發布時間：2023-04-06 18:40:05
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的微電子學論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
ICICS 2013將為國內外信息安全學者與專家齊聚一堂，提供探討國際信息安全前沿技術的難得機會。作為國際公認的第一流國際會議，ICICS 2013將進一步促進國內外的學術交流，促進我國信息安全學科的發展。本次學術會議將由中國科學院軟件研究所、北京大學軟件與微電子學院和中國科學院信息工程研究所信息安全國家重點實驗室主辦，并得到國家自然基金委員會的大力支持。
會議論文集均由德國Springer出版社作為LNCS系列出版。ICICS2013歡迎來自全世界所有未發表過和未投遞過的原始論文，內容包括訪問控制、計算機病毒與蠕蟲對抗、認證與授權、應用密碼學、生物安全、數據與系統安全、數據庫安全、分布式系統安全、電子商務安全、欺騙控制、網格安全、信息隱藏與水印、知識版權保護、入侵檢測、密鑰管理與密鑰恢復、基于語言的安全性、操作系統安全、網絡安全、風險評估與安全認證、云安全、無線安全、安全模型、安全協議、可信計算、可信賴計算、智能電話安全、計算機取證等，但又不局限于此內容。
作者提交的論文，必須是未經發表或未并行地提交給其他學術會議或學報的原始論文。所有提交的論文都必須是匿名的，沒有作者名字、單位名稱、致謝或其他明顯透露身份的內容。論文必須用英文，并以 PDF 或 PS 格式以電子方式提交。排版的字體大小為11pt，并且論文不能超過12頁（A4紙）。所有提交的論文必須在無附錄的情形下是可理解的，因為不要求程序委員閱讀論文的附錄。如果提交的論文未遵守上述投稿須知，論文作者將自己承擔論文未通過形式審查而拒絕接受論文的風險。審稿將由3位程序委員匿名評審，評審結果為：以論文形式接受；以短文形式接受；拒絕接受。
ICICS2013會議論文集可在會議其間獲取。凡接受論文的作者中，至少有1位必須參加會議，并在會議上報告論文成果。
投稿截止時間：2013年6月5日 通知接受時間：2013年7月24日 發表稿提交截止時間：2013年8月14日
會議主席：林東岱 中國科學院信息工程研究所 研究員
程序委員會主席：卿斯漢 中國科學院軟件研究所、北京大學軟件與微電子學院 教授
Jianying ZHOU博士 Institute for Infocomm Research，新加坡
程序委員會：由國際和國內知名學者組成（參看網站 http：//icsd.i2r.a-star.edu.sg/icics2013/）
英文名稱：System Simulation Technology
主管單位：中華人民共和國教育部
主辦單位：同濟大學
出版周期：季刊
出版地址：上海市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1673-1964
國內刊號：31-1945/TP
郵發代號：
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：2005
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申明:本網站內容僅用于學術交流，如有侵犯您的權益，請及時告知我們，本站將立即刪除有關內容。 王潤聲（右）在美國接受IEEE獎項并與電子器件協會（EDS）主席合影
2013年，美國IEEE電子器件青年科學家獎（IEEE EDS Early Career Award）公布獲獎名單，一位中國青年學者的名字出現在其中，他就是北京大學信息科學技術學院副教授王潤聲。
IEEE（電氣電子工程師協會）有五十多年歷史。多年來，該協會一直致力于推動電子和信息技術在理論發展和應用方面的進步，它被認為是科技革新的催化劑，也是太空、計算機、生物醫學、電氣及電子工程領域的權威組織。
經過了推薦、提名、網評、專家討論等考核環節后，王潤聲成為IEEE該獎項歷史上首位來自非美國機構的獲獎者。“學校和實驗室的平臺好，加上近期國家對科研項目的支持力度很大，甚至一些美國同行也都羨慕我們。”王潤聲說，“只要平臺是良性發展的、機制是不斷完善的，換作其他科學家，也一樣能取得成果、獲得獎勵。”
在王潤聲尚年輕的學術生涯中，IEEE電子器件青年科學家獎是重要節點，直接促使他在半導體新器件研究領域的地位更加令人關注。對于這個風華正茂的年輕學者來說，一場在晶體管研究領域的漫長巡禮才剛剛開始。
北大人的成長
王潤聲是北大“土著”，從小成績優秀，是令人艷羨的“別人家的孩子”。起初，王潤聲的興趣是物理學，但當年北大物理系在安徽不招收高考生，考慮到當時物理系與微電子系有部分課程交叉共享，王潤聲因此認為，由微電子專業轉向物理專業應該“比較容易”。憑借這個樸素的判斷，王潤聲憧憬著一個物理學家的夢，成了北京大學2001級微電子專業的學生。然而，此后一直到他讀博乃至后來成為北大老師，他卻都沒有再換專業，反倒在微電子的路上越走越遠。
王潤聲是他這一代青年科學家成長之路的典型代表：少了許多國家計劃層面的約束，基本可以輕松自由地選擇發展方向。他聰明，興趣廣，喜歡對新鮮事物躍躍欲試。在北大，他擔任了一年的乒乓球協會會長，后來又加入了學校網球隊。這時，王潤聲常常思考的問題是，“我的專業究竟有什么用？未來有什么發展？”那是青年學子一個迷茫善變的階段，他的目標不再局限于轉戰物理專業，還專門用了大半年時間跑到中文系聽課，甚至還打算考到中文系讀研。他困惑于選擇，思考一條最適合自己的專業之路。
回憶起那段日子，王潤聲說，人之所以對一件事情感興趣，也許是因為不用面對任何壓力，可以自由地做，因為你不必依賴這些有創造性的業余愛好來謀生。但是，如果把興趣變成工作，你的愛好受到了物質刺激，也許會發現自己逐漸不那么喜歡做這些事了。愛好也不再是用來放松頭腦的富有創造性的追求，它變成了養家糊口的工具。而這些壓力最終會充滿抱怨與不滿，最后你會發現自己不但沒有工作好，還失去了一個愛好。正如麥克勞德告誡我們的：不要把自己在閑暇時的消遣變成從早八點到晚五點要做的正常工作。經過一番深思熟慮，王潤聲徹底打消了轉專業的念頭，繼續學習微電子學。
2005年，王潤聲獲推免資格，成為北大微電子專業碩士生。王潤聲的導師、時任系主任的黃如教授是微納電子學領域的權威學者。在她的影響和指導下，王潤聲開啟了一段全新的科研之旅。不久后，他的論文先后在學科頂級期刊TED和頂級會議IEDM上發表，當時這在學生中尚屬罕見。黃如發現了他的天賦和科研潛力，著意栽培他;于是，王潤聲選擇繼續攻讀微電子學與固體電子學的博士學位。
2008年，國家通過教育部“國家建設高水平大學公派研究生計劃”向國外輸送第二批公派研究生，王潤聲也是其中的一員。他訪問的是美國普渡大學（Purdue University）電子與計算機工程（ECE）學院。普渡大學的微電子專業在全美排名靠前，并且很早就與北京大學建立了交流關系。“我是國內培養的‘土鱉’，但在美國，我發現國內微電子領域研究條件其實不錯;與國外同行相比，發現自己的專業水平也不錯。這說明我們國家自己培養的科研人員并不比別人差，因此我對自己更有信心了。”王潤聲說。
因為心系國內未完成的研究項目，王潤聲在普渡大學訪問一年后回到北大，于2010年4月師從王陽元院士進入博士后流動站深造，并得到了中國博士后基金的特別資助。2012年3月，王潤聲被聘為北京大學信息科學技術學院講師。至此，他由一名北大學生變成了北大的老師，成為一名“徹底”的北大人。
瓶頸與變革
王潤聲認為，微電子學科發展正處于瓶頸期。最突出的表現是，不論個人電腦、移動通信，還是智能手機，制造商都在拼功耗，因為功耗是目前最大的難題。“什么時候一塊手機電池能用一周？”王潤聲最大的愿望，就是在晶體管器件層面創新，做出更好的晶體管。“產業技術發展不能停滯，否則就變成了傳統行業。”
“瓶頸就意味著新的變革即將產生。”王潤聲的主要工作是新型晶體管研究，這需要同時透徹了解電子學和物理學，并且及時跟進行業前沿最新成果。近年來，以英特爾、IBM、臺積電等巨頭為代表的微納電子新技術在行業內持續，產品功耗不斷降低。“對未來，5年后、10年后的技術，該如何設計、如何制作，如何在傳統的基礎上創新？這是我們思考的主要問題。”王潤聲說。
2014年，王潤聲的“新型低功耗多柵MOS器件的實驗與理論研究”獲2014年教育部高等學校科學技術獎自然科學一等獎，個人排名第二。這是一項適用于未來集成電路技術的研究，揭示了納米尺度多柵器件中的系列特殊物理現象及根源，提出了新的實驗與特性表征方法，并延拓了低功耗應用能力，得到了國際半導體產業界的關注。
根據王潤聲介紹，在技術層面降低晶體管的功耗，主要有三個方面的變革：一是做新的器件結構，二是用更合適的材料替換原有材料，三是改變其工作原理。王潤聲從本科畢業論文即開始針對新結構器件展開研究。他告訴記者，這方面最有代表性的一項成果是從英特爾22納米技術代的CPU芯片開始采用的三維晶體管，業內叫做FinFET，外形像魚鰭（Fin）一樣，所以叫作鰭式晶體管;這種結構具有很強的靜電學控制能力，從而功耗很低。新材料方面，從英特爾45納米技術代開始，業界采用氧化鉿取代了傳統的氧化硅作為柵極絕緣介質材料，從而大大降低了柵極泄漏電流產生的功耗。新原理方面，目前北大正在研究利用量子力學隧穿原理改進原有晶體管的開關機制，以期從物理本質上進一步降低器件功耗。
后摩爾時代的創新
晶體管在傳統的電子產品應用中，遵循著名的“摩爾定律”不斷地等比例縮小以提高集成度，但如前所述，現在已經遇到了發展瓶頸。在后摩爾時代，除了傳統的應用，晶體管還可以在物聯網、智能傳感器、生物醫療（比如可穿戴和可植入的芯片）等新應用中大展身手。在后摩爾時代，晶體管該如何創新、如何發展、如何提高性價比？王潤聲同黃如教授等組成的團隊針對上述問題做技術研究，并有中芯國際等多個大型企業作為合作對象。“產業應用是我們的最終目的。”王潤聲說，信息產業已經成為國民經濟的支柱產業之一，而半導體集成電路產業是信息產業的基石，它的出現使電子設備向著微型化、智能化、高性能和低功耗的方向發展。
像多數科學家一樣，王潤聲也時常陷入困境。比如“有時會陷入一個問題，不停地繞圈”，他的經驗是，這時不能輕易放棄，堅持下去才會有突破。“就像打乒乓球。”他說：“有的時候，某一階段練球會覺得不僅進步緩慢、甚至還有退步，這種情況往往表明是快要‘長球’了，再堅持一下水平就會有明顯提高。”
關鍵詞：研究性學習；半導體物理；微電子技術；教學
微電子技術已經發展的越來越廣泛，已經應用到生活中的各個領域。隨著半導體、集成電路技術的發展的越來越快，繼續研究半導體基礎理論是非常重要的。目前,大多數高校工科學生現在都重視做實驗而忽視了理論的發展,而對于微電子學專業的學生來說,是重視電路的設計而忽視了半導體的發展，所以，學生學習半導體物理的積極性并不高,這與教學課程設計有很大的關系，教學中理論聯系實際缺乏，教學方法單一等都是造成學生積極性不高的原因。而半導體物理是微電子學專業一門重要的專業基礎課，主要內容包括能帶的概念、本證光譜和能帶結構、雜質電子態、載流子運輸、半導體表面和界面、非晶態半導體、非平衡載流子和運動規律等基本概念和理論，這些知識為學生后面進行相關學科的學習奠定了基礎。在半導體物理的專業實驗課上開展諸如半導體電阻率、非平衡少數載流子壽命、電容電壓特性和霍爾遷移率測量等簡單的測試性實驗。在實驗過程中，實驗的操作和實驗數據的處理過于簡單化，而且，實驗時長安排不妥，學生往往用不到一半的時間就可以完成全部內容，所以，實際上，學生在實驗過程中收獲的并不是很多。綜上所述，在半導體物理的教學過程中還存在一些不足需要改進，內容如下:（一）基礎知識掌握不牢固。半導體物理涉及的內容包括固體物理、量子力學等多門學科。這樣學生所學知識點變得更多，頭緒不清，不知道什么是重點，對基本概念的理解更是不清不楚，且不能將所學的知識融會貫通。（二）教材上的內容不能隨發展而變。也就是說教材的教學內容更新已經跟不上半導體相關科學知識的飛速發展。因為半導體學科領域極速發展,不斷涌現新理論和新成果。（三）教學枯燥無味。只靠教師口述教學內容會讓學生感覺內容枯燥、缺乏學習興趣。教學內容抽象化學生被強加灌輸知識，導致學習者在學習方面缺乏主動性和創造性。（四）學生自主學習主管能動性差。現在的教學模式顯得被動、單一，這樣的教學模式只會導致學生學習興趣不高，自主學習和主動探索的能力差。（五）學生動手能力差。實驗課的設置較少，學生動手的機會也就少了，導致學生缺乏創新精神。半導體物理的學習強調理論與實驗相結合，但目前開展的實驗內容單一、實驗環節固化，感覺不到學生對實驗的融入，不僅無法引起學生學習理論課的興趣，也無法達到訓練學生創新性的目的。我們探索并實踐了將研究性學習思想引入到半導體物理的教學活動中[1]，重視主體性和創造性價值的培養。以此方式來解決目前半導體物理教學中存在的這些問題，具體的改革如下：
一教師教學觀念的轉變是實施研究性學習的前提
半導體物理的特點是概念多，理論多，物理模型抽象，不易理解，在課本上上學習，學生會感到內容枯燥，缺少直觀性和形象性，學習起來比較困難。因此，教師想盡其所能改變傳統的教育方式，在教學中進行專題講座、分組討論、充分利用PPT，flash等多媒體軟件，安排學生針對具體研究問題進行研究實踐等教學形式，轉變教學觀念，改變學習方式和狀態，把學生置于學習的主體地位，創設使學生主動參與的教學情景，激發學生學習的主動性[2]。
二加強課程建設，根據專業特點及科技發展的需要
合理的安排教學內容，講課內容做到豐富、全面，知識點講解透徹，同時了解行業發展動態半導體物理學教材采用劉恩科主編的《半導體物理學》第七版，結合我校微電子學專業的具體情況，我們對該書的課內精講教學內容進行了整合。首先把握好整體知識結構,在此基礎上突出教學重點。（一）首先做好先修知識的銜接半導體前五章為理論基礎的部分，主要講述了半導體中的電子狀態，雜質和能級缺陷，載流子的統計分布，半導體的導電性與非平衡載流子，在此基礎上闡述了電子的有效質量，費米能級，遷移率，非平衡載流子壽命等基本概念。第一章和第四章的知識點包括晶體結構、晶面、晶向、晶格振動、能帶理論等，講授新課之前將涉及到的知識點讓學生課下進行自主學習。如果有不理解的內容可通過課下答疑的方式進行輔導。（二）重要的知識要精細解讀教師在課堂授課的時候要明確本次課程學習的主線，在主線中穿插重要的概念和主要知識點，復雜公式詳細的推導過程被弱化，力求想法清楚、定義明確、難點清晰。比如在教師教授第三章的課程時，學習載流子濃度，應該讓學生清楚的明白要先計算的是狀態密度，然后再計算費米分布函數或者玻爾茲曼函數，最后計算出平衡時的空穴和電子的濃度。（三）最新的知識擴充因為非常迅速發展的現代半導體技術，以及不斷拓展的技術研究方向，半導體領域的相關知識更新也很快，因此，與時俱進是教師應該做到的，時刻關注研究熱點與科技前沿，更要將教學內容合理安排。對于本書中的第七章、第九章和第十章書本上的知識點不過多講解，只做基礎的介紹即可，主要講解基本理論和基本概念，比較難的內容只做一般性的了解。教師要合理取舍教學內容，與其他課程的重疊內容要壓縮，更要將教材中的陳舊知識刪除。（四）實驗內容和方式的轉變為調動學生實驗的積極性，增加難度，我們將工藝實驗中得到的產品用到測試實驗中，既能夠驗證工藝實驗的成果，也能夠分析更多的實驗參數，達到將理論課和實驗課內容更好結合的目的，還能鍛煉學生對實驗數據分析和處理的能力。在實驗方面也進行了研究性學習的探索，努力引導學生進行研究性實驗。
三引入研究性學習思想，培養學生文獻調研能力
網絡是知識的海洋，讓學生利用網絡來學習半導體物理相關資料提高自主學習性以及運用所學的知識進行自主創新的能力是非常重要的。把學生被動式學習的模式轉化為以學生為主導的教學方式，讓學生融入所設問題的情景中，引出科研中遇到的問題，并對某些問題進行討論。在文獻調研的過程中，讓學生充分、及時地了解半導體產業發展的相關動態，學會“詳讀”和“粗讀”文獻，多多積累文獻中涉及到半導體物理的知識，加強對課堂所學內容的理解，激發學生的創新思維。讀過文獻后要做出相應的總結匯報，可以以PPT的形式給出，方便其他人對文獻的理解，學生也可以嘗試到作為一名老師的感覺。這樣師生互換角色，在教師的引導下使學生成為富有主動性的探究與學習者。四將科研融入到教學中把科研和教學結合起來，讓學生明白自己學習的知識可以具體應用到生產生活的哪些方面。我們可以做的有：（1）針對課堂教學中講到的半導體中的物理現象或者概念應用到某一個器件的制造中，激勵學生通過課程設計過程的方式參與到學院老師的項目中，通過具體的研究工作，將研究結果撰寫成研究論文。（2）將已取得的科研成果作為新的教學內容，充實到教學中去，使課堂上所講的知識和我們實際的工業生產、生活聯系起來，遠離以往單一、抽象、枯燥的教學，使學生帶著問題來學習新知識，鼓勵學生參與真實科研項目的研究。以這兩種方式提高學生了解問題、剖析問題的能力，讓學生積極參與其中，把抽象的東西實物化，教學效果非常明顯。綜上所述，我們將以更新教學內容、改變教學觀念、注重實驗、實踐教學、培養學生的創新精神為目的進行半導體物理的課程改革來解決教學過程中存在的一些問題。
作者:王月 李雪 張經慧 單位:渤海大學
參考文獻
[1]喻思紅，范湘紅，趙小紅.研究性學習教學模式在課堂教學中的實踐及評價[J].中華護理雜志，2005，40(5):380-382.
[2]范秉琳，楊志軍，袁建梅，等.“研究型學習”教學模式在分析化學教學中的應用[J].中國高等醫學教育，2014，(6):62-63.
“十一五”開局之年，我國科技發展取得了許多標志性成果：2006年7月1日，世界上海拔最高、線路最長的高原鐵路――青藏鐵路全線貫通、 2006年度國家科技獎迎來了多年難得一見的“滿堂彩”…… 這一切都預示著我國科技工作在建設創新型國家宏偉戰略的指導下又開始了一輪嶄新的跨越。
然而，在我國科技事業迅猛發展的主旋律下，依然跳動著與“基本面”不相和諧的音符：2006年5月12日，上海交通大學通報，該校微電子學院院長陳進在負責研制“漢芯”系列芯片過程中存在嚴重的造假和欺騙行為。雖然陳進被解職，項目被終止，經費被追繳，但“漢芯”作為科研不端的標志性事件，已經被永遠釘在了科學殿堂的恥辱柱上！
更令人擔憂的是，在我國科技界，大大小小的“陳進”事件并不少見。在這些事件的主角中，夸大成果、過度“包裝”者有之，抄襲剽竊、占有他人成果者有之，編造數據，欺世盜名者有之。他們的這些行為不僅嚴重損害了我國科技界的聲譽，還破壞了我國的自主創新環境，影響了科技事業的正常發展。
誠然，科研不端是一個世界性的問題，并不只是中國的“專利”。 據介紹，美國衛生與公共服務部所屬的研究誠信辦公室，在1994～2003年的十年間，共收到1777個有關學術誠信方面的舉報，僅2004年全年就收到了267個。2005年，曾被尊為韓國“民族英雄”兼“首席科學家”的黃禹錫，被韓國首爾大學調查委員會認定科研作假，其2005年刊于美國《科學》雜志上的論文所指11個克隆胚胎干細胞系中，至少9個是偽造。
在當代“大科學”的背景下，科學研究不再是一個封閉的主觀事業，需要面對相對復雜的社會環境，因此，存在科研不端行為并不值得大驚小怪，關鍵是我們要敢于面對事實，要了解行為背后的原因，并采取行之有效的應對之策。
[關鍵詞]自動控制理論；Matlab；模糊控制；魯棒控制；最優化控制
中圖分類號：TP13-4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）01-0310-01
隨著控制系統復雜性的增加，不確定因素的增多，要求各控制理論分支有進一步的發展，彌補各理論分支的缺點與不足，以滿足更高的控制性能指標。現有的控制理論在線性系統控制中大都能取得良好的控制效果，但對離散、非線性復雜系統領域的研究大都剛剛起步，或處于初級階段，遠未達到人們的期望。而實際工業生產過程的模型一般都很復雜，通常具有非線性、分布參數和時變等特性。因此將控制理論的研究領域推廣到非線性復雜系統有重要的實際意義。另外與宏觀復雜系統控制相對的量子控制（Quantum Control）也正在作為一個全新的學科領域蓬勃崛起，它的發展也依賴于完善的控制理論和優化控制策略。近年來隨著微電子、半導體、計算機等技術的快速發展也強有力的推動了自動控制理論的發展。
一、現代控制理論的產生及其發展
控制理論作為一門科學，它的產生可追溯到18 世紀中葉的第一次技術革命，1765年瓦特發明了蒸汽機，應用離心式飛錘調速器原理控制蒸汽機，標志著人類以蒸汽為動力的機械化時代的開始，后來工程界用控制理論分別從時域和頻域角度討論調速系統的穩定性題，1872年勞斯（Routh E J）和1890年赫爾維茨（Hurwitz）先后找到了系統穩定性的代數據，1932年奈奎斯特（Nyquist H）發表了放大器穩定性的著名論文，給出了系統穩定性的奈奎斯特判據。美國著名的控制論創始人維納（Wiener N）總結了前人的成果，認為客觀世界存在3大要素：物質、能量、信息，雖然在物質構造和能量轉換方面，動物和機器有顯著的不同，但在信息傳遞、變換、處理方面有驚人的相似之處，1948 年發表了《控制論―或關于在動物和機器中控制和通訊的科學》，書中論述了控制理論的一般方法，推廣了反饋的概念，確立了控制理論這門學科的產生。
1.經典控制理論。第一代稱為“經典控制理論”時期，時間為20 世紀40～50 年代。它研究的主要對象多為線性定常系統，主要研究單輸入單輸出問題，研究方法主要采用以傳遞函數、頻率特性、根軌跡為基礎的頻域分析法，它的控制思想首先旨在對機器進行“調節”，使之能夠穩定運行，其次是采用“反饋的方式，使得一個動力學系統能夠按照人們的要求精確地工作，最終實現對系統按指定目標進行控制。”
2.現代控制理論。第二代稱為“現代控制理論”時期，時間為20 世紀60～70 年代。經典控制理論對線性定常系統可產生良好的控制效果，但是它對多輸入多輸出、時變、非線性系統的控制卻力不從心。所以50 年代末60 年代初，學者卡爾曼等人將古典力學中的狀態、狀態空間概念加以發展與推廣，將經典控制理論中的高階常微分方程轉化為一階微分方程組，用以描述多變量控制系統，并深刻揭示了用狀態空間描述的系統內部結構特性如可控性、可觀性，從而奠定了現代控制理論的基礎。
3.第三代控制理論。以上所提的經典控制理論和現代控制理論都是建立在數學模型之上的，所以統稱為常規（傳統）控制。它們為了控制必須建模，但許多實際系統的高維性及系統信息的模糊性、不確定性、偶然性和不完全性給基于數學模型的傳統控制理論以巨大的挑戰。是否可以改變一下思路，不完全以控制對象為研究主體，而以控制器為研究對象；是否可以用人工智能的邏輯推理、啟發式知識、專家系統解決難于建立數學模型的問題呢？智能控制的出現正源于這一思想。1967年Leondes 和Mendel 首次正式使用“智能控制”一詞，1971 年傅京孫教授指出，為了解決控制問題，用嚴格的數學方法研究新的工具來對復雜的“環境2對象”模型進行建模和識別以實現最優控制，或者用人工智能的思想建立對不能精確定義的環境和任務的控制設計方法，這兩者都值得試一試，而重要的是把兩種途徑密切結合起來協調的進行研究。沿著這一思想出發，現代控制理論將微分幾何、微分代數、數學分析與邏輯推理、啟發式知識建立和發展了智能控制理論相結合從而形成第三代控制理論大系統理論和智能控制理論。
二、Matlab工程軟件
關鍵詞：圖像縮小 圖像放大 FPGA
中圖分類號: TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2011)12-0126-02
Abstract：Because the demand of the real-time image processing performace is very huge，FPGA-based scaler is adapt to it with the parallel processing capality. The paper presents a simplified-structure image pretreatment based on FPGA.It can impliment more complicated image contraciton and amplification algorithm.
Keywords：Image contraction Image amplification FPGA
1、引言
數字圖像的縮放在實際生活中被廣泛的使用，比如同一DVD視頻源在不同的電視機、計算機上顯示的時候，由于不同的顯示終端的分辨率不同，而數據源的分辨率是相同的，這樣就需要將此視頻源進行縮放處理。在一些實時性要求很高的場合，比如視頻會議系統、視頻監控系統等，由于用戶需要實時觀看到不同視頻源的不同分辨率的圖像，最常見的應用是監控系統中，監控者可能需要將感興趣的實時圖像進行放大，以便獲取更多的監控信息。在這些應用中，對縮放算法的效果和實時特性要求都比較高。FPGA常被用于這類系統的解決方案之中。
2、算法原理
傳統的算法采用需要處理的原始圖像像素點周圍四個點的像素值之間的相關性，通過算法計算得出的。對于目標圖像的任意一個限速（x，y），通過反向坐標查找得到原始圖像中的浮點坐標為(i+u，j+v)，其中i，j均為非負整數，u，v為[0，1]區間的浮點數，則目標圖像的像素值f(x，y)可由原圖像中四個坐標分別為(i，j)，(i+1，j)，(i，j+1)，(i+1，j+1)所對應的像素值經過加權得到，即：f(x，y)=C0×f(i，j)+C1×f (i，j+1)+C2×f(i+1，j)+C3×f(i+1，j+1)，其中f(i，j)表示原始圖像坐標為(i，j)處的像素值，以此類推，C0～C3為不同的加權系數，根據不同的算法，其取值不同。
傳統算法引入的u、v兩個浮點數，其系數也是根據此浮點數進行計算的。然而，FPGA處理浮點數比較復雜，只能通過近視逼近的方式，必然會處在精度丟失。另外任意的浮點數經過計算得到的加權系數也是浮點類型，這對后續的乘累加是不利的，因為乘累加需要消耗更多的FPGA中的DSP資源。
本算法采用將縮放比例轉換為多個整數倍縮放的累加的方式。可以證明如下命題正確：
對任意自然數M、N（M>N），必然存在非負整數K、L、a使得如下等式成立：
N/M=(K+L)/[Ka+L(a+1)]。
證明如下：
當N=1時，令K=1，L=0，a=N，以上命題顯然成立。
當N>1時：
因為M>N，設M=αN+β，其中α = [M/N]([ ]代表取整運算)；β=M%N（%代表求余運算）。顯然α、β均為非負整數。
要證明N/M=(K+L)/[Ka+L(a+1)]，等效于
N/M=(K+L)/[（K+L）a+L]…………………………………
令K+L=N，等效于
N/M=N/[Na+L] …………………………………
令L=β，a=α，等效于
N/M=N/[Na+L]= N/[αN+β]= = N/M
所以：
N=1時：K=1，L=0，a=N使得命題成立。
N>1時：K=N-β，L=β，a=α可以(其中α = [M/N]；β=M%N)使得命題成立。
采用同樣的方法還可以證明如下命題成立：
對任意自然數M、N（M
N/M=[Ka+L(a+1)] /(K+L)。
根據以上兩個結論可以得到如下結論：
任何一種縮放比例都可以通過兩種整數倍縮放的組合來實現。而且這兩種整數倍相差1行（或列）。
比如3/4縮放，可以通過以上命題結論表示為：
3/4=(1+2)/(2×1+1×2)
即一個3/4縮小的處理可以轉換為2個1/1縮放，再加上1個1/2的縮放。
3、算法結果對比
我們比較傳統的二次線性縮放算法和本文提出的算法。下圖中圖1是原始圖像，圖2是采用二次線性縮放算法縮小為原來的3/4的結果，圖3是采用本文提出的算法縮小3/4的結果。
傳統的二次線性算法由于均采用多點加權的方式，所以目標圖像中任何一個像素實際上都是原始圖像經過運算所得。其結果是目標圖像的高頻分量丟失嚴重，圖像變得比較模糊。而本文的算法采用分段處理的方式，不同的分段其參與加權的像素是不同的，從而僅可能的保留了原始圖像的高頻分量。從而得到的圖像比較明亮清楚。
4、FPGA上的實現
此算法可以在FPGA上比較容易的實現，下圖是其實現框圖(圖4)。
其中LBUF0～LBUF3是4個行緩沖裝置，用于存儲濾波過程中需要的的多行數據，當數據從BUF0-->BUF1-->BUF2-->BUF3的時候，FIR模塊判斷當前的數據是否需要做濾波處理，以及其濾波系數為多少。然后進行乘累加得到最終的濾波結果。
在FPGA實現的時候，采用分辨率是1024×768的RBG原始數據進行處理，所消耗的資源如下：RAM資源96kbit，slice1.5k。
5、結語
本文提出了一種能能夠將任意縮放比例轉化為多個整數倍縮放的組合，從而避免了復雜的浮點運算，非常適合FPGA來實現該算法，是一種非常經濟的工程實現方案。
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作者簡介
【論文摘要】：機電一體化是一種復合技術，是機械技術與微電子技術、信息技術互相滲透的產物，是機電工業發展的必然趨勢。本文簡述了機電一體化技術的基本結構組成和主要應用領域，并指出其發展趨勢。
現代科學技術的發展極大地推動了不同學科的交叉與滲透，引起了工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。
一、機電一體化的核心技術
機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。硬件是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅動單元等部分組成。因此，為加速推進機電一體化的發展，必須從以下幾方面著手：
（一）機械本體技術
機械本體必須從改善性能、減輕質量和提高精度等幾方面考慮。現代機械產品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質量除了在結構上加以改進，還應考慮利用非金屬復合材料。只有機械本體減輕了重量，才有可能實現驅動系統的小型化，進而在控制方面改善快速響應特性，減少能量消耗，提高效率。
（二）傳感技術
傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說，目前主要發展非接觸型檢測技術。
（三）信息處理技術
機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備（特別是微型計算機）的普及應用緊密相連。為進一步發展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模/數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。
（四）驅動技術
電機作為驅動機構已被廣泛采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。
（五）接口技術
為了與計算機進行通信，必須使數據傳遞的格式標準化、規格化。接口采用同一標準規格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設計。目前，技術人員正致力于開發低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。
（六）軟件技術
軟件與硬件必須協調一致地發展。為了減少軟件的研制成本，提高生產維修的效率，要逐步推行軟件標準化，包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。
二、機電一體化技術的主要應用領域
（一）數控機床
數控機床及相應的數控技術經過40年的發展，在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現在：
1、總線式、模塊化、緊湊型的結構，即采用多CPU、多主總線的體系結構。
2、開放性設計，即硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準，能最大限度地提高用戶的使用效益。
3、WOP技術和智能化。系統能提供面向車間的編程技術和實現二、三維加工過程的動態仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。
4、大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計，不僅豐富了數控功能，同時也加強了CNC系統的控制功能。
5、能實現多過程、多通道控制，即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統中去。
6、系統的多級網絡功能，加強了系統組合及構成復雜加工系統的能力。
7、以單板、單片機作為控制機，加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置。
（二）計算機集成制造系統（CIMS）
CIMS的實現不是現有各分散系統的簡單組合，而是全局動態最優綜合。它打破原有部門之間的界線，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現從經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。企業集成度的提高可以使各種生產要素之間的配置得到更好的優化，各種生產要素的潛力可以得到更大的發揮。
（三）柔性制造系統（FMS）
柔性制造系統是計算機化的制造系統，主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求，生產其能力范圍內的任何工件，特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。
（四）工業機器人
第1代機器人亦稱示教再現機器人，它們只能根據示教進行重復運動，對工作環境和作業對象的變化缺乏適應性和靈活性；第2代機器人帶有各種先進的傳感元件，能獲取作業環境和操作對象的簡單信息，通過計算機處理、分析，做出一定的判斷，對動作進行反饋控制，表現出低級智能，已開始走向實用化；第3代機器人即智能機器人，具有多種感知功能，可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業環境中獨立行動，與第5代計算機關系密切。
三、機電一體化技術的發展前景
縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向，機電一體化將朝著以下幾個方向發展：
（一）智能化
智能化是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一，也是21世紀機電一體化的發展方向。近幾年，處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創造了條件，有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。
（二）系統化
系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意的剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能大大加強，一般除RS232等常用通信方式外，實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優良的構造研究某種新型機體，使其向著生物系統化方向發展。
（三）微型化
微型機電一體化系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術，是機電一體化的一個新的發展方向。國外稱微電子機械系統的幾何尺寸一般不超過1cm3，并正向微米、納米級方向發展。由于微機電一體化系統具有體積小、耗能小、運動靈活等特點，可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作，故在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域，都有廣闊的應用前景。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。
（四）模塊化
模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢，是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事，它需要制訂一系列標準，以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品，同時也可以不斷擴大生產規模。
（五）網絡化
網絡技術的飛速發展對機電一體化有重大影響，使其朝著網絡化方向發展。機電一體化產品的種類很多，面向網絡的方式也不同。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。
（六）綠色化
工業的發達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少，生態環境受到嚴重污染，于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨勢，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對生態環境無危害或危害極小，資源利用率極高。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境，報廢時能回收利用。綠色制造業是現代制造業的可持續發展模式。
綜上所述，機電一體化技術是眾多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。它促使機械工業發生戰略性的變革，使傳統的機械設計方法和設計概念發生著革命性的變化。大力發展新一代機電一體化產品，不僅是改造傳統機械設備的要求，而且是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發展與振興機械工業的必由之路。
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