数字化测量概述
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数字化测量技术
数字化测量技术
绪论
一、概述
1 研究领域
数字化测量技术所涉及领域非常广泛，主要 包括各种通用及专业数字IC、数字接口电路、 数据采集系统、数字式仪器仪表（含智能仪 器）和实时的测控系统。
一、课程概述
2 开设本课程的目的
突出实用性、软硬件结合，侧重于硬件。贯 穿从芯片→电路→整机的思想，重点放在电 路设计与应用上。帮助同学们进行数字电路 或整机电路的实用设计，解决今后在生产和 科研中遇到的一些数字化测量课题。缩短大 学生→工程师的距离，为今后独立设计、完 成课题研究、科研产品开发打基础。
（一）CMOS电路的迅速崛起
1、CMOS电路发展史
63年研制成功，68年商品化。 分为：
标准系列 CD4000、MC14500 CC4000A CC4000B
高速系列 74HC 54HC
注：在电子线路设计，在画图软件中（如protel）中， 有其原理图库与精装图库。
（一）CMOS电路的迅速崛起
每个门的功耗低至1μW，仅为TTL的1/1000。采用 CMOS电路，便于构成电池供电的小型化数字仪表， 便于设计备用电源和掉电保护电路，还能降低稳压 电源的容量。
（一）CMOS电路的迅速崛起
2、CMOS电路十大优点
（3）输入阻抗高
其输入阻抗大于108Ω（100MΩ），对输入信号 无衰减作用。
（4）驱动能力强
（一）CMOS电路的迅速崛起
2、CMOS电路十大优点
（6）输出电平的摆幅大
摆幅表示输出高电平（UOH）与低电平（UOL） 之差。CMOS电路的输出电平摆幅很大，可称为 “ 利顶 用天 率立 最地高。”相，比UO之H≈下UD，D，TTULO电L≈U路SS的，U因OH此＝电＋源 3.4V，UOL＝＋0.2V。
一、课程概述
3 课程特点
力求反映：先进性、系统性、实用性。 其前导课程包括：数电、模电、电子测量技术、
传感器等。 说明：本课程与微机的关系
① 广义上讲：它包括微机，而且微机也离不开它。 例如：显示器、驱动器、电源等。
② 狭义上讲：二者各有侧重，是软、硬结合。 ③ 在有些情况下，单靠微机难以解决的问题，它
（7）工作频率高
4000系列的工作频率为1MHz至几兆赫。74HC系 列可达40～50MHz，与LS-TTL电路相当。
通常一个输出端可驱动50个以上的输入端。有 的还能直接驱动LED显示器。
（一）CMOS电路的迅速崛起
2、CMOS电路十大优点
（5）抗干扰能力强
当电路的输出状态维持不变时允许加到输入端 的噪声电压最大值，称为电压噪声容限。噪声 容限愈高，器件的抗干扰能力愈强。在各种数 字IC中，CMOS电路的噪声容限最高，可达 40%UDD；选5V电源时，其噪声容限约2V，而 TTL电路仅为0.8V。
2、CMOS电路十大优点
（1）工作电源电压范围宽
通＋GN用3D～）型1是C8VM＋，O2S高～电速6路VC。的MO在电S此源电范电路围压的内范电选围源取（电任U压D何D范～一围U个（SS）电UC为压C～ 值，均能正常工作。若选＋5V电源，则能与TTL电 路直接匹配。
（2）微功耗 CMOS电路的静态功耗极低，耗 电省，属于微功耗器件。
一、集成电路发展概况
我国于1965年研制成功集成电路。近年来，国 家制定了重点发展集成电路的战略方针，我国 的IC产业也获得了飞速发展。1990年我国的集 成电路产量只有1.1亿块，1995年才增加到3.1亿 块，但2007年就达到411.6亿块，比上一年增长 22.6％。在2003～2012年期间，我国集成电路 总产量及预测详见表1-1-1。近年来，以“龙芯 2F”等为代表的64位CPU芯片，以及万亿次高 性能计算机“KD-50-I”的研制成功，标志着我 国集成电路已进入全面发展的新时期。预料到 2012年将达到10%以上，真正成为世界上的IC生 产大国。
一、集成电路发展概况
表1-1-1 2003～2012年我国集成电路总产量及预测
年份
2003年
2005年
2007年
2010年
2012年
我国IC总产 量ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ亿块
148.31
266
411.6
800
1200
国产IC占全
球产量的份 1.5
4.5
6
额/%
8
＞10
二、集成电路发展的新趋势
（一）CMOS电路的迅速崛起 （二）单片IC和单片系统的广泛应用 （三）电子模块的开发 （四）ASIC的推广
电子技术经历了四个发展阶段：
①1906年电子管的问世和1947年晶体管的发明， 揭开了电子电路的设计阶段；
②1958年集成电路（IC）的诞生，跨入了新一 代电路的逻辑设计阶段；
③1975年以后超大规模集成电路（VLSI）的问 世，将电子技术引向IC的系统设计与相关的软 件设计阶段；
④面向21世纪的以微电子为基础、以计算机和 通信为媒体的新阶段。
一、集成电路发展概况
目前，集成电路正进入一个蓬勃发展的 新时代。
突出表现为：
① 新技术、新工艺、新产品 ② 对IC的认识深化，观念更新
一、集成电路发展概况
集成电路自1958年问世以来，其发展速度惊人。目 前，全世界每年生产6000多亿块、数万种集成电路。 在发展电子信息产业的过程中，无论是增加产量、 扩大应用，还是开发新产品、提高性价比，无不依 赖于IC产业的发展。从电子测量仪器、计算机系统到 通信设备，从国防尖端到工业及民用领域，都与IC密 切相关。据报道，在发达国家中一个家庭的家用电 器内所用微控制器数量已超过300个。目前，世界国 民生产总值部分的70%以上与IC有关。IC在电子设备 中的价值比已从20世纪80年代的7%，发展到现在的 30%以上，而在某些军事装备中已超过80%。IC被誉 为工业“粮食”和“朝阳”产品，现已成为发展电 子信息技术的核心以及衡量综合国力的重要标志。
却可迎刃而解。
一、课程概述
4 教材
一直使用我校电子系老师自编的教材。
《实用数字化测量技术》（1991）→ 《新编实用数字化测量技术》（1998）→ 《数字化测量技术应用》（2004）→ 《数字化测量技术》（2008）
数字化测量技术
第一章 数字化测量概述
第一节 集成电路发展的新趋势
一、集成电路发展概况
数字化测量技术
绪论
一、概述
1 研究领域
数字化测量技术所涉及领域非常广泛，主要 包括各种通用及专业数字IC、数字接口电路、 数据采集系统、数字式仪器仪表（含智能仪 器）和实时的测控系统。
一、课程概述
2 开设本课程的目的
突出实用性、软硬件结合，侧重于硬件。贯 穿从芯片→电路→整机的思想，重点放在电 路设计与应用上。帮助同学们进行数字电路 或整机电路的实用设计，解决今后在生产和 科研中遇到的一些数字化测量课题。缩短大 学生→工程师的距离，为今后独立设计、完 成课题研究、科研产品开发打基础。
（一）CMOS电路的迅速崛起
1、CMOS电路发展史
63年研制成功，68年商品化。 分为：
标准系列 CD4000、MC14500 CC4000A CC4000B
高速系列 74HC 54HC
注：在电子线路设计，在画图软件中（如protel）中， 有其原理图库与精装图库。
（一）CMOS电路的迅速崛起
每个门的功耗低至1μW，仅为TTL的1/1000。采用 CMOS电路，便于构成电池供电的小型化数字仪表， 便于设计备用电源和掉电保护电路，还能降低稳压 电源的容量。
（一）CMOS电路的迅速崛起
2、CMOS电路十大优点
（3）输入阻抗高
其输入阻抗大于108Ω（100MΩ），对输入信号 无衰减作用。
（4）驱动能力强
（一）CMOS电路的迅速崛起
2、CMOS电路十大优点
（6）输出电平的摆幅大
摆幅表示输出高电平（UOH）与低电平（UOL） 之差。CMOS电路的输出电平摆幅很大，可称为 “ 利顶 用天 率立 最地高。”相，比UO之H≈下UD，D，TTULO电L≈U路SS的，U因OH此＝电＋源 3.4V，UOL＝＋0.2V。
一、课程概述
3 课程特点
力求反映：先进性、系统性、实用性。 其前导课程包括：数电、模电、电子测量技术、
传感器等。 说明：本课程与微机的关系
① 广义上讲：它包括微机，而且微机也离不开它。 例如：显示器、驱动器、电源等。
② 狭义上讲：二者各有侧重，是软、硬结合。 ③ 在有些情况下，单靠微机难以解决的问题，它
（7）工作频率高
4000系列的工作频率为1MHz至几兆赫。74HC系 列可达40～50MHz，与LS-TTL电路相当。
通常一个输出端可驱动50个以上的输入端。有 的还能直接驱动LED显示器。
（一）CMOS电路的迅速崛起
2、CMOS电路十大优点
（5）抗干扰能力强
当电路的输出状态维持不变时允许加到输入端 的噪声电压最大值，称为电压噪声容限。噪声 容限愈高，器件的抗干扰能力愈强。在各种数 字IC中，CMOS电路的噪声容限最高，可达 40%UDD；选5V电源时，其噪声容限约2V，而 TTL电路仅为0.8V。
2、CMOS电路十大优点
（1）工作电源电压范围宽
通＋GN用3D～）型1是C8VM＋，O2S高～电速6路VC。的MO在电S此源电范电路围压的内范电选围源取（电任U压D何D范～一围U个（SS）电UC为压C～ 值，均能正常工作。若选＋5V电源，则能与TTL电 路直接匹配。
（2）微功耗 CMOS电路的静态功耗极低，耗 电省，属于微功耗器件。
一、集成电路发展概况
我国于1965年研制成功集成电路。近年来，国 家制定了重点发展集成电路的战略方针，我国 的IC产业也获得了飞速发展。1990年我国的集 成电路产量只有1.1亿块，1995年才增加到3.1亿 块，但2007年就达到411.6亿块，比上一年增长 22.6％。在2003～2012年期间，我国集成电路 总产量及预测详见表1-1-1。近年来，以“龙芯 2F”等为代表的64位CPU芯片，以及万亿次高 性能计算机“KD-50-I”的研制成功，标志着我 国集成电路已进入全面发展的新时期。预料到 2012年将达到10%以上，真正成为世界上的IC生 产大国。
一、集成电路发展概况
表1-1-1 2003～2012年我国集成电路总产量及预测
年份
2003年
2005年
2007年
2010年
2012年
我国IC总产 量ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ亿块
148.31
266
411.6
800
1200
国产IC占全
球产量的份 1.5
4.5
6
额/%
8
＞10
二、集成电路发展的新趋势
（一）CMOS电路的迅速崛起 （二）单片IC和单片系统的广泛应用 （三）电子模块的开发 （四）ASIC的推广
电子技术经历了四个发展阶段：
①1906年电子管的问世和1947年晶体管的发明， 揭开了电子电路的设计阶段；
②1958年集成电路（IC）的诞生，跨入了新一 代电路的逻辑设计阶段；
③1975年以后超大规模集成电路（VLSI）的问 世，将电子技术引向IC的系统设计与相关的软 件设计阶段；
④面向21世纪的以微电子为基础、以计算机和 通信为媒体的新阶段。
一、集成电路发展概况
目前，集成电路正进入一个蓬勃发展的 新时代。
突出表现为：
① 新技术、新工艺、新产品 ② 对IC的认识深化，观念更新
一、集成电路发展概况
集成电路自1958年问世以来，其发展速度惊人。目 前，全世界每年生产6000多亿块、数万种集成电路。 在发展电子信息产业的过程中，无论是增加产量、 扩大应用，还是开发新产品、提高性价比，无不依 赖于IC产业的发展。从电子测量仪器、计算机系统到 通信设备，从国防尖端到工业及民用领域，都与IC密 切相关。据报道，在发达国家中一个家庭的家用电 器内所用微控制器数量已超过300个。目前，世界国 民生产总值部分的70%以上与IC有关。IC在电子设备 中的价值比已从20世纪80年代的7%，发展到现在的 30%以上，而在某些军事装备中已超过80%。IC被誉 为工业“粮食”和“朝阳”产品，现已成为发展电 子信息技术的核心以及衡量综合国力的重要标志。
却可迎刃而解。
一、课程概述
4 教材
一直使用我校电子系老师自编的教材。
《实用数字化测量技术》（1991）→ 《新编实用数字化测量技术》（1998）→ 《数字化测量技术应用》（2004）→ 《数字化测量技术》（2008）
数字化测量技术
第一章 数字化测量概述
第一节 集成电路发展的新趋势
一、集成电路发展概况