現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計及案例(zlp2012)

現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計及應用案例主講：徐荃2010年3月1.完成一個電子系統(tǒng)的設計2.了解電子系統(tǒng)設計的基本理論3.了解電子系統(tǒng)設計的基本流程4.掌握電子系統(tǒng)設計常用開發(fā)工具5.掌握電子系統(tǒng)工程設計的基本方法課程教學目標1.將信息類各專業(yè)分散的“電子技術課程設計”、“計算機仿真”、“現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設計”、“嵌入式系統(tǒng)設計”等課程有機結合，既減少了內(nèi)容的重疊、交叉，又提高了設計和實踐課程的有效性。2.充分利用現(xiàn)代化教學手段，讓學生完成從理論設計、仿真、加工、焊接、調(diào)試的全過程，建立電子產(chǎn)品及系統(tǒng)開發(fā)的完整知識體系。3.在教學體系中融入創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，激發(fā)學生參與的積極性，增強創(chuàng)新能力。課程教學特色一、電子系統(tǒng)概述二、電子系統(tǒng)設計方法和原則三、電子系統(tǒng)設計步驟四、數(shù)字系統(tǒng)設計五、模擬系統(tǒng)設計六、微機系統(tǒng)設計七、片上系統(tǒng)設計課程教學內(nèi)容一、電子系統(tǒng)概述

電子系統(tǒng)：完成一個特定功能的、完整的電子裝置稱為電子系統(tǒng)。如出租車計價器、溫度控制系統(tǒng)、航天飛機測控系統(tǒng)等。電子系統(tǒng)組成：一般包含模擬系統(tǒng)、數(shù)字系統(tǒng)、微處理機系統(tǒng)、片上系統(tǒng)。電子系統(tǒng)分類：可分為非智能型和智能型系統(tǒng)。前者功能簡單且單一。后者具有記憶、接收信息能力，并根據(jù)信息進行分析、判斷、決策和控制操作的能力。一般人們將以CPU為核心、軟硬結合的電子系統(tǒng)稱為智能型系統(tǒng)。電子系統(tǒng)分類：根據(jù)電子系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，有以下幾類。（1）測控系統(tǒng)：相機快門系統(tǒng)、鍋爐控制系統(tǒng)、飛行軌道控制系統(tǒng)等。（2）測量系統(tǒng)：電量測量、非電量測量系統(tǒng)等。（3）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：語音處理、圖像處理、雷達信息處理等。（4）通信系統(tǒng)：數(shù)字通信、微波通信、衛(wèi)星通信、短波通信等。（5）計算機系統(tǒng)：單機系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)等。（6）家電系統(tǒng)：多媒體彩電系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)、報警系統(tǒng)。消費類產(chǎn)品主板顯卡和網(wǎng)卡七彩虹顯卡TP-Link網(wǎng)卡通信電子產(chǎn)品車載GPS和悍馬汽車電子燃油噴射控制器數(shù)控鉆床和汽車生產(chǎn)線

艦船和戰(zhàn)斗機數(shù)字產(chǎn)品手機電路超級芯片數(shù)碼彩電主板嵌入式計算機電子系統(tǒng)設計與仿真工具：1.系統(tǒng)級設計與算法設計工具SystemView;

MATLAB2.電路級仿真工具Pspice;Multisim3.PCB設計工具PowerPCB;Protel4.可編程器件設計工具

XilinxISE;AlteraQuartusII;

MentorFPGAAdvantage5.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具

ARMADS;KeilARM/C51IDE；AlteraNiosIIIDE；TiCodeComposerStudio

ＭATLAB仿真軟件---豐富的表現(xiàn)力ＭATLAB仿真軟件---強大的運算能力MULTISIM仿真軟件MULTISIM仿真軟件---直觀的線路仿真Protel仿真軟件--原理圖設計Protel仿真軟件--多層電路板設計Ｘilinx仿真軟件--ISEＸilin設計軟件--ISE仿真器QuartusⅡ仿真軟件--VHDL設計入口QuartusⅡ仿真軟件--原理圖設計入口QuartusⅡ仿真軟件--仿真MentorFPGAAdvantageARMCodeWarrior集成開發(fā)環(huán)境

ARMAXD調(diào)試器

TiCodeComposerStudioTiCodeComposerStudio電子系統(tǒng)指標：系統(tǒng)功能、規(guī)模以及應用場合不同，對系統(tǒng)的要求不同，因此衡量系統(tǒng)的指標不同。

常用指標：功能、工作范圍、工作環(huán)境、供電方式、功耗、體積、重量、容量、精度、靈敏度、穩(wěn)定度、可靠性、響應速度等。最近幾年全國電子設計競賽的電子系統(tǒng)設計題目如下：正弦信號發(fā)生器（A題）集成運放參數(shù)測試儀（B題）簡易頻譜分析儀（C題）單工無線呼叫系統(tǒng)（D題）懸掛運動控制系統(tǒng)（E題）數(shù)控直流電流源（F題）三相正弦波變頻電源（G題）電壓控制LC振蕩器（A題）寬帶放大器（B題）低頻數(shù)字式相位測量儀（C題）簡易邏輯分析儀（D題）簡易智能電動車（E題）液體點滴速度監(jiān)控裝置（F題）第七屆全國大學生電子設計競賽題目第六屆全國大學生電子設計競賽題目A題波形發(fā)生器B題簡易數(shù)字存儲示波器C題自動往返電動小汽車D題高效率音頻功率放大器E題數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)F題調(diào)頻收音機第五屆全國大學生電子設計競賽題目第四屆全國大學生電子設計競賽題目A題測量放大器B題數(shù)字式工頻有效值多用表C題

頻率特性測試儀D題

短波調(diào)頻接收機E題數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)二、電子系統(tǒng)設計方法和原則

1.電子系統(tǒng)設計的一般方法自頂向下法（ToptoDown）：適用于大型、復雜的系統(tǒng)設計。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，將系統(tǒng)化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，最后才是元件級設計。自底向上法（BottomtoUp）：多用于系統(tǒng)的組裝和測試。根據(jù)要實現(xiàn)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元件，設計各部件，一級一級向上設計，最后完成整個系統(tǒng)。組合法（TD&BUCombined）：結合了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統(tǒng)進行模塊化設計測試，現(xiàn)代的系統(tǒng)設計通常采用以自頂向下法為主，結合自底向上法的方法。（1）總體方案的設計與選擇：根據(jù)設計任務、指標要求，分析系統(tǒng)應完成的功能，并將系統(tǒng)按功能分解成若干子系統(tǒng)，分清主次和相互關系，并形成由若干單元功能模塊組成的總體方案。注意：

對不同的方案，應深入分析比較。對關鍵部分，還要提出各種具體電路，根據(jù)設計要求進行分析比較，從而找出最優(yōu)方案。

需考慮方案的可行性、性能、可靠性、功耗等實際問題。（2）單元電路的設計與選擇：在明確每個單元電路的技術指標后，要分析清楚單元電路的工作原理，設計出各單元的電路結構形式。盡量采用學過的或熟悉的單元電路，也要善于通過查閱資料、分析研究一些新型電路，開發(fā)利用新型器件。注意：要盡量減少或不用電平轉換之類的接口電路，以簡化電路結構，降低成本。（3）元器件的選擇：一般優(yōu)先選用集成電路。集成電路的選擇：“先粗后細”的選用方法，即先根據(jù)主體方案考慮應選用什么功能的集成電路，再進一步考慮其具體性能，然后再根據(jù)價格等因素選用型號。選擇的集成電路不僅要在功能和特性上實現(xiàn)設計方案，而且要滿足功耗、電壓、溫度、價格等多方面的要求。阻容元件的選擇：根據(jù)電路的要求選擇性能和參數(shù)合適的阻容元件，并要注意功耗、容量、頻率、耐壓范圍是否滿足要求。分立元器件的選擇：包括二極管、三極管、場效應管、晶閘管等，選擇器件的種類不同，注意事項也不同。例如三極管，在選用時應考慮是NPN管還是PNP管，是大功率管還是小功率管，是高頻管還是低頻管，并注意管子的電流放大倍數(shù)、擊穿電壓、特征頻率、靜態(tài)功耗等是否滿足電路設計的要求。（4）元器件的參數(shù)計算：元器件的參數(shù)計算有的需要根據(jù)電路理論公式進行，有的按照工程估算法進行，有的可用典型電路參數(shù)或經(jīng)驗數(shù)據(jù)。選用的元器件參數(shù)值最終都必須采用標稱值。注意：

各元器件的工作電流、工作電壓、頻率和功耗應在允許的范圍內(nèi)，并留有適當?shù)挠嗔?，并保證電路在規(guī)定的條件下正常工作，達到所要求的性能指標。

對于環(huán)境溫度、其它干擾等工作條件，計算參數(shù)時應按最壞的情況考慮。

保證電路性能的前提下，盡可能設法降低成本，減少元器件的品種、功耗和體積，并為安裝調(diào)試創(chuàng)造有利條件。

在滿足性能指標和上述各項要求的前提下，應優(yōu)先選用現(xiàn)有或容易買到的元器件，以節(jié)省時間和精力。2.電子系統(tǒng)設計的一般原則（1）兼顧技術的先進性和成熟性系統(tǒng)設計應適應技術發(fā)展的潮流，使系統(tǒng)能保持長時間的先進性和實用性。同時要兼顧技術上的成熟性，以縮短開發(fā)時間和上市時間。（2）安全性、可靠性和容錯性采用成熟的技術、元器件和部件，可在一定程度上保證系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定和安全。系統(tǒng)還應具有較強的容錯性，例如，不會因人員操作失誤而使整個系統(tǒng)無法工作；或因某個模塊出現(xiàn)故障而使整個系統(tǒng)癱瘓。（3）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。（4）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，并且符合國際標準及相關協(xié)議。除此之外，還應包括：子系統(tǒng)之間、子系統(tǒng)對主系統(tǒng)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率。（5）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)易于維護。三、電子系統(tǒng)設計步驟1.調(diào)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)功能示意框圖。簡言之，就是必須明確做什么，做到什么程度。2.方案選擇和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、性能和技術指標的程度、經(jīng)濟性、先進性以及進度等方面進行比較，最后選擇一個較好的方案。首先，進行系統(tǒng)功能劃分。把系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能分配給若干個單元電路，畫出能表示各單元電路功能的整機原理框圖。然后，進行方案比較和可行性論證。最后，確定總體方案。3.單元電路設計、參數(shù)選擇和元器件選擇對各單元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。根據(jù)某種原則或已確定好的單元電路部分元件的參數(shù)，可以計算其余器件參數(shù)和電路參數(shù)。4.組裝與調(diào)試設計結果的正確性需要驗證，需要用儀器進行測試。這樣可以發(fā)現(xiàn)問題并及時修改，直到所要求的功能和性能指標完全符合要求。5.編寫設計文檔與總結報告（1）設計文檔的編寫

系統(tǒng)的設計要求與技術指標的確定

方案選擇與可行性論證

單元電路設計、參數(shù)選擇和元器件選擇

參考資料和文獻（2）總結報告的撰寫

設計工作的進程記錄

原始設計修改部分的說明

實際電路原理圖、程序清單等

功能與指標測試結果（注明所使用的儀器型號與規(guī)格）

系統(tǒng)的操作使用說明

存在的問題及改進措施等四、數(shù)字系統(tǒng)設計數(shù)字系統(tǒng)是一個完成一系列復雜操作的邏輯單元。它可以是一臺數(shù)字計算機、一個自動控制系統(tǒng)、一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或者是日常生活中用的電子秤，也可以是大系統(tǒng)中的子系統(tǒng)。1.數(shù)字系統(tǒng)組成

數(shù)據(jù)子系統(tǒng)控制子系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出控制與條件信號時鐘外部控制信號數(shù)據(jù)子系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)的采集、存儲、運算和傳輸，主要由存儲器、運算器、數(shù)據(jù)選擇器等部件組成?？刂谱酉到y(tǒng)是執(zhí)行算法的核心，具有記憶功能，是時序系統(tǒng)。2.數(shù)字系統(tǒng)設計步驟明確設計要求：將設計要求分解成條目，每一條都應是無二義的。明確設計系統(tǒng)的邏輯功能及性能指標，畫出簡單框圖。確定系統(tǒng)方案：用方框圖、流程圖或描述語言描述系統(tǒng)方案，畫出系統(tǒng)方框圖、流程圖或算法，如需要畫出時序圖。數(shù)據(jù)子系統(tǒng)設計：根據(jù)系統(tǒng)方案，選擇合適的器件構成數(shù)據(jù)子系統(tǒng)原理圖。根據(jù)設計要求對原理圖進行時序設計?？刂谱酉到y(tǒng)設計：按照規(guī)則及要求選擇電路構成控制子系統(tǒng)，必要時進行時序設計。設計方法：在整個設計過程中應盡可能多地利用EDA軟件，及時地進行邏輯仿真、優(yōu)化，以保證設計工作優(yōu)質(zhì)快速地完成。3.數(shù)字系統(tǒng)設計舉例設計要求：完成一個十字路口交通燈控制系統(tǒng)的設計。（1）明確設計要求進一步明確十字路口車輛行駛的規(guī)則如何？道路多寬？允許幾車道行駛？控制燈有幾種？通行和禁止的時間是多少？是否需要顯示時間？有否有行人穿行指示？有無連網(wǎng)要求？明確以上問題，將設計要求具體化，也就明確了設計系統(tǒng)的邏輯功能。①雙向六車道，只有汽車沒有自行車行駛。車輛直行時不允許車輛左拐，允許右拐。另設左拐時間。②車輛控制燈有直行（↑）、左拐（←）和右拐（→）三個綠燈、黃燈以及紅燈。③車輛通行時間為40秒，由各方向設置的倒計時顯示器顯示，向司機提示剩余時間。黃燈持續(xù)時間2秒。④行人過馬路需提出申請，且只在車輛直行時才響應行人的請求，行人在申請得到響應后方可穿越，穿越時間為60秒。⑤警察有權隨時指定系統(tǒng)停在某個狀態(tài)，確保某個方向的車輛暢通。⑥暫不考慮連網(wǎng)要求?？刂破鞫〞r器行人請求指示燈警察控制秒脈沖發(fā)生器（2）確定系統(tǒng)方案確定系統(tǒng)方案就是找出實現(xiàn)上述設計要求的方法。在確定系統(tǒng)方案的過程中應有意識的把系統(tǒng)分為控制子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)子系統(tǒng)兩部分。先畫出簡單的流程圖，再將簡單的流程圖逐步細化為描述系統(tǒng)操作的詳細流程圖。由于設計要求中規(guī)定車輛直行時不允許各路車輛左拐通行，須另設左拐時間。因此可以設置以下四種車輛通行方式：①南北向的直行和各路右拐；②南北向的左拐和各路右拐；③東西向直行和各路右拐；④東西向的左拐和各路右拐。行人請求及警察控制可以認為是上述四個狀態(tài)轉換時產(chǎn)生的條件分支，由控制器接受請求并判斷是否響應。由于警察控制的優(yōu)先級最高，所以流程圖中應首先判斷警察的控制。行人請求只能在車輛直行時響應，車輛左拐時不允許響應行人請求。（3）畫出工作流程圖（略）

五、模擬系統(tǒng)設計

多數(shù)電子系統(tǒng)一般都同時使用數(shù)字和模擬兩類技術，兩者互為補充，發(fā)揮各自優(yōu)勢。但對一個具體應用系統(tǒng)而言，使用技術的側重點有所不同，有的以數(shù)字為主，有的以模擬為主。假設一個電子系統(tǒng)對獲得的模擬信號不需要作復雜處理，也不作遠距離傳送，最后的執(zhí)行機構也用模擬信號驅動，在這樣的系統(tǒng)中用模擬技術處理比較合理。1.模擬系統(tǒng)特點與數(shù)字電子系統(tǒng)相比，模擬電子系統(tǒng)有以下一些特點。（1）工作在模擬領域中單元電路的種類多。例如，各種傳感器電路、電源電路、放大電路、音響電路、視頻電路，性能各異的振蕩、調(diào)制、解調(diào)等。（2）要求電路實現(xiàn)規(guī)定的功能，更要達到規(guī)定的指標。模擬電路一般要求工作在線性狀態(tài)，因此電路的工作點選擇、工作點的穩(wěn)定，運行范圍的線性程度，單元之間的耦合等都很重要。（3）系統(tǒng)的輸入單元與信號源之間的匹配、系統(tǒng)的輸出單元與負載（執(zhí)行機構）之間匹配。模擬系統(tǒng)的輸入單元要考慮輸入阻抗匹配，提高信噪比，抑制各種干擾和噪聲。輸出單元與負載的匹配，且輸出最大功率和提高效率等。（4）調(diào)試電路的難度。一般來說模擬系統(tǒng)的調(diào)試難度要大于數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)試難度，特別是對于高頻系統(tǒng)或高精度的微弱信號系統(tǒng)難度更大。這類系統(tǒng)中的元器件布置、連線、接地、供電、去耦等對性能指標影響很大。要想完成模擬系統(tǒng)的設計，除了設計正確外，設計人員具備細致的工作作風和豐富的實際工作經(jīng)驗顯得非常重要。（5）人工設計在模擬系統(tǒng)設計中仍起著重要的作用。當前電子系統(tǒng)設計工作的自動化發(fā)展很快，但主要在數(shù)字領域，而模擬系統(tǒng)的自動化設計進展比較緩慢。2.模擬系統(tǒng)設計步驟總體方案設計：對系統(tǒng)功能、性能、體積、成本等多方面作權衡比較，確定方案。有分立器件、功能級集成電路、系統(tǒng)級集成電路，直至ASIC電路，它們都可能適用系統(tǒng)設計。劃分功能塊，設計總框圖：根據(jù)系統(tǒng)功能、總體指標，按信號流向劃分功能塊。應考慮指標分配、裝配連接合理性等因素。功能電路設計：根據(jù)各功能電路的功能和指標，完成功能電路的設計。設計功能電路時應首選集成電路，計算該集成電路外部電路的參數(shù)。例如，擴音系統(tǒng)的設計?？蓜澐殖汕爸梅糯笃?、音調(diào)控制放大器和功率放大器。前置放大器完成對輸入信號的匹配，頻率特性均衡；音調(diào)控制放大器完成音調(diào)的調(diào)節(jié)；功率放大器完成功率輸出。在功能塊設計時，應將擴音系統(tǒng)總增益分配到各單元增益設計中。例如，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前向通道設計。通常劃分為輸入放大器、濾波器、取樣／保持電路、多路模擬開關、A／D轉換器等，每個功能塊是根據(jù)每個單元完成一個特定功能劃分。在采集系統(tǒng)的前向通道設計中，要把總誤差合理地分配到各功能塊。系統(tǒng)原理圖設計：系統(tǒng)原理圖的設計需要解決兩個方面的問題，單元電路之間的耦合和整體電路的配合。設計印刷電路板布線圖，考慮測試方案，設置測試點：由于模擬系統(tǒng)的特殊性，元件布置和印刷電路板布線顯得更為重要。例如，有用輸入信號很小，小到微伏級，且各單元電路大都處于線性工作狀態(tài)，對干擾的影響極為敏感。最終設計的模擬系統(tǒng)能否達到預期要求，要經(jīng)過調(diào)試和測量才能得出。模擬系統(tǒng)設計與數(shù)字系統(tǒng)設計有很大差別：①模擬系統(tǒng)自動化設計工具少，器件種類多，實際因素影響大，其人工設計成分比數(shù)字系統(tǒng)大的多，對設計者的知識面和經(jīng)驗要求高。②由于客觀環(huán)境的影響，模擬電路、特別是小信號、高精度電路以及高頻、高速電路的實現(xiàn)遠不可能單由理論設計解決。它們與實際環(huán)境、元器件性能、電路結構等有著密切關系。因此在設計模擬系統(tǒng)時，不單單是設計電路，還要選用正確的元器件，設計實現(xiàn)電路結構，如印刷板設計，才能達到設計要求。3.基本單元模擬電路（1）放大器集成運算放大器、數(shù)據(jù)放大器、可編程數(shù)據(jù)放大器、隔離放大器等（2）濾波器有源濾波器、無源濾波器、高通濾波器、低通濾波器、LC濾波器、螺旋濾波器、聲表面波濾波器等（3）接口電路A/D轉換器、D/A轉換器、采樣保持電路、傳感器電路、穩(wěn)壓電源等（4）電源電路模擬線性穩(wěn)壓電源、數(shù)控穩(wěn)壓電源、數(shù)控穩(wěn)流電源、開關穩(wěn)壓電源等（5）波形發(fā)生與變換電路波形發(fā)生電路：正弦波振蕩電路、非正弦波振蕩電路、石英晶體振蕩電路波形變換電路：正弦波變方波、方波變?nèi)遣?、三角波變方波、三角波變正弦波、三角波變鋸齒波等4.模擬系統(tǒng)設計舉例（1）設計任務設計一個輸出電壓可調(diào)的數(shù)控直流電壓源，數(shù)碼管顯示輸出值。具體要求如下：①輸出電壓2～20V之間，調(diào)節(jié)單位為0.1V；②電壓穩(wěn)定度（△VO/V）小于0.2％，紋波電壓小于10mV；③輸出電流1A；④輸出電壓值由數(shù)碼管顯示，設置“＋”、“—”鍵分別控制輸出電壓步進增減；⑤電源應具有輸出短路保護和功率器件的過熱保護功能。（2）方案論證方案一：根據(jù)任務要求，要求實現(xiàn)輸出電壓的數(shù)字控制和數(shù)字顯示，考慮利用數(shù)模轉換器（DAC）和邏輯電路控制常用的線性穩(wěn)壓電源。整流濾波電路調(diào)整管保護電路顯示單元誤差放大邏輯控制DAC輸出邏輯控制部分若采用中小規(guī)模器件實現(xiàn)，繁瑣而且對可靠性及抗干擾能力會帶來一些影響。邏輯控制電路可以采用單片機，便于系統(tǒng)的功能擴展。方案二：DAC可以很方便地實現(xiàn)程控電源的基本功能，DAC輸入的數(shù)字量可以由撥盤開關設定或用單片機控制?？杉庸β史糯箅娐?，滿足系統(tǒng)要求。方案二的輸出部分不再用傳統(tǒng)的調(diào)整管。由于功放輸出的波形與DAC輸出波形相同，因此該系統(tǒng)可以很容易地實現(xiàn)具有功率輸出的信號發(fā)生器。顯示單元功率放大數(shù)字量控制DAC輸出方案三：設計任務中提出的輸出電壓、電流值不大，輸出電壓可調(diào)范圍不寬，因此直接選用集成三端穩(wěn)壓器，這類芯片內(nèi)部都有過流和過熱的保護電路。例如W117，額定電流可達1.5A，輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍為1.2～37V，內(nèi)部有過熱和過流保護電路。所以采用這種芯片為主體組成所要求的系統(tǒng)比較合理。六、微機系統(tǒng)設計1.微機系統(tǒng)組成

以微機系統(tǒng)為核心，以人機通道、前向通道、后向通道和相互通道為橋梁，完成對被控對象的測控任務。微機主要是由CPU、ROM和RAM等部分組成，是微機的主要組成部分。微型計算機接口接口其他微機系統(tǒng)外部設備外部設備接口相互通道人機通道后向通道前向通道人機通道一側的外部設備包括打印機、顯示器、鍵盤以及軟、硬盤等。右側信號形式有模擬量、數(shù)字量、開關量和脈沖量，這四種形式的信號有輸入信號也有輸出信號。由模擬量傳感器、數(shù)字量傳感器、開關量傳感器和脈沖量傳感器以及相應的接口組成輸入通道，也稱為前向通道。輸出通道產(chǎn)生相應的控制量：模擬量輸出、數(shù)字量輸出、開關量輸出和脈沖量輸出，輸出通道也被稱為后向通道。在較大規(guī)模的測控系統(tǒng)中，各微型計算機之間實現(xiàn)相互之間的通信與控制，其通道接口被稱為相互通道。2003年簡易智能電動車（E題）設計任務：設計并制作一個簡單智能電動車，在涂有5cm寬黑色邊線、2cm寬黑色引導線的白紙鋪成的跑道上行駛。跑道示意圖：設計要求：設計并制作一個簡單智能電動車，在涂有5cm寬黑色邊線、2cm寬黑色引導線的白紙鋪成的跑道上行駛。1、基本要求（40分）

（1）車從起跑線出發(fā)（車體不超起跑線），沿引導線到達B點。在“直道區(qū)”鋪設的白紙下沿引導線埋有1~3塊寬度為15cm、長度不等的薄鐵片。檢測到薄鐵片時需立即發(fā)出聲光指示信息，并實時存儲、顯示在“直道區(qū)”檢測到的薄鐵片數(shù)目。（15分）（2）車到達B點以后進入“彎道區(qū)”，沿圓弧線到C點（也可脫離圓弧線到達C點）。C點下埋有邊長為15cm的正方形薄鐵片，要求電動車到達C點檢測到薄鐵片后在C點處停車5秒，停車期間發(fā)出斷續(xù)的聲光信息。（17分）（3）車在光源的引導下，通過障礙區(qū)進入停車區(qū)并到達車庫。車必須在兩個障礙物之間通過且不得與其接觸。（8分）（4）電動車完成上述任務后應立即停車，全程行駛時間不能大于90秒，行駛時間達到90秒時必須立即自動停車。2、發(fā)揮部分(10分)（1）電動車在“直道區(qū)”行駛過程中，存儲并顯示每個薄鐵片（中心線）至起跑線間的距離。（2）電動車進入停車區(qū)域后，能進一步準確駛入車庫中，要求電動車的車身完全進入車庫。（3）停車后，能準確顯示電動車全程行駛時間。（4）其它。設計方案論證：單片機選擇：89C51為控制核心，價格低、使用簡單、運算速度低、功能單一、如擴展功能需外擴芯片。SPCE061A為控制核心，資源豐富、指令周期短、工作速度快、功耗低、電壓低、可編程語音處理，在線下載。電機驅動模塊：步進電機，精確調(diào)速、控制較復雜、價格不菲。數(shù)字電位器調(diào)整電動機控制電壓，達到調(diào)速目的，價格貴。用大功率管構成PWM和H型電機電路，速度快、正反向控制方便。路面黑線探索模塊：采用一組探測頭對路面信息進行控制。車速及路程計算模塊：采用斷續(xù)式光電開關，在車輪上均勻分布遮光條，車輪轉動產(chǎn)生脈沖。躲避障礙物模塊：采用超聲波測距