电子信息专业英语课文翻译

电子信息专业英语课文翻译 A第一单元 元件与定律 (课文译文 电阻器、电容器和电感器 在电子电路中，电阻器、电容器和电感器是非常重要的元件。 电阻器和电阻 电阻器是二端口元件。电阻是阻止电流流动，更确切地说，是阻止电荷流动的能力。在国际单位制中，电阻用欧姆来度量。希腊字母Ω是欧姆的标准符号。较大的电阻一般用千欧和兆欧来表示。 表示电阻器的电阻值。 模拟这种特性常用的电路元件是电阻器。图1.1表示电阻器的电路符号，R 图1.1 电阻器的电路符号 为了进行电路分析，我们必须在电阻器中指明电流和电压的参考方向。如果我们选择关联参考方向，那么电压和电流之间的关系是: v=iR (1.1) 这里 v 是电压，其单位是伏特， i 是电流，其单位是安培， R 是电阻，其单位是欧姆。 如果选择非关联参考方向，我们必须写成: =, (1.2) viR 用在公式(1.1)和(1.2)中的代数式就是著名的欧姆定律。欧姆定律表示了电压作为电流的函数。然而，要表示电流是电压的函数也是非常方便的。欧姆定律是电阻两端的电压和电流间的代数关系。 电容器和电容 电能可以存储在电场中，存储电能的装置叫电容器。电容器存储电能的能力叫做电容。图1.2表示电容器的电路符号。电容的电路参数用字母C表示，用法拉来度量。因为法拉是相当大的电容量，实际上电容值通常位于皮法和微法之间。 当电压随时间变化时，电荷的位移也随时间变化，引起了众所周知的位移电流。在终端，位移电流和传导电流没有区别。当电流参考方向和电压参考方向是关联参考方向时，电流正比于电容两端电压随时间的变化率的数学表达式为: (1.3) 这里 i的单位是安培，C的单位是法拉，v的单位是伏特， t的单位是秒。 电感器和电感 众所周知，电感是电子电路中的模块之一。所有的线圈都有电感。电感是抵抗流过线圈电流的任何变化的性质。电感用字母L表示，其单位是亨利。 图1.3表示一个电感器。 当电流和电压的参考方向关联时，有 (1.4) 1 这里v的单位是伏特，L的单位是亨利，i的单位是安培，t的单位是秒。 由公式(1.4)显示电感器两端电压与电感器中电流随时间的变化率成正比。在此，我们可以得到两条重要的结论:第一，如果电流是常数，理想电感器的端电压为0，这样电感器在恒量或直流中可以当作短路;第二，在电感器中电流不能瞬时变化，也就是说，在0时间内电流不能以有限量改变。电感器和电容器一样，存储供给它的能量，但是它是以磁场的形式而不是以电场的形式存储能量。 习 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 答案 I( 1. two-terminal element 二端口元件 5. displacement current 转移电流 2. associated reference direction 关联参考方6. short circuit 短路 向 7. magnetic field 磁场 3. Ohm’s Law 欧姆定律 8. conduction current 传导电流 4. electric field 电场 II. 1. capacitance 4. resistor 2. capacitor 5. Inductance 3. resistance 6. Inductor III. 在此，我们可以得到两条重要的结论:第一，如果电流是常数，理想电感器的端电压为0，这样电感器在恒量或直流中可以当作短路;第二，在电感器中电流不能瞬时变化，也就是说，在0时间内电流不能以有限量改变。 C(课内阅读译文 理想的基本电路元件和基尔霍夫定律 理想的基本电路元件 理想的基本电路元件有三个特征:(1)它只有两个端口，这两个端口是和其他电路元件连接的端点;(2)在数学上它以电流或电压的方式被描述;(3)它不能再细分为其他的元件。我们使用 单词 英语单词 下载七年级上册英语单词表下载英语单词表下载深圳小学英语单词表 下载高中英语单词 下载 “理想的”意味着基本电路元件不能作为一个可实现的物理元件而存在。我们使用“基本的”意味着电路元件不能被进一步简化或者被细分成其他的元件。这样，基本电路元件组成了构建电路模型的模块，但是它们自己不能用其他的元件形式来模拟了。 有五种理想的基本电路元件:电压源、电流源、电阻器、电感器和电容器。 基尔霍夫定律 任意一个元件中，当两端电压和电流被确定时，就说电路被解开了。欧姆定律是求解电路的一个重要等式。 在简单的电路结构中，欧姆定律能求解任意一个元件的电压和电流。然而，对于较复杂的电路连接，我们需要使用两个更重要的代数关系式来求解所有的电压和电流，这就是著名的基尔霍夫定律。 有基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。基尔霍夫电流定律可表述为:在一个电路中，在任意节点，所有电流的代数和等于零。为了使用基尔霍夫电流定律，必须对节点的电流，指定一个同参考方向相符的代数符号。定义某节点的流出电流为正，则流入电流为负，同样如果定义某节点的流出电流为负，则流入电流为正。 我们在阐述基尔霍夫电压定律以前，必须定义闭合路径或环路。从任意选择的节点开始，沿着电路 2 的闭合路径(走)，经过所选择(路径上)的基本电路元件，返回到起始节点，只经过任意中间节点一次。基尔霍夫电压定律可以阐述为:沿着任意闭合路径的所有电压的代数和等于零。 为了使用基尔霍夫电压定律，我们必须给回路里的每一个电压设定代数符号(参考方向)。当沿着闭合路径巡行时，电压在巡行方向上显示升或降，对于电压升设定一个正的符号，则要求给电压降一个负号。相反，给电压升一个负号，则要求给电压降一个正号。 电路 第二单元 A(课文译文 电 路 电路通常包含四个部分:电源，如电池;导体或导线，控制器件，如开关;负载。负载是一个器件或一台机器。在负载中能够发生能量转换。电灯、电阻器和电动机都是电负载的一些普通实例。 任何有电子连续不断流动的导体和电动势源的组合都叫电路。 一盏连接干电池的灯就是一个简单电路的实例。电流从电池的负极(,)通过电灯，流向正极(，)，电池的作用就是通过负极(,)为电子流提供一条再生通道。 只要电路中任何点都保持连通，该电路就是一个闭合电路，就有电流流过。但是如果通路有断开处，则该电路就是一个开路，就无电流流过。 串联电路和并联电路是电路的两种主要接法。当电器元件连接时，电流没有分流，这种连接称为串联。串联电路中的每一处电流都是相同的。事实上，在日常电工操作中，最常见的是含两个或两个以上支路的电路。例如一般的家庭照明电路，电灯是并联的，每盏灯代表一条从主电路中的负极到正极的独立通路。在并联电路中，总电流量等于流过电路中各支路的电流总和。 许多实用的电路是串并联混合。这种电路能够把串联电路具有的不同电压与并联电路具有的不同电流特征结合在一个网路内。当负载对同一个电源要求有不同的电压和电流时，这种电路特别有用。 为了分析电路，我们可以使用电路化简方法，也可以使用电路分析方法。 通过应用同欧姆定律结合的基尔霍夫定律，或者通过使用戴维南和诺顿等效电路化 简电路结构，可以分析相对简单的阻性电路。对于所有的电路都可以使用这些方法，但是当电路结构更复杂、引入更多元件的时候，这种直接求解的方法很快就变得麻烦了。此时，可以使用两种常规的分析方法。它们是节点电压法和网孔电流法，这两种方法是分析电路的两种有力的方法，目的在于复杂电路结构的分析。节点电压被定义为从参考节点到非参考节点的电压升，网孔电流是仅存在于网孔周围的电流。 习题答案 I( 1. a circuit that the current can flow 4. minus through 5. plus 2. in fact 6. be composed of 3. a circuit which is broken 7. cell II. 1. 能量转换 2. 正极 3 3. 串联电路 7. 戴维南和诺顿等效电路 4. 电路化简方法 8. 节点电压法 5. 电路分析方法 9. 网孔电流法 6. 阻性电路 10. 参考节点 III. 对于所有的电路都可以使用这些方法，但是当电路结构更复杂、引入更多元件的时候，这种直接求解的方法很快就变得麻烦了。此时，可以使用两种常规的分析方法。 C(课内阅读译文 三相电路 三相电路非常重要，因为差不多所有的电功率都是按三相电产生和传输的。三相电路的基本组成是一个交流电压发电机，它产生相同峰值，但是相角相差120?的三个电压，自然地，三个电压都具有相同的频率。这些电压可以只跨三线，形成三线三相电路。或者这些电压可以跨三线和一个中性线之间，形成四线三相电路。 因为三相电路有三或四线，但是三个电枢绕组有六个接线端，这些端子中的一些被连在一起。连接这些绕组有两个实际的方法:Y型连接或者型连接。之所以叫Y型连接是因为实际绕组是, Y的形状，其表示相应的感应电压在相角上差120?。在Y型连接中，三个端子被连接到一个公共端，用N表示为中性点。实际上，第四个节点可能是地。很明显，这种Y型连接产生了一个四线电路。注意，线电流也是绕组电流，叫相电流。在Y型连接中，线电流和相电流相同，线电压的 倍。另一种实际的绕组连接是首尾顺次连接的闭合路径，叫连接。这峰值是相电压峰值的,3 种型连接显然是一个三线电路，因为没有端子连接第四条线。当然希腊字母形状和交流发电,,机中的电枢绕组的物理放置没有关系。相反，它仅仅表明绕组电压相角差120?。在,型连接中，这个线电流和相电流不一样，但是线电压和相电压一致。这种,交流绕组连接不受欢迎，因为它不能提供一个方便的接地端。 为什么几乎所有的电功率都用三相产生和传输，这里一定有些恰当的原因。事实上，一个平衡的三相负载吸收常量而不是脉动瞬时功率，这是三相电路优于单相电路的一个重要优点。另一个重要的优点是三相电动机或发电机显著地比相同尺寸单相电动机或发电机功率要大，而且，某些类型的三相交流电动机是自启动的，而单相不是。一个经常被提到的三相传输优于单相传输的优点是在功率线上节省铜或铝。这是一个普遍的想法，其实很容易看到这并不是真的。 第三单元 集成电路 A(课文译文 集成电路 我们的世界充满了集成电路。你能在电脑中找到它们。例如，很多人可能都听说过微处理器。微处理器是电脑中处理所有信息的一块集成电路。它可以追踪是什么键被按下了，还有鼠标是否被移动过，它能计数，运行程序、游戏以及操作系统。在现代每个电子器件中几乎都能找到集成 4 电路的身影，比如汽车、电视机、CD播放机、手提电话等。但究竟什么是集成电路以及它的历史又是什么呢, 集成电路只不过是非常先进的电路。电路由不同的电子元器件组成，如晶体管、电阻、电容和二极管，这些元件以不同的方式连接在一起，它们有各自的行为特性。 晶体管的行为类似开关，它能开关电信号或放大电流。例如在电脑中，它可以来存储信息，或在立体声放大器中用来放大声音信号。 电阻起限流的作用，它能控制允许通过的电流的大小。在电视机或收音机中电阻被用来控制音量。 电容收集电荷并能在一瞬间释放电荷，这就好比照相机中的小电池能为闪光灯提供足够的能量一样。 二极管在某些条件下能阻碍电流的流动，只有当这些条件改变时才能使电流通过。例如，光电池中的光束能触发二极管来阻止电流流过。 这些元器件就像在电结构网中搭积木，依据搭建电路时元器件的不同组合方式，所有电路，从一个防盗报警器到计算机微处理器，均可以被搭建。 在以上所提到的元器件中，为现代计算机发展做出最重要贡献的是晶体管。在晶体管发明以前，工程师们使用电子管。和晶体管的作用一样，电子管起开关或放大电流的作用。那么为什么电子管会被晶体管所替代,这里有几个原因。 电子管的外表和行为极像一个灯泡，它产生大量的热量，并有烧坏的可能。此外，相对于晶体管，它速度慢，体积大而且笨重。 当工程师试图使用电子管建立复杂的电路时，他们很快意识到它的局限性。举例来说，世界上第一台数字计算机ENIAC是一个庞然大物，它的重量超过30吨，消耗200千瓦的电力。它拥有大约18000个电子管，但由于电子管不断烧毁，使得它变得非常不可靠。 当晶体管在1947年被发明时，被认为是一场革命。由于它体积小，速度快，可靠性高和效率高，因此迅速取代了电子管。摆脱了电子管的种种限制，工程师们终于可以通过电力建设来实现自己的梦想。 在1958年的夏天，Jack Kilby在德州仪器公司找到了解决办法，他是新雇来的，并已着手准备建设一个较小规模的电路项目。然而，在Jack Kilby看来，德州仪器为其电路小型化项目所选择的方法似乎并不正确。 作为新聘人员，Kilby和其他的工作人员不同，他没有休假。当他独自在实验室工作的时候，他发现了一个解决电路小型化问题的方法。 Kilby的想法是，将所有元件及晶片放在相同的一块半导体材料上。当其余的同事度假回来时，Kilby向他的上级介绍了他的新想法。于是他被允许建立一个电路测试版本。在1958年9月，他的集成电路制作完成，电路通过了 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 ，并且非常完美～ 虽然第一块集成电路相当的简陋并存在一些问题，但它的构想是具有开创性的。通过将所有的元器件加工在同一块材料上，并通过金属丝将它们连接起来，从而就不再需要单独的分立元件。电线和元器件不再需要手工组装。这种电路可做得更小，并且制造过程可实行自动化。 Jack Kilby主要是因为发明了集成电路而出名，并且在2000年凭此获得了诺贝尔物理奖。成功发明集成电路之后，Kilby仍在德州仪器公司工作，他带领的团队发明了手提式计算器。 从Jack Kilby发明第一个原型至今，集成电路已走过了漫长的道路。他的构思开创了一个新的产业，并成为社会计算机化背后的一个关键要素。如今大部分先进的电路在 比指甲还小的 5 面积上都包含着数亿个元器件。在芯片上的晶体管的尺寸约为90纳米，即0.00009毫米，这意味着你可以将数百个这样的晶体管放入一个红细胞内。 计算机芯片的功能每年都变得更加强大，但价格却比前一年低很多。早期集成电路的开创者因特尔公司的奠基人Gordon Moore曾经说过:“如果汽车工业能和半导体行业一样发展迅速，和 那么如今任何人都可以拥有一辆劳斯莱斯，然后开上一季度就弃之如敝屣，毫不可惜地丢掉它，再换一辆新的。” 习题答案 I. 1. amplify current 5. hand-held calculator 2. electronic component 6. integrated circuit chip 3. complex circuit 7. semiconductor material 4. vacuum tube 8. microprocessor II. 1. T 2. F 3. T 4. F III. 从Jack Kilby发明的第一个原型至今，集成电路已走过了漫长的道路。他的构思开创了一个新的产业，并成为社会计算机化背后的一个关键要素。如今大部分先进的电路在 比指甲还小的面积上都包含有数亿个元器件。在芯片上的晶体管的尺寸约为90纳米，即0.00009毫米，这意味着你可以将数百个这样的晶体管放入一个红细胞内。 C(课内阅读译文 第一个晶体管的发明——1947年11月17日~12月23日 1947年11月17日，Walter Brattain将他的整个实验装置扔进了装有水的热水瓶中。这个他制作的以硅为原料的新发明是用来帮助他研究电子在半导体表面是如何作用的，但是无论他们怎么做，都不可能制作成一个放大器。水汽不断凝结在硅的表面使整个实验一团糟。为了摆脱水汽凝结，Brattain原来想将硅放入真空中，但是他认为那样会花太长时间，于是他将整个实验装置放入水中——这肯定避免了水汽凝结。 出乎意料，这个湿的器件产生了迄今为止他所看到的最大的功放。他和另外一位科学家Robert Gibney吃惊地盯着这个实验。他们开始拨动不同的旋钮和按钮，通过增加正电压，这一效应更加明显，而加负电压则会使这个现象完全消失。这样看来，电子在半导体表面上阻止放大的功能已在某种程度上被水的效果抵消——建立一个放大器的最大障碍已经被克服了。 当John Bardeen获悉所发生的事情之后，他又想出一种新方法来制作放大器。11月21日，Bardeen建议给蒸馏水中的硅加上一个金属接触点。水消除电子阻碍放大的问题，这就和这个接触点是一样的原理。在这个粗糙的装置中，接触点不能接触水，必须只能接触硅。一如既往，Brattain是一个天才，在实验室中他可以制作任何东西。当该放大器建成，它很好地工作了。当然，虽然只有较小的功放——但它是工作的。 当Bardeen 和Brattain用一小滴水获得微弱的放大之后，他们认为他们正在做一些有实用价值的事情。他们尝试着用不同材料、不同装置、不同的电解液来代替水从而获得更大的电流。 6 12月8日，Bardeen建议用锗来代替硅。他们得到了电流的跳转——330倍的电流放大——正是他们所期望的反向电流。电解液使得空穴运动起来，而不只是电子的运动。但是放大器仍然是放大器，这只是一个开始。 很不幸的是，这个大的放大功能只能放大频率非常低的电流。它们不能在电话线中使用，因为人的声音频率相当复杂。所以下一步要做的就是使放大器能运用于所有的频率 范围。 Bardeen 和Brattain认为问题在于液体，所以他们用本质是锗锈的氧化锗来代替液体。Gibney准备了一块特殊的锗片，锗片的一面上有一层绿色的氧化层。12月12日，Brattain开始插入接触点。 事实上，该器件工作和没有氧化层的情况是一样的。当Brattain反复地戳金接触点时，他意识到根本没有氧化层，因为他不小心把它洗掉了。当时他很生自己的气，但仍然决定让接触点接触锗，此时意外的事情发生了，他得到了放大的电压——更重要的是，它能够放大所有频率的电压。金点接触在锗表面留下小孔，这些小孔抵消了电子在表面的效用，这和用水的原理是一样的。但是这个方法好于使用水做电解液，因为它能放大所有频率下的电流。 之后的一个月里，Bardeen 和Brattain设法获得了在一些特定频率下的大的放大效果，以及适用于所有频率的小的放大效果——现在他们只需要将这两个效果合并起来。他们知道问题的关键是使锗片和两个金接触点的距离小于1毫米。Walter Brattain在塑料三角片上粘上金箔，在一个点上剪开金箔。通过三角片的点接触到锗上，他们看到了出乎寻常的效果——信号从一个金点流过，通过另一个金接触点被放大。这样，第一个点接触晶体管就这样诞生了。 第四单元 放大器 A(课文译文 运算放大器 运算放大器的名字来源于它最初用途之一，在早期的模拟计算机中加、减常被用来完成数学运算。现代技术中使得它有各种各样的用途。运算放大器的名字经常缩写成OPA。 运算放大器是直接耦合、高增益、线性的放大器。线性放大器是一种如实重现输入波形的放大器。线性放大器的输出应该是输入信号的真实复制品。 因为它的高增益，所以运算放大器通常使用外部元件来减少其增益到需要的水平。运算放大器是直接耦合的，它能放大直流输入信号，也能放大交流输入信号。 运算放大器的符号如图4.1a所示。它有两个输入端，一个输出端。供给运算放大器的电源通常从正负电源获得(图4.1b)。这能使输出在零伏特处上下振荡(图4.1c)。 图4.1 运算放大器符号 运算放大器通常由四个串联级组成。每一级是一个完成特定功能的放大器。如图4.2所示。 图4.2 运算放大器各级装置 输入是一个具有两个浮置输入V和V的微分放大器。微分放大器放大两个输入之间的电压差 12 (V和 V)。这种类型电路具有非常高的输入阻抗，也可以提供高的共模抑制。 12 7 第二级是一个高增益放大器，提供设备的主要增益。第三级是输出放大器，它提供一个低输出阻抗。它能传送一个大输入信号电流或电压。输出电压可以在正负电源的几伏特范围中振荡。 所有各级连接起来可产生非常高的增益。这个增益叫做“开环增益”。 在实际电路中，输出电压的一小部分以相反极性被反馈到某个输入端，从而减少总的增益。这个过程叫做“负反馈”。 随着负反馈的应用，这个增益被减少，运算放大器被认为具有一个“闭环增益”。 理想运算放大器有如下特性: 1. 无穷大输入阻抗。这是两个输入端之间的阻抗。连接时输入不会加载任何电路。 2. 零输出阻抗。输出阻抗应该为零。这确保放大器能提供的输出功率没有限制。 3. 无穷大的开环增益。在应用负反馈以前，放大器的增益在理想上是无穷大的。 4. 无穷带宽。理想运算放大器的开环带宽被认为是无穷大的。 在实际情况下，运算放大器不能达到这些理想的特性。然而，我们通常假定它们是理想的，以便更容易使用它们。 习题答案 I( 1. direct-coupled 5. negative feedback 2. operational amplifier 6. zero output impedance 3. linear amplifier 7. buffer 4. common mode rejection 8. differential amplifierII. 在实际电路中，输出电压的一小部分以相反极性被反馈到某个输入端，从而减少总的增益，这个过程叫做“负反馈”。 (课内阅读译文 C 反馈放大器 理想反馈放大器的信号流程图如图4.3所示。输入信号x和输出信号x可以是相电压，或者io 是相电流，或者一个是相电压，一个是相电流。如图所示，按照反馈结构的特殊类型决定它们的定义。图中的箭头表示在理想系统中，从输入到输出的正向传输通过基本的放大器，而反向传输通过反馈网络。 xx,Bxx+iioo基本放大器采样网络求和网络增益为A x,Axofi - xBxoo反馈网络B 图4.3 理想反馈放大器的框图 8 我们假设阻性网络运行在中频区域。输入信号x和通过反馈B网络的信号Bx 有相同的量纲，io也就是，他们都是电压或者都是电流。对于负反馈，它们在时间相位上，x大于Bx。求和网络输io出是x-Bx的差，小于x。放大器输出x是这个差值的A倍，A表示基本放大器的增益。因为当ioio 反馈回路断开时，使为零，也是系统的增益。被作为开环增益。相反，反馈放大器/BxAAxxooi的比率是闭环增益A，下标f表示带有反馈的增益。对于这个讨论，我们假设A只依赖于基本放f 只依赖于反馈网络的参数。采样网络抽取想得到大器内部的组成，包括可用的负载，反馈系数B 的输出量，这个输出量是输出电压或者输出电流，然后提供这个信号给反馈网络。 有四种不同的组合方式，每一种都是重要的。其中之一是 和都是电压，开环增益, 闭xxAio 环增益A, 和反馈系数B都是电压比，这个系统通常被称作电压采样电压求和。如果x 和x 都fio是电流，A, A和B都是电流比，系统被认为是电流采样电流求和。第三种可能性是x 表示电流，fix表示电压，A和A 都是跨导倒数，每一个都是电压对电流的比， B是导纳。这就是常说的电压of 采样电流求和。最后一种，如果x是电压，x是电流，A和A 是导纳，B是跨导倒数则反馈是电iof 流采样电压求和。 第五单元 振荡器与射频 A(课文译文 振荡器 振荡器是用来产生信号的装置。它们不需要输入信号就能产生输出信号。振荡器是电子装置中自然且不可或缺的一部分。它们出现在许许多多应用场合中，使电路和子系统完成非常有用的功能成为可能。振荡器可用在扩频通信、射频和无线系统中——因此设计者应该先了解它们。 当我们不想要振荡时，有时振荡也会发生——如果杂散反馈路径存在，放大器就能振荡。没有振荡器我们很有可能生活在一个非常枯燥的世界中。当放大器带有反馈路径，并且满足两个条件，振荡就发生了: 放大条件——通过放大器/反馈网络的级联增益和损耗必须大于1～ 相位条件——振荡频率在附加相移为360度(或0度)的点处～ 在大多数振荡器电路中，在线性电路下，提供能量振荡以0开始建立。然而，限制的放大器饱和度和其他非线性(因素)影响着结果，不确定地抑制振荡器的振幅无限增长了。因此，在精确的设计、仿真或者建模方面，振荡器不是最简单的装置。优良而稳定的振荡器设计是一项真正的艺术。当你对振荡器了解更多的时候，你一定更加赏识它们～ 电子振荡器有两种主要类型:调谐振荡器和张驰振荡器。调谐振荡器产生正弦波输出。松弛振荡器产生非正弦波输出，如方波、矩形波和锯齿波。 调谐振荡器是最简单的模型，但也是振荡主流中最重要的一个模型。在工程系统中经常遇到，一般是由于旋转机械、绝缘、地震、桥梁、建筑、控制和自动化装置中的不平衡产生，正如所举例子。尽管纯调谐振荡和在任意类型激励周期振荡相比并不易于发生一般周期振荡，但是理解在调谐振荡下系统的行为是必要的，这有助于理解系统怎样响应更一般类型的激励。调谐振荡可以以自由振荡的形式存在或者在系统的某一点施加激励的作用下而产生，正如我们在后面将看到的。确实，调谐振荡器是单自由度系统(像一个振荡模型)，它主要由一个理想弹簧与理想的(不是保护性的)粘滞阻尼器并联组成，一端粘在一起，另一端接地。 9 张驰振荡器是一种其电容器被逐渐充电，然后快速放电的振荡器。通常由一个电阻器或者电流源，电容器和一个“阀门”装置，如氖灯、两端交流开关、单结晶体管或者耿式效应二极管来实现。因为下面进行了简化，单“阀门”装置将由一套比较器和一个RS锁存器代替。 电容器通过电阻器被充电，使电容器的两端电压以指数曲线接近充电电压。和电容器并联的是阀门装置。这样的装置直到端电压达到某一个阀值(触发)电压才导通。然后电容器强烈导电、快速放电。当电容两端的电压降到阀值电压时，装置停止导电，电容器又开始充电，然后重复这个过程。如果阀门元件是一个氖灯，在每一次电容器放电时，电路也会提供短脉冲闪光。 习题答案 I( 1. spread spectrum 5. neon lamp 2. harmonic oscillator 6. viscous damper 7. unijunction transistor 3. rectangular wave 4. single degree of freedom system 8. exponential curve II. 张驰振荡器是一种其电容器被逐渐充电，然后快速放电的振荡器。通常由一个电阻器或者电流源，电容器和一个“阀门”装置，如氖灯、两端交流开关、单结晶体管或者耿式效应二极管来实现。因为下面进行了简化，单“阀门”装置将由一套比较器和一个RS锁存器代替。 C(课内阅读译文 射频频谱和分贝定义 射频频谱 术语射频(RF或rf)是指当交流电流被输入给天线时产生的电磁场。这个场，也叫射频场或无线电波，可以被用于无线广播和通信，是整个电磁辐射频谱重要的一部分——从大约9千赫 (kHz) 到成千吉赫 (GHz)。这部分为射频频谱。当频率增加到射频频谱以上时，电磁能量以红外线、可见光、紫外线和伽马射线的形式出现。 许多类型无线装置使用射频场——收音机、电视机、无线和蜂窝电话、卫星通信系统以及许多用于制造业的测量和仪表系统。一些无线装置，如远程控制箱和无线鼠标，运行在红外线或可见光频率。射频频谱被分成几个范围或波段。除了最低频波段，每一个波段，相应的数量级(十分之一功率)表示频率的增加。下面的图表描述了射频频谱的八个波段，表示频率和带宽范围。 国际上，射频频谱被国际电信联盟(ITU)按照世界不同地区分配成不同业务类型。在美国和它的领地中，射频频谱被进一步分配给非政府和政府用户。英国联邦通信委员会(FCC)在国会监管下负责分配频率给非政府用户。国家电信和信息管理局(NTIA)负责分配频率给美国政府部门和代理机构。 NTIA通过内部无线电顾问委员会(IRAC)的协助完成它的功能。IRAC也负责维护频分配率的国家。射频频谱的非政府和政府用户之间的协调通过FCC和NTIA的联合会议来完成。 分贝定义 10 分贝是用于表达信号强度相对差别的单位。用两个信号功率比的、以10为底的对数来表示: dB = 10 log (P1/P2) 信号振幅也能用dB表示。因为功率和信号振幅的平方成正比(例如，功率比的100等于振幅比的10)，dB表达式如下所示: dB = 20 log (A1/A2) 对数作为测量单位是有用的，因为: (1)信号的功率通常跨过几个数量级; (2)信号衰减损耗和增益可以用减法和加法来表示。 例如，假设一个信号通过两个信道，通过第一个信道切率损耗为20比1，第二个信道损耗为7比1，则信号总的损耗为140比1。用dB表示，变成 13.01 (10 log 20) + 8.45 (10 log 7) = 21.46 dB 备注:许多dB的倍数比率使用三个字母来表示，例如dBm——第三个字母是对数运算的参考标准。例如，dBm被用于定义在50或更多欧姆射频系统中的dB标准，使用 1毫瓦参考标准。 第六单元 半导体 A. 课文译文 半导体 半导体是一种导电性介于导体和绝缘体之间的固体材料。在现代电子器件中，用半导体器件、半导体材料做的电子元器件在科技运用中发挥着相当大的作用。例如计算机、手机及数字音频播放器等。常见的数十种半导体材料中，硅是商业应用中使用最广泛的半导体材料。 硅和锗是元素半导体，砷化镓、磷化铟是化合物半导体，而锗硅、砷化镓铝则是合金半导体。 有三种常用方式可以描述晶体的电子结构。第一种是单原子描述法。对一个孤立原子而言，它的能级是分离的。当两个原子相互靠近时，它们的能级就会离开原位分裂成一个较高的能级和一个较低的能级。当有很多原子聚集在一起时，能级的数量会增加，能级组最终会形成能带。半导体含有很多能带。如果在最高占据能态和最低非占据能态之间存在很大的距离，那么即使在能带形成之后在占据能带和非占据能带之间仍然可能存在间隙。 第二种方式是自由电子波描述法。当由于原子核的作用使静电势逐渐衰弱时，一些自由电子波会基于布拉格反射原理被反射，并且不能穿透能带间隙开放的物质。在这一描述中，可能不是很清晰，而所有能量较低的能态均被电子填满。 第三种方式是两个原子的描述法。在两个原子之间电子多半做自旋向上和自旋向下运动，分裂的能态形成共价键。当越来越多的原子在一起时，并不会导致能带分裂，而是形成更多的共价键，这是硅形成的典型方式。通过使一个电子从较低能级移动到较高能级，从而形成带隙，这种方式称为反键结。但是块体硅并不会像丢失电子那样容易失去原子，同样这种方式不适合描述渐变异质结的带隙变化的平稳变化过程。 和其他固体一样，半导体中的电子只在基态能带和自由电子能带之间的某些特定能带(如各种能级)上具有能量，基态能是指电子紧紧束缚于原子核上的能量，而自由电子能是指电子脱离整个原子所需要的能量。每个能带对应了大量的电子离散量子态，在这些量子态中，能量较低的(即离原子核较近的)都已经被电子填满，能量最高的一个特别的能带称为价带。 半导体和绝缘体与导体的区别在于，在一般条件下，半导体材料中的价带填满电子，这样才 11 有可能使电子运动至导带。 半导体和绝缘体十分相似。这两种固体的主要区别在于绝缘体的带隙。电子从一个原子自由运动到另一个原子所需要的能量更大，半导体在室温下和绝缘体一样，几乎没有电子能够获得足够的热能从价带迁移到导带，从而形成电流。基于这个原因，在无外加电场的情况下，纯半导体和绝缘体有相似的电阻值。但是，半导体的带隙相对较小，除了温度条件以外，还有其他方式可以控制它的电特性。 半导体的本征电特性通常是通过掺杂的方式掺入杂质而得到永久的改变。通常，多一个杂质原子相当于多一个电子或空穴，这样就能在半导体中自由流动。通过掺杂足够比例的杂质，半导体的导电特性就会接近金属。根据所掺杂质不同，该材料分为两种:如果半导体掺杂区电子多，则该材料称为N型半导体材料;如果空穴较多，则称P型半导体材料。N型和P型半导体之间能产生电场，使得电子和空穴能够在该电场中运动，这种效应对半导体器件的工作是重要的。同样，掺杂物质的密度不同也会在这个区域里产生一个小的电场，从而使非平衡态的电子或空穴加速运动。 除了通过掺杂永久改变半导体的特性之外，半导体的电阻值通常随着所施加的电场动态地改变大小。这种能够通过电场动态控制半导体材料的电阻或电导率的特性使得半导体材料相当有用，从而产生了一系列的半导体器件，如晶体管和二极管。晶体管等半导体器件能构成微处理器这样的集成电路器件。这些有源半导体器件(晶体管)和用半导体材料做成的无源器件，如电容和电阻，可以制作完整的电子电路。 习题答案 I. 1. 电导性 6. 半导体器件 2. 磷化铟 7. 导带 3. 自由电子波 8. 价带 4. 异质结 9. 发光二极管 5. 静电势 10. 离散量子态 II( 1. impurity dopant 4. band gap 2. semiconductor device 5. covalent bond 3. N-type semiconductor 6. at room temperature III. 半导体是一种导电性介于导体和绝缘体之间的固体材料。在现代电子器件中，半导体器件、半导体材料做的元器件在科技运用中发挥着相当大的作用，例如计算机、手机及数字音频播放器等。常见的数十种半导体材料中，硅是商业应用中使用最广泛的半导体材料。 C(课内阅读译文 半导体器件基础 半导体材料如此有用的主要原因是由于半导体可以通过掺杂的方式改变其特性。通过曝光、加压和加热的方式，产生的电场可以控制半导体的导电性，因此，半导体可以制作传感器。半导 12 体的导电性取决于自由电子和空穴，也就是电荷载流子。在硅中掺入少量的杂质原子，如磷或硼，可以极大地增加半导体中自由电子或空穴的数量。当掺杂半导体中空穴多，则把它称为p型，反之，如果自由电子多则称为n型，p型和n型是多数载流子电性的标志。在器件中应用的半导体材料是在严格控制的条件下掺杂的，通过制作工具很好地控制了p型和n型掺杂物的位置和浓度。n型半导体和p型半导体结合在一起，它们之间形成的结称为p-n结。 二极管 -n结能形成p-n结二极管器件。p型和n型半导体形成结的区域称为耗尽区，耗尽区阻止p 电流从n型区流入p型区，但是允许电流从p型区流至n型区。当二极管正偏时，p区电势较高，二极管能够很容易导通;当二极管器件反偏时，电流就会变得很小。 将半导体曝光时，能产生电子-空穴对，这会增加自由载流子的数量和导电性，利用这种现象制作而成的二极管称为光电二极管。化合物半导体二极管也可以产生光，如发光二极管和激光二极管。 晶体管 双极型晶体管由两个p-n结构成，可形成n-p-n型或p-n-p型。结之间的中间区域或基区的 之间的基区和发射区时宽度很窄，另外两个区域的终端称为发射极和集电极。当一小电流注入结 会改变基极集电极结的特性，这样即使基极集电极结反偏，仍然能够传导电流。这样在集电极和发射极之间将产生一个更大的由基极和发射极电流控制的电流。 另一种晶体管的类型称为场效应晶体管，它的工作原理是半导体的导电性由电场控制。半导体中的电场能增加自由电子和空穴的数量，从而改变其导电性。若电场由反偏p-n结控制则形成结型场效应晶体管即JFET，若由块体材料氧化物分离电极控制则形成金属氧化物半导体场效应管即MOSFET。 第七单元 因特网 A. 课文译文 因特网 在世纪之交，信息，包括接入到因特网的信息，将成为个人、经济和政治进步的基础。信息高速公路是因特网广受欢迎的名字。无论你是要找最新的财经新闻、浏览图书馆目录、还是与同事交流信息，或者参加现场政治辩论，因特网是一种工具，它将带您超越电话、传真和独立的计算机到达一个新兴的网络信息前沿。 因特网替代了你所用的传统工具，它用以搜集资料、数据图表、新闻以及与其他人进行通信联系。通过熟练地使用因特网，能大大缩小世界，并为你带来信息、知识以及你所能想象到的每一个主题。 什么是因特网, 因特网链接是遍布全世界各地的计算机网络，使用户实现资源共享和相互沟通。一些计算机，比如大学里的计算机，可直接进入因特网上的所有设施，而另一些计算机，比如私人计算机，通过商业服务供应商提供的部分或全部上网设施可间接进入因特网。为了连接到因特网上，你必须通过服务供应商。许多选项需要每月花钱支付才能使用。根据所选择的选项的不同，访问时间可能会有所不同。 13 因特网就是我们所说的网中网，即是一个遍布全球的网络。要想给出组成因特网的网络或用户的准确数字是不可能的，但很容易达到几千几百万的数量级。在因特网上采用了一套标准化协议，允许在因特网上不同类型的计算机进行相互通信时可以共享资源。这些标准，有时被视为互联网协议套件，是开发商为因特网创建新功能时所遵循的准则。 在因特网上，不存在中央档案馆，因此也被称之为分布式系统。在技术上，没有人管理因特，相反，因特网是由数以千计的小型网络组成。因特网的壮大和发展，得益于许多用户找到新网 的方法来创造、显示和检索信息，从而为因特网的发展作出了贡献。 因特网的历史和发展 在其发展初期，因特网由国防部设计，其目的是在发生军事打击时来保障政府的通信系统。最初的网络，ARPANet(高级研究 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 局开发)，逐渐演变成在承建商、军事人员以及为ARPA项目作出贡献的大学研究人员之间的一种通信信道。 该网络采用了一套标准的协议，为人们通信和共享数据创建了一种有效的方法。 ARPANet在研究人员之间渐渐流行，八十年代，美国国家科学基金会建立国家科学基金网，并链接上了几台高速计算机，负责的网络就是因特网。 。 在80年代末期，数以千计的合作网络参与到因特网中 1991年，美国高性能计算条例建立了NREN网(国家研究与教育网络)。NREN网的目标是为研究和教育发展和保持高速网络，并探讨因特网的商业用途。 其余的，正如人们所说，是历史的缔造。因特网通过浏览器和万维网服务的发展而不断改进。 虽然因特网是作为一个面向研究为主的网络，但它继续发展为遍及各地的一个信息，创意及商业资源。 什么使因特网工作, 因特网独特的一点是，它允许许多不同的计算机互相连接和通信。这是由于有一套标准，通常称为协议。TCP/IP协议(传输控制协议/因特网协议)可以支配整个网络的数据传输。大多数使用因特网的人对相关的这些协议的细节不那么感兴趣。但是，他们真正想知道的是在因特网上他们可以做什么以及怎样有效地完成。 因特网上最流行的工具大都基于客户/服务器系统。您正在运行的程序称为Web客户端，这个软件为您显示文件和执行您的要求。如果有必要连接到另一种类型的服务——也就是说，成立一个电话网络会话，或下载文件——您的网络客户端同样会照顾到这一点。您的网络客户端连接(或“通信”)到网络服务器，代表您来索取要求的信息。 Web服务器是一台运行另一种类型网络软件的计算机，这些网络软件可以提供数据，或“服务”一个信息资源到您的网络客户端。 所有基本的因特网工具——包括电话网络、文件传输协议、基于菜单驱动的因特网信息查询工具和万维网——都是基于一个客户端和一个或多个服务器来合作。在各种情况下，您与客户端程序互动，而它管理数据的细节，包括如何将数据呈现给您或使您可以在其中寻找资源。反过来，客户端与一个或多个有信息存储的服务器互动。服务器收到一个请求，执行它，并发出一个响应信息，而不需要知道您的计算机系统的细节，因为您的计算机系统上的客户端软件处理了这些细节。 客户端/服务器模型的优点在于分配工作，使每一个工具可以集中或专门处理特定的任务:服务器给许多用户提供信息，而客户端软件为每个用户处理各自的界面和其他要求及结果的细节。 每台电脑都具备基本的客户端软件套件，从而使你执行一些功能例如电子邮件、电话网络、 14 文件传输协议和基于菜单驱动的因特网信息查询工具等功能。 习题答案 I. 1. F 2. F T 3. F II. 1. Advanced Research Projects Agency Network 美国国防部高级研究计划网络 2. World Wide Web万维网 3. File Transfer Protocol文件传输协议 4. Transmission Control Protocol/Internet Protocol 传输控制协议/因特网协议 5. National Research & Education Network国家研究和教育网 6. National Science Foundation 国家科学基金 III( 因特网链接是遍布全世界各地的计算机网络，使用户实现资源共享和相互沟通。一些计算机，比如大学里的计算机，可直接进入因特网上的所有设施。而另一些计算机，比如私人计算机，通过商业服务供应商提供的部分或全部上网设施可间接进入因特网。为了连接到因特网上，你必须通过服务供应商。许多选项需每月花钱支付才能使用。根据所选择的选项的不同，访问时间可能会有所不同。 C(课内阅读译文 因特网上的电子邮件 电子邮件或e-mail，可能是最受欢迎和最广泛使用的因特网功能。电子邮件，e-mail，或只是邮件，是一种快速且高效的与朋友或同事通信的方式。您可以同时跟一个或数千个人通信;您可以接收和发送文件和其他资料。你甚至可以订阅电子期刊和简报。您可以发送一封电子邮件给一个在同一栋楼里的人，或者给在世界另一边的人。 电子邮件是一种异步通信形式，也就是说，您的收件人在您发送邮件时并不一定在线，这对于您和收件人都是一个极大的方便。 主机之间的邮件交换使用简单邮件传输协议和所谓邮件传输代理的软件程序。用户可以从支持标准的协议如电话接入网或消息访问协议服务器上下载他们的邮件，或者更可能在一个大的企业环境，用一个专有议定书具体到Lotus Notes或Microsoft Exchange服务器上去下载。 邮件可以保存在客户端或者服务器端，也可在两地都保存。标准格式的邮箱，包括Maildir和mbox。几个著名的电子邮件客户端分别使用他们的专有格式，并要求转换软件在它们之间转移电子邮件。 当邮件无法寄达时，收件人的MTA(报文传送代理)一定会发出一个回复信息传回给发件人，说明这个问题。 在另一方面，电话，则是一个同步通讯媒介，通信时需要您和接听者同时在线上(除非你留下一个语音信息)。不可能做到像许多电子邮件软件包提供给因特网用户的所有细节的体验。 不过，幸运的是，大部分的程序共享的这些基本功能，能让您: , 发送和接收邮件 15 , 保存您的邮件到一个文件中 , 打印邮件 , 答复邮件 , 添加附件到邮件里 因特网电子邮件包括两个主要部分: 标题——分为一些部分如概要、发件人、收件人以及其他有关电子邮件的信息。 主体——非结构化的文本信息;有时在末尾含有签名框。 标题和信息主体由一个空白行分隔开。 第八单元 微电子 A(课文译文 微处理器 AT89C51是一种低功耗、高性能的带有4KB可编程和可擦除的只读存储器(PEROM)。 CMOS 8位微控制器，通过把通用的8位CPU与Flash内存集成在一块单芯片上，AT89C51是一种功能强大的微控制器，它为许多嵌入式控制应用提供了具有高度灵活性且价格低廉的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 AT89C51具有以下标准特点:4KB闪存、128字节RAM、32个I/O、2个16位定时器/计数器、五个2级中断结构、全双工串行端口、片内振荡器和时钟电路。此外，AT89C51具有降到零频率的静态逻辑，以及支持两种软件可选的省电模式。闲置模式可以停止CPU的同时而允许RAM、定时器/计数器、串行端口和中断系统继续运行;掉电模式时保存RAM的内容、冻结振荡器以禁用芯片的所有其他功能，直至下一次硬件复位。 89C51有4个I/O端口，它们是P0口、P1口、P2口和P3口。 P0口是一个8位漏极开路的双向I/O端口。作输出口时，每个引脚可以驱动8个TTL负载。当向P0口引脚写“1”时，则引脚可以被用来作为高阻抗输入。在访问外部程序存储器和数据存储器时，P0口也可以被指定为低字节地址和数据总线的复用，在此模式下P0有内部上拉电阻。在闪存编程时P0口接收指令字节;而在校验程序时，输出代码字节核查。在编程校验时，要求外接上拉电阻。 P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1口的输出缓冲器可以驱动4个TTL输入。当向P1口引脚写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。作为输入口使用时，由于有内部的上拉电阻，P1被外部信号拉低的引脚将会输出电流(I)。在进IL行Flash编程和校验时，P1口接收低8位地址。 P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动(吸收/输出电流)4个TTL输入。对P2口写“1”时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(I)。IL在从外部程序存储器取指令和访问外部数据存储器(如执行“MOVX @ DPTR”指令)期间，当使用16位地址时，P2输出高8位地址。当送出“1S”信息时，本器件采用的是较大内部上拉电阻，在访问8位地址的外部数据存储器(如执行“MOVX @ RI”指令)时，P2口输出P2特殊功能寄存器的内容。在对Flash ROM 编程和程序检验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。 P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流)4个TTL输入。对P3口写“1”时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。 16 P3作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出电流(I)。AT89C51IL的P3口还可以用作如下所示的各种特殊功能: 端口引脚 复用功能 P3.0 RXD (串行输入口) P3.1 TXD (串行输出口) P3.2 INT0 (外部中断0) P3.3 INT1 (外部中断1) P3.4 T0 (定时器0外部输入) P3.5 T1 (定时器1外部输入) P3.6 WR (外部数据存储器写选通) P3.7 RD (外部数据存储器读选通) 在对Flash ROM 编程和程序检验期间，P3也接收一些控制信号。 习题答案 I. 1. T 2. F 3. F 4. T 5. F 6. F 7. T 8. F II. 1. high-performance 6. Idle Mode 2. programmable and erasable read only memory 7. Power-down Mode 3. embedded control application 8. high impedance input 4. 16-bit timer/counter 9. address/data bus 5. a full duplex serial port 10. external program memory III. 1. 输出缓存器 6. 编程校验 2. 特殊功能寄存器 7. 高地址字节 3. 控制信号 8. 外部中断 4. 写脉冲 9. 串行输入口 5. 中央处理单元 10. 片内振荡器C. 课内阅读译文 ATMEL八位AVR单片机 产品特性 • 高性能、低功耗的8位AVR?微处理器 – 先进的RISC结构 – 130条指令 – 大多数指令执行时间为单个时钟周期 17 – 32个8位通用工作寄存器 – 全静态工作 – 工作于16 MHz时性能高达16 MIPS – 只需两个时钟周期的硬件乘法器 • 非易失性程序和数据存储器 8K字节的系统内可编程Flash – – 512字节，EEPROM – 1K字节，内部SRAM – 擦写次数: 闪存10,000 次/EEPROM 100,000次 – 数据保持:85?可保持20年/25?可保持100年 – 具有独立锁定位的可选Boot代码区 – 通过片内Boot程序实现系统编程 – 真正的同时读写操作 – 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密 • 外围特点 – 具有独立预分频器的两个8位定时器/计数器, 其中之一为比较模式 一个具有预分频器、比较模式和捕捉功能的16 位定时器/ 计数器 – – 具有独立振荡器的实时时钟 – 三通道脉冲宽度调制 – TQFP与QFN/MLF封装的8通道A/D转换器 – 8路10位A/D转换器 – 塑料双列直插封装(PDIP)的6通道A/D转换器 – 6路10位A/D转换器 – 面向字节的两线串行接口 – 两个可编程的通用同步/异步串行接收/发送器 – 可工作于主机/从机模式的外围设备串行接口 – 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 – 片内模拟比较器 • 专用处理器特点 – 上电复位以及可编程的欠压检测 – 内部RC振荡器 – 内部/外部中断源 – 5种睡眠模式: 空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式及备用模式 • I/O 和封装 – 23个可编程的I/O口线 – 28引脚PDIP封装，32引脚TQFP封装，32引脚QFN/MLF封装 • 工作电压 – 2.7 – 5.5V (ATmega8L) – 4.5 – 5.5V (ATmega8) • 速度等级 18 – 0 – 8 MHz (ATmega8L) – 0 –16 MHz (ATmega8) • 4 Mhz 功耗指功率损耗在3V，25?下不同工作模式的功率损耗 – 工作模式: 3.6 mA – 空闲模式: 1.0 mA 掉电模式: 0.5 µA – 总结 ATmega8是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于具有在单时钟周期指令内执行的强大指令集，ATmega8的数据吞吐率每MHz高达1百万条指令，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。 AVR 内核综合了丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的32个寄存器都直接与算术逻辑单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器，这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的复杂指令集计算机(CISC)微控制器最多高达10倍的数据吞吐率。 RWW)的8K字节的系统内可编程Flash，512 字节的ATmega8有如下特点:具有同时读写能力( EEPROM、1K字节静态数据存储器SRAM，32个通用I/O口线、32个通用工作寄存器、三个带比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C)、内部/外部中断、一个串行可编程USART、一个面向字节的两线串行接口、一个6通道10位(8个通道为TQFP与QFN/MLF 封装)AD转换器、一个带内部振荡器的可编程看门狗定时器、一个单个程序启动(SPI)串行端口，以及五种可以通过软件进行选择的省电工作模式。 空闲模式在停止CPU的同时，允许SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作;掉电模式时，保存寄存器的内容而冻结晶体振荡器，同时除了下一个中断和硬件复位信号到来之前所有芯片功能都停止工作;在省电模式时，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态;ADC噪声抑制模式时，除了异步定时器与ADC以外，中止CPU和所有I/O模块的功能，以使ADC转换时的开关噪声最小;待机模式时，只有晶振或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，这使其具有快速启动能力的同时保持低功耗。 本装置是用Atmel高密度非易失性存储器技术制造而成，片内ISP Flash允许程序存储器通过SPI串行接口或者通用编程器进行编程，也可以通过运行在AVR内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(Application Flash Memory)。在更新应用Flash存储区时引导Flash存储区(Boot Flash Memory)的程序继续运行，实现了同时读写功能(RWW)操作。通过将一个8位RISC CPU 与系统内可自编程的Flash集成在一块芯片上的方式，ATmega8是一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用程序提供了灵活而低成本的解决方案。 ATmega8具有一整套的编程与系统开发工具，包括C语言编译器、宏汇编、程序调试器/仿真器、在线仿真器及评估装置。 19 第九单元 数码相机 A(课文译文 数码相机 数码相机使用简单并可提供惊人的高质量图像。数码相机是利用电子感光传感器拍摄照片，图像储存在相机的数字存储卡中，并可传到计算机或存储设备。传统的35毫米照相机依靠机械和化学过程来生成一个照片，而数码相机内部有一个小型计算机来记录数字图像。 光圈 控制光线进入相机镜头的一个可调的虹膜或孔。光圈越大，相机的感光灵敏度越大。而较小的光圈会使照片有更大的景深。光圈设置被称做f-stop(光圈级数)，小光圈有相对较高然 的f值，比如f8或f11;较大的光圈是较小的值，如为f2.8。光圈设置必须兼顾快门速度，快门速度越快，光圈必须越大，反之亦然，允许适量的光线进入以使图像传感器正确曝光。 压缩 压缩是减少代表图像数据量的一种过程，以使文件在您的相机、记忆卡和电脑中占用较少的空间。其实压缩并保存图像比保存非压缩图像所花的时间更少。较小的文件在电子邮件和在网络上更快。不过当一个文件被过度压缩时，图像质量可能严重退化。 景深 景深是景象的清晰程度和对焦的指标。越大的景深意味着背景和前景之间更大的距离，在两者之间的一切都可正确聚焦。根据镜头中央的对象与相机之间的距离，狭窄的景深把聚集面积集中在一个小范围内。例如，如果你的目标是独自站在一个球场，狭窄的景深会令大部分的球场看起来模模糊糊的，只有目标被对焦，更大的景深可能保持球场的大部分都能被对焦。 图像传感器 图像传感器是数码相机里可以取代胶卷的半导体芯片。它捕捉到一个场景或对象的光线，并把它变成相机可以识别和使用的电信号。相机依次把这些信号转换为计算机可以识别和使用的数字信息。最常见的图像传感器类型有CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)。这两种类型的传感器都是把光线转换成电荷并处理成为电信号。CCD传感器在照相机中的应用已超过20年了，它有许多优良性能，其中之一就是:其光敏性优于CMOS传感器。 LCD取景器 数码相机背面的小电子屏幕会显示镜头看到的东西。你可以用它来调整图片、选择你的设置、在微距模式对焦并框定一帧图像、查看刚刚拍摄的照片。 存储卡 一种可以保存数码相机所拍摄图像的小巧、可移动存储设备。当它存满时，你可以更换另一个存储卡，并继续拍摄。读卡器可以连到你的电脑上用来打开和保存你相机中的图像文件。存储卡有各种密度，任何其他的驱动器或存储设备也是同样的，最常见类型的记忆卡有CF卡、SM卡和SD卡。必须使用适合你数码相机的适当型号和容量的存储卡。随着照相机像素的不断增加，更大容量的存储卡已成为必备。 像素 数字图像中的一个数据点，这个词是图像元素的简称。数码相机的分辨率是衡量图像传感器能够捕捉到的像素数量的指标。每一个像素含有一系列的描绘颜色或亮度的数字，一个像素可以表示的精度被称作“位(bit)”或“色彩深度”。图像所包含的像素越多，它就有越多的细节描述能力。 快门速度 衡量允许光线落在图像传感器的时间长度(表示为一秒钟的若干分之一)的参数。传统的胶片相机，在镜头上有一个物理机械快门，用快门的打开或关闭来调节胶卷曝光时间。虽然许多数码相机都有电子和机械两种快门，但廉价的相机单靠电子快门来关闭图像传感器的感光性。 20 习题答案 I . 1. T 2. T 3. T 4. F 5. F 6. T 7. T 8. F 9. T II. 6. film camera 1. digital camera electronic photosensitive sensor 7. electronic shutter 2. 3. depth of field 8. aperture 4. shutter speed 9. LCD viewfinder 5. memory card 10. charge-coupled device III. 1. 把光信号转换成数字信息 6. 可移动存储装置 2. 图像传感器 7. 读卡器 光敏性 数字图像 3.8. 4. 电子屏幕 9. 图像元素 微距模式 5.10. 色彩深度 IV. 数码相机除了可以在其小彩色屏上立刻预览照片是否令人满意，省去了重复拍摄的开支之外，还可以存储几十张、甚至是数百张照片，这些照片可以在家里打印出来或用电子邮件发送出去。尽管走向数字化也需要额外的花费，如存储卡、打印用特殊纸张的开支，但许多购买者还是愿意换用(数码相机)。 数码相机占有的市场份额正在增长中，拥有数码相机家庭的数量当然也在增长。数码相机的价格已经下降，而质量却在上升。有一张大容量的保存照片的存储卡，你就可以不停地拍照而不必担心更换胶卷。 C(课内阅读译文 数码相机的特点 数码相机的优点 如果你想买一个数码相机，它有以下优点:可以立即进行图像查看，无需扫描，不需胶片费用，可以促进环境更清洁。 使用数码技术，用最少的投资就可以提高照片质量。 你所需要的就是一台数码相机，一台普通计算机，一个具有相片品质的打印机，也许还需要一些附加存储器，一个可移动外部媒体驱动器。还需要一些图像处理软件。 你可以去除照片的斑点，对照片进行处理:擦除、漂白、锐化、柔化、分离色调、润色和数十种其他功能的操作，包括修改透视。完成这些功能是如此之快如此之容易，以至于你的照片效果很快就会超过那些花数年时间学习工艺的传统摄影师的照片效果。 数码相机的基本要求 我们来谈谈数码相机的基本要求。 如果你不需要打印比4×6英寸大的照片时，一个具有640×480像素的分辨率的数码相机就很好了。 21 你需要有个人电脑，而显示器是数码系列中最重要环节之一。 可能你还需要为照片准备一些额外存储空间，因为这些文件会占用1MB~5MB(每张照片)的空间，并且很快就会占满你的磁盘。 最后，我将建议你买一台彩色喷墨式打印机。 相机分辨率 分辨率就是相机记录一个图像的详细细节的能力。数码相机的图像是由被称作像素的小方块(有时是长方形)组成的。一个像素就是一个“图元”的简称。 数码相机的成相面由若干列微小的单个光传感器组成，这些光传感器能够捕捉颜色和光的信息，然后这些信息由电信号转换成数字信息即是组成图像的像素或图元。一个特定的区域所包含的像素越多，则分辨率就越高。 分辨率越高，那么文件就越大——尽管大多数图像都在相机中使用JPEG编码标准进行了压缩。文件的大小与特征图像和压缩压有关。 许多相机允许根据最终要求的图像质量来选择压缩度。如果高压缩度可以被接受，那么在相机中或其存贮卡中就能存贮更多的照片。 当打开一个未压缩的图像时，它大约比其压缩后的文件要大5~20倍。JPEG是一种有损压缩方式，这就意味着为了减小文件大小，一些图像信息已被丢失，一旦失去非得重新处理原来的图像才能找回这些像素。因此，如有可能，可以用无损压缩的TIFF来保存照片以节约空间。 第十单元 传感器技术 A(课文译文 传感器技术 传感器是一种测量物理量，并把测量值转换成一个能被观察者或仪器读取的信号的装置。例如，水银温度计把测量到的温度转换成液体的膨胀和收缩，能够在一个校准的玻璃管上读出;热电偶把温度转换成输出电压，能通过一个电压表来读出。为了精确起见，所有的传感器都需要用已知的标准进行校准。 我们每天都使用传感器，如触摸屏电梯按钮和通过触摸调整灯的亮和暗。大多数人从来没有意识到传感器也有无数的应用。应用包括自动汽车、机动车辆、航空、医药、工业和机器人。 传感器的灵敏度表示当被测量的物理量变化时传感器的输出有多少变化。例如，如果在一个温度计中水银移动1cm 时温度改变1?, 灵敏度就是1cm/1?。能测量非常小变化的传感器一定具有非常高的灵敏度。 技术进步使得越来越多的传感器在微观刻度上使用微型电机系统技术制造微传感器。在大多数情况下，和宏观方法相比，微传感器明显有较高的速度和灵敏度。 因为传感器是变换器的一种类型，它们把一种能量形式转化成另一种能量形式。由于这一点，传感器能够按照它们检测的能量类型来分类，如热量传感器，电磁传感器和机械传感器等等。 优良的传感器应该遵守下列原则: 传感器对其特性测试是灵敏的; 传感器对其他特性是不敏感的; 传感器不影响测试性能。 22 理想的传感器被设计成线性的。此传感器的输出信号和特性测试值成线性比例关系。那么灵敏度被定义为输出信号和测试性能之间的比率。例如，如果传感器测的是温度，有一个电压输出，则灵敏度是一个单位为V/K的常数，这个传感器是线性的，因为所有测试点的比率都是常数。 如果传感器不是理想的，可以观察到几种类型的偏差。例如，实际上，灵敏度不同于给定值。这被叫做灵敏度误差，但是传感器仍然是线性的，等等。关于这种偏差没有给出不必要的细节。所有这些偏差可以作为系统误差和随机误差来分类。有时系统误差可以通过某种校正方法来补偿。噪音是一种随机误差，可以通过信号处理来减小，如滤波，通常在损害传感器动态性能的情况下进行。 在测试量中，传感器的分辨率是它所能检测的最小改变量。通常在数字显示器中，最小的有效数字将波动，表示数量的改变正好能被分辨。这个分辨率和测试仪器的精密度有关。例如，扫描隧道探测器(表面附近的细尖，收集电子隧道电流)能分辨原子和分子。 习题答案 I( 1. 物理量 5. 随机误差 2. 水银温度计 6. 信号处理 3. 性能测试 7. 有效数字 4. 系统误差 8. 扫描隧道探测器 II. 因为传感器是变换器的一种类型，它们把一种能量形式转化成另一种能量形式。由于这一点，传感器能够按照它们检测的能量类型来分类，如热量传感器、电磁传感器和机械传感器等等。 C(课内阅读译文 雷 达 雷达是一种使用电磁波来识别射程、海拔、方向，或者移动和固定目标的速度的系统，如飞机、轮船、汽车、天气形成和地形。术语RADAR在1941年被设计作为无线检测和测距的首字母缩写。这个术语自从进入到英语语言就作为一个标准单词，radar，失去了大写。在英国雷达最初被叫做RDF(无线方向探测器)。 雷达系统有一个发射机，它发射无线电波或(目前更经常使用的)微波，通过目标反射，被接收器检测，接收器和发射器在同一个位置。尽管返回信号通常很微弱，但是信号能被放大。这能使雷达在其他的发射范围检测目标，如声音或者可见光，因为太弱而不能被检测。雷达被用在许多场合，包括气象预报检测，测量海洋表面波形，空中交通控制，超速交通的公安检测，以及军事方面。 几个发明家、科学家和工程师为雷达的发展作出了贡献。第一位使用无线电波检测远距离金属目标存在性的是Christian Hülsmeyer，他在1904年证明了在浓雾中检测轮船存在的可能性，但是不知道它的距离。 Nikola Tesla，在1917年8月，首先对第一个早期雷达单元确定有关频率和功率级的原理。他陈述:“(„„) 通过它们的(标准的电磁波)的使用，我们可以在全球任何特殊区域的发射端 23 任意产生电效应，(使用它)我们可以确定相对位置或者移动目标路线，如在海中的船，以相同的移动距离或者速度。” 第二次世界大战以前，美国人、德国人、法国人特别是英国人完全采用它作为一种反空袭防卫，产生了第一个真正的雷达。这实际上是受到德国人正在发展的死亡射线的鞭策。对于死亡射线的可行性，当这个问题被摆给英国科学家时，他们的反应是“我们不能制造死亡射线，但是雷达是好的吗,”，1936年Hungarian Zoltán Bay在Tungsram实验室用同样的原理生产了一种工作模型。 在1934年，工作于第一个雷达系统的Émile Girardeau，阐述了他正建立的雷达系统“依照泰斯拉阐述的原理设想”。 战争突然发生，研究发现这项新防卫技术具有更好的分辨率、更轻便和更多特色。战后多年已经看到在不同的领域，如空中交通控制、天气监控、天体测定以及公路速度控制等方面使用雷达。 第十一单元 EDA简介 A(课文译文 EDA简介 今天，我们使用许多电子产品如手机，数码相机，个人音响和打印机。但是若没有电子设计自动化(EDA)软件工具的帮助，工程师们是无法发明这些基于芯片的电子产品的。 电子设计自动化(EDA)这个术语在电子工程学科内同样可以叫做计算机辅助工程，计算机辅助设计和计算机辅助制造。这些用法都可以在IEEE设计自动化技术委员会中找到。 本文详细介绍电子类的EDA技术，侧重集成电路设计的电子设计自动化技术。在半导体公司中必须使用EDA的是芯片设计者，因为大芯片极其复杂，不能用手工设计。 随着半导体技术的持续发展，电子设计自动化技术发展迅速。一些使用EDA软件的半导体制造公司和设计服务公司，用EDA软件为制造准备工作做设计评估。EDA工具也被用来设计一些现场可编程门阵列。 在使用EDA工具之前，集成电路是手工设计的，并且版图也是手工布局。一些先进的公司使用图形软件来产生Gerber图形片，但是从电子元器件转换到图形也是手工完成的。在这一领域知名的公司有GDS II版本的Calma。 在70年代中期，开发者开始使用自动设计，而不仅是绘图。第一个布局布线工具由此产生。设计自动化委员会学报涵盖了这个领域的大部分内容。 在1980年，由Carver Mead和Lynn Conway发表了“超大规模集成电路系统介绍”，这引发了一个新的时代的开始。这篇突破性的文章主张采用编程语言来设计和编译芯片，这一结果引发了复杂芯片设计的成百倍增加，改善了采用逻辑仿真的设计验证工具。芯片不仅更加容易绘制成版图，而且设计会更正确，因为他们可以在设计的过程中不断仿真。 最早的EDA工具由专业领域发明。其中最有名的是“柏克莱VLSI工具的手工安装包” ，这是一套早期用于设计VLSI系统的UNIX工具。另一个决定性的发展是金属氧化物半导体实施服务的形成，大学和制造生产厂协作，通过生产真正的集成电路来培训学生成为芯片设计者。这一基本的想法是可靠的，低成本的，相对低技术的集成电路设计流程，并且每块晶圆上可集成大量的项目及这些项目的一些副本。合作生产要么捐赠晶圆，要么以成本价出售，以观察这个项目对他们自身的长期发展是否有帮助。 24 1981年起，EDA开始成为一种产业。多少年来，一些大的电子公司如惠普、泰克和因特尔一直从事着EDA的开发。在1981年，这些公司的经理和开发人员将EDA技术作为一种商业产业来运作。Daisy Systems、Mentor Graphics和 Valid Logic Systems均在这一时期成立起来。经过几年的发展之后，很多公司专注于EDA技术的发展，尽管每个公司的发展侧重点稍有不同。 1986年，一种高级设计语言Verilog由Gateway公司第一次引入并作为硬件描述语言。1987年，美国国防部为VHDL语言提供专项资金。在这些语言出现之后，模拟器迅速发展，允许直接模拟芯片设计:可执行规格说明。而在这些年内，后端设计被开发来执行逻辑综合。 很多的EDA公司使用小公司的软件或其他技术适应他们的核心业务。大部分的市场领导者收购了许多规模较小的公司。这种趋势对于软件公司的设计工具适合大供应商的套件程式是很有帮助的。 早期的EDA软件致力于数字电路的设计，一些新的工具可用于模拟电路和混合系统中。而这一情况的发生是因为现在趋向于将整个电子系统设计在单一芯片上。 目前的数字设计流程均是模块化的。前端产生标准化设计描述，不用考虑单元技术便可编译到每个单元中。单元使用一种特殊的集成电路技术执行逻辑或其他电子功能。生产厂一般会提供他们产品制作的元器件库以及与仿真器相匹配的标准仿真工具。模拟EDA工具则不是那么的模块化，因为模拟电路要求的功能更多，它们之间的相互作用较强，元件通常就不是那么理想了。 习题答案 I. 1. electronic product 5. high-level design language 2. semiconductor technology 6. hardware description language 3. place and route 7. front-end 4. logic simulation 8. library of component II. 1. computer-aided design计算机辅助设计 2. computer-aided manufacturing计算机辅助制造 3. Institute of Electrical and Electronics Engineers (美国)电气和电子工程师学会 4. Very Large Scale Integrated 超大规模集成 5. Field Programmable Gate Array 现场可编程门阵列 6. Complex Programmable Logic Device 复杂可编程逻辑器件 7. computer-aided engineering计算机辅助工程 8. Metal Oxide Semiconductor Implementation Service金属氧化物半导体实施服务 9. Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language 超高速集成电路硬件描述语言 10. Place & Route 布局布线 III. 随着半导体技术的持续发展，电子设计自动化技术发展迅速。一些使用EDA软件的半导体制造公司和设计服务公司，用EDA软件为制造准备工作做设计评估。 EDA工具也被用来设计一些现场可编程门阵列。 25 C(课内阅读译文 大型EDA公司及他们的发展历史 在电子设计自动化之前，这种技术称为计算机辅助设计，是使用计算机和商业软件来辅助设计任务。例如，在60年代后期成立起来的Calma、Applicon和Computervision公司出售数字化集成电路软件，成立于1976年的日本Zuken公司为印刷电路板出售相似的软件。虽然这些工具是很有价值的，但他们对设计过程没有帮助，设计仍然需要手动完成。设计自动化软件在70年代被开发出来，应用于学术界和大公司，但直到八十年代初这些软件才用于帮助设计部分的过程，从而得到商业应用。 在1981年，来自泰克公司的经理成立了Mentor Graphics公司，因特尔的开发者成立了Daisy Systems公司，而Valid Logic Systems公司是由来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室和惠普公司的 alma和Zuken试图将业务扩展到设计，画图及部分市场方面。 设计师成立。同时一些公司，如C 在EDA刚开始的时期，分析家们将这类公司归类为隶属“电脑辅助设计”市场，主要是为构思桥梁、建筑物和汽车提供机械设计画图工具。一些年后这些领域被划分开来，今天没有一个公司会同时专注于机械和电子设计自动化。 Cadence Design Systems公司成立于八十年代中期，专门从事物理IC设计。Synopsys公司成立于大约同一时间内，专门从事逻辑综合。两者都已成长为最大的EDA工具全线供应商。Cadence公司是一家大型的(目前最大的)提供电子设计技术和工程服务的供应商。公司的主要产品是用于芯片和印刷电路板设计的软件。Synopsys公司是当今领先的提供电子设计自动化(EDA)软件和服务的供应商，产品主要用于全球半导体行业及电子工业的复杂集成电路(IC)、现场可编程门阵列(FPGA)和片上系统(SoC)的设计。Synopsys公司也是一个提供先进的技术以解决产量和 中的知识产权(IP)制造业问题的领导者，主要实现于早期设计过程中，并在很容易插入到设计流程方面提出预先设计和预先验证的基石。Magma Design Automation公司成立于1997年，利用简化可能从零开始建立一个IC设计系统。Magma公司的软件产品是芯片开发的主要组成部分，其中包括:综合、布局、布线、电源管理、电路模拟、验证和模拟/混合信号设计。 第十二单元 PLC简介 A. 课文译文 PLC介绍 PLC(可编程逻辑控制器)是一种用来替代机器控制的必要的顺序继电电路装置。PLC由它的输入和它的状态来决定开/关的输出工作。用户通常通过软件输入一个程序，这个程序将给出想得到的结论。PLC被用在许多“真实世界”的应用场合。如果有工业存在，那么就是PLC存在的好机会。 如果你从事于加工、包装、材料处理、自动化装配或者其他的工业，你可能已经正在使用它们。如果你不使用，你将会浪费金钱和时间。几乎任何需要某种类型的电子控制的应用都需要PLC。 例如，让我们假设当一个开关打开时，我们想要旋转螺线管5秒，然后关掉它，不管开关打开多长时间。用一个简单的外置定时器，我们可以做到这些。但是如果这个过程包括十个开关和螺线管将会怎样呢,我们需要10个外置的定时器。如果这个过程还需要数开关各自打开多次将会怎 26 样呢,我们需要许多外置的计数器。正如你所见到的，程序越大，我们越需要PLC。我们能够编写的简单PLC程序来计数它的输出和旋转螺线管的指定时间。 PLC主要由CPU、存储区和适当的电路组成来接收输入/输出数据。实际上我们可以认为PLC是一个充满成百上千个独立继电器、计数器、定时器和数据存储区的盒子。这些计数器、定时器等真的存在吗,不，它们不是物理形态存在的，而是被模拟出来的，并且可以被看作软件计数器、定时器等等。这些内在的继电器是通过寄存器里的比特区模拟的。 每一部分能做什么呢, 输入继电器——这部分与外界相连。它们物理上存在，接收来自开关、传感器等的信号。实际情况中它们不是继电器，而是晶体管。 内部有效继电器——这部分既不能从外界接收信号，物理上也不存在。它们是模拟的继电器，这能使PLC减少外置继电器。也有一些特殊的继电器只用来完成一个任务。一些是常开，一些是常闭，一些仅仅一上电就开通，主要被应用于所存储的初始化数据。 计数器——这又是在物理上不存在。它们是模拟的计数器，能被编程来计数脉冲。这些计数器主要能正序、逆序或正和逆计数。因为它们是模拟的，因此它们在计数速度上受到限制。一些制造商也包括基于硬件的高速计数器。我们认为这些是物质上存在的。 定时器——这在物理上也是不存在的。基于变量和增量工作。最普通的类型是通电延迟型。其他的包括断电延迟型，保持和非保持类型。增量变化1ms到1s。 输出继电器——这被连接到外界。它们是物理上存在的，发送开/关信号到螺线管、灯等等。它们可以是晶体管、继电器、或者三端双向可控硅，依赖于模型来选择。 数据存储——典型的是有寄存器被分配去简单地储存数据。它们通常为数学或者数据处理，被用作临时存储库。当电源撤掉时，它们也主要被用于存储数据。上电时它们仍然和电能消失之前有相同的内容。非常简便和必要～ 习题答案 I( 1. Timer 5. relay 2. on-delay 6. registe 3. off-delay 7. transistor 4. counter 8. power-up II. PLC(可编程逻辑控制器)是一种被发明用来替代机器控制的必要的顺序继电电路装置。PLC由它的输入和它的状态来决定开/关的输出工作。用户通常通过软件输入一个程序，这个程序将给出想得到的结论。PLC被用在许多“真实世界”的应用场合。如果有工业存在，那么就是PLC存在的好机会。 27 C. 课内阅读译文 PLC运行 当我们基于控制系统设计PLC时，第一步是识别输入和输出的类型和数目。这将决定需要购买的PLC和I/O模块类型。I/O端口的数目一般需要随着设计发展而扩展。最好买比你在开始时认为需要的数目多一些。和将来要求增加更多容量的实际时间相比，PLC和I/O模块的代价一般通常少些。 PLC通过不断地扫描程序来工作。我们可以认为这个扫描周期由三个重要步骤组成。 步骤1——检查输入状态——首先PLC看一看每个输入来判断它是开还是关。换句话说，传感器被连接到第一个常开输入上了吗,第二个输入怎么样,第三个„„ 。它记录这个数据到它的存储器中，在下一个步骤期间被使用。 步骤2——执行程序E——接下来PLC每次执行你的程序的一个指令。也许你的程序说如果第一个输入是开通，那么第一个输出应该开通。因为从前一个步骤它已经知道那一个输入是开或关，根据第一个输入的状态，它将能够决定是否第一个输出应该开通。它将储存执行结果给之后下一个步骤期间使用。 步骤3——更新输出状态——最后，PLC更新输出状态。根据第一步期间的输入，和第二步程序期间程序执行的结果更新输出。根据第二步中的实例，现在将开通第一个输出。因为第一个输入是开通，当条件是真时，程序开通第一个输出。第三步之后PLC返回第一步不断地重复步骤。扫描时间被定义为执行上面三个步骤所花费的时间。 PLC总的响应时间是我们购买PLC时不得不考虑的一件事。总的响应时间包括输入响应时间，程序执行时间和输出响应时间。正如我们的大脑，PLC花费一定数量的时间来应对变化。 现在我们了解了响应时间，这是对于应用所真正意味的事情。当工作时，PLC仅仅能看到输入开/关。换句话说，检查扫描部分输入状态期间仅看它的输出。 典型的(工作流程)也有超过三步的，但是我们关注重要的部分，不用管其他的。其他典型的步骤是检查系统和更新当前内部计数器和定时器的值。 和工控机相比，PLC有许多好的优点，如可靠性高、抗干扰能力强、安装使用方便、编程简单、体积小、能耗低等特点。随着微电子技术的发展，PLC的数学运算、数据处理及通信功能越来越强大，推进了其在工业自动化中的应用。 第十三单元 3G技术 A(课文译文 3G技术 什么是3G , 3G是继2G之后的第三代移动电话标准和技术。它是基于国际移动通信方案“IMT – 2000”的国际电讯联盟(ITU)的系列标准。3G技术使网络运营商向用户提供更广泛更先进的服务的同时，通过改善频谱效率实现更大的网络容量。服务包括在移动环境下所有的广域无线语音电话和宽带无线数据通信。 3G(第三代)的目标，是使移动通信设备在一个大的地理区域内具有高得多的数据传输率速 28 度，在有些地区数据传输速率高达2M bps也是可能的。 统一规范全世界的无线设备也是3G(第三代)的目标，因此来自英国的用户在欧洲和美国旅行时，可以使用相同的高速数据传输装置，如同他们旅行全球任何一个地方一样。 3G(第三代)是一个分组交换的协议，该技术原本是为互联网而开发的，它使用了如码分多址(CDMA)(最初由军方开发)技术，允许通过无线媒介等进行有效、快速和可靠的通讯。 覆盖的欧洲、美国、中国、日本和世界其余地区，随着这些国家或更多国家的两随着(3G) 两之间无缝融合，对于最终用户而言，3G(第三代)意味着通过他们的移动电话、 PDA(掌上电脑)或笔记本电脑，可以快速在万维网上浏览、传输文件、发邮件，甚至进行可视电话和视频会议。 尽管3G(第三代)相对来说还处于发展初期，但是该技术正在迅速成长，越来越多的无线技术公司开发的设备具备了3G能力，如诺基亚、西门子和索尼爱立信设计的一些3G手机。 4G已初现端倪，这种技术将真正把互联网络和移动通信融合起来。 3G的历史 正如你可能猜测到的，既然称为3G或第三代，因此，无可避免地还有1G和2G。 1G是指原来的模拟移动电话，很像一块砖，他们体积大、很重，由于电池的重量，他们也很昂贵。不过，他们为不久即到的科技界的一场革命铺平了道路，很快手机开始变得更小、更轻、更便宜、更好。因为电池技术进步，以及功耗低得多的电路设计，使得待机时间增加了而电池重量下降了。 2G见证了数字移动电话和一个标准的诞生，这个标准是迄今为止移动电话历史上最伟大的成功传奇。2G作为语音通讯工具运作良好，它提供的数据传输速率可达9.6kbps，对于声音而言已足够好。但现今的媒体对带宽的要求，如视频和文件传输，这还不够。因此一种技术应运而生，并为需求提供支持，3G技术被开发出来了。 由于3G的特性及其令人难以置信的复杂性和昂贵价格，使得2G向3G的转换不会在一夜之间发生，所以2.5G标准被开发出来了。2.5G标准与其前身相比，其主要技术不同功能是它使用了分组交换技术来传送数据。通用分组无线业务(GPRS)取代GSM作为2.5G标准。GPRS实际上是把数据分组交换技术覆盖原来的GSM电路交换网络。 3G的优势 3G会带来很多优势，尤其在数据传输方面。首先，3G能提供比2G网络更高的宽带，在室内、室外、车上的数据传输速率分别可达到2Mbps、384Kbps和144Kbps。受网络拥塞和其他实际操作状况影响，实际传输速度很可能只有这些数据的30%到40%，但是也比现在的要快得多。 第二，3G网络处于一直连接状态，使推式应用如电子邮件(包括附件)，日历更新，消息警报和即时信息，比我们现在的拨号要有用得多。 最后，3G对于声音和数据采用分组交换技术，大多数情况下使用与因特网相同的IP协议。分组交换把数据分成数据压缩块，添加信息传输目的地，然后在传输的另一端重新组合数据流。这种技术避免了专一连接，允许同时传输语言和数据，提高了网络容量。 习题答案 I. 1. network operator 3. the General Packet Radio Service (GPRS) 2. mobile environment 4. the International Telecommunication Union 29 5. Code Division Multiple Access 9. analogue mobile phone 6. video phone 10. circuit switched network 7. bits per second 11. mobile phone 8. seamless integration II. 1. T 2. F 3. T 4. F 5. T 6. T III. 译文:到2007年6月为止，第2亿个3G用户已经入网，这只占世界范围内的30亿手机用户的 6.7%。在一些率先推出3G的国家——日本和韩国，所有手机用户中有超过半数的在使用3G。在欧洲，领先的国家是意大利，那里有三分之一的用户转用3G。其他3G迁移率靠前的国家包括英国、澳大利亚和新加坡，其迁移水平在20%。令人困惑的统计量是把CDMA20001x RTT客户计算成3G用户，如果使用这个有争论的定义，那么3G总用户基数在2007年6月将达到4.75亿，占全世界所有手机用户的15.8%。 C(课内阅读译文 全球定位系统 什么是GPS, 全球定位系统(GPS)是一种基于卫星的导航系统，该系统是由美国国防部送入太空轨道的24颗卫星组成的网络。全球定位系统最初是用于军事，在20世纪80年代，政府使得该系统可供民用。全球定位系统可以在世界任何角落，在任何天气条件下，每天工作24小时。免收GPS使用费和安装费。 GPS如何工作, GPS卫星一天两次在一个非常精确的轨道环绕地球并且向地球发送信息。GPS接收装置接收该信息并用接收时间利用三角函数测量法来计算卫星位置。时间差告诉GPS接收机离卫星有多远。现在，根据有数量更多的卫星的距离测量，接收器可以判断使用者的位置，并显示在该地的电子地图上。 GPS接收器必须锁定到至少三颗卫星的信号来计算二维位置(经度和纬度)和轨迹。有四个或四个以上的卫星的数据时，接收器可确定用户的三维位置(纬度、经度和高度)。一旦用户的位置已经确定，全球定位系统可以计算其他信息，如速度、方向、轨迹、行程、到目的地的距离、日出和日落的时间，以及更多的信息。 GPS精度如何, 今天的GPS接收器非常准确，这得益于其并行多通道设计。Garmin公司的12个并行频道接收器当首次开启时能快速锁定卫星，并一直保持强劲锁定，即使在茂密的森林或有高层建筑的市区。某些大气因素和其他来源的误差可能会影响全球定位系统接收装置的精度。Garmin公司的全球定位系统接收机平均可以准确到15米之内。 配有WAAS(广域增强系统)的较新的Garmin全球定位系统接收器，其准确性可提高到平均准确到3米之内。使用WAAS不需要额外的设备或费用。利用带有差分全球定位系统(DGPS系统)，用户还可以得到更好的精度，纠错GPS信号平均在3至5米之内。该系统由一个接收GPS信号的 30 塔网和发送纠错信号的信标发射机组成。为了能收到纠错信号，除了GPS外，用户必须有一个差分的信标接收器和信标天线。 第十四单元 多媒体 (课文译文 A 多媒体 多媒体的应用在你身边随处可见，无论您是否知道，每天你都有机会看到或与一个或更多的多媒体应用软件互动。如果你看电视、网上冲浪、玩视频游戏、个性化电子贺卡，或从当地ATM上取钱，那么你就正在浏览或使用多媒体。我们社会建立在信息基础上，而多媒体是一种有效的表达方式。多媒体对教育家庭辅导体系、百科全书、使用手册、信息、旅游信息、博物馆、美术画廊、娱乐和游戏都是有用的。通过提供更友好的用户界面，多媒体使得信息更易被普通民众所接受。 多媒体有许多定义，其中包括:多媒体是与计算机控制的文本、图片、绘画、静止和活动图像(视频)、动画、音频和其他任一种能够数字化地表达、存储、传输和处理的媒体的集合有关的专业领域。 当我们把多种媒体组合在一个应用产品中时，那么我们更多的感官被激活，因此，我们使用多媒体的理由之一是用多媒体赋予平面信息以生命。多媒体鼓励用户接受、吸收、并从中获得更多信息，因为他们可以多角度摄取信息。换句话说，多媒体应用软件的用户不仅有机会阅读信息，而且也可以看到、听到。如同你即将看到的一样，在多媒体应用产品中甚至会出现嗅觉和触觉。 在下一步，我们会增加互动式多媒体。互动式多媒体允许用户直接回应和控制任一种或所有的这些媒体。互动多媒体的用户会成为应用产品中积极的参与者，而不是信息的被动接受者。正是交互性指出了多媒体的发展方向。 互动多媒体应用软件可分为两类，一类是线性的，而另一类是非线形的。对于线性媒体，用户从起点开始，按照一组事件的顺序前进直到他们达到终点。大多数数码幻灯片显示和放映就是线性媒体的例子。非线形媒体把事件的顺序留给用户来决定。互动式只读光盘的百科全书是非线形媒体的例子，没有预先确定的顺序，用户可以在任何一点、任何时候进入或退出。 虽然用多种媒体工作不是新事物，基于计算机的多媒体无疑在过去几年中呈爆炸式增长。这种增长的原因有很多:(1)计算机的处理能力和技术的改进，使得在计算机上用媒体元素工作更容易和更有趣。(2)许多行业的民众已经发现了使用多媒体应用产品的新的和有益的方法，从而产生了多媒体技术需求。(3)网络的增长促进了多媒体的增长，用于因特网和万维网的越来越多的多媒体应用产品正在构思设计中。毫无疑问，随着技术的不断改进和人们发现更多使用的理由，这种多媒体领域的增长将以指数率持续下去。 让我们快速浏览一下重要的多媒体元素。多媒体是指对传达信息和想法的多感官体验构建，要创建如此多种感觉的体验，会使用到不同的多媒体元素。在大多数的多媒体应用产品中，重要元素包括文本、图形、动画、声音和视频。增加了参与环境，那么你就拥有了互动式多媒体。请记住，即使是最令人惊叹的多媒体表现形式，如果所加入的多媒体元素是没有内涵和用途的，那么都将是浪费～只需正确地把能有效说明和描绘信息的要素进行综合就可以了。 适度是关键，一个设计良好的多媒体应用软件会用到不止一种感官，能给用户足够的刺激以使其达到兴趣高峰而不是吓倒他们，这很重要。如果达到适度，保留和理解都得到了增强;如果 31 失去适度，用户会感到无味或迷惑。 习题答案 I. 1. T 2. T 3. T 4. T 5. T 6. T 7. T 8. F 9.T 10. T II. 1. multimedia application 6. interactive multimedia 2. surf the Internet 7. non-linear media 3. video game 8. multimedia element 4. electronic greeting card 9. a set sequence of events 5. instruction manual C. 课内阅读译文 多媒体应用 多媒体有各种分类方法，可以按市场分(如家用、商业、政府和学校)，(也可以)按用户分(孩子、成年人、教师、学生)或按用途分(如教育、娱乐、参考资料等)。这里我们按用途把它分成7个应用领域，并一一详细阐述。 1. 参考资料 CD参考资料有很多，如百科全书、调查资料、黄页(电话查号簿)、地图集和街道目录等，通常是参考(资料)书的电子版本。开发者要做的是使用户可以很方便地查找想要的信息和有效地利用其他的媒体元素，如声音、视频和动画(使他们变得更加生动)。 2. 教育 教育的目标是促进学习——帮助学生获得整体的知识，掌握某种技能和成功地立足于社会。对教育者来说其中一个最大的难题是学生，尤其是他们的学习方法是多种多样的，有的学生通过联想学得比较好，有些学生则通过实验学得比较好，有些喜欢多看，有些喜欢多听。 多媒体可以适应不同的学习模式，可以用非线性化的方式(例如超链接)展示(学习)材料，它是激发式的，可以与学生交流，还可以提供(信息)反馈和评价(学生)技能。 3. 培训 每个公司需要从人员政策到设备维护等很多方面培训其雇员。 受培训者可以用多媒体完成仿真的工作任务，在不接触实际设备的情况下进行高级培训。声音和视频的结合可使例如飞行和驾驶领域的这种技术培训非常生动。美国国家航空宇航局就用这种多媒体技术对宇航员进行大量的飞行控制训练。 4. 娱乐 由于很难划分多媒体中教育与娱乐的界线，因此就有了新词“寓教于乐”，多媒体可以使学习变得有趣。 但多媒体也有纯娱乐的一面，声音和图像所具有的任何效果在一张多媒体CD上都可以实现。AIATSIS是一本澳大利亚土著的百科全书，含有2000多条目——1000张照片、230个声音片段和50段视频录像，其内容从艺术到健康，从技术到法律知识。 32 5. 商业 商业有与外部世界交换信息的需要，多媒体为商品介绍、市场和销售推广提供了很大的自动选择范围，多媒体可用在传统的展示方面(制作展板等)，或提供电子(销售)目录。利用多媒体可以增强新产品的市场推广，多媒体可以比印刷品提供更详细和更吸引人的产品信息。 6. 演讲(展示) 每天在商界中有成千上万个多媒体演讲展示，公司的执行总裁在股东会议上作年度报告、销售代表向有(购买)潜力的顾客兜售产品、一个会议的演讲人在给听众介绍行业(发展)趋势。从电子幻灯放映到可以互动的视频展示，多媒体可以使演讲多姿多彩。 通过多媒体，演讲人可以吸引并集中听众的注意力，增强关键概念提示和使演讲变得生动。 7. 互动游戏 多媒体意味着互动，许多互动娱乐则意味着游戏。在利用多媒体技术方面游戏开发商总是走在前面，现在还在不断提供多媒体技术方面最新的和交互的应用。 为了吸引玩家、迷住玩家、挑战玩家，多媒体技术提供了娱乐所必需的最快的动作、逼真的色彩、三维动画和精美的声音效果，它还提供了娱乐常有的奖励、荣誉和成就感。 许多游戏从动作(手、眼配合)到脑力(解谜、战胜恶魔、与对手斗智)，在各个方面与玩家斗智斗勇。 另一方面，多媒体也可以为业余爱好和模拟运动设计游戏，如让玩家上世界上最好的高尔夫课程或在三维城市的高空做模拟飞行的各种体验。 33 第十五单元 DSP和滤波器 A(课文译文 数字信号处理简介 数字信号处理，或者称DSP，是用数字的方式处理信号。在电子工程中，这里的信号指的是由电线或电话线或者也可能是由无线电波传出的电信号。数字信号由一个数字流组成，通常(但不是必须)是二进制形式。数字信号的处理通过完成数字计算来实现。 在许多场合中，引起兴趣的信号最初是以模拟电压或电流的形式出现的，比如麦克风或其他一些传感器产生的信号就是模拟信号。而在某些情况下数据已经是数字信号，比如CD(光盘)播放机上的输出信号。在应用数字信号处理技术之前，模拟信号必须转换成数字信号(即数字量)。例如，可以用模数转换器或ADC的电子电路来对模拟电压信号进行数字化。模数转换后产生一个用二进制数表示的数字输出量，这个输出量代表了在每个采样瞬间输入到设备中的电压信号。 数字信号处理数据的发展源自20世纪60年代，随着大型的数字计算机用于数字运行，如快速傅立叶变换，这种方式可允许快速计算信号的频谱。这些技术在那个时代并不广泛使用，因为合适的计算设备一般仅在大学或其他的科学研究机构可以获得。 20世纪70年代末到80年代早期，微处理器的引入为DSP技术更广泛地应用提供了可能性。然而，通用微处理器，比如因特尔X86系列，不能满足数字信号处理中所要求的操作而特殊设计的专门微处理器，在20世纪80年代，DSP重要性的提高使几个主要的电子制造商(如得克萨斯仪器、模拟设备和摩托罗拉)开始去发展数字信号处理芯片——特殊的微处理器，带有为数字信号处理中要求的某种类型操作特殊设计的系统(注意，缩写DSP可以指数字信号处理，是处理数字信号时广泛使用的术语，也可以指数字信号处理器，即一种特殊类型的微处理器芯片)。同通用微处理器相似，数字信号处理器是可编程设备，有它自己的指令代码。数字处理芯片可以每秒进行数百万次浮点运算，同众所周知的通用计算机一样，数字信号处理器也正在出现更快、功能更强大的型号。DSPs也能被嵌入到复杂的“片上系统”装置中，通常包括模拟和数字电路。 今天DSP技术普遍应用于移动电话、多媒体计算机、录像机、激光唱机、硬盘驱动器和调制解调器设备上，并且很快就会取代电视机和电话中的模拟电路。DSP的一个重要应用是信号压缩和解压缩。信号压缩被应用于数字蜂窝式电话即在每个当地“单元”可以允许同时处理更多的呼叫电话。DSP信号压缩技术使人们不仅可以通过电话同另一个人交谈，而且可以让人们在只用一根常规电话线连接，并通过在计算机显示器上安装一个小的视频摄像机的情况下，在PC机屏幕上看到对方。在音频激光系统中，当从CD读取时，DSP技术被用于对未处理的数据完成复杂的错误检测和校正。在DSP应用的一些实例中，如硬盘驱动器和移动电话，都需要实时操作。 大多电子元件制造商在DSP技术上都有很大投入，因为现在他们发现在大量市场产品中，DSP芯片占据了世界电子设备市场中相当大的份额。每年的销售量达到数十亿美元，而且还有望继续快速增长。 习题答案 I( 1. Digital Signal Processing(DSP) 3. ADC (analog to digital converter) 2. CD (compact disc) 4. Fast Fourier Transform (FFT) 34 5. general-purpose 7. hard disc 6. system-on-chip 8. modem II. DSP信号压缩技术使人们不仅可以通过电话同另一个人交谈，而且可以让人们在只用一根常规电话线连接，并通过在计算机显示器上安装一个小的视频摄像机的情况下，在PC机屏幕上看到对方。 (课内阅读译文 C 模拟和数字滤波器简介 在信号处理中，滤波器的功能是移走不想要的部分信号，如随机噪音，或者选取有用的信号部分，如位于某一频率范围的部分。 下面的框图(图15.1)表达了这个基本的思想。 滤波器有两种主要类型:模拟的和数字的。它们在物理结构和工作原理方面完全不同。 模拟滤波器使用由电阻器、电容器、运算放大器等组成的模拟电子电路来产生所要求的滤波效果，滤波电路更广泛地用于减少噪音、增强视频信号、高保真系统中的图像均衡器，以及其他领域。 对于所给的条件，设计模拟滤波器有制定完善的标准技术。在所有阶段，被滤波的信号是电压或电流和所涉及的物理量直接对应(例如，声音或视频信号或传感器输出)。 数字滤波器使用数字处理器在信号的采样值上完成数字计算。处理器可以是通用的计算机如PC，或者专用DSP芯片。 模拟输入信号首先必须使用ADC(模数转换器)进行采样和数字化，因而产生二进制数字，表示输入信号的连续采样值，被传到处理器，在处理器上完成数字计算。这些计算主要包括输入值和常数的乘积，以及把乘积加起来。如果有必要，这些计算结果，现在表示滤波信号的采样值，通过DAC(数模转换器)输出把信号转换成模拟的形式。 注意在数字滤波器中，信号用序列数表示，而不是电压或电流。 下面的框图(图15.2)表示所讲的系统的基本组成。 下面列出数字滤波器超过模拟滤波器的一些主要优点。 数字滤波器是可编程的，也就是说它的操作是由存储在处理器存储器中的程序决定的。这意味着数字滤波器可以容易地改变，不影响电路(硬件)。模拟滤波器仅能通过重新设计滤波器电路来变化。 在通用计算机或工作站上，数字滤波器容易设计、测试和实现。 模拟滤波器电路的特征(尤其是那些包括有源元件的)很容易漂移，并且与温度有关。数字滤波器不存在这些问题，在时间和温度方面也相当稳定。 不像模拟滤波器，数字滤波器能精确地处理低频信号。因为DSP技术的速度不断提高，数字滤波器被用在射频(无线电频率)领域的高频信号，这在过去是模拟技术的专门领域。 35 数字滤波器用不同的方式，在处理信号的能力方面，它们更多才多艺，这包括某些类型的数字滤波器适应信号特征变化的能力。 与对应的模拟电路相比，快速DSP处理器能处理复杂的并联或级联(串联)滤波器连接，使硬件需求相对简单和紧凑。 36