一、产品简介 液晶作为一种显示设备，正在改变着我们的生活，从刚开的电子表显示屏，到各种仪器输出显示，到液晶电视，平板电脑.......各种产品不胜枚举。本教学仪器采用比较常用的液晶：六位数显液晶，LCD1602，LCD12864，对于学生来说比较容易上手，另外增加了3.2寸和7寸彩屏，7寸彩屏具备触摸屏功能，可以通过该功能实现人和单片机的信息交换，实现人类利用单片机控制外围设备的多样化。使用该仪器时，在理解各种液晶显示原理的基础上，结合单片机及ARM芯片，使用C语言对液晶加以控制，对学生走向社会工作、承接项目打好坚实的基础。 二、教学目的    1、熟悉stc89C52单片机工作原理，并利用该单片机控制液晶屏显示不同的内容      2、了解六位数显液晶，LCD1602和LCD12864液晶的显示原理，通过查看数据手册，理解并掌握时序图，编写程序实现对应的功能    3、熟悉ARM芯片，本款仪器中采用LPC2000系列ARM7。全国普通高等大学普遍采用的教程就是该系列的芯片，学生可以一边学习一边实践    4、利用ARM芯片实现对3.2寸彩屏的控制，显示文字，图像。    5、利用ARM芯片实现对7寸彩屏的控制，显示文字，图像及触屏功能 三、实验内容   1、利用STC89C52驱动六位数显液晶显示数字及英文字符 ；   2、利用STC89C52驱动LCD1602显示数字及英文字符；   3、利用STC89C52驱动LCD12864显示数字，汉字，英文字母，图像；   4、利用ARM驱动3.5寸彩屏液晶，显示汉字，图像，数字，也可以移植UCGUI，调用其中的函数画出各种图形；   5、利用ARM驱动7寸彩屏液晶，显示汉字，图像，数字，并能实现触摸屏功能，实现人机通信，也可以移植UCGUI，进行各种显示，调用其中的函数画出各种图形；   6、8*8点阵动态显示音乐频谱实验； 四、实验配置    1、52单片机开发工具KIEL2.0；    2.、ARM7开发工具IAR；    3、实验指导书及实验录像光盘；

一、产品简介     随着社会的不断进步，半导体行业迅猛发展，LED作为其中的一款产品，迅速出现在街头巷尾：家用节能灯，LED电视，小店铺商用广告牌，购物商场大屏显示等等，各种新产品层出不穷。本款仪器涉及LED的多种应用：静态显示，动态显示，单色显示，双色显示，三基色原理，LED点阵，LED广告牌，LED灯演示音频解码，通过该产品，学生可以加强动手能力，在理解原理的基础上，由一个单元板设计任意长度的LED点阵屏。为想要从事LED设计行业的学生走向社会打下坚实的基础。 二、教学目的 1、掌握LED静态显示和动态显示原理，对比各自的优缺点，根据实际需要设计电路； 2、掌握三基色（RGB）LED显示原理，参照RGB配色表调节出各种颜色（256×256×256）； 3、掌握LED点阵显示原理，使学生能够用单片机控制LED点阵显示汉字和简单图片； 4、在掌握LED显示控制原理的基础上，能够利用单元板拼出任意尺寸的显示屏，并通过单片机进行控制； 5、LED趣味应用：LED灯显示音乐频率的高低； 6、用专用软件编辑显示内容，通过LED广告显示屏显示； 三、实验内容 1、一位数码管静态显示实验； 2、四位一体数码管动态扫描实验； 3、RGB三基色LED调色实验； 4、8*8蓝色LED点阵汉字及图片显示实验； 5、8*8点阵动态显示音乐频谱实验； 6、红绿双色（32*64）LED广告屏显示内容编辑实验； 四、实验硬件配置     1、STC89C52单片机及其外围组件一套；     2、一位数码管及其组件一个；     3、四位一体数码管及其组件一个；     4、8*8蓝色点阵LED块2个，尺寸60mm×60mm；     5、音频解码显示可搭建组件一套；     6、红绿双色（32*64）LED广告屏一块，尺寸300mm×160mm； 五、预期效果      通过本教学仪器，学生可以对显示原理，显色原理，单片机C语言编程，下载，调试，LED单元板显示原理，有一个更加深入的认识，由感性了解到理性掌握。如果学生掌握全部知识，完全可以独立设计出一个单色任意长度LED单色显示屏。若想要设计双色或更加进一步设计全彩显示还需要在C语言和控制器方面加深学习。

一、概述 GOLINK-1 型 现代机电综合控制实验装置集合了交流，直流，电机拖动、电力电子、PLC控制、电工控制多专业多内容实训设备特点。包含晶闸管控制，直流电机控制、变压器控制、电机拖动控制、交直流调速、PLC控制等实训项目。这都是这方面的充分考虑了实验室的现状和发展趋势，精心研制而成。在同类产品中结构合理、功能完善、可靠性好、性价比高。       二、技术参数 1、输入电源：三相四线(或三相五线 380V±10% 50Hz) 2、工作环境：温度-10℃～+40℃　相对湿度＜85% (25℃)　海拔＜4000m 3、装置容量：＜1.5kVA 4、外形尺寸：1890mm×740mm×1585mm 三、要求实验室可完成的实验内容 1、电力电子技术实验（晶闸管部分） 1) 锯齿波同步移相触发电路实验    2) 单结晶体管触发电路 3) 正弦波同步移相触发电路实验 4）单相半波可控整流电路实验 5）单相桥式半控整流电路实验  6) 单相桥式全控整流电路实验  7) 单相桥式有源逆变电路实验  8) 三相半波可控整流电路的研究    9) 三相桥式半控整流电路实验  10) 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验     11) 单相交流调压电路实验     12) 三相交流调压电路实验 2、全控型电力电子器件实验 1）电力晶体管（GTR）驱动电路的研究 2）电力晶体管（GTR）的特性研究 3）功率场效应晶体管(MOSFET)的驱动电路研究 4）功率场效应晶体管(MOSFET)的主要参数测量 5）绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性及其驱动电路的研究 3、全控型器件典型线路实验 1）直流斩波电路（Buck、Cuk、Boost、Sepic、Buck-Boost、Zeta等六种电路）的性能研究 2) 单相交直交变频电路的性能研究 4、直流电机调速实验 1）晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验(SCR) 2）晶闸管直流调速系统主要单元的调试(SCR) 3）单闭环(电压单闭环、转速单闭环、电流单闭环)不可逆直流调速系统实验(SCR) 5、交流电机调速系统实验 1）双闭环三相异步电机调压调速系统实验(SCR) 2）双闭环三相异步电机串极调速系统实验(SCR) 6、电气控制基础实训 转换开关与电压表连接测量三相电压； 电力综合显示仪表的使用； 三相异步电动机直接起动、停车的控制电路连接； 接触器联锁的三相交流异步电动机正、反转控制电路的连接； 按钮联锁的三相交流异步电动机正、反转控制电路的连接； 按钮、接触器联锁的三相交流异步电动机正、反转控制电路的连接； 万能转换开关控制三相异步电动机的正反转； 三相交流异步电动机Y-△（手动切换）启动控制电路的连接； 三相交流异步电动机Y-△（时间继电器切换）启动控制电路的连接； 定子绕组串联电阻启动控制电路的连接； 三相交流异步电动机能耗制动控制电路的连接； 三相交流异步电动机反接制动控制电路的连接； 多台（3台及以下）电动机的顺序控制电路的连接 电动机的往返行程控制电路的连接； 7、PLC、变频实训项目 变变频器面板功能参数设置和操作实训； 变频器对电机点动控制、启停控制； 电机转速多段控制； 工频、变频切换控制； 基于模拟量控制的电机开环调速； 基于面板操作的电机开环调速； 变频器的保护和报警功能实训； 基于PLC的变频器开环调速； PLC控制电机顺序启动； PLC控制三相异步电动机Y-△启动电路； 四、产品技术功能 1、设备安全保护功能 1）设备的人身安全保护 ◆ 三相隔离变压器的浮地保护,将实验用电与电网完全隔离，对人身安全起到有效的保护作用； ◆ 三相电源输入端设有电流型漏电保护器，设备的漏电流大于30mA即可断开开关，符合国家标准对低压电器安全的要求； ◆ 强电实验导线采用全塑封闭型手枪式导线，避免学生触摸到金属部分而引起的双手带电操作触电的可能。 2）设备的安全保护体系 ◆ 三相交流电源输出设有电子线路及保险丝双重过流及短路保护功能 ◆ 晶闸管的门阴极和各触发电路的观察孔设有高压保护功能，避免学生误接线； ◆ 实验台采用三种实验导线，相互间不能互插，强电采用全塑型封闭安全实验导线，弱电采用金属裸露实验导线，观察孔采用2＃实验导线，避免了学生误操作将强电接到弱点的可能； 2、产品的结构要求 1）要求装置由控制屏、实验电源、测量仪表、实验桌、实验模块、实验电机和实验导线等组成。实验电源、各种测量仪表必须固定安装在控制屏中。要求各挂箱的面板采用凹字烂板印刷工艺。 2）实验桌采用铁质喷塑结构，桌面为高强度密度板，桌子下面设有储藏柜，可放置的实验箱、导线和工具等。 3、产品基本配置技术要求 1）低压电源及仪表：提供指针式电压表一只（450V⊥1.5级）。提供交直流电压表和电流表各2只，四位半高精度仪表，是具有6位数码管显示，8个指示灯，交直流测量功能切换；手自量程切换功能；具有RS485通讯、继电器输出、上限限报警、4~20mA变送器输出功能；配有锁存按键；交直流电压表信号输入范围： AC/DC2V ， AC/DC20V ， AC/DC200 ， AC/DC500V 。交直流电流表信号输入范围： AC/DC20mA ， AC/DC200mA， AC/DC2000mA， AC/DC5A 。提供速度变换器，给定，零速封锁器；提供±15V/1A直流稳压电源。 2）交/直流电源：通过开关切换分别输出三相200V和240V交流电源，给直流调速和交流调速提供实验电源，带过流保护。该电源经过电流型漏电器、三相隔离变压器等安全保护措施后供实验用电。提供230V/0.5A直流励磁电源，带电源指示、过流保护功能。 3）三相可调电阻：提供900W/0.41A与电阻180W/1.3A串联的三组可调电阻负载，供发电机负载电阻和其它实验阻性负载。 4）平波电抗器及阻容吸收：提供直流调速实验中需要的平波电抗器及RC滤波，平波电抗器提供100-200-500-700mH/1.2A，一只。 5）三相变压器：该三相变压器可作为串级调速系统和有源逆变线路中的逆变变压器。(初级380V/1.1A*3相；次级88V/115V/139V/3A*3相) 6）触发电路：配有单结晶体管触发电路、正弦波同步移相触发电路、锯齿波同步移相触发电路、单相交流调压触发电路、TCA785集成触发电路共五个触发电路实验。使学生能够直观的了解各种触发电路的工作原理，与对应的晶闸管连接，完成单相半波整流和单相全桥整流电路实验。 7）三相触发及主回路：采用插板结构，与底板配合，组成三相相控脉冲触发电路，输出的双窄脉冲均匀、一致、干净，脉冲移相范围最高可达170°，设有三相同步信号、三相锯齿波信号、六路移相触发脉冲等的观测孔，设有外接模拟量控制端口“Uct”输入0~Uctmax，可对三相触发脉冲的移相角进行连续调整，设有两组六路触发脉冲功放电路用于外接的控制端口“Ublr”、和”Ublf”， 晶闸管主电路：配置12块晶闸管插板，插板采用快速插入方式，每块插板上设有过流、过压保护电路。，晶闸管参数为5A/1000V，金属封装，插板分别形成正、反桥两组三相桥，正、反桥晶闸管设有触发信号接入口，设有六路钮子开关，用于控制每一路触发脉冲的“通、断”，模拟整流主电路功率器件的触发脉冲丢失、逆变电路逆变颠覆等故障情况，设有带镜面精密指针式直流电压表±300V，精度1.0级带镜面直流电流表±2A，精度1.0级各一只，设有带中心抽头方式平波电抗器一组(为50mH、100mH、200MH、700MH,在通过交流电流小于1.5A状态下，感抗值保持线性)，RC滤波12路。 8）功率器件特性与驱动电路：该实验箱可对SCR、MOSFET、IGBT、GTO、GTR电力电子器件，可测定其特性曲线、提供压敏电阻(作为过压保护元件，内部已连成三角形接法)、二极管。 9）直流斩波电路：由DC电源、PWM波形发生器、直流斩波电路（Buck和Boost）和完成六种斩波电路的元件组成。DC电源：+15V/0.5A，带保险丝过流保护；PWM波形发生器：产生频率10KHz占空比5%-70%连续可调的脉冲信号输出；直流斩波电路：提供了Buck和Boost两种直流斩波电路,供学生完成验证性实验。六种斩波电路：模块中的功率场效应晶体管、电感、电阻、二极管、电容等元件与直流电源和PWM波形发生器连接，可完成Buck、Cuk、Boost、Sepic、Buck-Boost、Zeta等六种斩波电路实验。 11）可调电阻、电容箱：提供耐压AC63V的可调电容三组，调节范围为0.1～11.37µF，0～999kΩ十进制可调电阻两组；供电流调节器，速度调节器反馈回路使用，可灵活改变调节器的放大倍数及积分时间。 12）单相调压与可调负载：配置了一只0～250V/0.5kVA单相交流自耦调压器，为相应的实验提供可调电源；一个整流滤波电路以及0～180Ω/1.3A(串联)或0～45Ω/2.6A(并联)瓷盘可调电阻，为相应的实验提供一个可调的阻性负载。 13）芯式变压器与不控整流：配置三相芯式变压器一个(该变压器有2套副边绕组，原、副边绕组的电压为127V/63.6V/36.7V)，用于三相桥式全控12脉动整流电路实验；还设有三相不可控整流电路用来产生直流电源。 14）半桥型开关稳压电源：提供了半桥型开关稳压电源的主电路和控制电路，主电路中的电力电子器件为电力MOSFET管；控制电路采用专用PWM控制集成电路SG3525，采用恒频脉宽调制控制方案。可完成“开关电路在开环与闭环下负载特性的测试”以及“电源电压波动对输出的影响”等实验内容。 15）一体化晶闸管插板：晶闸管插板即插即用，快速插入方式，每块插板上设有过流、过压保护电路。 16）电机调速控制实验(I)：配置以下模块：电流反馈与过流保护(FBC+FA)、给定器(G)、转速变换器(FBS)、反号器(AR)、电压隔离器(TVD)、调节器I和调节器II。其中调节器I和调节器II的反馈电阻、电容均外接(从控制屏上获得)，实验时可以灵活改变系统的参数，观测不同的参数对系统稳定性及相应时间等影响；更可以让学生从调速系统的各种参数(如电机的机电时间常数等)出发对调节器的放大倍数及积分时间的参数分别设计，同时进行实际结果的验证，从而完成设计性实验。 17）线绕式异步电机转子专用箱：配置3只线绕式异步电动机转子专用电阻（用于线绕式异步电动机起动与调速等实训）。 18）多功能测速仪：设有五位数显转速表，显示当前转速；具有电压反馈信号；同时设有光电编码信号输出，包括A、B两个通道；能够完成各种速度开/闭环及定位控制；配有位机软件，基于设备常用的RS485通信接口。 19）电机配置：直流发电机：200V、1.1A、220W、1600r/min 直流并励电动机：220V、1.1A、185W、1600r/min 三相线绕式异步电动机：220V/Y、0.6A、120W、1380r/min PLC模块：装置选用西门子1200大众型可编程控制器CPU 1214C,集成14输入/10输出,集成2AI；2M 的数据存储，带 1 个PROFINET 接口； 21）变频器：选用西门子V20 工业矢量变频器、额定功率 0.37Kw，带 BOP 面板及PROFINET接口。 22）实验导线技术 实验连接导线采用高可靠全封闭手枪插型式，内部为无氧铜抽丝而成发丝般细的128股线，质地柔软，护套用粗线径、防硬化化学制品制成，插头采用实芯铜质件。 四、机电综合三维虚实仿真软件 软件采用理实虚结合三维仿真软件能够进行虚拟对象加真实PLC编程结合控制实验，实现对象的虚拟化，编程的实际化模式，运行环境支持Windows10以上版本；通过鼠标的控制，实现场景模型的放大、缩小、旋转、移动；系统画面清晰，能够进行模拟运行PLC实验，也可以进行虚实结合实验（与真实PLC数据连接），场景类型至少包含1、多自由度机械手、自动循环供料、机械自动冲压、物料输送分拣、码垛堆积控制、自动仓储控制。 工业场景通用功能说明： （1）信号指示区：集成设备控制的传感器信号，直观的反馈设备运行动作信号。 （2）模型展示区：提供自动化模型，配合PLC控制，实现自动化运行。 （3）操作区：提供多种规格按钮，实现对设备的控制；启动、停止、复位，脱机仿真时，实现自动化设备的启停控制和复位出厂设置控制；联机仿真时，提供三个信号给PLC，由PLC根据程序自行确定控制流程。 （4）脱机仿真：不用连接PLC，自动化设备按固定的流程模拟运行，可以根据任务要求或者模拟运行流程，自行编写PLC程序，实现PLC编程的在线仿真控制。 （5）在线仿真：在网络区输入PLC的IP地址和端口号，连接成功后，显示“已连接”，通过PLC在线编程控制自动化模型动作，实现PLC编程的虚拟控制训练。 电工三维仿真系统内容丰富，包含常见的基础数字量模拟控制，也包含常见机电一体化的虚实仿真实训内容，包含维修电工实训内容主要包含常见电机控制及开关控制电路的原理学习，继电器、交流接触器、时间继电器、信号继电器、自复位按钮、自锁按钮、日光灯实验、机床线路实验等。其中软件具有仪器仪表结构展示、原理演示、接线操作、运行演示等3D功能，可直观了解各种典型仪器仪表的特点和外观。采用开放的资源导入设计方式，除了已经固化在软件中的实训内容，后期还可以根据学校需求添加仪器仪表库。系统使用3D虚拟仿真技术，通过鼠标可以实现在虚拟场景中的漫游和对仪器仪表模型的动态控制，从而达到360度无死角观察器件外观细节的效果。 与本次提供的电力电子实验模块配套，虚拟软件中的三维设备与实际设备一致，学生可以通过虚拟环境做真实实验的数据和操作方式，软件由虚拟仿真学习和虚实结合仿真学习系统两部分组成。仿真平台模拟真实实验中用到的器材和设备，提供与真实实验相似的实验环境；虚拟实验教学管理系统提供全方位的虚拟实验教学辅助功能，实验前的原理学习、典型实验库的维护、实验过程的指导等功能，为实验教学环境提供服务并开展应用。 软件虚拟仿真部分主要包括：电力电子及电子元器件的学习机认识、仪器仪表的使用规范及学习认识、电力电子实验箱仿真实验、数字电路的虚拟仿真实验、模拟电路虚拟仿真实验。 器件认识及学习：主要包含电力电子、电阻、电容、二极管、三极管等常见模拟电路和数字电路、电路原理中用的四大件。其中软件具有器件结构展示、原理演示、接线操作、运行演示等3D功能，可直观了解各种典型元器件的特点和外观。采用开放的资源导入设计方式，除了已经固化在软件中的实训内容，学生还可将制作的Solidwoks三维库零件及其他格式素材添加到此软件资源库，后期还可以根据学校需求添加器件库。系统使用3D虚拟仿真技术，通过鼠标可以实现在虚拟场景中的漫游和对器件模型的动态控制，从而达到360度无死角观察器件外观细节的效果。软件内容包含实验台操作说明、实验台及模块3D虚拟模型、元器件介绍、仪器使用、电路接线与运行等仿真内容；器件与实验台中仪器及元器件型号一样，能够配套使用于各实验单元的三维仿真实验。    

机械运动方案设计综合训练实验台把电气控制和机械的组装调试结合到一起，给学生提供了广阔的创新空间。既训练了学生的运动方案设计能力，又培养了亲自动手组装调试的能力；既有机械设计的整机思想，又有控制与机械结合的系统观念。使学生得到全面的训练。 机械运动方案设计综合训练实验旨在加强对学生创新能力的培养和综合设计能力的训练。学生通过不同原动机的性能分析，不同传动装置的分析比较，确定合适的传动方案来实现工作机的往复直线运动。了解各种原动机的性能，参数，应用场合，分析往复直线运动的实现方式，设计出多种传动方案，并对其进行运动学分析和动力学分析后得到较优的方案。 在实验台上对设计好的各种方案进行搭建，从组装过程，运动情况进行综合分析，给出最终的方案。机械运动方案设计综合训练的特色在于通过多个环节的训练，使学生不但对设计的总体过程有更深的理解，同时锻炼了学生发现问题和解决问题的能力。

现阶段所设计的存算一体器件单元结构如图 1 所示： 器件的基本结构由波导和功能层（由下到上分为加热层、电极层、保护层、相变材料（硫系化合物）层）所构成。拟通过在当前流行的绝缘层上硅(SOI)光子平台上集成四氮化三硅光波导的方式实现器件的光学读取功能，即在非常厚的硅衬底层上生长一层绝缘层二氧化硅和波导层，然后在基片上通过光刻、显影、刻蚀等工艺制备四氮化三硅波导。功能层主要用于实现器件的电学写入功能。加热器层的主要用途是与相变材料层形成电接触，通过较小的接触面积使接触处的热量集中，从而可以在较小的电压或电流下使相变材料发生相变。因此需要加热器层具备较好的导热和导电性能，同时在近 C 波段具有较低的光损耗，可采用石墨烯。电极层可用于提供相变材料器件单元所需要的编程电脉冲。当前拟采用硒掺杂的相变材料合金（如 GSST）作为器件的核心功能层的相变材料。该材料在通信/非通信波段显示了极低的光损耗和更高的品质因数，且相变前后在通信 C 波段具有足够大的光学常数反差，可在更恶劣的高温环境下进行操作，适用于硅基光子器件应用。 采用的主要技术手段包括： ① 依托于相变材料的电致和光致相变特性，通过电学编程、光学读取的方法实现器件的存储、算术运算和逻辑运算功能：  存储功能的实现：拟利用相变材料晶态低透过率和非晶态高透过率分别代表二进制中的‘1’和‘0’，实现数据存储（编程）功能。例如在电极两端施加合适的电脉冲，所产生电流流经加热层时，生成的热量主要集中在加热层和相变材料层接触处，使得接触处的相变材料发生相变，实现存储功能。在完成上述编程操作后，从器件波导输入端输入读取连续光。由于相变材料功能层对光强的吸收能力在编程和非编程区域间存在着显著的差异，因此当输入光经过波导后，其能量会因为相变材料编程区域的吸收而发生改变，进而显著改变输出光强能量。所以通过测量输入输出光强的能量之比（即透过率），可实现对先前编程区域的读取。  算术和逻辑功能的实现：通过调整编程电脉冲的幅度和宽度可以动态调控相变材料的相变程度，使得器件的中间透过率值可用于代表不同的数值，实现多级存储功能。所以拟采用输入脉冲数量对应加数的方法实现标量加法计算。同时由于所设计器件的读取连续光输出功率可视为读取连续光输入功率和器件透过率的乘积，因此可采用将输入功率和透过率作为被乘数和乘数的方法实现基本乘法运算。除此之外还可以将器件功能层的初始状态设置为非晶相，把晶化脉冲幅值和不足以产生晶化的脉冲幅值分别作为输入逻辑‘1’和‘0’；同时设定一个判定阈值并与编程后器件透过率的变化率进行对比，把高于和低于阈值的透过率变化率分别作为输出逻辑 ‘1’和‘0’；通过合理选择编程脉冲有望实现各种逻辑功能输出。 ② 基于器件透射率可调特性验证其实现神经突触的可行性。并依托所设计人工突触构建人工神经网络芯片，实现图像、语音和文本识别功能：  突触可塑性是大脑记忆和学习的神经生物学基础，也是人工类脑器件需要实现的首要功能。为实现突触可塑性，拟把相变材料和波导之间的耦合区域视为仿生神经突触，左右两端电极分别代表突触前和突触后，分别施加在两端电极上的电脉冲则作为突触前和突触后刺激。通过调节从左右两端电极输入耦合区域的电脉冲时间差对耦合区域的光透过率进行连续调控，进而依托于上述存算理论模型和实物器件仿真和实验实现仿生神经突触的脉冲时序依赖可塑性（Spike-Timing-Dependent-Plasticity, STDP)。  将不同波长的光脉冲序列输入所设计的突触单元, 经过相变材料的作用，脉冲强度发生变化，对应于乘法器。进而借助于微环结构，将不同波长的脉冲导入进同一波导中，该功能类似加法器。相加后的脉冲光强较小时，读取光与微环发生共振，在输出端口没有光强输出。当光强达到一定的阈值后，读取信号不再和微环发生共振，而是传播到输出端口。这一过程类似神经元脉冲信号的激发，实现了非线性激活函数的功能。利用上述的单个神经元结构，验证其监督式机器学习和非监督式机器学习。对于监督式机器学习，权重的数值通过外部管理器设置；对于非监督式机器学习，不再需要外部管理器来设置权重值，而是通过输出光脉冲进行反馈控制，调整权重值。在单个神经元结构的基础上，更复杂的光学脉冲神经网络结构，证明该结构的可扩展性。拟设计的神经网络中的每一层结构包括三个功能单元，即收集器、分发器和神经突触结构。收集器将上一层不同波长的光脉冲信号收集到同一根波导中，分发器将光脉冲分发给多个神经元，神经突触结构则产生光脉冲信号，输入给下一层结构。基于上述结构实现图片、语音和文本的识别。 创新性分析：①首次研究了一款基于“电学编程、光学读取”模式的光电混合存算一体化器件。与传统电学存算一体化器件相比,拟研发的器件可以进行长距离的信息传输，具有传输带宽高、信号间延迟低、损耗低、抗干扰、集成密度高等优点。②采用硒(Se)掺杂的相变材料作为存算一体化器件的核心功能材料。与采用其他相变材料的存算一体器件相比，以硒参杂的相变材料作为功能材料的存算一体器件有望展现出极低的光损耗。③提出了一种基于“电学脉冲刺激、光学权重调节”的人工神经突触。该突触器件有望成为未来通用型人工神经突触，填补了光电混合型人工突触的技术空白。 先进性分析：①所提出的光电混合工作模式使得该存算一体化器件不但具有传统集成电路的高密度特性，且兼具光通信技术的宽频带、低延迟、抗干扰的优越性能。②所采用硒参杂的相变材料不但继承了传统材料具有的快速相变转化速度、低功耗和稳定性强等特性，且本身在通信波段非晶态透明的同时还保持了相变前后足够大的光学性能差异的特点。③所设计的突触继承了人工电子突触和全光突触的优点，具有高集成度、低功耗、超快响应时间、稳定性强等优点。 独占性分析：根据已取得成果正在撰写专利，以获得该关键技术的独有权。 

1. 痛点问题 目前硅基太阳能电池占据着太阳能电池的主导地位，其中单晶硅电池转换效率已可以达到25%左右，但它们需要比较多的单晶硅材料，生产成本高。而对于多晶硅，由于缺陷较多，转换效率比较低。III-V族材料转换效率高，但是材料和生产成本居高不下，难以推广使用。虽然可以利用纳米柱阵列来提高光吸收能力及减少材料成本，但是由于纳米柱结构具有很大的表面积，载流子较大的表面复合严重影响着器件的性能，而且需要昂贵的设备生长径向异质结和控制掺杂浓度。 2. 解决方案 本项目提出一种磷化铟纳米柱径向同质结阵列结构的简单制备方法，目前已完成高效太阳能电池验证和原型器件的制备，另还有可见光探测器等在研。 本方法是在磷化铟纳米柱制备过程中，利用刻蚀气体中加入氢气，可以同时实现了磷化铟纳米柱阵列和径向同质结的制备，通过控制刻蚀时间及氢气含量，精确控制磷化铟表面掺杂浓度及深度，相比于其他生长径向同质结的方法，本方法设备简单，制备效率高。在降低成本方面，纳米柱结构相比于平面结构具有更好的陷光效应，只需使用少量的材料便可以实现高效光吸收。 合作需求 本项目下一步发展需求主要集中在与太阳能电池相关企业的技术和产品合作，优化和固定产品制作工艺流程，降低生产成本。其次是资本投资、政府政策等方面的扶持。需要的外部资源主要是产业的工程化和市场资源。

一种具有微纳结构的α-Fe2O3光电极的制备方法，具体作法是：取不锈钢片和钛片，用砂纸抛光，清洗，将洗净的材料超声处理，取出备用；配制电镀液，以钛片做阴极，不锈钢片做阳极，采用稳压直流电源电镀时间分别3-5s，室温30℃，电镀完后将钛片取出，洗净，晾干，得纳米铁立方体，再将覆盖有纳米铁立方体的钛片至于马弗炉中焙烧，取出即得微纳结构的α-Fe2O3光电极。该方法设备简单，能耗低，适合大规模生产；同时用该法制备的所制得的微纳结构的α-Fe2O3呈球形，可以对光进行全方位的反射，同时微米球表面分布很多纳米带，可进一步增强电极的比表面积，作为光电极，其光的利用率高，电流密度大。

本项目提出并发展了通用的硅基二维半导体材料范德华外延技术, 实现了多种层状和非层状半导体材料的二维薄膜可控生长，解决了传统外延方法中存在的晶格失配、热失配等多物理失配技术难题，开辟了非层状材料在二维电子器件领域的研究新方向。 一、项目分类 重大科学前沿创新 二、成果简介 基于新材料、新架构的硅基高密度集成信息功能器件的自主发展是国家重大战略需求。本项目围绕新型低维半导体材料的大规模可控制备、物性调控及其电子、光电器件展开系统研究，主要技术创新点有： 一、二维半导体材料及其异质结构的大规模可控制备。本项目提出并发展了通用的硅基二维半导体材料范德华外延技术, 实现了多种层状和非层状半导体材料的二维薄膜可控生长，解决了传统外延方法中存在的晶格失配、热失配等多物理失配技术难题，开辟了非层状材料在二维电子器件领域的研究新方向。在晶圆级二维半导体材料的基础上构建出大规模的二维异质结构，得到了具有高可靠性和稳定性的集成器件。相关成果发表在Science Advances、Advanced Materials等国际知名刊物上，共计40余篇，授权专利16项；与中国电子科技集团公司第十三研究所等合作，成功实现了非层状GaN在大失配硅基衬底上的高质量外延，为第三代半导体的硅基集成提供了新的技术路线。 二、基于低维半导体材料的高灵敏光电器件。本项目通过发展高质量硫族半导体的外延生长新工艺，系统研究了MoTe2、PbS、CdTe等30余种二维半导体材料的光电性质，极大地拓展了传统的半导体光电材料体系；首次提出一种桥接的异质结构筑方式，大大降低了范德华间隙引入的光生载流子注入势垒，获得了高性能二维异质结光电器件；发展了纳米线场效应晶体管器件表面修饰方法，调节晶体管特性为强增强型，利用这种设计，实现了“锁钥”式高选择性、高灵敏度气体检测器件。本项目实现了从深紫外区到中远红外区的宽波段高灵敏度检测，相关成果发表在Science Advances、ACS Nano等国际知名刊物上，共计30余篇，授权专利6项。 三、后摩尔时代新型低维电子信息器件。本项目基于低维半导体材料及其异质结构的物性调控，首次提出了二维半导体材料中的“增强陷阱效应”物理模型，实现了高性能的亚带隙红外探测器和非易失性光电存储器；利用双极性沟道中横向载流子分布的特定电场依赖性，在二维黑磷晶体管中实现了室温负微分电阻特性；通过构筑亚5 nm沟道二维铁电负电容晶体管，使得亚阈值摆幅突破玻尔兹曼物理极限，有效降低了器件能耗；创新性的提出多层二维范德华非对称异质结构，实现了器件高性能与多功能的集成，器件性能为当时最高指标；发展了新型存算一体架构电子器件技术，首次演示了兼具信息存储和处理能力的二维单极性忆阻器，有望突破当前算力瓶颈，提供集成电路发展的新途径。相关成果发表在Nature Electronics、Nature Communications等国际知名刊物上，共计60余篇，授权专利7项。

本项目为国家863计划课题，课题编号：2009AA043507，已通过验收。该成果应用协同管理思想，以信息共享为基础，以协同技术为支持，为区域内中小型陶瓷企业提供具有业务协同功能的可扩展、易用和低成本的信息化集成解决方案，提高企业自主创新能力和业务响应效率、降低企业生产经营成本、提升整个集群区域的核心竞争力。 平台提供的服务内容包括陶瓷企业协同管理系统、陶瓷产品图案设计系统、陶瓷配方设计系统、陶瓷电子商务系统、陶瓷产品分销管理系统。课题取得了4项软件著作权登记。