中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所 薛源

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，各行各業(yè)對于自動控制的需求越來越大，再加上不同行業(yè)對于自動控制的不同要求，促進(jìn)自動控制得到了有效的發(fā)展。尤其是將微電子技術(shù)融入到自動化控制中后，不僅在一定程度上提高了自動控制的精準(zhǔn)度，還促進(jìn)了自動化控制系統(tǒng)的小型化，對自動控制領(lǐng)域的發(fā)展具有積極地推動作用。因此，文章對微電子設(shè)計自動化技術(shù)進(jìn)行研究，希望其可以在自動控制領(lǐng)域中得到更加廣泛的應(yīng)用，進(jìn)而為各行業(yè)的相關(guān)人員提供工作上的便利。

1 自動化控制概述

社會不斷發(fā)展與進(jìn)步下，自動化控制技術(shù)一直在不斷的提升，且在各領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍越來越廣泛，并在不同行業(yè)的應(yīng)用過程中取得了一定的成就，對各個行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步具有重要作用[1]。自動化控制其實(shí)與人工控制是相對立的，其是不需要人工進(jìn)行手動操縱控制的，只需要在相關(guān)設(shè)備中安裝一個控制裝置就可以進(jìn)行自動的有計劃操縱。但在這個過程中一定要注重反饋控制系統(tǒng)，當(dāng)控制部分向受控部分發(fā)出相應(yīng)指令時，受控制部分可以及時的將其活動的狀況正確的反饋給控制部分，從而讓控制部分根據(jù)受控部分所傳的信息進(jìn)行及時的活動調(diào)整。將微電子技術(shù)應(yīng)用于自動化控制系統(tǒng)中可以發(fā)現(xiàn)，原本雜亂無章的線路變的更加整潔有序，控制系統(tǒng)的精確度得到有效提升，而且控制系統(tǒng)體積也在慢慢的縮小，為使用者提供了很大的便利[2]。

2 開發(fā)流程

在自動控制過程中，一定要注重反饋控制系統(tǒng)，當(dāng)控制部分向受控部分發(fā)出相應(yīng)指令時，受控制部分可以及時的將其活動的狀況正確的反饋給控制部分，從而讓控制部分根據(jù)受控部分所傳的信息進(jìn)行及時的活動調(diào)整。如圖1所示為自動控制系統(tǒng)框圖。融合了微電子技術(shù)的自動控制系統(tǒng)的設(shè)計流程分為設(shè)計輸入、設(shè)計測試、設(shè)計數(shù)據(jù)、設(shè)計仿真四個模塊，如圖2所示。

圖1 自動控制系統(tǒng)框圖Fig.1 Block diagram of automatic control system

圖2 設(shè)計流程圖Fig.2 Design flow chart

2.1 設(shè)計輸入模塊

微電子技術(shù)融入自動化控制系統(tǒng)設(shè)計時，一般會將想要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)以計算機(jī)編程的形式實(shí)現(xiàn)，但在編程中不僅要注意每一個控制系統(tǒng)相關(guān)功能的體現(xiàn)，還要注重輸入模塊的設(shè)計質(zhì)量，必須保證當(dāng)控制命令發(fā)出時，設(shè)備的相關(guān)自動化控制系統(tǒng)可以做出相關(guān)的反應(yīng)，保證反饋控制系統(tǒng)中控制單元與受控單元之間可以進(jìn)行高效的信息反饋和信息執(zhí)行，當(dāng)自動化控制系統(tǒng)在接收到反饋信息時，可以及時有效的做出相應(yīng)的命令動作，以此在提高自動化控制系統(tǒng)的精確度同時提高其執(zhí)行的效率[3]。想要實(shí)現(xiàn)這一效果，對于自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計人員來說是一個很大的挑戰(zhàn)，需要其在進(jìn)行代碼編寫時盡量減少不必要的代碼出現(xiàn)，以此提高自動化控制系統(tǒng)的執(zhí)行效率。

2.2 設(shè)計測試模塊

測試模塊的設(shè)計其實(shí)就相當(dāng)于起到查漏補(bǔ)缺的作用，為了更好地避免自動化控制系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用過程中出現(xiàn)各種問題，通過測試模塊可以將其實(shí)際應(yīng)用的每一個環(huán)節(jié)都可以進(jìn)行缺陷的排查，一旦發(fā)現(xiàn)其中存在哪些漏洞或者還可以進(jìn)行進(jìn)一步改善的地方，設(shè)計人員可以第一時間對其中存在的漏洞進(jìn)行解決，在保證自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行正常運(yùn)行的前提下不斷提高其運(yùn)行的安全性和效率[4]。由此可見，測試模式的設(shè)計對于自動化控制系統(tǒng)的完善具有重要意義。測試模塊進(jìn)一步確保自動化控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行，相當(dāng)于多了一層保障，在一定程度上有效避免了一些問題的發(fā)生，使自動化控制系統(tǒng)可以更加安全的運(yùn)行。

2.3 設(shè)計數(shù)據(jù)模塊

控制系統(tǒng)中所包含的信息是非常多的，想要對這些信息進(jìn)行有效的處理和保管，離不開數(shù)據(jù)模塊的設(shè)計。再加上各行業(yè)對于控制系統(tǒng)的精確度要求越來越高，就更需要把這些控制信息進(jìn)行高效的處理，使控制系統(tǒng)中的信息可以得到有效的提取和儲存，從而更好地保障自動化控制系統(tǒng)的工作速度[5]。基于此，相關(guān)設(shè)計人員在進(jìn)行數(shù)據(jù)模塊設(shè)計時，一定要不斷提高相關(guān)數(shù)據(jù)處理的效率，只有這樣才能使自動化控制系統(tǒng)及時發(fā)出有效的控制命令，才能真正發(fā)揮自動化控制設(shè)備的作用。

2.4 設(shè)計仿真模塊

仿真模塊的設(shè)計其實(shí)與測試模式的設(shè)計具有一定的共性，其都是具有查找缺陷的作用。但是仿真模塊設(shè)計與測試模塊設(shè)計最大的不同之處就是，仿真模塊設(shè)計是通過模擬系統(tǒng)真實(shí)的運(yùn)行條件，進(jìn)而在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中查找系統(tǒng)運(yùn)行中可能存在的一些缺陷，一旦發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中的缺陷，方便相關(guān)設(shè)計人員對其缺陷之處進(jìn)行有效的調(diào)整，以此來更好地保證自動化系統(tǒng)的運(yùn)行安全。而通過模擬系統(tǒng)運(yùn)行條件的形式對系統(tǒng)運(yùn)行缺陷進(jìn)行排查，排查的結(jié)果真實(shí)性更高，且可有效的提高系統(tǒng)運(yùn)行的效率。

3 微電子設(shè)計自動化技術(shù)的特點(diǎn)

3.1 方便功能調(diào)節(jié)

在微電子設(shè)計的自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用中不難發(fā)現(xiàn)其控制的對象一般都是多樣化的，很少有只控制一個對象的現(xiàn)象發(fā)生[6]。那么隨著工業(yè)控制系統(tǒng)的快速發(fā)展，對圖像、語言信號等大數(shù)據(jù)量以及高速率傳輸?shù)囊笤絹碓礁?。相?yīng)的控制功能也在不斷的實(shí)踐中進(jìn)行完善，未來自動化控制系統(tǒng)中所需要控制的對象的數(shù)量可能還會增加，面對這種情況，只需要對其代碼進(jìn)行轉(zhuǎn)換再進(jìn)行一定的調(diào)試就可以實(shí)現(xiàn)對多控制對象的有效控制。而在代碼轉(zhuǎn)換過程中一般都是在芯片內(nèi)進(jìn)行的，只要一個小小的芯片，插入到自動化控制設(shè)備當(dāng)中就可以實(shí)現(xiàn)自動化控制系統(tǒng)的正常、安全運(yùn)轉(zhuǎn)[7]。除此之外，通過微電子設(shè)計自動化系統(tǒng)，在對系統(tǒng)進(jìn)行升級改造時只需要通過計算機(jī)編程進(jìn)行相關(guān)代碼的編寫即可完成控制系統(tǒng)的多項新要求，且在完成控制系統(tǒng)升級改造之后，還可以通過測試編程的設(shè)計對系統(tǒng)運(yùn)行中存在的一些漏洞和問題進(jìn)行修補(bǔ)，以此更好地確?？刂葡到y(tǒng)的安全運(yùn)行，使控制系統(tǒng)在各行業(yè)中的應(yīng)用可以為各行業(yè)安全、穩(wěn)定的發(fā)展進(jìn)行有效的服務(wù)。

3.2 高集成度

隨著微電子技術(shù)的出現(xiàn)以及其在自動化系統(tǒng)中的不斷應(yīng)用，電子線路變的越來越小。而眾所周知，自動化系統(tǒng)中所需要應(yīng)用到的電子線路數(shù)量是非常龐大的，且不同的電子線路往往都具有不同的功能，如果把這些電子線路都暴露在自動化控制設(shè)備當(dāng)中，不僅其設(shè)備的體積會非常大，而且還會影響自動化控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行，這對于各行業(yè)中應(yīng)用自動化系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)展的企業(yè)來說顯然是非常不利的。而微電子技術(shù)的出現(xiàn)正好打破了這一局面，其只需要通過一個小小的芯片就可以把多數(shù)量、多功能的電子線路有效的集成在一起，不僅系統(tǒng)的體積得到明顯的下降，系統(tǒng)反饋信息的效率也得到了明顯的提升。而從對小規(guī)模集成電路與大規(guī)模集成電路的劃分中也可以明顯的看出兩者之間的區(qū)別還是非常大的。小規(guī)模集成電路中電子元件的數(shù)量一般少于100個，但是大規(guī)模集成電路中電子元件的數(shù)量則可以高達(dá)100萬個。集成電路中大數(shù)量的電子元件在運(yùn)行過程中勢必會消耗大量的能量。但微電子技術(shù)的應(yīng)用則可以有效降低自動化系統(tǒng)功能的消耗，這也是現(xiàn)在集成控制系統(tǒng)得以在工業(yè)控制上得到廣泛應(yīng)用的重要原因，為工業(yè)的發(fā)展節(jié)省了更多的資金成本，且并不會占據(jù)工業(yè)生產(chǎn)太大的空間。

3.3 采用計算機(jī)編程控制

在微電子設(shè)計沒有應(yīng)用到自動化技術(shù)之前，自動化控制系統(tǒng)如果想要增加幾個新的功能控制，肯定是需要多增加一些硬件的，這在無形之中不僅會增加其使用的成本，還會給使用者帶來一些不必要的麻煩，自動化控制系統(tǒng)想要快速的投入到正常的運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)中是非常困難的。但隨著微電子設(shè)計在自動化技術(shù)中進(jìn)行應(yīng)用，不僅只需要一個小小的芯片就可以完成對自動化控制系統(tǒng)的控制工作，且不管多少電子元件的集成電路都可以在芯片中進(jìn)行高效率的功能控制。而當(dāng)自動化控制系統(tǒng)需要增加功能控制時，只需要利用計算機(jī)編程就可以快速的實(shí)現(xiàn)，根本不需要進(jìn)行硬件方面的任何增加，在完成控制功能的代碼編輯工作之后，還可以根據(jù)其個體差異性進(jìn)行代碼的修改，更新后的自動化控制系統(tǒng)不僅工作效率更高，而且不會浪費(fèi)太多的時間和成本。

3.4 要注意進(jìn)行仿真開發(fā)

在自動化系統(tǒng)正式進(jìn)行使用之前，對其進(jìn)行仿真開發(fā)是非常重要的。但是在沒有應(yīng)用微電子設(shè)計之前，自動化系統(tǒng)是無法實(shí)現(xiàn)仿真開發(fā)的，這也充分說明了仿真開發(fā)其實(shí)就是微電子自動化系統(tǒng)的一個重要特征和體現(xiàn)。而仿真開發(fā)過程中，需要采集實(shí)地現(xiàn)場的一些數(shù)據(jù)，把這些數(shù)據(jù)通過代碼的形式進(jìn)行體現(xiàn)，就可以真正模擬自動化系統(tǒng)在實(shí)地現(xiàn)場應(yīng)用情況，當(dāng)在實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中哪個控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)度沒有達(dá)到要求的，可以進(jìn)行及時的調(diào)整，有效提高系統(tǒng)控制的精準(zhǔn)度。此外，在仿真自動化系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中還可以及時發(fā)現(xiàn)其中一些不適用的地方，及時進(jìn)行調(diào)整會使自動化系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)更加安全、順利。

4 微電子設(shè)計自動化技術(shù)的應(yīng)用

4.1 軟件開發(fā)

微電子技術(shù)的不斷發(fā)展對于計算機(jī)編程的應(yīng)用和發(fā)展具有一定的推動作用。同時，微電子技術(shù)應(yīng)用在自動化控制系統(tǒng)當(dāng)中，加快了自動化控制設(shè)備更新?lián)Q代的速度，自動化控制設(shè)備在各行各業(yè)中的應(yīng)用會越來越廣泛，且對于相關(guān)操作人員來說會更加便利、簡單，對于應(yīng)用企業(yè)來說投入的成本也在慢慢降低，且隨著集成電路只需要在芯片中就可以完成相應(yīng)的控制工作，自動化控制設(shè)備的相關(guān)規(guī)格也會越來越小，在一定程度上也節(jié)省了一定的空間。在科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展下，現(xiàn)代社會中對于軟件的開發(fā)和應(yīng)用越來越普遍，且軟件開發(fā)的功能也越來越多樣化，滿足了不同人對于軟件使用的需求，且隨著人們對于軟件功能要求的增多，還可以通過重新編輯的形式對軟件進(jìn)行更新和升級，人們需求得到滿足的同時，對軟件的使用滿意度也會得到相應(yīng)的提升，但軟件的更新和升級并不會投入太多的成本?？梢?，其具有既節(jié)省成本又可以達(dá)到客戶滿意的優(yōu)勢。

4.2 電氣設(shè)備革新

無論是人們的生活還是生產(chǎn)現(xiàn)在都離不開電的使用，電氣設(shè)備對于人們來說并不陌生，尤其是在工業(yè)領(lǐng)域方面的應(yīng)用非常頻繁，而且其電氣設(shè)備的種類也非常繁多。但隨著用電量的不斷增加，安全用電至關(guān)重要，這就需要對電氣設(shè)備進(jìn)行一定的更新，以確保電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。而在電氣設(shè)備的更新中，微電子自動化技術(shù)的應(yīng)用，可以使電氣設(shè)備中的相關(guān)程序軟件開發(fā)效率更高，精確度更準(zhǔn)，對進(jìn)一步優(yōu)化電氣設(shè)備具有重要意義。

4.3 高校教學(xué)

隨著社會的不斷進(jìn)步與發(fā)展，微電子設(shè)計在自動化技術(shù)方面的應(yīng)用已經(jīng)成為未來的一種發(fā)展趨勢，面對人們對自動化控制系統(tǒng)需求越來越多樣化，顯然傳統(tǒng)的機(jī)械控制方式已經(jīng)不能得到有效的適用，不僅浪費(fèi)資源成本，而且還會影響自動化系統(tǒng)控制的精準(zhǔn)度，微電子技術(shù)的應(yīng)用將會使自動化系統(tǒng)得到不斷的升級，各領(lǐng)域?qū)τ谧詣踊到y(tǒng)的應(yīng)用也會更加廣泛。那么面對自動化系統(tǒng)的不斷升級，高校作為培養(yǎng)自動化技術(shù)人才的重要場所，在相關(guān)的教育資源上肯定要做出一定的改變，教育資源必須與當(dāng)前社會發(fā)展中所需要的微電子自動化技術(shù)相連接，這樣才能培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的微電子自動化技術(shù)人才，才能在畢業(yè)之后成為社會發(fā)展所需要的人才，這既對微電子自動化技術(shù)的發(fā)展非常有利，對高校學(xué)生日后的職業(yè)生涯發(fā)展也將具有重要作用。

4.4 控制工業(yè)電氣

微電子技術(shù)的不斷發(fā)展確實(shí)對自動化系統(tǒng)的升級具有積極的推動作用。自動化控制系統(tǒng)在社會工業(yè)的發(fā)展中應(yīng)用是非常普遍的，在工業(yè)的生產(chǎn)中隨處可見自動控制機(jī)器的情況，這不僅在一定程度上降低了人工的工作量，而且針對于一些比較危險或?qū)_度要求比較高的工作，可以直接通過自動化系統(tǒng)控制進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。比如：在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中隨處可見機(jī)器人自動化設(shè)備，機(jī)器人可以代替人工更高效的完成相應(yīng)的工作，而這里的機(jī)器人就是通過微電子技術(shù)芯片的方式對其進(jìn)行控制的，當(dāng)需要機(jī)器人進(jìn)行審計時，只需要對其系統(tǒng)進(jìn)行升級即可，這對于工業(yè)的快速發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)。

5 總結(jié)

總而言之，微電子技術(shù)的出現(xiàn)確實(shí)給人們的生產(chǎn)和生活帶來了很大的便利，且伴隨著其在自動化技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)給各行業(yè)的發(fā)展帶來了很大的發(fā)展空間，同時也更好地保障了人們生產(chǎn)和生活有序開展。相信在科技水平的不斷發(fā)展下，未來微電子設(shè)計的自動化系統(tǒng)將會得到更加廣泛的應(yīng)用，其創(chuàng)造的價值將會更大。