中国航天技术中的芯片应用以及交通信号灯控制

集成电路的发展大大地影响了我们生活中的方方面面。最直接的就是芯片，面积越来越小，功能却越来越强的芯片使得我们生活中的交通工具越来越多，给每一个人的生活都带来了极大的方便。陆地上的汽车，海洋里的轮船，天空中的飞机，大大缩短了人们交往的距离，为我们的生活提供方便；火箭和宇宙飞船的发明，使人类探索另一个星球的理想成为现实。也许在不远的将来，我们可以到太空中去旅行观光，我们的孩子可以到另一个星球去观察学习。以人力、畜力和风力作为动力的交通工具占据了人类历史的绝大部分时间。直至1769年詹姆斯·瓦特发明蒸汽机，人类交通工具的发展才进入飞速发展阶段，短短数百年，人类不仅能上天（飞机、航天飞机、火箭），而且能入海（潜艇），技术也日新月异。

从蒸汽阶段经历内燃阶段到电气阶段再到现在的自动化阶段，集成电路的发展起了决定性的作用。尤其是大型飞机制造属于高新技术，现在基本垄断在发达国家手中。问题的关键就在于制造飞机的芯片，可见集成电路决定了高新的交通工具，其先进的程度更直接代表了一个国家的国力。同样的，航天航空中的芯片更是核心技术，中国于1970年4月24日成功地发射了第一颗人造地球卫星。这标志着中国已全面掌握运载火箭技术，卫星通信由试验阶段进入实用阶段。1988年9月7日，中国用“长征4号”运载火箭成功发射一颗试验性气象卫星“风云一号”。这是中国自行研制和发射的第一颗极地轨道气象卫星。1990年4月，中国自行研制的“长征三号”运载火箭把亚洲一号通信卫星送入预定轨道，首次成功为国外用户发射卫星。1999年11月20日6时30分，神舟一号飞船在酒泉卫星发射基地顺利升空，经过21小时的飞行后顺利返回地面。所有这些都是集成电路发展的成果。图1-5为神舟十号飞船。

图1-5　神舟十号飞船^[1]

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图1-6　车载GPS定位系统

再来说说我们生活中的交通，每个十字路口都存在交通信号灯，红黄绿的变化就是由集成电路来控制的。我们现在的出行大多都是刷交通卡，这样方便而又快捷，而其要正常工作，里面那块小小的芯片必不可缺。有时候我们开车出行去到不熟悉的地方，就要依赖GPS导航，其工作原理是由地面主控站收集各监测站的观测资料和气象信息，计算各卫星的星历表及卫星钟改正数，按规定的格式编辑导航电文，通过地面上的注入站向GPS卫星注入这些信息。测量定位时，用户可以利用接收机的储存星历得到各个卫星的粗略位置。根据这些数据和自身位置，由计算机选择卫星与用户连线之间张角较大的四颗卫星作为观测对象。观测时，接收机利用码发生器生成的信息与卫星接收的信号进行相关处理，并根据导航电文的时间标和子帧计数测量用户和卫星之间的伪距。将修正后的伪距及输入的初始数据及四颗卫星的观测值列出3个观测方程式，即可解出接收机的位置，并转换所需要的坐标系统，以达到定位目的。GPS定位系统又称GPRS（见图1-6），简单来说GPS定位系统是靠你的车载终端内置一张手机卡，通过手机信号传输到后台来实现定位，GPS终端就是这个后台，可以帮你实现一键导航、后台服务等各种人性服务。这自然也是集成电路带来的福音。

交通工具在不断发展创新，交通安全自然也不可忽视。在开车上高架之后，有一块电子版用红黄绿三种颜色来告诉我们哪里比较拥堵，哪里十分通畅。在很多路口都有电子警察代替交警，来监察是否有违规违章的车辆，并拍下照片。在发生交通事故以后，也有及时的信息交互网络使得警察可以第一时间来到事故现场处理。所有这些都离不开集成电路。

一个现代化的喷气式客机有大量的电子控制器件和成百上千台机载计算机，更不用说基于卫星的全球定位系统能指引飞机飞行95%的航程。在起飞和降落期间空姐为什么要坚持必须关闭所有的电子设备？她们担心，你的小工具（电子式漏电）传输的误导信号可能会无意中干扰飞机的航空仪器！总之，没有晶体管，也就没有全球性的交通网络。可见集成电路的发展大大改变了我们的交通，改变了我们的生活。