一电子技术发展历程与发展方向-PPT课件

电子技术发展历程及发展方向控制科学与工程学院电子新技术教研室电子技术与工程实践（第一部分）课程性质面向非工科类学生的通识课，是对电子技术基础入门性质的课程。课程目的1、培养学生的科学精神及素养，培养学生的实事求是、独立思考、理论联系实际的能力。2、掌握基本的电工知识，基本的电子电路的分析和设计方法。3、掌握常用的电子仪器使用方法，熟悉简单电子电路的安装、调试方法步骤4、具有一定的阅图能力，具有一定的查阅器件的能力，具有一定的分析设计综合电路的能力。一、电子技术的发展二、电路基础知识五、电子器件及测量三、数字电路入门四、模拟电路入门讲课内容：六、电子电路综合应用学习方法1、转变学习方法，采用工程观点，学会合理的估算。2、掌握基本的理论知识，掌握基本电路的分析方法。3、掌握常用电子元器件的外特性、基本功能及基本应用。4、掌握常用电子电路的功能、基本分析设计方法。5、要勇于实践，具有一定的好奇心，要有良好的自学能力。一什么是电子技术电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。进入21世纪，第五代微处理器与互联网诞生人类进入了电子智能化与信息时代。电子技术的发展，推动计算机技术的发展，使之“无孔不入”，应用广泛！广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电话、手机网络：路由器、ATM交换机、收发器、调制解调器工业：钢铁、石油化工、机加工、数控机床交通：飞机、火车、轮船、汽车军事：雷达、电子导航航空航天：卫星定位、航天飞机、宇宙探测仪医学：γ刀、CT、B超、微创手术消费类电子：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统电子技术是研究具有电子器件的电路及其应用的一门学科一电子器件电子管---晶体管---集成电路1947年晶体管诞生1958年集成电路研制成功1904年电子管问世电子管时代（1905～1948）–为现代技术采取了决定性步骤主要大事记1905年爱因斯坦阐述相对论——E＝mc2真空电子管1906年亚历山德森研制成高频交流发电机德福雷斯特在弗菜明二极管上加栅极，制造第一只电子三极管1912年阿诺德和兰米尔研制出高真空电子管1917年坎贝尔研制成滤波器表面声波滤波器1922年弗里斯研制成第一台超外差无线电收音机1934年劳伦斯研制成回旋加速器1940年帕全森和洛弗尔研制成电子模拟计算机晶体管时代（1948～1959）–宇宙空间的探索即将开始晶体管发明后的60年，世界的电子信息产业发生了翻天覆地的变化，极大地丰富了人民的物质和文化生活。让我们一起来阅读这段60年前的历史。1947年贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克莱研制成第一个点接触型晶体管1948年贝尔实验室的香农发表信息论的论文1950年麻省理工学院的福雷斯特研制成磁心存储器1952年美国爆炸第一颗氢弹1954年贝尔实验室研制太阳能电池和单晶硅1957年苏联发射第一颗人造地球卫星1958年美国得克萨斯仪器公司和仙童公司宣布研制成第一个集成电路1958年诺伊斯宣布制成第一块集成电路（左图）1958年9月12日，在德州仪器公司的实验室里，实现了把电子器件集成在一块半导体材料上的构想。42年以后，2000年获诺贝尔物理学奖。“为现代信息技术奠定了基础”。集成电路阶段时期规模集成度（元件数）50年代末小规模集成电路（SSI）10060年代中规模集成电路（MSI）100070年代大规模集成电路（LSI）100070年代末超大规模集成电路（VLSI）1000080年代特大规模集成电路（ULSI）100000自1958年第一块集成元件问世以来，集成电路已经跨越了小、中、大、超大、特大、巨大规模几个台阶，集成度平均每2年提高近3倍。随着集成度的提高，器件尺寸不断减小。1985年，1兆位ULSI的集成度达到200万个元件，器件条宽仅为1微米；1992年，16兆位的芯片集成度达到了3200万个元件，条宽减到0.5微米，而后的64兆位芯片，其条宽仅为0.3微米。集成电路阶段集成电路制造技术的发展日新月异，其中最具有代表性的集成电路芯片主要包括以下几类，它们构成了现代数字系统的基石。可编程逻辑器件（PLD）微控制芯片（MCU）数字信号处理器（DSP）大规模存储芯片（RAM/ROM）几类常用微控制器芯片简介单片机（MCU)作为最简单使用的微控制芯片，单片机在当今的控制领域占据了一定得份额，由于其入门快，实用性强，很多工科学生以把它作为一门技艺，在每年的电子设计大赛中，单片机都是首选控制芯片。目前单片机领域几大供应厂商为：ATMEL公司，其典型的代表产品就是我们常用的AT89S52和ATmega16；TI公司，其典型的代表是目前功耗最低的微控制器，MSP430类单片机；飞思卡尔公司，其典型产品是MC9S12系列单片机，目前在我们很熟知额智能车大赛中广为使用；凌阳公司，其单片机转为大学生而设计，简单易学，曾赞助过山东省电子设计大赛。51单片机最小系统板单片机的非富多彩的应用用AT89S51单片机制作红外电视遥控器用凌阳单片机做的音控小车飞思卡尔智能车用MSP430单片机做的atm安全警示系统嵌入式处理器(MicroProcessorUnit，MPU)嵌入式处理器是介于小型简单控制器—单片机，和大型多功能处理器—计算机之间的一种处理器，其特点在于多线程并行处理的能力和良好的界面制作性能。因其微型化和高性能，嵌入式处理器在目前的电子行业中得到了迅猛的发展，也极大方便了我们的生活，我们使用的Nokia的N73手机，其主控制器就是ARM公司的ARM7芯片。目前嵌入式处理器领域还是以英国的ARM公司为主导，其生产的ARM系列芯片在当今的电子市场中占据了绝大部分份额，现在ARM11芯片以出产。我们中国的周立功公司EasyARM系列的嵌入式处理器也具有很广泛的应用。另外，嵌入式技术在目前的电子行业正处于高速发展的时期，有兴趣的同学可以投入这一领域，前途一定会很光明。除微控制器之外，可编程逻辑器件和数字信号处理器也是高性能的集成电路，由于其优越的特性，都得到了一定程度的应用，下面让我们认识一下它们可编程逻辑器件借助于其并行性和高速性，在集成电路领域得到了广泛应用，由于其用程序的方式实现了硬件电路的设计，保密性能远高于普通模拟、数字器件，因此CPLD/FPGA（可编程逻辑器件）越来越受到公司的喜爱。现在世界上三大FPGA生产厂商，年头最久的“老大哥”ALTERA，极具冲劲的XILINX以及LATTICE公司，他们的FPGA有极高的性能，得到广泛应用。XILINX公司赞助了今年的山东省电子设计大赛。FPGA的学生普及度正在增加。数字信号处理器DSP主要应用在信号处理领域，其多总线的构架使其具有极快的运算速度。TI公司是当今世界上做DSP比较好的公司，除此之外，AD公司、MAXIM公司等也有高性能的DSP。ALTERA的FPGA开发板声道DSP音响技术FPGA控制小车用FPGA制作的DDS函数信号发生器ENIAC电子计算机的发展第一代（1946～1957）电子管计算机时代：它的基本电子元件是电子管，内存储器采用水银延迟线，外存储器主要采用磁鼓、纸带、卡片、磁带等。由于当时电子技术的限制，运算速度只是每秒几千次~几万次基本运算，内存容量仅几千个字。程序语言处于最低阶段，主要使用二进制表示的机器语言编程，后阶段采用汇编语言进行程序设计。体积大，耗电多，速度低，造价高，使用不便，主要局限于一些军事和科研部门进行科学计算。（ENIAC）电子管计算机晶体管计算机集成电路计算机大规模集成电路计算机第二代（1958～1963）晶体管计算机时代：它的基本电子元件是晶体管，内存储器大量使用磁性材料制成的磁芯存储器。与第一代电子管计算机相比，晶体管计算机体积小，耗电少，成本低，逻辑功能强，使用方便，可靠性高。（IBM7090）IBM7090第三代（1964～1970）集成电路计算机时代：它的基本元件是小规模集成电路和中规模集成电路，磁芯存储器进一步发展，并开始采用性能更好的半导体存储器，运算速度提高到每秒几十万次基本运算。由于采用了集成电路，第三代计算机各方面性能都有了极大提高：体积缩小，价格降低，功能增强，可靠性大大提高。（IBM360系列为代表）IBM360晶体管计算机第四代（1971～）大规模集成电路计算机时代：它的基本元件是大规模集成电路，甚至超大规模集成电路，集成度很高的半导体存储器替代了磁芯存储器，运算速度可达每秒几百万次，甚至上亿次基本运算。具有体积小、功能强、可靠性高等特点。品牌电脑知道中国现在运算速度最快的电脑吗？中国国防科技大学研制成功的中国运算速度最快的超级计算机——“天河一号”，每秒峰值运算速度逾千万亿次，可与目前世界上最强大的计算机比肩。这使得中国成为继美国之后第二个能研制千万亿次计算机的国家。EDA技术电子设计自动化技术的核心就是EDA技术。EDA是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作，即IC设计、电子电路设计和PCB设计。ARM开发板浅谈IC设计IC设计，IntegratedCircuitDesign，或称为集成电路设计，是电子工程学和计算机工程学的一个学科，其主要内容是运用专业的逻辑和电路设计技术设计集成电路（IC）。IC设计涉及硬件软件两方面专业知识。硬件包括数字逻辑电路的原理和应用、模拟电路、高频电路等。软件包括基础的数字逻辑描述语言，如VHDL等，微机汇编语言及C语言。电子电路设计电路（电子线路）是由电气设备和元器件按一定方式联接起来，为电流流通提供了路径的总体，也叫电子网路。电路的大小可以相差很大，小到硅片上的集成电路，大到输电网。根据所处理信号的不同，电子电路可以分为模拟电路和数字电路。电路设计是指通过一定规则和方法设计出的电路。PCB设计印制电路板的设计是以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能。目前通常用protel、POWERPCB等软件实现电路板的绘制。EDA技术发展的三个阶段：计算机辅助设计(CAD)阶段（70年代）：用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了手工操作。计算机辅助工程(CAE)阶段（80年代）：与CAD相比，CAE除了有纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。CAE的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB后分析。电子系统设计自动化(ESDA)阶段（90年代以后）：设计人员按照“自顶向下”的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路（ASIC）实现，然后采用硬件描述语言（HDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标纳米电子技术纳米电子学主要在纳米尺度空间内研究电子、原子和分子运动规律和特性，研究纳米尺度空间内的纳米膜、纳米线。纳米点和纳米点阵构成的基于量子特性的纳米电子器件的电子学功能、特性以及加工组装技术。其性能涉及放大、振荡、脉冲技术、运算处理和读写等基本问题。其新原理主要基于电子的波动性、电子的量子隧道效应、电子能级的不连续性、量子尺寸效应和统计涨落特性等。从微电子技术到纳米电子器件将是电子器件发展的第二次变革，与从真空管到晶体管的第一次变革相比，它含有更深刻的理论意义和丰富的科技内容。在这次变革中，传统理论将不再适用，需要发展新的理论，并探索出相应的材料和技术。六十年代世界上第一个晶体管诞生人类进入了半导体时代七十年代集成电路诞生人类进入了微电子时代八十年代微处理器诞生人类进入了数字技术时代九十年代个人电脑诞生人类进入了数字化时代二十一世纪第五代微处理器与互联网诞生人类进入了电子智能化与信息时代时代的飞跃