電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

前言

　　加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)、提高實(shí)際能力培養(yǎng)已是教育工作者的共識(shí)，并越來越多地引起人們的重視。高等教育的不斷深化，科學(xué)技術(shù)日新月異的進(jìn)步，對(duì)高等教育提出了新的要求，為了適應(yīng)這一發(fā)展的需要，培養(yǎng)合格的社會(huì)主義建設(shè)人才，我們編寫了《電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐》一書，其目的在于為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初學(xué)讀者提供最基本的基礎(chǔ)知識(shí)，為推動(dòng)“加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)、提高實(shí)際能力培養(yǎng)”的教學(xué)要求做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)?！　∩鐣?huì)主義建設(shè)的合格人才，不僅要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識(shí)，還應(yīng)該具有很強(qiáng)的實(shí)際工作能力?？梢钥隙?，目前各個(gè)高等院校在理論教學(xué)上下了很大的功夫，取得了可喜的成績(jī)，但在實(shí)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(diǎn)或者缺陷。很多大學(xué)生畢業(yè)后，不會(huì)把所學(xué)的理論知識(shí)與具體應(yīng)用相結(jié)合，還停留在初級(jí)的理論理解階段，甚至對(duì)理論的理解還存在著很多死角，思維還不夠開闊，不能適應(yīng)現(xiàn)代高科技工作的需要。這一現(xiàn)象嚴(yán)重地影響著大學(xué)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(jìng)賽的學(xué)生。原因在于，參加過電子競(jìng)賽的學(xué)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(guó)大學(xué)生電子競(jìng)賽，培養(yǎng)了一批比較好的學(xué)生，受到了用人單位的好評(píng)，也為我們?cè)谶@方面的探索增強(qiáng)了信心和勇氣。沿著這一方向，我們從1999年增設(shè)了一門“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程，在一定程度上，提高了大學(xué)生理論結(jié)合實(shí)際的設(shè)計(jì)能力。應(yīng)該清醒地看到，我們的工作，距離我們理想的目標(biāo)還有很大的差距，這主要有四個(gè)方面的因素，其一是現(xiàn)在的大學(xué)生，他們是在應(yīng)試教育模式下成長(zhǎng)起來的，還很不適應(yīng)素質(zhì)教育的新模式；其二是他們?cè)趯W(xué)完大學(xué)階段的基礎(chǔ)理論之后，正面臨著考研問題，由于社會(huì)大氣候的影響，有相當(dāng)一部分學(xué)生。選擇了考研的唯一路線，甚至放棄大學(xué)三年級(jí)時(shí)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(yīng)的教材未能跟上，這一點(diǎn)通過我們的努力可以解決；最后一個(gè)因素是教學(xué)設(shè)備問題，要全面提高學(xué)生的實(shí)踐能力，只靠有限的實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要的，要考慮“無圍墻”實(shí)驗(yàn)室?！　∏皟蓚€(gè)因素涉及的范圍很寬，與社會(huì)環(huán)境密切相關(guān)，我們只能通過呼吁方式，動(dòng)員社會(huì)力量一道逐步解決問題。對(duì)于上述的最后一個(gè)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(xué)習(xí)機(jī)，向“無圍墻”實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)堅(jiān)實(shí)地邁進(jìn)了一大步，并取得了教學(xué)管理和教學(xué)實(shí)施方面的寶貴經(jīng)驗(yàn)。我們編寫這本書就是基于上述的第三個(gè)原因。

內(nèi)容概要

　　《電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐》共分9章，分別是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、傳感器及其應(yīng)用、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的數(shù)值處理方法、PID控制技術(shù)、電子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信、現(xiàn)場(chǎng)可編程應(yīng)用技術(shù)、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例、電子系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)和電子系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中硬件的選擇。

書籍目錄

1 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)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(shè)計(jì)的新特點(diǎn)1.2 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)1.2.1 目的與要求1.2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的教學(xué)過程1.3 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法與步驟1.3.1 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本方法1.3.2 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般步驟1.4 電子系統(tǒng)的安裝與調(diào)試1.4.1 電子系統(tǒng)的安裝1.4.2 電子系統(tǒng)的調(diào)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(shù)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(xiàn)2 傳感器及其應(yīng)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(hào)的特點(diǎn)2.2 傳感器電子電路2.2.1 傳感器電子電路的設(shè)計(jì)號(hào)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(yīng)用實(shí)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(xiàn)3 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的數(shù)值處理方法3.1 非線性補(bǔ)償技術(shù)3.1.1 非線性函數(shù)補(bǔ)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(biāo)度變換3.3.1 標(biāo)度變換原理3.3.2 線性信號(hào)的標(biāo)度變換3.3.3 非線性信號(hào)的標(biāo)度變換3.4 數(shù)字濾波技術(shù)3.4.1 濾波器的原理與分類3.4.2 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法3.4.3 IIR與FIR濾波器的比較3.4.4 常用的簡(jiǎn)單數(shù)字濾波器主要參考文獻(xiàn)4 PID控制技術(shù)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(jìn)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(shè)計(jì)4.5.1 位置式PID算法程序設(shè)計(jì)4.5.2 增量式PID算法程序設(shè)計(jì)主要參考文獻(xiàn)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(yīng)用5.1.1 RS-232C總線接口標(biāo)準(zhǔn)及電氣特性5.1.2 RS-232C電子轉(zhuǎn)換芯片介紹5.1.3 RS-232C接口的主要缺點(diǎn)5.1.4 RS-422A/485總線接口標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用5.1.5 PC機(jī)與單片機(jī)的串行通信5.2 并行接口及數(shù)據(jù)傳輸5.2.1 PC機(jī)并行打印機(jī)接口各信號(hào)作用5.2.2 EPP模式的端口寄存器5.2.3 PC機(jī)與單片機(jī)的并行數(shù)據(jù)傳輸5.3 USB接口簡(jiǎn)介5.3.1 USB接口的背景5.3.2 適用對(duì)象和目標(biāo)5.3.3 設(shè)計(jì)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(jiǎn)介5.3.7 USB總線接口控制器芯片CH375應(yīng)用舉例主要參考文獻(xiàn)6 現(xiàn)場(chǎng)可編程應(yīng)用技術(shù)6.1 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA6.1.1 概述6.1.2 FPGA器件的基本結(jié)構(gòu)6.1.3 FPGA器件的配置6.1.4 FPGA器件設(shè)計(jì)流程6.1.5 圖形輸入文件6.2 現(xiàn)場(chǎng)模擬可編程技術(shù)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(xiàn)7 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例7.1 簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)7.1.1 總體方案設(shè)計(jì)與論證7.1.2 模塊電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算7.1.3 系統(tǒng)電路的實(shí)現(xiàn)7.1.4 誤差分析7.1.5 軟件設(shè)計(jì)7.1.6 系統(tǒng)調(diào)試與指標(biāo)測(cè)試7.2 數(shù)字式工頻有效值多用表7.2.1 總體方案設(shè)計(jì)與論證7.2.2 模塊電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算7.2.3 軟件設(shè)計(jì)及流程7.2.4 系統(tǒng)調(diào)試與指標(biāo)測(cè)試7.3 簡(jiǎn)易數(shù)字式存儲(chǔ)示波器7.3.1 總體方案設(shè)計(jì)與論證7.3.2 模塊電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)7.3.3 軟件設(shè)計(jì)7.3.4 系統(tǒng)調(diào)試與指標(biāo)測(cè)試7.3.5 系統(tǒng)性能分析7.4 簡(jiǎn)易邏輯分析儀7.4.1 總體方案設(shè)計(jì)與論證7.4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.4.3 軟件設(shè)計(jì)7.4.4 系統(tǒng)調(diào)試與指標(biāo)測(cè)試7.5 低頻數(shù)字式相位測(cè)量?jī)x7 5.1 總體方案設(shè)計(jì)與論證7 5.2 理論分析與具體電路實(shí)現(xiàn)7 5.3 軟件設(shè)計(jì)與流程圖7 5.4 系統(tǒng)調(diào)試與指標(biāo)測(cè)試7 5.5 結(jié)果與誤差分析7.6 液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置7.6.1 總體方案設(shè)計(jì)與論證7.6.2 理論分析與計(jì)算7.6.3 系統(tǒng)測(cè)試及數(shù)據(jù)7.6.4 數(shù)據(jù)分析和處理7.6.5 設(shè)計(jì)完成情況8 電子系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)8.1 開環(huán)系統(tǒng)調(diào)試方法8.2.1 電子秒表的調(diào)試8.1.2 單級(jí)放大器模塊電路的調(diào)試8.1.3 反相比例放大器8.2 閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)試方法8.2.1 3個(gè)反相器構(gòu)成的多諧振蕩器的調(diào)試8.2.2 集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的三角波發(fā)生器的調(diào)試8.3 單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試方法8.3.1 簡(jiǎn)單單片機(jī)程序調(diào)試8.3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)驗(yàn)證8.3.3 單片機(jī)P1口的測(cè)試8.3.4 調(diào)試軟件延時(shí)程序8.3.5 單片機(jī)串口的測(cè)試8.3.6 調(diào)試A/D轉(zhuǎn)換模塊電路8.3.7 調(diào)試D/A轉(zhuǎn)換模塊電路8.3.8 單片機(jī)擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的測(cè)試8.3.9 調(diào)試中斷服務(wù)程序9 電子系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中硬件的選擇9.1 處理器選擇9.1.1 單片機(jī)9.1.2 嵌入式處理器9.1.3 數(shù)字信號(hào)處理器9.1.4 現(xiàn)場(chǎng)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(shè)計(jì)的造價(jià)考量附錄A 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)思考題及答案附錄B 單片機(jī)基本概念檢測(cè)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(rèn)真、細(xì)致的調(diào)試，才能獲得滿意的性能。調(diào)試是對(duì)安裝好的電路進(jìn)行檢測(cè)，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(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀等。1調(diào)試方法　?。?）模塊調(diào)試在比較復(fù)雜的電子系統(tǒng)中，整機(jī)電路通?？煞譃槿舾蓚€(gè)功能模塊，相對(duì)獨(dú)立地完成某一特定的電氣功能。所以，一般調(diào)試中應(yīng)按功能劃分對(duì)各模塊分別進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試時(shí)最好按信號(hào)流向逐塊進(jìn)行，逐步擴(kuò)大調(diào)試范圍，最后完成總體調(diào)試?！　∧K調(diào)試可以縮小問題出現(xiàn)的范圍，便于解決。模塊調(diào)試對(duì)新設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)較為適用。　?。?）整體調(diào)試　　將整個(gè)電路組裝完畢后，實(shí)施總調(diào)。該方法只適用于已定型的，設(shè)計(jì)方法較成熟的電路，或需要相互配合，難以進(jìn)行模塊調(diào)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(jī)控制系統(tǒng)等三部分，由于它們對(duì)輸入信號(hào)的要求各不相同，故一般不要直接連調(diào)和總調(diào)，而應(yīng)先分三部分分別進(jìn)行調(diào)試后，再進(jìn)行整機(jī)調(diào)試。　　2.常用調(diào)試儀器　?。?）萬用表萬用表是電子電路調(diào)試中必不可少的儀器。它可以測(cè)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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