電子系統(tǒng)設計與實踐

前言

　　加強實踐教學環(huán)節(jié)、提高實際能力培養(yǎng)已是教育工作者的共識，并越來越多地引起人們的重視。高等教育的不斷深化，科學技術日新月異的進步，對高等教育提出了新的要求，為了適應這一發(fā)展的需要，培養(yǎng)合格的社會主義建設人才，我們編寫了《電子系統(tǒng)設計與實踐》一書，其目的在于為電子系統(tǒng)設計的初學讀者提供最基本的基礎知識，為推動“加強實踐教學環(huán)節(jié)、提高實際能力培養(yǎng)”的教學要求做出一點貢獻?！　∩鐣髁x建設的合格人才，不僅要有扎實的理論基礎知識，還應該具有很強的實際工作能力?？梢钥隙ǎ壳案鱾€高等院校在理論教學上下了很大的功夫，取得了可喜的成績，但在實際工作能力的培養(yǎng)方面還存在著不足之處，甚至還有空白點或者缺陷。很多大學生畢業(yè)后，不會把所學的理論知識與具體應用相結合，還停留在初級的理論理解階段，甚至對理論的理解還存在著很多死角，思維還不夠開闊，不能適應現(xiàn)代高科技工作的需要。這一現(xiàn)象嚴重地影響著大學生的就業(yè)和事業(yè)的定位！近幾年來我們看到很多用人單位，很歡迎參加過電子競賽的學生。原因在于，參加過電子競賽的學生比較適合于用人單位的工作要求。我校從1994年開始參加全國大學生電子競賽，培養(yǎng)了一批比較好的學生，受到了用人單位的好評，也為我們在這方面的探索增強了信心和勇氣。沿著這一方向，我們從1999年增設了一門“電子系統(tǒng)設計與實踐”課程，在一定程度上，提高了大學生理論結合實際的設計能力。應該清醒地看到，我們的工作，距離我們理想的目標還有很大的差距，這主要有四個方面的因素，其一是現(xiàn)在的大學生，他們是在應試教育模式下成長起來的，還很不適應素質教育的新模式；其二是他們在學完大學階段的基礎理論之后，正面臨著考研問題，由于社會大氣候的影響，有相當一部分學生。選擇了考研的唯一路線，甚至放棄大學三年級時的其他所有課程，采取了背水一戰(zhàn)、破釜沉舟的姿態(tài)；其三是相應的教材未能跟上，這一點通過我們的努力可以解決；最后一個因素是教學設備問題，要全面提高學生的實踐能力，只靠有限的實驗室的設備是遠遠不能滿足需要的，要考慮“無圍墻”實驗室。　　前兩個因素涉及的范圍很寬，與社會環(huán)境密切相關，我們只能通過呼吁方式，動員社會力量一道逐步解決問題。對于上述的最后一個因素，我們已經(jīng)做了很多工作，自主研制出了多功能電子學習機，向“無圍墻”實驗室的目標堅實地邁進了一大步，并取得了教學管理和教學實施方面的寶貴經(jīng)驗。我們編寫這本書就是基于上述的第三個原因。

內容概要

　　《電子系統(tǒng)設計與實踐》共分9章，分別是電子系統(tǒng)設計基礎、傳感器及其應用、電子系統(tǒng)設計中常用的數(shù)值處理方法、PID控制技術、電子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信、現(xiàn)場可編程應用技術、電子系統(tǒng)設計實例、電子系統(tǒng)調試技術和電子系統(tǒng)電路設計中硬件的選擇。

書籍目錄

1 電子系統(tǒng)設計基礎1.1 電子系統(tǒng)概論1.1.1 電子系統(tǒng)1.1.2 現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計的新特點1.2 電子系統(tǒng)設計教學環(huán)節(jié)1.2.1 目的與要求1.2.2 系統(tǒng)設計的教學過程1.3 電子系統(tǒng)設計的一般方法與步驟1.3.1 電子系統(tǒng)設計基本方法1.3.2 電子系統(tǒng)設計一般步驟1.4 電子系統(tǒng)的安裝與調試1.4.1 電子系統(tǒng)的安裝1.4.2 電子系統(tǒng)的調試1.5 電子系統(tǒng)的故障分析與排除1.5.1 常見故障的原因1.5.2 常見故障的診斷方法1.5.3 常見故障及其排除1.6 電子系統(tǒng)的抗干擾技術1.6.1 常見干擾源1.6.2 常見的抗干擾措施主要參考文獻2 傳感器及其應用2.1 傳感器概論2.1.1 傳感器的分類2.1.2 傳感器的基本性能參數(shù)2.1.3 傳感器輸出信號的特點2.2 傳感器電子電路2.2.1 傳感器電子電路的設計號求2.2.2 典型傳感器電子電路的組成2.3 常用傳感器及其應用實例2.3.1 溫度傳感器2.3.2 霍爾元件及霍爾傳感器2.3.3 光電傳感器2.3.4 壓阻式壓力傳感器2.3.5 超聲波傳感器主要參考文獻3 電子系統(tǒng)設計中常用的數(shù)值處理方法3.1 非線性補償技術3.1.1 非線性函數(shù)補償法3.1.2 線性插值法(多段折線逼近法)3.1.3 曲線擬合的最小二乘法(二次拋物線插值法)3.1.4 三次樣條函數(shù)插值法3.1.5 查表法3.2 數(shù)值積分與數(shù)值微分3.2.1 數(shù)值微分3.2.2 數(shù)值積分3.3 標度變換3.3.1 標度變換原理3.3.2 線性信號的標度變換3.3.3 非線性信號的標度變換3.4 數(shù)字濾波技術3.4.1 濾波器的原理與分類3.4.2 數(shù)字濾波器的設計方法3.4.3 IIR與FIR濾波器的比較3.4.4 常用的簡單數(shù)字濾波器主要參考文獻4 PID控制技術4.1 引言4.2 數(shù)字PID控制算法4.2.1 位置式PID控制算法4.2.2 增量式數(shù)字PID控制算法4.3 數(shù)字PID控制算法的改進4.3.1 積分分離PID控制算法4.3.2 遇限削弱積分PID控制算法4.3.3 不完全微分PID控制算法4.3.4 微分先行PID控制算法4.3.5 帶死區(qū)的PID控制4.4 PID控制器參數(shù)整定4.4.1 模擬PID控制器參數(shù)整定4.4.2 數(shù)字PID控制器的參數(shù)選擇和采樣周期選擇4.5 PID程序設計4.5.1 位置式PID算法程序設計4.5.2 增量式PID算法程序設計主要參考文獻5 電子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信5.1 RS-232C串行接口及應用5.1.1 RS-232C總線接口標準及電氣特性5.1.2 RS-232C電子轉換芯片介紹5.1.3 RS-232C接口的主要缺點5.1.4 RS-422A/485總線接口標準及其應用5.1.5 PC機與單片機的串行通信5.2 并行接口及數(shù)據(jù)傳輸5.2.1 PC機并行打印機接口各信號作用5.2.2 EPP模式的端口寄存器5.2.3 PC機與單片機的并行數(shù)據(jù)傳輸5.3 USB接口簡介5.3.1 USB接口的背景5.3.2 適用對象和目標5.3.3 設計原則5.3.4 USB性能5.3.5 USB2.05.3.6 USB總線接口控制器芯片CH375簡介5.3.7 USB總線接口控制器芯片CH375應用舉例主要參考文獻6 現(xiàn)場可編程應用技術6.1 現(xiàn)場可編程門陣列FPGA6.1.1 概述6.1.2 FPGA器件的基本結構6.1.3 FPGA器件的配置6.1.4 FPGA器件設計流程6.1.5 圖形輸入文件6.2 現(xiàn)場模擬可編程技術6.2.1 AN10E40芯片介紹6.2.2 AN10E40工作模式0使用方法舉例6.2.3 借助I2C EEPROM的工作模式0使用方法舉例6.2.4 AN10E40工作模式1使用方法舉例主要參考文獻7 電子系統(tǒng)設計實例7.1 簡易數(shù)字頻率計7.1.1 總體方案設計與論證7.1.2 模塊電路設計與參數(shù)計算7.1.3 系統(tǒng)電路的實現(xiàn)7.1.4 誤差分析7.1.5 軟件設計7.1.6 系統(tǒng)調試與指標測試7.2 數(shù)字式工頻有效值多用表7.2.1 總體方案設計與論證7.2.2 模塊電路設計與參數(shù)計算7.2.3 軟件設計及流程7.2.4 系統(tǒng)調試與指標測試7.3 簡易數(shù)字式存儲示波器7.3.1 總體方案設計與論證7.3.2 模塊電路設計與實現(xiàn)7.3.3 軟件設計7.3.4 系統(tǒng)調試與指標測試7.3.5 系統(tǒng)性能分析7.4 簡易邏輯分析儀7.4.1 總體方案設計與論證7.4.2 系統(tǒng)設計7.4.3 軟件設計7.4.4 系統(tǒng)調試與指標測試7.5 低頻數(shù)字式相位測量儀7 5.1 總體方案設計與論證7 5.2 理論分析與具體電路實現(xiàn)7 5.3 軟件設計與流程圖7 5.4 系統(tǒng)調試與指標測試7 5.5 結果與誤差分析7.6 液體點滴速度監(jiān)控裝置7.6.1 總體方案設計與論證7.6.2 理論分析與計算7.6.3 系統(tǒng)測試及數(shù)據(jù)7.6.4 數(shù)據(jù)分析和處理7.6.5 設計完成情況8 電子系統(tǒng)調試技術8.1 開環(huán)系統(tǒng)調試方法8.2.1 電子秒表的調試8.1.2 單級放大器模塊電路的調試8.1.3 反相比例放大器8.2 閉環(huán)系統(tǒng)調試方法8.2.1 3個反相器構成的多諧振蕩器的調試8.2.2 集成運算放大器構成的三角波發(fā)生器的調試8.3 單片機系統(tǒng)調試方法8.3.1 簡單單片機程序調試8.3.2 單片機最小系統(tǒng)驗證8.3.3 單片機P1口的測試8.3.4 調試軟件延時程序8.3.5 單片機串口的測試8.3.6 調試A/D轉換模塊電路8.3.7 調試D/A轉換模塊電路8.3.8 單片機擴展外部數(shù)據(jù)存儲器的測試8.3.9 調試中斷服務程序9 電子系統(tǒng)電路設計中硬件的選擇9.1 處理器選擇9.1.1 單片機9.1.2 嵌入式處理器9.1.3 數(shù)字信號處理器9.1.4 現(xiàn)場可編程器件9.2 接口電路選擇9.3 外圍元器件選擇9.4 系統(tǒng)設計的造價考量附錄A 電子系統(tǒng)設計思考題及答案附錄B 單片機基本概念檢測題

章節(jié)摘錄

　　電子系統(tǒng)在安裝完畢后，一般都需要經(jīng)過認真、細致的調試，才能獲得滿意的性能。調試是對安裝好的電路進行檢測，判斷系統(tǒng)性能的過程。常用的儀器儀表有萬用表、示波器、信號發(fā)生器、邏輯分析儀等。1調試方法　　（1）模塊調試在比較復雜的電子系統(tǒng)中，整機電路通?？煞譃槿舾蓚€功能模塊，相對獨立地完成某一特定的電氣功能。所以，一般調試中應按功能劃分對各模塊分別進行調試。調試時最好按信號流向逐塊進行，逐步擴大調試范圍，最后完成總體調試?！　∧K調試可以縮小問題出現(xiàn)的范圍，便于解決。模塊調試對新設計的電子系統(tǒng)較為適用。　?。?）整體調試　　將整個電路組裝完畢后，實施總調。該方法只適用于已定型的，設計方法較成熟的電路，或需要相互配合，難以進行模塊調試的系統(tǒng)?！　∧壳?，一般的電子系統(tǒng)往往都包含模擬電路、數(shù)字電路和微機控制系統(tǒng)等三部分，由于它們對輸入信號的要求各不相同，故一般不要直接連調和總調，而應先分三部分分別進行調試后，再進行整機調試。　　2.常用調試儀器　?。?）萬用表萬用表是電子電路調試中必不可少的儀器。它可以測量交／直流電壓或電流、電阻，判斷電容、二極管、晶體管的極性及管腳，判斷電路的通斷等?！　。?）示波器

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