[发明专利]一种用于光电忆阻器阵列的感存算一体化系统

权利要求书

1.一种用于光电忆阻器阵列的感存算一体化系统，并适用于其他阵列传感器的信号采集与成像，其特征在于：权重写入模块、行选模块、数据读取模块、电源模块、MCU控制模块和数字识别模块；

所述权重写入模块包括：1个IIC多路复用器TCA，8个数模转换器DA₁、DA₂、DA₃、DA₄、DA₅、DA₆、DA₇、DA₈；

所述行选模块包括：32个模拟开关多路复用器TM₁、TM₂、TM₃、……TM₃₁、TM₃₂：

所述数据读取模块包括：8个多路复用器M₁、M₂、M₃、M₄、M₅、M₆、M₇、M₈，8个跨阻放大器TIA₁、TIA₂、TIA₃、TIA₄、TIA₅、TIA₆、TIA₇、TIA₈，8个运算放大器LM₁、LM₂、LM₃、LM₄、LM₅、LM₆、LM₇、LM₈以及1个模数转换器AD₁；

所述电源模块包括能够持续提供±10V、±5V、3.3V的稳压电源；

所述MCU控制模块包括主控芯片及其软件控制程序；

所述数字识别模块包括神经网络硬件化后的FPGA芯片和HDMI编码芯片；

所述的IIC多路复用器采用TCA9548；数模转换器采用DAC5578；模拟多路开关复用器采用MUX6136；多路复用器采用MUXS0B；跨阻放大器采用OPA657U；运算放大器采用LM358；模数转换器采用ADC128S02；主控芯片采用STMF103ZET6；FPGA芯片选用ZynqUltrascale+MPSOC(ACU5EV)；HDMI编码芯片采用SIL9134。

2.根据权利要求1所述一种用于光电忆阻器阵列的感存算一体化系统，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、根据权利要求1所述的电路模型，MCU通过控制TCA打开DA₁的8个通道并输出相应电压，并通过控制行选开关TM₁、TM₂、TM₃、……TM₃₁、TM₃₂的打开与关闭，依次改变阵列前八列的电导状态；同样的，通过切换TCA通道依次选择DA₂、DA₃、DA₄、DA₅、DA₆、DA₇、DA₈，可以改变整个阵列的电导状态；从而使整个阵列的电导状态与训练好的特征提取权重成线性映射关系；

步骤2、当特征提取权重全部映射进阵列后，向阵列施加图像信号，阵列接收到光图像信号后，会与产生相应的光电流，其中每个像素点光电流大小为I_mn＝R_mn*P_mn；其中I_mn代表器件光电流、P_mn代表器件的光照强度、R_mn代表器件的光响应度(电导状态)；

步骤3、根据权利要求1所述的电路模型，MCU控制行选开关每次打开一个行选开关并关闭其他行选开关；

步骤4、根据权利要求1所述的电路模型，阵列流出的光电流经过M₁、M₂、M₃、M₄、M₅、M₆、M₇、M₈的选通被分成8路输出信号，选通的电流分别经过TIA₁、TIA₂、TIA₃、TIA₄、TIA₅、TIA₆、TIA₇、TIA₈的放大，并将原本的电流信号转化为电压信号；

步骤5、根据权利要求1所述的电路模型，跨阻放大器输出的电压信号分别经过LM₁、LM₂、LM₃、LM₄、LM₅、LM₆、LM₇、LM₈将电压进行稳定，输出的稳定电压被分别送到AD₁的8个输入通道，AD₁会依次将所有通道的电压数据进行模数转换，转换结果被MCU依次读取；当读取完所有通道数据后，M₁、M₂、M₃、M₄、M₅、M₆、M₇、M₈切换到下一个通道，回到步骤4，直至该行所有列的数据被读取完毕；

步骤6、根据权利要求1所述的电路模型，当阵列一行的数据全部数据读取后，回到步骤3，打开下一行，直到整个阵列的电流数据被全部采集完毕；

步骤7、根据权利要求1所述的电路模型，MCU接收并存储整个阵列的数据，并将采集到的数据进行处理，包括剔除异常数据、求差、裁剪等，处理成匹配神经网络的数据，并将处理好数据发送给数字识别模块；

步骤8、根据权利要求1所述的电路模型，当数字识别模块接收到全部数据后，会将其存储到RAM中，同时也会作为输入数据传送给神经网络硬件化部分，神经网络硬件化部分接收图像数据并进行识别；

步骤9、根据权利要求1所述的电路模型，当识别结束后，识别结果会同图像数据一起发送给显示模块，并在显示器进行显示。