電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)期末復(fù)習(xí) (1)

1、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)期末復(fù)習(xí)一、填空題（每空1分，共20分）二、單項(xiàng)選擇題（每小題2分，共20分）三、簡(jiǎn)答題（4小題，每小題8分，共32分）四、設(shè)計(jì)題（共2小題，共28分）第1、2、3、4、6章選擇填空第5和8章簡(jiǎn)答題信號(hào)的疊加與分離實(shí)驗(yàn)和第9章設(shè)計(jì)題第1，2章 概述與開(kāi)發(fā)工具l 什么是電子系統(tǒng)？（是。的載體）電子系統(tǒng)是能夠產(chǎn)生、傳輸、處理電信號(hào)和信息的客觀載體。l 電子系統(tǒng)的組成與構(gòu)成。電子系統(tǒng)由采集電路、輸出電路、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)通信、電源供電等五大部分組成。從結(jié)構(gòu)上看，電子系統(tǒng)又分為元件級(jí)、部件級(jí)、子系統(tǒng)級(jí)和系統(tǒng)級(jí)。l 電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟1.設(shè)計(jì)方案；2.方案設(shè)計(jì)論證；3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)測(cè)試；4.

2、電路設(shè)計(jì)（a.硬件電路設(shè)計(jì)；b.軟件設(shè)計(jì)）；5.軟、硬件調(diào)試。l 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，常用的仿真軟件有哪些？了解它們的主要作用。Protues:單片機(jī)仿真軟件Tina和FilterPro(濾波器設(shè)計(jì)軟件):TI的模擬電路設(shè)計(jì)軟件EBENCH Designer：開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)軟件Protel99se:電路板設(shè)計(jì)軟件第3章 人機(jī)界面l 電子系統(tǒng)中，常用的輸入、輸出設(shè)備有哪些？輸入設(shè)備：鍵盤、觸摸屏、傳感器、開(kāi)關(guān)、麥克風(fēng)輸出設(shè)備：數(shù)碼管、LED顯示、字符LCD、LCMl 了解觸摸屏的作用及工作原理。作用：實(shí)現(xiàn)按鍵功能，可實(shí)現(xiàn)按鍵無(wú)法實(shí)現(xiàn)的使用效果，可以最大限度地節(jié)省單片機(jī)的引腳資源。工作原理：P42第

3、4章 信號(hào)采集l 常用的溫度測(cè)量元件有哪些？了解它們的優(yōu)缺點(diǎn)。熱電偶溫度傳感器、鉑電阻溫度傳感器、集成溫度傳感器金屬鉑(Pt)的電阻值隨溫度變化而變化，并且具有很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，利用鉑的這種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器，通常使用的鉑電阻溫度傳感器零度阻值為100 (Pt100)，電阻變化率為0.3851 /。 鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)(-200650)最常用的一種溫度檢測(cè)器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)供計(jì)量和校準(zhǔn)使用。l 了解壓力傳感器的作用。壓力和壓差是工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的過(guò)程參數(shù)之一。在許多場(chǎng)合需要直接測(cè)量、控制一些壓力

4、參數(shù)，如鍋爐的氣包壓力、煙道壓力、爐膛壓力，化學(xué)生產(chǎn)中的反應(yīng)釜壓力、加熱爐壓力等。此外，還有一些不易直接測(cè)量的參數(shù)，如液位、流量等，在各類工業(yè)生產(chǎn)中可以通過(guò)壓力和差壓進(jìn)行間接測(cè)量。在國(guó)際單位制和我國(guó)法定計(jì)量單位中，壓力的單位采用牛頓/米2(N/m2)，通常稱為帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕(Pa)。其他在工程上使用的壓力單位還有工程大氣壓(at)、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、毫米汞柱(mmHg)、Bar(巴)和毫米水柱(mmH2O)等單位。l 了解電壓檢測(cè)和電流檢測(cè)的方法。電子測(cè)量中最易實(shí)現(xiàn)的就是電壓測(cè)量，只需將電壓信號(hào)輸入A/D轉(zhuǎn)換器即可得到其數(shù)字量值。但在某一些場(chǎng)合，如需要高壓隔離測(cè)量場(chǎng)合就需充分考慮其安全性，常見(jiàn)的高壓

5、測(cè)量方式有壓頻轉(zhuǎn)換測(cè)量法和高阻抗運(yùn)放隔離測(cè)量法。在電路設(shè)計(jì)中電流測(cè)量應(yīng)用十分普遍。測(cè)量中，電表用來(lái)進(jìn)行電流的測(cè)量；保護(hù)中，電流往往與功率形成直接的關(guān)系，如果電流過(guò)大代表系統(tǒng)中有短路情況出現(xiàn)而需要保護(hù)；控制中，如馬達(dá)控制、電池充放電等都需要電流測(cè)量。測(cè)量電流的方法一般分成直接式和間接式兩種。直接式用于測(cè)量相對(duì)較小的電流以及電壓不高的情況；間接式不帶有任何導(dǎo)電關(guān)系，因此可用于測(cè)量相對(duì)較大的電流以及相對(duì)較高的電壓。l 了解霍爾傳感器的分類和主要作用。 1、線性型霍爾傳感器輸出電壓與外磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系，通常用于檢測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度。2、開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器（高/低電平輸出）應(yīng)用：轉(zhuǎn)速測(cè)量l 了解信號(hào)采集用到的主

6、要芯片。溫度DS18S20、壓頻轉(zhuǎn)換器LM231、LM331、TC9401、AD654、霍爾傳感器ACS712、LD441A第5章 信號(hào)處理基于集成運(yùn)放的放大電路設(shè)計(jì)（復(fù)印部分）l 掌握放大器的放大倍數(shù)與dB的關(guān)系。20lgK=NdB (K為放大倍數(shù))l 掌握同相放大器、反相放大器、跟隨器、加法器的基本電路、放大倍數(shù)和特點(diǎn)。信號(hào)如何疊加？加法電路l 理解集成運(yùn)放的主要參數(shù)，特別是GBW、SR。SR的公式，會(huì)計(jì)算SR。帶寬與增益是何關(guān)系？開(kāi)環(huán)帶寬BW(或-3dB帶寬)和單位增益帶寬GBW （帶寬的選擇一般擴(kuò)大10-100倍） GBW=ft=A0fb A0增益 fb帶寬 SR=2Vomax(p-p

7、)fp(max)(Vomax(p-p):輸出最大電壓，峰峰值即幅值的兩倍。fp(max)：運(yùn)放滿程輸出時(shí)能達(dá)到的最大帶寬）l 選擇運(yùn)放時(shí)主要應(yīng)考慮的運(yùn)放參數(shù)有哪些？（4點(diǎn)） 供電電源電壓。根據(jù)運(yùn)放輸出電壓范圍，選擇運(yùn)放電源電壓。 帶寬。小信號(hào)（VPP<1V）時(shí)，考慮運(yùn)放的增益帶寬積GBW。 轉(zhuǎn)換速率。大幅信號(hào)輸出時(shí)應(yīng)考慮運(yùn)放的壓擺率SR。 精度。雖然失調(diào)電壓可以通過(guò)外部電路校正，但選用失調(diào)電壓較小的運(yùn)放可以降低設(shè)計(jì)難度。l 給出一運(yùn)放的幅頻特性圖，會(huì)判斷該運(yùn)放的GBW、放大倍數(shù)、以及在某放大倍數(shù)下的帶寬。 l 多級(jí)運(yùn)放的放大倍數(shù)、 dB數(shù)的計(jì)算。例：電壓增益為40dB,即100倍。三級(jí)運(yùn)

8、放（20lgK=NdB (K為放大倍數(shù))，每級(jí)放大倍數(shù)相近）Vi由芯片A構(gòu)成第一級(jí)放大倍數(shù)5Vo由芯片A構(gòu)成第二級(jí)放大倍數(shù)5由芯片B構(gòu)成輸出級(jí)放大倍數(shù)4 l 無(wú)源濾波器和有源濾波器分別由哪些元件組成？它們各有何特點(diǎn)？無(wú)源濾波器由電阻R、電容C、電感L組成，特點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，但通帶為低頻時(shí)，L體積和重量大；濾波效果不理想，邊沿不陡；帶載能力差；不能對(duì)信號(hào)放大。有源濾波器由運(yùn)算放大器、電阻R、電容C組成，特點(diǎn)：濾波效果好；帶載能力強(qiáng)（運(yùn)放輸出阻抗低）；能提供一定增益，但設(shè)計(jì)較復(fù)雜，成本較高。l Butterworth（巴特沃斯濾波器）、Chebyshev（切比雪夫?yàn)V波器）、Bessel（貝塞爾濾波器

9、）和高斯濾波器有何特點(diǎn)（區(qū)別）。 1.Bessel（貝塞爾濾波器）擁有最平坦的通頻帶和最緩的截止速率。2.Chebyshev（切比雪夫?yàn)V波器）擁有最陡的截止速率，但通頻帶起伏較大。3.Butterworth（巴特沃斯濾波器）的性能為前兩者的折中，性能方面沒(méi)有明顯的缺點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。 4. 高斯濾波器：l 有源濾波器設(shè)計(jì)考慮的原則是什么？ 電路類型選擇 MFB型和Sallen-Key各有優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際選用。設(shè)計(jì)通帶較寬的帶通濾波器時(shí)，可用低通和高通合成，這樣比帶通濾波器好。 階數(shù)選擇 階數(shù)越高，幅頻特性曲線越接近理想濾波器。 運(yùn)放的要求 輸入信號(hào)較?。ㄈ?lt;10mV）時(shí)，應(yīng)選用低漂移（V

10、OS）運(yùn)放。 GBW>100×Gain×fc 壓擺率SR>2×VOPP×fc （VOPP為輸出信號(hào)電壓峰峰值）l MFB和SALLEN-KEY兩種有源濾波器電路類型各有何特點(diǎn)？ 1.無(wú)限增益多重反饋濾波器(MFB)電路 反相濾波器 優(yōu)點(diǎn)：Q值、截止頻率對(duì)元器件改變的敏感度較低，增益大 缺點(diǎn)：輸入阻抗低，增益精度不高2.電壓控制電壓源（Sallen-Key）電路 同相濾波器 優(yōu)點(diǎn)：輸入阻抗高，增益精度高（增益設(shè)置與濾波電阻電容無(wú)關(guān)） 缺點(diǎn)：增益有限（一般地，二階時(shí)，放大倍數(shù)<3）l 無(wú)源濾波器的設(shè)計(jì)，即如何從疊加信號(hào)中分離出有用的信號(hào)。1

11、.無(wú)源濾波器 設(shè)計(jì)一帶寬為100Hz40kHz的RC濾波器 w0=2f0 f0=12RC 計(jì)算式假設(shè)R=1K（比較好算），1F1000000F，1F=1000nF=1000000pF2.有源濾波器用FilterPro設(shè)計(jì)第5章 信號(hào)處理 PID及常用算法l PID分別指的是什么？什么是PID控制器（PID算法）？其控制系統(tǒng)原理框圖是什么？1. 比例(P)、積分(I)和微分(D)2. 它將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱PID控制器。3.l 各校正環(huán)節(jié)（分量）的主要作用是什么？比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立

12、即產(chǎn)生控制作用，以減小偏差。積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率)，并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。l 單片機(jī)中常用的算法有哪些？了解它們的基本工作原理。PID算法、均值濾波算法、中值濾波算法、3置信區(qū)間處理算法、CRC(循環(huán)冗余)校驗(yàn)、LRC校驗(yàn)第6章 數(shù)據(jù)通信l 常用的有線通信有哪些？無(wú)線通信有哪些？有線通信主要有RS-232、USB、M_BUS、CAN等無(wú)線通信主要有紅外、藍(lán)牙、ZigBee等l RS-

13、232通信、RS-485通信、紅外通信的特點(diǎn)（如通信距離等）分別是什么？RS-232通信：雙工發(fā)送器/接收器電路芯片，雙機(jī)通信距離在1.515m之間RS-485通信：抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、速率高。如果采用雙絞線傳輸信號(hào)，最大傳輸速率為10 Mb/s，傳輸距離為15 m；如果最大傳輸速率為100 kb/s，則可以傳輸1200 m；如果最大傳輸速率為9600 b/s，則傳輸距離可達(dá)1500 m。紅外通信：當(dāng)前紅外通信距離最長(zhǎng)為3 m，接收角度為30°，成本低廉和廣泛的兼容性等。第8章 系統(tǒng)供電線性穩(wěn)壓器l 穩(wěn)壓器可分為哪兩類？電源穩(wěn)壓器可分為線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)升壓降壓穩(wěn)壓器。l 直流穩(wěn)

14、壓電源的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？ （1）、最大輸出電流Iomax（2）、輸出電壓VO（3）、紋波電壓。是指疊加在VO上的交流分量，其峰峰值VOPP一般為mV級(jí)。通常用示波器測(cè)其峰峰值或交用流電壓表測(cè)其有效值。（4）、電壓調(diào)整率。是指在負(fù)載和溫度恒定的條件下，輸入電壓變化時(shí)，引起輸出電壓的相對(duì)變化。（5）、負(fù)載調(diào)整率。是指負(fù)載電流從零變到最大時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化。（6）、輸出電阻。（7）、轉(zhuǎn)換效率。是指輸出功率與輸入功率比值的百分比。 (PO/Pi)*100% l 掌握7805、LM317的典型工作電路，輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系，外圍元器件的作用等。7805芯片輸出的電壓為+5VC1為穩(wěn)壓器輸入側(cè)

15、的濾波電容，其作用是將整流橋輸出的直流脈動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換成紋波較小的直流電壓。C2、C3作用是減小紋波、消振、抑制高頻脈沖的干擾，可采用0.1-0.47uf的陶瓷電容。C4為穩(wěn)壓器輸出側(cè)的濾波電容，起到減少紋波的作用，一般電容值選取47-470uf在要求電壓可調(diào)的應(yīng)用中，LM317具有極好的性能，而且它的輸出電流又可達(dá)到1.5 A，輸出電壓在1.2 V37 V之間連續(xù)可調(diào)，所以就不需要儲(chǔ)備許多固定電壓穩(wěn)壓器。Vo=1.25×(1+RP1Ri)1.25是集成穩(wěn)壓塊輸出端和調(diào)整端之間的固有參考電壓VREF此電壓加于給定電阻R1兩端，將產(chǎn)生一個(gè)恒定電流通過(guò)輸出電壓調(diào)節(jié)器RP1。電阻R1常取120

16、210, RP1一般為精密電位器。與其并聯(lián)的電容C2可進(jìn)一步減小輸出電壓的紋波。二極管D的作用是防止輸出端短路時(shí)，C2上的電壓損壞穩(wěn)壓塊。l 理解BUCK電路和BOOST電路的工作原理（何時(shí)充放電？充放電的電流方向，輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系等）。1、降壓型DC/DC變換電路（Buck） VO=qVi ，qvB占空比 D續(xù)流二極管2、升壓型DC/DC變換電路（Boost） VO=Vi/(1-q) ，qvB占空比l 鋰離子電池有何優(yōu)點(diǎn)？鋰離子電池充電要注意哪些事項(xiàng)？?jī)?yōu)點(diǎn)：工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、能量高、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染、自放電小、循環(huán)壽命長(zhǎng)在充電時(shí)需要注意如下事項(xiàng)：(1) 對(duì)鋰電池需要進(jìn)行熱

17、保護(hù)，防止發(fā)熱太大而損害鋰電池；(2) 鋰電池充電需要嚴(yán)格控制充電電壓和充電電流；(3) 為了有效利用電池容量，需將鋰電池充電至最大電壓；(4) 防止過(guò)壓充電，過(guò)壓充電對(duì)鋰電池有損害，嚴(yán)重影響電池壽命；(5) 充電結(jié)束后應(yīng)及時(shí)關(guān)斷電源。l BQ24025充電可分為幾個(gè)階段？依次是什么？分為四個(gè)階段：預(yù)充階段、恒流充電階段、恒壓充電階段和充電終止判斷。l 電子系統(tǒng)中的電源監(jiān)控芯片SP809的主要作用是什么？SP809是一種單一功能的微處理器復(fù)位芯片，用于監(jiān)控微控制器和其他邏輯系統(tǒng)的電源電壓。它可以在上電、掉電和節(jié)電情況下向微控制器提供復(fù)位信號(hào)。當(dāng)電源電壓低于預(yù)設(shè)的門檻電壓時(shí)，器件會(huì)發(fā)出復(fù)位信號(hào)，

18、在電源電壓恢復(fù)到高于門檻電壓一段時(shí)間(230 ms典型值)后，這個(gè)復(fù)位信號(hào)才會(huì)結(jié)束。l 線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器的優(yōu)缺點(diǎn)分別是什么？線性穩(wěn)壓器其特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是：電路簡(jiǎn)單，輸出電壓比輸入電壓低，輸出紋波小，工作產(chǎn)生的噪聲低；缺點(diǎn)：發(fā)熱量大，效率低，體積大。開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器優(yōu)點(diǎn)：功耗小，效率高。體積小，重量輕。穩(wěn)壓范圍寬。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓方法多，濾波的效率高，電路形式靈活多樣。缺點(diǎn)：存在較為嚴(yán)重的開(kāi)關(guān)干擾，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，維修麻煩。，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源推廣應(yīng)用比較困難的主要原因就是它的制作技術(shù)難度大、維修麻煩和造價(jià)成本較高 。第9章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)l 給出一個(gè)電子系統(tǒng)，會(huì)畫出該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，會(huì)畫出主程序的流程圖。（

19、注意畫圖的規(guī)范）設(shè)計(jì)題1 溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)有一個(gè)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由若干個(gè)無(wú)線檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)監(jiān)測(cè)終端組成，檢測(cè)節(jié)點(diǎn)可以檢測(cè)環(huán)境的溫濕度，并通過(guò)無(wú)線模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送；監(jiān)測(cè)終端通過(guò)無(wú)線模塊接收各節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的信息，在LCD上顯示各節(jié)點(diǎn)的溫濕度，并能將相關(guān)的信息通過(guò)RS232接口上傳給上位機(jī)（個(gè)人電腦）。請(qǐng)畫出該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖并畫出檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的主程序流程圖。設(shè)計(jì)題2信號(hào)的疊加與分離實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、理解信號(hào)疊加與分離的工作原理。2、掌握利用集成運(yùn)放加法器進(jìn)行信號(hào)疊加與采用RC無(wú)源濾波器進(jìn)行信號(hào)分離的電路設(shè)計(jì)與測(cè)試方法。3、進(jìn)一步熟悉TINA的使用方法。任務(wù)與要求設(shè)計(jì)一個(gè)電路，實(shí)現(xiàn)下圖所示的功能。已知vG1是一個(gè)振