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毕业设计

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DZ241电动汽车自动控制系统,毕业设计

内容简介：

微处理器 1.1 前言 微处理器是一个电子电路，其功能相当于计算机的中央处理单元，提供计算的控制。微处理器也用于电子系统，例如计算机的打印机，汽车和喷气飞机等，微处理器是一类超大规模集成电路。集成电路是复杂的电子电路，它由印制在单个，细小和平整的半导体材料上的极其微小的元件组成。现代微处理器合并了多达 1 千万个晶体管，另外还有像电阻，二极管，电容和导线等其他元件，通通装进大约邮票大小的一块面积里。 一个微处理器由几个不同的部分组成，算术逻辑单元实现数字计算和逻辑推理判断；寄存器是存储器暂时信 息的特殊记忆区，就像便携本的功能一样；控制单元解释程序；总线承载出入芯片和计算机的数据信息；内存支持片上计算。更复杂的微处理器往往包含其他部件，例如特殊存储区，也叫高速缓存存储器，也可以加速微处理器对外部数据存储设备访问。新式微处理器是以 64 比特的总线宽度工作的，这就是说，可同时传输 64 位数据，它是一个二进制数，即用 1 和 0 表示的信息单位元。 计算机的晶振提供协调微处理器所有活动的时钟信号。最先进的微处理器的时钟频率是 300MHz，允许在每秒钟可以执行 10 亿个计算机指令。 1.2 计算机存储器 由于微处理器本身不能提供大量的存储空间去存储程序指令和数据，像字处理程序中的文本，就需要晶体管与微处理器结合当作存储元件使用。单独的存储集成电路称为随机访问存储器，它包括大量的晶体管，与微处理器结合在一起提供需要的存储空间。随机访问存储器分为：静态 RAM 在有电时可以保存信息，由于其操作速度快，通常被当作高速缓存存储器使用。另一类存储器是动态 RAM 比静态的速度慢，必须用电定期刷新，否则保持的信息将丢失。动态 RAM 比静态 RAM 有更高的效率，在大多数计算机中，动态 RAM 作为主要的存储单元。 1.3 微控制器 微控制器不是完整的计算机。它没有大容量的存储器，也没有能力键盘，游戏杆和鼠标等输入设备以及显示器和打印器和打印机等输出设备进行通信。微控制器是一个不同类型的集成电路，它是一个完整的片上计算机面包喊了具有特殊功能的基本微处理器的所有功能部件。视频游戏，录象机，汽车和其他机器都使用了微控制器。 1.4 半导体 所有的集成电路都是由半导体制造的，半导体的导电性能介于导体和非导体或绝缘体之间。硅是最通用的半导体材料。因为半导体的导电性能可以随着施加电压的改变而改变。由半导体制成的集体观可以像微开关那 样动作，在仅仅几纳秒的时间内可nts以切断和连接电流。晶体管的这种能力可以使计算机一秒钟执行上百万条单指令，也可以很快完成复杂的任务。 大多数半导体器件的基本组成有二极管， N 型和 P 型的连接或合并。“ N”型和“ P”型指的是经过掺杂的半导体材料，控制加入非常少量的硼或磷这样的杂质。这些半导体材料的连接处，而且仅发生在 P 区电压比 N 区高的情况下。这种情况下施加给二极管的电压叫正向偏置。施加相反的电压叫反向偏置，二极管没有电流通过。一个集成电路包含有几百万个 PN 结，而且每一个结服务与特定的目的。 P 区和 N 区的恰当布局 和偏置要求电流有正确的路径，确保整个芯片正确地工作。 1.5 晶体管 在微电子行业广泛使用的晶体管被称为金属氧化物半导体场效应管。它包含有两个 N 型区，被称为源极和漏极，在源极和漏极之间的 P 型区被称为沟道。在沟道上是一层很薄的不导电的二氧化硅，二氧化硅上面附的另一层叫做栅极。要使电流从源极流向漏极，必须在栅极加一个正偏压。这就使得栅极像一个控制开关，连通和关断MOS 场效应，构成一个逻辑门，在微处理器中传送数字 1 和 0。 1.6 微处理器的制造 制造微处理器采用的技术与制造其他集成电路使用的技术类 似，例如存储器芯片。微处理器通常具有比其他芯片更复杂的结构，而且微处理器的制造需要极其精细的技术。微处理器的经济制造需要批量生产。在硅晶片的表面，上百个的掩膜或电路模式被同时制造出来。微处理器是通过导电物质，绝缘物质和半导体物质的无数次沉积和清除过程制造的，每次一薄层，直到几百万个分离的步骤后，才制成一个复杂的“三明治”，它包含了微处理器的所有内部连线和电路。仅在硅晶体的外表面的部分被用于电子电路。加工处理的步骤包括衬基的制备，氧化，光刻，蚀刻，注入和薄膜沉积。 生产微处理器的第一步是制造超纯的硅基体，然后将所有圆晶体形状的硅切片磨成平滑的镜面。 几乎沉积在晶体的每一层都必须精确地按晶体管和其他电子元件的形状制备。通常这个处理过程叫做光刻，它类似于把晶片转换为一张摄像图片和投射一个电路图片在晶片上。晶片边面的叫防光剂或防腐蚀剂的涂层，当曝露在光线下将发生变化，这样使得它很容易溶解在规定的模板中。这些模板的尺寸只有 0.25 微米，因为最短的可见光的波长是大约 0.5 微米，短波长的紫外线才可以用于模板微小细节的溶解。光刻后，对晶片进行腐蚀，或者用化学药品进行湿腐蚀， 或者放在一个特别的装有等离子体腐蚀气体的密室中，出去抗蚀剂。 紧接着的步骤是离子注入，像硼和磷等杂质被掺入硅内，可以改变其导电性。完成这个过程需要电离硼或者磷原子，用离子注入机使用巨大的能量将它们推进晶片里，最后离子依次嵌入在晶片的表面中。 nts 用于构建微处理器的薄层被称做薄膜。这一过程的最后一步，是在一个等离子体溅射器中进行沉积的，生成一层薄膜。这可以用蒸发法，把涂料熔化，然后蒸发，使其涂覆在晶片中；也可以用化学气化沉积法，使涂料在低压或正常气压下，从气态浓缩在晶片中。在每种方法中，薄膜必须似 是高度纯净的，它的厚度必须控制在几个微米之内。 微处理器的结构如此小和精细以至于灰尘可以破坏整个掩模。因为生产微处理器车间的空气需要极好的过滤和没有任何灰尘，所以此车间被称为清洁车间。 今天最清洁的车间被定义为一类车间：它表明每立方英尺的空气中超过 0.12 m 微粒的最大数目。 1.7 微处理器的历史 第一个微处理器是 1971 年生产的英特尔 4004。它最初是为计算机开发的，但它是那个时代的革命，在这个 4 位微处理器上包含 2300 个晶体管，每秒钟可以执行将近 6 万个指令。第一个 8 位微处理器是 1972 年 开发的作为计算机终端的英特尔 8080，它包含 4500 个晶体管，每秒能够执行 20 万个指令。现代微处理器具有更大的容量和更高的速度。 1.8 未来技术 微处理器和集成电路的制造技术变革非常快。当前，最复杂的微处理器集成了将近 1000 万个晶体管。到 2000 年，先进的微处理器将期望达到可以集成 5000 万个晶体管，到 2010 年，将达到 80 亿个。 光刻技术也将改进。到 2000 年，最小元件的尺寸将小于 0.2 m。按这样的尺寸，即使最短的紫外线也可能达不到必须的精度。可能的选择