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电子信息科学与技术专业导论结课课程笔记及心得体会


课堂笔记
一.专业概论
1.专业介绍 本专业面向社会需求办学,培养德智体全面发展,掌握电子技术基础知识, 具备较强的创新意识与实践动手能力,能在嵌入式系统软硬件开发、集成电路设 计相关领域从事工程与科研工作的高级专门人才。毕业生也可在电路与系统、微 电子与固体电子学、信号与信息处理等方向继续深造。 2.本专业主要应用领域 (1)嵌入式软硬件系统设计 基于 ARM、51 单片机、FPGA 等 原理图设计、PCB 设计 (2)专用集成电路设计 (3)信号与信息处理相关领域 信号采集、存储、DSP 处理等 图像、视频处理(编码、解码,软硬件协同实现等) 雷达信号处理等 (4)医疗电子、可穿戴设备、物联网等相关领域 3.专业分方向培养(公共课程 + 3 门不同的方向课) (1)嵌入式系统设计方向 嵌入式软硬件系统设计 51 单片机、 ARM、 FPGA 电路设计、PCB 制板 底层软件、操作系统、驱动程序、应用软件 (2)集成电路设计方向 模拟、数字集成电路设计 片上系统(SoC,System-On-a-Chip)设计 FPGA 作为验证平台

二.模拟电子线路概论
1.1 电子技术的两大支柱 (1)模拟电子技术 (2)数字电子技术 应用这两种电子技术产生了无数的电子系统,设备和产品,因而具有划时代 的作用。 1.2 模拟电子技术的信号特点 (1)模拟信号是:幅度和相位都连续的电信号,或者说是幅度和时间方面都连 续的电信号。 (2)模拟信号分布于自然界的各个角落,是自然界存在最广泛的信号。如温度 的变化,语音,图像;而数字信号是人为的抽象出来的在时间上不连续的信号。 1.3 模拟电子技术的主要特点 (1)本课程强调基本概念、基本原理和基本分析方法; (2)本课程的内容更为接近工程实际,电子技术是一门实践性很强的课程;
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(3)在分析和计算时又常常需要从实际情况出发,抓住主要矛盾,忽略次要因 素,过分追求“精确”是没有必要的; (4)电子技术是一门发展十分迅速的学科,要注意能力的培养,包括学习新知 识、新技术的能力。 2.1 半导体器件及其发展 (1)第一代电子器件——真空管开始形成: 近半个世纪,真空管几乎是各种电子设备中唯一可用的电子器件。随后的电 子技术取得了去多成就,如电视、雷达和计算机的发明。 (2)第二代电子器件——半导体器件: 它与真空管相比,半导体管体积小、重量轻、功耗低、寿命长。半导体器件 有二极管、晶体管等,都是一个个独立元件,所以又称为分立元件,由分立元件 组成的电路称为分立元件电路。 随着电子器件的广泛应用,电子技术也很快应用 于工业自动化、检测、计算等方面,促进了计算机、通信等方面的发展。 (3)第三代电子器件——集成电路: 1959 年美国德州仪器公司把晶体管和电阻、电容等集成在一块硅片上,构成 了一个基本完整的单片式功能电路,标志着电子技术进入了微电子时代,是电子 技术发展的一个飞跃。集成电路(简称 I C)是将各种不同电路元件以及他们之 间的连线制作在一块很小的半导体芯片上,成为能完成一定功能的完整电路。 集成模拟芯片的类型: 按照模拟集成电路的类型来分, 则有集成运算放大器、 集成功率放大器、 集成中频放大器、 集成高频放大器、 集成比较器、 集成乘法器、 集成稳压器等。 2.2.1 模拟电子线路的分类 (1)按其所处理的信号频率可以分为低频电路、高频电路和微波电路。 (2)按照电路中电子器件的工作状态分为线性电子电路和非线性电子电路。 (3)按照电路功能分为信号生成电路、信号放大电路、信号运算电路与处理电 路及电源电路等。 2.2.2 模拟电子线路的主要电路介绍

主要电路 (1)信号产生电路 (2)信号电压的放大电路 (3)信号功率的放大电路 (4)信号处理电路
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(5)信号运算电路 (6)电源电路电路 2.3.1 电子线路行为特性分析 (1)行为特性含义:所谓行为特性,是指电子线路模型所代表的功能和技术特 性,例如放大电路的行为特性包括放大功能、放大能力、频率特性等。 (2)问题分类:在进行理论分析时, ①建立电子线路的分析模型进行数学解析描述。 ②在进行仿真分析时, 行为特性的描述是通过对电路图的仿真运算和测试结 果总结出特性和指标,这时得到的是电子线路中变量之间的关系曲线。 2.3.2 电子线路参数分析 (1)含义:所谓电路参数是指描述电路技术特点和特性的数据或变量。电路参 数必须具有明显的物理意义。 在模拟电子技术中,电路的基本参数包括输入或输 出信号的电压、电流、频率、频率特性等。例如:放大器的电压放大倍数,输入 电阻和输出电阻等。 (2)主要分析的问题: ①频率特性:指电子线路对不同频率信号的处理结果,直接反映电丫线路或 系统中信号幅度、相位、频率之间的关系。 ②反馈特性:指电子线路或系统的输出信号通过某种途径进入到形同的输入 端而构成对输入信号的影响, 进而影响到电子线路的输出。反馈太热性是电子线 路或系统的基本特性。 ③稳定性:指反馈电子线路或系统稳定工作的基本特征。 ④输入特性和输出特性:是指输入端电量之间关系以及输出端电量之间关 系。输入特性和输出特性取决于电路和器件的组成和结构。 3.实验 (1)模拟电路实验: ①电路实验使用实际电路器件组成相应的电路,通过对电路现象的观察来总 结电路模型,会对理论分析进行验证。 ②几项注意问题:实验前了解相关仪器的使用方法,估算实验数据和取值范 围及曲线变化趋势;实验中认真连接实验电路,检查所连接电路并完整、无误采 集实验数据;实验后认真分析实验数据,撰写实验报告。 (2)仿真实验 ①含义:借助计算机和相应的工程软件进行仿真分析已经成为电子线路分析 和设计的方法和途径。 ②仿真方法:电子系统的计算机分析可通过以下两种方法完成: 一是使用编程语言,如 C++、FORTRAN、QBASIC 等; 二是使用软件,如 Multisim(电子工作平台,EWB) ,MicroCap 等。利用仿 真软件有系统高度集成,简洁直观,操作方便;电路分析手段完备;提供多种输 入输出接口;使用灵活方便等优点。 ③仿真结果说明:由于半导体器件制造工艺的分散性及电路、系统分析理论 的近似和简化,使得电子线路的实验结果(电路实验和仿真实验)往往与理论设 计结果之间存在一定的差距,有时这个差距还相当大。 4.基本要求和学习方法 (1)课程的基本要求 ①掌握各类电子器件的符号、特性、参数和使用方法;
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②会用常用仪器来测试电路,验证电路的功能。会连接安装常 用的实际电路,会分析电路故障,初步掌握简单设备的维 修原理和方法。 (2)学习方法 ①要先器件后电路 ②先单元电路后整机电路 ③先分立电路后集成电路 ④学好理论,着重实践 ⑤强化集成单路,淡化分立电路

三.ARM 系统设计概述
1.智能生活的机遇与挑战 (1)多元智能化的消费电子市场 (2)互联网应用——局域网到广域网 (3)今天与未来——充满机遇与竞争的时代 2.嵌入式与 ARM (1)嵌入式系统的定义 ①一般定义: 从技术角度:嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,并且软硬 件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专 用计算机系统。 从系统角度:嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件,并使其紧密耦 合在一起的计算机系统。 术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一个完 整的部分,称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。 ②广义定义: 任何一个非计算机的计算系统。 (2)现实中的嵌入式系统 ①嵌入式系统是无处不在的,即使对我们来说似乎很遥远。嵌入式系统在很 多产业中得到了广泛的应用并逐步改变着这些产业,包括工业自动化、国防、运 输和航天领域。 例如神州飞船和长征火箭中肯定有很多嵌入式系统,导弹的制导 系统也是嵌入式系统,高档汽车中也有多达几十个嵌入式系统。 ②在日常生活中,人们使用各种嵌入式系统,但未必知道它们。事实上,几 乎所有带有一点“智能”的家电(全自动洗衣机、电脑电饭煲?)都是嵌入式系 统。嵌入式系统广泛的适应能力和多样性,使得视听、工作场所甚至健身设备中 到处都有嵌入式系统。 (3)嵌入式系统的发展 ①经过几十年的发展,嵌入式系统已经在很大程度改变了人们的生活、工作 和娱乐方式,而且这些改变还在加速。嵌入式系统具有无数的种类,每类都具有 自己独特的个性。例如,MP3、数码相机与打印机就有很大的不同。汽车中更是 具有多个嵌入式系统,使汽车更轻快、更干净、更容易驾驶。 ②近些年来,嵌入式工业经历了巨大的变革,嵌入式系统领域开始膨胀。嵌 入式微处理器的发展,促进了嵌入式产品的飞速发展: ——微处理器的处理能力按莫尔定律(Moore’s Law)预计的速度在增加。
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该定律认为集成电路和晶体管个数每 18 个月翻一番。 ——产品市场窗口现在预计翻番的周期狂热到 6~9 个月。 ——基于电子的产品更复杂化。 (4)嵌入式应用示例 ①汽车控制系统 ②家庭生活电子化 ③手机与数码相机 ④军事与航天 (5)嵌入式系统模型

(6)ARM 公司简介 ①ARM 公司成立于 1990 年 11 月,成立之初在英国剑桥有 12 名雇员,其前身为 Acorn 计算机公司。 ②主要设计 ARM 系列 RISC 处理器内核。但 ARM 公司不生产芯片。 ③ARM 公司发展到现在已经超过 1400 雇员,分公司分布在全球各地。 (7)ARM 数据和指令类型 ①ARM 采用的是 32 位架构的 RISC 处理器:大部分指令都是单周期执行。 ②ARM 指令采用 load/store 架构。 ③ARM 约定: Byte: 8 bit Halfword: 16 bits (2bytes) Word: 32 bits (4bytes) ④大部分 ARM 提供两套指令集: 32-bit ARM 指令集; 16-bit Thumb 指令集。 ⑤最新的 ARM 核支持一个新的指令集 Thumb-2: 提供一个混合的 32-bit 和 16-bit 指令集; 给代码密度更大的灵活性。 ⑥Jazelle cores 能够支持 Java bytecode。 3.智能手机 (1)智能手机的定义 智能手机(Smartphone),是指“像个人电脑一样,具有独立的操作系统,可 以由用户自行安装软件、 游戏等第三方服务商提供的程序,通过此类程序来不断 对手机的功能进行扩充, 并可以通过移动通讯网络来实现无线网络接入的这样一
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类手机的总称” 。 简单的说,智能手机,就是一部像电脑一样可以通过下载安装软件来拓展手 机出厂的基本功能的手机。 (2)智能手机的一般特性 ①具备普通手机的全部功能,能够进行正常的通话,发短信等手机应用。 ②具备无线接入互联网的能力,即需要支持 GSM 网络下的 GPRS 或者 CDMA 网络下的 CDMA 1X 或者 3G 网络。 ③具备 PDA 的功能,包括 PIM(个人信息管理) ,日程记事,任务安排,多媒体 应用,浏览网页等。 ④具备一个具有开放性的操作系统,在这个操作系统平台上,可以安装更多的应 用程序,从而使智能手机的功能可以得到无限的扩充。 (3)智能手机发展趋势 中国的智能手机现在已经达到 18%到 20%的市场份额且保持每年 4%的增 幅。 4.手机操作系统 (1)概述 手机操作系统一般应用在高端智能化手机上。目前,在智能手机市场上,中 国市场呈现出飞速增长的事态, 随着更多厂商的加入,整体市场的竞争已经变得 白热化。从市场容量、竞争状态和应用状况上来看,整个市场将有很大的上升空 间。 目前应用在手机上的操作系统主要有 Windows mobile、Android、iPhoneOS 三种。 ①Windows Mobile Windows Mobile,是 Microsoft 用于 Pocket PC 和 Smartphone 的软件平台。 Windows Mobile 将熟悉的 Windows 桌面扩展到了个人设备中。 Windows Mobile 是微软为手持设备推出的 “移动版 Windows” , 使用 Windows Mobile 操作系统的设备主要有 PPC 手机、PDA、随身音乐播放器等。 ②Android Android 是基于 Linux 内核的软件平台和操作系统,早期由 Google 开发,后 由开放手机联盟 Open Handset Alliance)开发。 Android 采用了软件堆层(software stack,又名以软件叠层)的架构,主要分 为三部分。低层以 Linux 内核工作为基础,只提供基本功能;其他的应用软件则 由各公司自行开发,以 Java 作为编写程序的一部分。 另外, 为了推广此技术, Google 和其它几十个手机公司建立了开放手机联盟。 Android 目前最新版本的是 Android6.0。 ③iphoneOS iPhone OS 是由苹果公司为 iPhone 开发的操作系统。它主要是给 iPhone 和 iPodtouch 使用。 就像其基于的 Mac OSX 操作系统一样, 它也是以 Darwin 为基础的。 iPhoneOS 的系统架构分为四个层次: 核心操作系统层 (the Core OSlayer) , 核心服务层 (the Core Serviceslayer) ,媒体层(the Media layer) ,可轻触层(theCocoa Touchlayer) 。 5.如何学好嵌入式 (1)需要扎实的基础 (2)需要良好的实际动手能力
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(3)要有浓厚的兴趣 (4)要广泛的涉猎,开阔的眼界 (5)吃苦耐劳的精神 (6)团队的意识

四.单片机系统设计概述
1.单片机概述 1.1.1 单片机概念 (1)单片机 (SCM--Single Chip Microcomputer),单片微型计算机的简称。 采用超大规模集成电路技术把 CPU、存储器(RAM、ROM)、I/O 接口电路和各种 功能模块等集成到一块硅片上构成的一个完整单片微型计算机。 CPU:单片机的运算控制中心,由运算器和控制器等组成。 存储器:单片机的记忆部件,存放程序和数据。 I/O 接口:输入输出端口, 实现 CPU 与 外围设备的连接。 功能模块:单片机内部具有特殊功能的电路。 (2)单片机主要应用于控制领域,故又称为微控制器(MCU--Micro Controller Unit) 。在国际上,通用称为“微控制器” ,在我国通常称为“单片机” 。 (3)单片机在应用时通常以嵌入的方式工作,为了强调其“嵌入”的特点,单 片机也称为嵌入式微控制器。 1.1.2 嵌入式微控制器 (1)单片机: 硬件简单,字长较短(8 位、16 位、32 位) ,存储空间小。集成的片内外设 比较少。运行速度低,单循环式,一般没有操作系统。 (2)ARM 系列: 高端单片机,硬件集成度高,集成的片内外设很多(串口、USB、CAN、网 口、SPI、I2C 等) ,字长一般 32 位。性能高,速度快。存储空间大,通常带操 作系统,多任务并发处理能力强,实时性高。 1.2 单片机发展历程 单片机的产生与发展经历了 5 个阶段: 第一阶段(1971~1974 年) :单片机的序幕。以 Intel 公司在 1971 年 11 月设 计出的 4 位微处理器 Intel 4004 和 1972 年 4 月研制的 8 位微处理器——Intel 8008 为代表,从此拉开了研制单片机的序幕。 第二阶段(1974~1978 年) :初级单片机阶段。以 Intel 公司的 MCS-48 为代 表。这个系列单片机内集成有 8 位 CPU、存储器容量小、I/O 接口数量少。 第三阶段 (1978-1982) 单片机的完善阶段。 以 Intel 公司的单片机系列 MCS-51 为代表。内部集成 8 位 CPU,存储器容量较大,有多种 I/O 接口,具有工控特性 的位地址空间及位操作方式;CPU 的指令系统趋于丰富和完善,增加了许多位 控制功能的指令。 第四阶段(1982-1990) :单片机向微控制器发展的阶段。以 Intel 公司推出的 MCS-96 系列单片机为代表。内部通常采用 16 位 CPU,存储器容量大,内部集 成了较多的功能模块,提高了单片机抗干扰能力,强化了智能控制的特征。 第五阶段(1990—现在) :微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领 域全面深入地发展和应用,出现了高速、大寻址范围、强运算能力的 8 位/16 位 /32 位通用型单片机,以及小型廉价的专用型单片机。
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1.3 单片机的特点 (1)小巧灵活、成本低、易于产品化。 (2)面向控制。 (3)抗干扰能力强。 (4)联网功能强。 1.4 单片机的应用领域 (1)智能仪器仪表 单片机结合不同类型的传感器, 广泛应用于仪器仪表中, 可实现电压、 功率、 频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理 量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起 采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备(功率计,示波器,各种分 析仪) 。 (2)工业控制 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的 智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统 等。 (3)家用电器 现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭褒、洗衣机、电冰箱、 空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。 (4)计算机网络和通信领域 现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为 在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件。 (5)医用设备 (6)汽车电子与航空航天 1.5 单片机目前状况及发展趋势 (1)单片机正朝着高性能、低功耗、容量大、体积小、价格低和功能模块丰富 的方向发展。 (2)单片机朝着网络互联化方向发展。 (3)单片机朝着 SOC 方向发展。 1.6 主流的单片机产品 8051 单片机最早由 Intel 公司推出,其他 IC 公司在购买 8051 授权后,加入了 自身的优势,开发出上众多型号的单片机,这些单片机统称为 8051 系列单片机 或 MCS-51 系列单片机。几种主要的单片机介绍进行介绍: (1)AT89S 与 AVR 单片机 AT89S 系列是 ATMEL 公司生产的增强型 51 单片机,包括 AT89S51 、 AT89S52、AT89S55 等。 AVR 单片机是 ATMEL 在 90 年代推出的精简指令集 RISC 的单片机,使用哈 佛结构。如 ATMEGA8、ATMEGA16、ATMEGA32、ATMEGA64 等。 (2)STC 单片机 STC 单片机是深圳宏晶科技有限公司生产的单片机,采用冯诺依曼结构,芯 片加密性强,抗干扰能力强,超低功耗,适用于供电系统,如水表、气表、便携 设备等。如 STC89 系列,STC10 系列、STC11 系列、STC12 系列等。 (3)SST 单片机 美国 SST 公司推出的 SST89 系列单片机为标准的 51 系列单片机。
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(4)PIC 单片机 PIC 单片机是 MicroChip 生产的 RISC 结构的单片机,使用哈佛结构,运行 速度快, 功耗低, 直接驱动能力强。如 PIC16 系列和 PIC18 系列等。 (5)MSP430 单片机 MSP430 单片机由 TI 公司生产,采用冯-诺依曼架构,将 16 位 RISC CPU、 多种外设以及高度灵活的时钟系统进行完美结合。主要特点是超低功耗,主要应 用范围:计量设备、便携式仪表、智能传感系统。 1.7 常用封装 DIP(dual in-line package)双列直插式封装 SOP(small Out-Line package)小外形封装 PLCC(plastic leaded chip carrier)带引线的塑料芯片载体 QFP(quad flat package)四方扁平封装 TQFP(Thin Quad Flat Pack)薄型四方扁平封装 BGA(Ball Grid Array)球状矩阵阵列封装 PGA(Ceramic Pin Grid Array Package)插针网格阵列封装技术 2.单片机项目开发 2.1 单片机项目开发流程 (1)项目评估:确定待开发产品的功能、所实现的指标,给出进行可行性分析。 (1)设计电路原理图:根据系统功能,选择合适的元器件,画出系统电路原理 图。 (2)设计印刷电路板(PCB)图:在电路原理图的基础上,根据技术方案设计 PCB 板图。 (3)制作 PCB 线路板:把 PCB 图发往制版厂制作线路板。 (4)定购元器件:购买系统所需的各种元器件。 (5)装配样机:焊接线路板,并按照要求接线。 (6)系统调试:硬件功能模块调试。 (7)编写设备文档:编写各种文档,以便存档。 2.2 单片机开发举例

五.FPGA 系统设计概述
1.FPGA 概念 FPGA (Field-Programmable Gate Array) , 即现场可编程门阵列, 它是在 PAL、 GAL、CPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路 (ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克 服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。 2.FPGA 结构

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3.FPGA 特点 (1)FPGA 运行速度快 FPGA 内部集成锁项环,可以把外部时钟倍频,核心频 率可以到几百 M。 (2) FPGA 管脚多, 动辄数百 IO, 可以方便连接外设。 比如一个系统有多路 AD、 DA,单片机要进行仔细的资源分配,总线隔离,而 FPGA 由于丰富的 IO 资源, 可以很容易用不同 IO 连接各外设。 (3)FPGA 内部程序并行运行,FPGA 不同逻辑可以并行执行,可以同时处理 不同任务,这就导致了 FPGA 工作更有效率。 (4)FPGA 有大量软核,可以方便进行二次开发 FPGA 甚至包含单片机和 DSP 软核,并且 IO 数仅受 FPGA 自身 IO 限制,所以,FPGA 又是单片机和 DSP 的 超集,也就是说,单片机和 DSP 能实现的功能,FPGA 一般都能实现。 (5)FPGA 最大的特点就是灵活,实现你想实现的任何数字电路,可以定制各 种电路。减少受制于专用芯片的束缚。真正为自己的产品量身定做。在设计的过 程中可以灵活的更改设计。 4.IP 核 人们常说的 IP 核,也就是知识产权 IP( Intellectual Property ),是那些己验证 的、可重利用的、具有某种确定功能的 IC 模块。分为 IP 软核 (soft IP core )、IP 固核(firm IP core)和 IP 硬核(hard IP core )。 IP 的本质特征是可重用性,其通常必然满足以下基本特征:一是通用性好, 二是正确性有 100%的保证,三是可移植性好。 5.FPGA 开发流程

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6.FPGA 开发语言 (1)Verilog 是一种硬件描述语言(HDL:Hardware Description Language) ,以文 本形式来描述数字系统硬件的结构和行为的语言,用它可以表示逻辑电路图、逻 辑表达式,还可以表示数字逻辑系统所完成的逻辑功能。 (2)VHDL 全 名 Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,诞生于 1982 年。1987 年底,VHDL 被 IEEE 和美国国防部确认为标准 硬件描述语言 。自 IEEE-1076(简称 87 版)之后,各 EDA 公司相继推出自己的 VHDL 设计环境,或宣布自己的设计工具可以和 VHDL 接口。1993 年,IEEE 对 VHDL 进行了修订,从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展 VHDL 的内容, 公布了新版本的 VHDL,即 IEEE 标准的 1076-1993 版本。 注:IEEE1364-1995 标准 -> 1364-2001 标准 -> 1364-2005 标准 (3)Verilog VS VHDL ①在国外学界 VHDL 比较流行,在产业界 Verilog 比较流行。 ②Verilog 适合算法级,RTL,逻辑级,门级;而 VHDL 适合特大型的系统级设 计,也就是在系统级抽象方面比 verilog 好。 ③Verilog code 运行快, simulation performance 好, 所以 netlist 都用 verilog,VHDL package 比较好,但写得费事。 ④随着 IC 设计的发展,用 Verilog 的越来越多,VHDL 越来越少。其实语言本身 是其次,重要的是你所在的团队、公司用的是什么。 ⑤Verilog 就像 C, VHDL 就像 PASCAL。 7.FPGA 芯片与厂商 全球知名的 FPGA 生产厂商有: (1)Altera,开发平台是 Quartus II (2)Xilinx,开发平台是 ISE (3)Actel,开发平台是 Libero (4)Lattice,开发平台是 ISPLEVER 8.FPGA 应用领域 (1)高清数字电视 (2)4G/LTE 通信基站
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9.FPGA 发展趋势 ARM+Altera=SoC FPGA 10.FPGA 的工作方向 (1)从事基于 FPGA 的通信、音视频数据处理。 (2)从事数字集成电路(IC)设计。

六.集成电路设计概述
1.概念 集成电路(Integrated Circuit,简称 IC)是 20 世纪 60 年代初期发展起来的一 种新型半导体器件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺, 把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接 导线全部集成在一小块硅片上, 然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。其封装 外壳有圆壳式、扁平式或双列直插式等多种形式。 前述将电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜(thin-film)集成 电路。另有一种厚膜(thick-film)混成集成电路(hybrid integrated circuit)是由 独立半导体设备和被动元件,集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。 2.主要特点 集成电路具有体积小,重量轻,引出线和焊接点少,寿命长,可靠性高,性 能好等优点,同时成本低,便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录 机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用,同时在军事、通讯、遥控等方面也 得到广泛的应用。 用集成电路来装配电子设备,其装配密度比晶体管可提高几十 倍至几千倍,设备的稳定工作时间也可大大提高。 3.国内现状 (1)集成电路芯片严重依赖进口,制约经济、技术发展。 (2)国家信息安全无法保障。 (3)国家战略产业扶持政策。 (4)人才紧缺。 4.IC 设计工具 (1)CAD: Computer-aided design 计算机辅助设计,广义概念,不仅指电子类,还有机械类等等。 (2)EDA: Electronic Design Automatic 电子设计自动化,指电子类。 5.IC 设计工具提供商 (1)Cadence (全系列,模拟见长) IC5141/IC6 (模拟版图编辑) Incisiv (高度集成的仿真工具) Orcad/Allegro (电路板原理图与 PCB 设计工具) SoC Encounter (自动布局布线工具) (2)Synopsys (全系列,数字见长) DC (数字综合器的事实标准) VCS (仿真工具) ICC (自动布局布线工具) PT (时序分析的事实标准) (3)Mentor
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线路板 PCB Questa 系列 (含 Modelsim) Calibre (物理版图验证与提取) CodeSourcery (嵌入式交叉工具链) (4)华大九天 本土 EDA 工具提供商 http://www.empyrean.com.cn/ 6.IC 设计厂商 (1)Intel:PC 处理器,高端通用处理器芯片。 (2)ARM:嵌入式高性能低功耗处理器(ARM7、ARM9、ARM11、Cortex-M3、 Cortex-A8 多核、Cortex-A9 多核等) (3)Imagination:嵌入式系统中的高性能显卡,收购了 MIPS 处理器部分 (4)Nvidia:高端显卡 7.IC 制造 (1)TSMC:台积电( 台湾积体电路制造股份有限公司 ) (2)SMIC:中芯国际 (3)IBM 8.AES 算法简述 (1)DES : Data Encryption Standard ,1977 年美国国家标准局正式公布实施, 多年实践,已不够安全,3DES 仍比较安全。 (2)AES : Advanced Encryption Standard,AES 设计为取代 DES。 9.AES 实例 以 AES 设计为例,讨论算法硬件实现问题,包括: (1)design 设计 (2)testbench 测试台 (3)simulation 仿真 (4)synthesis 综合(RTL-->Gate) (5)STA 时序分析

七.科技创新专题讲座
1.电子竞赛 1.1 主要电子竞赛 全国大学生电子设计竞赛 蓝桥杯电子人才竞赛 山东省大学生机器人大赛 飞思卡尔智能车竞赛 博创杯嵌入式物联网竞赛 校级电子设计竞赛 1.2 竞赛简介 全国大学生电子设计竞赛是教育部高等教育司和信息产业部人事司共同举 办并与教学改革实践紧密结合的大型学科竞赛之一,其规模和影响力不断扩大, 竞赛对教改的促进作用日渐显著。 1.3 竞赛特点与特色 全国大学生电子设计竞赛的特点是与高等学校相关专业的课程体系和课程
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内容改革密切结合,以推动其课程教学、教学改革和实验室建设工作。竞赛的特 色是与理论联系实际学风建设紧密结合, 竞赛内容既有理论设计, 又有实际制作, 以全面检验和加强参赛学生的理论基础和实践创新能力。
1.4 竞赛内容

(1)以电子电路(含模拟和数字电路)应用设计为主要内容,可以涉及模数混合电路、单片机、可编程器件、EDA 软件工具和 PC 机(主要用于开发)的 应用。题目包括“理论设计”和“实际制作与调试”两部分。竞赛题目应具有实 际意义和应用背景, 并考虑到目前教学的基本内容和新技术的应用趋势,同时对 教学内容和课程体系改革起一定的引导作用。 (2)题目着重考核学生综合运用基础知识进行理论设计的能力,考核学生 的创新精神和独立工作能力,考核学生的实验技能(制作、调试)。 (3)题目在难易程度方面,既要考虑使一般参赛学生能在规定的时间内完 成基本要求,又能使优秀学生有发挥与创新的余地。 1.5 题目要求 赛题着重考核学生综合运用基础知识进行理论设计的能力,考核学生的创新 精神和独立工作能力,考核学生的实验技能(制作、调试)。竞赛题目应能测试学 生运用基础知识的能力、 实际设计能力和独立工作能力。赛题原则上应包括基本 要求部分和发挥部分, 在难易程度方面,既要考虑使一般参赛学生能在规定的时 间内完成基本要求, 又能使优秀学生有发挥与创新的余地。命题应充分考虑到竞 赛评审的操作性。 1.6 题目类型 (1)综合题。综合题应涵盖模-数混合电路,可涉及单片机和可编程逻辑器 件的应用,并尽可能适合不同类型学校和专业的学生选用; (2)专业题。专业题是侧重于某一专业(如计算机、通信、自控、电子技 术应用等)的题目; (3)电路题。电路题是侧重于模拟电路、数字电路、电力电子线路等的题 目; (4)新型器件和集成电路应用题。新型器件和集成电路应用题侧重于新型 器件的应用、新型集成电路的应用; (5)电子产品和仪器初步设计题。常用电子产品和电子仪器初步设计的题 目侧重于某一产品的初步设计。 1.7 题目分类 竞赛题目主要可以划分为 4 大类: (1)模电类:电源、放大器、信号源等。 (2)仪器仪表类:参数测试仪、示波器、频率计等 (3)高频无线电类:无线电发射机、接收机,无线收发系统。 (4)控制类。 1.8 参赛形式 (1)全国大学生电子设计竞赛原则上安排在单数年的 9 月初开始,为期 4 天。竞赛以赛区为单位统一组织报名、竞赛、评审和评奖工作。 (2)鼓励设有信息与电子学科及相关专业或已开展电子设计科技活动的高 等学校,积极组织学生参加全国大学生电子设计竞赛。 (3)学生自愿组合,三人一队,由所在学校统一向赛区组委会报名。参赛 队数由学校自行确定。
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(4)为鼓励不同类型的高校和不同专业或专业方向的学生都能参加竞赛, 全国竞赛专家组根据命题原则,将统一编制若干个竞赛题目,供参赛学生选用。 (5)竞赛所需场地、仪器设备、元器件或耗材原则上由参赛学校负责提供。 1.9 竞赛规则 (1)参赛学生应是高等学校中具有正式学籍的全日制在校本科或专科学生。 (2)参赛学生必须按统一时间参加竞赛,按时开赛,准时交卷。各赛区组 委会须按时收回学生的答卷(报告和制作实物)并及时封存,然后按规定交赛区专 家组评审。 (3)竞赛期间,参赛学生可以使用各种图书资料和计算机,但不得与队外 人员讨论,教师必须回避。 (4)竞赛期间,各赛区组委会要组织巡视检查,以保证竞赛活动正常进行。 (5)在竞赛中,如发现辅导教师参与、队与队之间讨论,队员与队外人员 讨论、不按规定时间发题和收卷,以及赛前泄题等违纪现象,将取消获奖名次, 并通报批评。 1.10 竞赛评奖 全国大学生电子设计竞赛采取“一次竞赛、两级评奖”方式,评奖等级分为 “赛区奖”和“全国奖”两种形式。 (1)各赛区负责本赛区的评奖工作,赛区奖的评奖等级及各奖项获奖比例 由各赛区根据实际情况自行确定。 (2)赛区评审结束后,各赛区组委会将本赛区竞赛优秀参赛队的设计报告 及有关评审材料报送全国组委会, 报送的优秀参赛队数应严格控制在本赛区参赛 队总数的 12%之内。 全国组委会根据全国专家组的评审结果确定全国一、 二等奖, 获奖总数原则上不超过全国参赛队总数的 10%。 2.科研立项 2.1 国家级大学生创新创业训练计划 国家级大学生创新创业训练计划内容包括创新训练项目、创业训练项目和创 业实践项目三类。 (1)创新训练项目是本科生个人或团队,在导师指导下,自主完成创新性 研究项目设计、研究条件准备和项目实施、研究报告撰写、成果(学术)交流等 工作。 (2)创业训练项目是本科生团队,在导师指导下,团队中每个学生在项目 实施过程中扮演一个或多个具体的角色, 通过编制商业计划书、 开展可行性研究、 模拟企业运行、参加企业实践、撰写创业报告等工作。 (3)创业实践项目是学生团队,在学校导师和企业导师共同指导下,采用 前期创新训练项目(或创新性实验)的成果,提出一项具有市场前景的创新性产 品或者服务,以此为基础开展创业实践活动。 【经费支持】 :国家级大学生创新创业训练计划由中央财政、地方财政共同 支持,参与高校按照不低于 1:1 的比例,自筹经费配套。中央部委所属高校参与 国家级大学生创新创业训练计划, 由中央财政按照平均一个项目 1 万元的资助数 额,予以经费支持。地方所属高校参加国家级大学生创新创业训练计划,由地方 财政参照中央财政经费支持标准予以支持。 各高校可根据申报项目的具体情况适 当增减单个项目资助经费。 对中央部委所属高校创业实践项目,每个项目经费不 少于 10 万元,其中,中央财政经费应资助 5 万元左右。 2.2 校级大学生科技创新项目
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2014 年电子通信与物理学院共 13 项。 3.专利申请 3.1 发明专利 发明专利是指对一种从创造活动中产生的对现有技术问题的崭新的解决方 案所授予的专利。 3.2 实用新型专利 实用新型通常是指对产品的形状、构造或者其结合所提出的适于实用的新的 技术方案。 3.3 实用新型与发明的不同之处 (1)实用新型只限于具有一定形状的产品,不能是一种方法,也不能是没 有固定形状的产品; (2)对实用新型的创造性要求不太高,而实用性较强。 附文:

心得体会
通过几周的专业导论课,我对电子信息科学与技术这个专业有了全新的认 识。 就对本专业培养人才来讲: 电子信息科学与技术培养具备电子信息科学与技 术的基本理论和知识, 有过科学的试验训练和科学研究初步训练,可以培养出在 电子信息科学与技术、 计算机科学与技术相关领域和行政部门从事科学研究、教 学产品设计与研发、声场技术干礼工作的电子信息技术的专攻型人才! 虽然此专业看是一片繁华,但是问题也不少,吃苦就不用说了。如果想要以 后出去工资高点, 一则可以选择考研,二则可以选择去实验室跟老师多做做实验 项目等。问题就在于考研与找工作之间。 一是有些毕业生向继续深造,担忧害怕考不上研而没有退路,所以就与某些 小公司随便签了约。 到了真没考上是有想找一个号一点的工作,要么毁约交高额 的毁约金,要么屈身这家小公司,处于来那个男境地! 二是有想考研的人被周围那些高工资的同学所诱惑, 不知道是考研好还是找 工作好。有的就是一边想考研一边想找工作,不能按心的做好一件事,结果得不 偿失。 今后为了学好这个专业我会: ① 具有杂事的数理基础, 学好高等数学, 线性代数、 大学物理等基础学科; ② 熟练掌握一门外语(例如英语) ,达到六级水平,并具有一定的译、听、 说和写作能力; ③ 较系统的掌握本专业方向的技术基础理论知识, 适应较宽技术领域内电 子和信息工程方面的相关工作、掌握信息采集、传输和处理掉理论和技术、具有 设计、集成、应用及计算机模拟信息系统的基本能力; ④ 掌握计算机的基本原理与技术,具有初步的软、硬件的开发能力,了解 国家有关信息产业带基本方针、政策和法规; ⑤ 掌握计算机编程语言,具有初步的编程能力; ⑥ 掌握模拟和数字电子系统的基础理论和原理、分析方法、实验技能与方 法;

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⑦ 了解信息系统的理论前沿、 应用前景和发展动态、具有研究开发新系 统、新技术的初步能力; ⑧ 掌握文件检索、 资料查询的基本方法,具有一定的科学研究和实际工作 的能力; ⑨ 培养良好的人文素养和科学素养,较好的心理素质,较强的创新精神。 无论如何, 想要学好某一专业或技术, 靠的是学习的人, 大学不像高中, 只有有足够的自制力和自觉性才会得到想要的,我相信有兴趣做引导,再加上自 己的努力,我一定能在电子信息领域里取得一番成就,从而实现自己的人生理想
和价值。

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