第章電子應用系統(tǒng)設計導論

1、 n專業(yè)必修課， 48學時，3學分n1-16周， 周一1，2節(jié)，基D-208n9-16周， 周三3，4節(jié)，基A-312n30% 平時成績 （考勤，作業(yè)，測驗等）n70%期末考試電子系統(tǒng)設計 任課教師：黃尚永 基C-210 電子系統(tǒng)設計nElectronic System Design電子：1、基本粒子； 2、在現(xiàn)代漢語中用作高精度、半導體、 乃至使用電的機械或工具儀器的前綴。 如：電子計算機，電子顯微鏡，電子望遠鏡。 或者是與互聯(lián)網(wǎng)有關的 如：電子郵件，電子商務等 n 1系統(tǒng)是由若干要素（部分）組成的。 2系統(tǒng)有一定的結構。 n 3系統(tǒng)有一定的功能，目的性。 n 系統(tǒng)由部件組成，部件處于運動之

2、中；部件間存在著聯(lián)系；系統(tǒng)各主量和的貢獻大于各主量貢獻的和，即常說的1+12；系統(tǒng)的狀態(tài)是可以轉換、可以控制的。 系統(tǒng)： 將零散的東西進行有序的整理、編排形成的具有整體性的整體。 系統(tǒng)是由相互作用相互依賴的若干組成部分結合 而成的，具有特定功能的有機整體，而且這個有機整體又是它從屬的更大系統(tǒng)的組成部分。（錢學森） n 通常將由電子元器件或部件組成的能夠產(chǎn)生、傳 輸、采集或處理電信號及信息的客觀實體稱之為電子系統(tǒng)。n 其過程鏈條一般為：n 傳感檢測信息輸入信號調理放大變換信號處理決策放大變換控制驅動執(zhí)行輸出對象反饋信號處理決策；n 人為控制信號處理決策放大變換控制驅動執(zhí)行輸出對象反饋信號處理電子

3、系統(tǒng) n 設計是把一種計劃、規(guī)劃、設想通過某種形式傳達出來的活動過程。人類通過勞動改造世界，創(chuàng)造文明，創(chuàng)造物質財富和精神財富，而最基礎、最主要的創(chuàng)造活動是造物。設計便是造物活動進行預先的計劃，可以把任何造物活動的計劃技術和計劃過程理解為設計。 第一步：理解用戶的期望、需要、動機，并理解業(yè)務、技術和行業(yè)上的需求和限制。 第二步：將這些所知道的東西轉化為對產(chǎn)品的規(guī)劃（或者產(chǎn)品本身），使得產(chǎn)品的形式、內容和行為變得有用、能用，令人向往，并且在經(jīng)濟和技術上可行。n第1章 電子系統(tǒng)設計導論n第2章 常用電子元器件的應用n第3章 模擬電路設計n第4章 數(shù)字電路系統(tǒng)設計n第5章 數(shù)模與模數(shù)轉換n第6章 單片

4、機應用系統(tǒng)設計n第7章 ASIC設計n第8章 EDA工具應用n第9章 設計實例7第第1 1章章 電子系統(tǒng)設計導論電子系統(tǒng)設計導論8第第1 1章章 電子系統(tǒng)設計導論電子系統(tǒng)設計導論n1.1 1.1 電子系統(tǒng)的構成電子系統(tǒng)的構成 n1.2 1.2 電子系統(tǒng)設計方法和原則電子系統(tǒng)設計方法和原則 n1.3 1.3 電子系統(tǒng)設計步驟電子系統(tǒng)設計步驟 91.1 1.1 電子系統(tǒng)的構成電子系統(tǒng)的構成n 電子系統(tǒng)主要是指由多個電子元器件電子系統(tǒng)主要是指由多個電子元器件或功能模塊組成，能實現(xiàn)較復雜的應用功或功能模塊組成，能實現(xiàn)較復雜的應用功能的客觀實體。能的客觀實體。n 如自動控制系統(tǒng)、電子測量系統(tǒng)、計如自動控

5、制系統(tǒng)、電子測量系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。算機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。n 一般來說，一個復雜的電子系統(tǒng)可以一般來說，一個復雜的電子系統(tǒng)可以分解成若干個子系統(tǒng)，其中每個子系統(tǒng)又分解成若干個子系統(tǒng)，其中每個子系統(tǒng)又由若干個功能模塊組成，而功能模塊由若由若干個功能模塊組成，而功能模塊由若干電子元器件組成。如圖干電子元器件組成。如圖1.1.11.1.1所示。所示。 10圖圖1.1.1 1.1.1 電子系統(tǒng)構成示意圖電子系統(tǒng)構成示意圖 系統(tǒng)子系統(tǒng)1子系統(tǒng)2子系統(tǒng)n功能模塊n功能模塊2功能模塊1單元電路1單元電路2單元電路n單元電路1單元電路2單元電路n功能模塊n功能模塊2功能模塊1功能模塊n功能模塊2功能

6、模塊1單元電路1單元電路2單元電路n11MCU/ARM/DSP系統(tǒng)電源及監(jiān)控DAC存儲器信號處理驅動傳感器通信接口人機接口譯碼控制ADC圖圖1.1.2 1.1.2 以以MCU/ARM/DSPMCU/ARM/DSP為核心的電子測量系統(tǒng)為核心的電子測量系統(tǒng)組成示意圖組成示意圖 12n圖圖1.1.21.1.2為以為以MCU/ARM/DSPMCU/ARM/DSP為核心的電子測為核心的電子測量系統(tǒng)的組成示意圖。量系統(tǒng)的組成示意圖。從該示意圖可知，該電子系統(tǒng)主要由以下分系從該示意圖可知，該電子系統(tǒng)主要由以下分系統(tǒng)組成：統(tǒng)組成：n模擬子系統(tǒng)；數(shù)字子系統(tǒng)；數(shù)模混合子系統(tǒng)；模擬子系統(tǒng)；數(shù)字子系統(tǒng)；數(shù)?；旌献酉到y(tǒng)

7、；MCU/ARM/DSPMCU/ARM/DSP子系統(tǒng)。子系統(tǒng)。其中這些子系統(tǒng)又由各個功能模塊構成。其中這些子系統(tǒng)又由各個功能模塊構成。n如數(shù)?；旌献酉到y(tǒng)由信號調理與驅動模塊、輸入輸如數(shù)?；旌献酉到y(tǒng)由信號調理與驅動模塊、輸入輸出接口模塊、通訊接口模塊、系統(tǒng)譯碼與控制模塊、出接口模塊、通訊接口模塊、系統(tǒng)譯碼與控制模塊、電源模塊等組成。電源模塊等組成。 13 MCU(Micro Control Unit)中文名稱為微控制單元，又稱單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)或者單片機，是指隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展，將計算機的CPU、RAM、ROM、定時計數(shù)器和多種I/

8、O接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應用場合做不同組合控制。 中央處理器（CPU，Central Processing Unit）是一塊超大規(guī)模的集成電路，是一臺計算機的運算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)。 中央處理器主要包括運算器（算術邏輯運算單元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速緩沖存儲器（Cache）及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)（Data）、控制及狀態(tài)的總線（Bus）。它與內部存儲器（Memory）和輸入/輸出（I/O）設備合稱為電子計算機三大核心部件。 14 RAM

9、隨機存取存儲器（random access memory，）又稱作“隨機存儲器”，是與CPU直接交換數(shù)據(jù)的內部存儲器，也叫主存(內存)。它可以隨時讀寫，而且速度很快，通常作為操作系統(tǒng)或其他正在運行中的程序的臨時數(shù)據(jù)存儲媒介。 ROM是只讀存儲器（Read-Only Memory）的簡稱，是一種只能讀出事先所存數(shù)據(jù)的固態(tài)半導體存儲器。其特性是一旦儲存資料就無法再將之改變或刪除。通常用在不需經(jīng)常變更資料的電子或電腦系統(tǒng)中，并且資料不會因為電源關閉而消失。 15 ARM (Advanced RISC Machines)處理器是Acorn計算機有限公司面向低預算市場設計的第一款RISC微處理器. RI

10、SC（ReducedInstructionSetComputer，精簡指令集計算機）RISC結構優(yōu)先選取使用頻最高的簡單指令，避免復雜指令；將指令長度固定，指令格式和尋址方式種類減少；以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等 DSP是digital signal processor的簡稱，即數(shù)字信號處理器，它是集成專用計算機的一種芯片，只有一枚硬幣那么大。有時人們也將DSP看作是一門應用技術，稱為DSP技術與應用。161.2 1.2 電子應用系統(tǒng)設計方法和原則電子應用系統(tǒng)設計方法和原則n1.2.1 1.2.1 電子應用系統(tǒng)設計的一般方法電子應用系統(tǒng)設計的一般方法 基于系統(tǒng)的功能與結構上的層次性，電

11、基于系統(tǒng)的功能與結構上的層次性，電子系統(tǒng)設計一般有以下三種方法：子系統(tǒng)設計一般有以下三種方法：n自頂向下法（自頂向下法（Top to DownTop to Down）；）；n自底向上法（自底向上法（Bottom to UpBottom to Up）；）；n組合法（組合法（TD&BU CombinedTD&BU Combined）。）。 17電子應用系統(tǒng)設計方法電子應用系統(tǒng)設計方法n自頂向下法（自頂向下法（Top to DownTop to Down）首先從系統(tǒng)級設計開始，根據(jù)系統(tǒng)級所首先從系統(tǒng)級設計開始，根據(jù)系統(tǒng)級所描述的該系統(tǒng)應具備的各項功能，將系描述的該系統(tǒng)應具備的各項功能

12、，將系統(tǒng)劃分為單一功能的子系統(tǒng)，再根據(jù)子統(tǒng)劃分為單一功能的子系統(tǒng)，再根據(jù)子系統(tǒng)任務劃分各部件，完成部件設計后，系統(tǒng)任務劃分各部件，完成部件設計后，最后才是元件級設計。最后才是元件級設計。優(yōu)點：避開具體細節(jié)，有利于抓住主要優(yōu)點：避開具體細節(jié)，有利于抓住主要矛盾。矛盾。適用于大型的、復雜的系統(tǒng)設計。適用于大型的、復雜的系統(tǒng)設計。18電子應用系統(tǒng)設計方法電子應用系統(tǒng)設計方法n自底向上法自底向上法(Bottom to Up)(Bottom to Up)根據(jù)要實現(xiàn)的系統(tǒng)的各個功能要求，從根據(jù)要實現(xiàn)的系統(tǒng)的各個功能要求，從現(xiàn)有的元器件或模塊中選出合適的文件，現(xiàn)有的元器件或模塊中選出合適的文件，設計各部件，

13、一級一級向上設計，最后設計各部件，一級一級向上設計，最后完成整個系統(tǒng)。完成整個系統(tǒng)。優(yōu)點：可以繼承經(jīng)過驗證、成熟的部件優(yōu)點：可以繼承經(jīng)過驗證、成熟的部件和子系統(tǒng)，實現(xiàn)設計重用，提高設計效和子系統(tǒng)，實現(xiàn)設計重用，提高設計效率。多用于系統(tǒng)的組裝和測試。率。多用于系統(tǒng)的組裝和測試。19電子應用系統(tǒng)設計方法電子應用系統(tǒng)設計方法n組合法（組合法（TD&BU CombinedTD&BU Combined）組合了）組合了自頂向下法和自底向上法的優(yōu)點。自頂向下法和自底向上法的優(yōu)點。為實現(xiàn)設計的可重復使用以及對系為實現(xiàn)設計的可重復使用以及對系統(tǒng)進行模塊化設計測試，現(xiàn)代的系統(tǒng)進行模塊化設計測試，現(xiàn)

14、代的系統(tǒng)設計通常采用以自頂向下法為主，統(tǒng)設計通常采用以自頂向下法為主，結合使用自底向上法的方法。結合使用自底向上法的方法。 201 1、總體方案的設計與選擇、總體方案的設計與選擇明確系統(tǒng)設計任務和要求明確系統(tǒng)設計任務和要求, ,制訂方案與構筑總體框圖制訂方案與構筑總體框圖 對設計任務分析，了解性能、指標、內容及要求。對設計任務分析，了解性能、指標、內容及要求。這點這點十分重要，充分理解題目的要求、每項指標的含義，這是完成十分重要，充分理解題目的要求、每項指標的含義，這是完成綜合設計和實驗的前提。綜合設計和實驗的前提。 對于同一個題目，實現(xiàn)的方案可能是多個，實現(xiàn)的途對于同一個題目，實現(xiàn)的方案可能

15、是多個，實現(xiàn)的途徑和技術路線也可能是多方面的?？梢詫⒉煌姆桨概c途徑加徑和技術路線也可能是多方面的?？梢詫⒉煌姆桨概c途徑加以對比。從中選擇一種方案來實現(xiàn)。以對比。從中選擇一種方案來實現(xiàn)。 選擇的原則一般是選擇的原則一般是“相對容易，相對巧妙，性價比相對容易，相對巧妙，性價比高高”。電子電路的基本設計方法電子電路的基本設計方法自頂向下自頂向下212 2、單元電路設計、單元電路設計 設計單元電路的一般方法和步驟如下：設計單元電路的一般方法和步驟如下： (1) (1) 根據(jù)設計要求和已選定的總體方案原理框圖，根據(jù)設計要求和已選定的總體方案原理框圖，確定對各單元電路的設計要求，擬定主要單元電路的確定

16、對各單元電路的設計要求，擬定主要單元電路的性能指標、與前后級之間的關系、分析電路的構成形性能指標、與前后級之間的關系、分析電路的構成形式。應注意各單元電路之間的相互配合，注意各部分式。應注意各單元電路之間的相互配合，注意各部分輸入信號、輸出信號和控制信號的關系。輸入信號、輸出信號和控制信號的關系。 (2) (2) 擬定好各單元電路的要求后，按信號流程順序擬定好各單元電路的要求后，按信號流程順序分別設計各單元電路。分別設計各單元電路。 22（3 3）選擇單元電路的組成形式。一般情況下，應查閱）選擇單元電路的組成形式。一般情況下，應查閱有關資料，以豐富知識，開闊眼界，有關資料，以豐富知識，開闊眼界

17、，（4 4）從已掌握的知識和了解的各種電路中選擇一個合）從已掌握的知識和了解的各種電路中選擇一個合適的電路。如確實找不到性能指標完全滿足要求的適的電路。如確實找不到性能指標完全滿足要求的電路時，也可選用與設計要求比較接近的電路，然電路時，也可選用與設計要求比較接近的電路，然后調整電路參數(shù)。后調整電路參數(shù)。（5 5）在單元電路的設計中特別要注意保證各功能塊協(xié)）在單元電路的設計中特別要注意保證各功能塊協(xié)調一致地工作。調一致地工作。23 此外還要注意前后級單元之間信號的傳遞此外還要注意前后級單元之間信號的傳遞方式和匹配，盡量少用或不用電平轉換之類方式和匹配，盡量少用或不用電平轉換之類的接口電路，并考

18、慮到各單元電路的供電電的接口電路，并考慮到各單元電路的供電電源盡可能統(tǒng)一，以便使整個電子系統(tǒng)簡單可源盡可能統(tǒng)一，以便使整個電子系統(tǒng)簡單可靠。另外，盡量選擇現(xiàn)有的、成熟的電路來靠。另外，盡量選擇現(xiàn)有的、成熟的電路來實現(xiàn)單元電路的功能。有時找不到完全滿足實現(xiàn)單元電路的功能。有時找不到完全滿足要求的現(xiàn)成電路，可在與設計要求比較接近要求的現(xiàn)成電路，可在與設計要求比較接近的某電路基礎上適當改進，或自己進行創(chuàng)造的某電路基礎上適當改進，或自己進行創(chuàng)造性設計。為了使電子系統(tǒng)的體積小，可靠性性設計。為了使電子系統(tǒng)的體積小，可靠性高，電路單元盡可能用集成電路組成。高，電路單元盡可能用集成電路組成。24 選擇元器件

19、可從選擇元器件可從“需要什么需要什么”和和“有什么有什么”兩個兩個方面來考慮。方面來考慮。 所謂所謂“需要什么需要什么”是指根據(jù)具體問題的要求所是指根據(jù)具體問題的要求所選擇的方案需要什么樣的元器件，即每個元器件各選擇的方案需要什么樣的元器件，即每個元器件各應具有哪些功能和什么樣的性能指標。應具有哪些功能和什么樣的性能指標。 所謂所謂“有什么有什么”是指有哪些元器件，哪些在市是指有哪些元器件，哪些在市場上能買得到，它們的性能如何、價格如何、體積場上能買得到，它們的性能如何、價格如何、體積多大等。眾所周知，電子元器件的種類繁多，而且多大等。眾所周知，電子元器件的種類繁多，而且不斷出現(xiàn)新產(chǎn)品，這就需

20、要用戶不斷出現(xiàn)新產(chǎn)品，這就需要用戶經(jīng)常關心元器件的經(jīng)常關心元器件的新信息和新動向，多查資料。大量了解各種元器件新信息和新動向，多查資料。大量了解各種元器件特性、規(guī)格、參數(shù)、價格。特性、規(guī)格、參數(shù)、價格。一般優(yōu)先選用集成電路。一般優(yōu)先選用集成電路。 3、器件的選擇、器件的選擇25n 應該根據(jù)器件自身特性和電路要求選擇合適應該根據(jù)器件自身特性和電路要求選擇合適的器件。（如工作頻率、功率、工作電壓等其他指的器件。（如工作頻率、功率、工作電壓等其他指標，可以參閱器件技術手冊）標，可以參閱器件技術手冊） 一般情況下，在元、器件選擇方面，建議在保證電路一般情況下，在元、器件選擇方面，建議在保證電路性能的前

21、提下，盡量選用常見的、通用性好的、價格相對性能的前提下，盡量選用常見的、通用性好的、價格相對低廉、手頭有的或容易買到的。低廉、手頭有的或容易買到的。n 盡量采用集成電路和新器件將可起到盡量采用集成電路和新器件將可起到事半功事半功倍倍的效果。的效果。 一切從實際需求出發(fā)，將分立元件與集成電路巧妙地一切從實際需求出發(fā)，將分立元件與集成電路巧妙地結合起來，而且盡量應用集成電路，以使系統(tǒng)簡化，體積結合起來，而且盡量應用集成電路，以使系統(tǒng)簡化，體積小，可靠性提高。小，可靠性提高。26 在元器件應用中，必須注意以下幾個方面在元器件應用中，必須注意以下幾個方面： 電源電壓的范圍是多少？電源電壓的范圍是多少？

22、是單電源供電還是需要雙電源是單電源供電還是需要雙電源供電？這點十分重要。若不注意，將供電？這點十分重要。若不注意，將+3.3 V+3.3 V電源的器件電源的器件加加+5 v+5 v，將，將+5 V+5 V器件加器件加+9 V+9 V，甚至更高，那器件是必燒，甚至更高，那器件是必燒無疑。無疑。注意元器件的主要技術指標。注意元器件的主要技術指標。不要以為只要是運放就能不要以為只要是運放就能作放大器、濾波器。例如要求做一個作放大器、濾波器。例如要求做一個2MHz2MHz帶寬的放大器，帶寬的放大器， 如果選用如果選用LM741LM741，結果無論如何都達不到要求，因為，結果無論如何都達不到要求，因為L

23、M741LM741的單位增益帶寬積只有的單位增益帶寬積只有1MHz1MHz。元器件互相之間的電平匹配如何？元器件互相之間的電平匹配如何？元器件的輸入阻抗，允許的輸入電壓、電流范圍以及輸元器件的輸入阻抗，允許的輸入電壓、電流范圍以及輸出驅動負載的能力等等。出驅動負載的能力等等。如音頻功放如音頻功放LM386LM386是不能推動是不能推動0.5W0.5W以上的負載。這一方面會涉及器件的安全，另一方以上的負載。這一方面會涉及器件的安全，另一方面又可能影響到系統(tǒng)的某些指標能否達到。面又可能影響到系統(tǒng)的某些指標能否達到。 27 為保證單元電路達到功能指標要求，常需計算某為保證單元電路達到功能指標要求，常

24、需計算某些參數(shù)。例如放大器電路中各電阻值、放大倍數(shù)，振些參數(shù)。例如放大器電路中各電阻值、放大倍數(shù)，振蕩器中電阻、電容、振蕩頻率等參數(shù)。只有很好地理蕩器中電阻、電容、振蕩頻率等參數(shù)。只有很好地理解電路的工作原理，正確利用計算公式，計算的參數(shù)解電路的工作原理，正確利用計算公式，計算的參數(shù)才能滿足設計要求。才能滿足設計要求。 一般來說，計算參數(shù)應一般來說，計算參數(shù)應注意以下幾點：注意以下幾點：(1) (1) 各元器件的工作電壓、電流、頻率和功耗等應在各元器件的工作電壓、電流、頻率和功耗等應在允許的范圍內，并留有適當?shù)脑Ａ吭试S的范圍內，并留有適當?shù)脑Ａ? .(2) (2) 對于環(huán)境溫度、交流電網(wǎng)電壓等

25、工作條件，計算對于環(huán)境溫度、交流電網(wǎng)電壓等工作條件，計算參數(shù)時應按最不利的情況考慮。參數(shù)時應按最不利的情況考慮。4 4、參數(shù)計算、參數(shù)計算28（3 3） 涉及元器件的極限參數(shù)必須留有足夠的裕量，涉及元器件的極限參數(shù)必須留有足夠的裕量，一般按一般按1.51.5倍倍左右考慮。左右考慮。 （4 4）對于電阻、電容參數(shù)的取值，應選計算值附）對于電阻、電容參數(shù)的取值，應選計算值附近的近的標稱值標稱值。電阻值一般在。電阻值一般在1M1M歐姆內歐姆內選擇；非電解選擇；非電解電容器一般在電容器一般在100pF100pF0.47uF0.47uF選擇；電解電容一般選擇；電解電容一般在在1uF1uF2000uF20

26、00uF范圍內選用。范圍內選用。（5 5）在保證電路達到功能指標要求的前提下，盡）在保證電路達到功能指標要求的前提下，盡量減少元器件的品種、價格、體積等。量減少元器件的品種、價格、體積等。291.2.2 1.2.2 系統(tǒng)綜合設計的一般原則系統(tǒng)綜合設計的一般原則 n任何一項系統(tǒng)的設計，都要遵循一定的原則或標任何一項系統(tǒng)的設計，都要遵循一定的原則或標準、規(guī)范。進行電子應用系統(tǒng)設計，一般要求遵準、規(guī)范。進行電子應用系統(tǒng)設計，一般要求遵循以下一些原則：循以下一些原則：n1.1.兼顧技術的先進性和成熟性兼顧技術的先進性和成熟性當今世界，電子技術的發(fā)展日新月異。系統(tǒng)設計應適應技術發(fā)展當今世界，電子技術的發(fā)

27、展日新月異。系統(tǒng)設計應適應技術發(fā)展的潮流，使系統(tǒng)能保持較長時間的先進性和實用性。同時也要兼的潮流，使系統(tǒng)能保持較長時間的先進性和實用性。同時也要兼顧技術上的成熟性，以縮短開發(fā)時間和上市時間。顧技術上的成熟性，以縮短開發(fā)時間和上市時間。n2.2.安全、可靠和容錯性安全、可靠和容錯性安全在任何產(chǎn)品中都是第一位的，在電子系統(tǒng)綜合設計中也是必安全在任何產(chǎn)品中都是第一位的，在電子系統(tǒng)綜合設計中也是必須首先考慮的。采用成熟的技術和成熟的元器件和部件，可以在須首先考慮的。采用成熟的技術和成熟的元器件和部件，可以在一定程度上保證系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定和安全。系統(tǒng)還應具有較強的一定程度上保證系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定和安全。系

28、統(tǒng)還應具有較強的容錯性。如不會因人員操作失誤，而使整個系統(tǒng)無法工作，或某容錯性。如不會因人員操作失誤，而使整個系統(tǒng)無法工作，或某個模塊出現(xiàn)故障，而使整個系統(tǒng)癱瘓等。個模塊出現(xiàn)故障，而使整個系統(tǒng)癱瘓等。 30系統(tǒng)綜合設計的一般原則系統(tǒng)綜合設計的一般原則n3.3.實用性和經(jīng)濟性實用性和經(jīng)濟性在滿足基本功能和性能的前提下，系統(tǒng)應具有良好的性價比。在滿足基本功能和性能的前提下，系統(tǒng)應具有良好的性價比。n4.4.開放性和可擴展性開放性和可擴展性系統(tǒng)能夠支持不同廠商的產(chǎn)品，支持多種協(xié)議，并且符合國際標系統(tǒng)能夠支持不同廠商的產(chǎn)品，支持多種協(xié)議，并且符合國際標準及相關協(xié)議。還應包括：子系統(tǒng)之間、子系統(tǒng)對主系統(tǒng)

29、的開放準及相關協(xié)議。還應包括：子系統(tǒng)之間、子系統(tǒng)對主系統(tǒng)的開放以及系統(tǒng)對外部的開放。以便在對系統(tǒng)進行升級改造時不僅可以以及系統(tǒng)對外部的開放。以便在對系統(tǒng)進行升級改造時不僅可以保護原有資源，還可以降低系統(tǒng)維護、升級的復雜性以及提高效保護原有資源，還可以降低系統(tǒng)維護、升級的復雜性以及提高效率。率。n5.5.易維護性易維護性元器件和部件應盡可能采用通用、成熟產(chǎn)品，使系統(tǒng)便于維護。元器件和部件應盡可能采用通用、成熟產(chǎn)品，使系統(tǒng)便于維護。 311.3 1.3 電子應用系統(tǒng)設計步驟電子應用系統(tǒng)設計步驟 n限于電子應用系統(tǒng)功能設計的一般過程有：限于電子應用系統(tǒng)功能設計的一般過程有：n1. 1. 調查研究調查

30、研究這一步的主要工作有：通過調查研究，明確設計任務和這一步的主要工作有：通過調查研究，明確設計任務和要求；確定系統(tǒng)功能指標；了解設計關鍵；完成系統(tǒng)功要求；確定系統(tǒng)功能指標；了解設計關鍵；完成系統(tǒng)功能示意框圖。簡言之，就是必須明確做什么，做到什么能示意框圖。簡言之，就是必須明確做什么，做到什么程度。程度。n2.2.方案選擇與可行性論證方案選擇與可行性論證要求綜合應用所學知識，同時查閱有關參考資料；要敢要求綜合應用所學知識，同時查閱有關參考資料；要敢于創(chuàng)新，敢于采用新技術，不斷完善所提的方案；應提于創(chuàng)新，敢于采用新技術，不斷完善所提的方案；應提出幾種方案，對它們進行可行性論證，從完成的功能、出幾種

31、方案，對它們進行可行性論證，從完成的功能、性能和技術指標的程度、經(jīng)濟性、先進性以及完成的進性能和技術指標的程度、經(jīng)濟性、先進性以及完成的進度等方面進行比較，最后選擇一個較好的方案。度等方面進行比較，最后選擇一個較好的方案。32電子應用系統(tǒng)設計步驟電子應用系統(tǒng)設計步驟n3.3.單元電路設計、參數(shù)選擇和元器件單元電路設計、參數(shù)選擇和元器件選擇選擇這一步需要有扎實的電子電路知識。對各單元這一步需要有扎實的電子電路知識。對各單元電路可能的組成形式進行分析、比較，在確定電路可能的組成形式進行分析、比較，在確定了單元電路后，就可選擇元器件。據(jù)某種原則了單元電路后，就可選擇元器件。據(jù)某種原則或根據(jù)已確定好的

32、單元電路部分元件的參數(shù)，或根據(jù)已確定好的單元電路部分元件的參數(shù)，去計算其余元器件參數(shù)和電路參數(shù)。去計算其余元器件參數(shù)和電路參數(shù)。33 隨著計算機的普及和隨著計算機的普及和EDAEDA技術的發(fā)展，電子電路設技術的發(fā)展，電子電路設計中的實驗演變?yōu)榉抡婧蛯嶒炏嘟Y合。計中的實驗演變?yōu)榉抡婧蛯嶒炏嘟Y合。仿真具有下列優(yōu)越之處：仿真具有下列優(yōu)越之處：(1)(1)對電路中只能依據(jù)經(jīng)驗來確定的元器件參數(shù)，用電對電路中只能依據(jù)經(jīng)驗來確定的元器件參數(shù)，用電路仿真的方法很容易確定，而且電路的參數(shù)容易調整。路仿真的方法很容易確定，而且電路的參數(shù)容易調整。(2)(2)由于設計的電路中可能存在錯誤，或者在搭接電路由于設計的

33、電路中可能存在錯誤，或者在搭接電路時出錯，可能損壞元器件，或者在調試中損壞儀器，從時出錯，可能損壞元器件，或者在調試中損壞儀器，從而造成經(jīng)濟損失。而電路仿真中也會損壞元器件或儀器，而造成經(jīng)濟損失。而電路仿真中也會損壞元器件或儀器，但不會造成經(jīng)濟損失。但不會造成經(jīng)濟損失。(3)(3)電路仿真不受工作場地、儀器設備、元器件品種、電路仿真不受工作場地、儀器設備、元器件品種、數(shù)量的限制。數(shù)量的限制。 4 4、計算機仿真和實驗驗證、計算機仿真和實驗驗證34 盡管電路仿真有諸多優(yōu)點，但其仍然不能完全代盡管電路仿真有諸多優(yōu)點，但其仍然不能完全代替實驗。對于電路中關鍵部分或采用新技術、新電替實驗。對于電路中關

34、鍵部分或采用新技術、新電路、新器件的部分，一定要進行實驗最終確定可行路、新器件的部分，一定要進行實驗最終確定可行方案。方案。仿真和實驗驗證要完成以下任務：仿真和實驗驗證要完成以下任務：檢查各元器件的性能、參數(shù)、質量能否滿足設計要檢查各元器件的性能、參數(shù)、質量能否滿足設計要求。求。檢查各單元電路的功能和指標是否達到設計要求。檢查各單元電路的功能和指標是否達到設計要求。檢查各個接口電路是否起到應有的作用。檢查各個接口電路是否起到應有的作用。把各單元電路組合起來，檢查總體電路的功能、性把各單元電路組合起來，檢查總體電路的功能、性能是否最佳。能是否最佳。355、電路圖和、電路圖和PCB圖的繪制圖的繪制

35、 總體電路圖是在總框圖、單元電路設計、參數(shù)總體電路圖是在總框圖、單元電路設計、參數(shù)計算和元器件選擇的基礎上繪制的，它是組裝、調計算和元器件選擇的基礎上繪制的，它是組裝、調試、印刷電路板設計和維修的依據(jù)。目前繪電路圖試、印刷電路板設計和維修的依據(jù)。目前繪電路圖一般是在計算機上利用繪圖軟件完成。繪制電路圖一般是在計算機上利用繪圖軟件完成。繪制電路圖時主要注意以下幾點時主要注意以下幾點：（1 1）總體電路圖通常按照信號的流向，從輸入端）總體電路圖通常按照信號的流向，從輸入端畫起，由左至右或由上至下按信號的流向依次畫出畫起，由左至右或由上至下按信號的流向依次畫出各單元電路；各單元電路；（2 2）注意總

36、體電路圖的緊湊和協(xié)調，要求布局合理，）注意總體電路圖的緊湊和協(xié)調，要求布局合理，排列均勻。圖中元器件的符號應標準化，元件符號旁排列均勻。圖中元器件的符號應標準化，元件符號旁邊應標出型號和參數(shù)。邊應標出型號和參數(shù)。36（3 3）連線一般畫成水平線和垂直線，并盡可）連線一般畫成水平線和垂直線，并盡可能減少交叉和拐彎。對于相互交叉的線，應在能減少交叉和拐彎。對于相互交叉的線，應在交叉處用圓點標出。交叉處用圓點標出。37PCB圖的要求圖的要求PCBPCB圖就是元器件的布局和連線圖就是元器件的布局和連線圖，基本要求有：圖，基本要求有：符合電磁兼容規(guī)范符合電磁兼容規(guī)范布局合理規(guī)范布局合理規(guī)范器件物理尺寸匹

37、配良好器件物理尺寸匹配良好 PCB（ Printed Circuit Board），印制電路板，又稱印刷線路板，是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的載體。由于它是采用電子印刷術制作的，故被稱為“印刷”電路板。38A A、組裝、布局、組裝、布局n注意器件極性注意器件極性n注意信號之間的相互干擾，連線最短注意信號之間的相互干擾，連線最短n做好輸入、輸出和其他必要的關鍵點標示做好輸入、輸出和其他必要的關鍵點標示n布局合理、美觀、整齊布局合理、美觀、整齊6、 電路組裝與調試39 設計電路完成以后要進行電路的安裝，一般采設計電路完成以后要進行電路的安裝，一般采用印刷電路板、通用

38、電路板和面包板，在進行安裝用印刷電路板、通用電路板和面包板，在進行安裝時注意以下方面：時注意以下方面： （1 1）準備好常用的工具和材料。要將各種各樣的）準備好常用的工具和材料。要將各種各樣的電子元器件及結構各異的零部件裝配成電子元器件及結構各異的零部件裝配成 （2 2）所有電子元器件在安裝前要全部測試一遍，）所有電子元器件在安裝前要全部測試一遍，有條件的還要進行老化，以保證元器件的質量。符合有條件的還要進行老化，以保證元器件的質量。符合要求的電子產(chǎn)品，一套基本的工具是必不可少的。如要求的電子產(chǎn)品，一套基本的工具是必不可少的。如烙鐵、鉗子、改錐、鑷子和焊錫。正確使用得心應手烙鐵、鉗子、改錐、鑷

39、子和焊錫。正確使用得心應手的工具，可大大提高工作效率，保證裝配質量。的工具，可大大提高工作效率，保證裝配質量。40（3 3）有極性的電子元器件安裝時其標志最好方向一致，以便于）有極性的電子元器件安裝時其標志最好方向一致，以便于檢查和更換。集成電路的方向要保持一致，以便正確布線和查檢查和更換。集成電路的方向要保持一致，以便正確布線和查線。線。（4 4）在電路板上組裝電路時，為了便于查線，可根據(jù)連線的不）在電路板上組裝電路時，為了便于查線，可根據(jù)連線的不同作用選擇不同顏色的導線。如正電源采用紅色線、負電源采同作用選擇不同顏色的導線。如正電源采用紅色線、負電源采用藍色導線、地線采用黑色導線、信號線采

40、用黃色導線等。用藍色導線、地線采用黑色導線、信號線采用黃色導線等。（5 5）布線要按信號的流向有序連接，連線要做到橫平豎直，不）布線要按信號的流向有序連接，連線要做到橫平豎直，不允許跨接在集成電路上。另外，選擇導線粗細要適中，避免導允許跨接在集成電路上。另外，選擇導線粗細要適中，避免導線與面包板插孔之間接觸不良。線與面包板插孔之間接觸不良。 （6 6）印刷電路板的設計原則是性質相同的電路安排在一塊板）印刷電路板的設計原則是性質相同的電路安排在一塊板上。例如模擬電路或小信號電路安排在一塊板上；大功率電路、上。例如模擬電路或小信號電路安排在一塊板上；大功率電路、高壓電路、發(fā)射電路單獨配置，甚至要安

41、排必要的屏蔽盒、絕高壓電路、發(fā)射電路單獨配置，甚至要安排必要的屏蔽盒、絕緣盒、散熱裝置等。緣盒、散熱裝置等。41 整個調試過程最好也整個調試過程最好也分層次進行，先單元電路，分層次進行，先單元電路，再模塊電路，最后系統(tǒng)聯(lián)調再模塊電路，最后系統(tǒng)聯(lián)調。按照分配的指標、分按照分配的指標、分解的模塊，一部分一部分調試，然后將各模塊連接解的模塊，一部分一部分調試，然后將各模塊連接起來總調。起來總調。n 這一階段，要這一階段，要充分利用電子儀器充分利用電子儀器來觀察波形，測來觀察波形，測量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，以達到最終的目標量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，以達到最終的目標。n通電前檢查：連接是否錯誤通電

42、前檢查：連接是否錯誤n通電檢查：加入正常電壓，觀察電路情況有無異常通電檢查：加入正常電壓，觀察電路情況有無異常n單元電路調試：利用信號源或其他實驗儀器判斷各單元電路調試：利用信號源或其他實驗儀器判斷各單元電路的工作狀態(tài)單元電路的工作狀態(tài)n整機聯(lián)調：從最前端到末級進行統(tǒng)調，檢查整機聯(lián)調：從最前端到末級進行統(tǒng)調，檢查各級動態(tài)信號工作情況，分析是否滿足設計各級動態(tài)信號工作情況，分析是否滿足設計要求。要求。 B、調試、調試42（1）調試電路的常用儀器）調試電路的常用儀器 萬用表。它可以測量交直流電壓、交直流電流、萬用表。它可以測量交直流電壓、交直流電流、電阻、電容及半導體二極管和三極管。具有精度高，電

43、阻、電容及半導體二極管和三極管。具有精度高，使用方便，應用廣泛等特點使用方便，應用廣泛等特點。 示波器。示波器可以對電路中的各點電位進行測量示波器。示波器可以對電路中的各點電位進行測量和觀察波形，同時可比較任意兩點波形的相位關系。和觀察波形，同時可比較任意兩點波形的相位關系。示波器具有高的靈敏度、高的交流阻抗、對負載影響示波器具有高的靈敏度、高的交流阻抗、對負載影響小等特點。在使用示波器應注意的是所用示波器的頻小等特點。在使用示波器應注意的是所用示波器的頻帶一定要大于被測信號的頻率。帶一定要大于被測信號的頻率。 信號發(fā)生器。因為經(jīng)常要在加信號的情況下進行信號發(fā)生器。因為經(jīng)常要在加信號的情況下進

44、行測試，則在調試和故障診斷時最好備有信號發(fā)生器。測試，則在調試和故障診斷時最好備有信號發(fā)生器。如函數(shù)發(fā)生器，它可產(chǎn)生正弦波、三角波、方波等波如函數(shù)發(fā)生器，它可產(chǎn)生正弦波、三角波、方波等波形。形。43（2）調試電路前的檢查。）調試電路前的檢查。 電路安裝完畢后，不要急于通電，首先要根據(jù)電路原理圖電路安裝完畢后，不要急于通電，首先要根據(jù)電路原理圖認真檢查電路接線是否正確。主要直觀檢查電源、地線、信號認真檢查電路接線是否正確。主要直觀檢查電源、地線、信號線、元器件引腳之間有無短路，連線有無接觸不良，元器件有線、元器件引腳之間有無短路，連線有無接觸不良，元器件有無漏焊，二極管、三極管和電解電容極性有無

45、錯誤。查線時最無漏焊，二極管、三極管和電解電容極性有無錯誤。查線時最好用數(shù)字萬用表的蜂鳴器擋來測量。好用數(shù)字萬用表的蜂鳴器擋來測量。 （3）調試步驟）調試步驟。對于電子系統(tǒng)的調試一般采用對于電子系統(tǒng)的調試一般采用化整為零化整為零，分塊調試：，分塊調試： 通電觀察。在確認電路連接沒有錯誤的情況下，接通電源。通電觀察。在確認電路連接沒有錯誤的情況下，接通電源。電源接通后不要先急于測量數(shù)據(jù)，而應首先觀察有無異?，F(xiàn)象，電源接通后不要先急于測量數(shù)據(jù)，而應首先觀察有無異?，F(xiàn)象，如有無冒煙，是否聞到異常氣味，手摸元器件是否發(fā)燙，電源如有無冒煙，是否聞到異常氣味，手摸元器件是否發(fā)燙，電源是否有短路現(xiàn)象等。如有

46、異常，應立即關斷電源是否有短路現(xiàn)象等。如有異常，應立即關斷電源 ，待故障排除，待故障排除后方可重新通電。后方可重新通電。44 分塊調試。把電路按功能分成不同的模塊，分別對各分塊調試。把電路按功能分成不同的模塊，分別對各模塊進行調試。通常調試順序是按照信號的流向進行，這樣可模塊進行調試。通常調試順序是按照信號的流向進行，這樣可把前級測試過的輸出作為后一級的輸入信號，為最后聯(lián)調創(chuàng)造把前級測試過的輸出作為后一級的輸入信號，為最后聯(lián)調創(chuàng)造條件。分塊調試包括靜態(tài)和動態(tài)調試。靜態(tài)測試是在沒有外加條件。分塊調試包括靜態(tài)和動態(tài)調試。靜態(tài)測試是在沒有外加信號的條件下測量電路各點電位，通過靜態(tài)測試可以及時發(fā)現(xiàn)信號

47、的條件下測量電路各點電位，通過靜態(tài)測試可以及時發(fā)現(xiàn)已經(jīng)損壞的元器件或其他故障。動態(tài)測試是在信號源的作用下，已經(jīng)損壞的元器件或其他故障。動態(tài)測試是在信號源的作用下，借助示波器觀察各點波形，進行波形分析，測量動態(tài)指標。把借助示波器觀察各點波形，進行波形分析，測量動態(tài)指標。把靜態(tài)和動態(tài)測試的結果與設計的指標加以比較，經(jīng)深入分析后靜態(tài)和動態(tài)測試的結果與設計的指標加以比較，經(jīng)深入分析后對電路與參數(shù)提出合理的修整。調試電路過程應對測試結果作對電路與參數(shù)提出合理的修整。調試電路過程應對測試結果作詳盡記錄。詳盡記錄。 整機聯(lián)調。各單元電路調試好以后，還要將它們連接整機聯(lián)調。各單元電路調試好以后，還要將它們連接

48、成整機進行統(tǒng)調。整機統(tǒng)調主要觀察和測量動態(tài)特性，把測成整機進行統(tǒng)調。整機統(tǒng)調主要觀察和測量動態(tài)特性，把測量的結果與設計指標逐一對比，找出問題及解決辦法，然后量的結果與設計指標逐一對比，找出問題及解決辦法，然后對電路及參數(shù)進行修正，直到整機的性能完全符合設計要求對電路及參數(shù)進行修正，直到整機的性能完全符合設計要求為止。為止。45n信號尋跡法：逐級檢查信號尋跡法：逐級檢查n對分法：縮小故障范圍對分法：縮小故障范圍n分割測試法：切斷電路間的相互聯(lián)系，查找原因分割測試法：切斷電路間的相互聯(lián)系，查找原因n電容器旁路法：用于自激或排查干擾的時候電容器旁路法：用于自激或排查干擾的時候n對比法：相同電路對比對

49、比法：相同電路對比n替代法：用已知正常的電路、器件代替懷疑的電路替代法：用已知正常的電路、器件代替懷疑的電路n靜態(tài)測試法：確定單一故障元件靜態(tài)測試法：確定單一故障元件n動態(tài)測試法：觀察動態(tài)工作狀況動態(tài)測試法：觀察動態(tài)工作狀況C、故障診斷與排除方法、故障診斷與排除方法46 撰寫課程設計的總結報告是對學生寫科學撰寫課程設計的總結報告是對學生寫科學論文和科研總結報告的能力訓練，通過編寫設論文和科研總結報告的能力訓練，通過編寫設 計報告，不僅把設計、組裝、調試的內容進行計報告，不僅把設計、組裝、調試的內容進行全面總結，以提高學生的文字組織表達能力，全面總結，以提高學生的文字組織表達能力， 而且也把實踐

50、內容上升到理論高度。而且也把實踐內容上升到理論高度。從設計報從設計報告中可以反映出設計人員的知識水平和層次。告中可以反映出設計人員的知識水平和層次。 7、課程設計報告、課程設計報告47 課程設計結束后要在規(guī)定的時間內交一份設計總結報告課程設計結束后要在規(guī)定的時間內交一份設計總結報告 總結報告的首頁包括課題名稱、課程設計時間、使用總結報告的首頁包括課題名稱、課程設計時間、使用儀器及編號、學生姓名、班級和指導教師等。儀器及編號、學生姓名、班級和指導教師等。 設計總結報告設計總結報告內容包括內容包括： (1) (1) 課題名稱；課題名稱； (2) (2) 內容摘要；內容摘要； (3) (3) 設計指

51、標設計指標( (要求要求) )； (4) (4) 系統(tǒng)框圖；系統(tǒng)框圖； (5) (5) 各單元電路設計、參數(shù)計算和元器件選擇；各單元電路設計、參數(shù)計算和元器件選擇； (6) (6) 畫出完整的電路圖，并說明電路的工作原理；畫出完整的電路圖，并說明電路的工作原理； 48(7) (7) 組裝調試；包括使用的主要儀器、儀表，調試電組裝調試；包括使用的主要儀器、儀表，調試電 路的方法和技巧、測試的數(shù)路的方法和技巧、測試的數(shù) 據(jù)和波形并與計算結果據(jù)和波形并與計算結果比較分析，調試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法；比較分析，調試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法；(8) (8) 實際實際PCBPCB圖或布線圖；圖或

52、布線圖；(9) (9) 電路的特點和方案的優(yōu)缺點，提出改進意見和展電路的特點和方案的優(yōu)缺點，提出改進意見和展望；望； (10) (10) 設計結果與數(shù)據(jù)處理；設計結果與數(shù)據(jù)處理；(11) (11) 列出參考文獻；列出參考文獻；(12) (12) 課程設計報告的設計觀點、理論分析、方案結論、課程設計報告的設計觀點、理論分析、方案結論、計算等必須正確，盡量做到綱目分明、邏輯清楚、計算等必須正確，盡量做到綱目分明、邏輯清楚、內容充實、輕重得當、文字通順、圖樣清晰規(guī)范。內容充實、輕重得當、文字通順、圖樣清晰規(guī)范。49小結小結 n本章主要內容包括電子應用系統(tǒng)構成，電子應用本章主要內容包括電子應用系統(tǒng)構成，電子應用系統(tǒng)設計方法及原則以及電子應用系統(tǒng)設計步驟。系統(tǒng)設計方法及原則以及電子應用系統(tǒng)設計步驟。1. 1. 一般來說，一個復雜的電子系統(tǒng)可以分解成若干個一般來說，一個復雜的電子系統(tǒng)可以分解成若干個子系統(tǒng)，其中每個子系統(tǒng)又由若干個功能模塊組成，子系統(tǒng)，其中每個子系統(tǒng)又由若干個功能模塊組成，而功能模塊由若干電子元器件組成。而功能模塊由若干電子元器件組成。2. 2. 電子系統(tǒng)設計是系統(tǒng)工程設計，一般是比較復雜的，電子系統(tǒng)設計是系統(tǒng)工程設計，一般是比較復雜的，必須采用有效的方法去管理才能使設計工作順利并取必須采用有效的方法去管理才能使設計工作順利并取得成功?；谙到y(tǒng)的功能與結構上的層次性，電子