通用信息天津大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1通用通用(tngyng)信息天津大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院信息天津大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第一頁，共38頁。2021-12-212檢測(cè)、運(yùn)算、操縱等電子控制器件。檢測(cè)、運(yùn)算、操縱等電子控制器件。第1頁/共38頁第二頁，共38頁。2021-12-213算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具是算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具是AUTOCAD系列軟件。系列軟件。電氣部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)將是本課程電氣部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)將是本課程后半部分的內(nèi)容，基于計(jì)算機(jī)后半部分的內(nèi)容，基于計(jì)算機(jī)專業(yè)的研究方向，我們的關(guān)注專業(yè)的研究方向，我們的關(guān)注(gunzh)重點(diǎn)是電氣系統(tǒng)中與重點(diǎn)是電氣系統(tǒng)中與控制、檢測(cè)等內(nèi)容相關(guān)的部分。控制、檢測(cè)等內(nèi)容相關(guān)的部分。第2頁/共38頁第三頁，共3

2、8頁。2021-12-214按照學(xué)科劃分按照學(xué)科劃分(hu fn)，電，電氣包含電力與電子學(xué)科。氣包含電力與電子學(xué)科。第3頁/共38頁第四頁，共38頁。2021-12-215傳輸?shù)?。傳輸?shù)取電子系統(tǒng)主要工作目標(biāo)電子系統(tǒng)主要工作目標(biāo)是對(duì)信息的加工、處理、變是對(duì)信息的加工、處理、變換、傳輸，提供自動(dòng)或智能換、傳輸，提供自動(dòng)或智能的檢測(cè)和控制。的檢測(cè)和控制。第4頁/共38頁第五頁，共38頁。2021-12-216n電子元器件：電子系統(tǒng)的組成電子元器件：電子系統(tǒng)的組成部件部件n電子元件：具有單一功能的基電子元件：具有單一功能的基礎(chǔ)電子零部件，如二極管、三礎(chǔ)電子零部件，如二極管、三極管、極管、LED燈

3、、電阻電容等。燈、電阻電容等。n電子器件：由若干電子元件構(gòu)電子器件：由若干電子元件構(gòu)成的具有確定功能的電子組件，成的具有確定功能的電子組件，如集成電路、硅橋、如集成電路、硅橋、 LED顯顯示陣列等。示陣列等。第5頁/共38頁第六頁，共38頁。2021-12-217第6頁/共38頁第七頁，共38頁。2021-12-218電子管電子管 晶體管晶體管 集成電路集成電路 VLSI 第7頁/共38頁第八頁，共38頁。2021-12-219子器件。子器件。n電子管是靠加熱電阻絲放出電電子管是靠加熱電阻絲放出電子束，進(jìn)而對(duì)電子束進(jìn)行控制子束，進(jìn)而對(duì)電子束進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)各種功能來實(shí)現(xiàn)各種功能(gngnng)的

4、，的，其工作電流較大、體積也較大。其工作電流較大、體積也較大。n使用時(shí)電氣連接一般是導(dǎo)線直使用時(shí)電氣連接一般是導(dǎo)線直連，機(jī)械結(jié)構(gòu)固定；連，機(jī)械結(jié)構(gòu)固定；n設(shè)計(jì)時(shí)主要是手工繪制電路圖，設(shè)計(jì)時(shí)主要是手工繪制電路圖，畫出原理圖和機(jī)械安裝圖。畫出原理圖和機(jī)械安裝圖。第8頁/共38頁第九頁，共38頁。2021-12-2110n二戰(zhàn)期間，美國軍方要求賓二戰(zhàn)期間，美國軍方要求賓州大學(xué)為它們?cè)O(shè)計(jì)州大學(xué)為它們?cè)O(shè)計(jì)(shj)一一種以真空管取代繼電器來計(jì)種以真空管取代繼電器來計(jì)算炮彈彈道的機(jī)器；算炮彈彈道的機(jī)器；n 1946年年2月月14日，這臺(tái)機(jī)器正日，這臺(tái)機(jī)器正式投入使用了，它用了式投入使用了，它用了18800

5、只真空管，占地只真空管，占地1500英尺，英尺，重約重約30噸，每小時(shí)耗電噸，每小時(shí)耗電20萬萬千瓦。運(yùn)算速度每秒千瓦。運(yùn)算速度每秒5000次。次。第9頁/共38頁第十頁，共38頁。2021-12-2111PN結(jié)的電特性來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通、結(jié)的電特性來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通、放大等功能，其工作電流小、放大等功能，其工作電流小、體積更小。體積更小。n晶體管工作電流僅在毫安級(jí)，晶體管工作電流僅在毫安級(jí)，因此可以使用印刷電路板上較因此可以使用印刷電路板上較薄的銅線薄的銅線(tn xin)進(jìn)行連接。進(jìn)行連接。n早期設(shè)計(jì)工具亦主要是使用手早期設(shè)計(jì)工具亦主要是使用手工繪圖工具，畫出邏輯圖紙和工繪圖工具，畫出邏輯圖紙和電路板板圖

6、。電路板板圖。第10頁/共38頁第十一頁，共38頁。2021-12-2112n半導(dǎo)體收音機(jī)、電視機(jī)；半導(dǎo)體收音機(jī)、電視機(jī)；n 1954年，貝爾實(shí)驗(yàn)室推出全晶年，貝爾實(shí)驗(yàn)室推出全晶體管計(jì)算機(jī)；體管計(jì)算機(jī)；第11頁/共38頁第十二頁，共38頁。2021-12-2113共同發(fā)明人。共同發(fā)明人。n 1968年，諾伊斯同戈登年，諾伊斯同戈登摩爾摩爾（GordonMoore）、安迪）、安迪格魯格魯夫（夫（AndyGrove）一起創(chuàng)立了英）一起創(chuàng)立了英特爾公司。特爾公司。n集成集成(j chn)電路將晶體管、電路將晶體管、電子元件及連線統(tǒng)一制作在一電子元件及連線統(tǒng)一制作在一個(gè)硅片上，體積極小，已經(jīng)不個(gè)硅片上

7、，體積極小，已經(jīng)不可能靠手工來完成繪圖工作，可能靠手工來完成繪圖工作，使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)是必使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)是必須的。須的。n設(shè)計(jì)工具主要是設(shè)計(jì)工具主要是CAD軟件，畫軟件，畫出邏輯圖紙和電氣制作圖，制出邏輯圖紙和電氣制作圖，制作圖將被下載到專用制造裝置作圖將被下載到專用制造裝置上，通過自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備完成上，通過自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備完成加工。加工。第12頁/共38頁第十三頁，共38頁。2021-12-2114n型號(hào)：型號(hào)：4004 n2300 晶體管晶體管第13頁/共38頁第十四頁，共38頁。2021-12-2115n ULSI 特大規(guī)模特大規(guī)模(gum)集成電集成電路路(Ultra La

8、rge Scale Integrated circuit)n GSI 巨大規(guī)模巨大規(guī)模(gum)集成電集成電路路(Gigantic Scale Integrated circuit）n規(guī)模規(guī)模(gum)分類：名稱：元件分類：名稱：元件數(shù)數(shù) / 芯片芯片n SSI： 100n MSI： 102 103 n LSI： 103 105 n VLSI：105 107 (百萬級(jí)百萬級(jí))n ULSI：107 109 第14頁/共38頁第十五頁，共38頁。2021-12-2116n片上系統(tǒng)片上系統(tǒng)- SOC （ System On Chip ）n電子邏輯設(shè)計(jì)可部分自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，電子邏輯設(shè)計(jì)可部分自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，芯片內(nèi)

9、、外部電子零件的布局芯片內(nèi)、外部電子零件的布局及其連接線均可自動(dòng)完成。及其連接線均可自動(dòng)完成。n設(shè)計(jì)工具使用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化設(shè)計(jì)工具使用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）軟件。）軟件。第15頁/共38頁第十六頁，共38頁。2021-12-2117Apple A4第16頁/共38頁第十七頁，共38頁。2021-12-2118設(shè)計(jì)，使用硬件描述語言設(shè)計(jì)，使用硬件描述語言HDL完成設(shè)計(jì)完成設(shè)計(jì)文件?？商峁┻壿嬀幾g、化簡、分割、綜文件?？商峁┻壿嬀幾g、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線、仿真、邏輯映射合、優(yōu)化、布局、布線、仿真、邏輯映射和編程下載。和編程下載。第17頁/共38頁第十八頁，共38頁。2021-12-

10、2119設(shè)計(jì)成果：具有特定功能的電設(shè)計(jì)成果：具有特定功能的電路板路板輔助工具：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟輔助工具：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件件原理圖元器件接點(diǎn)匯總；原理圖元器件接點(diǎn)匯總；交互式電路板形狀定義；交互式電路板形狀定義；元器件的輔助或自動(dòng)布局；元器件的輔助或自動(dòng)布局；連接線的輔助或自動(dòng)布線；連接線的輔助或自動(dòng)布線；邏輯功能的仿真與驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)邏輯功能的仿真與驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)與檢查。結(jié)構(gòu)的檢測(cè)與檢查。第18頁/共38頁第十九頁，共38頁。2021-12-2120第19頁/共38頁第二十頁，共38頁。2021-12-2121輔助編輯、繪圖；輔助編輯、繪圖；邏輯化簡、分割；邏輯化簡、分割；功能綜合、優(yōu)化；

11、功能綜合、優(yōu)化；器件布局、布線；器件布局、布線；邏輯仿真、測(cè)試；邏輯仿真、測(cè)試；實(shí)現(xiàn)編程、下載。實(shí)現(xiàn)編程、下載。第20頁/共38頁第二十一頁，共38頁。2021-12-2122本部分本部分(b fen)內(nèi)容在內(nèi)容在“VLSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課課程中講授，計(jì)算機(jī)學(xué)院在大學(xué)四年級(jí)上程中講授，計(jì)算機(jī)學(xué)院在大學(xué)四年級(jí)上半學(xué)年開設(shè)此門選修課半學(xué)年開設(shè)此門選修課第21頁/共38頁第二十二頁，共38頁。2021-12-2123第22頁/共38頁第二十三頁，共38頁。2021-12-2124第23頁/共38頁第二十四頁，共38頁。2021-12-2125貼光：設(shè)計(jì)圖形帖附貼光：設(shè)計(jì)圖形帖附光致掩蔽型干膜：通

12、過光照改變光致掩蔽型干膜：通過光照改變覆銅板表面貼膜狀態(tài)覆銅板表面貼膜狀態(tài)制正相導(dǎo)線圖形：由不同貼膜狀制正相導(dǎo)線圖形：由不同貼膜狀態(tài)完成局部覆銅面覆蓋保護(hù)態(tài)完成局部覆銅面覆蓋保護(hù)蝕刻：對(duì)未保護(hù)銅面進(jìn)行腐蝕去蝕刻：對(duì)未保護(hù)銅面進(jìn)行腐蝕去除除第24頁/共38頁第二十五頁，共38頁。2021-12-2126料涂覆熱風(fēng)整平：藥劑烘干料涂覆熱風(fēng)整平：藥劑烘干印制標(biāo)記符號(hào)：板面器件印制標(biāo)記符號(hào)：板面器件(qjin)標(biāo)記、說明等信息標(biāo)記、說明等信息外形加工：外形確認(rèn)、修整外形加工：外形確認(rèn)、修整檢驗(yàn)：短路、斷路檢查檢驗(yàn)：短路、斷路檢查成品。成品。第25頁/共38頁第二十六頁，共38頁。2021-12-212

13、7印制標(biāo)記符號(hào)：絲網(wǎng)印刷圖印制標(biāo)記符號(hào)：絲網(wǎng)印刷圖外形加工：外形圖外形加工：外形圖元器件匯總表元器件匯總表這些圖紙需要由電路輔助設(shè)計(jì)軟這些圖紙需要由電路輔助設(shè)計(jì)軟件生成件生成第26頁/共38頁第二十七頁，共38頁。2021-12-2128第27頁/共38頁第二十八頁，共38頁。2021-12-2129第28頁/共38頁第二十九頁，共38頁。2021-12-2130局部(jb)放大第29頁/共38頁第三十頁，共38頁。2021-12-2131元件(yunjin)面 Top lay焊接(hnji)面 Bottom lay第30頁/共38頁第三十一頁，共38頁。2021-12-2132阻焊圖 Pas

14、te 助焊圖 Solder（局部(jb)）第31頁/共38頁第三十二頁，共38頁。2021-12-2133絲網(wǎng)印刷(ynshu)圖 Over lay （局部） 外形(wi xn)圖 Mechanical第32頁/共38頁第三十三頁，共38頁。2021-12-2134第33頁/共38頁第三十四頁，共38頁。2021-12-2135l所謂所謂“封裝封裝”是一種將集成電路用絕緣的塑料或陶是一種將集成電路用絕緣的塑料或陶瓷材料打包的技術(shù)。瓷材料打包的技術(shù)。l封裝對(duì)于芯片來說是必須的，因?yàn)樾酒仨毰c外界封裝對(duì)于芯片來說是必須的，因?yàn)樾酒仨毰c外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對(duì)芯片電路的腐蝕而造隔離，以防止空

15、氣中的雜質(zhì)對(duì)芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。成電氣性能下降。l封裝后的芯片更便于安裝，封裝形式以其外形封裝后的芯片更便于安裝，封裝形式以其外形(wi (wi xn)xn)（FootprintFootprint）來標(biāo)示。）來標(biāo)示。l封裝直接關(guān)聯(lián)與芯片連接的封裝直接關(guān)聯(lián)與芯片連接的PCBPCB（印制電路板）的（印制電路板）的設(shè)計(jì)和制造設(shè)計(jì)和制造 第34頁/共38頁第三十五頁，共38頁。2021-12-2136l傳統(tǒng)插裝方式：通過在印制電路板上打孔，將傳統(tǒng)插裝方式：通過在印制電路板上打孔，將電子元件的引腳從正面電子元件的引腳從正面(zhngmin)(zhngmin)穿過電路板穿過電路板并在反面進(jìn)行

16、焊接的方式。（一般情況，通過并在反面進(jìn)行焊接的方式。（一般情況，通過沉銅工藝處理，孔的兩面是導(dǎo)通的）沉銅工藝處理，孔的兩面是導(dǎo)通的）l表面貼裝方式：將表面貼裝元器件貼、焊到印表面貼裝方式：將表面貼裝元器件貼、焊到印制電路板表面，電路板上只需焊盤，無需安裝制電路板表面，電路板上只需焊盤，無需安裝孔。稱之為表面安裝技術(shù)孔。稱之為表面安裝技術(shù) SMT SMT（Surface Mount Surface Mount TechnologyTechnology），相應(yīng)的元器件稱為），相應(yīng)的元器件稱為 SMD SMD 表面貼表面貼裝器件（裝器件（Surface Mounted DevicesSurface Mounted Devices）l目前不同的封裝形式有近百種，目前不同的封裝形式有近百種，SMD SMD 是主流。是主流。第35頁/共38頁第三十六頁，共38頁。2021-12-2137nDIP（Dual In-line Package） 雙雙列直插式封裝列直插式封裝 nPLCC（plastic leaded chip carrier）帶引線的塑料芯片帶引線的塑料芯片(xn pin)載體載體 nSOIC（small out-line integrated circuit）小尺寸封裝）小尺寸封裝 nPQFP（Plastic Quad Fl