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大家好
欢迎来到现代电子系统设计慕课课堂
我是清华大学自动化系的 叶朝辉
首先对课程做一个简介
包括
一 现代电子系统设计的特点
二 课程目的
三 课程内容
四 授课语言 课件文字
在日常生活中 我们都见过电子系统
每个人用的手机
家里的电器设备
例如 电视 冰箱 洗衣机等等
这些电子设备里头
都有不同的电子系统
那么大家知道电子系统里头
最主要的是什么东西呢
那就是电子器件
因此
现代电子系统设计的特点
跟电子器件的发展密切相关
现代电子器件它的发展
首先就表现在集成电路的
集成度越来越高功能越来越强
自从1947年在贝尔实验室
发明第一只晶体管
1958年发明集成电路以来
集成电路它的发展速度就非常快
1965年摩尔提出了著名的摩尔定律
他预测集成电路将以每18个月
集成度翻一番的速度发展
那么从这张图我们可以看出来
从70年代一直到现在
它的发展速度
基本上是线性增长的
也就是基本上是按照摩尔定律
它预测的速度来发展的
虽然近10年来
集成电路它的发展速度有所放缓
但是总的发展速度还是很快的
那么集成电路它的集成度
有两个衡量指标
第一个就是以集成电路芯片上每平方厘米
所能集成的晶体管的数目来衡量
第二个就是以设计集成电路时候
最小的连线宽度来衡量
那么从右边这个图黄色的框里
我们可以看出来
目前集成电路最小的设计线宽
已经达到了7纳米
正在向5纳米的速度前进
这么高的集成度
就可以在一个芯片上集成
很多的电子系统的功能
例如可以在一个芯片上
集成一个到多个微处理器
以及其它的一些功能
甚至可以把一个电子系统
所需要的电路大部分都集成到
一个芯片上面去
形成所谓的片上系统SoC
现在电子系统
它的电子器件的发展
第二个方面就表现在
可编程逻辑器件快速发展
这是以可编程现场门阵列
FPGA的发展为代表
FPGA它的应用越来越广泛
从最开始的数字逻辑设计的应用
发展到信号处理通信高性能的计算
例如它可以做视频和图像的信号处理
可以做无线通信5G通信的处理
也可以做大数据的存储和交换
还可以做高性能的云计算
机器学习的计算
以及金融领域的计算等等
另外FPGA它的集成度也越来越高
也可以在它的芯片上集成微处理器
例如可以集成硬核的微处理器
或者是软核的微处理器
所谓硬核的微处理器
是指微处理器它的硬件的功能
已经固定好了
不能通过软件来重新设计
而软核的微处理器
则是指它的硬件的功能
也可以通过软件来重新设计和定义
如果FPGA上面集成了硬核
我们也称为固核的微处理器
我们就叫它SoC FPGA
如果集成了软核的微处理器
我们就称它为SOPC
也就是片上可编程系统
现代电子系统设计的特点
还与它本身的发展密切相关
主要表现在两个方面
一个是现代电子系统的应用越来越广泛
从传统的航空 航天 广播 通信 军事工业
到现代的网络通信
汽车 医疗 农业 家庭等等各个方面
都有现代电子系统的身影
另外现代电子系统
它的创新的技术和产品层出不穷
例如人们现在戴的智能手表
大楼里的人脸识别门禁系统
天上飞的无人机
以及无人飞行器
还有地上跑的无人驾驶汽车等等
从以上分析我们可以看出来
以微处理器和SoC为核心
进行创新的电子系统设计
也就成为了
现代电子系统设计的特点和发展趋势
接下来我们也就看到课程的目的
包括以下三个方面
第一 就是要学习
现代电子系统的设计方法
为了达到第一个目的
我们通过实验
要掌握第三种典型的SoC
为核心的现代电子系统设计方法
这三种SOoC分别是
一 固核的SoC
我们是以德州仪器生产的
TM4C123微处理器为代表
二 是可编程的SoC也称为PSoC
我们是以赛普拉斯生产的PSoC为代表
第三种就是FPGA-SOPC
也就是集成的软核微处理器的SOPC
第三个目的就是要培养
现代电子系统设计的创新能力
和团队协作能力
在课程中
我们要求以团队的形式
来设计一个创新的实验
接下来是课程内容
课程内容包括十章
第一章
是现代电子系统概述
主要讲现代电子系统的组成和设计方法
由于现代电子系统它处理的电信号
绝大多数都是通过传感器
将外部的信号转换而来的
另外电子系统它输出的信号
大多数时候
又需要输出到外部系统去
因此我们第二章就讲传感器和执行器
由于传感器它输出的信号
绝大多数都是模拟信号
需要模拟电路来处理
所以第三章
我们讲模拟电路和模数混合电路
所有的电子系统都需要直流电源
而直流电源
又与模拟电路密切相关
所以第四章我们介绍直流电源
第五章介绍电子系统它的核心的器件
就是微处理器与片上系统
从第六章到第九章
我们分别介绍固核SoC
也就是以TM4C123 SoC为代表的
它的电子系统设计
第七章是PSoC及其系统设计
第八章是FPGA与数字系统设计
第九章是SOPC系统设计
最后第十章是SoC实验与设备
授课语言和课件文字
授课语言是中文
课件的文字是以英文为主
第一章和第十章以中文为主
其余的以英文为主
但是在英文的课件中
我们将重点和难点的单词
都做了翻译
之所以采用英文的文字为主
主要的原因是现代电子器件
它的原始的资料
绝大多数都是英文的资料
我们用英文的课件
有利于熟悉英文的专业词汇和术语
这样便于自学英文的材料
大家在听课的时候
虽然是英文的文字
但是不会影响大家的听课
大家以听为主
在看课件的时候
主要看重点的英文单词
和已经翻译的中文
以及一些图片
感谢您的观看
-课程简介
-1.1 电子系统简介
-1.2 现代电子系统举例
-1.3 现代电子系统的组成
-1.4 现代电子系统设计方法
-第一章 作业
-2.1 传感器定义
-2.2 传感器的分类和性能指标
-2.3 常用传感器介绍
-2.4 常用执行器介绍
-第二章 作业
-3.1 模拟信号处理简介
-3.2 信号放大和隔离电路
-3.3 滤波电路
--3.3 滤波电路
-3.4 运算电路(一)
-3.5 运算电路(二)
-3.6 电压比较器
-3.7 功率放大电路
-3.8 模-数转换器
-3.9 数-模转换器
-第三章 作业
-4.1 直流电源简介
-4.2 线性稳压电源
-4.3 开关稳压电源
-第四章 作业
-5.1 微处理器简介
-5.2 微处理器和片上系统的发展历程
-5.3 微处理器分类
-5.4 微处理器和片上系统举例
-5.5 微处理器和片上系统硬件结构
-5.6 外围接口和设备
-5.7 嵌入式软件开发方法
-5.8 嵌入式操作系统
-5.9 外围设备应用程序开发简介
-第五章 作业
-6.1 TM4C123 简介
-6.2 TM4C123 实验板
-6.3 TM4C123 软件开发
-6.4 TM4C123 实验举例
-第六章 作业
-7.1 PSoC简介
-7.2 PSoC实验板
-7.3 PSoC软件开发
-7.4 PSoC实验举例
-第七章 作业
-8.1 FPGA简介
-8.2 FPGA的发展趋势
-8.3 FPGA的特点
-8.4 FPGA的结构
-8.5 FPGA结构举例
-8.6 FPGA设计工具和方法
-8.7 QuartusⅡ集成开发环境
-8.8 DE2-115实验平台简介
-8.9 Verilog硬件设计语言
-- 8.9.8 设计仿真
-8.10 数字电路设计与仿真举例
-第八章 作业
-9.1 SOPC简介
-9.2 Nios II 微处理器简介
-9.3 Avalone总线简介
-9.4 SOPC设计方法简介
-9.5 SOPC设计举例
-- 9.5.1 设计内容
-9.6 Nios II 软件设计
-第九章 作业
-10.1 实验内容与要求
-10.2 实验设备与器材
-10.3 注意事项与调试方法
-10.4 实验结果展示
-第十章 作业
-期末考试
--期末考试
