計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)的有效應(yīng)用與發(fā)展研究

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)；硬件；軟件

中圖法分類號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)的普遍應(yīng)用，滿足了諸多行業(yè)的發(fā)展需要。近年來(lái)，人們對(duì)計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)的需求急劇增加，為經(jīng)濟(jì)提供了新的增長(zhǎng)點(diǎn)，計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展建立了緊密的關(guān)系。因此，探究計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)的應(yīng)用具有非常突出的現(xiàn)實(shí)意義。

2計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)的組成

由圖1可知，計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)由硬件、系統(tǒng)、軟件、功能4部分組成。硬件包括器件、電路、處理器；系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)支撐；軟件負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)信息；功能涵蓋信號(hào)采集、信號(hào)傳輸、信號(hào)變換、信號(hào)存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)利用、數(shù)據(jù)認(rèn)知等。

3計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)的有效應(yīng)用

3.1硬件開發(fā)

硬件開發(fā)特指電子產(chǎn)品硬件開發(fā)，硬件開發(fā)的流程如圖2所示。

由圖2可知，計(jì)算機(jī)電子工程中，硬件開發(fā)需要先明確硬件總體需求，包括CPU處理能力、輸入輸出端口分配、存儲(chǔ)容量及速度、電平要求、接口要求、特殊電路要求等。在明確硬件總體要求后，技術(shù)人員應(yīng)尋找關(guān)鍵信息及技術(shù)支持，思考技術(shù)可靠性、技術(shù)可能性、經(jīng)濟(jì)可行性，明確開發(fā)調(diào)試要求。確定總體方案后，技術(shù)人員可以進(jìn)行硬件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成硬件原理圖繪制與印制電路板布線，并編寫開發(fā)物料清單、新器具編碼。將1塊或2塊單板焊接到印制電路板裸板回板上，結(jié)合設(shè)計(jì)原理，進(jìn)行單板調(diào)試，根據(jù)調(diào)試情況修改原理圖，記錄調(diào)試修改數(shù)據(jù)。單板調(diào)試后，與軟件人員配合進(jìn)行投板迭代測(cè)試，完成硬件開發(fā)。整個(gè)硬件開發(fā)過(guò)程需要根據(jù)硬件開發(fā)流程規(guī)范文件執(zhí)行，確保計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)應(yīng)用與相關(guān)器件選擇均符合規(guī)范要求，優(yōu)選開放式硬件架構(gòu)，最大限度地利用Auto CAD，F(xiàn)PGA（ Field Programmable Gate Array）調(diào)試程序，CadenceOrCAD/Allegro等現(xiàn)有成熟技術(shù)以及示波器、信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀等測(cè)試儀器來(lái)控制產(chǎn)品性能。

在硬件需求分析時(shí)，技術(shù)人員可以從計(jì)算機(jī)電子工程立項(xiàng)著手，提前了解總體需求，包括工作原理、系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)條件、性能指標(biāo)、設(shè)計(jì)時(shí)間、產(chǎn)品壽命等，進(jìn)而根據(jù)硬件開發(fā)任務(wù)，對(duì)比現(xiàn)有硬件水平與需求差異，形成由工程組網(wǎng)、使用說(shuō)明、運(yùn)行環(huán)境、基本配置、互連方法、功能模塊劃分、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、外購(gòu)硬件名稱型號(hào)與技術(shù)指標(biāo)、主要儀器設(shè)備、硬件分系統(tǒng)功能指標(biāo)、電磁兼容討論、電源工藝結(jié)構(gòu)組成的需求說(shuō)明書。

根據(jù)硬件需求，技術(shù)人員可以聚焦單板功能、硬件總體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行單板之間接口、對(duì)應(yīng)技術(shù)指標(biāo)的劃分，明確系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖及功能劃分、系統(tǒng)邏輯框圖、單板命名、系統(tǒng)功能及功能指標(biāo)、單板邏輯框圖、電路結(jié)構(gòu)圖、各功能塊邏輯框圖等，具化硬件系統(tǒng)，進(jìn)而從內(nèi)容科學(xué)性、文檔格式合理性、描述準(zhǔn)確性、技術(shù)可行性著手，進(jìn)行總體方案論證，為計(jì)算機(jī)電子工程順利實(shí)施提供依據(jù)。

總體方案論證后，申購(gòu)關(guān)鍵器件，進(jìn)行單板設(shè)計(jì)方案的規(guī)劃。單板設(shè)計(jì)方案具體包括單板尺寸、單板在整機(jī)內(nèi)位置與功能描述、單板邏輯圖、單板接口定義與相關(guān)板的關(guān)系、單板重要性能指標(biāo)、單板功耗與采用標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)用儀器儀表等。根據(jù)單板設(shè)計(jì)方案，結(jié)合硬件工作原理，進(jìn)行元器件選擇、功能模塊指標(biāo)的細(xì)化，明確分系統(tǒng)達(dá)成設(shè)計(jì)指標(biāo)的途徑，并確定關(guān)鍵技術(shù)可行性。在驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)可行性時(shí)，需要著重體現(xiàn)單板邏輯框圖、功能模塊以及實(shí)現(xiàn)方式、接口方式、地址分配、中斷方式、存儲(chǔ)器空間、時(shí)序說(shuō)明、接口管腳信號(hào)詳細(xì)定義、指示燈說(shuō)明、外接線定義等。

計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)在軟件開發(fā)中主要應(yīng)用于單板軟件編程與編譯器調(diào)試、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述。詳細(xì)的軟件開發(fā)涵蓋主程序、中斷、子程序、出口參數(shù)、人口參數(shù)、函數(shù)調(diào)用、局部變量、流程圖等。在關(guān)于通信協(xié)議的描述中，需要對(duì)鏈路層通信協(xié)議、物理層通信協(xié)議、高層通信協(xié)議的定義文檔進(jìn)行梳理；單板軟件則需要根據(jù)計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)規(guī)范對(duì)關(guān)鍵軟件進(jìn)行規(guī)范。若規(guī)范完成情況表、主要元器件訂貨清單均通過(guò)評(píng)定審議，則進(jìn)行下一步，反之則繼續(xù)分析硬件需求，重新開始整個(gè)項(xiàng)目。

硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)通過(guò)評(píng)審后，根據(jù)計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)關(guān)于中心庫(kù)的設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)人員可以進(jìn)行元器件建庫(kù)，包括電源單元、時(shí)鐘單元、FPGA等。同時(shí)，結(jié)合任務(wù)需求，進(jìn)行關(guān)鍵信號(hào)仿真，確定關(guān)鍵信號(hào)已增加匹配電阻（或電容），進(jìn)而綜合考慮電源完整性、電磁兼容性、信號(hào)完整性、可制造性等結(jié)構(gòu)要求，結(jié)合阻抗、抗干擾、時(shí)延等關(guān)鍵指標(biāo)，進(jìn)行PCB（印制電路板）布線。布線后，根據(jù)硬件總體設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行印制板調(diào)試，并記錄調(diào)試過(guò)程。根據(jù)調(diào)試過(guò)程中各測(cè)試參考點(diǎn)實(shí)測(cè)原始記錄、各功能模塊輸入輸出信號(hào)參數(shù)、板內(nèi)高速信號(hào)線測(cè)試原始記錄，確定硬件設(shè)計(jì)效果。具體表現(xiàn)為：電源與時(shí)鐘源正常，可編程器件正常，輸入輸出指標(biāo)正常，CPU（中央處理器）自啟動(dòng)正常。有條件的情況下，可以將每一位單板典型應(yīng)用電路、特色芯片技術(shù)介紹、特色芯片使用說(shuō)明、源程序等納入信息庫(kù)內(nèi)，為計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)資料共享提供依據(jù)。

3.2軟件開發(fā)

軟件開發(fā)是根據(jù)用戶要求建造系統(tǒng)中軟件部分（或軟件系統(tǒng)）的過(guò)程，涵蓋需求獲取、需求分析、開發(fā)規(guī)劃、編程實(shí)現(xiàn)、測(cè)試與版本控制等環(huán)節(jié)。軟件開發(fā)本質(zhì)上是借助軟件開發(fā)工具進(jìn)行研究、復(fù)用、維護(hù)、修改、重復(fù)設(shè)計(jì)的過(guò)程。系統(tǒng)軟件以操作系統(tǒng)為重點(diǎn)，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的重要組成部分，可以管控計(jì)算機(jī)若干部件正常、協(xié)調(diào)運(yùn)行，決定了計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行與否；應(yīng)用軟件系統(tǒng)則以某項(xiàng)特定任務(wù)為重點(diǎn)，以程序的形式展現(xiàn)。在計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)應(yīng)用于軟件開發(fā)的初期，技術(shù)人員應(yīng)分析開發(fā)需求，如降低辦公文字排版難度、解決聲光報(bào)警問(wèn)題等。明確需求后，技術(shù)人員可以進(jìn)行需求分析，設(shè)計(jì)開發(fā)程序流程圖以及各模塊功能，適當(dāng)簡(jiǎn)化邏輯。進(jìn)而從多個(gè)視角著手，檢驗(yàn)程序流程圖的合理性、科學(xué)性。確認(rèn)無(wú)誤后，選擇適宜的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。比如，利用Java語(yǔ)言編程LED燈遠(yuǎn)程控制程序，具體如下。

cd code/java進(jìn)入程序目錄

Java classpath.： classes：/opt/p14i/lib/d.test.java

編譯Sudo java classpath. ：classes：/opt/pi4j/test

While（TRUE）

設(shè)置高電平

System.out.pritln

打開繼電器

Thread.sleep（1000）；

睡眠Is

Pin.low（）；

設(shè)置低電平

Import com.pi4j.io.gpio.GpioController;

繼電器狀態(tài)切換

System.out.println

關(guān)閉繼電器

在設(shè)置控制程序后，技術(shù)人員可以根據(jù)程序要求進(jìn)行測(cè)試，確保軟件系統(tǒng)或系統(tǒng)軟件與設(shè)計(jì)需求相符。

需要注意的是，在計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)應(yīng)用于軟件開發(fā)時(shí)，應(yīng)貫徹簡(jiǎn)化性原則，避免計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件過(guò)于復(fù)雜給使用者造成不便。同時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)遵循規(guī)范性與維護(hù)性的原則，以及計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)的應(yīng)用規(guī)律，結(jié)合使用者的認(rèn)知、行為習(xí)慣，進(jìn)行軟件程序的持續(xù)完善，并多領(lǐng)域、全方位考慮后期維護(hù)問(wèn)題，預(yù)先設(shè)計(jì)軟件問(wèn)題的應(yīng)對(duì)方案，為后續(xù)計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的運(yùn)行和維護(hù)提供指導(dǎo)。

4計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)的發(fā)展探析

4.1快速化

在硬件開發(fā)板朝著零開發(fā)環(huán)境、零門檻、低代碼發(fā)展的過(guò)程中，計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)也呈現(xiàn)出快速化的應(yīng)用趨勢(shì)。特別是具備傻瓜式硬件上云、連接小程序／軟件的開發(fā)板的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)人員可以在10min以內(nèi)完成硬件開發(fā)。比如，為實(shí)現(xiàn)Wi-Fi接人機(jī)智云，用戶經(jīng)APP遠(yuǎn)程控制設(shè)備LED燈的開啟或關(guān)閉，由此可在ShineBlink硬件開發(fā)板上遠(yuǎn)程控制繼電器、電機(jī)、電磁閥、聲光報(bào)警等，快速完成物聯(lián)網(wǎng)智能硬件的開發(fā)。

4.2智能化

智能化是計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)發(fā)展的主要方向之一，表現(xiàn)為綜合智能控制。一般是將計(jì)算機(jī)控制程序系統(tǒng)以集成電路板的形式投入到運(yùn)行階段，協(xié)調(diào)管理計(jì)劃與實(shí)際工況，在若干系統(tǒng)相互配合下，快速解決綜合智能控制問(wèn)題，有效發(fā)揮各項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，助推現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)電子工程功能實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，在系統(tǒng)運(yùn)行期間，從局部著手，自發(fā)遍歷模塊中部分內(nèi)容，自行發(fā)現(xiàn)并處理問(wèn)題，調(diào)整基礎(chǔ)框架，并將不達(dá)標(biāo)數(shù)據(jù)信息反饋到模擬邏輯控制技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)，進(jìn)而達(dá)到良好的模擬邏輯控制效果。

5結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)是廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代社會(huì)的技術(shù)，主要在硬件開發(fā)、軟件開發(fā)中應(yīng)用。技術(shù)人員應(yīng)遵循硬件開發(fā)、軟件開發(fā)的原則及規(guī)律進(jìn)行計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)的應(yīng)用，從而確保其應(yīng)用效果。未來(lái)，計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)將朝著快速化、智能化方向發(fā)展，技術(shù)人員應(yīng)主動(dòng)應(yīng)用智能硬件開發(fā)板或軟件開發(fā)語(yǔ)言，適應(yīng)計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，使計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)充分發(fā)揮應(yīng)有的作用。

作者簡(jiǎn)介：

馬文莉（1991—），本科，助理工程師，研究方向：農(nóng)村經(jīng)濟(jì)管理、財(cái)務(wù)管理、農(nóng)村工程管理。