第1章13 微电子技术26共27页
合集下载
微电子技术单片机教程第二章
钟时，用于外接时钟脉冲信号。
89S51 时钟产生方式
内部时钟方式
C1
18（XTAL2）
外部时钟方式
悬空
18（XTAL2）
19（XTAL1）
C2
19（XTAL1）
外部时 钟
GND
AT89S51
GND AT89S51
3、I/O口引脚（32个引脚）
P0口（32脚～39脚）有两种使用方法：
作为普通I/O口使用，须外接上拉电阻
CPU总是按PC的指示读取程序。PC可自动加1。因此
CPU执行程序一般是顺序方式。当发生转移、子程序
调用、中断和复位等操作，PC被强制改写，程序执行
顺序也发生改变。
系统复位时，PC=0000H。
(7)程序状态寄存器PSW（Program Status Word）
位 PSW
位 7 6 5 4 3 2 1 0
单片机引脚说明
1、主电源引脚Vcc和 V ss VCC（40脚）: 接+4V~+5V电源正端;
VSS（GND 20脚）: 电源负极（接地）
2、振荡器外接晶体引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1（19脚）、XTAL2（18脚）：当使用芯片内部时
钟时，此二引线用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时
中断 锁存器 定时/计数器 串行口
存储 器
锁存器
锁存器
控制 器
锁存器
B
SP
暂存器1
ACC
暂存器2
指令寄存器IR
运算 I/O 器 接口
缓冲器
双数据指针DPTR PC增量器
程序计数器PC
4K FLASH
指令译码器ID
PSW
1 运动控制系统及其组成
21
传感技术：检测技术
对电机中涉及的电流、电压、转速、
磁感应强度、电涡流等信号进行提取 和放大 滤波器的实现
22
控制算法实现平台：微电子技术
模拟控制器和滤波器：模拟电子技术 数字控制器滤波器：信号与系统、
数字信号处理、计算机控制、嵌入式 系统（单片机、DSP、FPGA）、C 语言
30
思考
对磁场进行测量可以采用什么原理的
传感器 DSP与普通单片机的区别
31
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第1章
绪论
1
1 运动控制系统及其 组成
2
1.1 现代运动控制系统实例
直流电机调速系统
3
无刷直流电机控制系统
4
交流电机变频调速系统
5
超声电机控制系统
6
超声电机控制器
7
相机用超声电机
8
直线型超声电机
9
大功率异步电机控制系统
10
1.2 运动控制系统及其组成
电力拖动自动控制系统运动控制系统第1章绪论11运动控制系统及其组成211现代运动控制系统实例直流电机调速系统3?无刷直流电机控制系统4?交流电机变频调速系统5?超声电机控制系统6?超声电机控制器7?相机用超声电机8?直线型超声电机9?大功率异步电机控制系统1012运动控制系统及其组成图12运动控制系统及其组成11现代运动控制技术电机学电力电子技术微电子技术计算机控制技术控制理论信号检测与处理技术等多门学科相互交叉的综合性学科
以matlab中的simulink为主
要仿真工具
29
主要参考资料
电机学：《电机及拖动基础》顾绳谷第四 版 自动控制：自动控制原理(胡寿松5版) 电力电子：电力电子技术（王兆安第4版） 《电力电子应用技术的MAtlab仿真》 林飞 《电力电子和电力拖动控制系统的 MATLAB仿真》 洪乃刚 2006年
机电一体化技术导论
动力 系统
信息处 理及控 制系统
机械 本体
执行 装置
检测 功能
动力 功能
控制 功能
主功 能
构造 功能
第一章 机电一体化技术导论 22
从机电一体化系统的功能看，人体是机电一体化 系统理想的参照物。
第一章 机电一体化技术导论 23
人体五大要素与机电一体化产品五大要素 的对应关系
动力 系统
(内脏)
传感
第一章 机电一体化技术导论 25
动力系统 按照系统控制要求，为系统提供能量和 动力，驱动执行机构完成预定主功能。 根据动力源的不同，可分为液压式、气 压式、电气式等类型。 追求目标：高效率、快速响应特性、高 适应性和可靠性。
第一章 机电一体化技术导论 26
传感与检测系统
在系统运行中对系统本身和外界环境的 各种参数及状态进行检测，并把被检测 信号转换成可用的输出信号（电压、电 流、频率和脉冲等），为信息处理及控 制系统提供所需信息。 组成：传感器和信号检测电路。 追求目标：高精度、抗干扰、环境适应 性强、体积小、安装维护容易。
第一章 机电一体化技术导论 27
信息处理及控制系统
接受传感与检测系统反馈的信息，并对 其进行相应处理、运算、决策，根据处 理结果，按照一定的规则发出相应的控 制信号，控制整个系统按要求实现有序 地运行。
机融合的一种综合性技术，而不是机械技 术、微电子技术以及其它新技术的简单组 合、拼凑。
第一章 机电一体化技术导论 11
机电一体化技术
机电一体化与机械电气化的区别？
主要区别为:
① 电气机械在设计过程中不考虑或少考虑电器与 机械的内在联系，基本上是根据机械的要求，选用 相应的驱动电机或电气传动装置；
第1章 电力拖动自动控制系统 运动控制系统(第5版)
硬件电路标准化程度高 控制规律体现在软件上，修改灵活 方便 拥有信息存储、数据通信和故障诊 断等功能
运动控制系统的控制器
模拟控制器
并行运行，控制器的滞后时间小。 微处理器数字控制器 串行运行方式，其滞后时间比模拟 控制器大得多，在设计系统时应予以 考虑。
运动控制系统的信号检测与处理
信号检测
1.2 运动控制系统的历史与发展
直流调速系统
直流电动机的数学模型简单，转 矩易于控制。 换向器与电刷的位置保证了电枢 电流与励磁电流的解耦，使转矩与 电枢电流成正比。
1.2 运动控制系统的历史与发展
交流调速系统
交流电动机（尤其是笼型感应电 动机）结构简单 交流电动机动态数学模型具有非 线性多变量强耦合的性质，比直流电 动机复杂得多。
交流调速系统
基于稳态模型的交流调速系统
转速开环的变压变频调速 转速闭环的转差频率控制系统 动态性能无法与直流调速系统相比
交流调速系统
基于动态模型的交流调速系统
矢量控制系统 直接转矩控制系统 动态性能良好，取代直流调速系统
1.2 运动控制系统的历史与发展
同步电动机交流调速系统
TL 常数
图1-3 恒转矩负载
恒功率负载
负载转矩与转 速成反比，而 功率为常数， 称作恒功率负 载
TL
mห้องสมุดไป่ตู้
PL
常数
m
图1-4 恒功率转矩负载
风机、泵类负载
负载转矩与转速 的平方成正比， 称作风机、泵类 负载
TL n
2 m
2
图1-5 风机、泵类负载
1.4 生产机械的负载转矩特性
生产机械的负载转矩是一个必然存
第一章-绪论(现代电子技术与应用)PPT课件
7 2021/3/12
1.2 现代电子信息系统主要技术指标
五、响应速度 ▪ 被测对象的信号频率越来越高，而且动态测量和快
速控制是现代电子仪器发展的方向，这就要求处理 电路有较快的响应速度，以便进行实时测量和控制。 ▪ 如果电路的响应速度太低，会导致信号失真和回路 振荡等现象，使测量精度减低或控制系统不稳定。
8 2021/3/12
1.3 现代电子信息系统设计方法
一、总体方案设计 ▪ 处理器选择。处理器主要类型有单片机、DSP、
CPLD/FPGA、ARM和嵌入式计算机主板等。 ▪ 软件、硬件功能分配。为降低产品成本和提高系统
可靠性和稳定性，尽量考虑用软件实现系统的功能。 在实时性要求高的场合下考虑选择硬件实现方式。 ▪ 低功耗设计。尽量采用低电压供电方式和低功耗电 子元件。 ▪ 信号传输方式。有线通讯方式具有信号传输可靠、 传输速度快等特点，但在布线困难和有线方式使用 不便等场合下，考虑采用无线通讯方式。
10 2021/3/12
1.3 现代电子信息系统设计方法
三单元电路设计 ▪ 模拟电路的设计需要计算电路参数、选择元器件。。若单元
电路采用高集成度芯片，则单元电路的指标主要由芯片的性 能决定，电阻和电容等元件参数根据单元电路的指标要求和 集成芯片使用手册确定。 ▪ 数字电路的实现可以采用数字集成芯片或可编程器件。可编 程器件的设计依靠VHDL和Verilog等硬件描述语言以及可编 程器件编程环境。 ▪ 考虑到电阻噪声的影响和导线电阻存在等因素，电阻值不能 选择太大和太小，一般在几百欧以上到几兆欧以下。还要考 虑电阻功率和其电感量大小。 ▪ 电容选择主要考虑信号的频带范围和电容标称值，还要考虑 其耐压、泄漏电阻和极性要求。
现代电子技术及应用
1.2 现代电子信息系统主要技术指标
五、响应速度 ▪ 被测对象的信号频率越来越高，而且动态测量和快
速控制是现代电子仪器发展的方向，这就要求处理 电路有较快的响应速度，以便进行实时测量和控制。 ▪ 如果电路的响应速度太低，会导致信号失真和回路 振荡等现象，使测量精度减低或控制系统不稳定。
8 2021/3/12
1.3 现代电子信息系统设计方法
一、总体方案设计 ▪ 处理器选择。处理器主要类型有单片机、DSP、
CPLD/FPGA、ARM和嵌入式计算机主板等。 ▪ 软件、硬件功能分配。为降低产品成本和提高系统
可靠性和稳定性，尽量考虑用软件实现系统的功能。 在实时性要求高的场合下考虑选择硬件实现方式。 ▪ 低功耗设计。尽量采用低电压供电方式和低功耗电 子元件。 ▪ 信号传输方式。有线通讯方式具有信号传输可靠、 传输速度快等特点，但在布线困难和有线方式使用 不便等场合下，考虑采用无线通讯方式。
10 2021/3/12
1.3 现代电子信息系统设计方法
三单元电路设计 ▪ 模拟电路的设计需要计算电路参数、选择元器件。。若单元
电路采用高集成度芯片，则单元电路的指标主要由芯片的性 能决定，电阻和电容等元件参数根据单元电路的指标要求和 集成芯片使用手册确定。 ▪ 数字电路的实现可以采用数字集成芯片或可编程器件。可编 程器件的设计依靠VHDL和Verilog等硬件描述语言以及可编 程器件编程环境。 ▪ 考虑到电阻噪声的影响和导线电阻存在等因素，电阻值不能 选择太大和太小，一般在几百欧以上到几兆欧以下。还要考 虑电阻功率和其电感量大小。 ▪ 电容选择主要考虑信号的频带范围和电容标称值，还要考虑 其耐压、泄漏电阻和极性要求。
现代电子技术及应用
电科专业纳米电子学基础第一章
光年
以上
实际范围 河外星系
适用理论 尚无
宇观 宏观 微观
渺观
1021米=105 光年 102米
10-17米= 10-15厘米
10-36米= 10-34厘米
从3亿公里到 3×1014光年
从3 ×10-6厘米 到3亿公里
从3 ×10-25厘 米到3 ×10-6厘 米
3 ×10-25厘米 以下
从太阳系 到银河系 从大分子 到太阳系 从基本粒子 到大分子
§1.3 材料
纳米结构材料的基本特性
II. 小尺寸效应
特殊的力学性质
Å 陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷
材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是 相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧 性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。美国学者报道氟化 钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。研究表明，人的牙齿之所 以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。呈纳米晶粒 的金属要比传统的粗晶粒金属硬3～5倍。至于金属一陶瓷等复合纳米材料 则可在更大的范围内改变材料的力学性质，其应用前景十分宽广。
纳米电子学基础
主讲人：杨红官
课程内容：
第一章 绪 论 第二章 纳电子学的物理基础 第三章 共振隧穿器件 第四章 单电子晶体管 第五章 量子点器件 第六章 碳纳米管器件 第七章 分子电子器件 第八章 纳米级集成系统原理 第九章 纳电子学发展中的问题
参考资料：
1. 纳电子学导论，蒋建飞 编著，科学出版社。 2. 纳米电子学，杜磊 庄奕琪 编著，电子工业出版社。 3. 纳电子器件及其应用，蔡理 编著，电子工业出版社。 4. 纳电子学与纳米系统，陈贵灿 等译，西安交通大学 出版社。
电子科技大学自旋电子学第一章
Fe Cr Fe
电子自旋 的序幕
Fe Cr∼1nm Fe
Phys.Rev.Lett. 57 (1986) 2442
皮特-克鲁伯格（德国） 第一章 导论
1988年，baibich在测量外延 Fe/Cr/Fe磁多层膜时，发现其 电阻值随外磁场变化而显著变 化，称为巨磁阻效应(GMR)。 揭示了自旋相关效应。
一系列铁磁金属(Fe，Co，Ni)及合金和贵金属(Cu，Ag，Au)或 3d，4d及5d非磁金属构成的多层膜----巨磁电阻效应(GMR)
第一章 导论
强的反铁磁耦合效应同时导致了一很高的饱和场Hs
FM1 NM FM2
伪自旋阀/ 赝自旋阀 (Pseudo Spin Valve, PSV)
自旋阀 (Spin Valve， SV)
与此相对照, 经典力学预言原子磁体虽然会在磁场中进动但
仍然保持随机取向, 因此磁偏转会导致束的加宽(但不会劈裂)。 因此,史特恩认为他的预想中的实验“如果成功的话, 将毫不 置疑地在量子理论和经典观点之间作出抉择。”
第一章 导论
实验发现：原子沿相反的方向， 等间距地朝两边偏转
研究表明：原子中存在磁矩 M ，
1912年于图宾根大学获得物理学博士学 位 1943年诺贝尔物理学奖--发展分子束方法 上所作的贡献和发现了质子的磁矩
第一章 导论
史特恩一盖拉赫实验装置图（1921年）
N
S
一束银原子束(由在炉子中加热到1000摄 氏度得到的金属蒸汽通过喷流过程形成 的) 用两个0.03毫米宽的狭缝准直后导入 3.5厘米长的偏转磁场内, 磁场强度约为 0.1 Tesla, 梯度为10 Tesla/cm。
反铁磁交换耦合 铁磁交换耦合
Parkin.et al.Phys.Rev.Lett.64(1990)2304
电子自旋 的序幕
Fe Cr∼1nm Fe
Phys.Rev.Lett. 57 (1986) 2442
皮特-克鲁伯格（德国） 第一章 导论
1988年，baibich在测量外延 Fe/Cr/Fe磁多层膜时，发现其 电阻值随外磁场变化而显著变 化，称为巨磁阻效应(GMR)。 揭示了自旋相关效应。
一系列铁磁金属(Fe，Co，Ni)及合金和贵金属(Cu，Ag，Au)或 3d，4d及5d非磁金属构成的多层膜----巨磁电阻效应(GMR)
第一章 导论
强的反铁磁耦合效应同时导致了一很高的饱和场Hs
FM1 NM FM2
伪自旋阀/ 赝自旋阀 (Pseudo Spin Valve, PSV)
自旋阀 (Spin Valve， SV)
与此相对照, 经典力学预言原子磁体虽然会在磁场中进动但
仍然保持随机取向, 因此磁偏转会导致束的加宽(但不会劈裂)。 因此,史特恩认为他的预想中的实验“如果成功的话, 将毫不 置疑地在量子理论和经典观点之间作出抉择。”
第一章 导论
实验发现：原子沿相反的方向， 等间距地朝两边偏转
研究表明：原子中存在磁矩 M ，
1912年于图宾根大学获得物理学博士学 位 1943年诺贝尔物理学奖--发展分子束方法 上所作的贡献和发现了质子的磁矩
第一章 导论
史特恩一盖拉赫实验装置图（1921年）
N
S
一束银原子束(由在炉子中加热到1000摄 氏度得到的金属蒸汽通过喷流过程形成 的) 用两个0.03毫米宽的狭缝准直后导入 3.5厘米长的偏转磁场内, 磁场强度约为 0.1 Tesla, 梯度为10 Tesla/cm。
反铁磁交换耦合 铁磁交换耦合
Parkin.et al.Phys.Rev.Lett.64(1990)2304
《现代科学技术导论(第四版)》电子教案 第2篇第2章微电子技术与计算机技术
现代科学技术导论- 第2篇第1章微电子技术与计算机技术
第一节 微电子技术及其应用
• 1997年，Intel推出了具有750万个晶体管的奔 腾Ⅱ，AMD推出具有880万个晶体管的K6MMX 微处理器。
• 2002年，Intel推出了主频为的奔腾Ⅳ芯片，采 用工艺生产。AMD推出了主频为的Athlon XP 2 000+芯片，性能不比英特尔逊色。
1964年，研制成晶体管计算机。如DJS-6。 1974年，DJS-130通过鉴定并投产。
1983年，研制成功“757〞大型计算机和 “银河〞巨型计算机。757型机是我国自行 设计的第一台大型向量计算机，每秒运行千 万次。“银河〞是每秒运算一亿次的计算机。
1993年，“银河二号〞巨型机，运算速度高 达每秒钟10亿次。
现代科学技术导论- 第2篇第1章微电子技术与计算机技术
第三节 计算机系统的组成及工作原理
组成计算机系统的两大局部 硬件系统：计算机系统中的全部设备。包括计
算机的主机及外围设备。它由各种机械的、 磁性的、电子的装置或部件组成，是计算机
进行工作的物质根底。 软件系统：使用计算机系统的全部技术。包括
计算机中使用的所有程序和有关技术资料。
• 1999年9月，“神威Ｉ〞，运算速度为每秒3840亿次，主 要技术指标和性能到达国际先进水平。
• 2001年，“曙光3000〞巨型计算机，运算速度到达每秒1 万亿次。
• 2004年1月，“联想深腾〞计算机到达每秒4.183万亿次， 排世界第14位。曙光4000A超级效劳器，每秒10万亿次， 排世界第3位。联想、神威、曙光计算机进入世界500强。
Intel 4004微处理器 现代科学技术导论- 第2篇第1章微电子技术与计算机技术
第一节 微电子技术及其应用
• 1997年，Intel推出了具有750万个晶体管的奔 腾Ⅱ，AMD推出具有880万个晶体管的K6MMX 微处理器。
• 2002年，Intel推出了主频为的奔腾Ⅳ芯片，采 用工艺生产。AMD推出了主频为的Athlon XP 2 000+芯片，性能不比英特尔逊色。
1964年，研制成晶体管计算机。如DJS-6。 1974年，DJS-130通过鉴定并投产。
1983年，研制成功“757〞大型计算机和 “银河〞巨型计算机。757型机是我国自行 设计的第一台大型向量计算机，每秒运行千 万次。“银河〞是每秒运算一亿次的计算机。
1993年，“银河二号〞巨型机，运算速度高 达每秒钟10亿次。
现代科学技术导论- 第2篇第1章微电子技术与计算机技术
第三节 计算机系统的组成及工作原理
组成计算机系统的两大局部 硬件系统：计算机系统中的全部设备。包括计
算机的主机及外围设备。它由各种机械的、 磁性的、电子的装置或部件组成，是计算机
进行工作的物质根底。 软件系统：使用计算机系统的全部技术。包括
计算机中使用的所有程序和有关技术资料。
• 1999年9月，“神威Ｉ〞，运算速度为每秒3840亿次，主 要技术指标和性能到达国际先进水平。
• 2001年，“曙光3000〞巨型计算机，运算速度到达每秒1 万亿次。
• 2004年1月，“联想深腾〞计算机到达每秒4.183万亿次， 排世界第14位。曙光4000A超级效劳器，每秒10万亿次， 排世界第3位。联想、神威、曙光计算机进入世界500强。
Intel 4004微处理器 现代科学技术导论- 第2篇第1章微电子技术与计算机技术
最新大学课程信息技术第一章PPT课件
信息处理技术的发展历史
文字：使信息得以在更大的范围跨越时间和空 间而传播；
算术：使量化的数字信息被加工和变换；
活字印刷：使得大量信息成批量的复制成为可 能，让信息真正成为千万人可共享的资源；
计算机：通用数字计算机和高速因特网络的出 现，使全球性的信息加工、传输、互动应答成 为可能。
14
大学信息技术基础
人类的这四类信息器官和它们的信息功能是有机 地联系在一起的
11
大学信息技术基础
信息技术的“四基元”
➢ （1）感测技术；（2）通信技术；（3）计算机和智 能技术；（4）控制技术
扩展神经系统功 扩展大脑功能的计算
能的通信技术
与存储技术
扩展神经系统功 能的通信技术
扩展感觉器官功能 的感测(获取) 技术
例如，数828.8的值为 8×102+2×101+8×100+8×10-1
其中，102、101、100、10-1称为权。
21
大学信息技术基础
对于任何一个十进数N，都可以表示成按权展开的多项式：
N = dn×10n+dn-1×10n-1+…+d1×101+d0×100+d-1×10-1+…+d-m×10-m = di×10i
0必须补。
【例1-13】将八进制数642.15O转换为二进制数。
6
4
2. 1 5 O
110 100 010 . 001 101 H
32
大学信息技术基础
（4）二进制数与十六进制数的相互转换
二进制数转换成十六进制数的方法可以概括为“ 四位并一位” ；十六进制数转换成二进制数的方 法可以概括为“一位拆四位” 。
南京大学大计基第一章ppt
信息与物质、能量是客观世界的三大构成要素。
信息有哪些性质？
普遍性：凡有事物的地方，就必然存在信息，信息广泛存在 动态性：事物是在不断运动变化之中的，信息也必然随之而改变 时效性：由于信息的动态性，信息的使用价值会随着时间而衰减 多样性：语言、文字、声音、图片等(通称为信息的载体或媒体)都是
2010年：世界总产值达61.96万亿美元，电子信息产业产值达 5.57万亿美元，占世界总产值的 9 ％左右
（据国际货币基金组织IMF公布的数据，按国际汇率计算）
2012年底 全球IT企业市值前15名
排名
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
信息设备制造业 信息服务业
信息内容产业 信息基础设施
芯片,计算机,手机,通信 设备,数字电视,软件,电 子器件等
通信与广播，电子政务/ 商务/金融, 网络教育,电 子医疗,电子(音乐/美术 /广告等),电子出版
电信网络,广播电视网络, 互联网络等的建设、维 护、经营和管理
◎造纸技术的出现
第3次信息技术革命
◎印刷技术的发明 （1000年之前）
◎电报和电话通信
现代 信息
◎广播、电视 ◎雷达、卫星 ◎计算机
技术
◎因特网
第4次信息技术革命
（19世纪30～20世纪40年代）
第5次信息技术革命
（20世纪40～ ）
···
现代信息技术有什么特征？
三大特征：
采用微电子和光电子器件 以数字技术（计算机）为基础 以计算机软件为核心
内存储器价格下降45000倍
绕地球转500多圈 •如果汽车的价格也像硬盘一样
硬盘价格下降360万倍
下降，现在几分钱就可买1辆车
现在45nm的CPU中，每个晶体管的平均成本仅仅