面向飞腾迈创DSP的自主软件栈设计

飞腾迈创DSP是国防科技大学计算机学院为了突破卡脖子技术,解决我国相关重点领域内芯片长久受制于人的现实问题而自主设计的高性能数字信号处理器。由于该系列芯片采用全自主设计的指令集,无法兼容已有的软件,一套自主完备且高效的软件栈是决定飞腾迈创DSP生命力的关键。基于团队长期以来的持续工作,系统阐述了飞腾迈创DSP软件栈的设计原则与层次化架构,重点介绍了包括支持层、编译层以及工具层在内的相关软件工具的创新功能、实现方法以及性能。同时,结合用户的反馈与团队的思考,还讨论了飞腾迈创DSP软件栈未来需要探索的相关问题。

一种数模混合芯片高效量产测试技术研究

以提高数模混合芯片量产测试效率为目的,基于数模混合芯片的测试参数和功能进行分析,对现有的量产测试方案进行技术优化和提升。对数字参数和模拟参数同时测试的技术方案进行优化,分别针对数字模块、模拟模块设计硬件,开发测试程序,数字模块测试SITE数提高至20 SITES同测。针对模拟模块的个性化熔丝修调方案进行优化,通过设计通用的熔丝修调阵列装置,避免重复设计熔丝修调板卡,缩短电路板(PCB)设计、制造时间。针对集成电路的测试数据进行分析,提出基于应用程序可视化基础(VBA)结合公式计算的集成电路数据筛选方法,提高集成电路测试质量。通过上述技术方案优化,数模混合芯片的量产测试效率提升了50%以上。

基于分段线性模型针对TLP瞬态干扰信号的芯片协同防护设计方法研究

集成电路芯片在高密度、小型化发展过程中产生了电磁兼容问题,为强化集成电路芯片对瞬态干扰信号的应对防护效果,可结合传输线脉冲(TLP)测试构建分段线性模型。文章首先对芯片应对瞬态干扰信号展开防护设计的现实需求进行分析,以CD4001BE芯片为例提出芯片TLP测试分段线性建模方式,总结瞬态电压抑制TVS二极管建模方法,并进一步展开芯片分段线性模型协同防护设计分析,旨为借助分段线性模型的方式控制芯片防护的设计时间与成本。

发动机压力传感器补偿电路优化设计

以某型发动机为平台,结合起动供油规律和试验数据,得出了压力传感器的精度要求。针对原压力传感器精度不满足要求的问题,在改动量最小的前提下,设计了一种以信号调理芯片MAX1452为核心的补偿电路。经试验验证,改进后的传感器精度优于±0.3%。发动机采用改进后的传感器,在地面起动时,未出现因压力测量误差导致的起动失败;在高原起动时,不经过传感器校准,起动成功率也得到大幅度提升。该方案提高了发动机起动成功率,有效减少了因大气温度或海拔高度变化对传感器校准工作的影响。

一种基于STM32的嵌入式无线射孔控制系统

目前油井下页岩气勘测仍依靠传统磁性定位仪,绞车电缆连接方式作业,所采集到的井下CCL信号较不稳定,具有识别接箍信号困难的问题。为解决这一难题,设计开发一套应用于油井页岩气勘测的无线射孔系统,该套系统基于ARM Cortex M架构的微处理器STM32H735IGT6,搭建外围硬件电路实现指定功能,模拟前端板采集井下CCL信号后分别经过两级放大器,实现信号衰减和平级放大的功能,并将信号输出至无线射孔控制系统。主时钟频率为400 MHz,通用定时器每毫秒驱动16位ADC采样模拟前端信号,结合“乒乓缓存”、DMA+SPI高速缓存的方式将采样数据存储到外设FLASH芯片,并基于python设计一套上位机串口控制程序,实现对无线射孔系统的控制,包括数据处理、控制采样、射孔参数导入等功能。实际模拟测试结果表明,采样接箍信号并控制存储满足设计要求。

基于单片机的智能越障探测小车系统设计

本智能小车系统以STC89C52单片机为核心,结合电源、信号检测、驱动、摄像等模块进行设计。系统通过信号检测模块的信号发射器发射红外信号,接收器接收到障碍物的反射信号,传输至单片机进行处理,从而控制两台发动机进行速度和方向的调节。为智能小车配备无线摄像传输模块,可与手机终端进行连接,将图像信息实时传送到手机终端,以观察小车所在位置的环境信息。经实际测试,结果表明该系统的各项功能正常,稳定性较好,操作简便而直观,具有良好的应用价值。

基于RFSoC的脉冲雷达采集与测量系统设计与实现

探讨射频系统级芯片(RFSoC)在脉冲雷达系统设计中的应用,设计实现一个具有高性能数模混合信号处理能力的雷达测距系统。采用IW-RFSoC-49DR高性能RFSoC开发板(包括背景干扰滤除算法的设计),测试环境设置在空间狭窄、多金属设备干扰的实验室内。实验结果显示,在未经处理的复杂室内环境中,实验数据受到显著干扰;实现背景干扰滤除算法后,频谱图的显示分辨能力得到显著提升。随着测试目标距离由3 m提高至12 m,测距误差值从53 cm降低至5 cm。RFSoC技术在脉冲雷达系统设计中展现出显著优势,实现了高集成度低功耗设计,为后续基于RFSoC设计便携式雷达打下了基础。

采用AD654芯片的直流电压传感器及其温度漂移补偿

提出一种基于电压-频率变换的光电式电压传感器及电压传感信号温度漂移的补偿方法。电压传感系统主要包括电阻分压器、电压-频率变换芯片、发光二极管、光纤、光电探测与信号处理单元等。利用两块AD654型芯片分别作为被测电压和温度传感单元,通过对两路光传感信号进行非线性数据拟合等方式实现了对电压传感信号温度漂移的实时补偿。实验测量了0.6 kV~5.0 kV范围内的直流电压,并实现了电压传感信号的温度漂移补偿,在-40℃~+60℃的温度范围内,电压传感信号温度漂移的平均相对误差约为±0.7%。

基于归一化模板匹配算法的动作电位检测IC

针对多通道神经元动作电位(AP)信号采集硬件系统中,前端采集IC因电极阻抗、应用环境、系统功耗以及系统面积等因素而导致原始信号信噪比较低的问题,设计一种基于归一化模板匹配算法的AP信号检测IC。该检测IC基于模板匹配算法,并引入信号归一化以去除冗余信息。为确保芯片的实时性并降低功耗,芯片整体采用三级流水线结构,各个模块间插入门控时钟,同时可通过SPI总线配置更新其工作状态。在SMIC 180 nm数字工艺下,裸片面积为0.98 mm^(2),配置模板信息时功耗为701μW,完全工作时功耗为8.07 mW,且采用QFN48封装形式。测试结果表明,所设计的AP信号检测IC具有较好的抗噪性能,可用于信噪比较低的环境来降低信号传输带宽,即使在-10 dB信噪比环境下,评价模型综合性能的F1-Score仍可达到94.65%。

一种简易的单细胞图案化微流控芯片方法与条件优化

目的 解决可控流体刺激下单细胞水平图案化的精准控制问题。方法 结合微接触印刷图案化方法与微流控芯片技术,优化一种简易可拆卸芯片中单细胞图案化策略。首先利用单因素法优化蛋白图案化与细胞图案化步骤,分别改变离子体处理时间、FN包被时间、清洗次数、印章接触时间、F127浓度、F127处理时间、细胞接种时间和细胞密度等,最终得到单细胞图案化最佳参数。然后利用3D打印与真空负压封装,实现微流控芯片可拆可密封,保证图案化细胞与流体剪切力二者都精准可控。结果 根据单因素法条件配比,得到蛋白图案化最佳参数:等离子体氧处理1 min、FN包被30 min、印章接触时间6~24 h、清洗2次。细胞图案化最佳参数:F127浓度2%,处理时间1 h,细胞密度2×10~6mL^(-1),细胞接种时间为15~30 min,单细胞图案有效维持时间6~8 h。基于3D打印模具与真空负压封装的微流控芯片可同时提供两种强度不同的流体剪切力。结论 优化后的单细胞图案化微流控芯片方法为图案化驱动的多细胞体系与力学环境耦合机制提供较为理想的实验平台。

基于单片机的多通道电路检测系统设计

针对电压、电流检测技术中检测系统可检测通道不足的问题,提出并设计一种基于单片机的电路检测系统。该系统由采集电路、通道切换电路、放大与滤波电路、模/数转换电路、主控单片机以及显示器等部件组成。首先介绍了检测系统的主要技术,包括多通道检测及其相关的通道选通技术、电信号类型判别方法。其次从总体结构上介绍了检测系统,并对其中的放大与滤波电路、模/数转换电路数据处理等关键组成进行详细说明。最后根据多通道检测技术分析和系统设计,得出电路检测系统研究的相关结论。实际问题研究表明,所设计的电路检测系统具有较高的实际应用价值和进一步研究的价值。

一种实验室可用的虚拟波形发生器设计

为了便于在实验室中对任意频率与波形信号进行实时调制,文中提出一种采用STM32F103ZET6单片机和Proteus软件相结合的方法,实现了一种易操作、可便携的虚拟函数信号发生器的设计。该函数信号发生器采用STM32系列单片机作为主控芯片,同时外接矩阵键盘、D/A转换器、LCD12864显示系统,并且借助Proteus仿真实验可以很好地输出频率和幅度可调的方波、三角波、正弦波以及锯齿波等波形。实验结果表明,该虚拟函数信号发生器可以在输出信号失真很小的情况下,使得系统操作性能稳定,并且降低成本和技术难度。

基于PSD的位移检测仪设计

为实现对中测试仪的位移精确测量,本文设计了基于位置传感器PSD的位移检测仪。该检测仪通过PSD把带有调制信息的激光转变成电流信号,再经过电流/电压变换电路和信号处理电路,送到主控模块的AD输入引脚。STM32单片机系统将采集到的位移送OLED屏显示,并通过蓝牙模块传给上位机。实验结果表明,该位移检测仪精度高、实用性强,具有较强的市场推广价值。

基于一维PSD位移测量系统设计

文章运用位置敏感传感器PSD设计了一种精确位移测量系统。系统通过PSD感知带有调制信息的激光信号,经过电流/电压变换电路,将光电流信号转变成电压信号,再运用电压放大电路把信号放大,有源全波整流电路将调制的方波信号转变成直流信号,送到主控模块的AD输入引脚。主控模块采用STM32单片机系统,将模拟信号转换成数字信号,通过滤波和运算,得到精确的位移大小,数据可在OLED屏上显示,也可通过无线通信传送给上位机。实验结果表明,该位移测量系统工作稳定。

透射电子显微镜原位低温高频信号样品杆的研制

透射电子显微镜原位测试技术是未来电子显微学发展的聚焦方向,尤其是多种原位条件复合的特种样品杆,是目前科学研究急需的重要设备。本文简述了原位低温高频脉冲信号样品杆的设计方案,通过样品杆和芯片设计,实现样品在低温、电流、磁场和高频脉冲信号作用下的原位测试,可以实现100~300 K的连续变温,实现10 MHz~2 GHz高频脉冲信号的通入,可对微纳尺度功能材料在多种物理场作用下的结构与性质变化进行深入的分析。

基于STM32芯片的便携式功能性电刺激理疗系统设计

目的:为改进传统电刺激理疗仪的刺激方式固定、缺乏自适应调节能力、治疗模式单一等不足,设计一种便携式功能性电刺激理疗系统。方法:该系统基于STM32芯片设计,将患者自身的肌电信号强弱作为控制信号,将肌电信号频域特征作为肌肉疲劳的控制参数。整个系统硬件由主控模块、肌电信号采集模块、刺激输出模块、采集/刺激切换模块以及电源模块组成。软件中的上位机程序基于Visual Studio 2013开发平台,采用C#语言编写;下位机程序基于Keil5开发平台,采用C语言编写。结果:功能测试实验表明,该系统在被动电刺激和肌电反馈电刺激2种模式下都能够有效地运行,而在肌电反馈电刺激模式下能够取得更好的康复效果。结论:该系统具有实时调节刺激强度、避免肌肉疲劳的特点,能够满足患者的个性化治疗需求。

基于DSP的船舶航海仪器故障诊断

为保障船舶航行过程中安全可靠,避免航海仪器故障引发大规模航行事故,研究基于DSP的船舶航海仪器故障诊断方法。通过应用DSP技术中的TMS320C2812芯片作为核心处理器,向DSP芯片写入基于支持向量机航海仪器故障诊断算法;通过船舶航海仪器采集传感器,实时采集船舶航海仪器特征信号,经由模数转换器处理后提供至DSP芯片中,在DSP芯片内部通过故障诊断算法诊断不同航海仪器的故障问题,完成故障诊断后,DSP可通过接口电路将诊断结果提供至PC上位机,在上位机中向用户显示航海仪器故障诊断结果。经实验验证,该方法可精准采集航海仪器的运行参数,当进行故障诊断时,可快速、有效地诊断磁罗经、探测仪、日光信号灯等多种仪器的故障情况,保障航海仪器的安全性。

Flip Chip结构的IC信号完整性仿真分析

针对Flip Chip封装型芯片设计过程中存在的传输线阻抗不连续与串扰过大等问题,从层叠设置与板材介质厚度两个角度提出了一种基于阻抗、串扰的仿真分析设计方法,主要涉及两个方面:对于由信号参考平面被分割而造成的阻抗突变问题,通过添加参考平面而使信号具有完整的回流路径,使得传输线的阻抗在平面分割处由167.5Ω降至52.5Ω;对于因布线密度过大而造成的走线之间的串扰系数偏高的问题,通过减小板材的介质厚度使传输线间串扰系数的最大值从17.26%降至14.01%。仿真结果表明,此设计方法有效降低了芯片设计中潜在的信号完整性风险,提高了芯片的可靠性和稳定性。

miR-335-5p过表达对胃癌基因表达谱的影响及筛选基因的验证研究

目的探讨上调微小RNA(miR)-335-5p对胃癌细胞增殖和侵袭能力的影响,研究并验证miR-335-5p过表达后胃癌细胞中差异表达的靶基因。方法使用miR-335-5p慢病毒载体感染胃癌细胞,通过嘌呤霉素筛选构建稳转细胞株,采用MTT法和Transwell实验观察上调miR-335-5p对胃癌细胞增殖和侵袭能力的影响,使用表达谱芯片筛选过表达miR-335-5p组和阴性对照组细胞之间差异表达的基因。使用miRSystem网站的生物信息学数据库进行miR-335-5p的靶基因预测,以至少3个软件支持的基因与芯片筛选基因取得交集,采用DAVID 6.8软件对miR-335-5p的靶基因开展京都基因与基因组百科全书信号通路富集分析,并选择部分差异表达最明显的基因进行实验验证。结果上调miR-335-5p表达可抑制胃癌细胞的增殖和侵袭能力,表达谱芯片筛选结合生物信息学预测分析共获得212个miR-335-5p靶基因,富集在20个肿瘤相关的信号通路中。选择其中的靶基因环腺苷酸反应元件结合蛋白1(CREB1)、苏氨酸激酶3(AKT3)、外被体包被蛋白β2亚基(COPB2)、芳香烃受体核易位蛋白2(ARNT2)、转化生长因子(TGF)-β2、Kirsten大鼠肉瘤病毒癌基因(KRAS)、血小板源性生长因子-β(PDGF-β)进行验证,实时荧光定量PCR和蛋白质印迹法结果表明,过表达miR-335-5p后可抑制上述靶基因的表达(P<0.05)。结论上调miR-335-5p的表达能抑制胃癌细胞的增殖和侵袭能力,其机制与抑制其靶基因CREB1、AKT3、COPB2、ARNT2、TGF-β2、KRAS、PDGF-β的表达有关。

基于FMCW毫米波雷达的生命探测研究与设计

毫米波雷达能够非接触性地检测电磁波信号,FMCW毫米波雷达传感器能采集生命的呼吸和心跳等特征信号。对FMCW毫米波雷达的原理和人体生命体征信号研究分析,提出了多路信号复用技术探测方法。采用FMCW毫米波雷达传感器,STM32芯片为主控制器的方法,结合Wi-Fi无线通信技术设计一个生命探测系统。经过实验测试,系统可以在短距离非接触条件下探测生命体征信息。