电子系统设计教程

　　内容简介目录《电子系统设计教程》一书是电子电路实验课教材，适用于本科电类专业。学习本教材，要求读者已学过《模拟电子电路》、《数字电路》、《电子电路实验技术基础》等前期课程。本教材是在总结了多年本科电子电路实验教学改革经验的基础上编写的。它无论是内容，还是教学指导思想，都比以前的电子电路实验教材有了较大的变化。在编写这本教材主要基于以下的指导思想。1.以电路设计为主导，深化电子电路理论知识，培养实验能力电子电路（包括模拟电路和数字电路）的教学必须以分析为基础，以设计为主导，只有通过电路设计才能真正掌握电子电路这门技术，这是关于电子电路教学的一个共识。电子电路理论的价值，主要体现在它能够解决生产实际中的需要。各种实际的需要必须通过电路设计来满足，换言之，在电子电路领域，技术人员面对的主要是电路设计问题，电路的分析只是设计工作的一部分。所以，电子电路理论的深化和实验能力的培养必须以电路设计为主导，这是贯穿本教材的基本指导思想。在这一思想的指导下，本教材给出的所有实验均为设计性实验。2.加强对电子电路技术性的认识刚从基础课阶段进入技术基础课阶段学习的同学，在学习电子电路课的时候，容易产生一种偏向，就是只偏重对已有电路的数学分析，忽视了对电路功能、特点、元件作用和电路指标、用途等基本概念的掌握，而这些基本概念却是电路设计时首先要用到的。这些基本概念的欠缺，必然导致在电路设计时面对实际问题无从选择适宜的电路，并且在电路指标未达到要求时，也不知应该调整哪些器件。针对这种情况，在编写这本教材时，注意讲述如何从实际需要归纳为技术要求，根据技术要求选用合理的电路结构，再根据电路结构特点拟订设计步骤。通过较多的例子，体现运用电子电路理论解决技术问题的思路和方法，加强学生对电子电路理论的技术性的认识。指导学生复习，加深他们对基本概念的理解，并通过实验中的设计任务来检验他们对电路理论的掌握程度。3.加强对电子电路工程性的认识电子电路的工程性也是这门理论的基本特点。为了使电路设计具有可操作性（工程性），在设计过程中往往对‘些模拟和计算公式进行了简化，有时还必须作出某些假设，一些参数的取值不是依照公式而是根据经验，这些都重复体现了电子电路理论的工程性特点。在电子电路的理论教学中，比较强调理论的系统性和严密性，较少涉及电子电路的工程性特点，学生对这一特点往往认识不足，尤其是模拟电路。这一特点只有通过电路设计才能体会到其意义。本教材在介绍电路的设计方法时对工程性问题都有详4.以小系统电路设计为主，注重电路的完整性电子电路的理论教学基本是以单元电路的分析为主，尽管电子电路实验技术基础是以设计性实验为主，但是，这种设计也都是单元电路。当然，单元电路的分析、设计和实验，对于掌握电子电路理论是十分必要的。然而，在实际的电子设备中，只含一个单元电路的情况是不多见的，大多是含有多个单元电路构成的系统。所以，电路设计者面对的大多是一个系统而不是一个单元电路。考虑到这一点，为了使学生的学习内容更接近生产实际要求，在《电子电路实验技术基础》已经介绍了单元电路设计的基础上，本教材中讲述的主要是系统设计方法、实验，也都是构成小系统的电路。5.注重生产和市场对电子电路设计的要求电子电路设计的目的是为了满足生产和市场的需要，所以在进行电路设计时，必须考虑生产和市场对设计的要求和影响。目前，电子电路器件飞速发展，设计手段也在不断更新，电子电路设计的方法和观念也必须与之适应。所以，电路设计所要考虑的不仅仅是电路本身的问题，还要综合考虑众多因素。本教材也给出了在设计中如何考虑生产和市场需要方面的指导。6.实验能力的培养，要求实验内容必须有一定的难度和数量实验能力（或称为动手能力）是一种综合能力，这种能力必须在一定难度的前提下，通过一定数量的实验才能逐步形成，仅靠书本学习是无法形成实验能力的。因此，在培养学生实验能力的过程中，必须为学生提供通过发现问题和解决问题的机会。多年的电子电路实验教学实践证明，只有使实验任务具有一定的难度和数量，才能提供这种机会。实验难度偏低将造成在同一层次上的无效重复，实验次数偏少将锻炼的机会减少。本教材中的实验，无论是设计还是调测，都具有一定的难度，同时还将实验任务分为必做和选做两部分，以适应学生的不同情况。7，注重基本科技素质的培养研制出符合要求的电子电路，不但需要有扎实的电子电路理论知识和实验能力，还要求设计者具备良好的科技素质。科技素质体现在理论知识的掌握能力、发现问题的观察力、应用所学知识的综合分析能力、提出解决问题方案的想象力、细致严谨的实验作风和科技写作能力等方面。本教材在这些方面均有明确的要求和指导。8.便于自学为了便于读者自学，本教材给出了较多的例子，通过例子尽可能地反映出设计思路、说明设计特点和方法。同时，尽量给出设计流程，以便学生从整体上把握设计的各个环节，尽量将设计规则、方法条理化，以便他们在电路设计时有所依据。希望读者认真体会这本教材的编写指导思想，自觉把握学习的方向。在这里，编者要特别提醒读者注意以下几点。1.实验能力的培养不同于某些书本知识的学习在学习某些知识时，只要理解了就可以认为掌握了。而在电子电路实验中，知道应该怎样做是一回事，能否做到则是另一回事。实验能力要靠平时大量和艰苦的训练才能形成，考试前的突击对某些课程或许有用，而对实验能力的提高则作用甚微。2.实验能力只有经过发现问题和解决问题的亲身经历，才能逐步形成一些同学在实验中缺乏独立完成实验的信心和自觉性，遇到问题不经过自己的努力，就立即请求他人的帮助。这样的做法实际上是主动放弃了锻炼的机会。可以说，得到的帮助越多，失去的锻炼机会也越多，尽管实验任务完成了，但是，锻炼自己的动手能力的任务却未完成。，3.应当注重科技素质的全面提高一些同学在学习这门课程时，注意力只集中在如何完成电路指标要求上，忽视了对自己科技素质的全面培养。例如，不认真拟订实验方案，电路图的绘制不规范，实验时求成心切，只重视结果不重视过程，实验操作不细致，遇到问题缺乏信心，记录实验数据不认真，实验报告潦草缺少分析等等。这些问题都将给目前的学习和将来的工作带来不良影响，一个科技综合素质有缺陷的人在科学领域是难以有所作为的。编者2005年1月于解放军信息工程大学 第1章电子系统设计导论1.1电子系统概述 1.2电子系统的设计1.2.1电子系统设计的一般方法1.2.2电子系统设计的一般步骤1.2.3设计文档的作用1.2.4传统手工设计步骤1.2.5电子系统设计的EDA方法1.2.6电子系统设计的三要素：人才、工具、厍1.3各种电子系统设计步骤综述1.3.1数字系统设计步骤1.3.2模拟系统设计步骤1.3.3以微机（单片机）为核心的电子系统的设计步骤1.4电子系统设计选题举例1.4.1简易数控直流电.源1.4.2频率特性测试仪习题与思考题第2章模拟电路子系统的设计2.1模拟电路设计的特点2.2模拟系统设计简介2.3模拟电路设计的一般原则和步骤2.4常用单元电路2.4.1运算放大器及其应用2.4.2D／A转换器及其应用2.4.3A／D转换器及其应用2.5模拟电路设计举例习题与思考题第3章数字电路子系统的设计3.1数字系统概述3.1.1数字系统的定义3.1.2数字系统设计的特点3.1.3数字系统设计的步骤3.1.4数字系统设计的方法3.1.5抗干扰措施3.2采用可编程逻辑器件的数字系统设计3.2.1采用可编程逻辑器件的数字系统设计方法3.2.2组合逻辑电路的设计3.2.3时序逻辑电路的设计3.2.4测试向量的编写3.2.5数字系统设计习题与思考题第4章微处理器子系统的设计4.1微处理器应用系统概述4.1.1微处理器应用系统的组成4.1.2微处理器应用系统的基本设计思想4.1.3微处理器应用系统的开发过程4.2SPCE061A单片机4.2.1SPCE061A单片机简介4.2.2SPCE061A单片机的硬件结构4.2.3SPCE061A单片机的指令系统4.2.4SPCE061A单片机的程序设计4.2.5SPCE061A单片机的中断系统4.2.6SPCE061A单片机的应用举例4.3实用系统设计方法4.3.1熟悉对象4.3.2确定系统的I／0点数和通道4.3.3选择单片机4.3.4确定存储器4.3.5选择I／0接口电路4.3.6进行系统设计4.3.7设计实验板并进行原理验证4.3.8利用开发系统检测调试实验电路4.3.9确定系统方案及设计系统结构4.4典型系统设计举例4.4.1电梯控制的基本要求4.4.2输入输出点数安排4.4.3单片机选择4.4.4选用存储器4.4.5输入输出接口选择4.4.6系统结构的设计习题与思考题第5章电子系统设计中的工程问题5.1概述5.2电子系统的抗干扰设计5.2.1电磁干扰与电磁兼容问题5.2.2干扰的类型5.2.3干扰传播的途径5.2.4抗干扰设计方法5.3电子设备热设计5.3.1功率器件的散热5.3.2整机的散热5.4可靠性设计5.5电路的可测试性设计5.6印制电路板的设计与装配5.6.1PCB的设计5.6.2PCB的装配与焊接5.7电子系统的调试5.7.1通电调试之前的检查5.7.2调试的一般顺序与步骤5.7.3做好调试纪录5.7.4模拟电路的调试5.7.5数字电路系统的调试5.7.6微处理器电路系统的调试5.8电子设备设计文件习题与思考题第6章电子系统设计举例6.1水温控制系统的设计6.1.1设计任务与要求6.1.2总体论证6.1.3系统设计6.1.4硬件开发6.1.5软件开发6.1.6连机调试6.1.7指标测试及软件固化6.1.8系统改进措施与功能扩展6.2交通信号灯控制器的设计6.2.1交通信号灯控制器的功能描述6.2.2交通信号灯控制器的设计6.2.3采用电路原理图／ABEL-H1）L描述的交通信号灯控制器的设计6.2.4仿真与测试第7章电子设计选题+选题1低频功率放大器选题2数字控制直流稳压电源选题3函数信号发生器选题4交通信号控制器选题5简易电子乐器选题6智力竞赛抢答器选题7数字频率计选题8多功能数字钟选题9温度控制器选题10大屏幕显示器选题11运动小车选题12无线调频话筒（BAl404）选题13声光控制开关选题14红外报警器第8章附录8.1系统设计课程要求8.1.1电子系统工程设计课程计划8.1.2电子系统设计日程表8.1.3考核与评价8.1.4电子系统工程设计答辩规则与评分标准8.2本教材涉及的元器件数据手册参考文献

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第1章电子系统设计导论
1.1电子系统概述
1.2电子系统的设计
1.2.1电子系统设计的一般方法
1.2.2电子系统设计的一般步骤
1.2.3设计文档的作用
1.2.4传统手工设计步骤
1.2.5电子系统设计的EDA方法
1.2.6电子系统设计的三要素——人才、工具、厍
1.3各种电子系统设计步骤综述
1.3.1数字系统设计步骤
1.3.2模拟系统设计步骤
1.3.3以微机(单片机)为核心的电子系统的设计步骤
1.4电子系统设计选题举例
1.4.1简易数控直流电.源
1.4.2频率特性测试仪
习题与思考题
第2章模拟电路子系统的设计
2.1模拟电路设计的特点
2.2模拟系统设计简介
2.3模拟电路设计的一般原则和步骤
2.4常用单元电路
2.4.1运算放大器及其应用
2.4.2D／A转换器及其应用
2.4.3A／D转换器及其应用
2.5模拟电路设计举例
习题与思考题
第3章数字电路子系统的设计
3.1数字系统概述
3.1.1数字系统的定义
3.1.2数字系统设计的特点
3.1.3数字系统设计的步骤
3.1.4数字系统设计的方法
3.1.5抗干扰措施
3.2采用可编程逻辑器件的数字系统设计
3.2.1采用可编程逻辑器件的数字系统设计方法
3.2.2组合逻辑电路的设计
3.2.3时序逻辑电路的设计
3.2.4测试向量的编写
3.2.5数字系统设计
习题与思考题
第4章微处理器子系统的设计
4.1微处理器应用系统概述
4.1.1微处理器应用系统的组成
4.1.2微处理器应用系统的基本设计思想
4.1.3微处理器应用系统的开发过程
4.2SPCE061A单片机
4.2.1SPCE061A单片机简介
4.2.2SPCE061A单片机的硬件结构
4.2.3SPCE061A单片机的指令系统
4.2.4SPCE061A单片机的程序设计
4.2.5SPCE061A单片机的中断系统
4.2.6SPCE061A单片机的应用举例
4.3实用系统设计方法
4.3.1熟悉对象
4.3.2确定系统的I／0点数和通道
4.3.3选择单片机
4.3.4确定存储器
4.3.5选择I／0接口电路
4.3.6进行系统设计
4.3.7设计实验板并进行原理验证
4.3.8利用开发系统检测调试实验电路
4.3.9确定系统方案及设计系统结构
4.4典型系统设计举例
4.4.1电梯控制的基本要求
4.4.2输入输出点数安排
4.4.3单片机选择
4.4.4选用存储器
4.4.5输入输出接口选择
4.4.6系统结构的设计
习题与思考题
第5章电子系统设计中的工程问题
5.1概述
5.2电子系统的抗干扰设计
5.2.1电磁干扰与电磁兼容问题
5.2.2干扰的类型
5.2.3干扰传播的途径
5.2.4抗干扰设计方法
5.3电子设备热设计
5.3.1功率器件的散热
5.3.2整机的散热
5.4可靠性设计
5.5电路的可测试性设计
5.6印制电路板的设计与装配
5.6.1PCB的设计
5.6.2PCB的装配与焊接
5.7电子系统的调试
5.7.1通电调试之前的检查
5.7.2调试的一般顺序与步骤
5.7.3做好调试纪录
5.7.4模拟电路的调试
5.7.5数字电路系统的调试
5.7.6微处理器电路系统的调试
5.8电子设备设计文件
习题与思考题
第6章电子系统设计举例
6.1水温控制系统的设计
6.1.1设计任务与要求
6.1.2总体论证
6.1.3系统设计
6.1.4硬件开发
6.1.5软件开发
6.1.6连机调试
6.1.7指标测试及软件固化
6.1.8系统改进措施与功能扩展
6.2交通信号灯控制器的设计
6.2.1交通信号灯控制器的功能描述
6.2.2交通信号灯控制器的设计
6.2.3采用电路原理图／ABEL-H1)L描述的交通信号灯控制器的设计
6.2.4仿真与测试
第7章电子设计选题+
选题1低频功率放大器
选题2数字控制直流稳压电源
选题3函数信号发生器
选题4交通信号控制器
选题5简易电子乐器
选题6智力竞赛抢答器
选题7数字频率计
选题8多功能数字钟
选题9温度控制器
选题10大屏幕显示器
选题11运动小车
选题12无线调频话筒(BAl404)
选题13声光控制开关
选题14红外报警器
第8章附录
8.1系统设计课程要求
8.1.1电子系统工程设计课程计划
8.1.2电子系统设计日程表
8.1.3考核与评价
8.1.4电子系统工程设计答辩规则与评分标准
8.2本教材涉及的元器件数据手册
参考文献