試論微電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)研究與應(yīng)用

閆文莉，李歡

（西安科技大學(xué)高新學(xué)院，陜西西安，710109）

1 微電子設(shè)計(jì)在自動(dòng)化技術(shù)方面的概述

伴隨著時(shí)代的進(jìn)步，自動(dòng)化控制技術(shù)也面臨了不斷更新，簡(jiǎn)單控制已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展所需，開(kāi)始朝著智能化方向邁進(jìn)。

自動(dòng)化控制的概念是指在無(wú)人員操縱的情況下，通過(guò)控制裝置來(lái)有計(jì)劃的操縱和控制生產(chǎn)設(shè)備，在這個(gè)過(guò)程中要格外注意反饋控制系統(tǒng)，通過(guò)儀表輸出變量和給定值之間的關(guān)系，都可以明確設(shè)備控制狀況。

圖1 反饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

而微電子控制系統(tǒng)是通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能，由此構(gòu)成整個(gè)控制系統(tǒng)。

目前，自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到一定水準(zhǔn)，微電子技術(shù)和自動(dòng)化控制之間的關(guān)系越來(lái)越密切，保障了人民的日常生活。與此同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用微電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，其具體操作步驟便是將自動(dòng)化技術(shù)以及微電子技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)性加強(qiáng)，由此產(chǎn)生了更加宏觀和具備綜合性能的控制系統(tǒng)。微電子技術(shù)的作用可以使線路更加集成化，不單單減小體積，還可以讓功能消耗達(dá)到極低水準(zhǔn)，到如今為止，SOC 系統(tǒng)在這個(gè)行業(yè)是很多人公認(rèn)先進(jìn)微電子技術(shù)產(chǎn)品，它能夠?qū)⑼鈬娐芬约捌渌韫δ芗傻襟w積很小的芯片中，并且還要注意預(yù)先留出接口，這樣就可以直接使用各種差異很大的控制系統(tǒng)，使其成為如同大腦一般的存在，掌控整體自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行狀況。

圖2 控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖

2 電子信息工程以及自動(dòng)化技術(shù)

從自動(dòng)化技術(shù)的特征來(lái)看，其具備很強(qiáng)烈的宏觀性能和復(fù)雜綜合性，在電子學(xué)以及其他計(jì)算機(jī)技術(shù)方面都有著難以割裂的關(guān)系，在進(jìn)行企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)使用自動(dòng)化操作技術(shù)，可以達(dá)到提升效率盡可能節(jié)約運(yùn)行成本的作用，讓企業(yè)在面臨巨大競(jìng)爭(zhēng)壓力之下在市場(chǎng)上占有一席之地。如今，信息化時(shí)代規(guī)模越來(lái)越大，應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)可以有效促進(jìn)信息交流速率提升，在一定程度上加速企業(yè)發(fā)展，所以信息工程中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)的企業(yè)或者組織越來(lái)越多，尤其是工業(yè)領(lǐng)域，很多企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化辦公。在電信工程中，最重要的就是管理以及存儲(chǔ)相關(guān)信息，以這樣的方式能夠強(qiáng)化信息獲取的效率以及獲取信息的準(zhǔn)確度。而通過(guò)硬件命名的手段來(lái)進(jìn)行相應(yīng)信息的處理工作，這也是電子信息工程中的主要工作內(nèi)容，通常情況下，由于國(guó)外是我國(guó)大部分電信工程企業(yè)重要核心技術(shù)的來(lái)源地，所以導(dǎo)致了缺乏創(chuàng)新力，而電信工程的有效發(fā)展則從整體上為社會(huì)發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)，傳遞和共享數(shù)據(jù)，這已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展必需的步驟，也是此后信息化深入拓展的趨勢(shì)，可以在一定程度上彌補(bǔ)電信工程不足，拓展電信工程技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用，讓我國(guó)在電信工程行業(yè)能夠積極進(jìn)步，優(yōu)化電信系統(tǒng)。

3 對(duì)微電子技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)的相關(guān)流程

在微電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)中，自動(dòng)運(yùn)行以及微電子控制這兩個(gè)方面是該系統(tǒng)的主要要素，輸入、測(cè)試、數(shù)據(jù)以及仿真四大模塊是該系統(tǒng)的主要流程。

3.1 設(shè)計(jì)輸入模塊

輸入模塊也可以視為命令模塊，其包含的重點(diǎn)內(nèi)容就是控制命令，所以進(jìn)行輸入模塊設(shè)計(jì)最重要的就是涉及相關(guān)計(jì)算機(jī)編程，以計(jì)算機(jī)編程的方式來(lái)下達(dá)輸入命令，并且加以解析，合理拆分整個(gè)控制系統(tǒng)的相關(guān)功能。輸入模塊設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響著系統(tǒng)的整個(gè)執(zhí)行效率，因此執(zhí)行設(shè)計(jì)必須要做到簡(jiǎn)化，最大化提升執(zhí)行速度，避免出現(xiàn)冗余代碼。

3.2 測(cè)試模塊

測(cè)試模塊的最主要作用就是查找一些可能出現(xiàn)的漏洞和缺陷，通過(guò)對(duì)漏洞和缺陷的排查，可以在問(wèn)題發(fā)生之前將某些危險(xiǎn)解除掉，由此保障系統(tǒng)運(yùn)行的安全和效率。從嚴(yán)格角度來(lái)說(shuō)，測(cè)試模塊不屬于功能模塊范圍，而是確保系統(tǒng)功能模塊能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的保險(xiǎn)機(jī)制。

3.3 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模塊

控制系統(tǒng)里包含了很多控制信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)模塊設(shè)計(jì)的主要作用是為了處理和保管更多信息，因?yàn)樽詣?dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)精確性提出了更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，為此數(shù)據(jù)在提取以及存儲(chǔ)方面一定要保證一定速度，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)模塊設(shè)計(jì)時(shí)，最重要的一點(diǎn)就是注重相關(guān)數(shù)據(jù)處理效率。

3.4 設(shè)計(jì)仿真模塊

仿真模塊的主要作用就是為了將系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況反映出來(lái)，通過(guò)模擬系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行條件，可以排查出系統(tǒng)中的缺陷，并有針對(duì)性地采取措施來(lái)調(diào)整。

4 微電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的特點(diǎn)

實(shí)際上，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和微電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化發(fā)展是同步的，均通過(guò)計(jì)算機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。相關(guān)工作人員需要通過(guò)計(jì)算機(jī)編程應(yīng)當(dāng)完成的指令，并將這些程序載入到控制芯片內(nèi)，由此就可以實(shí)現(xiàn)控制功能。通過(guò)微電子技術(shù)以及自動(dòng)化控制技術(shù)相結(jié)合的方式，可以進(jìn)一步發(fā)展自動(dòng)控制系統(tǒng)，其具體特點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面。

4.1 方便功能調(diào)節(jié)

在對(duì)微電子設(shè)計(jì)進(jìn)行自動(dòng)化操作的過(guò)程中，控制單一特定對(duì)象的狀況通常情況下很少發(fā)生，而跟隨著工業(yè)系統(tǒng)的更新?lián)Q代，相應(yīng)的控制功能也不斷在實(shí)踐中完善。倘若需要對(duì)控制功能進(jìn)行調(diào)整，只需要將控制代碼進(jìn)行轉(zhuǎn)換便可，并且將轉(zhuǎn)換的控制代碼在入芯片內(nèi)。與此同時(shí)，通過(guò)控制計(jì)算機(jī)編程，可以修補(bǔ)系統(tǒng)漏洞，確?？刂葡到y(tǒng)整體的穩(wěn)定。

4.2 高集成度

隨著微電子技術(shù)的革新，此后電子線路變得越來(lái)越小，一塊小小芯片就可以將很多不同功能種類(lèi)的電路集成到一起，讓系統(tǒng)體積逐漸縮減。一般而言，小規(guī)模集成電路主要是指集成度小于100 個(gè)電子元件，而極大規(guī)模的集成電路，集成度則超過(guò)了100 萬(wàn)個(gè)電子元件，可見(jiàn)數(shù)據(jù)相差之大，并且伴隨著集成度不斷提高，功耗也在逐漸下降，這也成為了控制系統(tǒng)中的巨大優(yōu)勢(shì)，讓集成控制系統(tǒng)廣泛在工業(yè)控制上受到應(yīng)用，節(jié)省更多的資金成本和空間。

4.3 采用計(jì)算機(jī)編程控制

由于時(shí)代技術(shù)發(fā)展而造成集成電路技術(shù)不斷演化提升，存放全部功能的芯片體積越來(lái)越小，并且如果為了進(jìn)行功能控制，可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)編輯，對(duì)比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)而言，其他硬件沒(méi)有必要進(jìn)行處理加裝，根據(jù)控制功能個(gè)體的差異，僅僅可以通過(guò)控制代碼修改便能完成整體變換工作，這樣不止在工作效率方面非常顯著，而且便利性以及成本節(jié)約性方面都有巨大的優(yōu)勢(shì)。

4.4 要注意進(jìn)行仿真開(kāi)發(fā)

當(dāng)時(shí)用自動(dòng)化系統(tǒng)之前，就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行仿真開(kāi)發(fā)，可以說(shuō)仿真開(kāi)發(fā)是微電子自動(dòng)化技術(shù)最重要的一項(xiàng)特征。調(diào)劑和采集實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)狀況數(shù)據(jù)這是自動(dòng)化控制技術(shù)必要的一種手段，而和其他技術(shù)相較而言，微電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)最具優(yōu)勢(shì)的一項(xiàng)特征就是仿真，將微電子技術(shù)和自動(dòng)化控制有效結(jié)合到一起，能夠合理解決系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的一些數(shù)值狀況，加強(qiáng)系統(tǒng)控制的精準(zhǔn)程度。

5 微電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

5.1 進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)

從某種角度來(lái)說(shuō)，發(fā)展微電子技術(shù)可以更好開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)編程應(yīng)用，統(tǒng)一相關(guān)的功能模塊，與此同時(shí)，還能夠強(qiáng)化該設(shè)備的應(yīng)用性以及操作性，在此基礎(chǔ)上，確保微電子技術(shù)可以提升電路集成，讓設(shè)備尺寸規(guī)格也變得越來(lái)越標(biāo)準(zhǔn)。目前，在各種應(yīng)用軟件市場(chǎng)中，隨著計(jì)算機(jī)編程技術(shù)多樣化發(fā)展，軟件功能也變得越來(lái)越強(qiáng)大，通過(guò)重新編輯可以讓這些軟件實(shí)現(xiàn)升級(jí)和更新，從而向客戶(hù)提供更好的高質(zhì)量服務(wù)，并且以計(jì)算機(jī)軟件編程開(kāi)發(fā)的方式，可以統(tǒng)一集成電路，讓軟件升級(jí)潛力以及成本都占據(jù)更多優(yōu)勢(shì)。

5.2 促進(jìn)電氣設(shè)備革新

在未來(lái)的改革中，采用微電子自動(dòng)化技術(shù)的方式，可以對(duì)開(kāi)發(fā)程序軟件提供一定幫助，使電氣設(shè)備擁有更多的更新以及換代空間，特別是在擴(kuò)容性方面，或者優(yōu)化和升級(jí)電氣設(shè)備時(shí)。

5.3 高校教學(xué)

在今后發(fā)展中，微電子技術(shù)設(shè)計(jì)必然會(huì)全面搭載自動(dòng)化控制，這是科技進(jìn)步的必然趨勢(shì)，傳統(tǒng)的機(jī)械控制方式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足發(fā)展所需，新型控制方式得到更多應(yīng)用，從而讓高校教育資源不得不為此做出改變，教師必須要實(shí)時(shí)關(guān)注發(fā)展情況，將更加具備時(shí)代前沿的微電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)傳授給學(xué)生，讓學(xué)生所學(xué)知識(shí)更加滿(mǎn)足社會(huì)需要。

5.4 控制工業(yè)電氣

當(dāng)微電子技術(shù)發(fā)展到一定規(guī)模，就會(huì)對(duì)自動(dòng)化控制進(jìn)行助力，由此在整體角度全面提升工業(yè)社會(huì)發(fā)展，各行各業(yè)都離不開(kāi)自動(dòng)控制機(jī)器人的影子，比如汽車(chē)制造行業(yè)，自動(dòng)化機(jī)器人貫穿在生產(chǎn)流水線上，讓人工作業(yè)量大大降低。微電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)就包括應(yīng)用機(jī)器人自動(dòng)化設(shè)備，采用微電子技術(shù)芯片的方式控制生產(chǎn)線機(jī)器人，并且通過(guò)人工的方式對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)整和升級(jí)，從而進(jìn)一步為促進(jìn)我國(guó)工業(yè)發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)規(guī)模的日益擴(kuò)大，微電子技術(shù)在生產(chǎn)和生活中應(yīng)用越來(lái)越普及?，F(xiàn)在，由于微電子技術(shù)具備靈活度高、成本低以及集成度高的優(yōu)勢(shì)，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成為相關(guān)領(lǐng)域的重要技術(shù)。通過(guò)微電子技術(shù)的發(fā)展，可以拓展更好的平臺(tái)為自動(dòng)化控制系統(tǒng)服務(wù)，讓該項(xiàng)技術(shù)和電子芯片設(shè)計(jì)緊密聯(lián)系到一起。