技术专栏——5G与车联网

  • 5G车联网技术与标准进展

    朱雪田;

    由于时延和可靠性的短板,基于LTE V2X的蜂窝车联网解决方案只适用于辅助驾驶和初级自动驾驶场景,必须通过更新技术满足未来高级自动驾驶的需求,基于5G的蜂窝车联网NR V2X应运而生。结合3GPP 5G NR V2X的标准制定过程,在分析车联网面向高级自动驾驶应用场景的基础上,重点分析了5G NR V2X关键技术要求和解决方案,并对当前3GPP标准化进展进行了介绍。

    2019年08期 v.45;No.494 1-4+9页 [查看摘要][在线阅读][下载 384K]
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  • 基于5G车联网的绿波通行系统研究

    田亮;张岩;徐黎;

    结合MEC与C-V2X融合技术,研究了一种基于5G车联网的绿波通行系统,并且在绿波通行模型、MEC应用和协同控制管理等方面做了相关研究。该系统实现了更低时延的实时车路协同以及多个路口红绿灯信息协同感知,进而实现连续性绿波优先通行,减少路口交通拥堵,并提升运输效率。

    2019年08期 v.45;No.494 5-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 353K]
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  • 5G中Multi-TRP based URLLC传输方案设计

    王瑜新;邱刚;鲁照华;蒋创新;何震;

    超高可靠低时延通信(URLLC)作为5G的三大应用场景之一,受到了越来越广泛的关注。车联网是URLLC的主要应用之一,对信息传输的可靠性有很高的需求。为了增强传输的鲁棒性和可靠性,从空分、频分和时分的角度分别介绍了多种Multi-TRP based URLLC技术方案,对比分析了其优缺点。此外,设计了一种新的动态切换传输方式的信令指示方案,并对多种方案进行了性能仿真评估。仿真结果表明,动态切换的方式能提供显著的性能增益。

    2019年08期 v.45;No.494 10-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 328K]
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  • 车路协同的云管边端架构及服务研究

    熊小敏;杨鑫;刘兆璘;朱雪田;

    对智能交通业务的发展趋势、车路协同技术及系统要求以及国内外发展现状进行了介绍;同时重点阐述了智能网联交通体系之车路协同云管边端架构方案,介绍了中心云、交通专网/电信网络、边缘云、车载/路侧终端协同的"云-管-边-端"统一架构,同时提出了基于云管边端架构的车路协同多源数据融合信息服务能力开放框架,并对其具体功能要求、API调用方式进行了详细论述。

    2019年08期 v.45;No.494 14-18+31页 [查看摘要][在线阅读][下载 497K]
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技术专栏——太赫兹技术及应用

  • 太赫兹固态放大器研究进展

    郭方金;王维波;陈忠飞;孙洪铮;周细磅;陶洪琪;

    随着半导体技术的发展,晶体管特征频率不断提高,已经进入到太赫兹(THz)频段,使得固态器件可以在THz频段工作。THz放大器可以将微弱的信号进行放大,在THz系统中起着关键作用。介绍了基于氮化镓(Gallium Nitride, GaN)高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor, HEMT)器件、磷化铟(Indium Phosphide, InP) HEMT器件和InP异质结双极晶体管/双异质结双极晶体管(InP Heterojunction Bipolar Transistor/Double Heterojunction Bipolar Transistor, HBT/DHBT)器件的THz单片放大器研究进展。

    2019年08期 v.45;No.494 19-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 603K]
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  • 基于VO_2相变特性的THz波动态调控研究进展

    路学光;彭博;黄婉霞;施奇武;

    太赫兹(Terahertz,THz)波位于光子学向电子学的过渡区域,在高速宽带通信、雷达、成像等领域具有重要应用前景。但目前用于THz波动态调控的器件仍比较缺乏,这在一定程度上限制了THz技术的发展。VO_2具有独特的金属—绝缘体相变特性,相变过程可以应用于动态调控THz波传输。探索超材料与VO_2结合以制备高效、动态、灵活的太赫兹功能器件也是近来的研究热点。简述了VO_2的相变特性,并分析了微观结构和化学成分等因素对相变特性的影响;系统回顾了VO_2薄膜相变过程中的THz波调控性能研究进展,总结了VO_2与超材料不同结合方式在THz波动态调控方面的应用;并对基于VO_2相变特性的THz波调控功能器件发展前景与挑战进行了展望。

    2019年08期 v.45;No.494 26-31+39页 [查看摘要][在线阅读][下载 689K]
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  • 基于MOCVD生长材料的高电流密度太赫兹共振隧穿二极管

    车相辉;梁士雄;张立森;顾国栋;郝文嘉;杨大宝;陈宏泰;冯志红;

    为获得高功率的太赫兹共振隧穿器件,优化设计了AlAs/InGaAs/AlAs共振遂穿二极管材料结构,在国内首次采用MOCVD设备在半绝缘InP单晶片上生长了RTD外延材料。利用接触光刻工艺和空气桥搭接技术,制作了InP基共振遂穿二极管器件。并在室温下测试了器件的电学特性:峰值电流密度>400 kA/cm~2,峰谷电流比(PVCR)>2.4。

    2019年08期 v.45;No.494 32-33+39页 [查看摘要][在线阅读][下载 225K]
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人工智能

  • 一种改进的RefineDet多尺度人脸检测方法

    孙贵华;陈淑荣;

    针对车站、商场等大型场所中客流量大、背景复杂等原因导致多尺度人脸检测精度低的问题,建立了一种基于RefineDet多层特征图融合的多尺度人脸检测方法。首先利用第一级网络进行特征提取并在不同尺度的特征图上粗略预估人脸位置;然后在第二级中通过特征金字塔网络将低层特征与高层特征融合,进一步增强小尺寸人脸的语义信息;最后,通过置信度和焦点损失函数对检测框进行二次抑制,达到边框的精确回归。实验中将人脸候选区域的宽高比只设置为1:1,以此来降低运算量并提高人脸检测精度。在Wider Face数据集上的实验结果表明,该方法能有效检测不同尺度的人脸,在Easy、Medium、Hard 3个子数据集上测试结果分别为93.4%、92%、84.4%的MAP,尤其对小尺寸人脸的检测精度有明显提高。

    2019年08期 v.45;No.494 34-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 568K]
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  • 基于FPGA的深度学习目标检测系统的设计与实现

    陈辰;严伟;夏珺;柴志雷;

    针对当前深度学习目标检测算法计算复杂度高和内存需求大等问题,设计并实现了一种基于FPGA的深度学习目标检测系统。设计对应YOLOv2-Tiny目标检测算法的硬件加速器,对加速器各模块的处理时延建模,给出卷积计算模块的详细设计。实验结果表明,与CPU相比,CPU+FPGA的异构系统是双核ARM-A9能效的67.5倍,Xeon的94.6倍;速度是双核ARM-A9的84.4倍,Xeon的5.5倍左右。并且,当前设计在性能上超过之前的工作。

    2019年08期 v.45;No.494 40-43+47页 [查看摘要][在线阅读][下载 372K]
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  • 基于深度学习的人脸活体检测算法

    黄海新;张东;

    身份认证技术有了很大的发展,随之不断出现的是各种伪造合法用户信息的欺诈手段。针对这一问题,提出一种基于深度学习人脸活体检测算法,分析了真实人脸和欺诈人脸之间的区别,将真实人脸和照片进行数据去中心化、zca白化去噪声、随机旋转等处理;同时,利用卷积神经网络对照片的面部特征进行提取,提取出来的特征送入神经网络训练、分类。算法在公开的数据库NUAA上进行了验证,实验结果表明该方法降低了计算的复杂度,提高了识别准确率。

    2019年08期 v.45;No.494 44-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 258K]
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微电子技术

  • 基于Innovus提升芯片性能的物理实现方法

    边少鲜;David He;栾晓琨;蒋剑锋;翟飞雪;蔡准;

    对于规模日益增大,工作频率不断增加的高性能芯片设计,性能一直是物理设计的重点和难点。缓冲器的插入是为了最小化信号线延时,进而优化时序,提升性能。描述了使用Cadence Innovus工具建立物理设计流程,减少各步骤间的偏差。同时在此流程的基础上提出二次布局优化方法,在16 nm下,通过一个高性能芯片设计验证了该流程与方法,实例结果表明,设计性能得到很大改善,其中时序优化达85.07%,该流程及方法可有效提升高性能芯片性能。

    2019年08期 v.45;No.494 48-52+60页 [查看摘要][在线阅读][下载 546K]
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  • 鳍式场效应晶体管结合自热效应的电迁移分析

    张骁竣;季昊;聂笔剑;

    在先进工艺节点下,鳍式场效应晶体管(FinFET)工艺相对于平面技术提供了在功耗、性能与面积上的优势。但相对地,FinFET也会引起局部晶体管电流密度的骤增的问题,这也意味着信号线和电源地网络的金属电迁移可靠性会受到更大的冲击。随着FinFET的热分布对互联金属线的温度影响上升,电迁移失效概率上升的次级效应也由之产生。如今,热效应的影响已经成为了广大设计公司不得不考虑的因素之一,在生产商的引导之下,Cadence Voltus提供了针对热效应带来影响的精准、强大并且灵活的解决方案。基于此点对高平均翻转率的芯片进行热效应影响的检查与分析,并且对电源的结构规划和设计的物理实现进行改进。

    2019年08期 v.45;No.494 53-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 566K]
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  • 基于硬件加速器的高性能芯片仿真与验证

    王雷;王晨光;吴斌;

    展示了一款高性能无线局域网芯片采用硬件仿真加速器进行全芯片仿真与验证的工作。该芯片采用了4发4收多天线、256QAM等技术,最高可以实现1.2 Gb/s的数据吞吐率。由于该芯片设计复杂,规模庞大,只使用传统的软件模拟和FPGA仿真难以实现芯片错误的快速定位与解决。在此情况下,使用硬件仿真加速器Palladium XP提供的全电路仿真方式(In-Circuit Emulation mode,ICE mode)成为了更为有效的方式。在实际应用中一个1 000帧的测试用例可以在20 min内完成,相比传统的软件模拟提高了400倍以上的效率,相比FPGA原型系统验证则能够提供所有所需要的波形供下载分析。该方法大大加快了复杂芯片的设计效率。

    2019年08期 v.45;No.494 61-62+67页 [查看摘要][在线阅读][下载 174K]
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  • 行为级模型功能比对验证的自动方法学

    廖璐;候春源;李跃平;王美;刘欢艳;黄丞权;徐南南;董丽霞;

    在混合信号芯片设计领域,Verilog/Systemverilog/VHDL等行为级模型被广泛应用于描述模拟和混合信号模块的电路特性,用以帮助实现更快速全面的全芯片功能验证。为了保证正确、有效和全面的全芯片功能验证,电路模块的行为级模型和晶体管级设计之间的功能比对验证(Behavior vs.Schematic,BVS)非常关键。在此之前,利用现有的EDA工具,只能进行逻辑状态的BVS矢量检查,而不能进行实数类型的矢量检查。为了更好地描述模拟和混合信号模块的行为特性,采用了Wreal模型和SV-UDT(Systemverilog-User Defined Type),因此对EDA工具提出了新的要求,需要其支持实数类型的矢量检查。本文描述了一种行为级模型功能比对验证的自动方法学,基于Cadence XPS仿真器的矢量检查功能,可以同时实现逻辑状态和实数类型的自动比对检查。实数类型矢量检查是向EDA供应商Cadence提出的一种新的概念和需求,且已经在XPS仿真器中成功实现。

    2019年08期 v.45;No.494 63-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 511K]
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  • 基于APD的2.5D封装中介层自动化设计

    张成;谈玲燕;曾令玥;

    由于高带宽存储器(High Bandwidth Memory,HBM)的高带宽特性,在2.5D封装中介层(Interposer)的版图设计过程中存在大量HBM接口的连线需要手动完成。介绍了如何使用SKILL语言在Allegro封装设计工具(Allegro Package Design,APD)中实现HBM接口的自动布线,将原来的手动布线时间从2周缩短到10 min,大大压缩设计周期。

    2019年08期 v.45;No.494 68-70+74页 [查看摘要][在线阅读][下载 525K]
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  • 一种基于可变相位累加器的全数字锁相环

    杨檬玮;田帆;单长虹;

    提出了一种具有可变相位累加器电路结构的新型全数字锁相环。采用EDA技术完成了对该系统的设计,利用ModelSim软件对所设计的电路进行了系统仿真实验,并进行了硬件实验验证。实验结果表明,含有可变相位累加器构成的全数字锁相环可拓展系统环路的锁相范围,提高锁相频率,降低系统总功耗,并且不会增加FPGA芯片内部的逻辑资源。由于该锁相环内部信号的传递是并行传输,故可大大提高系统的锁相速度。该锁相环能够作为功能模块嵌入进电子系统芯片中,可广泛应用于通信、电子测量和自动控制等领域。

    2019年08期 v.45;No.494 71-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 339K]
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  • 基于Kogge-Stone加法器改进的双域模乘器

    杨丹阳;杨萱;陈韬;戴紫彬;李伟;

    模乘作为椭圆曲线公钥密码算法的核心运算,调用频率最高,提高其运算速度对于提高椭圆曲线密码处理器的性能具有重要意义。基于Kogge-Stone加法结构,结合可重构技术,实现一种能够同时支持素数域GF(p)和二元域GF(2~m)上模乘运算的双域模乘器,并对模块进行合理复用,节省硬件资源。用Verilog VHDL语言对该模乘器进行RTL级描述,并采用0.18μm CMOS工艺标准单元库进行逻辑综合。实验结果表明,该双域模乘器的最大时钟频率为476 MHz,占用硬件资源66 518 gates,实现256位的模乘运算仅需0.27μs。

    2019年08期 v.45;No.494 75-78+82页 [查看摘要][在线阅读][下载 434K]
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  • 惯性导航系统中浮点计算加速单元设计

    田换换;朱晓燕;

    石英振梁加速度计采用频率输出的形式表示加速度,在惯性导航系统中,需要将频率值转换为加速度值,再进行姿态解算。采用软件方法进行浮点计算,需要耗费CPU大量的计算能力。为了优化频率转换的计算速度,设计一种面向频率转换应用的浮点计算加速单元,并基于FPGA进行了实现与验证。结果表明,系统从数据采样到频率转换,然后将频率值转换成加速度进行姿态解算,陀螺仪测得的角速度进行积分,最后完成数据融合,使用本文设计的浮点加速单元来实现频率转换,速度提高了2倍。

    2019年08期 v.45;No.494 79-82+86页 [查看摘要][在线阅读][下载 412K]
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测控技术与仪器仪表

  • 单兵便携式水下综合信息系统设计与实现

    胡延平;黄晓霜;政书钧;

    针对蛙人特种部队、潜水员等水下作战、作业需求,研发了小型化、一体化、数字化、模块化、低功耗、便携式的综合信息系统。该系统集定位导航、水下通信、探测成像等功能于一体,可有效解决单兵水下面临的看、听、说、行等难题,在军用和民用方面都具有广阔应用前景。

    2019年08期 v.45;No.494 83-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 449K]
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  • 高压电力廊道巡检机器人控制系统研究

    王凯丰;王忠强;谢丽蓉;杨欢;

    定期巡检是保障高压电力廊道正常生产、安全运行的重要工作。针对电力廊道空间大、内部环境复杂、空气湿度大以及含可燃性气体的问题,设计了一种多传感器、可远程操控的智能巡检机器人,克服了时间和环境的约束,保障了巡检结果的准确性。经测试表明,该巡检机器人既可以完成巡检任务,还具有适应性强、可靠性高、控制灵活且抗干扰性高等优点。

    2019年08期 v.45;No.494 87-90+94页 [查看摘要][在线阅读][下载 507K]
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  • 基于近场测试的自参考算法

    杜艳;杨顺平;

    对于集成度高的天线,必须采用一定的算法才能实现对各个通道的幅度和相位信息准确有效的检测,而现有常见的算法(包括近场校准、FFT算法等)都需要获得相位信息,因此需要天线对测试提供参考通道。这与天线高集成度相悖,也对天线的设计,特别是共形天线的设计提出了更高要求。为解决传统算法依赖参考通道提供参考相位的问题,并针对高集成度天线常用的近场扫描测试系统,设计了自参考算法的解决方案并进行验证。试验表明,采用自参考测试算法进行近场测试的测试结果与传统带独立参考通道的近场测量系统测试结果高度吻合。此外,采用自参考测试算法,不需要单独的参考通道,适用于高集成一体化天线的近场测试,对于已装机的天线现场测试排故具有重要意义。

    2019年08期 v.45;No.494 91-94+98页 [查看摘要][在线阅读][下载 435K]
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通信与网络

  • 三路带通混叠信号数字接收机设计

    王洪梅;姚冲;王法广;李世银;宋金玲;

    为解决三路带通信号混叠问题,提出了一种延时可调的三阶带通采样结构,通过设计数字抗混叠滤波器,可实现对三路带通信号的无混叠接收。给出了仿真实现结果,并对信号进行重构,分析了抗混叠性能,三路带通信号经过抗混叠滤波器后,信号输出信噪比可在28 dB以上。该方法解决了带通采样中多信号混叠问题,增加了采样频率选择范围,可以减少硬件负担,提高了软件无线电的灵活性。

    2019年08期 v.45;No.494 95-98+103页 [查看摘要][在线阅读][下载 319K]
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计算机技术与应用

  • 基于多层感知机代理模式的地球系统模式物理参数优化方法

    吴利;黄欣;薛巍;

    地球系统模式中物理参数的不确性会对气候模拟的精度产生巨大的影响,优化物理参数对提高气候预测的准确性至关重要。通常在地球系统模式的参数优化中有多个目标需要同时优化,然而目前常用的进化多目标算法在地球系统模式上使用需要极高的计算代价,因此提出了一种基于多层感知机(MLP)神经网路的多目标代理模式参数优化方法MO-ANN。此方法利用多层感知机建立代理模式,用代理模式来预估候选采样点的优劣,提高了多目标优化的精度和收敛性。在复杂数学函数和单柱大气模式上的对比实验表明,MO-ANN优化算法相对于进化多目标算法具有明显优势,特别是在热带暖池-国际云实验的单柱大气模式中,MO-ANN收敛速度可相对NSGAIII提升5倍以上。

    2019年08期 v.45;No.494 99-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 314K]
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  • 基于图像处理的疲劳驾驶预警研究

    刘朝涛;张雪佼;

    基于图像处理知识对疲劳驾驶检测系统进行研究。在构建人脸相关数据库后,主要的疲劳相关信息通过混合模型算法进行获取。首先对图片进行一定的预处理,增加图像增强模块消除实际的光照干扰。采用基于AdaBoost的人脸检测算法为核心检测方法,对人脸的定位以驾驶员眼部特征为关键部位。采用人眼变化曲线分析法与PERCLOS准则相结合的判定方法进行疲劳判定。针对不同需要和特性对疲劳驾驶预警进行优化。实验通过模拟测试验证了关键点定位算法的可实现性与准确性,并验证实际的疲劳测试具有较好的可靠性。

    2019年08期 v.45;No.494 104-108页 [查看摘要][在线阅读][下载 423K]
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电子元件与电路

  • 一种针对分组密码的抗能量攻击电路设计

    严迎建;郑震;

    为提高分组密码算法电路的抗能量攻击能力,参考掩码技术的思想,基于取反的基本操作提出了反向交错的概念,对反向交错的关键性质进行了证明,以此为依据设计了一种反向交错的电路结构,并通过加入一级寄存器的方式打乱时序对齐,得到了优化的电路结构,通过功耗随机化的方法提升了算法的抗能量攻击能力。最后将该结构应用到AES-128算法电路中并进行了加解密功能、防护功能和运算性能三方面的验证,结果表明本文设计的电路结构能正确进行加解密,且具有较好的防护效果和运算性能。

    2019年08期 v.45;No.494 109-112+117页 [查看摘要][在线阅读][下载 408K]
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  • 对负反馈放大电路增益估算的误差研究

    卢厚元;

    工程应用中,负反馈放大电路的增益常用估算的方法获得。选取各种组态的负反馈放大电路实例,对其电压增益进行估算和实际计算,研究估算的相对误差与负反馈深度的关系,结合理论推导,得出结论:由集成运放组成的以及多级的负反馈放大电路,它们极易形成深度负反馈,增益估算的误差较小,而由分立元件组成的单级放大电路,大多不易形成深度负反馈,估算误差较大;负反馈越深,估算误差就越小;估算的相对误差与负反馈深度的乘积等于1。

    2019年08期 v.45;No.494 113-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 304K]
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  • NoC资源网络接口设计

    许川佩;王纪锋;牛军浩;

    资源网络接口是片上网络处理单元向路由节点发送数据的一个通信接口,负责把处理单元发送的数据打包成路由节点所识别的数据。针对该接口高速传输要求,采用请求、应答通信机制方式设计一个资源网络接口。该接口内各模块间通信,以及该接口与处理单元和路由节点间通信均采用异步通信。接口内的打包器采用奇偶格式设计,缓存模块采用时分复用的思想以降低读、写过程延迟。用Verilog HDL语言完成该接口设计,在ModelSim10. 01d平台上验证,最终验证结果表明:设计的资源网络接口能够把处理单元发送来的数据打包成路由节点所识别的数据,且满足高速率数据传输要求。

    2019年08期 v.45;No.494 118-123页 [查看摘要][在线阅读][下载 624K]
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  • 一种用于无刷直流电机控制器的低成本专用电路

    王晓蕾;徐彦;王振兴;涂金生;王传傲;朱毅;

    为了降低无刷直流电机控制器的内部电路的复杂性,提出了一种结构简单的专用电路,可用于驱动无刷直流电机的微控制器。通过电动机上位置传感器将转子位置信号传递给控制器电路,并得到位置传感器的输出真值表,然后利用Logisim软件,得到对应的数字逻辑电路。利用Cadence的仿真工具NC-Verilog simulator得到仿真波形。以80C51为主控芯片,通过外接电路的方式完成最终的验证分析。通过此专用电路将可使电动机的转子顺时针或逆时针方向旋转。此专用电路可用于生产成本低廉和对控制精度要求不高的无刷直流电机控制器。

    2019年08期 v.45;No.494 124-127+130页 [查看摘要][在线阅读][下载 469K]
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  • 基于FPGA蓝牙通信技术的智能电子锁系统

    柏佳;魏鑫;朱广;

    随着人们安防意识的不断增强和智能技术的持续发展,针对用户对安全系数高的智能电子锁的需求,使用FPGA蓝牙通信技术设计了基于FPGA蓝牙通信技术的智能电子锁系统。通过手机APP直接控制电子锁,对电子锁进行双重加密处理,具有开锁、修改密码,管理员控制用户开锁信息表,增添和删除能开锁的用户信息等功能。经测试,系统使用方便,动态灵活,安全可靠。

    2019年08期 v.45;No.494 128-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 222K]
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  • 工控信息安全专门人才岗位培训

    <正>为关键信息基础设施工业控制系统安全保驾护航运营单位:中国电子信息产业集团有限公司第六研究所北京中教在线科技有限公司报名方式可登录本项目官方网站:http://gk.chinaaet.com注册报名参加培训。受人力资源和社会保障部教育培训中心指导,电子六所"工业控制系统信息安全技术国家工程实验室"和北京中教在线科技有限公司共同承担了国家工控信息安全培训项目,开展专门人才的岗位培训工作。

    2019年08期 v.45;No.494 131页 [查看摘要][在线阅读][下载 1881K]
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