電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)導(dǎo)論結(jié)課課程筆記及心得體會

1、課堂筆記一專業(yè)概論1.專業(yè)介紹本專業(yè)面向社會需求辦學(xué)，培養(yǎng)德智體全面發(fā)展，掌握電子技術(shù)基礎(chǔ)知識，具備較強的創(chuàng)新意識與實踐動手能力，能在嵌入式系統(tǒng)軟硬件開發(fā)、集成電路設(shè)計相關(guān)領(lǐng)域從事工程與科研工作的高級專門人才。畢業(yè)生也可在電路與系統(tǒng)、微電子與固體電子學(xué)、信號與信息處理等方向繼續(xù)深造。2.本專業(yè)主要應(yīng)用領(lǐng)域（1）嵌入式軟硬件系統(tǒng)設(shè)計 基于ARM、51單片機、FPGA等 原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計（2）專用集成電路設(shè)計（3）信號與信息處理相關(guān)領(lǐng)域 信號采集、存儲、DSP處理等 圖像、視頻處理（編碼、解碼，軟硬件協(xié)同實現(xiàn)等） 雷達信號處理等（4）醫(yī)療電子、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)領(lǐng)域3.專業(yè)分方向培養(yǎng)（

2、公共課程 + 3門不同的方向課）（1）嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方向 嵌入式軟硬件系統(tǒng)設(shè)計 51單片機、 ARM、 FPGA 電路設(shè)計、PCB制板 底層軟件、操作系統(tǒng)、驅(qū)動程序、應(yīng)用軟件（2）集成電路設(shè)計方向 模擬、數(shù)字集成電路設(shè)計 片上系統(tǒng)（SoC,System-On-a-Chip)設(shè)計 FPGA作為驗證平臺二模擬電子線路概論1.1電子技術(shù)的兩大支柱（1） 模擬電子技術(shù)（2） 數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用這兩種電子技術(shù)產(chǎn)生了無數(shù)的電子系統(tǒng)，設(shè)備和產(chǎn)品，因而具有劃時代的作用。1.2模擬電子技術(shù)的信號特點（1） 模擬信號是：幅度和相位都連續(xù)的電信號，或者說是幅度和時間方面都連續(xù)的電信號。（2） 模擬信號分布于自然界的各

3、個角落，是自然界存在最廣泛的信號。如溫度的變化，語音，圖像；而數(shù)字信號是人為的抽象出來的在時間上不連續(xù)的信號。1.3模擬電子技術(shù)的主要特點（1）本課程強調(diào)基本概念、基本原理和基本分析方法；（2）本課程的內(nèi)容更為接近工程實際，電子技術(shù)是一門實踐性很強的課程；（3）在分析和計算時又常常需要從實際情況出發(fā)，抓住主要矛盾，忽略次要因素，過分追求“精確”是沒有必要的；（4）電子技術(shù)是一門發(fā)展十分迅速的學(xué)科，要注意能力的培養(yǎng)，包括學(xué)習(xí)新知識、新技術(shù)的能力。2.1半導(dǎo)體器件及其發(fā)展（1） 第一代電子器件真空管開始形成：近半個世紀(jì)，真空管幾乎是各種電子設(shè)備中唯一可用的電子器件。隨后的電子技術(shù)取得了去多成就，如

4、電視、雷達和計算機的發(fā)明。（2） 第二代電子器件半導(dǎo)體器件：它與真空管相比，半導(dǎo)體管體積小、重量輕、功耗低、壽命長。半導(dǎo)體器件有二極管、晶體管等，都是一個個獨立元件，所以又稱為分立元件，由分立元件組成的電路稱為分立元件電路。隨著電子器件的廣泛應(yīng)用，電子技術(shù)也很快應(yīng)用于工業(yè)自動化、檢測、計算等方面，促進了計算機、通信等方面的發(fā)展。（3）第三代電子器件集成電路：1959年美國德州儀器公司把晶體管和電阻、電容等集成在一塊硅片上，構(gòu)成了一個基本完整的單片式功能電路，標(biāo)志著電子技術(shù)進入了微電子時代，是電子技術(shù)發(fā)展的一個飛躍。集成電路（簡稱I C）是將各種不同電路元件以及他們之間的連線制作在一塊很小的半導(dǎo)

5、體芯片上，成為能完成一定功能的完整電路。集成模擬芯片的類型：按照模擬集成電路的類型來分，則有集成運算放大器、集成功率放大器、集成中頻放大器、集成高頻放大器、集成比較器、集成乘法器、集成穩(wěn)壓器等。2.2.1模擬電子線路的分類（1）按其所處理的信號頻率可以分為低頻電路、高頻電路和微波電路。（2）按照電路中電子器件的工作狀態(tài)分為線性電子電路和非線性電子電路。（3）按照電路功能分為信號生成電路、信號放大電路、信號運算電路與處理電路及電源電路等。2.2.2模擬電子線路的主要電路介紹主要電路（1）信號產(chǎn)生電路（2）信號電壓的放大電路（3）信號功率的放大電路（4）信號處理電路（5）信號運算電路（6）電源電路

6、電路2.3.1電子線路行為特性分析（1）行為特性含義：所謂行為特性，是指電子線路模型所代表的功能和技術(shù)特性，例如放大電路的行為特性包括放大功能、放大能力、頻率特性等。（2）問題分類：在進行理論分析時， 建立電子線路的分析模型進行數(shù)學(xué)解析描述。在進行仿真分析時，行為特性的描述是通過對電路圖的仿真運算和測試結(jié)果總結(jié)出特性和指標(biāo)，這時得到的是電子線路中變量之間的關(guān)系曲線。2.3.2電子線路參數(shù)分析（1）含義：所謂電路參數(shù)是指描述電路技術(shù)特點和特性的數(shù)據(jù)或變量。電路參數(shù)必須具有明顯的物理意義。在模擬電子技術(shù)中，電路的基本參數(shù)包括輸入或輸出信號的電壓、電流、頻率、頻率特性等。例如：放大器的電壓放大倍數(shù)，

7、輸入電阻和輸出電阻等。（2）主要分析的問題：頻率特性：指電子線路對不同頻率信號的處理結(jié)果，直接反映電丫線路或系統(tǒng)中信號幅度、相位、頻率之間的關(guān)系。反饋特性：指電子線路或系統(tǒng)的輸出信號通過某種途徑進入到形同的輸入端而構(gòu)成對輸入信號的影響，進而影響到電子線路的輸出。反饋太熱性是電子線路或系統(tǒng)的基本特性。穩(wěn)定性：指反饋電子線路或系統(tǒng)穩(wěn)定工作的基本特征。輸入特性和輸出特性：是指輸入端電量之間關(guān)系以及輸出端電量之間關(guān)系。輸入特性和輸出特性取決于電路和器件的組成和結(jié)構(gòu)。3.實驗（1） 模擬電路實驗：電路實驗使用實際電路器件組成相應(yīng)的電路，通過對電路現(xiàn)象的觀察來總結(jié)電路模型，會對理論分析進行驗證。幾項注意問

8、題：實驗前了解相關(guān)儀器的使用方法，估算實驗數(shù)據(jù)和取值范圍及曲線變化趨勢；實驗中認(rèn)真連接實驗電路，檢查所連接電路并完整、無誤采集實驗數(shù)據(jù)；實驗后認(rèn)真分析實驗數(shù)據(jù)，撰寫實驗報告。（2）仿真實驗含義：借助計算機和相應(yīng)的工程軟件進行仿真分析已經(jīng)成為電子線路分析和設(shè)計的方法和途徑。仿真方法：電子系統(tǒng)的計算機分析可通過以下兩種方法完成：一是使用編程語言，如C+、FORTRAN、QBASIC等；二是使用軟件，如Multisim（電子工作平臺，EWB），MicroCap等。利用仿真軟件有系統(tǒng)高度集成，簡潔直觀，操作方便；電路分析手段完備；提供多種輸入輸出接口；使用靈活方便等優(yōu)點。仿真結(jié)果說明：由于半導(dǎo)體器件制

9、造工藝的分散性及電路、系統(tǒng)分析理論的近似和簡化，使得電子線路的實驗結(jié)果（電路實驗和仿真實驗）往往與理論設(shè)計結(jié)果之間存在一定的差距，有時這個差距還相當(dāng)大。4.基本要求和學(xué)習(xí)方法（1）課程的基本要求掌握各類電子器件的符號、特性、參數(shù)和使用方法；會用常用儀器來測試電路，驗證電路的功能。會連接安裝常 用的實際電路，會分析電路故障，初步掌握簡單設(shè)備的維 修原理和方法。（2）學(xué)習(xí)方法要先器件后電路先單元電路后整機電路先分立電路后集成電路學(xué)好理論，著重實踐強化集成單路，淡化分立電路三ARM系統(tǒng)設(shè)計概述1.智能生活的機遇與挑戰(zhàn)（1）多元智能化的消費電子市場（2）互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用局域網(wǎng)到廣域網(wǎng)（3）今天與未來充滿機遇

10、與競爭的時代2.嵌入式與ARM（1） 嵌入式系統(tǒng)的定義一般定義：從技術(shù)角度：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。從系統(tǒng)角度：嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計完成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計算機系統(tǒng)。術(shù)語嵌入式反映了這些系統(tǒng)通常是更大系統(tǒng)中的一個完整的部分，稱為嵌入的系統(tǒng)。嵌入的系統(tǒng)中可以共存多個嵌入式系統(tǒng)。廣義定義：任何一個非計算機的計算系統(tǒng)。（2） 現(xiàn)實中的嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是無處不在的，即使對我們來說似乎很遙遠。嵌入式系統(tǒng)在很多產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用并逐步改變著這些產(chǎn)業(yè)，包括工業(yè)自動化

11、、國防、運輸和航天領(lǐng)域。例如神州飛船和長征火箭中肯定有很多嵌入式系統(tǒng)，導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)也是嵌入式系統(tǒng)，高檔汽車中也有多達幾十個嵌入式系統(tǒng)。在日常生活中，人們使用各種嵌入式系統(tǒng)，但未必知道它們。事實上，幾乎所有帶有一點“智能”的家電（全自動洗衣機、電腦電飯煲）都是嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)廣泛的適應(yīng)能力和多樣性，使得視聽、工作場所甚至健身設(shè)備中到處都有嵌入式系統(tǒng)。（3） 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)過幾十年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度改變了人們的生活、工作和娛樂方式，而且這些改變還在加速。嵌入式系統(tǒng)具有無數(shù)的種類，每類都具有自己獨特的個性。例如，MP3、數(shù)碼相機與打印機就有很大的不同。汽車中更是具有多個嵌入

12、式系統(tǒng)，使汽車更輕快、更干凈、更容易駕駛。近些年來，嵌入式工業(yè)經(jīng)歷了巨大的變革，嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域開始膨脹。嵌入式微處理器的發(fā)展，促進了嵌入式產(chǎn)品的飛速發(fā)展：微處理器的處理能力按莫爾定律（Moores Law）預(yù)計的速度在增加。該定律認(rèn)為集成電路和晶體管個數(shù)每18個月翻一番。產(chǎn)品市場窗口現(xiàn)在預(yù)計翻番的周期狂熱到69個月?；陔娮拥漠a(chǎn)品更復(fù)雜化。（4） 嵌入式應(yīng)用示例汽車控制系統(tǒng)家庭生活電子化手機與數(shù)碼相機軍事與航天（5） 嵌入式系統(tǒng)模型（6）ARM公司簡介ARM公司成立于1990年11月，成立之初在英國劍橋有12名雇員，其前身為Acorn計算機公司。主要設(shè)計ARM系列RISC處理器內(nèi)核。但ARM公

13、司不生產(chǎn)芯片。ARM公司發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)超過1400 雇員，分公司分布在全球各地。（7） ARM數(shù)據(jù)和指令類型ARM 采用的是32位架構(gòu)的RISC處理器：大部分指令都是單周期執(zhí)行。ARM指令采用load/store架構(gòu)。ARM約定:Byte： 8 bitHalfword： 16 bits (2bytes)Word： 32 bits (4bytes)大部分ARM提供兩套指令集：32-bit ARM 指令集；16-bit Thumb 指令集。最新的ARM核支持一個新的指令集Thumb-2：提供一個混合的32-bit和16-bit指令集；給代碼密度更大的靈活性。Jazelle cores能夠支持Jav

14、a bytecode。3.智能手機（1） 智能手機的定義智能手機(Smartphone)，是指“像個人電腦一樣，具有獨立的操作系統(tǒng)，可以由用戶自行安裝軟件、游戲等第三方服務(wù)商提供的程序，通過此類程序來不斷對手機的功能進行擴充，并可以通過移動通訊網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)接入的這樣一類手機的總稱”。簡單的說，智能手機，就是一部像電腦一樣可以通過下載安裝軟件來拓展手機出廠的基本功能的手機。（2） 智能手機的一般特性具備普通手機的全部功能，能夠進行正常的通話，發(fā)短信等手機應(yīng)用。具備無線接入互聯(lián)網(wǎng)的能力，即需要支持GSM網(wǎng)絡(luò)下的GPRS或者CDMA網(wǎng)絡(luò)下的CDMA 1X或者3G網(wǎng)絡(luò)。具備PDA的功能，包括PI

15、M（個人信息管理），日程記事，任務(wù)安排，多媒體應(yīng)用，瀏覽網(wǎng)頁等。具備一個具有開放性的操作系統(tǒng)，在這個操作系統(tǒng)平臺上，可以安裝更多的應(yīng)用程序，從而使智能手機的功能可以得到無限的擴充。（3） 智能手機發(fā)展趨勢 中國的智能手機現(xiàn)在已經(jīng)達到18%到20%的市場份額且保持每年4%的增幅。4.手機操作系統(tǒng)（1） 概述手機操作系統(tǒng)一般應(yīng)用在高端智能化手機上。目前，在智能手機市場上，中國市場呈現(xiàn)出飛速增長的事態(tài)，隨著更多廠商的加入，整體市場的競爭已經(jīng)變得白熱化。從市場容量、競爭狀態(tài)和應(yīng)用狀況上來看，整個市場將有很大的上升空間。目前應(yīng)用在手機上的操作系統(tǒng)主要有Windows mobile、Android、iPh

16、oneOS三種。Windows MobileWindows Mobile，是Microsoft用于 Pocket PC 和 Smartphone 的軟件平臺。Windows Mobile 將熟悉的 Windows 桌面擴展到了個人設(shè)備中。Windows Mobile是微軟為手持設(shè)備推出的“移動版Windows”，使用Windows Mobile操作系統(tǒng)的設(shè)備主要有PPC手機、PDA、隨身音樂播放器等。AndroidAndroid是基于Linux內(nèi)核的軟件平臺和操作系統(tǒng)，早期由Google開發(fā)，后由開放手機聯(lián)盟Open Handset Alliance）開發(fā)。Android采用了軟件堆層（sof

17、tware stack，又名以軟件疊層）的架構(gòu)，主要分為三部分。低層以Linux內(nèi)核工作為基礎(chǔ)，只提供基本功能；其他的應(yīng)用軟件則由各公司自行開發(fā)，以Java作為編寫程序的一部分。另外，為了推廣此技術(shù)，Google和其它幾十個手機公司建立了開放手機聯(lián)盟。Android目前最新版本的是Android6.0。iphoneOSiPhone OS是由蘋果公司為iPhone開發(fā)的操作系統(tǒng)。它主要是給iPhone和iPodtouch使用。就像其基于的Mac OSX操作系統(tǒng)一樣，它也是以Darwin為基礎(chǔ)的。iPhoneOS的系統(tǒng)架構(gòu)分為四個層次：核心操作系統(tǒng)層（the Core OSlayer），核心服務(wù)層

18、（the Core Serviceslayer），媒體層（the Media layer），可輕觸層（theCocoa Touchlayer）。5.如何學(xué)好嵌入式（1）需要扎實的基礎(chǔ)（2）需要良好的實際動手能力（3）要有濃厚的興趣（4）要廣泛的涉獵，開闊的眼界（5）吃苦耐勞的精神（6）團隊的意識四單片機系統(tǒng)設(shè)計概述1.單片機概述1.1.1單片機概念（1）單片機 (SCM-Single Chip Microcomputer)，單片微型計算機的簡稱。采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把CPU、存儲器(RAM、ROM)、I/O接口電路和各種功能模塊等集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個完整單片微型計算機。CPU：單片機

19、的運算控制中心，由運算器和控制器等組成。存儲器：單片機的記憶部件，存放程序和數(shù)據(jù)。I/O接口：輸入輸出端口， 實現(xiàn)CPU與 外圍設(shè)備的連接。功能模塊：單片機內(nèi)部具有特殊功能的電路。（2） 單片機主要應(yīng)用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器（MCU-Micro Controller Unit）。在國際上，通用稱為“微控制器” ，在我國通常稱為“單片機”。（3） 單片機在應(yīng)用時通常以嵌入的方式工作，為了強調(diào)其“嵌入”的特點，單片機也稱為嵌入式微控制器。1.1.2嵌入式微控制器（1） 單片機： 硬件簡單，字長較短（8位、16位、32位），存儲空間小。集成的片內(nèi)外設(shè)比較少。運行速度低，單循環(huán)式，一般沒有操作系

20、統(tǒng)。（2）ARM系列：高端單片機，硬件集成度高，集成的片內(nèi)外設(shè)很多（串口、USB、CAN、網(wǎng)口、SPI、I2C等），字長一般32位。性能高，速度快。存儲空間大，通常帶操作系統(tǒng)，多任務(wù)并發(fā)處理能力強，實時性高。1.2單片機發(fā)展歷程單片機的產(chǎn)生與發(fā)展經(jīng)歷了5個階段：第一階段（19711974年）：單片機的序幕。以Intel公司在1971年11月設(shè)計出的4位微處理器Intel 4004和1972年4月研制的8位微處理器Intel 8008為代表，從此拉開了研制單片機的序幕。第二階段（19741978年）：初級單片機階段。以Intel公司的MCS-48為代表。這個系列單片機內(nèi)集成有8位CPU、存儲器容

21、量小、I/O接口數(shù)量少。第三階段（1978-1982）單片機的完善階段。以Intel公司的單片機系列MCS-51為代表。內(nèi)部集成8位CPU，存儲器容量較大，有多種I/O接口，具有工控特性的位地址空間及位操作方式；CPU的指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，增加了許多位控制功能的指令。第四階段（1982-1990）：單片機向微控制器發(fā)展的階段。以Intel公司推出的MCS-96系列單片機為代表。內(nèi)部通常采用16位CPU，存儲器容量大，內(nèi)部集成了較多的功能模塊，提高了單片機抗干擾能力，強化了智能控制的特征。第五階段（1990現(xiàn)在）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機在各個領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、

22、大尋址范圍、強運算能力的8位/16位/32位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。 1.3單片機的特點（1）小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化。（2）面向控制。（3）抗干擾能力強。（4）聯(lián)網(wǎng)功能強。1.4單片機的應(yīng)用領(lǐng)域（1） 智能儀器儀表單片機結(jié)合不同類型的傳感器，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，可實現(xiàn)電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。（2） 工業(yè)控制 用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠

23、流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。（3） 家用電器 現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。（4） 計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件。（5） 醫(yī)用設(shè)備（6） 汽車電子與航空航天1.5單片機目前狀況及發(fā)展趨勢（1） 單片機正朝著高性能、低功耗、容量大、體積小、價格低和功能模塊豐富的方向發(fā)展。（2） 單片機朝著網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)化方向發(fā)展。（3） 單片機朝著SOC

24、方向發(fā)展。1.6主流的單片機產(chǎn)品8051單片機最早由Intel公司推出,其他IC公司在購買8051授權(quán)后，加入了自身的優(yōu)勢，開發(fā)出上眾多型號的單片機，這些單片機統(tǒng)稱為8051系列單片機或MCS-51系列單片機。幾種主要的單片機介紹進行介紹：（1） AT89S與AVR單片機AT89S系列是ATMEL公司生產(chǎn)的增強型51單片機，包括AT89S51、AT89S52、AT89S55等。AVR單片機是ATMEL在90年代推出的精簡指令集RISC的單片機,使用哈佛結(jié)構(gòu)。如ATMEGA8、ATMEGA16、ATMEGA32、ATMEGA64等。（2） STC單片機STC單片機是深圳宏晶科技有限公司生產(chǎn)的單片

25、機，采用馮諾依曼結(jié)構(gòu)，芯片加密性強，抗干擾能力強，超低功耗，適用于供電系統(tǒng),如水表、氣表、便攜設(shè)備等。如STC89系列，STC10系列、STC11系列、STC12系列等。（3） SST 單片機美國 SST 公司推出的 SST89 系列單片機為標(biāo)準(zhǔn)的 51 系列單片機。（4） PIC單片機 PIC單片機是MicroChip生產(chǎn)的RISC結(jié)構(gòu)的單片機，使用哈佛結(jié)構(gòu)，運行速度快, 功耗低, 直接驅(qū)動能力強。如PIC16系列和PIC18系列等。（5） MSP430單片機MSP430單片機由TI公司生產(chǎn)，采用馮-諾依曼架構(gòu)，將 16 位 RISC CPU、多種外設(shè)以及高度靈活的時鐘系統(tǒng)進行完美結(jié)合。主要

26、特點是超低功耗，主要應(yīng)用范圍：計量設(shè)備、便攜式儀表、智能傳感系統(tǒng)。1.7常用封裝DIP(dual in-line package)雙列直插式封裝SOP(small Out-Line package)小外形封裝PLCC(plastic leaded chip carrier)帶引線的塑料芯片載體QFP(quad flat package)四方扁平封裝TQFP(Thin Quad Flat Pack)薄型四方扁平封裝BGA(Ball Grid Array)球狀矩陣陣列封裝 PGA（Ceramic Pin Grid Array Package）插針網(wǎng)格陣列封裝技術(shù)2.單片機項目開發(fā)2.1單片機項目開

27、發(fā)流程（1）項目評估：確定待開發(fā)產(chǎn)品的功能、所實現(xiàn)的指標(biāo)，給出進行可行性分析。（1） 設(shè)計電路原理圖：根據(jù)系統(tǒng)功能，選擇合適的元器件，畫出系統(tǒng)電路原理圖。（2） 設(shè)計印刷電路板（PCB）圖：在電路原理圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)技術(shù)方案設(shè)計PCB板圖。（3） 制作PCB線路板：把PCB圖發(fā)往制版廠制作線路板。（4） 定購元器件：購買系統(tǒng)所需的各種元器件。（5） 裝配樣機：焊接線路板，并按照要求接線。（6） 系統(tǒng)調(diào)試：硬件功能模塊調(diào)試。（7） 編寫設(shè)備文檔：編寫各種文檔，以便存檔。2.2單片機開發(fā)舉例五FPGA系統(tǒng)設(shè)計概述1.FPGA概念FPGA（FieldProgrammable Gate Array），

28、即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。2.FPGA結(jié)構(gòu) 3.FPGA 特點（1）FPGA運行速度快FPGA內(nèi)部集成鎖項環(huán)，可以把外部時鐘倍頻，核心頻率可以到幾百M。（2）FPGA管腳多，動輒數(shù)百IO，可以方便連接外設(shè)。比如一個系統(tǒng)有多路AD、DA，單片機要進行仔細的資源分配，總線隔離，而FPGA由于豐富的IO資源，可以很容易用不同IO連接各外設(shè)。（3）FPGA內(nèi)部程序并行運行，F(xiàn)PGA不同邏輯可以并行執(zhí)行，可以同時處

29、理不同任務(wù)，這就導(dǎo)致了FPGA工作更有效率。（4）FPGA有大量軟核，可以方便進行二次開發(fā)FPGA甚至包含單片機和DSP軟核，并且IO數(shù)僅受FPGA自身IO限制，所以，F(xiàn)PGA又是單片機和DSP的超集，也就是說，單片機和DSP能實現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA一般都能實現(xiàn)。（5）FPGA 最大的特點就是靈活，實現(xiàn)你想實現(xiàn)的任何數(shù)字電路，可以定制各種電路。減少受制于專用芯片的束縛。真正為自己的產(chǎn)品量身定做。在設(shè)計的過程中可以靈活的更改設(shè)計。4.IP核人們常說的IP核，也就是知識產(chǎn)權(quán)IP( Intellectual Property )，是那些己驗證的、可重利用的、具有某種確定功能的IC模塊。分為IP軟核 (

30、soft IP core )、IP固核(firm IP core)和IP硬核(hard IP core )。IP的本質(zhì)特征是可重用性，其通常必然滿足以下基本特征：一是通用性好，二是正確性有100的保證，三是可移植性好。5.FPGA開發(fā)流程6.FPGA開發(fā)語言（1） Verilog是一種硬件描述語言（HDL:Hardware Description Language），以文本形式來描述數(shù)字系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)和行為的語言，用它可以表示邏輯電路圖、邏輯表達式，還可以表示數(shù)字邏輯系統(tǒng)所完成的邏輯功能。（2） VHDL全名Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware

31、 Description Language,誕生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美國國防部確認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言 。自IEEE-1076（簡稱87版)之后，各EDA公司相繼推出自己的VHDL設(shè)計環(huán)境，或宣布自己的設(shè)計工具可以和VHDL接口。1993年，IEEE對VHDL進行了修訂，從更高的抽象層次和系統(tǒng)描述能力上擴展VHDL的內(nèi)容，公布了新版本的VHDL，即IEEE標(biāo)準(zhǔn)的1076-1993版本。注：IEEE1364-1995標(biāo)準(zhǔn) -> 1364-2001標(biāo)準(zhǔn) -> 1364-2005標(biāo)準(zhǔn)（3） Verilog VS VHDL在國外學(xué)界VHDL比較流行，在產(chǎn)業(yè)界Ver

32、ilog比較流行。Verilog適合算法級，RTL，邏輯級，門級；而VHDL適合特大型的系統(tǒng)級設(shè)計，也就是在系統(tǒng)級抽象方面比verilog好。Verilog code 運行快，simulation performance 好，所以netlist都用verilog,VHDL package 比較好，但寫得費事。隨著IC設(shè)計的發(fā)展，用Verilog的越來越多，VHDL越來越少。其實語言本身是其次，重要的是你所在的團隊、公司用的是什么。Verilog就像C, VHDL就像PASCAL。7.FPGA芯片與廠商全球知名的FPGA生產(chǎn)廠商有：（1）Altera，開發(fā)平臺是Quartus II（2）Xili

33、nx，開發(fā)平臺是ISE（3）Actel，開發(fā)平臺是Libero（4）Lattice，開發(fā)平臺是 ISPLEVER8.FPGA 應(yīng)用領(lǐng)域（1）高清數(shù)字電視（2）4G/LTE通信基站9. FPGA發(fā)展趨勢ARM+Altera=SoC FPGA10. FPGA的工作方向（1）從事基于FPGA 的通信、音視頻數(shù)據(jù)處理。（2）從事數(shù)字集成電路（IC）設(shè)計。六集成電路設(shè)計概述1. 概念集成電路（Integrated Circuit,簡稱IC）是20世紀(jì)60年代初期發(fā)展起來的一種新型半導(dǎo)體器件。它是經(jīng)過氧化、光刻、擴散、外延、蒸鋁等半導(dǎo)體制造工藝，把構(gòu)成具有一定功能的電路所需的半導(dǎo)體、電阻、電容等元件及它們

34、之間的連接導(dǎo)線全部集成在一小塊硅片上，然后焊接封裝在一個管殼內(nèi)的電子器件。其封裝外殼有圓殼式、扁平式或雙列直插式等多種形式。前述將電路制造在半導(dǎo)體芯片表面上的集成電路又稱薄膜（thin-film）集成電路。另有一種厚膜（thick-film）混成集成電路（hybrid integrated circuit）是由獨立半導(dǎo)體設(shè)備和被動元件，集成到襯底或線路板所構(gòu)成的小型化電路。2. 主要特點集成電路具有體積小，重量輕，引出線和焊接點少，壽命長，可靠性高，性能好等優(yōu)點，同時成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)。它不僅在工、民用電子設(shè)備如收錄機、電視機、計算機等方面得到廣泛的應(yīng)用，同時在軍事、通訊、遙控等方面也得到

35、廣泛的應(yīng)用。用集成電路來裝配電子設(shè)備，其裝配密度比晶體管可提高幾十倍至幾千倍，設(shè)備的穩(wěn)定工作時間也可大大提高。3.國內(nèi)現(xiàn)狀（1）集成電路芯片嚴(yán)重依賴進口，制約經(jīng)濟、技術(shù)發(fā)展。（2）國家信息安全無法保障。（3）國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)扶持政策。（4）人才緊缺。4.IC設(shè)計工具（1）CAD: Computer-aided design計算機輔助設(shè)計，廣義概念，不僅指電子類，還有機械類等等。（2） EDA: Electronic Design Automatic電子設(shè)計自動化，指電子類。5.IC設(shè)計工具提供商（1）Cadence （全系列，模擬見長） IC5141/IC6（模擬版圖編輯） Incisiv（高度集

36、成的仿真工具） Orcad/Allegro（電路板原理圖與PCB設(shè)計工具） SoC Encounter（自動布局布線工具）（2）Synopsys （全系列，數(shù)字見長） DC（數(shù)字綜合器的事實標(biāo)準(zhǔn)） VCS （仿真工具） ICC（自動布局布線工具）PT（時序分析的事實標(biāo)準(zhǔn)）（3）Mentor 線路板PCB Questa系列（含Modelsim） Calibre（物理版圖驗證與提?。?CodeSourcery（嵌入式交叉工具鏈）（4）華大九天 本土EDA工具提供商6.IC設(shè)計廠商（1）Intel：PC處理器，高端通用處理器芯片。（2）ARM：嵌入式高性能低功耗處理器（ARM7、ARM9、ARM11

37、、Cortex-M3、Cortex-A8多核、Cortex-A9多核等）（3）Imagination：嵌入式系統(tǒng)中的高性能顯卡，收購了MIPS處理器部分（4）Nvidia：高端顯卡7.IC制造（1）TSMC：臺積電（ 臺灣積體電路制造股份有限公司 ）（2）SMIC：中芯國際（3）IBM8.AES算法簡述（1）DES : Data Encryption Standard ，1977年美國國家標(biāo)準(zhǔn)局正式公布實施，多年實踐，已不夠安全，3DES仍比較安全。（2）AES : Advanced Encryption Standard，AES設(shè)計為取代DES。9.AES實例以AES設(shè)計為例，討論算法硬件實

38、現(xiàn)問題，包括:（1）design設(shè)計（2）testbench測試臺（3）simulation仿真（4）synthesis綜合（RTL->Gate）（5）STA時序分析七科技創(chuàng)新專題講座1.電子競賽1.1主要電子競賽全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽藍橋杯電子人才競賽山東省大學(xué)生機器人大賽飛思卡爾智能車競賽博創(chuàng)杯嵌入式物聯(lián)網(wǎng)競賽校級電子設(shè)計競賽1.2競賽簡介全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽是教育部高等教育司和信息產(chǎn)業(yè)部人事司共同舉辦并與教學(xué)改革實踐緊密結(jié)合的大型學(xué)科競賽之一，其規(guī)模和影響力不斷擴大，競賽對教改的促進作用日漸顯著。1.3競賽特點與特色全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的特點是與高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)的課程體系和課程

39、內(nèi)容改革密切結(jié)合，以推動其課程教學(xué)、教學(xué)改革和實驗室建設(shè)工作。競賽的特色是與理論聯(lián)系實際學(xué)風(fēng)建設(shè)緊密結(jié)合，競賽內(nèi)容既有理論設(shè)計，又有實際制作，以全面檢驗和加強參賽學(xué)生的理論基礎(chǔ)和實踐創(chuàng)新能力。1.4競賽內(nèi)容（1）以電子電路（含模擬和數(shù)字電路）應(yīng)用設(shè)計為主要內(nèi)容，可以涉及模-數(shù)混合電路、單片機、可編程器件、EDA軟件工具和PC機（主要用于開發(fā)）的應(yīng)用。題目包括“理論設(shè)計”和“實際制作與調(diào)試”兩部分。競賽題目應(yīng)具有實際意義和應(yīng)用背景，并考慮到目前教學(xué)的基本內(nèi)容和新技術(shù)的應(yīng)用趨勢，同時對教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革起一定的引導(dǎo)作用。（2）題目著重考核學(xué)生綜合運用基礎(chǔ)知識進行理論設(shè)計的能力，考核學(xué)生的創(chuàng)新精

40、神和獨立工作能力，考核學(xué)生的實驗技能(制作、調(diào)試)。（3）題目在難易程度方面，既要考慮使一般參賽學(xué)生能在規(guī)定的時間內(nèi)完成基本要求，又能使優(yōu)秀學(xué)生有發(fā)揮與創(chuàng)新的余地。1.5題目要求賽題著重考核學(xué)生綜合運用基礎(chǔ)知識進行理論設(shè)計的能力，考核學(xué)生的創(chuàng)新精神和獨立工作能力，考核學(xué)生的實驗技能(制作、調(diào)試)。競賽題目應(yīng)能測試學(xué)生運用基礎(chǔ)知識的能力、實際設(shè)計能力和獨立工作能力。賽題原則上應(yīng)包括基本要求部分和發(fā)揮部分，在難易程度方面，既要考慮使一般參賽學(xué)生能在規(guī)定的時間內(nèi)完成基本要求，又能使優(yōu)秀學(xué)生有發(fā)揮與創(chuàng)新的余地。命題應(yīng)充分考慮到競賽評審的操作性。1.6題目類型（1）綜合題。綜合題應(yīng)涵蓋模-數(shù)混合電路，可

41、涉及單片機和可編程邏輯器件的應(yīng)用，并盡可能適合不同類型學(xué)校和專業(yè)的學(xué)生選用；（2）專業(yè)題。專業(yè)題是側(cè)重于某一專業(yè)（如計算機、通信、自控、電子技術(shù)應(yīng)用等）的題目；（3）電路題。電路題是側(cè)重于模擬電路、數(shù)字電路、電力電子線路等的題目；（4）新型器件和集成電路應(yīng)用題。新型器件和集成電路應(yīng)用題側(cè)重于新型器件的應(yīng)用、新型集成電路的應(yīng)用；（5）電子產(chǎn)品和儀器初步設(shè)計題。常用電子產(chǎn)品和電子儀器初步設(shè)計的題目側(cè)重于某一產(chǎn)品的初步設(shè)計。1.7題目分類競賽題目主要可以劃分為4大類：（1）模電類：電源、放大器、信號源等。（2）儀器儀表類：參數(shù)測試儀、示波器、頻率計等（3）高頻無線電類：無線電發(fā)射機、接收機，無線收發(fā)

42、系統(tǒng)。（4）控制類。1.8參賽形式 （1）全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽原則上安排在單數(shù)年的9月初開始，為期4天。競賽以賽區(qū)為單位統(tǒng)一組織報名、競賽、評審和評獎工作。（2）鼓勵設(shè)有信息與電子學(xué)科及相關(guān)專業(yè)或已開展電子設(shè)計科技活動的高等學(xué)校，積極組織學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽。 （3）學(xué)生自愿組合，三人一隊，由所在學(xué)校統(tǒng)一向賽區(qū)組委會報名。參賽隊數(shù)由學(xué)校自行確定。（4）為鼓勵不同類型的高校和不同專業(yè)或?qū)I(yè)方向的學(xué)生都能參加競賽，全國競賽專家組根據(jù)命題原則，將統(tǒng)一編制若干個競賽題目，供參賽學(xué)生選用。 （5）競賽所需場地、儀器設(shè)備、元器件或耗材原則上由參賽學(xué)校負責(zé)提供。1.9競賽規(guī)則（1）參賽學(xué)生應(yīng)是高

43、等學(xué)校中具有正式學(xué)籍的全日制在校本科或?qū)？茖W(xué)生。（2）參賽學(xué)生必須按統(tǒng)一時間參加競賽，按時開賽，準(zhǔn)時交卷。各賽區(qū)組委會須按時收回學(xué)生的答卷(報告和制作實物)并及時封存，然后按規(guī)定交賽區(qū)專家組評審。（3）競賽期間，參賽學(xué)生可以使用各種圖書資料和計算機，但不得與隊外人員討論，教師必須回避。（4）競賽期間，各賽區(qū)組委會要組織巡視檢查，以保證競賽活動正常進行。（5）在競賽中，如發(fā)現(xiàn)輔導(dǎo)教師參與、隊與隊之間討論，隊員與隊外人員討論、不按規(guī)定時間發(fā)題和收卷，以及賽前泄題等違紀(jì)現(xiàn)象，將取消獲獎名次，并通報批評。1.10競賽評獎 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽采取“一次競賽、兩級評獎”方式，評獎等級分為“賽區(qū)獎”和“

44、全國獎”兩種形式。（1）各賽區(qū)負責(zé)本賽區(qū)的評獎工作，賽區(qū)獎的評獎等級及各獎項獲獎比例由各賽區(qū)根據(jù)實際情況自行確定。（2）賽區(qū)評審結(jié)束后，各賽區(qū)組委會將本賽區(qū)競賽優(yōu)秀參賽隊的設(shè)計報告及有關(guān)評審材料報送全國組委會，報送的優(yōu)秀參賽隊數(shù)應(yīng)嚴(yán)格控制在本賽區(qū)參賽隊總數(shù)的12%之內(nèi)。全國組委會根據(jù)全國專家組的評審結(jié)果確定全國一、二等獎，獲獎總數(shù)原則上不超過全國參賽隊總數(shù)的10%。2.科研立項2.1國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃內(nèi)容包括創(chuàng)新訓(xùn)練項目、創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目和創(chuàng)業(yè)實踐項目三類。（1）創(chuàng)新訓(xùn)練項目是本科生個人或團隊，在導(dǎo)師指導(dǎo)下，自主完成創(chuàng)新性研究項目設(shè)計、研究條件準(zhǔn)備和項目實施、研究報告撰寫、成果（學(xué)術(shù)）交流等工作。（2）創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目是本科生團隊，在導(dǎo)師指導(dǎo)下，團隊中每個學(xué)生在項目實施過程中扮演一個或多個具體的角色，通過編制商業(yè)計劃書、開展可行性研究、模擬企業(yè)運行、參加企業(yè)實踐、撰寫創(chuàng)業(yè)報告等工作。（