集成电路芯片封装技术浅谈 自从美国Intel公司1971年设计制造出4位微处a理器芯片以来，在20多年时间内，CPU从Intel4004、80286、80386、80486发展到Pentium和PentiumⅡ，数位从4位、8位、16位、32位发展到64位;主频从几兆到今天的400MHz以上，接近GHz;CPU芯片里集成的晶体管数由2000个跃升到500万个以上;半导体制造技术的规模由SSI、MSI、LSI、VLSI达到 ULSI。封装的输入/输出（I/O）引脚从几十根，逐渐增加到几百根，下世纪初可能达2千根。这一切真是一个翻天覆地的变化。 对于CPU，读者已经很熟悉了，286、386、486、Pentium、Pentium Ⅱ、Celeron、K6、K6-2 ……相信您可以如数家珍似地列出一长串。但谈到CPU和其他大规模集成电路的封装，知道的人未必很多。所谓封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁--芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装对CPU和其他LSI集成电路都起着重要的作用。新一代CPU的出现常常伴随着新的封装形式的使用。 芯片的封装技术已经历了好几代的变迁，从DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近于1，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便等等。 下面将对具体的封装形式作详细说明。 一、DIP封装 70年代流行的是双列直插封装，简称DIP(Dual In-line Package)。DIP封装结构具有以下特点: 适合PCB的穿孔安装; 比TO型封装(图1)易于对PCB布线; 操作方便。 DIP封装结构形式有:多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DIP(含玻璃陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃封装式)，如图2所示。 衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。以采用40根I/O引脚塑料包封双列直插式封装(PDIP)的CPU为例，其芯片面积/封装面积=3×3/24×50=1：86,离1相差很远。不难看出，这种封装尺寸远比芯片大，说明封装效率很低，占去了很多有效安装面积。 Intel公司这期间的CPU如8086、80286都采用PDIP封装。 二、芯片载体封装 80年代出现了芯片载体封装，其中有陶瓷无引线芯片载体LCCC(Leadless Ceramic Chip Carrier)、塑料有引线芯片载体PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)、小尺寸封装SOP(Small Outline Package)、塑料四边引出扁平封装PQFP(Plastic Quad Flat Package)，封装结构形式如图3、图4和图5所示。 以5mm焊区中心距，208根I/O引脚的QFP封装的CPU为例，外形尺寸28×28mm，芯片尺寸10×10mm，则芯片面积/封装面积=10×10/28×28=1：8，由此可见QFP比DIP的封装尺寸大大减小。QFP的特点是: 适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线; 封装外形尺寸小，寄生参数减小，适合高频应用; 操作方便; 可靠性高。 在这期间，Intel公司的CPU，如Intel 80386就采用塑料四边引出扁平封装PQFP。 三、BGA封装 90年代随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用，LSI、VLSI、ULSI相继出现，硅单芯片集成度不断提高，对集成电路封装要求更加严格，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大。为满足发展的需要，在原有封装品种基础上，又增添了新的品种--球栅阵列封装，简称BGA(Ball Grid Array Package)。如图6所示。 BGA一出现便成为CPU、南北桥等VLSI芯片的高密度、高性能、多功能及高I/O引脚封装的最佳选择。其特点有: I/O引脚数虽然增多，但引脚间距远大于QFP，从而提高了组装成品率; 虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，简称C4焊接，从而可以改善它的电热性能: 厚度比QFP减少1/2以上，重量减轻3/4以上; 寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高; 组装可用共面焊接，可靠性高; BGA封装仍与QFP、PGA一样，占用基板面积过大; Intel公司对这种集成度很高(单芯片里达300万只以上晶体管)，功耗很大的CPU芯片，如Pentium、Pentium Pro、Pentium Ⅱ采用陶瓷针栅阵列封装CPGA和陶瓷球栅阵列封装CBGA，并在外壳上安装微型排风扇散热，从而达到电路的稳定可靠工作。 四、面向未来的新的封装技术 BGA封装比QFP先进，更比PGA好，但它的芯片面积/封装面积的比值仍很低。 Tessera公司在BGA基础上做了改进，研制出另一种称为μBGA的封装技术，按5mm焊区中心距，芯片面积/封装面积的比为1:4，比BGA前进了一大步。 1994年9月日本三菱电气研究出一种芯片面积/封装面积=1:1的封装结构，其封装外形尺寸只比裸芯片大一点点。也就是说，单个IC芯片有多大，封装尺寸就有多大，从而诞生了一种新的封装形式，命名为芯片尺寸封装，简称CSP(Chip Size Package或Chip Scale Package)。CSP封装具有以下特点: 满足了LSI芯片引出脚不断增加的需要; 解决了IC裸芯片不能进行交流参数测试和老化筛选的问题; 封装面积缩小到BGA的1/4至1/10，延迟时间缩小到极短。 曾有人想，当单芯片一时还达不到多种芯片的集成度时，能否将高集成度、高性能、高可靠的CSP芯片(用LSI或IC)和专用集成电路芯片(ASIC)在高密度多层互联基板上用表面安装技术(SMT)组装成为多种多样电子组件、子系统或系统。由这种想法产生出多芯片组件MCM(Multi Chip Model)。它将对现代化的计算机、自动化、通讯业等领域产生重大影响。MCM的特点有: 封装延迟时间缩小，易于实现组件高速化; 缩小整机/组件封装尺寸和重量，一般体积减小1/4，重量减轻1/3; 可靠性大大提高。 随着LSI设计技术和工艺的进步及深亚微米技术和微细化缩小芯片尺寸等技术的使用，人们产生了将多个LSI芯片组装在一个精密多层布线的外壳内形成MCM产品的想法。进一步又产生另一种想法:把多种芯片的电路集成在一个大圆片上，从而又导致了封装由单个小芯片级转向硅圆片级(wafer level)封装的变革，由此引出系统级芯片SOC(System On Chip)和电脑级芯片PCOC(PC On Chip)。 随着CPU和其他ULSI电路的进步，集成电路的封装形式也将有相应的发展，而封装形式的进步又将反过来促成芯片技术向前发展。
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动态联盟和电子商务——中国企业的敏捷化之路探索(Ⅱ)1 动态联盟和电子商务的基本概念随着人类社会进入21世纪，传统的产品生产模式和市场销售形式都发生了巨大的变化。随着人民生活水平的不断提高，人们对产品的需求和评价标准将从质量、功能的角度转为最大客户满意、资源保护、污染控制等方面。产品市场总的发展趋势将从当今的标准化和批量化到未来的多元化和个人化。这对制造技术提出了成本与类型、数量无关的要求。在大批量生产方式中，决定产品成本和利润的主要因素是制造过程中的各种消耗，因此降低成本就成了提高利润的主要手段。在产品发展多元化、个体化的今天，相对应的产品利润和成本结构也发生了根本的变化。新的观点认为，在未来的新生产模式下，决定产品成本、产品利润和竞争能力的主要因素是开发、生产该产品所需知识的价值而不是材料、设备或劳动力，因此，要提高利润，保持竞争优势，必须在知识的创新和利用上保持领先的优势，必须掌握尽可能多的知识和人才，必须能够及时跟上市场和环境的变换，必须有更高的敏捷性。这种快速、无序的环境变化对企业的组织结构和产品的生产模式提出了新的要求。一方面，快速决策和应变能力要求企业的规模要小，结构要简单；另一方面，大量新技术和新产品带来的转瞬即逝的市场机遇和高投入、高产出的高风险挑战，要求企业要有足够的人才、技术和资金，有较高抵抗风险的能力。目前广泛接受的解决这一矛盾的途径是通过建立全球范围内“基于双赢原则的动态联盟”〔1～3〕。动态联盟的特点在于它强调的“动态”特性和“联盟”模式：“动态”反应了市场和竞争环境的特点；“联盟”代表了一种通过紧密合作去响应变化的新型生产组织模式，它的含义要远远超出过去企业间的联合和协作的概念。以计划为主的生产方式和以计划为主的合作方式已明显不能满足竞争的需求。动态联盟的概念要求各个结盟企业能用一种更加主动、更加默契的方式进行合作。以供应链为例，动态联盟概念要求主生产厂家与它的供应商和销售商结成一个直接面向市场和用户的联盟企业，它们应能像一个企业内部的不同部门一样主动、默契地协调工作。各个销售公司的市场信息（包括竞争对手的信息）将动态、及时地反馈给主生产厂家和其它配套厂家，主生产厂家根据这些信息，在相应的动态决策信息系统的支持下，快速作出新的生产部署和市场策略。这些部署通过电子化的手段（如电子订单）可以迅速地发到各个结盟企业。另一方面，电子化协作的工作模式也使得配套企业（供应商）得以由简单地按订单生产的被动模式改变为直接按市场信息来安排生产的主动模式。它可以根据市场反馈，及时、准确地把握它的上游厂家产品的市场情况，从而预测它们的生产情况，再根据这些信息作出自己的生产和计划安排。因此，如何通过当前的电子化技术来促进动态联盟概念的实施，来提高从结盟组织到优化运行全过程的敏捷性成了一个企业能否快速适应变化并将这种应变能力转变成竞争优势的关键。90年代末出现并迅速升温的电子商务（electronic business）就是和企业的这种需要相一致的。电子商务是为了企业间的商务协作需要而诞生的一项新技术。它要求合作企业（结盟企业）遵循通用的商务规则和通讯规范,系统化地运用各种电子工具,高效、安全、低成本地从事各种业务活动（包括商务活动）的总称。电子商务的特征可以概括如下：①有一定的政策法规和商务规则作为企业间进行电子商务必须遵守的共同法则；②有一定的通讯规范来确保电子商务中信息交换要求的互联、互识和互信原则；③系统化地运用从EDI、FTP、E-mail、Barcode到图像处理和智能卡等各种电子工具；④覆盖以商品交换为中心的各种活动（结盟签约、合同处理、财务结算、跟踪控制等）。电子商务是新型生产力的代表,而中小企业已成为全球经济的中坚力量。相对于大型企业集团来说,中小型企业在人力、财力和技术方面的储备较弱，电子商务可以帮助它们通过联合、互补来提升自己的竞争能力，给它们带来新的机遇。由于信息技术在企业的竞争中发挥着越来越重要的作用,借助电子商务,中小企业可以更及时、广泛地参加各种动态联盟，获得更多的市场机遇，可以通过信息技术的综合运用来弥补其它方面的不足，充分利用自己的核心竞争能力，实现与大企业的平等竞争。通过电子商务，各结盟公司之间的联系将更加紧密，主生产厂商可以通过销售商提供的市场反馈动态调整它的生产计划和市场战略，它将外包更多的非核心业务，为供应商提供更多的设计和工程服务。销售商可以更快、更直接地了解它的订单的处理和执行情况。供应商可以根据不同厂商提供的订货要求，更主动地调整它们的工作。电子商务使企业可以有更多的机会选择最佳的合作伙伴，促进了动态联盟的优化运行。随着大量使用信息技术和系统集成技术,公司内的工作模式也将得到改进，将更多地使用自动化制造技术,为集成外部数据和内部操作提供更多的机会。2 电子化大门——迈向国际市场的关键敏捷供应链的应用主要是解决企业间的信息集成、共享和交换问题。它的应用类似于给企业安装了一扇电子化大门。通过这个大门，企业可以用现代电子化手段方便地和它的销售商、供应商和其它合作伙伴交流信息、共享资源和协同工作。事实上，如果企业非常满意目前的运行模式和生产组织，无需做任何实质性的变化，仅这一扇电子化大门就可以将企业带入信息化的时代。有了这扇电子化大门，可以开展下列原本无法进行的工作：①可以通过专业化的商务协作网，向社会及时介绍企业的产品信息和合作需求，大幅度提高企业参与国际合作、平等竞争的能力和机会。②可以通过专业网站的虚拟仓库，向社会和合作伙伴提供生产和库存信息，可以通过这个专业网站的服务，主动了解合作伙伴的生产计划和库存情况，以便更快、更好地安排计划和组织生产。③可以方便、快捷地了解市场的反馈和变化，可以直接用电子化的方式或通过提供增值服务的专业化网站向供应商发出电子订单、协商订单条件、接受订单确认以及资金划拨、报表收发等一系列商务活动。它使企业能动态跟踪市场的变化和订单的执行情况，及时作出必要的调整和决策。④可以通过提供增值服务的专业化网站来客观地了解其它企业在资金能力、技术创新、人才储备和产品开发方面的有关信息，了解它们在及时供货、产品质量、付款信誉和客户服务方面的信誉，以便更科学、合理地选择战略伙伴和动态盟友。因此，敏捷供应链这所电子化大门是企业开展电子商务、进入国际循环的关键，而敏捷供应链提供的一系列技术将是构造这扇电子化大门的重要基础。3 支持动态联盟优化运行的关键技术——敏捷供应链建设电子化大门的目的是为了更方便地与外界进行信息交换和集成共享。和传统的企业信息管理系统相比，这里的最大困难是分布和异构的挑战。在新的国际竞争态势下，越来越多的产品将通过国际合作来完成。适应分布在世界各地的不同企业使用的不同计算机软硬件平台和应用工具是对这一电子化大门的基本要求，这也是敏捷供应链区别于一般供应链软件系统的关键环节。敏捷供应链区别于一般供应链系统的特点在于，敏捷供应链可以通过快速封装和代理协同的手段，根据动态联盟的形成和解体（企业重组）进行快速的重构和调整。供应链敏捷化的实现是一个复杂的系统工程，它牵涉很多思想和技术的应用，其中的异构信息集成和系统快速重构是2个关键。基于多代理的分布协同是解决这2个问题的有效途径。代理（agent）技术来源于人工智能。虽然代理的概念在60年代就已提出来，但它的真正繁荣是在90年代，现正向计算机应用的各个领域渗透。根据本项目的需求，我们采用“代理”来表示具有下列特征的软件系统：(1)自治性 这是代理区别于一般软件系统的最主要特征，代理能够在没有人或其它外界因素的干预下运行。(2)智能化 代理的智能性表现在它可以感知环境并及时地作出反应，通过触发规则来执行定义好的计划。(3)主动性 代理可以根据目标和意图进行推理，主动地采取行动达到目标。(4)协作性 对于单个代理无法完成的任务，可以在上层代理的协调下，通过多代理的协调与合作来共同完成。(5)适应性 代理有一定的自我调节功能，可以适应环境的变化。因此，我们提出了通过多代理协同技术来提高供应链敏捷性的方案不同厂家的异构ERP通过标准功能定义，被封装成一个个CORBA对象，这些CORBA对象的集合构成了不同的代理。代理可以有层次，高层次代理（协同代理）可以控制、调度低层次代理的活动以完成更复杂的任务。多代理的协调通过规则库和事实库由推理机完成〔4，5〕。按多代理协同工作方式设计的供应链系统的体系结构见这是一个基于Internet和分布对象技术集成化的分布系统应用软件框杰。此软件框架可分为两部分：第一部分位于上部。它包括供应链的建模、仿真、执行和优化。由于供应链活动可以用工作流模型来描述，我们采用了标准的过程描述语言（process specification language，PSL）〔6〕及其相关理论，包括其描述语言KIF(knowledge interchange format， 知识交换格式)、 PSL模型论和PSL证明论，来描述敏捷供应链的工作流过程。(2)第二部分位于图2的下部，是工作流活动的执行部分和系统的支撑部分。这一部分是基于分布对象技术和代理技术，在Internet环境下实现，主要为工作流提供功能调用服务和提供执行者接入工作流系统的服务。这一部分又可分为两部分：①右边部分从底往上，通过基于CORBA/COM的系统封装，可以把已有Legacy系统的有关功能封装成可直接调用的CORBA/DCOM对象。它们可通过相应的通讯平台进行通讯和相互调用。而在此上面是根据敏捷供应链应用需求建立的能独立完成供应链的某个（些）应用的智能代理，它们通过调用或发送消息，请求下层的CORBA/DCOM对象和远程服务器来完成相应的任务。这些代理之间也可通过通讯平台以某种机制实现通讯。代理通过适配层可以有一个统一的对外界面，这种适配可以是具体代理实现的一组WAPI(workflow API)或KQML消息适配。敏捷供应链执行服务器则根据建模和优化软件产生的工作流定义来调用、调度各代理来完成相应的活动。而另外一些活动不能由代理独自完成，则通过图中的左边部分的软件实现。②左边部分可再分成两个部分：一部分描述了供应链上的不同人员/代理参加活动的方法和过程。从上往下看，供应链执行服务器通过邮件服务器把任务以安全邮件的方式在Internet上发出，接受方（代理）对收到的邮件进行处理，分发到相应的文档管理系统或信息处理系统，完成后再通过安全邮件返回结果。执行者也可以通过浏览器访问工作流的工作列表获取分配给自己的任务，通过使用服务端提供的Java applet（浏览器内运行）完成相应的操作，直接把结果通过RMI或CORBA（如CORBAWEB）返回相应的服务器。所有这些过程都必须在安全的框架内实现，包括Internet/Intranet的安全防火墙技术、访问控制、认证技术、签名和加密、SSL、安全邮件技术等。在供应链运作的各个环节都必须保证数据的保密性、完整性、不可抵赖性，因此，必须建立一个安全的支撑体系。4 开展B2B电子商务的参考规范尽管目前国际上并没有关于E-Business和E-Commerce的明确定义，国内一般统称为电子商务。我们倾向于将E-Business定义为B2B(business to business)应用而将E-Commerce限制为B2C(business to customer)应用。虽然这两者的基本框架的内核都非常相似，但因为涉及的对象不同，业务活动的内容和形式都有许多区别。1999年12月14日，美国公布了世界上第一个Internet商务标准（the standard for internet commerce,V0—1999）。这一标准主要是面向B2C应用的。它是由Ziff-Davis杂志牵头，组织了301位世界著名的Internet和IT业巨头、相关记者、民间团体、学者等经过半年时间，对7项47款标准进行了两轮投票后才最终确定下来的。虽然它的制定完全是按照美国标准，也还只是0版，但它已经在相当程度上规范了利用Internet从事零售业的网上商店需要遵从的规范，对我国正在起步的电子商务事业有相当的参考价值。我们在这个标准的基础上，提出了一个开展企业间B2B应用的参考规范(见附录)。4 金城集团敏捷供应链的实施金城集团是中国最大的摩托车制造企业之一。摩托车生产过程是一个典型的社会化协作过程。除了车架、发动机等少数关键零部件在金城集团生产外，90%以上的零部件依靠全国各地的配套企业提供。金城集团采购中心每半年与零配件供应商签订一次订货合同。采购订单通过寄信、传真等方式传递，平均周期为7天左右。1995年5月，金城集团成立了金城集团摩托车销售有限公司，建立了遍布全国的销售三级网络。以销售公司为中心建立了销售公司与批发商、零售商、最终用户之间的树型销售链。在对金城集团的现状和目标进行了分析之后，确定了金城集团敏捷供应链的建设目标：①建立一个支持软件重用和系统重构的敏捷供应链体系结构；②建立一个支持联盟集团优化运行的工作流模型，并研究该模型的仿真和优化；③研究、实现软件代理在异构环境下的协同工作；④基于CORBA/DCOM技术，实现供应链系统的敏捷化配置和企业ERP的模板化封装；⑤建立一个基于WEB技术的商务协作中心。金城集团现行的企业信息集成是通过ManManX来完成的。在企业的组织和运行模式转向敏捷企业和动态联盟时，现有的ManManX系统就表现出许多不足。首先，由于它是一个静态的闭环系统，很难和其它应用系统实现紧密的动态集成。其次，在动态联盟的成员企业中，虽然有许多数据和信息是要共享的，但还有更多的信息是企业不希望与他人共享的，这就涉及一个企业信息系统的封装和重构问题。快速重构能力是ManManX系统做不到的。敏捷供应链系统重在支持企业间的资源共享和信息集成。它可以支持不同企业在以动态联盟方式工作的过程中对各个企业的资源进行统一的管理和调度，以企业间的资源关系和优化利用为目标，是支持动态联盟的关键技术和主要工具。根据以上面分析，我们为金城集团设计了一个摩托车生产、销售的敏捷供应链系统。金城供应链的工作模式见图3。图3 金城集团敏捷供应链的工作模式图3中，虚线框内的部分是金城集团的Intranet系统，包括提供Web服务、安全邮件服务以及企业的业务处理系统（工作流系统）。工作流系统负责处理供应链业务，主要是一系列处理订单的活动。任务被动态地分配给代理和执行者去完成。企业员工可以通过邮件服务器接收任务或通过浏览器直接访问工作流系统的任务列表，用相应的软件包括运行在浏览器内的applet来完成相应的任务。WEB和邮件服务器负责向供应商、销售商和内部用户提供基于Internet的服务。对于通过WEB的请求，利用ASP处理程序访问IONA公司的COMet构件可以把请求信息转为一个CORBA调用去激活工作流系统。分销商和供应商通过浏览器访问金城集团的供应链系统，也通过安全邮件系统和金城集团进行信息交换。对于供应商，也可以有类似于金城集团的工作流系统，用于对它的订购零配件订单进行处理并和自己的ERP/MRP系统集成，当然还要处理不属于此供应链系统的订购客户的信息。目前我们已初步完成了一个系统的原型，下面的工作目标是按照建立商务协作中心的参考规范(见附件)，进一步完善金城集团的敏捷供应链系统并与它的核心供应商和遍布全国的销售商进行应用验证。(编辑 周佑启)基金项目：国家自然科学基金资助项目（59789502）；国家863高技术研究发展计划关键技术攻关项目（863-511-030-006）作者简介：张申生，男，1951年生。上海交通大学(上海市 200030)电子信息学院副院长、教授。主要研究方向包括敏捷化工程、并行工程、软件可重构技术和分布异构环境下的计算机集成技术。先后主持过多项国家重点项目，为国家863计划CIMS主题专家组成员。
集成电路芯片封装技术浅谈 自从美国Intel公司1971年设计制造出4位微处a理器芯片以来，在20多年时间内，CPU从Intel4004、80286、80386、80486发展到Pentium和PentiumⅡ，数位从4位、8位、16位、32位发展到64位;主频从几兆到今天的400MHz以上，接近GHz;CPU芯片里集成的晶体管数由2000个跃升到500万个以上;半导体制造技术的规模由SSI、MSI、LSI、VLSI达到 ULSI。封装的输入/输出（I/O）引脚从几十根，逐渐增加到几百根，下世纪初可能达2千根。这一切真是一个翻天覆地的变化。 对于CPU，读者已经很熟悉了，286、386、486、Pentium、Pentium Ⅱ、Celeron、K6、K6-2 ……相信您可以如数家珍似地列出一长串。但谈到CPU和其他大规模集成电路的封装，知道的人未必很多。所谓封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁--芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装对CPU和其他LSI集成电路都起着重要的作用。新一代CPU的出现常常伴随着新的封装形式的使用。 芯片的封装技术已经历了好几代的变迁，从DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近于1，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便等等。 下面将对具体的封装形式作详细说明。 一、DIP封装 70年代流行的是双列直插封装，简称DIP(Dual In-line Package)。DIP封装结构具有以下特点: 适合PCB的穿孔安装; 比TO型封装(图1)易于对PCB布线; 操作方便。 DIP封装结构形式有:多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DIP(含玻璃陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃封装式)，如图2所示。 衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。以采用40根I/O引脚塑料包封双列直插式封装(PDIP)的CPU为例，其芯片面积/封装面积=3×3/24×50=1：86,离1相差很远。不难看出，这种封装尺寸远比芯片大，说明封装效率很低，占去了很多有效安装面积。 Intel公司这期间的CPU如8086、80286都采用PDIP封装。 二、芯片载体封装 80年代出现了芯片载体封装，其中有陶瓷无引线芯片载体LCCC(Leadless Ceramic Chip Carrier)、塑料有引线芯片载体PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)、小尺寸封装SOP(Small Outline Package)、塑料四边引出扁平封装PQFP(Plastic Quad Flat Package)，封装结构形式如图3、图4和图5所示。 以5mm焊区中心距，208根I/O引脚的QFP封装的CPU为例，外形尺寸28×28mm，芯片尺寸10×10mm，则芯片面积/封装面积=10×10/28×28=1：8，由此可见QFP比DIP的封装尺寸大大减小。QFP的特点是: 适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线; 封装外形尺寸小，寄生参数减小，适合高频应用; 操作方便; 可靠性高。 在这期间，Intel公司的CPU，如Intel 80386就采用塑料四边引出扁平封装PQFP。 三、BGA封装 90年代随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用，LSI、VLSI、ULSI相继出现，硅单芯片集成度不断提高，对集成电路封装要求更加严格，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大。为满足发展的需要，在原有封装品种基础上，又增添了新的品种--球栅阵列封装，简称BGA(Ball Grid Array Package)。如图6所示。 BGA一出现便成为CPU、南北桥等VLSI芯片的高密度、高性能、多功能及高I/O引脚封装的最佳选择。其特点有: I/O引脚数虽然增多，但引脚间距远大于QFP，从而提高了组装成品率; 虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，简称C4焊接，从而可以改善它的电热性能: 厚度比QFP减少1/2以上，重量减轻3/4以上; 寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高; 组装可用共面焊接，可靠性高; BGA封装仍与QFP、PGA一样，占用基板面积过大; Intel公司对这种集成度很高(单芯片里达300万只以上晶体管)，功耗很大的CPU芯片，如Pentium、Pentium Pro、Pentium Ⅱ采用陶瓷针栅阵列封装CPGA和陶瓷球栅阵列封装CBGA，并在外壳上安装微型排风扇散热，从而达到电路的稳定可靠工作。 四、面向未来的新的封装技术 BGA封装比QFP先进，更比PGA好，但它的芯片面积/封装面积的比值仍很低。 Tessera公司在BGA基础上做了改进，研制出另一种称为μBGA的封装技术，按5mm焊区中心距，芯片面积/封装面积的比为1:4，比BGA前进了一大步。 1994年9月日本三菱电气研究出一种芯片面积/封装面积=1:1的封装结构，其封装外形尺寸只比裸芯片大一点点。也就是说，单个IC芯片有多大，封装尺寸就有多大，从而诞生了一种新的封装形式，命名为芯片尺寸封装，简称CSP(Chip Size Package或Chip Scale Package)。CSP封装具有以下特点: 满足了LSI芯片引出脚不断增加的需要; 解决了IC裸芯片不能进行交流参数测试和老化筛选的问题; 封装面积缩小到BGA的1/4至1/10，延迟时间缩小到极短。 曾有人想，当单芯片一时还达不到多种芯片的集成度时，能否将高集成度、高性能、高可靠的CSP芯片(用LSI或IC)和专用集成电路芯片(ASIC)在高密度多层互联基板上用表面安装技术(SMT)组装成为多种多样电子组件、子系统或系统。由这种想法产生出多芯片组件MCM(Multi Chip Model)。它将对现代化的计算机、自动化、通讯业等领域产生重大影响。MCM的特点有: 封装延迟时间缩小，易于实现组件高速化; 缩小整机/组件封装尺寸和重量，一般体积减小1/4，重量减轻1/3; 可靠性大大提高。 随着LSI设计技术和工艺的进步及深亚微米技术和微细化缩小芯片尺寸等技术的使用，人们产生了将多个LSI芯片组装在一个精密多层布线的外壳内形成MCM产品的想法。进一步又产生另一种想法:把多种芯片的电路集成在一个大圆片上，从而又导致了封装由单个小芯片级转向硅圆片级(wafer level)封装的变革，由此引出系统级芯片SOC(System On Chip)和电脑级芯片PCOC(PC On Chip)。 随着CPU和其他ULSI电路的进步，集成电路的封装形式也将有相应的发展，而封装形式的进步又将反过来促成芯片技术向前发展。
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集成电路芯片封装技术浅谈 自从美国Intel公司1971年设计制造出4位微处a理器芯片以来，在20多年时间内，CPU从Intel4004、80286、80386、80486发展到Pentium和PentiumⅡ，数位从4位、8位、16位、32位发展到64位;主频从几兆到今天的400MHz以上，接近GHz;CPU芯片里集成的晶体管数由2000个跃升到500万个以上;半导体制造技术的规模由SSI、MSI、LSI、VLSI达到 ULSI。封装的输入/输出（I/O）引脚从几十根，逐渐增加到几百根，下世纪初可能达2千根。这一切真是一个翻天覆地的变化。 对于CPU，读者已经很熟悉了，286、386、486、Pentium、Pentium Ⅱ、Celeron、K6、K6-2 ……相信您可以如数家珍似地列出一长串。但谈到CPU和其他大规模集成电路的封装，知道的人未必很多。所谓封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁--芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装对CPU和其他LSI集成电路都起着重要的作用。新一代CPU的出现常常伴随着新的封装形式的使用。 芯片的封装技术已经历了好几代的变迁，从DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近于1，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便等等。 下面将对具体的封装形式作详细说明。 一、DIP封装 70年代流行的是双列直插封装，简称DIP(Dual In-line Package)。DIP封装结构具有以下特点: 适合PCB的穿孔安装; 比TO型封装(图1)易于对PCB布线; 操作方便。 DIP封装结构形式有:多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DIP(含玻璃陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃封装式)，如图2所示。 衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。以采用40根I/O引脚塑料包封双列直插式封装(PDIP)的CPU为例，其芯片面积/封装面积=3×3/24×50=1：86,离1相差很远。不难看出，这种封装尺寸远比芯片大，说明封装效率很低，占去了很多有效安装面积。 Intel公司这期间的CPU如8086、80286都采用PDIP封装。 二、芯片载体封装 80年代出现了芯片载体封装，其中有陶瓷无引线芯片载体LCCC(Leadless Ceramic Chip Carrier)、塑料有引线芯片载体PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)、小尺寸封装SOP(Small Outline Package)、塑料四边引出扁平封装PQFP(Plastic Quad Flat Package)，封装结构形式如图3、图4和图5所示。 以5mm焊区中心距，208根I/O引脚的QFP封装的CPU为例，外形尺寸28×28mm，芯片尺寸10×10mm，则芯片面积/封装面积=10×10/28×28=1：8，由此可见QFP比DIP的封装尺寸大大减小。QFP的特点是: 适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线; 封装外形尺寸小，寄生参数减小，适合高频应用; 操作方便; 可靠性高。 在这期间，Intel公司的CPU，如Intel 80386就采用塑料四边引出扁平封装PQFP。 三、BGA封装 90年代随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用，LSI、VLSI、ULSI相继出现，硅单芯片集成度不断提高，对集成电路封装要求更加严格，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大。为满足发展的需要，在原有封装品种基础上，又增添了新的品种--球栅阵列封装，简称BGA(Ball Grid Array Package)。如图6所示。 BGA一出现便成为CPU、南北桥等VLSI芯片的高密度、高性能、多功能及高I/O引脚封装的最佳选择。其特点有: I/O引脚数虽然增多，但引脚间距远大于QFP，从而提高了组装成品率; 虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，简称C4焊接，从而可以改善它的电热性能: 厚度比QFP减少1/2以上，重量减轻3/4以上; 寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高; 组装可用共面焊接，可靠性高; BGA封装仍与QFP、PGA一样，占用基板面积过大; Intel公司对这种集成度很高(单芯片里达300万只以上晶体管)，功耗很大的CPU芯片，如Pentium、Pentium Pro、Pentium Ⅱ采用陶瓷针栅阵列封装CPGA和陶瓷球栅阵列封装CBGA，并在外壳上安装微型排风扇散热，从而达到电路的稳定可靠工作。 四、面向未来的新的封装技术 BGA封装比QFP先进，更比PGA好，但它的芯片面积/封装面积的比值仍很低。 Tessera公司在BGA基础上做了改进，研制出另一种称为μBGA的封装技术，按5mm焊区中心距，芯片面积/封装面积的比为1:4，比BGA前进了一大步。 1994年9月日本三菱电气研究出一种芯片面积/封装面积=1:1的封装结构，其封装外形尺寸只比裸芯片大一点点。也就是说，单个IC芯片有多大，封装尺寸就有多大，从而诞生了一种新的封装形式，命名为芯片尺寸封装，简称CSP(Chip Size Package或Chip Scale Package)。CSP封装具有以下特点: 满足了LSI芯片引出脚不断增加的需要; 解决了IC裸芯片不能进行交流参数测试和老化筛选的问题; 封装面积缩小到BGA的1/4至1/10，延迟时间缩小到极短。 曾有人想，当单芯片一时还达不到多种芯片的集成度时，能否将高集成度、高性能、高可靠的CSP芯片(用LSI或IC)和专用集成电路芯片(ASIC)在高密度多层互联基板上用表面安装技术(SMT)组装成为多种多样电子组件、子系统或系统。由这种想法产生出多芯片组件MCM(Multi Chip Model)。它将对现代化的计算机、自动化、通讯业等领域产生重大影响。MCM的特点有: 封装延迟时间缩小，易于实现组件高速化; 缩小整机/组件封装尺寸和重量，一般体积减小1/4，重量减轻1/3; 可靠性大大提高。 随着LSI设计技术和工艺的进步及深亚微米技术和微细化缩小芯片尺寸等技术的使用，人们产生了将多个LSI芯片组装在一个精密多层布线的外壳内形成MCM产品的想法。进一步又产生另一种想法:把多种芯片的电路集成在一个大圆片上，从而又导致了封装由单个小芯片级转向硅圆片级(wafer level)封装的变革，由此引出系统级芯片SOC(System On Chip)和电脑级芯片PCOC(PC On Chip)。 随着CPU和其他ULSI电路的进步，集成电路的封装形式也将有相应的发展，而封装形式的进步又将反过来促成芯片技术向前发展。
老师没有给吗我这有
我 们， 这，给的，好的， 吧，
你把提问写清楚
说实话，为了几百分花这个精力，不值。。。同学，你还是自己写吧
太多了，给你点建议吧。第四题AC=A(B+B')CBC'=ABC'+A'BC'A'B=A'BC+A'BC'三个带进去 ，然后用公式等进行简化，也可以画卡若图进行简化。
提供一些电子信息工程专科毕业论文的题目，供参考。精密检波器的设计简易电子血压计的设计电子听诊器的设计简易数码相机的设计直流电机转动的单片机控制高频功率合成网络的研究多功能气体探测器车用无线遥控系统家用门窗报警器智能型全自动充电器医用病房多路呼叫系统多功能数字钟数字电压表的设计与仿真虹膜识别技术的认识及其在电子学科的发展探讨基于Orcad的电子线路特性分析及优化设计恒温热熔胶枪的设计步进电机的数字控制器设计虹膜图像的预处理（算法分析及探讨）四位密码电子锁的设计旋转LED屏的制作基于PC机的LCD实时显示控制系统设计（pc机部份）基于PC机的LCD实时显示控制系统设计（单片机部份）ICL7135的串行采集方式在单片机电压表中的应用用89C51和8254-2实现步进式PWM输出桌面行走智能小车双音频电话信息传输系统车库控制管理系统（基于PC机）车库控制系统车位识别（基于PC机）数控音频功率放大电路刚体转动实验平台的改进设计谐振频率测试仪高频宽带放大器的制作高频窄带放大器的设计宽带功率放大器的设计程控滤波器的设计高频电压测试棒的制作基于TMS320VC5402的DSP创新试验系统U-BOOT在ARM9（AT91RM9200）上的移植ARM9（AT91RM9200）启动过程的研究与启动代码的设计基于ARM9（AT91RM9200）的嵌入式Linux移植调试环境的研究与建立嵌入式Linux在ARM9（AT91RM9200）上的移植ARM9（AT91RM9200）简易JTAG仿真器设计基于单片机的电动机测速系统基于单片机的单元楼门铃及对讲系统基于单片机的自来水管的恒流控制基于单片机的电子脉搏测量仪基于单片机的自来水水塔控制系统洗衣机控制系统设计基于力敏传感器的压力检测湿敏传感器应用电路系统设计基于气敏传感器的大气环境测量系统设计基于光敏传感器的机器人控制电路设计基于温敏传感器的应用电路设计基于磁敏传感器的检测电路设计超声波传感器在倒车雷达系统中的应用温度传感器在现代汽车中的应用电子秤中的应变片传感器光电开关在自动检测的应用热释电传感器的应用浅谈各种接近开关基于单片机的自行车码表设计基于单片机的图形温度显示系统基于单片机的自动打铃器设计基于EDA技术的自动打铃器设计通用示波器字符（图案）显示电路设计基于EDA技术的时钟设计用matlab实现数字电子技术数据传输电路设计在matlab环境下实现同步计数器电路仿真锂电池充电器的设计与实现脉冲调宽(PWM)稳压电源作光源的设计与实现压电式传感器的应用矩形脉冲信号发生器的设计可编程交通控制系统设计多功能数字钟实用电子称多点温度检测系统可编程微波炉控制器系统设计智能型充电器显示的设计电子显示屏电源逆变器数字温度计简易数字电压表声光双控延迟照明灯可遥控电源开关无刷直流电机控制装置整流电路的设计PLC控制系统与智能化中央空调PLC在电梯变频调速中的应用PLC在输电线路自动重合闸的应用异步电机变频调速系统的设计电机故障诊断系统的设计数控稳压源4-20mA电流环设计单总线多点温度检测系统单片机控制的手机短信发送设备简易恒温浸焊槽设计单片机控制的手机短信发送设备基于MATLAB的IIR数字滤波器设计与仿真基于MATLAB的FIR数字滤波器设计与仿真平稳随机信号功率谱估计及在MATLAB中的实现智能红外遥控电风扇的设计单片机控制的消毒柜数字秒表的设计基于VGA显示的频谱分析仪设计基于FPGA红外收发器设计基于FPGA 的FSK调制器设计基于FPGA的多频电疗仪的设计基于FPGA幅度调制信号发生器设计基于FPGA全数字锁相环设计单片机之间的串口数据通信微机与单片机间的串口数据通信模型自适应系统控制器设计神经网络PID控制器设计带误差补偿环节的PID控制系统具有模糊系统控制的PID控制系统限电自动控制器单片机实现三位电子秒表开关稳压电源设计新型锂电池充电器自制温度检测报警器限流直流稳压电源设计微波测速计自由落体实验仪风力发电机转速控制风力发电电池组运行状态检测光伏电能的储存及合理应用控制装置车库门自动开闭小功率风力发电机研制利用车内电源（12V）给笔记本电脑供电电源（19V）基于PWM控制的七彩灯设计红外遥控电风扇基于串口通信的GPS定位系统数控电压源20mA电流环模块设计基于GSM的汽车防盗系统的设计
毕业设计（论文）报告 系 别： 电子与电气工程学院 专 业： 电子信息工程 班 号： 电子 0 8 5 学 生 姓 名： 傅浩 学 生 学 号： 080012212 计 论 ） 目 设 （ 文 题 ： 基于AT89C51 的数字温度计的设计 指 导 教 师： 傅浩 设 计 地 点： 起 迄 日 期： 4-3 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 毕业设计（论文）任务书 专业 电子信息工程 班级 电子 085 姓名 傅浩一、课题名称：基于 AT89C51 的数字温度计的设计二、主要技术指标： 1、测温范围-50℃-110℃ 2、精度误差小于 5℃ 3、LED 数码直读显示 4、可通过人机接口任意设定温度报警阀值三、工作内容和要求：（1）、要求数字温度计能对环境的温度进行实时监测。（2）、数字温度计要能够实时显示环境的温度信息，使用户及时了解到环境温度情况。（3）、数字温度计能够在程序跑飞的情况下自动重启，对环境温度进行正确的测量。 四、主要参考：李勋刘源单片机实用教程M北京航空航天大学出版社，李朝青单片机原理及接口技术（简明修订版）M杭州：北京航空航天大学出版社，李广弟单片机基础M北京：北京航空航天大学出版社，阎石数字电子技术基础（第三版）M北京：高等教育出版社，廖常初现场总线概述J电工技术，王津单片机原理与应用M重庆大学出版社，2000 学 生（签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 教研室主任（签名） 年 月 日 系 主 任（签名） 年 月 日 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目 基于 AT89C51 的数字温度计的设计一、选题的背景和意义： 随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研等各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，它给人带来的方便也是不可否定的。要为现代人生活提供更好、更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。 本文将要设计的数字温度计具有性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点，广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度的测量和控制中，为人们生活水平的提高做出了巨大的贡献。二、课题研究的主要内容： 1．本文是以单片机 AT89C51 为核心进行设计。 2．通过 DALLAS 公司的单总线数字温度传感器 DS18B20 来实现环境温度的采集和 A/D转换。 3．其输出温度采用数字显示，用 3 位共阳极 LED 数码管以串口传送数据，实现温度显示，能准确达到以上要求。 4．此温度计属于多功能温度计可以用来测量环境温度，还可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文三、主要研究（设计）方法论述： 通过查阅书籍了解数字温度计的基本概念等信息，结合以前所学的电子专业知识认真研究课题。 借助强大的网络功能，借鉴前人的研究成果更好的帮助自己更好地理解所需掌握的内容。 通过与老师与同学的讨论研究，及时地发现问题反复地检查修改最终完成。 四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期） 工 作 内 容04 ～ 查找资料，确定论文题目06 ～ 根据选题方向查资料，确定基本框架和设计方法08 ～ 完成开题报告11 ～ 完成初稿并交指导老师审阅01 ～ 根据指导老师意见修改论文26 ～ 根据模板将论文排版30 ～ 仔细阅读论文并作细节完善后上交03 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 目录摘要Abstract第 1 章 前言 1第 2 章 数字温度计总体设计方案 2 1 数字温度计设计方案 2 2 总体设计框图 2第 3 章 数字温度计的硬件设计 3 1 主控制器 AT89C51 3 1 AT89C51 的特点及特征 3 2 管脚功能说明 3 3 片内振荡器 5 4 芯片擦除 5 2 单片机的主板电路 6 3 温度采集部分的设计 6 1 温度传感器 DS18B20 6 2 DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路 10 4 显示部分设计 10 1 74LS164 引脚功能及特征 10 2 温度显示电路 11 5 报警系统电路 12第 4 章 数字温度计的软件设计 13 1 系统软件设计流程图 13 2 数字温度计部分程序清单 15第 5 章 结束语 20答谢辞参考文献 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 摘 要 随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子。 本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示。该设计控制器使用单片机 AT89C51，测温传感器使用 DS18B20，用 3 位共阳极 LED 数码管以串口传送数据，实现温度显示。本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。 此外本文还介绍了数字温度计的硬件设计和软件设计，硬件设计主要包括主控制器、单片机的主板电路、温度采集部分电路、显示电路以及报警系统电路。 软件设计包括系统软件的流程图和数字温度计的部分程序清单。关键词：AT89C51 单片机，数字控制，测温传感器，多功能温度计 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 Abstract As peoples living standard rising SCM is undoubtedly one of theobjectives pursued by the people the convenience it brings is equallynegative and one digital thermometer is a typical The design presented in the traditional thermometer digitalthermometer and compared with a reading convenience a wide range oftemperature measurement temperature measurement accuracy the output ofthe temperature digital The design of the controller usingmicrocontroller AT89C51 temperature sensor uses DS18B20 with threecommon anode LED digital tube to serial transmission of data to achievetemperature The thermometer is multi-functional thermometeryou can set the upper and lower alarm temperature range when thetemperature is not set you can Besides the paper also describes the digital thermometer in hardwaredesign and software design hardware design includes the main controllermicrocontroller circuit board the temperature acquisition part of thecircuit display circuit and the alarm system Software designincluding system software flow chart and the digital thermometer in thepart of the program Key words: AT89C51 microcontroller digital control temperature sensormulti-function thermometer 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文第1章 前言 随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。 现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现。 能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差，所以传统的温度计有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点。 本文是以单片机 AT89C51 为核心，通过 DALLAS 公司的单总线数字温度传感器 DS18B20 来实现环境温度的采集和 A/D 转换，用来测量环境温度，温度分辨率为 0625℃，并能数码显示。因此本文设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现等特点。 数字式温度计的设计将给人们的生活带来很大的方便， 为人们生活水平的提高做出了贡献。数字温度计在以后将应用于我们生产和生活的各个方面，数字式温度计的众多优点告诉我们：数字温度计将在我们的未来生活中应用于各个领域，它将会是传统温度计的理想的替代产品。 -1- 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文第2章 数字温度计总体设计方案1 数字温度计设计方案方案 一： 采用热敏电阻器件，利用其感温效应，再将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，利用单片机进行数据的处理，然后在显示电路上，将被测温度显示出来。 方案 二： 利用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换就可以满足设计要求。 分析上述两种方案可以看出方案一是使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，进行 A/D 转换后，利用单片机进行数据的处理，在显示电路上被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。方案二是利用温度传感器直接读取被测温度，读数方便，测温范围广，测温精确，适用范围宽而且电路简单易于实现。 综合方案一和方案二的优缺点，我们选择方案二。2 总体设计框图 温度计电路设计总体设计方框图如图 2-1 所示， 控制器采用单片机 AT89C51，温度传感器采用 DS18B20，用 4 位 LED 数码管以串口传送数据实现温度显示。 L 单片机复位 E D 主 显 控 示 报警点按键调整 制 器 温 度 时钟振荡 传 感 器 图 2-1 总体设计方框图 -2- 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文第3章 数字温度计硬件设计1 主控制器 AT89C1 AT89C51 的特点及特性： 40 个引脚，4K Bytes FLASH 片内程序存储器，128 Bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器，2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89C51 在空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 主要功能特性： 兼容 MCS-51 指令系统 4k 可反复擦写gt1000 次）ISP FLASH ROM 32 个双向 I/O 口 5-5V 工作电压 2 个 16 位可编程定时/计数器 时钟频率 0-33MHZ 全双工 UART 串行中断口线 128X8 BIT 内部 RAM 2 个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3 级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的 ISP 字节和分页编程 双数据寄存器指针2 管脚功能说明： AT89C51 管脚如图 3-1 所示： -3- 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 图 3-1 AT89C51 管脚图 （1）VCC：供电电压。 （2）GND：接地。 P0 P0 （3） 口： 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口， 每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 （4）P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 （5）P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 （6）P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： P0 RXD（串行输入口） P1 TXD（串行输出口） P2 /INT0（外部中断 0） P3 /INT1（外部中断 1） P4 T0（记时器 0 外部输入） P5 T1（记时器 1 外部输入） P6 /WR（外部数据存储器写选通） P7 /RD（外部数据存储器读选通） -4- 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 （7）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 （8）ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时，ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 （9）/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时， 这两次有效的/PSEN信号将不出现。 （ 10 ） /EA/VPP ： 当 /EA 保 持 低 电 平 时 ， 则 在 此 期 间 外 部 程 序 存 储 器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）。 （11）XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 （12）XTAL2：来自反向振荡器的输出。3 片内振荡器： 该反向放大器可以配置为片内振荡器，如图 3-2 所示。 图 3-2 片内振荡器4 芯片擦除： -5- 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合， 并保持ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM、定时器、计数器、串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。单片机 AT89C51 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。 单片机 AT89C51 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要， 很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。2 单片机主板电路 单片机 AT89C51 是数字温度计的核心元件，单片机的主板电路如图 3-3 所示，包括单片机芯片、报警系统电路、晶振电路、上拉电阻以及与单片机相连的其他电路。 图 3-3 单片机的主板电路3 温度采集部分的设计1 温度传感器 DS18B20 DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9～12 位的数字值读数方式。 -6- 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 TO－92 封装的 DS18B20 的引脚排列见图 3-4，其引脚功能描述见表