綜合電子系統(tǒng)設計與實踐

前言

　　人類社會已步入信息時代，電子信息技術(shù)滲透到社會生活的各個方面，尤其是在國防領(lǐng)域，電子技術(shù)水平直接關(guān)系到武器裝備效能、國防實力和國家安全。因此，培養(yǎng)具有綜合電子系統(tǒng)設計能力與創(chuàng)新素質(zhì)的人才對國防戰(zhàn)線具有特別重要的意義?！　‰娮酉到y(tǒng)是信息技術(shù)的載體與基礎(chǔ)。學生在全面掌握理論知識的同時，還必須具備對電子電路與電子系統(tǒng)的設計能力?！　‰娮酉到y(tǒng)一般可分為數(shù)字系統(tǒng)、模擬系統(tǒng)和基于微控制器的智能化系統(tǒng)。實際工程項目往往是綜合性的電子系統(tǒng)，既有非電量轉(zhuǎn)換為電參量的傳感器和進行信號調(diào)理的模擬電路，又有模／數(shù)與數(shù)／模轉(zhuǎn)換器、邏輯電路和微控制器，還可能涉及控制算法和繼電器（可控硅）等強電執(zhí)行機構(gòu)?！　∽鳛榫C合實踐性教材，本書的先修課程包括模擬電子線路、數(shù)字電路、單片機原理等。因此，在內(nèi)容編排上，為避免與先修課程和教材重復，本教材就系統(tǒng)設計中涉及的重點問題展開討論，如常用傳感器及其應用，模擬信號發(fā)生、處理與變換電路，數(shù)字系統(tǒng)設計方法、硬件描述語言與可編程邏輯器件應用，SoC型MSP430單片機及軟件編程，常用控制算法與驅(qū)動電路等?！　”緯睦}和實驗課題貼近生活和工程實際，具有實用性和趣味性，便于調(diào)動學生學習和動手的積極性。實驗課題的難易程度循序漸進，并且每道題目在功能與指標上分為基本要求和提高要求，以便因材施教?！　∪珪卜?章。第1章介紹電子系統(tǒng)分類及特點、電子系統(tǒng)一般設計方法與步驟。第2章介紹傳感器種類及特性，以及常用溫度傳感器、壓力傳感器、霍爾傳感器、光電傳感器及其應用電路。第3章討論常用模擬信號產(chǎn)生、調(diào)理與變換電路，Multisim 10.0基本用法與典型應用，最后以調(diào)頻收音機作為模擬系統(tǒng)設計實例。第4章闡述了由算法設計、數(shù)據(jù)處理單元設計和控制單元設計構(gòu)成的數(shù)字系統(tǒng)設計方法，介紹了硬件描述語言VHDL和可編程邏輯器件，以及Quartus Ⅱ 8.0的基本用法，最后以交通管理器作為數(shù)字系統(tǒng)設計的實例。

內(nèi)容概要

　　《綜合電子系統(tǒng)設計與實踐》是為高等學校電子信息類專業(yè)編寫的一本綜合性電子設計的實踐類教材。以電子系統(tǒng)設計方法為主線，將模擬系統(tǒng)設計、數(shù)字系統(tǒng)設計、單片機應用系統(tǒng)設計，以及傳感器與控制等相關(guān)技術(shù)融為一體，培養(yǎng)學生綜合電子系統(tǒng)的設計能力，以適應電子信息時代對相關(guān)專業(yè)學生知識結(jié)構(gòu)與實踐能力的要求?！　　毒C合電子系統(tǒng)設計與實踐》從電子系統(tǒng)概念、分類及設計方法入手，討論了常用傳感器及其應用電路，模擬系統(tǒng)設計技術(shù)與Multisim設計工具，數(shù)字系統(tǒng)設計技術(shù)與VHDL、PLD、QuartusⅡ開發(fā)平臺，基于單片機的智能型電子系統(tǒng)設計技術(shù)與相關(guān)匯編語言、C語言和常用控制方法，以及可用于實驗課題的9個綜合電子系統(tǒng)設計實例?！　　毒C合電子系統(tǒng)設計與實踐》結(jié)構(gòu)新穎，內(nèi)容豐富，系統(tǒng)性強，注重理論與實踐相結(jié)合及選材的先進性，著力加強實踐性與工程性訓練，例題和實驗課題具有實用性和層次性。　　《綜合電子系統(tǒng)設計與實踐》除用于高等院校電子信息類各相關(guān)專業(yè)的教材外，還可作為大學生課外電子制作、電子設計競賽和相關(guān)工程技術(shù)人員的實用參考書與培訓教材。

書籍目錄

第1章 電子系統(tǒng)設計方法1.1 電子系統(tǒng)概述1.2 電子系統(tǒng)設計方法1.2.1 電子系統(tǒng)設計的一般方法1.2.2 電子系統(tǒng)設計的一般步驟1.2.3 EDA工具在電子系統(tǒng)設計中的作用1.3 典型電子系統(tǒng)舉例第2章 常用傳感器及其在電子系統(tǒng)中的應用2.1 傳感器概述2.1.1 傳感器及其種類2.1.2 傳感器的特性2.1.3 傳感器的激勵與調(diào)理2.1.4 傳感器的發(fā)展趨勢2.2 溫度傳感器2.2.1 常用溫度傳感器2.2.2 集成單片溫度傳感器2.2.3 溫度傳感器應用電路2.3 壓力傳感器2.3.1 壓力傳感器種類與原理2.3.2 壓力傳感器的選用2.3.3 壓力傳感器應用舉例2.4 霍爾傳感器2.4.1 線性霍爾電路2.4.2 開關(guān)型霍爾傳感器2.4.3 霍爾電路的應用2.5 光電傳感器2.5.1 常用光敏器件2.5.2 光電傳感器應用2.5.3 光電耦合器件及其應用習題與思考題第3章 模擬系統(tǒng)設計3.1 模擬信號產(chǎn)生電路3.1.1 LC正弦波振蕩電路3.1.2 單片函數(shù)發(fā)生器MAX038及其應用電路3.1.3 鎖相頻率合成電路3.1.4 DDS信號發(fā)生器及其典型器件應用3.2 模擬信號的常用處理電路3.2.1 集成運算放大器及其典型參數(shù)3.2.2 集成運算放大器的應用3.2.3 儀表放大器及其典型應用3.2.4 濾波器及其設計3.3 模擬信號變換電路3.3.1 電壓比較器及其應用3.3.2 電壓/頻率與頻率/電壓變換器及其應用3.3.3 電壓/電流變換器和電流/電壓變換器3.4 電路仿真在模擬系統(tǒng)設計中的應用3.4.1 常用仿真工具介紹3.4.2 Multisim的功能與基本用法3.4.3 典型電路分析舉例3.5 模擬系統(tǒng)設計舉例3.5.1 相關(guān)基礎(chǔ)知識3.5.2 單片式調(diào)頻收音機的制作習題與思考題第4章 數(shù)字系統(tǒng)設計4.1 數(shù)字系統(tǒng)設計方法4.1.1 算法流程圖與算法設計4.1.2 數(shù)據(jù)處理單元設計4.1.3 ASM圖與控制單元設計4.2 硬件描述語言及其應用4.2.1 VHDL基本結(jié)構(gòu)4.2.2 數(shù)據(jù)對象、類型及運算符4.2.3 順序語句4.2.4 并行語句4.2.5 子程序4.2.6 程序包與設計庫4.2.7 典型單元電路的VHDL描述4.3 高密度可編程邏輯器件4.3.1 可編程邏輯器件的基本原理4.3.2 復雜可編程邏輯器件（CPLD）4.3.3 現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）4.3.4 CPLD/FPGA編程技術(shù)4.3.5 常用可編程邏輯器件及其開發(fā)工具4.3.6 CPLD/FPGA設計工具QuartusⅡ4.4 數(shù)字系統(tǒng)設計實例4.4.1 系統(tǒng)設計4.4.2 功能描述4.4.3 邏輯綜合與仿真習題與思考題第5章 以單片機為核心的智能型電子系統(tǒng)設計5.1 概述5.1.1 單片機與嵌入式系統(tǒng)5.1.2 51單片機簡介5.2 MSP430單片機的硬件組成5.2.1 MSP430單片機概述5.2.2 MSP430單片機的核心部件5.2.3 MSP430單片機的端口5.2.4 MSP430單片機的定時器TA5.2.5 MSP430單片機的液晶驅(qū)動5.2.6 MSP430單片機的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC5.3 MSP430單片機的指令系統(tǒng)與程序設計5.3.1 尋址模式5.3.2 指令格式5.3.3 匯編語言程序設計5.3.4 C語言程序設計基礎(chǔ)5.3.5 MSP430單片機開發(fā)環(huán)境5.4 MSP430單片機應用系統(tǒng)擴展設計5.4.1 單片機最小系統(tǒng)5.4.2 鍵盤設計5.4.3 顯示系統(tǒng)設計5.4.4 測量接口電路5.4.5 常用驅(qū)動電路接口5.5 基于單片機的控制方法5.5.1 概述5.5.2 脈寬調(diào)制控制方法5.5.3 PID控制方法5.5.4 模糊控制方法5.6 單片機應用系統(tǒng)設計舉例5.6.1 系統(tǒng)設計5.6.2 系統(tǒng)時鐘5.6.3 走時時鐘的調(diào)整5.6.4 打鈴控制時間的設定5.6.5 打鈴輸出控制習題與思考題第6章 綜合電子系統(tǒng)設計實例6.1 數(shù)字溫度計6.1.1 設計任務和要求6.1.2 方案設計及論證6.1.3 設計實現(xiàn)6.1.4 系統(tǒng)調(diào)試6.2 水溫控制系統(tǒng)6.2.1 設計任務和要求6.2.2 參考設計方案6.2.3 主要硬件電路設計6.2.4 系統(tǒng)控制算法及軟件設計6.2.5 進一步的設計6.3 信號發(fā)生器6.3.1 設計任務和要求6.3.2 參考設計方案6.3.3 進一步的設計6.4 寬帶放大器6.4.1 設計任務和要求6.4.2 參考設計方案6.4.3 理論分析與參數(shù)計算6.4.4 主要模塊的電路設計6.4.5 抗干擾措施6.4.6 軟件設計及流程圖6.4.7 進一步的設計6.5 車輛自動檢測器6.5.1 功能與指標6.5.2 系統(tǒng)設計6.5.3 硬件電路設計6.5.4 測頻方案及其原理6.5.5 軟件流程6.5.6 進一步的設計6.6 數(shù)字存儲示波器6.6.1 功能與指標6.6.2 系統(tǒng)設計6.6.3 硬件電路設計6.6.4 軟件流程6.6.5 進一步的設計6.7 簡易邏輯分析儀6.7.1 功能與指標6.7.2 系統(tǒng)設計6.7.3 硬件電路設計6.7.4 軟件設計6.7.5 進一步的設計6.8 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源6.8.1 任務及要求6.8.2 功能與指標分析6.8.3 方案分析與系統(tǒng)設計6.8.4 硬件電路設計6.8.5 軟件設計6.9 韋根傳感器篩選器6.9.1 功能與指標分析6.9.2 方案分析與系統(tǒng)設計6.9.3 硬件電路設計6.9.4 軟件設計附錄 電子設計網(wǎng)站參考文獻

章節(jié)摘錄

　?、郾M可能縮短高頻元器件之間的連線，設法減小分布參數(shù)和相互之間的電磁干擾。易受其干擾的元器件不能離干擾源太近，輸入與輸出元器件都應該遠離高頻元器件?！　、苤亓看笥?5g的電子元器件如果僅靠電路板上的導線焊盤固定是不可靠的。應該使用支架或卡子等專門固定這些較重的元器件。否則容易使電路板變形，更可能導致連接線斷裂，影響電路板的預期功能。　?、輰τ诎l(fā)熱量大的元器件應該使用散熱器或靠近通風口的地方安裝。如果器件的發(fā)熱得不到妥善處理，將嚴重影響元器件的性能，而最終影響整個系統(tǒng)的性能。　　設計出了正確和可靠的電路板之后，還要考慮電路板對其他設備的影響，要盡可能將影響降低到最小，即電磁兼容性能要好。一般要注意下列事項：　　根據(jù)具體情況設置屏蔽線、屏蔽罩或屏蔽盒，減少電磁輻射?！　‰娫淳€、地線要粗，以減少反射?！　≡谟∷㈦娐钒迳蠜]有走線的地方，盡量敷上大量的銅并連接到地?！　〕鲜霾襟E外，電子系統(tǒng)設計還包括機械結(jié)構(gòu)設計和整機組裝與聯(lián)調(diào)。前者的目的是使系統(tǒng)各部分能組成一個整體，保證系統(tǒng)能穩(wěn)定、可靠的工作，需要考慮散熱、電磁兼容等問題。后者是在各模塊功能調(diào)試完成后，對系統(tǒng)整體的功能與性能進行調(diào)整和測試?！　∪绻O計片上系統(tǒng)SoC（System on Chip），即設計一個集成電路來實現(xiàn)整個電子系統(tǒng)，就無需PCB設計及后續(xù)其他設計，而改為物理級設計，即集成電路版圖設計?！　”緯鴮⒅饕槍ο到y(tǒng)設計、功能設計和電路設計等環(huán)節(jié)展開討論，其他設計環(huán)節(jié)可以參閱相關(guān)書籍和資料。　　1.2.3 EDA工具在電子系統(tǒng)設計中的作用　　復雜電子系統(tǒng)的設計，涉及面廣，設計工作量大，完全依靠手工設計，不僅設計周期長，而且易出錯、性能難以優(yōu)化提高。因此，現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計過程中，非常注重電子設計自動化EDA（Electronic Design Automation）工具的應用。　　1.EDA技術(shù)的發(fā)展狀況　　電子設計自動化是一個廣泛的概念，凡在電子設計過程中用到計算機輔助手段的相關(guān)步驟都可作為EDA的組成部分。當前，EDA技術(shù)正受到高度的重視和廣泛的應用，并在深度和廣度上不斷發(fā)展。電子系統(tǒng)的設計已經(jīng)無法脫離EDA工具的支持，并且依賴性越來越強。　　電子設計的歷史可以追溯到19世紀。但直到20世紀50年代，電子設計一直都完全采用手工方法。因此，當時的設計效率和設計水平較低。

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