復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

前言

　　綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)踐訓(xùn)練已成為高等工程教育體系中不可或缺的課程之一，它與傳統(tǒng)模式下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)最大的不同之處在于：傳統(tǒng)模式下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般給出實(shí)驗(yàn)原理（或電原理）、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟及方法，以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，缺乏對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)。近年來(lái)由于電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念、方法及環(huán)境都有了重大的變化。尤其是設(shè)計(jì)環(huán)境的變化、微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展及EDA技術(shù)的引入，使現(xiàn)代電子產(chǎn)品的復(fù)雜性大大上升。當(dāng)代電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與環(huán)境所發(fā)生的巨大變化，是對(duì)高等院校理工科電子科學(xué)與技術(shù)及信息與通信類專業(yè)大學(xué)生的一個(gè)強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)。但目前的現(xiàn)狀是，電子科學(xué)與技術(shù)及信息與通信類專業(yè)大學(xué)生在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用上獲得的訓(xùn)練遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于傳統(tǒng)模式下的驗(yàn)證性生實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練和指導(dǎo)，滿足不了現(xiàn)代社會(huì)在工業(yè)應(yīng)用及科研實(shí)踐活動(dòng)中對(duì)綜合型應(yīng)用人才的需求。基于列這種狀況的反思，武漢大學(xué)電子信息學(xué)院從1996年開(kāi)始設(shè)置了“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”的實(shí)驗(yàn)課程，并編寫(xiě)了相應(yīng)的講義。經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐取得了較好的效果，2001年獲湖北省高等學(xué)校省級(jí)教學(xué)成果三等獎(jiǎng)，2005年獲湖北省高等學(xué)校省級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。2007年武漢大學(xué)國(guó)家電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的建立為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革注入了新的動(dòng)力，為了進(jìn)一步深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，滿足高校電子科學(xué)與技術(shù)及信息與通信類專業(yè)培養(yǎng)具有綜合電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力與創(chuàng)新素質(zhì)人才的需要，在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)與吸收各方面意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，我們組織編寫(xiě)了《復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐》這本書(shū)?！　”緯?shū)是依據(jù)高等院校電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)大綱的基本要求，并結(jié)合作者多年教學(xué)與科研的經(jīng)驗(yàn)而編寫(xiě)的。本書(shū)以普通高等院校電子科學(xué)與技術(shù)及信息與通信類本科三、四年級(jí)學(xué)生為主要對(duì)象，以具有較大難度的基于微處理器和大規(guī)?？删幊唐骷臏y(cè)控和通信系統(tǒng)及具有嚴(yán)格技術(shù)指標(biāo)的集成化功能產(chǎn)品為設(shè)計(jì)目標(biāo)，旨在通過(guò)提供系統(tǒng)的綜合性、設(shè)汁型的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，來(lái)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)能力。本書(shū)在正式出版前，曾作為校內(nèi)選修課和電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽前培訓(xùn)的內(nèi)部教材，使用過(guò)程中得到了學(xué)生的肯定和好評(píng)?！　”緯?shū)共19章，主要內(nèi)容大體分為三個(gè)部分：第一部分（第1章～第8章）為微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，主要介紹基于MCS-51／52單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，內(nèi)容涉及數(shù)字信號(hào)源、數(shù)字頻率計(jì)、數(shù)據(jù)采集與回放、數(shù)據(jù)傳輸、控制策略與算法研究及簡(jiǎn)單測(cè)試儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等；第二部分（第9章～第15章）為EDA應(yīng)用——FPGA／CPID電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐，在簡(jiǎn)單介紹FPGA／CPID的設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上，通過(guò)若干設(shè)計(jì)實(shí)例討論了基于FPGA的外設(shè)控制電路、協(xié)議轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字信號(hào)處理電路及其他復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；第三部分（第16章～第19章）為復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，內(nèi)容涉及基于NiosII處理器、DSP處理器和ARM處理器的應(yīng)用電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法及其他細(xì)節(jié)。對(duì)于電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所涉及的工程實(shí)現(xiàn)方面的有關(guān)問(wèn)題，如抗干擾及電磁兼容、熱特性、可測(cè)性、可靠性及信號(hào)完整性等，也進(jìn)行了討論。

內(nèi)容概要

本書(shū)以復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)為目標(biāo)，其內(nèi)容圍繞電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法來(lái)安排。全書(shū)共19章，第1章至第8章詳細(xì)介紹微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，第9章至第15章主要闡述EDA的典型應(yīng)用——FPGA/CPLD電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐，第16章至第18章重點(diǎn)分析若干復(fù)雜電子應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，第19章簡(jiǎn)要討論電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所涉及的工程實(shí)現(xiàn)方面的有關(guān)問(wèn)題。為方便教學(xué)，本書(shū)配有免費(fèi)電子教學(xué)課件。    本書(shū)取材廣泛，內(nèi)容上既有深度又有廣度，敘述由淺入深，理論、分析與設(shè)計(jì)相結(jié)合，前后連貫，系統(tǒng)性較強(qiáng)。為了體現(xiàn)本書(shū)的實(shí)踐性，書(shū)中對(duì)每一種典型電子系統(tǒng)都提供了設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)方法，同時(shí)在進(jìn)行各種電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)盡可能采用能反映近代電子技術(shù)發(fā)展的新器件、新技術(shù)，注重內(nèi)容的新穎性和實(shí)用性。    本書(shū)可作為高等院校電子科學(xué)與技術(shù)及信息與通信類專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生的教材及參考書(shū)，也可作為全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽前訓(xùn)練和大學(xué)生從事電子技術(shù)方面的課外科技創(chuàng)新等實(shí)踐環(huán)節(jié)的教材，還可作為工程設(shè)計(jì)人員的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

　 第1章  電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)論 第2章  簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐 第3章  時(shí)間(頻率)的數(shù)字化測(cè)量 第4章  數(shù)字信號(hào)源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第5章  數(shù)據(jù)采集與回放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第6章  數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第7章  控制策略與算法的研究 第8章  簡(jiǎn)單測(cè)試儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第9章  基于FPGA/CPLD的電路設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)介 第10章  基于FPGA的外設(shè)控制電路的設(shè)計(jì) 第11章  基于FPGA的協(xié)議轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 第12章  基于FPGA的FFT算法實(shí)現(xiàn) 第13章  基于FPGA的其他復(fù)雜電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第14章  基于FPGA的JPEG圖像壓縮 第15章  基于FPGA的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)-S形函數(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第16章  基于TMS320C55XX系列DSP的系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)第17章  嵌入式操作系統(tǒng) 第18章  數(shù)碼相機(jī)伴侶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第19章  電子系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)中的問(wèn)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1.2.3傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)步驟　　傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)包括審題、方案選擇與可行性論證、單元電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算，以及元器件選擇、組裝與調(diào)試、編寫(xiě)設(shè)計(jì)文檔與總結(jié)報(bào)告等步驟，具體過(guò)程為：（1）通過(guò)審題對(duì)給定任務(wù)或設(shè)計(jì)課題進(jìn)行具體分析，以明確所要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的功能、性能、技術(shù)指標(biāo)及要求。（2）把系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能分配給若干單元電路，并畫(huà)出一個(gè)能表示各單元功能的整機(jī)原理框圖，提出幾種不同的方案，對(duì)它們的可行性進(jìn)行論證，即從完成的功能的齊全程度、性能和技術(shù)指標(biāo)的高低程度、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)的先進(jìn)性及完成的進(jìn)度等方面進(jìn)行比較，最后選擇一個(gè)較好的方案。（3）對(duì)各個(gè)單元電路可能的組成形式進(jìn)行分析與比較，單元電路的形式一旦確定，就可以開(kāi)始選擇元器件，然后根據(jù)某種原則或依據(jù)先確定好單元電路中部分元件的參數(shù)，再去計(jì)算其余的元件參數(shù)和電路參數(shù)（如放大倍數(shù)、振蕩頻率等）。（4）將設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在面包板或印制電路板上進(jìn)行組裝，并用儀器進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)隨時(shí)修改，直到所要求的功能和性能指標(biāo)全部符合要求為止。（5）從設(shè)計(jì)的第一步開(kāi)始就要編寫(xiě)文檔。文檔的組織應(yīng)當(dāng)符合系統(tǒng)化、層次化和結(jié)構(gòu)化的要求?？偨Y(jié)報(bào)告是在組裝與調(diào)試結(jié)束之后開(kāi)始撰寫(xiě)的，是整個(gè)設(shè)計(jì)工作的總結(jié)?！　?.2.4電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的EDA方法　　隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法得到了不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新，基于EDA的方法成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主流?！　?.用EDA工具設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)的流程　　要用EDA工具設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，除了需要堅(jiān)實(shí)的電路與系統(tǒng)的理論知識(shí)外，還必須具備兩個(gè)條件：一是要會(huì)選擇和使用EDA工具；二是要清楚地知道用EDA工具設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)的流程。雖然不同公司的EDA軟件有不同的使用方法，但用這些EDA工具設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)的基本流程卻是一樣的，具有普遍意義。

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