電子設計基礎及方法講座

1、第一講第一講 電子電路設計基礎電子電路設計基礎 電子系統(tǒng)是指由電子元件和電子單元電路相互連接、相互作用電子系統(tǒng)是指由電子元件和電子單元電路相互連接、相互作用而形成的電路整體，能按特定的控制信號，去執(zhí)行所設想的功能。而形成的電路整體，能按特定的控制信號，去執(zhí)行所設想的功能。1.1 概述概述1.1.1 模擬電子系統(tǒng)模擬電子系統(tǒng) 模擬電子系統(tǒng)的主要功能是對模擬信號進行檢測、處理、變換和模擬電子系統(tǒng)的主要功能是對模擬信號進行檢測、處理、變換和產(chǎn)生。模擬信號的特點是，在時間上和幅值上均是連續(xù)的，在一定產(chǎn)生。模擬信號的特點是，在時間上和幅值上均是連續(xù)的，在一定的動態(tài)范圍內(nèi)可能任意取值。這些信號可以是電量（

2、如電壓、電流的動態(tài)范圍內(nèi)可能任意取值。這些信號可以是電量（如電壓、電流等），也可以是來自傳感器的非電量（如應變、溫度、壓力、流量等），也可以是來自傳感器的非電量（如應變、溫度、壓力、流量等）。組成模擬電子系統(tǒng)的主要單元電路有放大電路、濾波電路、等）。組成模擬電子系統(tǒng)的主要單元電路有放大電路、濾波電路、信號變換電路、驅(qū)動電路等。圖信號變換電路、驅(qū)動電路等。圖1.1.1為低頻功率擴音系統(tǒng)方框圖，為低頻功率擴音系統(tǒng)方框圖，它由話筒、音頻放大器、揚聲器和電源組成。它由話筒、音頻放大器、揚聲器和電源組成。話筒放大器喇叭 由若干數(shù)字電路和邏輯部件組成，處理及傳送數(shù)字信號的設備稱由若干數(shù)字電路和邏輯部件組成

3、，處理及傳送數(shù)字信號的設備稱為數(shù)字系統(tǒng)。數(shù)字信號的特點是不隨時間作連續(xù)變化。一個復雜的為數(shù)字系統(tǒng)。數(shù)字信號的特點是不隨時間作連續(xù)變化。一個復雜的數(shù)字電子系統(tǒng)可分解為控制器加若干個子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)完成的數(shù)字電子系統(tǒng)可分解為控制器加若干個子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)完成的邏輯功能比較單一，一般由中、大規(guī)模集成電路實現(xiàn)，如存儲器、邏輯功能比較單一，一般由中、大規(guī)模集成電路實現(xiàn)，如存儲器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器、比較器、計數(shù)器等。數(shù)字電子系統(tǒng)譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器、比較器、計數(shù)器等。數(shù)字電子系統(tǒng)中必須要有控制器，控制器的主要功能是來管理各個子系統(tǒng)之間的中必須要有控制器，控制器的主要功能是來管理各個子系

4、統(tǒng)之間的互相操作，使它們有條不紊地按規(guī)定的順序操作。數(shù)字電子系統(tǒng)的互相操作，使它們有條不紊地按規(guī)定的順序操作。數(shù)字電子系統(tǒng)的簡單框圖由圖簡單框圖由圖1.1.2表示。表示。控制器子系統(tǒng)1子系統(tǒng)N外 部 輸 入操 作 輸 出1.1.3 模擬模擬數(shù)字電子混合系統(tǒng)數(shù)字電子混合系統(tǒng) 簡單地說，包含有模擬電子電路和數(shù)字電子電路組成的簡單地說，包含有模擬電子電路和數(shù)字電子電路組成的電子系統(tǒng)稱之為混合電子系統(tǒng)。在過程控制和各種儀器儀表電子系統(tǒng)稱之為混合電子系統(tǒng)。在過程控制和各種儀器儀表中，完成對如溫度、壓力、流量、速度等物理量的控制、測中，完成對如溫度、壓力、流量、速度等物理量的控制、測量、顯示等功能，需要模

5、擬量、顯示等功能，需要模擬數(shù)字混合電子系統(tǒng)來實現(xiàn)。數(shù)字混合電子系統(tǒng)來實現(xiàn)。加熱爐溫度檢測信號處理采樣保持A/D變換計算機控制D/A變換功率控制 測溫電路是把溫度的變化轉(zhuǎn)化為微弱的電壓信號。該測溫電路是把溫度的變化轉(zhuǎn)化為微弱的電壓信號。該電壓信號經(jīng)放大、濾波，送入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)電壓信號經(jīng)放大、濾波，送入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器把電壓信號轉(zhuǎn)換為與溫度變化相應的數(shù)字編碼信號。然器把電壓信號轉(zhuǎn)換為與溫度變化相應的數(shù)字編碼信號。然后，微處理機系統(tǒng)根據(jù)水溫控制模型進行計算，得到相應后，微處理機系統(tǒng)根據(jù)水溫控制模型進行計算，得到相應的控制輸出數(shù)字信號。該數(shù)字信號可控制電力電子電路的的控制輸出數(shù)字信

6、號。該數(shù)字信號可控制電力電子電路的電流大小，從而調(diào)整水溫高低。電流大小，從而調(diào)整水溫高低。1.2 模擬電子系統(tǒng)設計的一般方法模擬電子系統(tǒng)設計的一般方法1總體方案確定總體方案確定 在全面分析電子系統(tǒng)任務書所下達的系統(tǒng)功能、技術(shù)指標后，在全面分析電子系統(tǒng)任務書所下達的系統(tǒng)功能、技術(shù)指標后，根據(jù)已掌握的知識和資料，將總體系統(tǒng)功能合理的分解成若干個子根據(jù)已掌握的知識和資料，將總體系統(tǒng)功能合理的分解成若干個子系統(tǒng)（電路單元），并畫出各個電路單元框圖相互連接而形成的系系統(tǒng)（電路單元），并畫出各個電路單元框圖相互連接而形成的系統(tǒng)原理框圖。電子系統(tǒng)總體方案的選擇，直接決定電子系統(tǒng)設計的統(tǒng)原理框圖。電子系統(tǒng)總體

7、方案的選擇，直接決定電子系統(tǒng)設計的質(zhì)量。在進行總體方案設計時，要多思考、多分析、多比較。要從質(zhì)量。在進行總體方案設計時，要多思考、多分析、多比較。要從性能穩(wěn)定、工作可靠、電路簡單、成本低、功耗小、調(diào)試維修方便性能穩(wěn)定、工作可靠、電路簡單、成本低、功耗小、調(diào)試維修方便等方面，選擇出最佳方案。等方面，選擇出最佳方案。2單元電路設計單元電路設計 在進行單元電路設計時，必須明確對各單元電路的具體要求，在進行單元電路設計時，必須明確對各單元電路的具體要求，詳細擬定出單元電路的性能指標，認真考慮各單元之間的相互聯(lián)系，詳細擬定出單元電路的性能指標，認真考慮各單元之間的相互聯(lián)系，注意前后級單元之間信號的傳遞方

8、式和匹配，盡量少用或不用電平注意前后級單元之間信號的傳遞方式和匹配，盡量少用或不用電平轉(zhuǎn)換之類的接口電路，并考慮到各單元電路的供電電源盡可能統(tǒng)一，轉(zhuǎn)換之類的接口電路，并考慮到各單元電路的供電電源盡可能統(tǒng)一，以便使整個電子系統(tǒng)簡單可靠。另外，盡量選擇現(xiàn)有的、成熟的電以便使整個電子系統(tǒng)簡單可靠。另外，盡量選擇現(xiàn)有的、成熟的電路來實現(xiàn)單元電路的功能。有時找不到完全滿足要求的現(xiàn)成電路，路來實現(xiàn)單元電路的功能。有時找不到完全滿足要求的現(xiàn)成電路，可在與設計要求比較接近的某電路基礎上適當改進，或自己進行創(chuàng)可在與設計要求比較接近的某電路基礎上適當改進，或自己進行創(chuàng)造性設計。為了使電子系統(tǒng)的體積小，可靠性高，電

9、路單元盡可能造性設計。為了使電子系統(tǒng)的體積小，可靠性高，電路單元盡可能用集成電路組成。用集成電路組成。3參數(shù)計算參數(shù)計算 在進行電子電路設計時，應根據(jù)電路的性能指標要求決定電路在進行電子電路設計時，應根據(jù)電路的性能指標要求決定電路元器件的參數(shù)。例如根據(jù)電壓放大倍數(shù)的大小，可決定反饋電阻的元器件的參數(shù)。例如根據(jù)電壓放大倍數(shù)的大小，可決定反饋電阻的取值；根據(jù)振蕩器要求的振蕩頻率，利用公式，可計算出決定振蕩取值；根據(jù)振蕩器要求的振蕩頻率，利用公式，可計算出決定振蕩頻率的電阻和電容之值等等。但一般滿足電路性能指標要求的理論頻率的電阻和電容之值等等。但一般滿足電路性能指標要求的理論參數(shù)值不是惟一的，設計

10、者應根據(jù)元器件性能、價格、體積、通用參數(shù)值不是惟一的，設計者應根據(jù)元器件性能、價格、體積、通用性和貨源等方面靈活選擇。計算電路參數(shù)時應注意以下幾點：性和貨源等方面靈活選擇。計算電路參數(shù)時應注意以下幾點：（1）在計算元器件工作電流、電壓和功率等參數(shù)時，應考慮工作條件最不利的）在計算元器件工作電流、電壓和功率等參數(shù)時，應考慮工作條件最不利的情況，并留有適當?shù)挠嗔?。情況，并留有適當?shù)挠嗔?。?）對于元器件的極限參數(shù)必須留有足夠的裕量，一般?。τ谠骷臉O限參數(shù)必須留有足夠的裕量，一般取1.52倍的額定值。倍的額定值。（3）對于電阻、電容參數(shù)的取值，應選計算值附近的標稱值。電阻值一般在）對于電阻、電

11、容參數(shù)的取值，應選計算值附近的標稱值。電阻值一般在1MWMW內(nèi)選擇；非電解電容器一般在內(nèi)選擇；非電解電容器一般在100pF0.47m mF選擇；電解電容一般在選擇；電解電容一般在1m mF2000m mF范圍內(nèi)選用。范圍內(nèi)選用。（4）在保證電路達到功能指標要求的前提下，盡量減少元器件的品種、價格、）在保證電路達到功能指標要求的前提下，盡量減少元器件的品種、價格、體積等。體積等。4元器件選擇元器件選擇 電子電路的設計就是選擇最合適的元器件，并把它們有機地組合電子電路的設計就是選擇最合適的元器件，并把它們有機地組合起來。在確定電子元件時，應根據(jù)電路處理信號的頻率范圍、環(huán)境起來。在確定電子元件時，應

12、根據(jù)電路處理信號的頻率范圍、環(huán)境溫度、空間大小、成本高低等諸多因素全面考慮。具體表現(xiàn)為：溫度、空間大小、成本高低等諸多因素全面考慮。具體表現(xiàn)為：（1）一般優(yōu)先選擇集成電路。由于集成電路體積小、功能強，可使電子電路可）一般優(yōu)先選擇集成電路。由于集成電路體積小、功能強，可使電子電路可靠性增強，安裝調(diào)試方便，可大大簡化電子電路的設計。如隨著模擬集成技術(shù)的靠性增強，安裝調(diào)試方便，可大大簡化電子電路的設計。如隨著模擬集成技術(shù)的不斷發(fā)展，適用于各種場合下的集成運算放大器層出不窮，只要外加極少量的元不斷發(fā)展，適用于各種場合下的集成運算放大器層出不窮，只要外加極少量的元器件，利用運算放大器就可構(gòu)成性能良好的放

13、大器。同樣，目前我們在進行直流器件，利用運算放大器就可構(gòu)成性能良好的放大器。同樣，目前我們在進行直流穩(wěn)壓電源設計時，已很少采用分立元器件進行設計了，取而代之的是性能更穩(wěn)定、穩(wěn)壓電源設計時，已很少采用分立元器件進行設計了，取而代之的是性能更穩(wěn)定、工作更可靠、成本更價廉的集成穩(wěn)壓器。工作更可靠、成本更價廉的集成穩(wěn)壓器。 （2）電阻器和電容器是兩種最常用的元器件，它們的種類很多，性能相差也比）電阻器和電容器是兩種最常用的元器件，它們的種類很多，性能相差也比較大，應用的場合也不同。因此，對于設計者來說，應該熟悉各種電阻器和電容較大，應用的場合也不同。因此，對于設計者來說，應該熟悉各種電阻器和電容器的主

14、要性能指標和特點，以便根據(jù)電路要求，對元件作出正確的選擇。器的主要性能指標和特點，以便根據(jù)電路要求，對元件作出正確的選擇。（3）分立半導體元件的選擇。首先要熟悉它們的功能，掌握它們的應用范圍；）分立半導體元件的選擇。首先要熟悉它們的功能，掌握它們的應用范圍；根據(jù)電路的功能要求和元器件在電路中的工作條件，如通過的最大電流、最大反根據(jù)電路的功能要求和元器件在電路中的工作條件，如通過的最大電流、最大反向工作電壓、最高工作頻率、最大消耗的功率等，確定元器件型號。向工作電壓、最高工作頻率、最大消耗的功率等，確定元器件型號。5計算機模擬仿真計算機模擬仿真 隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，電子系統(tǒng)的設計方法發(fā)生了

15、很大隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，電子系統(tǒng)的設計方法發(fā)生了很大變化。目前，變化。目前，EDA（電子設計自動化）技術(shù)已成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設（電子設計自動化）技術(shù)已成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計的必要手段。在計算機工作平臺上，利用計的必要手段。在計算機工作平臺上，利用EDA軟件，可對各種電軟件，可對各種電子電路進行調(diào)試、測量、修改，大大提高了電子設計的效率和精確子電路進行調(diào)試、測量、修改，大大提高了電子設計的效率和精確度，同時節(jié)約了設計費用。目前常用的電子電路輔助分析、設計的度，同時節(jié)約了設計費用。目前常用的電子電路輔助分析、設計的常用軟件有常用軟件有PSPICE、PROTEL、EWB（電子工作臺）等。（電子工作

16、臺）等。6實驗實驗 電子設計要考慮的因素和問題相當多，由于電路在計算機上進電子設計要考慮的因素和問題相當多，由于電路在計算機上進行模擬時采用元器件的參數(shù)和模型與實際器件有差別，所以對經(jīng)計行模擬時采用元器件的參數(shù)和模型與實際器件有差別，所以對經(jīng)計算機仿真過的電路，還要進行實際實驗。通過實驗可以發(fā)現(xiàn)問題、算機仿真過的電路，還要進行實際實驗。通過實驗可以發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。若性能指標達不到要求，應深入分析問題出在哪些單元解決問題。若性能指標達不到要求，應深入分析問題出在哪些單元或元件上，再對它們重新設計和選擇，直到完全滿足性能指標為止?；蛟?，再對它們重新設計和選擇，直到完全滿足性能指標為止。7繪

17、總體電路圖繪總體電路圖 總體電路圖是在總框圖、單元電路設計、參數(shù)計算和元器件選總體電路圖是在總框圖、單元電路設計、參數(shù)計算和元器件選擇的基礎上繪制的，它是組裝、調(diào)試、印刷電路板設計和維修的依擇的基礎上繪制的，它是組裝、調(diào)試、印刷電路板設計和維修的依據(jù)。目前繪電路圖一般是在計算機上利用繪圖軟件完成。繪制電路據(jù)。目前繪電路圖一般是在計算機上利用繪圖軟件完成。繪制電路圖時主要注意以下幾點圖時主要注意以下幾點：（1）總體電路圖盡可能畫在同一張圖紙上；同時注意信號的流向，一般從輸入）總體電路圖盡可能畫在同一張圖紙上；同時注意信號的流向，一般從輸入端畫起，由左至右或由上至下按信號的流向依次畫出各單元電路；

18、對于電路圖比端畫起，由左至右或由上至下按信號的流向依次畫出各單元電路；對于電路圖比較復雜的，應將主電路圖畫在一張圖上，而將其余的單元電路畫在一張或數(shù)張圖較復雜的，應將主電路圖畫在一張圖上，而將其余的單元電路畫在一張或數(shù)張圖紙上，并在各圖所有端口兩端標注上標號，依次說明各圖紙之間的連線關系。紙上，并在各圖所有端口兩端標注上標號，依次說明各圖紙之間的連線關系。（2）注意總體電路圖的緊湊和協(xié)調(diào)，要求布局合理，排列均勻。圖中元器件的）注意總體電路圖的緊湊和協(xié)調(diào)，要求布局合理，排列均勻。圖中元器件的符號應標準化，元件符號旁邊應標出型號和參數(shù)。集成電路通常用方框表示，在符號應標準化，元件符號旁邊應標出型號

19、和參數(shù)。集成電路通常用方框表示，在方框內(nèi)標出它的型號，在方框的邊線兩側(cè)標出每根連線的功能和管腳號。方框內(nèi)標出它的型號，在方框的邊線兩側(cè)標出每根連線的功能和管腳號。（3）連線一般畫成水平線和垂直線，并盡可能減少交叉和拐彎。對于相互交叉）連線一般畫成水平線和垂直線，并盡可能減少交叉和拐彎。對于相互交叉的線，應在交叉處用圓點標出。對于連接電源負極的連線，一般用接地符號表示；的線，應在交叉處用圓點標出。對于連接電源負極的連線，一般用接地符號表示；對于連接電源正極的連線，僅需標出電源的電壓值即可。對于連接電源正極的連線，僅需標出電源的電壓值即可。1.3 數(shù)字電子系統(tǒng)設計的一般方法數(shù)字電子系統(tǒng)設計的一般方

20、法 數(shù)字系統(tǒng)的規(guī)模差異很大，對于比較小的數(shù)字系統(tǒng)可采用數(shù)字系統(tǒng)的規(guī)模差異很大，對于比較小的數(shù)字系統(tǒng)可采用所謂經(jīng)典法設計。即根據(jù)設計任務要求，用真值表、狀態(tài)表所謂經(jīng)典法設計。即根據(jù)設計任務要求，用真值表、狀態(tài)表求出簡化的邏輯表達式，畫出邏輯圖、邏輯電路圖，最后用求出簡化的邏輯表達式，畫出邏輯圖、邏輯電路圖，最后用小規(guī)模電路實現(xiàn)。小規(guī)模電路實現(xiàn)。 例如目前正迅速普及的例如目前正迅速普及的ISP（在系統(tǒng)編程）可編程邏輯器（在系統(tǒng)編程）可編程邏輯器件的出現(xiàn)，給數(shù)字系統(tǒng)設計帶來了革命性的變化。硬件設計件的出現(xiàn)，給數(shù)字系統(tǒng)設計帶來了革命性的變化。硬件設計變得像軟件一樣易于修改，且要改變一個設計方案，通過設

21、變得像軟件一樣易于修改，且要改變一個設計方案，通過設計工具軟件在計算機上數(shù)分鐘內(nèi)即可完成。這不僅擴展了器計工具軟件在計算機上數(shù)分鐘內(nèi)即可完成。這不僅擴展了器件的用途，縮短了系統(tǒng)的設計周期，而且還根除了對器件單件的用途，縮短了系統(tǒng)的設計周期，而且還根除了對器件單獨編程的環(huán)節(jié)，省去了器件編程設備。獨編程的環(huán)節(jié)，省去了器件編程設備。 1充分分析系統(tǒng)功能要求充分分析系統(tǒng)功能要求 數(shù)字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路、被控數(shù)字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路、被控電路和電源等。數(shù)字系統(tǒng)設計首先要做的是明確系統(tǒng)的任務、所要電路和電源等。數(shù)字系統(tǒng)設計首先要做的是明確系統(tǒng)的任務、所要達

22、到的技術(shù)性能、精度指標、輸入輸出設備、應用環(huán)境以及有哪些達到的技術(shù)性能、精度指標、輸入輸出設備、應用環(huán)境以及有哪些特殊要求等。設計者有時接到的課題比較籠統(tǒng)，有些技術(shù)問題要靠特殊要求等。設計者有時接到的課題比較籠統(tǒng)，有些技術(shù)問題要靠設計者的消化、分析與理解，特別要和課題提出者、系統(tǒng)使用者反設計者的消化、分析與理解，特別要和課題提出者、系統(tǒng)使用者反復磋商，并在應用現(xiàn)場進行實地考察以后才能明確的確定下來。復磋商，并在應用現(xiàn)場進行實地考察以后才能明確的確定下來。2確定總體方案確定總體方案 明確了系統(tǒng)性能以后，應考慮如何實現(xiàn)這些技術(shù)功能，即采明確了系統(tǒng)性能以后，應考慮如何實現(xiàn)這些技術(shù)功能，即采用哪種電路

23、來完成它。對于比較簡單的系統(tǒng)，可采用中、小規(guī)模用哪種電路來完成它。對于比較簡單的系統(tǒng)，可采用中、小規(guī)模集成電路實現(xiàn)；對于輸入邏輯變量比較多、邏輯表達式比較復雜集成電路實現(xiàn)；對于輸入邏輯變量比較多、邏輯表達式比較復雜的系統(tǒng)，可采用大規(guī)模可編程邏輯器件完成；對于需要完成復雜的系統(tǒng)，可采用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷瓿桑粚τ谛枰瓿蓮碗s的算術(shù)運算、進行多路數(shù)據(jù)采集、處理、控制的系統(tǒng)，可采用單的算術(shù)運算、進行多路數(shù)據(jù)采集、處理、控制的系統(tǒng)，可采用單片機系統(tǒng)實現(xiàn)。目前對于處理復雜的數(shù)字系統(tǒng)最佳方案是大規(guī)模片機系統(tǒng)實現(xiàn)。目前對于處理復雜的數(shù)字系統(tǒng)最佳方案是大規(guī)模可編程邏輯器件加單片機，這可大大簡化設計成本，提高

24、可靠性。可編程邏輯器件加單片機，這可大大簡化設計成本，提高可靠性。3邏輯功能劃分邏輯功能劃分 一般先將系統(tǒng)劃分為信息處理和控制電路兩部分；然后根據(jù)信息一般先將系統(tǒng)劃分為信息處理和控制電路兩部分；然后根據(jù)信息處理電路的功能要求將其分成若干個功能模塊?？刂齐娐肥钦麄€數(shù)處理電路的功能要求將其分成若干個功能模塊?？刂齐娐肥钦麄€數(shù)字系統(tǒng)的核心，它根據(jù)外部輸入信號及受其控制的信息處理電路來字系統(tǒng)的核心，它根據(jù)外部輸入信號及受其控制的信息處理電路來的狀態(tài)信號，產(chǎn)生受控電路的控制信號。常用的控制電路有如下三的狀態(tài)信號，產(chǎn)生受控電路的控制信號。常用的控制電路有如下三種：移位型控制器、計數(shù)型控制器和微處理器控制器

25、；一般根據(jù)完種：移位型控制器、計數(shù)型控制器和微處理器控制器；一般根據(jù)完成控制對象的復雜程度，可靈活選擇控制器形式成控制對象的復雜程度，可靈活選擇控制器形式。4單元電路設計單元電路設計 在全面分析各模塊功能類型后，應選擇出合適的器件并設計在全面分析各模塊功能類型后，應選擇出合適的器件并設計出電路。在設計電路時，應充分考慮能否用出電路。在設計電路時，應充分考慮能否用ASIC器件實現(xiàn)某些器件實現(xiàn)某些邏輯單元電路，這樣可大大簡化邏輯設計，提高系統(tǒng)的可靠性和邏輯單元電路，這樣可大大簡化邏輯設計，提高系統(tǒng)的可靠性和減小減小PCB體積。體積。5系統(tǒng)電路綜合系統(tǒng)電路綜合 在各單元電路模塊和控制電路達到預期要求

26、以后，可把各在各單元電路模塊和控制電路達到預期要求以后，可把各個部分電路連接起來，構(gòu)成整個電路系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)進行功能個部分電路連接起來，構(gòu)成整個電路系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)進行功能測試。測試主要包含三部分工作：系統(tǒng)故障診斷與排除、系統(tǒng)功測試。測試主要包含三部分工作：系統(tǒng)故障診斷與排除、系統(tǒng)功能測試、系統(tǒng)性能指標測試。若系統(tǒng)有一項不符合要求，則必須能測試、系統(tǒng)性能指標測試。若系統(tǒng)有一項不符合要求，則必須修改電路設計修改電路設計。6撰寫設計文件撰寫設計文件 在整個系統(tǒng)實驗完成后，應整理出如下的設計文件：完整的在整個系統(tǒng)實驗完成后，應整理出如下的設計文件：完整的電路原理圖、詳細的原程序清單、所用元器件清單

27、、功能與性電路原理圖、詳細的原程序清單、所用元器件清單、功能與性能測試結(jié)果、使用說明書等。能測試結(jié)果、使用說明書等。 1.4 電子系統(tǒng)的安裝和調(diào)試電子系統(tǒng)的安裝和調(diào)試1電子系統(tǒng)的安裝電子系統(tǒng)的安裝 設計電路完成以后要進行電路的安裝，一般采用印刷電路設計電路完成以后要進行電路的安裝，一般采用印刷電路板、通用電路板和面包板，在進行安裝時注意以下方面：板、通用電路板和面包板，在進行安裝時注意以下方面： （1）準備好常用的工具和材料。要將各種各樣的電子元器件）準備好常用的工具和材料。要將各種各樣的電子元器件及結(jié)構(gòu)各異的零部件裝配成及結(jié)構(gòu)各異的零部件裝配成 （2）所有電子元器件在安裝前要全部測試一遍，有

28、條件的還）所有電子元器件在安裝前要全部測試一遍，有條件的還要進行老化，以保證元器件的質(zhì)量。符合要求的電子產(chǎn)品，一要進行老化，以保證元器件的質(zhì)量。符合要求的電子產(chǎn)品，一套基本的工具是必不可少的。如烙鐵、鉗子、改錐、鑷子和焊套基本的工具是必不可少的。如烙鐵、鉗子、改錐、鑷子和焊錫。正確使用得心應手的工具，可大大提高工作效率，保證裝錫。正確使用得心應手的工具，可大大提高工作效率，保證裝配質(zhì)量。配質(zhì)量。（3）有極性的電子元器件安裝時其標志最好方向一致，以便于）有極性的電子元器件安裝時其標志最好方向一致，以便于檢查和更換。集成電路的方向要保持一致，以便正確布線和查檢查和更換。集成電路的方向要保持一致，以

29、便正確布線和查線。線。（4）在面包板上組裝電路時，為了便于查線，可根據(jù)連線的不）在面包板上組裝電路時，為了便于查線，可根據(jù)連線的不同作用選擇不同顏色的導線。如正電源采用紅色線、負電源采同作用選擇不同顏色的導線。如正電源采用紅色線、負電源采用藍色導線、地線采用黑色導線、信號線采用黃色導線等。用藍色導線、地線采用黑色導線、信號線采用黃色導線等。（5）布線要按信號的流向有序連接，連線要做到橫平豎直，不）布線要按信號的流向有序連接，連線要做到橫平豎直，不允許跨接在集成電路上。另外，選擇導線粗細要適中，避免導允許跨接在集成電路上。另外，選擇導線粗細要適中，避免導線與面包板插孔之間接觸不良。線與面包板插孔

30、之間接觸不良。 （6）印刷電路板的設計原則是性質(zhì)相同的電路安排在一塊板上。）印刷電路板的設計原則是性質(zhì)相同的電路安排在一塊板上。例如模擬電路或小信號電路安排在一塊板上；大功率電路、高例如模擬電路或小信號電路安排在一塊板上；大功率電路、高壓電路、發(fā)射電路單獨配置，甚至要安排必要的屏蔽盒、絕緣壓電路、發(fā)射電路單獨配置，甚至要安排必要的屏蔽盒、絕緣盒、散熱裝置等。盒、散熱裝置等。2電子系統(tǒng)的調(diào)試電子系統(tǒng)的調(diào)試（1）調(diào)試電路的常用儀器）調(diào)試電路的常用儀器 萬用表。它可以測量交直流電壓、交直流電流、電阻、電容萬用表。它可以測量交直流電壓、交直流電流、電阻、電容及半導體二極管和三極管。具有精度高，使用方便

31、，應用廣泛及半導體二極管和三極管。具有精度高，使用方便，應用廣泛等特點等特點。 示波器。示波器可以對電路中的各點電位進行測量和觀察波示波器。示波器可以對電路中的各點電位進行測量和觀察波形，同時可比較任意兩點波形的相位關系。示波器具有高的靈形，同時可比較任意兩點波形的相位關系。示波器具有高的靈敏度、高的交流阻抗、對負載影響小等特點。在使用示波器應敏度、高的交流阻抗、對負載影響小等特點。在使用示波器應注意的是所用示波器的頻帶一定要大于被測信號的頻率。注意的是所用示波器的頻帶一定要大于被測信號的頻率。 信號發(fā)生器。因為經(jīng)常要在加信號的情況下進行測試，則在信號發(fā)生器。因為經(jīng)常要在加信號的情況下進行測試

32、，則在調(diào)試和故障診斷時最好備有信號發(fā)生器。如調(diào)試和故障診斷時最好備有信號發(fā)生器。如FG163型函數(shù)發(fā)型函數(shù)發(fā)生器，它可產(chǎn)生正弦波、三角波、方波等波形。生器，它可產(chǎn)生正弦波、三角波、方波等波形。（2）調(diào)試電路前的檢查。）調(diào)試電路前的檢查。 電路安裝完畢后，不要急于通電，首先要根據(jù)電路原理圖認電路安裝完畢后，不要急于通電，首先要根據(jù)電路原理圖認真檢查電路接線是否正確。主要直觀檢查電源、地線、信號線、真檢查電路接線是否正確。主要直觀檢查電源、地線、信號線、元器件引腳之間有無短路，連線有無接觸不良，元器件有無漏元器件引腳之間有無短路，連線有無接觸不良，元器件有無漏焊，二極管、三極管和電解電容極性有無錯

33、誤。查線時最好用焊，二極管、三極管和電解電容極性有無錯誤。查線時最好用指針式萬用表指針式萬用表“W W1”檔，或用數(shù)字萬用表的檔，或用數(shù)字萬用表的“W W”擋的蜂鳴器擋的蜂鳴器來測量。來測量。 （3）調(diào)試步驟）調(diào)試步驟。對于電子系統(tǒng)的調(diào)試一般采用對于電子系統(tǒng)的調(diào)試一般采用化整為零化整為零，分塊調(diào)試：，分塊調(diào)試： 通電觀察。在確認電路連接沒有錯誤的情況下，接通電源。通電觀察。在確認電路連接沒有錯誤的情況下，接通電源。電源接通后不要先急于測量數(shù)據(jù)，而應首先觀察有無異常現(xiàn)象，電源接通后不要先急于測量數(shù)據(jù)，而應首先觀察有無異常現(xiàn)象，如有無冒煙，是否聞到異常氣味，手摸元器件是否發(fā)燙，電源如有無冒煙，是否

34、聞到異常氣味，手摸元器件是否發(fā)燙，電源是否有短路現(xiàn)象等。如有異常，應立即關斷電源是否有短路現(xiàn)象等。如有異常，應立即關斷電源 ，待故障排除，待故障排除后方可重新通電。后方可重新通電。 分塊調(diào)試。把電路按功能分成不同的模塊，分別對各模分塊調(diào)試。把電路按功能分成不同的模塊，分別對各模塊進行調(diào)試。通常調(diào)試順序是按照信號的流向進行，這樣可把塊進行調(diào)試。通常調(diào)試順序是按照信號的流向進行，這樣可把前級測試過的輸出作為后一級的輸入信號，為最后聯(lián)調(diào)創(chuàng)造條前級測試過的輸出作為后一級的輸入信號，為最后聯(lián)調(diào)創(chuàng)造條件。分塊調(diào)試包括靜態(tài)和動態(tài)調(diào)試。靜態(tài)測試是在沒有外加信件。分塊調(diào)試包括靜態(tài)和動態(tài)調(diào)試。靜態(tài)測試是在沒有外加

35、信號的條件下測量電路各點電位，通過靜態(tài)測試可以及時發(fā)現(xiàn)已號的條件下測量電路各點電位，通過靜態(tài)測試可以及時發(fā)現(xiàn)已經(jīng)損壞的元器件或其他故障。動態(tài)測試是在信號源的作用下，經(jīng)損壞的元器件或其他故障。動態(tài)測試是在信號源的作用下，借助示波器觀察各點波形，進行波形分析，測量動態(tài)指標。把借助示波器觀察各點波形，進行波形分析，測量動態(tài)指標。把靜態(tài)和動態(tài)測試的結(jié)果與設計的指標加以比較，經(jīng)深入分析后靜態(tài)和動態(tài)測試的結(jié)果與設計的指標加以比較，經(jīng)深入分析后對電路與參數(shù)提出合理的修整。調(diào)試電路過程應對測試結(jié)果作對電路與參數(shù)提出合理的修整。調(diào)試電路過程應對測試結(jié)果作詳盡記錄。詳盡記錄。 整機聯(lián)調(diào)。各單元電路調(diào)試好以后，還要

36、將它們連接成整機聯(lián)調(diào)。各單元電路調(diào)試好以后，還要將它們連接成整機進行統(tǒng)調(diào)。整機統(tǒng)調(diào)主要觀察和測量動態(tài)特性，把測量整機進行統(tǒng)調(diào)。整機統(tǒng)調(diào)主要觀察和測量動態(tài)特性，把測量的結(jié)果與設計指標逐一對比，找出問題及解決辦法，然后對的結(jié)果與設計指標逐一對比，找出問題及解決辦法，然后對電路及參數(shù)進行修正，直到整機的性能完全符合設計要求為電路及參數(shù)進行修正，直到整機的性能完全符合設計要求為止。止。1.5 智能型（單片機）電子系統(tǒng)設計與調(diào)試方法智能型（單片機）電子系統(tǒng)設計與調(diào)試方法 所謂智能型電子系統(tǒng)是指具有一定智能行為的系所謂智能型電子系統(tǒng)是指具有一定智能行為的系統(tǒng)。一般認為，一個智能型電子系統(tǒng)應具備數(shù)據(jù)采統(tǒng)。一

37、般認為，一個智能型電子系統(tǒng)應具備數(shù)據(jù)采集、處理、判斷、分析和控制輸出的能力等。在工集、處理、判斷、分析和控制輸出的能力等。在工業(yè)控制中，以單片機為核心的智能控制系統(tǒng)，很容業(yè)控制中，以單片機為核心的智能控制系統(tǒng)，很容易將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)合在一起，使問易將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)合在一起，使問題得到和好的解決。題得到和好的解決。 單片機應用系統(tǒng)的設計過程主要包括單片機應用系統(tǒng)的設計過程主要包括：總體方案論：總體方案論證、系統(tǒng)證、系統(tǒng) 總體設計、硬件及軟件開發(fā)、聯(lián)機調(diào)試、產(chǎn)總體設計、硬件及軟件開發(fā)、聯(lián)機調(diào)試、產(chǎn)品定型等步驟。品定型等步驟。1.1.總體方案論證總體方案論證通常要對系統(tǒng)作兩個

38、方面的認證。通常要對系統(tǒng)作兩個方面的認證。(1) 技術(shù)指標技術(shù)指標 根據(jù)產(chǎn)品研制的任務，在充分調(diào)研的基礎上，對根據(jù)產(chǎn)品研制的任務，在充分調(diào)研的基礎上，對產(chǎn)品的先進性、可靠性、可維護性、性能價格比等產(chǎn)品的先進性、可靠性、可維護性、性能價格比等技術(shù)指標進行綜合考慮，制訂出待開發(fā)產(chǎn)品的性能技術(shù)指標進行綜合考慮，制訂出待開發(fā)產(chǎn)品的性能要求、工作環(huán)境、外型尺寸、重量要求等。要求、工作環(huán)境、外型尺寸、重量要求等。 (2) 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 系統(tǒng)組成主要是根據(jù)目前市場上供貨行情，選擇單片系統(tǒng)組成主要是根據(jù)目前市場上供貨行情，選擇單片機機型和電子元器件型號。一般要求是：機機型和電子元器件型號。一般要求是： 機

39、型的選擇應適應系統(tǒng)的要求和功能的要求。機型的選擇應適應系統(tǒng)的要求和功能的要求。 對該機型要有性能良好的開發(fā)工具。對該機型要有性能良好的開發(fā)工具。 應選擇設計人員最熟悉的機型，以利于縮短研制周期。應選擇設計人員最熟悉的機型，以利于縮短研制周期。 選擇的機型和電子元件要有充分的市場供貨。選擇的機型和電子元件要有充分的市場供貨。2. 系統(tǒng)總體設計系統(tǒng)總體設計 主要包括：系統(tǒng)功能的軟、硬件劃分；指標分配與主要包括：系統(tǒng)功能的軟、硬件劃分；指標分配與框圖構(gòu)成。框圖構(gòu)成。（1）系統(tǒng)功能的軟、硬件劃分）系統(tǒng)功能的軟、硬件劃分 一個單片機應用系統(tǒng)的硬件和軟件之間有著密切的相互制約一個單片機應用系統(tǒng)的硬件和軟件

40、之間有著密切的相互制約關系，有的可能會從硬件的角度對軟件提出一些特殊要求；也關系，有的可能會從硬件的角度對軟件提出一些特殊要求；也有的會從軟件的角度對硬件提出一些特殊要求；在某些情況下，有的會從軟件的角度對硬件提出一些特殊要求；在某些情況下，硬件和軟件又具有一定的互換性。硬件和軟件又具有一定的互換性。 一般要根據(jù)應用系統(tǒng)的速度要求來劃分軟、硬件功能。例如一般要根據(jù)應用系統(tǒng)的速度要求來劃分軟、硬件功能。例如當用軟件來完成某一控制功能時，必須使程序執(zhí)行的時間小于當用軟件來完成某一控制功能時，必須使程序執(zhí)行的時間小于控制要求所允許的時間范圍并保證留有余量，以面系統(tǒng)不可靠；控制要求所允許的時間范圍并保

41、證留有余量，以面系統(tǒng)不可靠；否則則必須設法將這部分的功能用硬件來實現(xiàn)。否則則必須設法將這部分的功能用硬件來實現(xiàn)。 另外也要根據(jù)成本、可靠性和研制周期合理分配軟、硬件。例另外也要根據(jù)成本、可靠性和研制周期合理分配軟、硬件。例如產(chǎn)品的批量大，就應著重考慮降低硬件成本，采用以軟代硬；反如產(chǎn)品的批量大，就應著重考慮降低硬件成本，采用以軟代硬；反之，在小批量研制中，往往采用增加硬件以降低軟件成本。之，在小批量研制中，往往采用增加硬件以降低軟件成本。 硬件線路越復雜，系統(tǒng)的可靠性就越差。一般盡可能減少硬硬件線路越復雜，系統(tǒng)的可靠性就越差。一般盡可能減少硬件線路在應用系統(tǒng)中的比例，采用以軟件代替硬件功能，是

42、提高件線路在應用系統(tǒng)中的比例，采用以軟件代替硬件功能，是提高可靠性的一個好方法。可靠性的一個好方法。 另外，為了加快單片機應用系統(tǒng)的研制速度，應盡量考慮采另外，為了加快單片機應用系統(tǒng)的研制速度，應盡量考慮采用各種標準軟、硬件或利用已有的成熟的軟硬件來完成應用系用各種標準軟、硬件或利用已有的成熟的軟硬件來完成應用系統(tǒng)的設計，這將起到事半功倍的效果。統(tǒng)的設計，這將起到事半功倍的效果。(2) 指標分配與框圖構(gòu)成指標分配與框圖構(gòu)成 在軟、硬件功能劃分之后，根據(jù)總體方案所提出的任務、在軟、硬件功能劃分之后，根據(jù)總體方案所提出的任務、要求和條件，可以用具有一定功能的若干單元方框圖構(gòu)成一個要求和條件，可以用

43、具有一定功能的若干單元方框圖構(gòu)成一個總方框圖，并將系統(tǒng)的性能指標分配到各單元方框中去?？偡娇驁D，并將系統(tǒng)的性能指標分配到各單元方框中去。3. 硬件電路設計硬件電路設計 硬件電路設計一般包括兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)組成，硬件電路設計一般包括兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)組成，也稱系統(tǒng)擴展。如當也稱系統(tǒng)擴展。如當ROM、RAM、I/O口等不能滿口等不能滿足應用系統(tǒng)要求時，就需要設計相應的擴展電路。足應用系統(tǒng)要求時，就需要設計相應的擴展電路。二是接口擴展，也稱系統(tǒng)配置。如系統(tǒng)要求配置一二是接口擴展，也稱系統(tǒng)配置。如系統(tǒng)要求配置一定的外圍設備，如鍵盤、顯示器、定的外圍設備，如鍵盤、顯示器、A/D和和D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換

44、器等，要設計出合適的接口電路。硬件電路設計要遵等，要設計出合適的接口電路。硬件電路設計要遵循以下原則：循以下原則：盡可能選擇結(jié)構(gòu)完整的單片機，以簡化系統(tǒng)硬件，減少設計盡可能選擇結(jié)構(gòu)完整的單片機，以簡化系統(tǒng)硬件，減少設計工作量。工作量。 盡可能選擇典型的電路，并符合所選芯片的常規(guī)用法，為硬盡可能選擇典型的電路，并符合所選芯片的常規(guī)用法，為硬件系統(tǒng)標準化、模塊化打下良好基礎。件系統(tǒng)標準化、模塊化打下良好基礎。 系統(tǒng)的擴展與外圍設備的配置水平應在充分滿足應用系統(tǒng)功系統(tǒng)的擴展與外圍設備的配置水平應在充分滿足應用系統(tǒng)功能要求的前提下適當留有余地，以便方案更改或進行二次開能要求的前提下適當留有余地，以便方

45、案更改或進行二次開發(fā)。發(fā)。 硬件結(jié)構(gòu)應結(jié)合軟件方案一并考慮，做到軟、應、硬件功能硬件結(jié)構(gòu)應結(jié)合軟件方案一并考慮，做到軟、應、硬件功能相匹配。相匹配。 整個系統(tǒng)中相關器件要盡可能做到性能匹配。整個系統(tǒng)中相關器件要盡可能做到性能匹配。 可靠性設計及抗干擾設計是硬件系統(tǒng)設計不可缺少的一部分，可靠性設計及抗干擾設計是硬件系統(tǒng)設計不可缺少的一部分，它包括芯片、器件選擇、去藕電路、印刷電路板布線、通道它包括芯片、器件選擇、去藕電路、印刷電路板布線、通道屏蔽、隔離等措施。屏蔽、隔離等措施。4. 軟件設計軟件設計 對于單片機應用系統(tǒng)設計，在滿足性能指標允許的前提下，有對于單片機應用系統(tǒng)設計，在滿足性能指標允許

46、的前提下，有經(jīng)驗的設計者往往采用最簡的硬件線路，加上巧妙的軟件處理方經(jīng)驗的設計者往往采用最簡的硬件線路，加上巧妙的軟件處理方法，來實現(xiàn)其系統(tǒng)要求的功能。法，來實現(xiàn)其系統(tǒng)要求的功能。 設計一個好的應用軟件，應考慮如下的一些設計原則。設計一個好的應用軟件，應考慮如下的一些設計原則。軟件在結(jié)構(gòu)上應清晰、簡潔、流程合理。軟件在結(jié)構(gòu)上應清晰、簡潔、流程合理。 各功能子程序應實現(xiàn)模塊化、子程序化，以便于調(diào)試、各功能子程序應實現(xiàn)模塊化、子程序化，以便于調(diào)試、連接、移植和修改。連接、移植和修改。 程序存儲區(qū)、數(shù)據(jù)存儲區(qū)應合理規(guī)劃，做到既節(jié)約內(nèi)存程序存儲區(qū)、數(shù)據(jù)存儲區(qū)應合理規(guī)劃，做到既節(jié)約內(nèi)存容量，有方便操作。容量，有方便操作。 運行狀態(tài)應實現(xiàn)標志化管理，對各功能程序的運行狀態(tài)、運行狀態(tài)應實現(xiàn)標志化管理，對各功能程序的運行狀態(tài)、運行結(jié)果以及運行要求都要設置狀態(tài)標志以便查詢。運行結(jié)果以及運行要求都要設置狀態(tài)標志以便查詢。 對需要特殊抗干擾的系統(tǒng)應采用軟件抗干擾措施，以提對需要特殊抗干擾的系統(tǒng)應采用軟件抗干擾措施，以提高系統(tǒng)的可靠性。高系統(tǒng)的可靠性。5。系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試。系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試系統(tǒng)的調(diào)試包括系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。系統(tǒng)的調(diào)試包括系統(tǒng)的硬