扰，可以在各种介质和真空中传播。（3） 光自身不带电荷，是一种电磁波，可以在自由空间中相互交叉传播，传播时各自不发生干扰。（4） 光子在导线中的传播速度更快，是电子传播速度的 1000 倍，光计算机的运算速度比传统计算机更快。

20 世纪 50 年代末，科学家提出光计算机的设想，即利用光速完成计算机运算和储存等工作。与芯片计算机相比较，光子计算机可以提高计算机运行速度。1896 年，戴维 米勒首先研制出光开关，体型较小。1990 年，贝尔实验室的光计算机工作计划正式开启。根据元器件的不同，光子计算机可以分为全光学型计算机和光电混合型计算机。全光学型计算机比光电混合型计算机运算速度快，还可以对手势、图形、语言等进行合成和识别。贝尔实验室已经成功研制出光电混合型计算机，采用的是混合型元器件。研发制作全光学型计算机的重要工作就是研制晶体管，这种晶体管与现存的光学“晶体管”不同，它能用一条光线控制另一条光线。现存的光学“晶体管”体积较大较笨拙，满足不了全光学型计算机的研发要求。

3、量子理论计算机

量子计算机将处于量子状态的原子作为计算机 CPU 和内存，处于量子状态的原子在同一时间内能处于不同位置，根据这一特性可以提高计算机处理信息的精确度，提高处理数据的运算速度，有利于数据储存。量子计算机处理信息时的基本数据单元是量子比特，取代了传统的“1”和“0”，具有极强的运算能力，运算速度比传统计算机快 10 亿倍。

四、结束语

总而言之，计算机科学技术已经涉及到社会生活的各个方面，改变了人们传统的生活、工作、学习方式，推动社会的全面发展，具有广阔发展前景的领域。随着网络和科技的不断进步，未来计算机科学技术势必会朝着高性能、环保化、功能化的方向发展。