电子信息工程技术PPT课件下载

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电子信息工程概述电子信息科学及其基础知识概述电子、信息与电子信息系统工程基本概念系统建模与计算机辅助工具应用电子信息工程的教学工具电子信息技术在各个领域的应用和发展一、电子信息科学及其基础知识概述电子信息科学是当今世界上发展最快的学科之一，属于技术科学范畴。电子信息学科是应用电子学和信息技术科学的知识、技术进行设计、制造和使用电子与信息产品的学科。电子信息学科的知识体系结构由电路与电子知识领域、电磁学知识领域、信息处理知识领域和计算机知识领域4个领域组成。 1、电路与电子知识领域与信息生成、存储、传输、处理和应用密切相关的微电子技术和光电子技术日新月异，作为微电子技术和光电子技术结晶的集成电路的发展速度按照每一年半翻一番的摩尔定律向前进步。当前，大规模集成电路设计已列入国家863计划，微电子电路设计已被列为我国“十五”、“十一五”规划的重点发展方向。 ★国际竞争格局 1）、新分工体系开始形成 20世纪60、70年代以来，世界范围内电子信息产品加工制造业经历了由美国—日本—韩国，中国台湾—泰国，马来西亚—中国内地的转移模式，但目前这种递次转移的模式正在改变，世界电子信息产品制造业正在从美国，欧洲直接向中国及东南亚国家转移，并以直接投资为主，这主要是由电子信息产业自身特点所决定的。 2）、空间集聚效应更加突出从整个产业来看，全球电子信息产业主要集中在几个国家和地区，并逐步形成以产业链为基础、相关配套产业高度聚集的产业基地，如美国的硅谷、北卡三角、波士顿128公路、德州的奥斯汀，墨西哥的瓜德罗普岛Guadalajara电子业基地、提华纳Tijuana视听产业基地和欧洲英国的剑桥工业园、苏格兰工业园、德国慕尼黑工业园、法国的索菲亚工业园及北欧洲瑞典的基斯塔Kista工业园以及亚洲的马来西亚的多媒体走廊，印度班加罗尔的软件外包基地和我国台湾地区的计算机及集成电路产业基地等。这些已经形成全球电子信息产业生产的基本格局。 3）、技术演进愈来愈快当前信息技术更新速度明显加快。集成电路技术已进入纳米制造和片上系统时代，计算机技术继续向高性能方向发展，音视频技术继续向数字化、高集成化、多功能化方向发展。数字化、网络化、智能化技术正在成为电子信息产业的主流技术。电子技术与机械、汽车、能源、交通、轻纺、建筑、冶金等产业相结合，形成新的技术领域和更广阔的产品门类。电信网、有线电视网和计算机通信网间互相融合，交叉经营，资源共享。 ★国内调整转型信息产业在国民经济发展全局中的地位越来越重要。目前我国经济粗放型增长的问题还比较突出，要积极利用信息技术改造和提升传统产业，走新兴工业化道路，促进节能降耗和污染减排。 1）、技术升级加速产业调整技术升级和产业调整的趋势日益明显。 2）、产业发展面临瓶颈核心基础产业薄弱，企业综合竞争力不强，出口产品附加值低，产业结构不合理的矛盾仍然十分突出。核心技术受制于人，自主创新能力有待提高，支持和鼓励企业自主创新的政策环境还需要进一步完善，管理体制和机制还不能满足自主创新的要求。软件产业规模偏小，软件硬件比例失调，系统集成能力有待提高。运营业技术业务创新与发达国家相比有较大差距。电信市场竞争结构失衡，通信法制建设相对滞后，监管能力建设有待加强。 2、电磁学知识领域信息技术与电磁学（电磁场与电磁波）有着密切的联系，比如无线通信正成为人们生活中不可缺少的内容。凡称得上“无线电”的信息设备及其应用，无不借助电磁波传递信息，电磁波有各种形式的传播途径。因此，了解电磁波在现实环境中传播的现象及其机理，认识电磁波传播的规律，进行电磁波传播的计算，是信息学科的重要基础之一。 那么电路中的信号怎样才能转换成无线空间的电磁波呢？在电子信息学科中，“电磁场与微波技术”知识领域有着独特的学科意义和应用背景，而且与通信、信号处理、电路、信息安全等技术领域有着密切的学科联系。在学习电磁场时，要注意实际问题、物理模型和数学描述三者之间的关系；避免单纯的数学观点。 3、信号处理知识领域数字信号处理具有四个优点（与模拟信号处理）： 1）、精度高。 2）、灵活性强。 3）、可以实现模拟系统很难达到的指标和特性。 4）、可以实现多维的系统。数字信号处理系统也存在着一定的缺点： 1）、增加了系统的复杂性。 2）、应用的频率范围受到限制。 3）、系统的功率消耗比较大。 数字处理技术正在不断地克服上述缺点： 1）、超大规模集成电路使得数字部件成本降低、尺寸缩小、计算速度加快，推动数字技术的应用。 2）、数字处理在理论和方法上均向更深层次发展，使得数字处理的应用领域不断扩大。具体表现为： a）由简单的运算走向复杂的运算 b）由低频走向高频。 c）由一维走向多维 4、计算机知识领域计算机作为一种现代的信号处理工具，是人类20世纪最重要的创造工具之一。它使人类在发展科学技术中，除了依靠理论推导与科学实验外，增加了计算的新手段。计算机科学技术是研究计算机的设计与制造和利用计算机进行信息获取、存储、处理、表示、控制等的理论、原则、方法和技术的科学。它包括科学和技术两个方面：科学侧重研究现象和揭示本质，技术则侧重研制计算机及使用计算机进行信息处理的方法与技术手段。计算机科学的迅猛发展，源于数学和微电子等相关学科发展，同时也得力于其应用的大量需求和广泛性。 目前，计算机科学技术发展方向主要体现在以下几方面： 1)、与通信科学技术紧密融合，互相渗透，促进人类社会信息化的进程。 2)、为进一步提高计算机系统的性能，发展新型元器件、体系结构和实现技术。 3)、深入研究智能化、集成化、并行化以及自然化的计算机软件。 4)、在全球联网的环境下，为保证信息资源的共享、计算机与网络的互操作性和开发性，重点研究信息安全保密技术。电子信息类人才对计算机知识体系的基本要求集中在软件开发和微机系统（包括嵌入式系统）应用两个方面。 二、电子、信息与电子信息系统工 程基本概念 1、电子技术、电子系统与电子工程电子技术 电子技术是根据电子学原理，运用电子元器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的方法和手段。包括信息电子技术和电力电子技术2大分支。信息电子技术包括模拟电子技术和数字电子技术。电力电子技术则应用于电力领域，使用电力电子器件对电能进行变换和控制的电子技术。电子系统 通过各种电子元器件并利用它们的物理特性，设计并构建出具有某种特定功能或完成某种任务的物理实体。电子工程 电子工程则是指通过电子技术，运用现代系统工程学原理，实现某一 特定应用的全过程，包括电子工程设计、规划、安装与调试，以及电子产品的问世、设计、使用、安装和调试等。 2、信息技术、信息系统与信息工程信息与信息技术 信息是物质、能量、信息及其属性的标示。[2006年，医学信息(杂志)] 信息是确定性的增加。 信息是事物现象及其属性标识的集合。 信息以物质介质为载体，传递和反映世界各种事物存在方 式运动状态的表征。 信息是物质运动规律总和，信息不是物质，也不是能量。 信息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式，客观世界中大量地存在、产生和传递着以这些方式表示出来的各种各样的信息。 信息的目的是用来“消除不确定的因素”。 信息相关资料: 图片信息（又称作讯息），又称资讯，是一种消息，通常以文字或声音、图象的形式来表现，是数据按有意义的关联排列的结果。信息由意义和符号组成。 文献是信息的一种，即通常讲到的文献信息。 信息就是指以声音、语言、文字、图像、动画、气味等方式所表示的实际内容。 信息是抽象于物质的映射集合 。 1948年，美国数学家、信息论的创始人香农（Shannon）在题为“通讯的数学理论”的论文中指出：“信息是用来消除随机不定性的东西”。 1948年，美国著名数学家、控制论的创始人维纳在《控制论》一书中，指出：“信息就是信息，既非物质，也非能量。” 逆香农（Shannon）信息定义：信息是确定性的增加。 信息是确认肯定性（确定性）的东西。 或 信息是肯定性的确认。 信息量对应公式 Ir=-logPi 清华大学李衍达：信息是构成生命的本质。 信息技术（Information Technology， IT） 是有关信息的产生、收集、发送、识别、提取、变换、存储、传递、接收、处理、检索、检测、分析和利用等应用技术的总称。 主要包括控制传感技术、通信技术和计算机技术等。信息技术也没有一个通用的定义，目前有代表性的定义主要有6种：（1）信息技术是借助于以微电子学为基础的计算机技术和通信技术的结合而形成的手段，对声音、图像、文字和各种传感信号等进行获取、加工处理、存储、传播和应用的能动技术。（2）信息技术是指在计算机和通信技术支持下用以获取、加工、存储、变换、显示和传输文字、图像、数值、视频和音频信息。 （3）信息技术是指人类在认识自然和改造自然过程中所积累起来的获取信息、传递信息、存储信息、处理信息和使用信息标准化的经验、知识、技术和体现这些经验、知识、技能的劳动资料有机的结合。（4）信息技术是指在信息加工和处理工程中使用的科学、技术与工艺原理和管理技巧。（5）信息技术是处理、开发和利用信息资源的有关方法、手段和操作程序的总称。（6）信息技术是能够扩展和延长人的信息能力的技术 信息系统 从技术上来讲就是为了支持决策和组织控制而收集、处理、存储、分配信息的一组相互关联的组件。从商业的角度看，信息系统是基于信息技术的组织管理方案。信息工程 信息工程（Information Engineering，IE）是美国著名的管理与信息技术专家James Martin在20世纪80年代初提出的建立“计算机化企业”的理论和方法。我国著名信息化专家高复先教授于1986年在国内引入并结合实际进行研究和推广，强调信息工程中数据环境集成的重要性，信息化的关键在于建立“以数据为中心”和“数据稳定性”为基本原理的总体数据规划。 信息产业 信息产业一般指以信息为资源，信息技术为基础，进行信息资源的研究、开发和应用，以及对信息进行收集、生产、处理、传递、存储和经营活动，为经济发展及社会进步提供有效服务的综合性的生产和经营活动的行业。 我国对信息产业分类没有统一模式，一般可认为包括7个方面：一是微电子产品的生产与销售；二是计算机的终端设备及其配套的各种软件、硬件的开发、研究和销售；三是各种信息材料产业；四是信息服务业，包括信息数据、检索、查询和商务咨询；五是通讯业，包括电脑、卫星通信、电报、电话和邮政等；六是与各种制造业有关的信息技术；七是大众传播媒介的娱乐节目及图书情报等。信息化 是指社会经济结构从以物质与能量为中心，向以信息与知识为中心的转变。 3、电子信息技术与电子信息系统工程电子信息技术 是指以电子系统为载体表示、获取、处理、存储、传输信息等的一门综合性、交叉性的前沿技术，包括IC产业、计算机网络和无线通信技术等。电子信息工程 它以电路与系统、信号与信息处理、电磁场与微波、计算机及软件技术等理念为基础，研究各种信息的处理、交换及无线、电缆、光缆等传输的各种电子与信息系统。电子信息系统 指通过电子技术及信息科学、通信技术等，用一个或多个技术支撑的电子系统构建成的以信号加工处理或信息传输为对象的系统。例如，利用电子技术方法实现信号处理的电子信息系统组成图如下 三、系统建模与计算机辅助工具应用根据电子信息系统本身的性质，可以分为线性与非线性系统、时变和时不变系统、即时与动态系统、连续与离散系统、集总与分布参数系统、确定性与随机系统等。 1、系统分析系统分析的基本概念 （1）激励与响应 系统的输入称为激励，输出称为响应。 （2）线性时不变系统 数学模型：线性常系数微分方程、单位冲 击响 应和卷积积分 系统建模和模型化分析 所谓建模就是用数学表达式反映系统输入输出之 间的关系。 描述系统输入、输出关系的数学表达式叫做系统方程。 所谓模型化分析方法就是将实际物理系统抽象为用数学表达式描述的电路模型，然后用数学方法进行分析，对所得到的结果做出物理解释，赋予物理意义，即经过物理解析后再回到物理实际。 （1）系统中的模型概念 在工程实际中，系统分析的目的是要解决这些问题：元器件和电路所具有的功能；元器件和电路的性能指标；元器件和电路的指标调整方法。解决这些问题，就需要正确地建立电子系统的模型。 模型就是对研究对象的描述。这种描述可以是物理描述，也可以是数学描述。（2）系统的描述方法 时域描述 频域描述 （3）电子系统的建模 物理模型 分析模型（4）模型化分析方法 电子系统的物理基础是物理电磁现象。对工程应用来讲，如果直接应用物理电磁现象对系统进行分析则会遇到许多困难，因此一般都采用简化、近似和理想化分析方法。这种模型化分析方法也是工程中电路和系统常用的分析方法。 （5）电路模型分析 外部约束条件 约束条件 内部约束条件 电路模型 等效电路模型 二端口网络分析模型 2、电子系统的设计与实现及计算机辅助设计工具电子系统的设计与实现 计算机辅助设计工具 电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）包括电子线路的计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）。EDA的主要作用： （1）验证电路设计方案的正确性 （2）电路特性的优化设计 （3）实现电路特性的仿真测试四、电子信息工程的数学工具数学分析（1）曲线与函数（2）极限（3）导数与微分（4）积分（5）级数 微分方程（1）线性常系数微分方程（2）偏微分方程（也叫数学物理方程）线性代数（1）矩阵（2）线性方程的求解（3）向量空间 积分变换（1）拉普拉斯变换（Laplace）（2）傅里叶变换（Fourier）（3）Z变换复变函数 以复数作为自变量的函数就叫复变函数。 包括单值解析函数、黎曼曲面理论、几何函数论、 留数理论、广义解析函数等方面的内容。 数理统计与概率论 有大量同类随机现象所呈现出来的集体规律性，叫做统计规律性。（1）概率论的基本概念（2）数理统计的基本概念 包括抽样、适线问题、假设检验、方差分析和相关分析等内容。 场论（1）基本场量的概念 电场强度、磁场强度等场分析的基本方法 场分析的基本方法就是数学物理方程，即偏微分方程。边界条件与初始条件 根据实际的结构确定边界条件五、电子信息技术在各领域的应用及发展电子信息技术在通信领域中的应用 通信技术、计算机技术和信号处理技术构成了信息科学的三大支柱。它们在微电子技术的支撑下交叉融合互相促进，飞速发展。 （1）一线通 ISDN(integrated Service Digital Network)综合业务数字网，中国电信将“窄带综合业务数字网”（N-ISDN）俗称为“一线通”。采用数字传输和交换技术，将电话、传真、数据、图像等多种业务综合在一个统一的数字网络进行传输和处理。（2）IP电话 网络电话或互联网电话。通信费用低廉：6分6厘/分钟。而普通电话的国际费用：10多元/分钟。 电子信息技术在汽车工程领域的应用（1）汽车电子控制装置（机电结合） 如：发动机电子控制系统、电控点火装置、废气再循环控制、怠速控制等、制动防抱死控制、牵引力控制、电子控制悬架、驱动防滑系统、电控自动变速器、电子动力转向、自适应悬挂系统等。（2）车载汽车电子装置 包括汽车信息系统（行车电脑）、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统、上网设备等。 电子信息技术在智能交通工程中的应用（1）交通监控系统（2）电子收费系统（不停车收费系统）（3）自动信号控制系统 电子信息技术在电力系统中的应用（1）灵活交流输电技术（2）大电网互联的运行控制技术（3）电力系统分析和仿真技术. 电子信息技术在智能建筑和智能家居中的应用（1）智能建筑 智能建筑是将建筑设备自动化系统（也称楼宇自动化）、通信网络系统和办公自动化系统三大要素有机结合在一起。 (a)建筑设备自动化系统 将建筑物或建筑群内的电力、照明、空调、给排水、防灾、保安车库等设备或系统，以集中监视、控制和管理为目的构成的综合系统。 (b)通信网络系统 固定电话通信系统、计算机网络系统、卫星通信系统、有线电视系统、无线通信系统、会议系统、同声传译系统。 (c)办公自动化系统 物业管理运营系统、办公管理系统、信息采集发布系统、网络管理系统、智能卡管理系统 (d)防火自动化系统 (e)保安自动化系统 (f)综合布线系统 (2)电子信息技术与智能家居 智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电和设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。 家庭智能终端 家庭安防、可视对讲、远程抄表、家电控制智能模块（1）红外控制模块（2）照明控制模块（3）远程控制模块（4）手持遥控器 电子信息技术在工业中的应用（1）数控技术和数控系统（2）计算机集成制造系统（3）基于计算机的过程控制系统（4）计算机集成生产系统rEz红软基地

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