电子系统设计0

主讲人：宋鸿梅办公室：E楼432电话：6504134-1Email：dzxtsj2012@163.com

密码：dzxtsj模拟电路、数字电路电路理论高频电路常用电子仪器操作使用和测试方法单片机、CPLD、FPGA等嵌入式系统基本知识计算机软件辅助电路设计方法电路CAD软件（Protel、OrCAD等）电路仿真软件（Multisim、Proteus等）嵌入式系统编程软件（KeilC51、QuartusII等）授课方式讲授和实践并行理论24学时，实验8学时，共2学分考核方式平时实验20分闭卷考试80分考勤要求严格按照学校规定教材《电子系统设计与实践》贾立新等编著清华大学出版参考书《电子系统设计》（第四版）何小艇主编浙江大学出版社出版《电子系统设计》李金平等编著电子工业出版社出版《电子系统设计》马建国主编高等教育出版社中华IC网 集成电路网站 电子技术信息网 电子技术网站 EEplace

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ASIC培训及开发系统电子系统概述电子系统类型1、模拟电子系统2、数字电子系统3、模数混合系统电子系统概述一、子系统基本类型模拟电子系统电子系统概述数字电子系统一、子系统基本类型电子系统概述单片机系统一、子系统基本类型电子系统概述DSP系统一、子系统基本类型电子系统概述嵌入式系统一、子系统基本类型电子系统概述二、典型的电子系统结构电子系统设计三、电子系统设计方法

自顶向下的设计方法自底向上的设计方法以自顶向下方法为主导，并结合使用自底向上的方法何谓顶？何谓底？底——最基本的元、器件，甚至是版图顶——系统的功能电子系统设计1、自上而下法的要领从顶层到底层从概括到展开从粗略到精细电子系统设计行为描述与设计结构描述与设计物理描述与设计2、一般设计步骤电子系统设计行为描述与设计结构描述与设计物理描述与设计2、一般设计步骤电子系统设计描述系统的各项功能、各个单元的输入输出关系、各种技术指标行为描述与设计电子系统设计行为描述与设计结构描述与设计物理描述与设计2、一般设计步骤电子系统设计描述各单元之间的互连关系或协议行为描述与设计电子系统设计行为描述与设计结构描述与设计物理描述与设计2、一般设计步骤电子系统设计实现结构的具体形式,技术,工艺行为描述与设计电子系统设计系统级子系统级部件级元件级行为级结构级物理级用户需求变为技术规范与功能描述实现给定规范与功能的子系统、部件或元件及其互联方式用一定的材料与工艺实现结构电子系统设计1、调查研究明确设计要求弄清设计方法了解设计关键四、设计步骤电子系统设计明确设计要求做什么？系统的功能、输入和输出做到何种程度？性能、技术指标电子系统设计弄清设计方法有那些可使用的设计方法？比较各种方法的：先进性、性价比、可行性、稳定性、可维护性电子系统设计了解设计关键决定指标的关键：难点、重点（工作量大）电子系统设计2、方案论证根据设计任务、指标要求分析系统应完成的功能，并将系统按功能分解成若干子系统，分清主次和相互的关系，形成若干单元功能模块组成的总体方案。对几个方案进行比较和论证，择优选取。选择的原则一般是“相对容易，相对巧妙，性价比高”。电子系统设计根据设计要求和已选定的总体方案原理框图，确定对各单元电路的设计要求，拟定主要单元电路的性能指标、与前后级之间的关系、分析电路的构成形式。应注意各单元电路之间的相互配合，注意各部分输入信号、输出信号和控制信号的关系。尽量选择现有的、成熟的电路来实现单元电路的功能。3、单元电路设计电子系统设计3、器件的选择选择元器件可从“需要什么”和“有什么”两个方面来考虑。所谓“需要什么”是指根据具体问题的要求所选择的方案需要什么样的元器件，即每个元器件各应具有哪些功能和什么样的性能指标。所谓“有什么”是指有哪些元器件，哪些在市场上能买得到，它们的性能如何、价格如何、体积多大等。电子系统设计应该根据器件自身特性和电路要求选择合适的器件。推荐采用集成电路和新器件3、器件的选择电子系统设计5、元器件的参数计算在计算元器件工作电流、电压和功率等参数时，应考虑工作条件最不利的情况，并留有适当的余量。对于元器件的极限参数必须留有足够的余量，一般取1.5～2倍的额定值。电子系统设计5、计算机仿真和实验验证6、电路图的绘制，生成PCB图7、组装与调试8、编写设计文档与总结报告电子系统设计六、设计文档的作用各种电子系统设计步骤综述1、数字系统组成1、数字系统设计步骤数据子系统控制子系统数据输入数据输出控制与条件信号时钟外部控制信号各种电子系统设计步骤综述2、数字系统设计步骤以标准数字集成电路为核心的电子系统设计流程各种电子系统设计步骤综述以CPLD/FPGA为核心的电子系统设计流程各种电子系统设计步骤综述2、模拟系统设计步骤以模拟器件为核心的电子系统设计流程各种电子系统设计步骤综述1.微机系统组成以微机系统为核心，以人机通道、前向通道、后向通道和相互通道为桥梁，完成对被控对象的测控任务。微机主要是由CPU、ROM和RAM等部分组成，是微机的主要组成部分。3、以微机（单片机）为

核心的电子系统的设计步骤各种电子系统设计步骤综述微型计算机接口接口其他微机系统外部设备外部设备接口相互通道人机通道后向通道前向通道各种电子系统设计步骤综述人机通道一侧的外部设备包括打印机、显示器、键盘以及软、硬盘等。右侧信号形式有模拟量、数字量、开关量和脉冲量，这四种形式的信号有输入信号也有输出信号。由模拟量传感器、数字量传感器、开关量传感器和脉冲量传感器以及相应的接口组成输入通道，也称为前向通道。输出通道产生相应的控制量：模拟量输出、数字量输出、开关量输出和脉冲量输出，输出通道也被称为后向通道。在较大规模的测控系统中，各微型计算机之间实现相互之间的通信与控制，其通道接口被称为相互通道。各种电子系统设计步骤综述以MPU和MCU为核心的电子系统设计流程确定任务，完成总体设计硬件、软件设计与调试系统总调、性能测定各种电子系统设计步骤综述2.设计示例（1）简易智能电动车（电子设计大赛2003年E题）设计任务：设计并制作一个简单智能电动车，在涂有5cm宽黑色边线、2cm宽黑色引导线的白纸铺成的跑道上行驶。跑道示意图：各种电子系统设计步骤综述各种电子系统设计步骤综述1、基本要求（40分）（1）车从起跑线出发（车体不超起跑线），沿引导线到达B点。在“直道区”铺设的白纸下沿引导线埋有1~3块宽度为15cm、长度不等的薄铁片。检测到薄铁片时需立即发出声光指示信息，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。（15分）（2）车到达B点以后进入“弯道区”，沿圆弧线到C点（也可脱离圆弧线到达C点）。C点下埋有边长为15cm的正方形薄铁片，要求电动车到达C点检测到薄铁片后在C点处停车5秒，停车期间发出断续的声光信息。（17分）（3）车在光源的引导下，通过障碍区进入停车区并到达车库。车必须在两个障碍物之间通过且不得与其接触。（8分）（4）电动车完成上述任务后应立即停车，全程行驶时间不能大于90秒，行驶时间达到90秒时必须立即自动停车。各种电子系统设计步骤综述2、发挥部分(10分)（1）电动车在“直道区”行驶过程中，存储并显示每个薄铁片（中心线）至起跑线间的距离。（2）电动车进入停车区域后，能进一步准确驶入车库中，要求电动车的车身完全进入车库。（3）停车后，能准确显示电动车全程行驶时间。（4）其它。各种电子系统设计步骤综述设计方案论证：单片机选择：89C51为控制核心，价格低、使用简单、运算速度低、功能单一、如扩展功能需外扩芯片。SPCE061A为控制核心，资源丰富、指令周期短、工作速度快、功耗低、电压低、可编程语音处理，在线下载。电机驱动模块：步进电机，精确调速、控制较复杂、价格不菲。数字电位器调整电动机控制电压，达到调速目的，价格贵。用大功率管构成PWM和H型电机电路，速度快、正反向控制方便。路面黑线探索模块：采用一组探测头对路面信息进行控制。各种电子系统设计步骤综述车速及路程计算模块：采用断续式光电开关，在车轮上均匀分布遮光条，车轮转动产生脉冲。躲避障碍物模块：采用超声波测距，由于障碍物随机放置，测试后躲避障碍物的模糊控制较为复杂。由于障碍物在两个方形障碍区内，可依靠光源指示行走。电源模块：单一电源供电，由于电机启动瞬间电流大，将造成电源系统的不稳定，可能会影响系统正常工作。双电源供电，将电机驱动电源与单片机、传感器等电路的供电系统隔离，提高系统的可靠性。各种电子系统设计步骤综述（2）数字定时器的应用（炸药混装车）铵油炸药生产流程定时定时定时定时各种电子系统设计步骤综述数字定时器的应用—消费类电子产品数字闹钟智能微波炉全自动洗衣机各种电子系统设计步骤综述功能要求

（1）定时时间的设置范围为1-99分，开机上电后的隐含值为10分，采用LED数码管显示，定时时间可任意设置。（2）定时器控制一个交流220V、1A的用电设备，上电时不允许用电设备瞬间通电。（3）定时时间设定后，启动计时，用电设备通电，同时显示器逐分倒计时。其间，分个位数码管的小数点每秒闪亮一次；计时到0分时，切断用电设备电源。（4）计时误差：100分误差<±10s。各种电子系统设计步骤综述3、整体方案调研在明确设计系统的性能要求的基础上进行调研，吸收前人经验，开阔自己的思路。利用“中文科技期刊数据库”、“中国期刊全文数据库”等数据库进行网络查询，并对资料进行搜集筛选。各种电子系统设计步骤综述4、整体方案论证采用自顶向下的拼凑法构成系统方框图各种电子系统设计步骤综述方案1：中、小规模集成电路构成的数字定时器本方案的优点：各器件的功能清晰；易于设计。本方案的缺点：可靠性不高，价格不菲。各种电子系统设计步骤综述方案2：基于CPLD/FPGA的数字定时器本方案的优点：电路大为简化，系统可靠性高。本方案的缺点：CPLD/FPGA成本高，用于低端产品其价格难以接受。各种电子系统设计步骤综述方案3：基于MCU的数字定时器本方案的优点：（1）性能可靠性高；（2）MCU选型得当，则成本相当低廉。确定方案的原则：（1）宁软勿硬；（2）性价比。各种电子系统设计步骤综述

5、器件选型MCU的选型

主要考虑三个问题：（1）单片机速度是否满足系统要求？（2）单片机片内FLASH容量是否足够？（3）单片机I/O口线是否满足系统需求？各种电子系统设计步骤综述LED数码显示管选型

实物图引脚图各种电子系统设计步骤综述继电器选型固态继电器（SSR）性能虽好，但价格也较高，性价比不高，最终弃用各种电子系统设计步骤综述6、硬件设计——总体电路图各种电子系统设计步骤综述上电复位电路电源电路时钟电路系统构成：单片机最小系统+按键电路+共阴LED显示电路+继电器驱动电路各种电子系统设计步骤综述问题1、电源电路中采用三端稳压器LM7805将+12V直流电压转变为+5V直流电压，相较于直接采用+5V直流电压供电有何好处？2、从抗干扰的角度出发，继电器的驱动电路还有其它更好的设计方法吗？3、电路图中的继电器线圈两端并联的二极管的作用？4、RST引脚在上电后的波形图是怎样的？5、数码管驱动方式？各种电子系统设计步骤综述7、程序设计——整体架构确定本程序宜采用以系统时钟为核心的程序结构，本设计要用到以下几个时间量：5ms－每个数码管显示时间；20ms－按键去抖时间；0.5s－分个位LED小数点闪烁以及预置时分十位和个位闪烁的时间；1s－计时的单位时间。最常见的主程序流程图

各种电子系统设计步骤