第章电子信息工程简述

电子信息工程简述第一章

2021/9/121电子信息学科及其基础知识概述第一节

2021/9/122电子信息学科及其基础知识概述电子信息学科是当今世界上发展最快的学科之一，它属于技术科学范畴。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。它包括众多的子学科：电子科学和技术电子信息工程通讯工程微波工程2021/9/123电子信息学科及其基础知识概述美国伯克利加州大学的EdwardA.Lee教授认为，电子电气和计算机工程领域在20世纪经历了四次重大的技术重点转移：一是由电力传输与旋转机械向电子学转移二是由电子管向半导体以及由分立元件向集成电路转移三是由模拟电子向数字电子转移四是由固定的向可编程的数字硬件转移2021/9/124电子信息学科及其基础知识概述电子信息学科的知识体系结构由4个领域组成：电路与电子知识领域电磁学知识领域信息处理知识领域计算机知识领域2021/9/125电子信息学科及其基础知识概述电路与电子知识领域由电路原理、电子电路基础、数字逻辑系统设计、微电子与系统和通信电子电路等模块组成；电磁学知识领域由电磁场与电磁波和微波等模块组成；信息处理知识领域由信号与系统、自动控制原理、随机信号分析和数字信号处理等模块组成；计算机知识模块则由计算机系统、程序设计、网络技术和嵌入式系统等模块组成。2021/9/126一、电路与电子知识领域

电子信息学科及其基础知识概述2021/9/127一、电路与电子知识领域电子信息学科及其基础知识概述

当前，我国集成电路设计和制造技术的发展面临着一个难得的机遇。首先，是国家的高度重视。第二，是国家信息产业的高速发展对集成电路的巨大需求。第三，是国内外半导体制造现代化工艺线的不断建设和扩展。第四，是十多条先进的工艺线在上海、北京和天津等地的兴建为我国先进的集成电路的制造提供了条件。第五，是我国有数量庞大的集成电路设计与制造技术队伍和智力资源。2021/9/128一、电路与电子知识领域电子信息学科及其基础知识概述新分工体系开始形成。空间集聚效应更加突出。技术演进愈来愈快。国际：竞争格局发生变化2021/9/129一、电路与电子知识领域电子信息学科及其基础知识概述技术升级加速产业调整。产业发展面临瓶颈。国内：调整转型进入新阶段2021/9/1210一、电路与电子知识领域电子信息学科及其基础知识概述集成电路是基于电压、电流等基本概念所形成的电路、模拟电子电路、数字电子电路发展起来的，同时集成电路又成为工业、生物、通信、测试技术与仪器、数字信号处理等技术的基础。2021/9/1211电子电路知识结构图电子信息学科及其基础知识概述功率电阻元件电路片上系统工业生物测试技术通讯数字处理日常消费电压电流2021/9/1212一、电路与电子知识领域电子信息学科及其基础知识概述（一）电路知识与设计技术（二）系统知识与设计技术（三）工艺知识与技术（四）工具知识与技巧集成电路设计需要的知识和技术范围已大为扩展。概括起来可分为以下四个方面：2021/9/1213二、电磁学知识领域

电子信息学科及其基础知识概述2021/9/1214二、电磁学知识领域

电子信息学科及其基础知识概述当代科技进步与发展中最引人注目的莫过于几乎尽人皆知的信息技术。尤其无线通信正成为人们生活中不可缺少的内容。然而，它与电磁学（电磁场与电磁波）有着密切的联系。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。认识各类天线的结构特点，理解其工作原理和分析方法，掌握常规天线的选型、设计和应用，是信息学科的重要基础。2021/9/1215二、电磁学知识领域电子信息学科及其基础知识概述电磁波依照波长由长到短（频率由高到低），将无线电波谱划分为长、中、短、超短和微波。微波对物体有很高的分辨力，同时也对细微的结构差异很敏感。已成为电磁波谱中最重要、最活跃的波段。2021/9/1216二、电磁学知识领域电子信息学科及其基础知识概述雷达遥感成像射电天文物质分析精密测量加工微波技术领域：2021/9/1217二、电磁学知识领域

电子信息学科及其基础知识概述近代通信系统是卫星、移动、通信的组合。信号与信息处理是一切电子信息系统的核心组成部分。综上所述，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。2021/9/1218三、信号处理知识领域

电子信息学科及其基础知识概述2021/9/1219三、信号处理知识领域

电子信息学科及其基础知识概述近30年来，在控制与信号处理系统中，数字处理方法迅速替代传统的模拟处理方法。数字处理方法具有数字系统的一些共同优点：抗干扰可靠性强便于大规模集成2021/9/1220三、信号处理知识领域

电子信息学科及其基础知识概述精度高。灵活性强。可以实现模拟系统很难达到的指标或特性。可以实现多维的系统。数字处理方法与传统的模拟处理方法相比较具有以下优点：2021/9/1221三、信号处理知识领域

电子信息学科及其基础知识概述增加了系统的复杂性。应用的频率范围受到限制。系统的功率消耗比较大。当然数字信号处理系统也存在着一定的缺点。主要表现在：2021/9/1222三、信号处理知识领域

电子信息学科及其基础知识概述然而，数字处理技术正不断地克服上述缺点，以惊人的速度在发展。一方面，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。另一方面，数字处理在理论上和方法上均向更深层次发展，这使得数字处理的应用领域不断扩大。

其表现为：由简单的运算走向复杂的运算。由低频走向高频。由一维走向多维。2021/9/1223三、信号处理知识领域

电子信息学科及其基础知识概述1965年J.W.Cooley和J.W.Tukey提出了快速傅里叶变换（FFT）算法。1978年A.V.Oppenheim在他主编的《数字信号处理的应用》（ApplicationofDigitalSignalProcessing，PrenticeHall，1978）一书中，列举了数字信号处理在通信、音响、语音、图像、雷达、声纳和地球物理等7个方面的应用实例。2021/9/1224三、信号处理知识领域

电子信息学科及其基础知识概述在短短的20多年实践了，这些系统已经更新换代，发展极其迅速。例如：

在图像处理方面，图像数据压缩是多媒体通信、影碟机和高清晰度电视的关键技术。国际上先后制定的标准有H.261、H.263、H.264、JPEG、MPEG1、MPEG2和MPEG4，这些标准中均使用了离散余弦变换（DCT）算法。2021/9/1225三、信号处理知识领域

电子信息学科及其基础知识概述近年来发展的小波（Wavelet）变换也是一种具有高压缩比和快速运算特点的崭新压缩技术，应用前景十分广阔，已用于新一代压缩技术的标准。2021/9/1226三、信号处理知识领域

电子信息学科及其基础知识概述此外，数字信号处理不断开辟新的应用领域，例如：在机械制造中，基于快速傅里叶变换算法的频谱分析仪用于振动分析和机械故障诊断；医学中使用数字信号处理技术对心电和脑电等生物电信号作分析和处理；新一代的广播体制——数字音频广播广泛地使用了数字信号处理技术。2021/9/1227三、信号处理知识领域

电子信息学科及其基础知识概述数字处理是用数字计算机来实现各种算法，经典的实现方法可分为软件和硬件实现两种。软件实现是用一台通用的数字计算机运行数字处理程序。其优点是经济，一机可以多用；其缺点是处理速度慢。硬件实现是针对特定的应用目标，经优化，设计一专用的软硬件系统。其优点是容易做到实时处理，缺点是设备只能专用。2021/9/1228三、信号处理知识领域

电子信息学科及其基础知识概述随着大规模集成电路的发展，一个复杂数字信号处理系统已可以集成在一个芯片上，即所谓的“片上系统”，SOC包含有数字电路、模拟电路、模拟和数字转换电路、微处理器、微控制器以及数字信号处理器等。总之，SOC系统将是数字信号处理系统的一个新型实现方法。2021/9/1229四、计算机知识领域

电子信息学科及其基础知识概述2021/9/1230四、计算机知识领域

电子信息学科及其基础知识概述计算机作为一种现代的信息处理工具，是人类20世纪最重要的创造工具之一。作为一门重要的科学技术和专业，计算机科学技术有其特定的内涵意义。根据计算机科学技术学科内在联系、相关程度与性质特征，一般将其分为“计算机理论”、“计算机组织与体系结构”、“计算机硬件”、“计算机软件”、“计算机应用技术”、“计算机网络”和“人工智能”等分支。2021/9/1231四、计算机知识领域

电子信息学科及其基础知识概述与通信科学技术紧密融合，相互渗透，促进人类社会信息化的进程；为进一步提高计算机系统的性能，发展新型元器件（微电子、光电子集成器件和生物集成器件）、体系结构和实现技术；深入研究智能化、集成化、并行化以及自然化的计算机软件；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、开发性而重点研究信息安全保密技术。计算机科学技术发展方向主要体现在以下方面：2021/9/1232四、计算机知识领域

电子信息学科及其基础知识概述电子信息类人才对计算机知识体系的基本要求集中在两个方面：软件开发微机系统（包括嵌入式系统）应用按电子信息类人才对计算机知识方面的基本要求，建议设置以下4门基础课程：面向对象程序设计微机系统嵌入式系统计算机网络应用其核心是要跟上计算机学科的快速发展。2021/9/1233电子、信息与电子信息系统工程基本概念第二节2021/9/1234一、电子技术、电子系统与电子工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念2021/9/1235一、电子技术、电子系统与电子工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念电子元器件

电子元器件是组成电子电路和电子系统的最小物理单元。电路

电路是由相互连接的电子元器件构成的网络。电子学

电子学是研究电子元器件、电路和电子系统的特性和行为的物理学科。电子技术

电子技术是根据电子学的原理，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两大分支。（一）电子技术2021/9/1236一、电子技术、电子系统与电子工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念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，这种实体称为电子系统。从电子系统物理实现的角度看，一个电子系统可以划分为器件（包括分立器件和集成电路器件）、电路板及系统三个层次。（二）电子系统2021/9/1237一、电子技术、电子系统与电子工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念 1.工程。对于工程的特征，可以根据为以下几个方面：工程是有原理的；工程是有特定目标，注重过程、注重效益；工程是通过建造实现的，我们不论是建房、造船、修桥、铺路，都是要通过一步步的工序、工艺、工期来完成的；工程是要与环境协调一致的。大型工程的实施，都会对自然生态系统产生一定的影响，工程环境构成了一对矛盾；工程是在一定边界条件下集成和优化的。（三）电子工程2021/9/1238一、电子技术、电子系统与电子工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念 2.电子工程

电子工程是指通过电子技术，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、调试等。（三）电子工程2021/9/1239二、信息技术、信息系统与信息工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念2021/9/1240二、信息技术、信息系统与信息工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念信息在汉语中最初含义是消息。随着科技的发展，信息已具有新的含义，在不同领域，人们对信息有不同的解释，目前仍未有统一的定义。信息在传递过程中，一定要依靠某种载体。为使信息远距离传播，必须把它转换成为光、电等物理量。带有消息的光、电的变化过程称为信号。（一）信息与信息技术2021/9/1241二、信息技术、信息系统与信息工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念IT是InformationTechnology的缩写，意为“信息技术”。信息技术是有关信息的产生、收集、发送、识别、提取、变换、存贮、传递、接收、处理、检索、检测、分析和利用等应用技术的总称，是在信息科学的基本原理和方法的指导下扩展人类信息处理功能的技术。（一）信息与信息技术2021/9/1242二、信息技术、信息系统与信息工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念信息技术主要包括：传感技术

传感技术的任务是延长人的感觉器官收集信息的功能通信技术

通信技术的任务是延长人的神经系统传递信息的功能计算机技术

计算机技术则是延长人的思维器官处理信息和决策的功能（一）信息与信息技术2021/9/1243二、信息技术、信息系统与信息工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念信息技术目前尚没有一个通用的定义，目前较为有代表性的定义主要有以下几种：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。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、数值、图像、视频和音频信息，包括提供设备和提供信息服务两大方面的方法与设备的总称。信息技术是人类在认识自然和改造自然过程中所累积起来的获取信息、传递信息、存储信息、处理信息和使信息标准化的经验、知识、技术和体现这些经验、知识、技能的劳动资料有目的的结合。（一）信息与信息技术2021/9/1244二、信息技术、信息系统与信息工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念信息技术目前尚没有一个通用的定义，目前较为有代表性的定义主要有以下几种：信息技术是在信息加工和处理过程中使用的科学、技术与工艺原理和管理技巧；这些原理和技巧的应用；计算机及其同人和机器的交互作用；与此相关的社会、经济和文化问题；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。现代信息管理的核心技术主要包括文件组织技术和数据库技术。信息技术是能够延长或扩展人的信息能力的技术。（一）信息与信息技术2021/9/1245二、信息技术、信息系统与信息工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念信息技术主要包括信息的开发技术和管理技术。信息开发技术主要包括：信息的获取技术信息感测技术、模式识别技术、遥感技术和遥测技术。信息的处理技术多媒体技术、人工智能技术、数据挖掘技术（DataMining）。信息的传递技术信息存储技术、通信系统模型、无线电通信技术、卫星通信、光纤通信、数据通信、计算机通信、综合业务数字网（ISDN）等。（一）信息与信息技术2021/9/1246二、信息技术、信息系统与信息工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念信息系统，从技术上说就是为了支持决策和组织控制而收集（或获取）、处理、存储、分配信息的一组相互关联的组件。从商业角度看，信息系统是一个用于解决环境提出的挑战的，基于信息技术的组织管理方案。基于计算机的信息系统是以计算机软件、硬件、存储和电信等技术为核心的人/机系统。（二）信息系统2021/9/1247二、信息技术、信息系统与信息工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念信息工程（InformationEngineering，IE）是美国著名的管理与信息技术专家詹姆斯·马丁（JamesMartin）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。由我国著名信息化专家高复先教授于1986年率先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。信息工程作为一门学科理论，是以信息工程方法论作为理论指导，是以当代的数据库系统为基础，多技术、多学科的综合，范围广泛，，目标是建立计算化的企业管理系统。（三）信息工程2021/9/1248二、信息技术、信息系统与信息工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念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，有及对信息进行收集、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。在工业发达国家，一般都把信息当作社会生产力发展和国民经济发展的重要资源，把信息产业作为国家产业核心的新兴产业群，称为第四产业。（四）信息产业2021/9/1249二、信息技术、信息系统与信息工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念

我国对信息产业分类没有统一模式，一般可认为包括七个方面：一是微电子产品的生产与销售；二是电子计算机，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、商务咨询；五是通讯业，包括电脑、卫星通信讯、电报、电话、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。（四）信息产业2021/9/1250二、信息技术、信息系统与信息工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念所谓信息化，是指社会经济结构从以物质与能量为重心，向以信息与知识为重心的转变。信息化涉及国民经济各个领域，它的意义不仅限于技术革命、产业发展，信息化正逐步上升成为推动世界经济和社会全面发展的关键因素，成为人类进步的标志。通常习惯用信息产业部门所制造的收入在国民生产总值中所占的比重和信息从业者占就业人口的比例作为衡量社会信息化程度的指标。（五）信息化2021/9/1251三、电子信息技术与电子信息系统工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念2021/9/1252三、电子信息技术与电子信息系统工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念电子信息技术。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、交叉性等前沿技术。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等应用为对象的系统。2021/9/1253三、电子信息技术与电子信息系统工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念控制采集传感器信号预处理电路数据采集和计算机处理器数模转换信号恢复显示自然界物质运动系统电子信息系统框图2021/9/1254三、电子信息技术与电子信息系统工程电子、信息与电子信息系统工程基本概念电子信息工程。电子信息工程是信息产业的重要基础和支柱之一。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（如语音、文字、图像、雷达、遥感信息等）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。2021/9/1255系统建模与计算机辅助工具应用第三节2021/9/1256系统建模与计算机辅助工具应用

电子信息处理系统的组成：自然界原始物质运动参数的检测系统传感器信号调理器标准仪器放大器模/数转换器数据采集器数字信号处理和数字控制处理器数字显示系统和控制信号输出与控制执行机构2021/9/1257系统建模与计算机辅助工具应用电子信息处理系统是由电子电路与计算机处理组合成的复合系统，其中参数检测和输出执行是典型的电子电路系统，信号处理与控制处理是典型的计算机软件系统。根据电子信息系统本身的性质，可以分为：线性和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参数与分布参数系统确定性与随机系统2021/9/1258一、系统分析系统建模与计算机辅助工具应用2021/9/1259一、系统分析系统建模与计算机辅助工具应用系统分析的重点是分析系统特性。系统特性是指系统输入与输出之间的关系，系统特性主要包括行为特性和参数特性。系统分析是对电子系统进行的抽象分析，并不是具体的实现方法。2021/9/1260一、系统分析系统建模与计算机辅助工具应用 1.激励与响应的概念：激励是指外部对系统的输入信号。响应是系统在外部输入信号激励下形成的输出信号或系统状态。（一）系统分析的基本概念2021/9/1261一、系统分析系统建模与计算机辅助工具应用2.线性时不变系统线性系统：满足叠加原理的系统具有线性特性。即若对两个激励x1(t)和x2(t)有

F[ax1(t)+bx2(t)]=aF[x1(t)]+bF[x2(t)]

式中a、b为任意常数。不满足上述关系的为非线性系统。时不变系统：就是系统的参数不随时间而变化，其特点是输出仅与输入有关，与输入施加的时刻无关。

用数学表示为

F[x(t)]=y(t)

则

F[x(t-t0)]=y(t-t0)

这说明函数

先移位后进行变换与它先进行变换后再移位是等效的。线性时不变系统：既满足线性，又具有时不变特性的系统叫做线性时不变系统，简称LTI系统。（一）系统分析的基本概念2021/9/1262一、系统分析系统建模与计算机辅助工具应用线性时不变系统的基本特征是系统满足线性叠加原理，系统的参数是常数。LTI系统的基本描述方法就是线性常系数微分方程、单位冲激响应和卷积积分。上述两式适用于电路元件，全部由LTI元件组成的系统是LTI系统，但非线性元件组成的系统不一定是非线性系统。（一）系统分析的基本概念2021/9/1263一、系统分析系统建模与计算机辅助工具应用系统描述也称为系统建模，是对系统进行分析的基础。所谓系统的建模，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。（二）系统建模与模型化分析2021/9/1264一、系统分析系统建模与计算机辅助工具应用模型化分析方法它是将实际的物理系统抽象为用数学表达式描述的电路模型（用理想化的电路元件符号表示），然后应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，即经过数学解析后再回到物理实际。（二）系统建模与模型化分析2021/9/1265一、系统分析系统建模与计算机辅助工具应用在工程实际中，系统分析的目的是要解决如下问题：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。解决上述问题的基础，就是建立正确的电子系统的模型。（二）系统建模与模型化分析1.系统中的模型概念2021/9/1266一、系统分析系统建模与计算机辅助工具应用模型，就是对研究对象的描述。物理描述数学描述模型提供了电子系统地分析基础。（二）系统建模与模型化分析1.系统中的模型概念2021/9/1267一、系统分析系统建模与计算机辅助工具应用系统时域描述。系统的频域描述方法。（二）系统建模与模型化分析2.系统的描述方法2021/9/1268一、系统分析系统建模与计算机辅助工具应用

系统建模包括系统、电路和器件的建模。所谓建模，就是建立所分析对象的物理模型和分析模型。物理模型用来突出电子系统的物理特征，包括系统结构、功能实现方法、参数对系统的影响等。分析模型则是根据物理模型对电子系统分析所得到的结构，即利用相应的物理定律和数学方法所建立的电路描述结果。（二）系统建模与模型化分析3.电子系统建模2021/9/1269一、系统分析系统建模与计算机辅助工具应用

模型化分析方法可能会降低一些精度，然而它能反映出系统和电路的本质特征，因而有利于更快、更好地了解和分析电路和系统的特性。（二）系统建模与模型化分析4.模型化分析方法2021/9/1270一、系统分析系统建模与计算机辅助工具应用约束条件。

电路模型建立与分析。（二）系统建模与模型化分析5.电路模型分析2021/9/1271性质约束条件使用场合物理温度所有场合湿度需要考虑环境湿度，例如工程、库房等功率损耗所有场合震动会出现颠簸的场合，例如车载设备、机载设备等支撑强度会出现震动或许要承受压力的场合，体积对使用环境提出限制的场合重量对重量有特殊要求或便携设备单方向尺寸对外观尺寸有限制的场合使用寿命所有应用领域光照使用光敏感器件的场合雷电户外设备或具有天线的设备工作方式设计要求连续或间断的场合2021/9/1272性质约束条件使用场合化学腐蚀化工设备中的电子系统、汽车电子气体所有气敏传感器或有腐蚀性气体的场合信号频率所有电路应用领域信号电压所有电路应用领域输出驱动所有电路应用领域电源波动所有电路应用领域波形指定波形要求的场合线性模拟电路时变所有电路应用领域连续工作一般电子系统断续工作特殊要求场合2021/9/1273一、系统分析系统建模与计算机辅助工具应用电路的基本约束条件线性时不变条件。温度条件。频率条件。功率条件。静态工作条件（二）系统建模与模型化分析有关电路或电子系统的建模与分析方法可以归纳为如下几个方面：2021/9/1274一、系统分析系统建模与计算机辅助工具应用模型的基本描述方法电路模型等效电路模型二端口网络分析模型分析模型（二）系统建模与模型化分析有关电路或电子系统的建模与分析方法可以归纳为如下几个方面：2021/9/1275一、系统分析系统建模与计算机辅助工具应用电路的仿真模型随着仿真工具的发展，仿真已经成为现代电子技术的基本分析和设计方法。仿真模型具有如下两个特点：在所选择的元件模型基础上，可以对电路的真实特性进行仿真。如果使用理想元件描述建立仿真模型，则对电路进行的仿真就是无约束条件仿真。（二）系统建模与模型化分析有关电路或电子系统的建模与分析方法可以归纳为如下几个方面：2021/9/1276二、电子系统的设计与实现及计算机辅助设计工具系统建模与计算机辅助工具应用2021/9/1277二、电子系统的设计与实现及计算机辅助设计工具系统建模与计算机辅助工具应用现代电子信息系统大多是数字系统，它一般是有两部分组成：系统的典型结构和系统的信号处理算法。信息系统的典型结构包括非电量的转换、信号的预处理、信号的数字与采集、数模转换和平滑、反馈控制与信息显示等。计算机信息处理部分主要实现各种信息处理算法，它包括信号分析、数字滤波、信号的压缩和解压缩等内容组成。电子系统的设计与实现2021/9/1278二、电子系统的设计与实现及计算机辅助设计工具系统建模与计算机辅助工具应用电子系统的设计与实现系统需求分析系统总框图设计子系统性能分析子系统设计和调试整机调试整机测试与评估结束2021/9/1279二、电子系统的设计与实现及计算机辅助设计工具系统建模与计算机辅助工具应用EDA是电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation）的英文缩写，涵盖电子线路计算机辅助设计（CAD）。计算机辅助设计工具2021/9/1280二、电子系统的设计与实现及计算机辅助设计工具系统建模与计算机辅助工具应用EDA工具的主要作用验证电路方案设计的正确性电路特性的优化设计EDA技术中的温度分析和统计分析功能包括：对不同的容差特性进行规定次数的跟踪分析（蒙特卡洛分析）；单独分析每一个器件容差对电路的影响量（灵敏度分析）；分析全体器件容差对电路性能的最大量（最坏情况分析）。实现电路特性的仿真测试计算机辅助设计工具2021/9/1281二、电子系统的设计与实现及计算机辅助设计工具系统建模与计算机辅助工具应用几种常用的EDA软件：1）ORCAD10.2与ORCADCaptureCIS2）Altium公司与Protel系列产品3）电路设计软件EWB与Multisim4）系统模拟软件SystemView5）MATLAB及Simulink6）虚拟仪器技术的软件LabVIEW计算机辅助设计工具2021/9/1282电子信息工程的数学工具第四节2021/9/1283电子信息工程的数学工具数学是所有科学研究的有力工具，数学是科学的皇冠，在电子信息工程的研究与应用中，数学工具占有十分重要的地位。在电子信息工程的研究与应用中，数学工具的最大作用就是对物理现象进行分析，以及对有关的电子元器件、电路和系统进行建模。数学是电子信息工程研究非常有效的检验工具。2021/9/1284一、数学分析电子信息工程的数学工具2021/9/1285一、数学分析电子信息工程的数学工具数学分析提供了曲线与函数的概念和分析方法。曲线与函数提供了函数图形描述和参数形态估计的概念。曲线与函数2021/9/1286一、数学分析电子信息工程的数学工具极限是对“趋近但不达到的”问题的数学描述。在数学分析中，用函数的方法给出了极限的定义和概念，进而为微积分分析提供了理论基础。电子信息工程和应用电子技术的研究中，经常要用到极限分析的概念和方法。在数学分析中，还经常利用极限的概念和方法计算无穷级数的和，这对于电子信息工程的研究与分析来说，是一种重要的研究和分析方法。极限2021/9/1287一、数学分析电子信息工程的数学工具导数与微分包括导数概念及运算法则与导数计算，微分的定义及运算，高阶导数与高阶微分。导数与微分是建立数学模型和分析数学模型的两个重要的概念和方法。利用导数与微分的方法，可以根据物理电学定律建立起电子元器件、电路和电子系统的动力学方程。导数与微分2021/9/1288一、数学分析电子信息工程的数学工具积分在电子信息工程技术的研究和应用中有两个作用：一个是提供微分方程求解工具，另一个则根据物理定律直接建立有关电子元器件、电路和电子系统等的积分模型。积分2021/9/1289一、数学分析电子信息工程的数学工具级数理论主要讨论级数的收敛、求和、展开以及有关的概念、性质、基本定理及其判别方法，包括：数项级数函数项级数幂级数傅立叶级数级数2021/9/1290一、数学分析电子信息工程的数学工具数学分析主要介绍了以下内容：1.曲线与函数2.极限3.导数与微分４.积分5.级数2021/9/1291二、微分方程电子信息工程的数学工具2021/9/1292二、微分方程微分方程理论包括有关微分方程的分类与求解方法。主要包括：线性常系数微分方程非线性微分方程偏微分方程微分方程描述的是电子元器件、电路和电子系统的基本行为特性。2021/9/1293二、微分方程电子信息工程的数学工具线性常系数微分方程的一般形式是线性常系数微分方程的特点是所有的系数均为常数，变量之间线性无关。线性常系数微分方程是描述电子元器件、电路和电子系统最常用的方法。线性常系数微分方程2021/9/1294二、微分方程电子信息工程的数学工具偏微分方程也叫数学物理方程，是描述物理电磁现象的重要工具，同时，偏微分方程也是描述许多物理现象的有力工具。最常用的是常系数偏微分方程，包括：椭圆方程抛物线方程圆形方程偏微分方程2021/9/1295三、线性代数电子信息工程的数学工具2021/9/1296三、线性代数线性代数是讨论矩阵理论，与矩阵结合的有限维向量空间及其线性变换理论一门科学。在电子信息工程的研究中，由于计算机辅助设计工具已经成为基本的分析和研究工具。因此，线性代数提供的矩阵计算的基本理论和方法，对于以计算机仿真为主的电子信息工程来说，是一个相当重要的数学工具。2021/9/1297三、线性代数电子信息工程的数学工具矩阵是线性代数最基本的内容，线性代数其它内容的学习都离不开矩阵。矩阵可以用来对电子元器件、电路和电子系统进行描述。矩阵2021/9/1298三、线性代数电子信息工程的数学工具矩阵是线性代数最基本的内容，线性代数其它内容的学习都离不开矩阵。矩阵可以用来对电子元器件、电路和电子系统进行描述。线性代数提供的矩阵理论，特别是有关矩阵方程求解的理论与方法，是电子信息工程中的电路求解及系统分析的有力工具。线性方程的求解2021/9/1299三、线性代数电子信息工程的数学工具向量、矩阵及线性方程组一起构成了线性代数最基本的内容线性代数所讨论的向量空间的基本理论是解析几何中平面V2，空间V3的推广。线性代数所研究的线性空间，是CAD和EDA各种算法的基础。向量空间2021/9/12100四、积分变换电子信息工程的数学工具2021/9/12101四、积分变换

积分变换属于应用数学的一个分支，是工科类及应用理科类有关专业的一门基础课，主要分析傅立叶变换与拉普拉斯变换的基本概念与方法。2021/9/12102四、积分变换电子信息工程的数学工具设有时间函数x(t)定义在t≥0区间内，其中t为时间，则x(t)的拉普拉斯变换定义为

式中，s=δ+jω，为复频率。拉普拉斯变换2021/9/12103四、积分变换电子信息工程的数学工具把时间函数变换为复频域函数，叫做拉普拉斯变换，变换的结果X(s)叫做原时间函数的像函数。反之，把像函数还原为时间函数，叫做拉普拉斯的反变换。线性非时变系统（LTI）输入、输出像函数的比值，叫做系统函数，也叫做LTI系统的传递函数，是分析LTI系统的基本数学模型，有

式中，Y(s)是系统输出像函数；X(s)是系统的输入像函数。拉普拉斯变换2021/9/12104四、积分变换电子信息工程的数学工具傅立叶变换是重要的信号与系统频域分析方法。在数学理论中，如果函数x(t)满足狄利赫里收敛条件：（1）在任何周期内，x(t)绝对可积，即（2）在任何有限区间内，x(t)具有有限个最大值和最小值。（3）在任何有限区间内，x(t)

具有有限个不连续点，并且每个不连续点都必须是有限值，则

x(t)

可以用无穷多个不同频率的正弦信号的叠加来表示。傅立叶变换2021/9/12105四、积分变换电子信息工程的数学工具设函数x(t)在t∈±∞内有意义，则傅立叶变换对定义如下

式中，ω称为角频率。傅立叶变换2021/9/12106四、积分变换电子信息工程的数学工具傅立叶变换的条件是系统处于稳态，也就是说系统进入了某种稳定状态，没有突变发生。这时，在傅立叶变换结果中令s=jω。傅立叶变换2021/9/12107四、积分变换电子信息工程的数学工具Z变换用于离散时间信号（或序列）在Z域中的表示。同样，Z变换将差分方程转换成代数方程，简化了离散时间系统地分析。设x[n]是一个离散序列，x[n]的Z变换X(z)定义为 1.4.12

式中，变量z一般是极坐标形式的复数，即

式中，r是z的幅度；Ω是z的角度。Z变换2021/9/12108四、积分变换电子信息工程的数学工具Z变换把离散时间信号映射到坐标平面中，这是一个复平面，叫做Z平面。Z变换2021/9/12109四、积分变换电子信息工程的数学工具式1.4.12中定义的Z变换常称为双边Z变换。单边Z变换定义为

1.4.14

由式（1.4.14）可知，如果n<0时，x[n]=0。则双边Z变换和单边Z变换等效。Z变换2021/9/12110四、积分变换电子信息工程的数学工具与拉普拉斯情况相同，式（1.4.14）实际上是把离散序列x[n]变为连续函数X(z)的算子，用符号表示就是 X(z)=Z{x[n]}1.4.15

称x[n]和X(z)为Z变换对，表示为 x[n]↔X(z)1.4.16Z变换2021/9/12111五、复变函数电子信息工程的数学工具2021/9/12112五、复变函数以复数作为自变量的函数就叫做复变函数，而与之相关的理论就是复变函数论。解析函数是复变函数中一类具有解析性质的函数，复变函数论主要就研究复数域上的解析函数，复变函数论主要包括单值解析函数理论、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。2021/9/12113五、复变函数对于电子元器件、电路和电子系统来说，其基本物理量可以看成随时间变化的函数，也可以看成是随频率变化的函数，这使得电子元器件、电路和系统的基本特征可以用频率特性描述。复变函数提供的理论和方法，还是分析系统稳定性的重要工具。2021/9/12114六、数理统计与概率论电子信息工程的数学工具2021/9/12115六、数理统计与概率论在自然界和现实生活中，一些事物都是相互联系和不断发展的。一些事物可以分成截然不同的两大类：确定性的现象不确定性的现象不确定现象指事物间的关系是偶然性的，这种现象叫做偶然现象，或者叫做随机现象。概率论和数理统计就是研究大量同类随机现象的统计规律性的数学学科。为那些无法用确定性函数关系描述的物理现象提供了数学分析方法和工具。2021/9/12116六、数理统计与概率论电子信息工程的数学工具概率论的起源是博弈论，用来描述那些无法确定的变量状态或变量之间的关系。概率论所研究的内容一般包括随机事件的概率、统计独立性和更深层次上的规律性。概率是随机事件发生的可能性的数量指标。概率论在电子信息工程的研究与应用中，是分析特殊问题的重要工具。概率论的基本概念2021/9/12117六、数理统计与概率论电子信息工程的数学工具数理统计包括抽样、适线问题、假设检验、方差分析、相关分析等内容。抽样检验是要通过对子样的调查，来推断总体的情况。数理统计是物理学研究中的重要工具，也是电子信息工程研究的重要工具。数理统计的基本概念2021/9/12118七、场论电子信息工程的数学工具2021/9/12119七、场论场论的主要内容有：矢量分析、场论、哈米尔顿算子、梯度、散度、旋度与调和量在正交曲线坐标系中的表示式等。其基本作用用来分析电子元器件、电子材料及半导体材料和电子系统的物理电磁结构和特征。场论主要是提供分析电磁场、电磁波的模型和概念。2021/9/12120七、场论电子信息工程的数学工具基本场量，是指描述场的基本变量。根据基本场量的性质，场论中把场分为两种类型：标量场：所谓标量场，是指基本场量为标量的场。矢量场：所谓矢量场，是指基本场量是矢量的场。基本场量的概念2021/9/12121七、场论电子信息工程的数学工具场分析的基本方法是数学物理方程，也就是偏微分方程。场分析的目的是得到基本场量的分布特征，通过对场分布的分析，为其他的分析和计算提供基本数据。利用场论中的梯度、散度和旋度，可以确定电子元器件及其周围空间的电磁能量状态，以作为电子元器件和电子系统分析的基本依据场分析的基本方法2021/9/12122七、场论电子信息工程的数学工具场分析中的一个重要任务是确定边界条件和初始条件。目前大多数情况下使用计算机数值分析求解的方法计算场分布。只有在极少数情况下或经过近似计算后可以得到与坐标面相吻合的边界形状时，才能通过解析的方法得到场分布的解析解。边界条件与初始条件2021/9/12123电子信息工程在各领域的应用及发展第五节2021/9/12124电子信息工程在各领域的应用及发展电子信息技术是不断发展的高、新科学技术，电子信息技术在工业、农业、政府行政管理、社会生活服务、国防建设等各个领域得到广泛的推广和应用，全社会计算机应用普及水平逐步提高，电子信息技术应用已从单项应用向集成化、综合化和网络化发展。电子信息技术已经渗透到国民经济和社会生产的各个领域，取得了良好的经济效益和社会效益。2021/9/12125电子信息工程在各领域的应用及发展电子信息技术在迅速地渗入家庭生活中。在工业中，人们使用各种电子信息自动化装置或系统，实现生产设备和过程的自动化。在交通运输中，出现了智能交通系统。21世纪的汽车工业进入一个由电子信息技术革命带来巨大变化的新时代。在办公室，电子政务开始向更高层次发展。2021/9/12126一、电子信息技术在通信领域中的应用电子信息工程在各领域的应用及发展2021/9/12127一、电子信息技术在通信领域中的应用人类社会一直从自然界获取、分析、处理、交换、传递和利用信息。通信技术、计算机技术和信号处理技术构成了信息科学的3大支柱。随着电子信息技术的发展，通信技术数字化可以更好的融入计算机技术，使信息更快地集中、更有效的利用，数字化的成果更便于存储、复制和传播。2021/9/12128一、电子信息技术在通信领域中的应用电子信息工程在各领域的应用及发展ISDN(IntegratedServiceDigitalNetwork)的中文名称是综合业务数字网，中国电信将“窄带综合业务数字网”(N-ISDN)俗称为“一线通”。“一线通”能够向用户提供三大类业务：承载业务(与用户终端类型无关，如电路交换的承载业务和分组交换的承载业务等);用户终端业务(如数字电话、四类传真、数据通信、视频通信等);丰富的补充业务(如主/被叫用户号码识别显示/限制、呼叫等待、呼叫转移、多用户号码、子地址、三方通信等)。“一线通”2021/9/12129一、电子信息技术在通信领域中的应用电子信息工程在各领域的应用及发展ISDN有以下一些特点：通信业务的综合化实现高可靠性、高质量的通信通过“一线通”可以以64kb/s或128kb/s的速率使用Internet网“一线通”还可以提供丰富的附加功能价格适宜使用灵活方便运用前景广阔“一线通”2021/9/12130一、电子信息技术在通信领域中的应用电子信息工程在各领域的应用及发展IP电话是按国际互联网协议规定的网络技术内容开通的电话业务，中文翻译为网络电话或互联网电话，简单来说就是通过Internet网进行实时的语音传输服务。它是利用国际互联网Internet为语音传输的媒介，从而实现语音通信的一种全新的通信技术。最初的IP电话是个人计算机与个人计算机之间的通话。目前，国际上许多大的电信公司又推出了普通电话与普通电话之间的通话。IP电话2021/9/12131二、电子信息技术在汽车工程领域的应用电子信息工程在各领域的应用及发展2021/9/12132二、电子信息技术在汽车工程领域的应用汽车电子控制技术已成为衡量现代汽车发展水平的重要标志。按照对汽车行驶性能作用的影响划分，可以把汽车电子产品归纳为两类：汽车电子控制装置车载汽车电子装置2021/9/12133二、电子信息技术在汽车工程领域的应用汽车电子技术的应用将使汽车发生以下主要变化：汽车的机械结构还将发生重大的变化汽车12伏供电系统向42伏转化汽车电子控制系统大体可分为四个部分：发动机电子控制系统底盘综合控制系统车身电子安全系统信息通讯系统2021/9/12134二、电子信息技术在汽车工程领域的应用电子信息工程在各领域的应用及发展发动机电子控制系统（EECS）电控点火装置（ESA）电控燃油喷射(EFI)废气再循环控制（EGR）怠速控制（ISC）电子控制技术的应用2021/9/12135二、电子信息技术在汽车工程领域的应用电子信息工程在各领域的应用及发展底盘综合控制系统电控自动变速器（ECAT）防抱死制动系统（ABS）与驱动防滑系统（ASR）电子转向助力系统(EPS)自适应悬挂系统(ASS)底盘综合控制系统2021/9/12136二、电子信息技术在汽车工程领域的应用电子信息工程在各领域的应用及发展巡航控制（CruiseControl）又称恒速行驶系统是让驾驶员无需操作油门踏板就能保证汽车以某一固定的预选车速行驶的控制系统。该系统可以减轻驾驶员长途驾驶之疲劳，给驾驶带来了很大的方便，同时也可以得到较好的燃油经济性。巡行控制系统（CCS）2021/9/12137二、电子信息技术在汽车工程领域的应用电子信息工程在各领域的应用及发展自适应前照灯系统（AFS）汽车夜视系统（NVS）安全气囊（SRS)碰撞警示和预防系统（CWAS）轮胎压力监测系统（TPWS）自动调节座椅系统（AAS）车身电子安全系统2021/9/12138二、电子信息技术在汽车工程领域的应用电子信息工程在各领域的应用及发展汽车导航系统与定位系统（NTIS）语音系统（VS）信息系统（IS）通讯系统（CS）信息通讯系统2021/9/12139二、电子信息技术在汽车工程领域的应用电子信息工程在各领域的应用及发展集成化智能化网络化汽车电子技术应用的发展趋势2021/9/12140三、电子信息技术在智能交通工程中的应用电子信息工程在各领域的应用及发展2021/9/12141三、电子信息技术在智能交通工程中的应用智能交通系统是在现有的交通状况下，充分利用现代高新技术进行合理的交通需求分配和管理，通过卫星导航系统、汽车自动引路系统、交通信息通信系统（VTCS）、视频监控和计算机管理等多种技术手段，将整个路网的通行能力迅速提高20%～40%，实现安全、快速、便捷运输目的的一种交通综合治理方案2021/9/12142三、电子信息技术在智能交通工程中的应用电子信息工程在各领域的应用及发展闭路电视系统（CCTV）自交通监控系统（ATSCS）交通监控系统2021/9/12143三、电子信息技术在智能交通工程中的应用电子信息工程在各领域的应用及发展我国现行的收费模式不停车收费系统消除或避免了收费口的拥挤和堵塞，提高了车辆通行效率，车辆通过收费口的速度一般可达80～12Okm／h。防止了收费口的车辆尾追、碰撞等事故发生。减少了收费口停车、启动产生的尾气和噪音污染。堵塞了收费漏洞，防止了舞弊现象和人工差错。可节省大量人力劳动，减轻劳动负担。电子收费系统（BTC）2021/9/12144三、电子信息技术在智能交通工程中的应用电子信息工程在各领域的应用及发展利用电子技术实现交叉道口交通信号的自动控制是一项成熟并应用广泛的技术。电脑订票、售票系统站、场旅客多媒体查询系统气象检测预报系统广播系统交通流诱导控制系统自动信号控制系统2021/9/12145四、电子信息技术在电力系统中的应用电子信息工程在各领域的应用及发展2021/9/12146四、电子信息技术在电力系统中的应用21世纪的先进电力系统技术研究开发目标可有如下四个方面：大容量交/直流输电技术灵活交流输电（FACTS）技术大电网互联的运行控制技术电力系统分析和仿真技术不管是何种形式的电力系统技术，对其都有三个方面的基本要求：安全性经济性必要的供电质量2021/9/12147四、电子信息技术在电力系统中的应用电子信息工程在各领域的应用及发展FACTS是电力电子技术在电力系统中应用的重要方面。FACTS技术的概念自80年代后期提出以来，有关学术研究、技术开发和工程实践已取得大量成果。1995年以来，FACTS技术的开发和工程应用又有新的发展。我国已开始对FACTS技术进行有系统的研究开发。灵活交流输电（FACTS）技术2021/9/12148四、电子信息技术在电力系统中的应用电子信息工程在各领域的应用及发展互联电力系统低频振荡控制全球卫星定位系统（GPS）在电网安全监视和稳定控制中应用的研究防止大面积停电的控制和恢复策略的研究大电网互联的运行控制技术2021/9/12149四、电子信息技术在电力系统中的应用电子信息工程在各领域的应用及发展电力系统分析技术的发展趋势电力系统分析软件技术的发展电力系统数学仿真与物理模拟电力系统分析和仿真技术2021/9/12150五、电子信息技术在智能建筑和智能家居中的应用电子信息工程在各领域的应用及发展2021/9/12151五、电子信息技术在智能建筑和智能家居中的应用电子信息工程在各领域的应用及发展一般认为智能建筑包含三大要素：建筑设备自动化系统（也称楼宇自动化BuildingAutomationSystem，简称BAS）通信网络系统（CommunicationNetSystem，简称CNS）办公自动化系统（OfficeAutomationSystem，简称OAS）三者有机结合在一起，构成智能建筑“3A”结构。智能建筑2021/9/12152五、电子信息技术在智能建筑和智能家居中的应用电子信息工程在各领域的应用及发展根据功能的不同，可分为大楼设备监控子系统火警消防子系统公共安全子系统等子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，构成综合系统。智能建筑建筑设备自动化系统（BAS）2021/9/12153五、电子信息技术在智能建筑和智能家居中的应用电子信息工程在各领域的应用及发展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（含闭路电视系统）无线通信系统公共广播系统

会