基于单片机的忆阻器测评系统

实验题目：基于单片机的忆阻器测评系统

课程简要信息

课程名称：嵌入式系统原理与设计

课程学时：48学时

理论学时：24学时

项目学时：24学时（课内），12学时（课外）

适用专业：电子科学与技术、微电子科学与工程、电子信息工程、信息工程等

学生年级：大三-春季学期

实验内容、任务及要求

本实验面向电子信息领域的前沿方向，综合运用课程所讲授的嵌入式系统中断、定时器/计数器、串口等相关理论知识，设计一款基于STM32F4（单片机）核心板卡、AD5522 信号发生测量板卡、忆阻器阵列子卡的忆阻器测评系统，能够有效测定忆阻器的阻态等参数。通过本课程实验学习完成从前修课程《电路分析基础》、《模拟电子技术基础》、《数字电路与逻辑设计》等的理论知识到工程实践的能力进阶。

（1）基本任务要求（8课内学时+2课外学时）：

基本要求针对所有学生。

1）掌握嵌入式实验背景知识。单片机相关知识包括内部结构及引脚、中断、定时器/计数器、外设、串口等。忆阻器相关知识包括忆阻器结构、特性等。

2）掌握嵌入式硬件设计方法。设计基于STM32F4核心板卡、AD5522信号发生测量板卡、忆阻器阵列子卡的硬件测试系统，完成接口、电源等基本功能测试。

3）掌握嵌入式软件设计方法。基于单片机开发环境Keil μVision，编写波形发生、数据采集、串口通信、波形显示等代码，基于Proteus等开展仿真测试。

4）掌握嵌入式系统级设计方法。结合中断、定时器等，利用STM32F4控制AD5522 信号发生测量板卡实现忆阻器阵列子卡的单器件测量。

（2）能力提升要求（8课内学时+4课外学时）：

在完成基本任务要求的基础上，设置以下扩展要求，加深学生对相关知识的理解和掌握。

1）深入理解单片机时序和反馈控制原理，利用STM32F4控制AD5522信号发生测量板卡实现编程脉冲可控精确输出，实现器件阻值精确调控（误差≤5%）。

2）深入理解单片机多路IO同步控制原理，利用STM32F4控制AD5522信号发生测量板卡产生多路（≥2）波形信号，完成阵列级多器件阻值同时测量。

（3）工程实践应用（8课内学时+6课外学时）：

在上述工作基础上，以教学团队承担的某感存算一体芯片技术重点项目为牵引，进一步突出前沿探索、实践应用导向，培养学生的科研思维和解决实际问题能力。

俄乌冲突表明，无人机载图像目标识别在现代战争中发挥了越来越重要的作用。但作为核心计算单元的机载处理器存在着功耗高、智能低等问题，严重制约了战斗力发挥。忆阻器具有存算一体等特性，被认为是构建下一代嵌入式处理器的核心基础器件之一，开展基于忆阻器的应用探索具有重要意义。因此，本实验第三部分以此工程应用为背景，优化基于单片机的忆阻器测评系统，基于欧姆定律实现1Kb忆阻阵列模拟计算功能，以字母识别为例验证识别性能，为后续芯片研制提供可用阵列方案支撑。

相关知识及背景

嵌入式系统是现代电子领域一门飞速发展的技术，而忆阻器被认为是构建下一代嵌入式处理器的核心基础器件之一，在智能计算等领域具有广阔应用前景。本实验以前沿课题研究和实际工程项目为牵引，设计基于单片机的忆阻器测评系统，涉及忆阻器、单片机、ADC、DAC、时钟、电源等硬件单元电路以及嵌入式C语言等软件程序的设计、实现等相关知识、技术，Keil μVision、Proteus等开发软件的仿真、调试方法，任意波形发生器、示波器、万用表等测量仪器的操作方法。

实验环境条件

**（1）实验场地：**本实验依托电子科学与技术国家级实验教学示范中心、电子技术创新实践基地、以及电子科学学院创客空间开展。

图 1 课程所依托的实验场地

**（2）实验仪器：**所需的实验仪器包括稳压电源（SS2323）、高速示波器（SDS5104X）、任意波形发生器（SDG6052X）、数字万用表（SDM3055X-E）等。

图 2 课程所采用的实验仪器

**（3）硬件电路：**主要包括STM32F4（单片机）核心板卡、AD5522 信号发生测量板卡和忆阻阵列子卡。

1）STM32F4（单片机）核心板卡

STM32F4（单片机）核心板卡基于STM公司的STM32F407Z实现，具有丰富的存储和接口资源包括：

• 196KB SRAM

• 1Mb FLASH

• 3个I^2^C接口

• 3个高速UART(10.5Mbit/s)

• 2个CAN接口（2.0B）

• 3个高速SPI口（最高42Mbits/s）

• 2个USB 2.0接口

• 1个10/100网络MAC

• 2个12位DAC和3个12位ADC

• 17个内部计时单元

• 按键、LED若干

具有良好的扩展性能、核心板引出了110个扩展IO，并做了等长处理，可连接SPI口扩展模块、I^2^C口扩展模块、百兆网模块等外设资源。

图 3 STM主控板主要接口及元器件

2）AD5522信号发生测量板卡

AD5522信号发生测量板卡基于ADI公司的AD5522实现。AD5522是一款高性能、高集成度的参数测量单元，包括四个独立的通道。每个单引脚参数测量单元(PPMU)通道包括五个16位、电压输出DAC，可设置驱动电压输入、箝位输入和比较器输入（高和低）的可编程输入电平。提供五个±5μA至±80 mA的可编程驱动和测量电流范围。其中四个范围使用片内检测电阻；每通道使用片外检测电阻提供一个高达±80 mA的高电流范围。超过±80 mA的电流需要一个外部放大器。低电容DUT连接（FOH和EXTFOH）确保该器件适合无继电器测试系统。AD5522信号发生测量板卡的主要特性如下所示：

• 四通道参数测量单元(PMU)

• FV、FI、FN（高Z）、MV、MI功能

• 4个可编程电流范围（内部RSENSE）

• ±5uA、±20uA、±200uA和±2mA

• 1个高达±80mA的可编程电流范围（外部RSENSE）

• 22.5V FV范围，提供不对称操作

• 集成式16位DAC提供可编程电平

• 片内增益和失调校正

• 适合无继电器系统的低电容输出

• 每通道片内比较器

图 4 AD5522内部结构

图 5 AD5522核心板

AD5522核心板上的AD7685是一款16位、电荷再分配、逐次逼近型模数转换器(ADC)，采用2.3V至5.5V单电源(VDD)供电。该器件内置一个低功耗、高速、16位无失码采样ADC、一个内部转换时钟和一个多功能串行接口端口。还集成了一个低噪声、宽带宽、短孔径延迟的采样保持电路。在CNV上升沿，该器件对IN+与IN-之间的模拟输入电压差进行采样，范围从0V至REF。基准电压(REF)由外部提供，最高可设置为电源电压。AD7685测量值与输入电压的对应关系如下图所示。

图 6 AD7685测量值与输入电压的对应关系

3）忆阻器阵列子卡

忆阻器阵列子卡由1Kb忆阻器阵列芯片和行、列和栅极拨码开关构成。其中忆阻器阵列共有32根行线、32根列线和32根栅压控制线，同一列上的器件共用一根栅压控制线。行、列、栅级的拨码开关将1Kb忆阻器阵列中的器件选通，并连接到外部的STM32F4（单片机）核心板卡和AD5522 信号发生测量板卡。

图 7 忆阻器阵列子卡

**（4）软件工具：**忆阻器测评系统设计相关的软件如下：

图 8 仿真环境Proteus

图 9 STM32开发套件Keil μVision

图 10 串口数据绘图软件

教学目标与目的

**（1）技术目标：**科研需求牵引课程知识体系贯通，通过虚实结合、软硬协同等方式掌握嵌入式软硬件设计使用方法。

**（2）能力目标：**培养学员分析解决问题、创新思维能力，以及对领域新知识、新技术、新应用的理解、探索能力。

**（3）思政目标：**培养学生的爱国情怀、社会责任感、团队协作精神，引导学生树立正确的职业观。

教学设计与实施进程

6.1 设计思路

项目以前沿课题研究和实际工程项目为牵引，将忆阻器结构原理、嵌入式系统的硬件组成、中断、定时器/计数器、串口等理论知识点与单片机应用系统设计、嵌入式C程序设计等实践环节相融合，将完整的知识体系、开发流程、硬件设计、编程实现、实物验证等融为一体，具体设计思路包括：

（1）科研需求牵引

以某重点项目中的感存算一体芯片对忆阻器件的精确测量、调控及应用探索需求为牵引，明确忆阻器测量系统的任务划分，结合任务明确理论知识点，基于知识点设计实验，依托实验回归任务，构建“需求-任务-实践-实现”4个层次的闭环项目体系和“基本任务、能力提升、工程应用”3个层次的任务要求，实现科研与教学的互补融合。

（2）知识融会贯通

通过本项目的案例设计，将本课程的前序知识点（如硬件组成、编程语言等）、前序主干课程（电路分析基础、模拟电子技术基础、数字电路与逻辑设计等）中的相关知识点（ADC、DAC等的使用方法）、与本项目的知识点（中断、定时器/计数器相关寄存器以及按键、串口等的使用方法）形成无缝衔接，让学生深入理解相关知识点的内在联系，实现知识的融会贯通。

（3）虚实结合创新

采用理论知识与工程实践结合，虚拟仿真与物理实现互补，硬件设计与软件实现协同等方式，打破单一的“工具使用”模式，创新设计项目相对应的课程模块和教学手段，让学生拥有更加丰富的实践体验。

（4）问题导向培养

在理论知识、动手实践等不同环节，重点注重方法引导、问题设置等，着力培养学生发现问题、解决问题的能力。针对忆阻器特性的学习，引导出其表征测试方法，结合已学过的嵌入式系统基础知识，完成测试系统的设计实现。

6.2 教学实施步骤

本课程实验为综合性、设计性实验，依托“需求-任务-实践-实现”4个层次的闭环项目体系，将实验划分为“基本任务、能力提升、工程应用”3个层次的任务要求，并逐级分解成子任务，便于学生逐步推进。学生按照3人一组，1名同学作为组长，负责系统总体设计、实验过程组织、实验报告撰写等；1名同学负责系统软件，完成波形发生、数据采集、串口通信、波形显示等代码编写、调试、测试；1名同学负责系统硬件，完成系统（STM32F4核心板卡、AD5522 信号发生测量板卡、忆阻阵列子卡）搭建、调试、测试。整个实验分为24个课内学时和12个课外学时。具体安排如下：

表 1 教学实施步骤

6.3 课程思政设计

图 11 课程思政素材一

（1）以美国为首的西方国家炮制的《瓦森纳协定》，被称为包围中国发展的“第四岛链”，给中国高端芯片发展带上了“紧箍咒”。长达16年之久对华为的打压及“孟晚舟事件”，反应了这些国家扼制中国发展的不余遗力、不择手段。引导学生关注国家发展，增强爱国情怀。

图 12 课程思政素材二

（2）结合华为海思Kirin处理器、HarmonyOS操作系统以及北斗卫星导航系统，阐述我国在嵌入式系统领域取得的成就，激发学生为社会进步做贡献的热情，引导培养学生的团队协作意识、合作精神和严谨、负责的工作态度，树立正确的职业观

图 13 课程思政素材三

（3）通过阐述传统冯诺依曼架构的瓶颈，以及忆阻器可能带来的电子信息技术领域“换到超车”的历史机遇，引导学生关注嵌入式系统领域的新技术、新应用，激发学生的创新思维，从事前沿基础课题研究、投身电子技术领域发展的热情。

图 14 课程思政素材四

（4）以蔡少棠教授从理论上推导忆阻器的过程为例展示科学家们对于未知领域的好奇心和勇于探索的精神，培养学生对于科学研究的热情和创新意识。结合惠普实验室忆阻器的发现，强调了合作与团队精神对于科研工作的重要性，启发学生学会团队合作、协作共赢。忆阻器的研究涉及国际、国内合作和跨学科研究，培养学生拥有国际视野和开放心态，面对全球化时代的挑战。

实验原理及方案

7.1 背景知识

（1）STM32F4定时器和中断控制器

STM32F4系列微控制器的定时器/计数器是其重要的功能模块之一，其内部结构如下图所示，定时器可用于许多应用，如PWM输出、定时中断、周期计数等。在本实验中，采用定时器控制输出信号波形参数。

图 15 STM32F4 TIMER内部结构图

STM32F4的定时器基于一个时钟源（一般是内部的系统时钟或外部时钟），可以计数、产生中断、控制输出等。定时器一般包括计数器、预分频器、比较器和控制寄存器。计数器用于计数，预分频器用于将时钟源的频率分频以得到适合应用的计数频率，比较器用于比较计数器的值和设定值，控制寄存器用于配置定时器的工作模式和参数。

其应用步骤如下：

①初始化：首先需要对定时器进行初始化设置，包括选择时钟源、配置预分频器、设置计数器的计数范围等。

②配置模式：根据应用需求，选择定时器的工作模式，如单脉冲模式、周期模式、输入捕获模式、PWM输出模式等。

③配置中断：配置中断使能和中断优先级。

④启动定时器：配置完成后，启动定时器开始计数。

⑥处理中断：需要编写中断处理函数，在中断发生时执行相应的操作。

⑦停止定时器：在需要停止定时器时，可以停止计数器并清除相关的标志位。

STM32F4系列微控制器的中断是实现系统响应事件、提高系统效率的重要功能之一，下图为其中断结构。

图 16 STM32F4内部中断结构

中断是指在微控制器执行程序的过程中，突然插入一个需要立即处理的事件。STM32F4中断系统通过中断向量表和中断优先级实现。中断向量表存储了不同中断源的中断服务程序的入口地址。当中断发生时，微控制器根据中断源的优先级和状态，自动跳转到相应的中断服务程序执行相关操作。STM32F4中断包括外部中断、定时器中断、串口中断等，通过配置中断控制器和相关寄存器可以实现中断的使能、优先级设置和中断标志的清除。

其应用步骤如下：

①初始化中断控制器：在使用中断前，需要对中断控制器进行初始化设置，包括设置中断优先级分组、配置中断向量表基地址等。

②配置中断源：根据实际应用需求，选择需要使用的中断源（如外部中断、定时器中断等）并进行相应的配置，如使能中断、设置触发条件等。

③编写中断服务程序：为每个中断源编写相应的中断服务程序，即中断发生时需要执行的操作。在程序中，通过中断服务程序处理相关的事件或数据。

④使能中断：在初始化完成并配置好中断源后，需要使能相应的中断源，使系统能够响应中断事件。

⑤处理中断：当中断事件发生时，微控制器会自动跳转到相应的中断服务程序执行相应的操作，处理完后返回到原程序继续执行。

⑥清除中断标志：在中断服务程序中需要及时清除中断标志，以便下一次中断发生时能够正确处理。

（2）忆阻器相关知识

1）忆阻器的定义

传统电路理论中的三种无源基本元件可以由电流、电压、电荷和磁通量四种基本变量之间的代数关系推演出来。1971年，加州大学伯克利分校的蔡少棠教授从电路理论完备性角度出发，以Memristor-The missing circuit element 为题发文预测了除电阻、电容和电感之外，还存在第四种遗失的无源基本电路元件，表征电荷和磁通量之间的关系，并将其命名忆阻器（memristor)，用M表示。他证明，忆阻器是一种非线性电阻，器件的电阻值能够随输入电流或电压的历史而发生变化，也就是说，能够通过电阻值的变化记忆流经的电荷或磁通。这也是忆阻器英文名称的由来，由memory和resistor两个单词组合而成。四种无源基本电路元件及其关系如下图所示。

图 17 四种无源基本电路元件及其关系

可定义$\varphi$与q之间的关系为

d$\varphi = M(q(t))dq$

式中，M表示忆阻值。忆阻M是与电阻具有共同量纲的物理量，数值上等于某一时刻施加在忆阻器两端的电压与流经电流之比。在任一时刻忆阻M的值依赖于过去流经该器件的电荷总量q，即由流经忆阻器的电流对过去时间的积分决定。因此，忆阻器是一种具有电荷记忆功能的非线性电阻。

2）忆阻器的器件结构

忆阻器是金属/绝缘层/金属(metal/insulator/metal，MIM)单元结构。这里的“M”可以是任何良好的电子导体，“I”是绝缘体，一般是良好的离子导体，如氧化物、硫化物，以及有机化合物等。这一简单的器件结构容易扩展成为三端或四端器件，也便于通过十字交叉阵列(crossbar)结构实现大规模集成，下图所示为4×4的阵列结构。Crossbar结构可以通过较为简单的制备工艺获得，互相垂直的上下电极的宽度由制备工艺的特征尺寸决定。上下电极中间为具有忆阻特性的功能材料。上下电极可以作为字线和位线，从而便于选定器件施加电信号对其进行操作。

图 18 4×4忆阻器阵列

3）忆阻器的电阻转变特性

忆阻器的电阻转变特性指的是器件在特定外加电信号作用下，电阻值会在（至少)两个稳定的阻态间发生切换，当外加电信号撤去后，阻态能够保持。这一电阻转变及状态保持特性，使忆阻器作为一种新型的非易失性存储器而备受关注。这一类应用在信息存储领域的忆阻器又被称为阻变存储器(resistive random access memory，RRAM)。根据使忆阻器发生电阻转变所需的电压极性，可以将忆阻器分为单极性(unipolar)和双极性(bipolar)两类。单极性忆阻器在高阻态和低阻态之间转变并不依靠外加电信号的极性，而只与电信号的幅值大小有关。器件制备后的初始阻态一般为高阻态(high resistance state，OFF state)，对器件施加电压扫描，当电压增大到一定置位(Set)阈值Vs时，器件突然转变为一个低阻态(low resistance state，ON state)。此后，重新从0开始扫描，在某个复位(Reset)阈值电压VReset时，器件转变回高阻态，VReset一般小于Vset。在双极性器件中，Set和Reset则发生在不同极性的电压扫描过程中，如图所示。在电压扫描过程中，一般都需要设置限流(compliance current，CC)，以免Set发生时突然增大的电流击穿薄膜导致器件失效。

图 19 忆阻器电压电流曲线

7.2 测试原理

1. 硬件工作原理

测评系统所用到的器材连接关系如下图所示。需要3个PMU同时工作以测量忆阻器件的性能指标，其中AD5522的FOH1和FOH2为脉冲施加端口，分别被连接到忆阻器的顶电极和底电极，FOH3端口被连接到MOS管的栅极，用于控制栅极开关。当电流的方向为从FOH1流出经过忆阻器流经FOH2时，AD7685将PMU1测量电流（源端测量）输出到MEASOUT1上的电压测量出来，即可换算出流经忆阻器的电流。当电流的方向为从FOH2流出经过忆阻器流经FOH1时，AD7685将PMU2测量电流（源端测量）输出到MEASOUT2上的电压测量出来，即可换算出流经忆阻器的电流。

图 20 测评系统的实验器材连接关系

在半导体参数测试领域，常用测试方法有：加压测流（FVMI），加流测压（FIMV）。根据忆阻器特性（施加电压导致其阻值发生改变），在测量中常用的方法为FVMI。AD5522包含四个PMU，每个PMU均可配置为输出恒定电压模式、输出恒定电流模式、测量电压模式、测量电流模式。下图为AD5522的一个PMU配置成FVMI的模式。图中FORCE AMPLIFER将DAC的输出FIN转化为设定好的电压值（FV），而后设定好的电压值经过测量电阻Rsense和AD5522的输出端口FOHx，将设定好的电压值传输给待测器件（DUT）。Rsense将测量回路的电流通过测量电流放大器转换为电压经过MEASOUTx输出。要测量流经待测器件的电流，则需要将MEASOUTx输出电压测出即可。测量MEASOUTx的电压采用AD5522核心板上附带的AD7685。

图 21 PMU配置为FVMI模式

（2）软件实现原理

图 22 软件流程图

基于单片机的忆阻器测评系统实验的软件流程如上图所示。单片机完成IO、函数、变量等软件和定时器、中断、串口初始化后立刻执行一次读操作，通过SPI通信发送读脉冲产生命令给AD5522，之后发送读取指，等待读取电流数据，利用欧姆定律解算出忆阻器电阻，通过UART串口发送给上位机显示；当上位机发送忆阻器读取指令的时候重复执行上述操作；当上位机发送忆阻器调控指令时，单片机按照指令中的参数产生激励波形数据，通过SPI发送给AD5522，之后执行一次读指令，解算出忆阻器阻值，比较其与目标阻值的差距。如果现有阻值与目标阻值误差满足要求，将忆阻器阻值通过UART串口传送给上位机显示，程序停止执行。如果现有阻值与目标阻值误差满不满足要求，继续执行调控循环。

7.3 测试方法

（1）单器件测量方法

① Forming操作电压测试

Forming：将器件由初始阻态转变到低阻态的过程。具体操作为：将忆阻器件的衬底接DUTGND，栅极FOH3设定固定电压（1.5V），源极FOH2接0V，漏极FOH1施加扫描电压（0~4V，0.1V步进）。在此过程中通过AD7685监测MEASOUT1的输出并计算出流经忆阻器件的电流，电流≥100uA的电压则为Forming电压。

② RESET电压测试

RESET：将器件由初低阻态转变到高阻态的过程。具体操作为：将忆阻器件的衬底接DUTGND，栅极FOH3设定固定电压（4V），漏极FOH1接0V，源极FOH2施加扫描电压（0~4V，0.1V步进）。在此过程中通过AD7685监测MEASOUT2的输出并计算出流经忆阻器件的电流，电流≤10uA的电压则为RESET电压。

③ SET电压测试

SET：将器件由高阻态转变到低阻态的过程。具体操作为：将忆阻器件的衬底接DUTGND，栅极FOH3设定固定电压（1.5V），源极FOH2接0V，漏极FOH1施加扫描电压（0~4V，0.1V步进）。在此过程中通过AD7685监测MEASOUT1的输出并计算出流经忆阻器件的电流，电流≥100uA的电压则为SET电压。

④直流特性测试

对忆阻器件进行直流SET和直流RESET操作，绘制出V-I特性图，并记录SET成功和RESET成功后器件的最终阻值。对于FORMING以后的器件，先进行直流RESET操作并记录RESET成功后的阻值，然后进行直流SET操作并记录SET成功后的阻值。

忆阻器的Forming电压、SET电压、RESET电压、直流特性测试如下图所示。

图 23 忆阻器Forming电压、SET电压、RESET电压、直流特性

**（2）**阻值精确调控方法

在10K-100K的权值范围内，任选8个权值按照下图所示的方法对器件进行调控，并记录目标阻值和当前阻值，比较两者之间的差距。首先通过上位机串口将目标阻态及其上下浮动区间发送给单片机并同时启动精确调控，单片机通过SPI总线将AD5522配置为读操作，然后通过AD7685读出流经器件的电流，在单片机内将当前阻态（当前电流值）和目标阻态（目标电流值）比较，若当前阻态小于设定的目标阻态范围，则单片机通过SPI控制AD5522输出1V 5us的RESET脉冲。若当前阻态大于设定的目标阻态范围，则单片机通过SPI控制AD5522输出1V 5us的SET脉冲。单片机通过SPI总线将AD5522配置为读操作，然后通过AD7685读出流经器件的电流，在单片机内将当前阻态（当前电流值）和目标阻态（目标电流值）比较，若当前阻态小于设定的目标阻态范围，则单片机通过SPI控制AD5522输出1.05V 5us的RESET脉冲。若当前阻态大于设定的目标阻态范围，则单片机通过SPI控制AD5522输出1.05V 5us的SET脉冲。如此循环，直到当前阻态落在目标阻态浮动区间内，或者当前施加的脉冲个数超过50个则停止此循环过程。阻值精确调控方法如下图所示。

图 24 阻值精确调控

图 25 阵列多器件测量

（3）阵列****级多器件测量方法

实验中所用的阵列结构如上图所示。阵列由32根行线，32根列线和32根栅压控制线组成，其中栅压控制线与列线平行，即打开一根栅压控制就可以接入一整列上的32个器件。为了能进行阵列多器件测量，在整个阵列的32根行线、32根列线和32根栅压控制线上均接入32个开关组成一个32选一的开关，通过拨码的方式可以接入1Kb阵列上的任意一个器件。利用STM32F4控制AD5522 信号发生测量板卡产生≥2路的波形信号，即可完成阵列级多器件阻值同时测量。

（4）阵列模拟计算方法

下图为高低阻值分布为z、n、v三个字母的模板。把3×3图像的z、n、v映射成为电压输入RL1~RL9，然后在CL1~CL3上测量汇聚电流。若CL1上汇聚电流比CL2、CL3大，则认为输入的图像与z的模板最匹配，输入的3×3的图像被判定为z。若CL2上汇聚电流比CL1、CL3大，则认为输入的图像与n的模板最匹配，输入的3×3的图像被判定为n。若CL3上汇聚电流比CL1、CL2大，则认为输入的图像与v的模板最匹配，输入的3×3的图像被判定为v。

图 26 阵列模拟计算

实验报告要求

实验报告需要反映以下工作：

（1）设计任务

描述项目需要完成的任务、目标等。

（2）设计指标

描述项目的设计指标。

（3）整体方案设计

描述项目整体的实施方案，包括设计思想、结构框图、工作原理等。

（4）电路设计（分模块介绍）

描述项目的电路设计，包含电路原理图，元件型号及参数等，以及设计简述、驱动原理简述等。

（5）软件设计

包括软件系统结构框图、程序流程图、特殊算法介绍等。

（6）操作方法及测试结果（可配合图片说明）

包括已完成的功能及指标说明、操作说明，具体测试结果（列表）描述或效果图片，详细的分工情况及整体分工比例。

（7）收获与课程建议

阐述设计中遇到的问题、原因分析及解决思路，以及课程收获、课程建议（包括开课内容、任务体量、实验授课方式）等。

考核要求与方法

对学生的考核主要从实验过程和实验结果这两方面来进行考核。

项目特色或创新

以前沿课题研究和实际工程项目为牵引，构建4个层次的闭环项目体系和3个层次的任务要求，实现科研教学互补融合。理论实践结合，融会贯通课程前序知识点、前序课程知识点、项目知识点。虚实互补、软硬协同等方式创新教学手段。问题导向培养提升学员解决实际问题能力，激发创新和进取意识。分工协作培养团队合作意识。

附件

1. 教学大纲、简介及实验计划书

2. 实施课表

3. 教学现场

4. 实验电路

（1）核心电路及系统实物：

AD5522核心电路

测评系统实物

（2）Keil编程：

Keil代码

（3）测试结果：

单器件测量

阻值精确调控

阵列级多器件测量阻值分布

基于阵列模拟计算的简单字母识别

5. 实验报告