電子設(shè)計與實踐

前言

　　本書是一本理論性和實踐性都很強的課程設(shè)計教材。“電子設(shè)計與實踐”是在學(xué)生掌握電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的電路基本理論和實驗基礎(chǔ)上開設(shè)的一門綜合性、設(shè)計性課程，其目的在于將理論與實際有機地聯(lián)系起來，鞏固所學(xué)的理論知識，加強學(xué)生實踐基本技能的綜合訓(xùn)練。本書從提高學(xué)生動手操作能力和工程設(shè)計能力的角度出發(fā)，使學(xué)生經(jīng)歷現(xiàn)代電子產(chǎn)品開發(fā)的全過程，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。　　全書共分7章。第1章介紹電子元器件的選擇，裝配工具及焊接工藝，以及印制電路板的設(shè)計與制作。第2章介紹電子電路設(shè)計的基本方法，電子電路組裝與調(diào)試，干擾與抑制技術(shù)，電路故障與診斷，常見技術(shù)指標(biāo)與測試，“電子設(shè)計”報告及電子設(shè)計所需參考資料的選取。第3章介紹單級晶體管放大電路，差分放大電路，積分運算電路，有源濾波器設(shè)計，直流穩(wěn)壓電源，信號產(chǎn)生電路，多功能數(shù)字鐘，傳感器及其應(yīng)用電路，電機功率驅(qū)動電路的設(shè)計與實踐。第4章介紹MCS-51系列單片機的結(jié)構(gòu)和指令，單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與軟硬件開發(fā)系統(tǒng)，單片機設(shè)計及應(yīng)用實例，如MCS-51最小應(yīng)用系統(tǒng)、計數(shù)器、定時器，以及簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計等。第5章介紹基于可編程邏輯器件的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計。第6章介紹Protel 2004電路設(shè)計與PCB設(shè)計的基礎(chǔ)知識。第7章介紹Multisim 9的基本操作以及Multisim 9的電路仿真分析?！　”緯浴氨ＷC基礎(chǔ)，體現(xiàn)先進，聯(lián)系實際，引導(dǎo)創(chuàng)新”為指導(dǎo)思想，緊緊圍繞實際電路的設(shè)計和應(yīng)用為主線，以傳統(tǒng)電子設(shè)計方法為基礎(chǔ)，引入新器件、新方法、新工具，引入單片機及可編程技術(shù)基礎(chǔ)，引入EDA技術(shù)，融入應(yīng)用工具軟件，教輔相結(jié)合；具有內(nèi)容先進、適應(yīng)教學(xué)、實踐性強、啟發(fā)創(chuàng)新等特色；既是高校電工、電子類專業(yè)本、?？茖W(xué)生課程設(shè)計的必備教材，亦可供從事電子設(shè)計工作的工程技術(shù)人員參考?！　”緯蓜⑾紨M訂編寫大綱和目錄，具體編寫分工如下：劉霞編寫第4章、第6章和第7章，侯傳教編寫第2章和第5章，孟濤編寫第3章，劉霞、楊智敏和侯傳教共同編寫第1章，任曉燕、魏青梅參與部分章節(jié)的編寫工作。全書由劉霞統(tǒng)稿。　　空軍工程大學(xué)電訊工程學(xué)院王忠江副教授、陜西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院張震強高級工程師對本書進行了審閱，提出了很多寶貴意見，并對本書的編寫工作給予了大力支持，在此表示衷心的感謝。

內(nèi)容概要

　　以實際電路的設(shè)計和應(yīng)用為主線，詳細闡述現(xiàn)代電子產(chǎn)品開發(fā)的全過程，目的在于提高讀者的動手操作能力和工程設(shè)計能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。全書共分7章，內(nèi)容包括：電子設(shè)計與裝調(diào)的技術(shù)基礎(chǔ)和基本方法，基本單元電路設(shè)計與實踐，單片機技術(shù)基礎(chǔ)及電路設(shè)計，基于可編程邏輯器件的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，Protel 2004電路設(shè)計，以及Multisim 9電路仿真。“電子設(shè)計與實踐”是一門理論性和實踐性都很強的課程?！　　峨娮釉O(shè)計與實踐》內(nèi)容新穎、適應(yīng)教學(xué)、實踐性強、啟發(fā)創(chuàng)新，是高校電工、電子類專業(yè)本、?？茖W(xué)生課程設(shè)計的必備教材，亦可供從事電子設(shè)計工作的工程技術(shù)人員和電子愛好者參考。

書籍目錄

第1章　電子設(shè)計與裝調(diào)技術(shù)基礎(chǔ)	（1）1.1　電子元器件的選擇	（1）1.1.1　電阻器	（1）1.1.2　電容器	（7）1.1.3　電感器	（10）1.1.4　開關(guān)及接插元件	（12）1.1.5　半導(dǎo)體分立器件	（13）1.1.6　集成電路	（15）1.1.7　傳感器	（18）1.1.8　繼電器	（19）1.1.9　表面貼裝元件	（20）1.2　裝配與焊接	（23）1.2.1　裝配工具	（23）1.2.2　焊接材料	（25）1.2.3　焊接工藝和方法	（26）1.3　印制電路板的設(shè)計與制作	（33）1.3.1　印制電路板的結(jié)構(gòu)布局設(shè)計	（33）1.3.2　印制電路板上的元器件布線原則	（35）1.3.3　印制導(dǎo)線和焊盤	（37）1.3.4　印制電路板設(shè)計	（38）1.3.5　印制電路板的制作	（39）1.3.6　印制電路板的檢驗	（42）第2章　電子設(shè)計與裝調(diào)基本方法	（44）2.1　概述	（44）2.1.1　電子系統(tǒng)與電路設(shè)計	（44）2.1.2　電路設(shè)計原則	（45）2.1.3　設(shè)計電路時應(yīng)注意的事項	（45）2.1.4　電子設(shè)計與裝調(diào)的主要內(nèi)容與要求	（46）2.2　電子電路設(shè)計的基本方法	（46）2.2.1　電子電路設(shè)計的一般流程	（46）2.2.2　設(shè)計任務(wù)的提出	（47）2.2.3　總體方案的選擇	（48）2.2.4　硬件單元電路的設(shè)計與選擇	（49）2.2.5　硬件電路中元器件參數(shù)計算與選擇	（51）2.2.6　硬件單元電路的計算機仿真	（53）2.2.7　軟件設(shè)計與調(diào)試	（53）2.2.8　畫出總體電路草圖	（53）2.2.9　總體電路實驗	（54）2.2.10　繪制正式的總體電路圖	（55）2.2.11　結(jié)構(gòu)設(shè)計	（55）2.2.12　設(shè)計文件	（55）2.3　電子電路組裝與調(diào)試	（55）2.3.1　電路組裝與調(diào)試概述	（55）2.3.2　元器件的預(yù)處理	（56）2.3.3　電路板布局	（57）2.3.4　電路的焊接	（58）2.3.5　電路調(diào)試準(zhǔn)備	（59）2.3.6　電路靜態(tài)調(diào)試	（59）2.3.7　電路動態(tài)調(diào)試	（59）2.4　干擾與抑制技術(shù)	（59）2.4.1　干擾的產(chǎn)生及傳播	（60）2.4.2　干擾的抑制	（60）2.5　故障與診斷	（63）2.5.1　電子電路故障產(chǎn)生的原因	（63）2.5.2　常見的電子電路故障現(xiàn)象及其原因	（63）2.5.3　電子電路故障診斷與排除	（64）2.6　常見技術(shù)指標(biāo)與測試	（67）2.6.1　電子電路基本參數(shù)測量	（67）2.6.2　電壓波形參數(shù)測量	（69）2.6.3　放大器基本性能指標(biāo)的測量	（71）2.6.4　高頻電子系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)及測試	（75）2.7　電子設(shè)計報告及電子設(shè)計所需參考資料的選取	（77）2.7.1　電子設(shè)計報告的要求	（77）2.7.2　電子設(shè)計報告的格式	（78）2.7.3　電子設(shè)計所需參考資料的選取	（78）第3章　基本單元電路設(shè)計與實踐	（80）3.1　單級晶體管放大電路	（80）3.1.1　設(shè)計任務(wù)與要求	（80）3.1.2　電路基本原理	（81）3.1.3　設(shè)計指導(dǎo)	（81）3.1.4　實驗與調(diào)試	（83）3.2　差分放大電路	（84）3.2.1　設(shè)計任務(wù)與要求	（84）3.2.2　電路基本原理與設(shè)計指導(dǎo)	（84）3.2.3　實驗與調(diào)試	（86）3.3　積分運算電路	（87）3.3.1　設(shè)計任務(wù)與要求	（87）3.3.2　電路基本原理	（88）3.3.3　設(shè)計過程指導(dǎo)	（88）3.3.4　實驗與調(diào)試	（90）3.4　有源濾波器設(shè)計	（90）3.4.1　設(shè)計任務(wù)與要求	（91）3.4.2　電路原理與設(shè)計指導(dǎo)	（91）3.4.3　實驗與調(diào)試	（94）3.5　直流穩(wěn)壓電源	（95）3.5.1　設(shè)計任務(wù)和要求	（95）3.5.2　直流穩(wěn)壓電源的工作原理及技術(shù)指標(biāo)要求	（95）3.5.3　設(shè)計過程指導(dǎo)	（96）3.5.4　實驗與調(diào)試	（98）3.5.5　任務(wù)知識拓展	（99）3.6　信號產(chǎn)生電路	（101）3.6.1　設(shè)計任務(wù)和要求	（101）3.6.2　電路基本原理	（101）3.6.3　設(shè)計過程指導(dǎo)	（102）3.6.4　實驗與調(diào)試	（107）3.7　多功能數(shù)字鐘	（107）3.7.1　設(shè)計任務(wù)與要求	（107）3.7.2　電路原理	（108）3.7.3　調(diào)試要點	（110）3.8　傳感器及其應(yīng)用電路	（110）3.8.1　溫度傳感器及其應(yīng)用	（111）3.8.2　速度傳感器及其應(yīng)用	（113）3.8.3　金屬傳感器	（115）3.8.4　超聲波傳感器	（116）3.9　電機功率驅(qū)動電路	（119）3.9.1　直流電機驅(qū)動接口電路	（119）3.9.2　步進電機及其驅(qū)動電路	（123）第4章　單片機技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用	（126）4.1　單片機微處理器概述	（126）4.1.1　單片機的發(fā)展	（126）4.1.2　單片機的特點及應(yīng)用	（127）4.1.3　常用單片機的類型	（128）4.2　MCS-51系列單片機的結(jié)構(gòu)	（129）4.2.1　內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖	（129）4.2.2　8051引腳功能	（130）4.2.3　存儲器配置	（132）4.2.4　CPU時序及時鐘電路	（136）4.2.5　復(fù)位電路	（137）4.2.6　地址譯碼	（138）4.3　MCS-51的指令集	（141）4.4　單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)	（144）4.4.1　應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計	（145）4.4.2　單片機軟硬件開發(fā)系統(tǒng)	（147）4.5　單片機應(yīng)用與實踐	（149）4.5.1　MCS-51最小應(yīng)用系統(tǒng)	（149）4.5.2　輸入/輸出端口的應(yīng)用	（150）4.5.3　計數(shù)器	（152）4.5.4　定時器	（154）4.5.5　外部中斷	（155）4.5.6　鍵盤顯示器的應(yīng)用	（157）4.5.7　簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計	（160）第5章　基于可編程邏輯器件的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計	（170）5.1　PLD概述	（170）5.1.1　EDA技術(shù)及發(fā)展	（170）5.1.2　基于PLD的電子系統(tǒng)設(shè)計方法	（171）5.1.3　數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方式	（172）5.2　可編程邏輯器件簡介	（173）5.2.1　CPLD/FPGA基本概念	（173）5.2.2　CPLD/FPGA的基本結(jié)構(gòu)	（173）5.2.3　Altera的ACEX1K30簡介	（175）5.3　PLD開發(fā)軟件QuartusⅡ的使用	（180）5.3.1　QuartusⅡ概述	（180）5.3.2　基于QuartusⅡ的原理圖設(shè)計方法	（181）5.3.3　編譯	（185）5.3.4　定時分析	（185）5.3.5　電路模擬仿真	（186）5.3.6　引腳鎖定和編程下載	（187）5.3.7　基于QuartusⅡ的VHDL設(shè)計方法	（189）5.4　VHDL基礎(chǔ)	（190）5.4.1　VHDL概述	（190）5.4.2　VHDL語言的基本結(jié)構(gòu)	（190）5.4.3　VHDL語言元素	（192）5.4.4　VHDL基本描述語句	（193）5.5　CPLD/FPGA設(shè)計實踐	（193）5.5.1　基本電路設(shè)計	（194）5.5.2　數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計	（197）第6章　Protel 2004電路設(shè)計	（207）6.1　Protel 2004的基礎(chǔ)知識	（207）6.1.1　Protel 概述	（207）6.1.2　Protel 2004的系統(tǒng)組成	（207）6.1.3　Protel 2004常用的編輯器	（208）6.1.4　Protel 2004的基本界面	（208）6.2　用Protel 2004繪制電路原理圖	（214）6.2.1　進入原理圖編輯器	（215）6.2.2　設(shè)置原理圖編輯器的參數(shù)	（217）6.2.3　繪制電路原理圖	（219）6.2.4　繪制原理圖符號	（225）6.2.5　建立層次式原理圖	（225）6.3　原理圖的后處理	（227）6.3.1　原理圖的編譯	（227）6.3.2　生成各種報表	（229）6.4　PCB的基本知識	（230）6.4.1　印制電路板的分類	（230）6.4.2　PCB的元件封裝	（231）6.4.3　銅膜導(dǎo)線	（231）6.4.4　設(shè)計PCB的流程	（231）6.5　用Protel 2004設(shè)計印制電路板	（232）6.5.1　準(zhǔn)備原理圖和SPICE netlist	（233）6.5.2　進入PCB編輯器	（233）6.5.3　設(shè)置PCB編輯器的參數(shù)	（234）6.5.4　繪制PCB圖	（236）6.5.5　PCB的加工	（244）第7章　Multisim 9電路仿真	（250）7.1　概述	（250）7.2　Multisim 9基本界面	（251）7.2.1　主窗口界面	（251）7.2.2　菜單欄	（252）7.2.3　標(biāo)準(zhǔn)工具欄	（255）7.2.4　元件工具欄	（255）7.2.5　虛擬儀表欄	（256）7.2.6　設(shè)計工具箱	（257）7.2.7　活動電路標(biāo)簽	（257）7.2.8　狀態(tài)欄	（257）7.2.9　電路窗口	（257）7.2.10　電子數(shù)據(jù)表	（257）7.3　Multisim 9的基本操作	（259）7.3.1　創(chuàng)建電路圖	（260）7.3.2　添加文本	（271）7.3.3　添加儀表	（274）7.4　Multisim 9電路的仿真分析	（275）7.4.1　基本分析方法	（275）7.4.2　電路仿真與分析	（276）參考文獻	（283）

章節(jié)摘錄

　　第1章　電子設(shè)計與裝調(diào)技術(shù)基礎(chǔ)　　1.1　電子元器件的選擇　　任何電子電路都是由電子元器件組成。電子元器件一般分為有源元器件和無源元器件兩大類。有源元器件是指器件工作時，其輸出不僅依靠輸入信號，還要依靠電源，即它在電路中起到能量轉(zhuǎn)換的作用。例如，晶體管、集成電路等就是最常用的有源元器件。無源元器件一般又可以分為耗能元件、儲能元件和結(jié)構(gòu)元件三種。電阻器是典型的耗能元件；儲存電能的電容器和儲存磁能的電感器屬于儲能元件；接插件和開關(guān)等屬于結(jié)構(gòu)元件。這些元器件各有特點，在電路中起著不同的作用。通常，稱有源元器件為“器件”，稱無源元器件為“元件”?！　榱四苷_地選擇和使用這些元器件，必須了解它們的結(jié)構(gòu)與主要性能參數(shù)?！　?.1.1　電阻器　　物質(zhì)對電流通過的阻礙作用稱為電阻（resistance）。利用這種阻礙作用做成的元件稱為電阻器（resistor），簡稱電阻。電阻是電子產(chǎn)品中使用最多的基本元件，一般約占到元件總數(shù)的30％以上，其質(zhì)量的好壞對電路工作的穩(wěn)定性有極大影響。電阻主要用于穩(wěn)定、調(diào)節(jié)、控制電壓或電流的大小，在電路中起到限流、降壓、偏置、取樣、調(diào)節(jié)時問常數(shù)、抑制寄生振蕩等作用。

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