关键词： JAVA语言  

ISBN: (纸本)9787301312834

摘要： 本书主要讲了Java的线程创建方法和线程的生命周期，方便我们管理多线程的线程组和线程池，设置线程的优先级，设置守护线程，学习多线程的并发、同步和异步操作，了解Java的多线程并发处理工具（如信号量、多线程计数器）等内容。

关键词： 低功耗   微控制器   电源管理   多工作模式设计   软硬件协同  

摘要： 随着物联网技术的飞速发展,电池驱动类电子设备数量的爆炸式增加,微控制器作为这些设备的中心控制单元,对其设计的要求也从追求单一的有效控制转向高性能和低功耗兼具。同时,基于低功耗的要求,各大芯片设计公司都已分别推出了不同设计方案与结构的低功耗微控制器。本文从微控制器的结构、工作原理和工作过程出发,研究并探索了微控制器正常运行、低功耗运行、空闲、待机和关断5种不同工作模式,在硬件资源使用程度不同的状态下,进行了功耗梯度的设计创新。由此,基于ARM Cortex-M0内核微控制器,设计了多模式下的低功耗设计方案,并完成了一款功能丰富且自身功耗极低的电源管理系统。该电源管理系统主要由核心控制单元、时钟管理单元和复位管理单元组成。其中核心控制单元可以完成对微控制器的模式切换和电源管理系统内寄存器的配置;时钟管理单元能够实现微控制器内AHB和APB下时钟的2/4/8/16分频功能,并完成各级门控时钟的开关;复位管理单元能够使用同步请求和异步释放的复位策略,依据核心控制单元的指令,形成各个模块的复位输入信号。在对以上系统功能进行充分验证的基础上,使用中芯国际（SMIC）55nm工艺进行了该微控制器的流片,并测试了各个工作模式的性能。测试结果表明,正常运行模式下,电源管理系统自身功耗为160μW,占微控制器总功耗的4.37%;待机模式下,常开域的核心控制单元只有104n W,仅占微控制器总功耗的1.7%,表明了电源管理系统自身功耗极低。测试数据还充分表明了在各个工作模式下微控制器功耗梯度明显,且关断模式电流仅200n A,与国内外同类微控制器相比,达到了最低功耗水平,较好地实现了电源管理系统设计的既定目标。

关键词： 面向IOT应用   真随机数发生器   熵源   相位自矫正   细粒度调节  

摘要： 随着物联网(The Internet of Things,IOT)技术的快速发展,IOT设备的信息安全越来越受到人们的重视。真随机数发生器(True Random Number Generator,TRNG)从源头上为IOT设备的信息安全提供了保障。基于振荡环(Ring Oscillator,RO)抖动的TRNG以其结构简单,易于实现,随机性好的特点得到广泛应用。但是现有基于RO抖动的TRNG普遍存在功耗较大的问题,而IOT设备往往对功耗比较敏感。因此在面向IOT应用时,需要降低基于RO抖动的TRNG的功耗,从而适应IOT设备的应用需求。本文针对现有基于RO抖动的TRNG电路中由于振荡周期偏差导致无效量化所带来的功耗浪费,设计了基于温度补偿和相位自矫正的低功耗熵源电路和基于细粒度调节电流饥饿型反相器振荡环(Current Starved Ring Oscillator,CSRO)振荡周期的低功耗熵源电路,最终设计了一款面向IOT应用的极低功耗真随机数发生器。首先针对熵源电路中CSRO的频率和抖动受温度反转效应影响较大的问题,本文设计了电压偏置电路,提高了CSRO频率的温度稳定性,保证了电路中抖动大小。接着设计了相位自矫正电路,消除了CSRO周期偏差累积,从而降低了量化电路中的功耗浪费。然后本文设计了基于细粒度调节CSRO振荡周期的低功耗熵源电路,通过对CSRO的周期进行细粒度的调节,使得周期偏差得以降低,从而进一步减小了量化电路中的功耗浪费。最后本文设计了可细粒度降低偏差的校准电路,并且给出了电路的校准流程。本文基于SMIC40nm CMOS工艺,利用Cadence Virtuoso软件对极低功耗真随机数发生器进行电路图设计及前仿真、版图设计及后仿真。同时搭建了数模混合仿真平台进行随机数的采集并对采集的随机数进行NIST随机性检测。实验结果表明,在电源电压0.8V到1.1V的范围内,本文设计的TRNG电路在各工艺角下的随机数产生速率均高于1Mbps,功耗均低于12u W,单比特功耗均低于1.2p J/bit。同时,采集的随机数通过了NIST SP800-22测试集的所有测试项。常温27℃,在TT工艺角下,当电源电压为0.9V时,本文TRNG电路的单比特功耗达到最低0.56 p J/bit,此时随机数产生速率为3.17Mbps,功耗为1.78u W。

关键词： 压控振荡器   低功耗   相位噪声   双路反馈   正交二分频  

摘要： 物联网技术正在加速对现代生活方式产生深刻影响。在物联网技术的大潮下,Wi Fi、蓝牙和Zigbee等基于工业、科学、医疗（Industrial Scientific Medical,ISM）频段的短距通信技术在终端应用场景中发挥着重要作用。相应地,对低压、低功耗、高质量射频收发机的需求也快速增长,同时促进了高性能锁相环（Phase Locked Loop,PLL）和频率综合器的发展。作为PLL的重要组成部分,压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator,VCO）提供本振信号,对通信系统整体性能有着重要影响。因此,低功耗、低相噪压控振荡器的研究,具有重要的学术意义和工程实用价值。论文面向物联网通信的应用,设计了一款适用于ISM频段射频收发机的低功耗压控振荡器。为了减轻片内功放（Power Amplifier,PA）频率牵引的影响,压控振荡器核心电路工作4.8GHz～5GHz处,而后级联正交二分频电路经缓冲放大后输出本振信号。论文在深入研究传统压控振荡器结构和相位噪声机理的基础上,对C类压控振荡器进一步创新,设计了一种双路反馈结构。该结构通过比较压控振荡器输出信号谷值和尾电流源过驱动电压并进行反馈,自适应调整交叉耦合管的耦合电压,实现了动态直流偏置。与传统结构相比,该改进结构进一步提升了晶体管的导通效率,同时降低了功耗和相位噪声,且具有更好的工艺、电压和温度（Process Voltage Temperature,PVT）鲁棒性。为了避免间歇振荡,本文在合理近似后对大信号下电路的稳定性进行了分析,并对分析结果进行了仿真验证,保证了电路的可靠性。同时,本文在传统电流模逻辑（Current Mode Logic,CML）的基础上,改进了传统的高速二分频电路。该电路通过在传统结构中增加少量晶体管,在有效改善上升和下降时间匹配的同时可以降低电路功耗,提升输出摆幅。此外,还完成了基于二分法的自动频率校准（Automatic Frequency Calibration,AFC）电路的设计并在相关平台下进行了验证。本文设计的压控振荡器原型在TSMC 40nm CMOS工艺下完成了设计和版图后仿真。仿真结果表明,在0.8V电源电压下,本文所设计的压控振荡器能正确产生正交2.4～2.5GHz信号,相位噪声小于-121d Bc@1MHz,功耗约1m W。应用该电路设计的锁相环及收发机芯片已进行了初步的流片验证,结果表明电路功能正常,锁相环整体带外噪声为-116d Bc@1MHz,满足物联网通信的应用需求。

关键词： 机电安全   信号   安全   低功耗   控制  

摘要： 微机电科学技术的研究已经成为武器装备领域的必然趋势,也成为了机电技术领域的核心项目,其应用在生活,生产,国防科技等各个领域,国外在这方面已经取得显著成果,如微机传感器的研发与生产,微小型开关在军事武器上的应用,微机电安全系统在各类导弹炮弹上的应用,无疑都推进了微机电科学技术在武器制造业上的发展。本文在此基础上提出了一种基于低功耗元件的引信机电系统控制电路设计。电路包含针对不同环境的传感器、计算机模块、接收及输出信号线路等。只有在弹道环境信号都正常时,引信安全系统电路才能输出起爆信号、起爆引信、经传爆并引爆导弹战斗部。否则,计算机模块自动转入自毁模式,在弹道末端输出起爆信号、导弹自毁,以保证导弹的飞行安全性。该电路在保证引信机电安全系统安全可靠的前提下用低功耗元器件来代替原有电路中的电子元器件,以实现引信的低功耗性,为引信电路的低功耗提供了思路,也解决了部分技术问题。通过对机电安全系统的设计要求出发,构建原理框图,并对各部分的元器件选择进行低功耗筛选,经过试验测试发现,电路设计中采用的传感器不仅够实现低功耗,稳定的工作,而且采集精度高也非常高;电路中所用的控制芯片也是低功耗的,它有三种低功耗模式,待机状态时的电流仅为3mA,而且在单片机的引脚的一些设置也可以减少电平翻转带来的功耗。设计中通过软件和硬件实现低功耗和电磁兼容性,并通过动静态试验进行验证,得出低功耗电路满足设计要求。

关键词： γ   SiPM   低功耗   快速响应窗口均值脉冲计数平滑算法   Android  

摘要： 目前,中国作为核能和核技术应用大国,核事业持续发展,广泛应用于军事、医疗、教育、科学和能源等领域,已形成一套完备的核工业体系,极大地促进了我国经济的高质量发展。在开发和利用核能的同时,我国的核安全也迎来了巨大挑战。当面对放射源丢失、放射性废物污染环境等核辐射事故时,放射性核素通常会通过内外两种照射方式使人类暴露于辐射下,危害个人安全,甚至是公众安全。随着核技术在各行各业广泛的应用,人们越来越多地认识辐射安全监测的重要性,国内外研究人员都在开展了个人辐射剂量仪相关的研发工作,相关产品不断更新推出。虽然近年来我国大力开展相关仪器的研制,但还是无法满足日益增长的市场需求,并且从工作性能和外观设计的角度出发,国内仪器与进口产品仍然有一定差距,但进口产品又普遍存在着订购时间长、价格高昂且维护复杂等问题。鉴于此,本文研制了一款便携式、低功耗、智能化的个人辐射剂量仪,该仪器由低功耗辐射剂量测量模组和智能化测量应用程序(APP)组成,主要研究内容和结果如下:(1)根据国家质量监督检验检疫总局制定的GB 18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准对本文智能化个人辐射剂量仪进行核心功能定位,完成探测器与相关元器件的选型,明确了剂量仪相关的理论基础与性能指标,并进行了剂量仪剂量率误差、角度响应与温度响应等相关性能测试。(2)采用数字化设计,集成了核脉冲采集与处理技术、无线蓝牙通信技术以及单片机低功耗设计技术等开发低功耗辐射剂量测量模组。本文采用Cs I(Tl)闪烁体与Si PM构建了超小型闪烁体探测器;设计了由低噪声前置放大器、主信号放大电路和脉冲成形电路组成的信号调理模块;完成了由低噪声低压电源、探测器偏置高压电源和基准电源组成的电源管理模块的设计。测试表明,电源管理各模块输出电压稳定且噪声纹波小于5m V;信号调理电路输出信号信噪比可达27.2 d B。(3)本文以低功耗MSP430单片机为核心控制器,利用Code Composer Studio 6.2.0集成开发环境,采用C语言设计了嵌入式低功耗测量程序和设计了快速响应窗口均值脉冲计数平滑算法。测试表明,单片机各模块程序工作稳定可靠且可低功耗运行;该平滑算法具有较好的平滑效果,可减小统计涨落造成的测量误差,并能对环境中的辐射突变做出快速响应。(4)开发了与辐射剂量测量模组配套使用的Android APP。本文利用Android Studio开发平台,使用JAVA语言进行了APP的界面设计与功能开发。APP界面简洁、交互友好、操作简便;实现了账户的登录注册、无线蓝牙通信连接、辐射剂量实时测量与显示、超阈值报警和数据管理分析等功能。本文主要的创新点总结如下:(1)本文研制了一款低功耗辐射剂量测量模组,小巧美观,无需外接电池,支持Android手机Type-C接口热插拔,同时利用OTG反向充电功能实现即插即用。(2)本文开发了一款个人辐射剂量仪的APP程序,通过简便且智能化地操作APP可实现辐射剂量的实时测量与显示、无线通信连接、超阈值报警和数据管理分析等功能。(3)本文设计了一种具有较好平滑效果的快速响应窗口均值脉冲计数平滑算法,不仅能够确保测量数据与真值之间足够小的相对误差,也能对环境中的辐射突变做出快速响应。

关键词： 高压变频器   以太网   微软基础类库   多线程   监控系统  

摘要： 高压变频器对供电电网冲击小、启动和调速性能优异、节能效果显著,被广泛应用于风机、水泵、空压机、轧钢机等各种需要调速的工业设备。本文设计并实现了一套高压变频器监控系统,满足在高压变频器的开发、测试、现场调试和故障分析等阶段,工程师对数据显示、参数管理、故障分析、程序更新等功能的需求,具体工作如下:通过调研监控系统的功能要求,总结出监控系统主要功能包括用户登录、监控工程管理、实时状态显示、实时波形显示、故障分析、参数管理、程序更新七个部分;通过分析变频器的软硬件结构,获得监控系统可以监控的数据以及这些数据的采集、通讯方法;采用客户端/服务器结构作为监控系统的软件系统结构,并根据需求分析结果将监控系统分为8个模组:用户登录模组、监控工程管理模组、实时状态显示模组、实时波形显示模组、故障分析模组、参数管理模组、程序更新模组、权限管理模组、网络通讯模组;以流程图的方式详细说明这些模组内各个工作模块的工作流程以及数据处理方式;以尽量降低主控制器DSP的运算负荷为原则制定监控系统通讯协议并明确通讯帧内容。最后,在研究以太网通信、微软基础类库、多线程技术的基础上,基于MFC单文档应用程序模板实现监控系统框架以及每一个功能模组。

关键词： PAD   三防   低功耗  

摘要： 本文设计开发了一款适用野外便携使用的PM760平板电脑.该款平板电脑具有较高的实用性和安全性,包括支持3G/4G无线通信、无线Wifi、百兆以太网,支持北斗/GPS定位功能,具有符合IP54标准的防尘防雨淋和防振抗跌落的三防特点.针对关机待机功耗问题,设计并应用了一种待机微功耗电路,从而实现关机'零'功耗(毫瓦级)功能.

关键词： 超声波燃气表   变阈值变增益   卡尔曼滤波   低功耗   MSP430F5438A  

摘要： 超声波燃气表较传统膜式燃气表具有高精度、量程宽、压损小、智能化程度高等特点,逐渐在燃气计量领域得到推广和应用。然而国内超声波燃气表技术方案主要依靠国外,自主研发的户用超声波燃气表计量精度和稳定性有待提高。本文旨在完成高精度、低功耗的户用超声波燃气表的研制,并进行大量测试实验,验证燃气表的性能。依据时差法对流量的测量原理,本文分析了固定阈值比较法和过零检测法在超声波回波信号特征点的检测中存有不足,提出了一种阈值比较和过零检测相结合的方法,并对理论过零点进行优化,以此来减小环境噪声对超声波传播时间的影响。在大流量点,超声波回波信号的幅值衰减严重,超声波燃气表的测量精度受气体流速的影响较大。为解决这一难题,本文对换能器的安装方式和安装角度进行分析研究,并提出一种利用预设停止信号个数和实际停止信号个数对比的方式,实现变阈值变增益的流量检测方法,该方法不仅能降低流速对燃气表精度的影响,还能通过检测一个超声波回波信号得到多个超声波传播时间,减少了重复测量次数,降低系统功耗。本文分析总结滑动平均滤波和传统卡尔曼滤波的缺点,提出了一种改进的卡尔曼滤波算法,进一步提高测量精度。完成了户用超声波燃气表硬件电路和软件系统的设计。在硬件上,采用低功耗、高性能微处理器芯片MSP430F5438A,围绕该芯片完成了超声波信号发射与接收电路、放大电路、高精度计时芯片电路、模拟开关电路等电路设计;在软件上,采用定时中断和外部中断相结合的系统监控方式,将系统进行任务划分与调度,从而降低系统功耗。为验证超声波燃气表的性能,对研制的户用超声波燃气表样机根据检定规程对其进行测试实验。实验结果表明,本文研制的户用超声波燃气表在0.03～4m/h的量程范围内,能够满足超声波燃气表检定规程中1.5级精度标准要求。在采用容量值为6000m Ah的锂电池供电,工作时间约为6年,基本满足企业在不更换电池的情况下,燃气表长时间工作的要求。

关键词： 海洋可控源电磁法   软件开发   多线程  

摘要： 海洋可控源电磁法（MCSEM）是勘探海底地质资源的一种地球物理方法，通过观测石油和天然气水合物储层和低阻沉积围岩之间的电阻率差异所产生的电磁异常，从而确定储层的分布范围，为深海的资源勘探提供了有力的技术支持。　　海洋可控源电磁场正反演方法趋于成熟，现有很多一、二、三维正反演软件，但是仍然缺少一套便捷高效的软件集成平台。随着计算机快速发展，针对某个行业的可视化专业软件也得到了广泛的应用，已成为各行业生产及科研中一项不可或缺的基本工具。一款优秀的可视化专业软件往往集成了较为完善的数据处理和管理功能，从而方便使用人员对数据的规范化处理和便捷性的管理，通过这种方式研究人员可以大大缩短数据处理的流程，并极大地提高工作效率;同时，通过各种各样的计算机可视化技术的使用，人们在处理资料时，可以提高资料的处理解释精度，并减少了许多非可视化情况下的人为错误;此外，一款优秀的可视化软件可以让专业人员完成更多复杂的工作。　　因此，本文以现有的海洋可控源电磁正反演软件为基础，利用Qt编译海洋可控源电磁资料处理与正反演一体化软件。将软件工程与海洋可控源电磁法相结合，采用MVC(Mode-View-Controller)开发模式，运用C++语言，实现海洋CSEM软件开发，软件开发过程充分利用STL(StandardTemplateLibrary)标准模板库简化开发难度，引入多线程技术提高处理效率，同时使用双缓冲机制解决屏幕闪烁现象。软件的主要功能包括：1.交互创建正演模型，包括一维、二维、三维模型;2.调用正反演程序，包括一维、二维正反演程序和三维正演程序;3.结果成图，包括正反演结果和数据处理结果;4.数据管理;5.数据预处理等功能，为CSEM研究人员提供友好方便的工具，有利于海洋可控源资料的处理与解释。