電子系統(tǒng)設(shè)計0

主講人：宋鴻梅辦公室：E樓432電話：6504134-1Email：dzxtsj2012@163.com

密碼：dzxtsj模擬電路、數(shù)字電路電路理論高頻電路常用電子儀器操作使用和測試方法單片機、CPLD、FPGA等嵌入式系統(tǒng)基本知識計算機軟件輔助電路設(shè)計方法電路CAD軟件（Protel、OrCAD等）電路仿真軟件（Multisim、Proteus等）嵌入式系統(tǒng)編程軟件（KeilC51、QuartusII等）授課方式講授和實踐并行理論24學時，實驗8學時，共2學分考核方式平時實驗20分閉卷考試80分考勤要求嚴格按照學校規(guī)定教材《電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐》賈立新等編著清華大學出版參考書《電子系統(tǒng)設(shè)計》（第四版）何小艇主編浙江大學出版社出版《電子系統(tǒng)設(shè)計》李金平等編著電子工業(yè)出版社出版《電子系統(tǒng)設(shè)計》馬建國主編高等教育出版社中華IC網(wǎng) 集成電路網(wǎng)站 電子技術(shù)信息網(wǎng) 電子技術(shù)網(wǎng)站 EEplace

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ASIC培訓及開發(fā)系統(tǒng)電子系統(tǒng)概述電子系統(tǒng)類型1、模擬電子系統(tǒng)2、數(shù)字電子系統(tǒng)3、模數(shù)混合系統(tǒng)電子系統(tǒng)概述一、子系統(tǒng)基本類型模擬電子系統(tǒng)電子系統(tǒng)概述數(shù)字電子系統(tǒng)一、子系統(tǒng)基本類型電子系統(tǒng)概述單片機系統(tǒng)一、子系統(tǒng)基本類型電子系統(tǒng)概述DSP系統(tǒng)一、子系統(tǒng)基本類型電子系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)一、子系統(tǒng)基本類型電子系統(tǒng)概述二、典型的電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電子系統(tǒng)設(shè)計三、電子系統(tǒng)設(shè)計方法

自頂向下的設(shè)計方法自底向上的設(shè)計方法以自頂向下方法為主導，并結(jié)合使用自底向上的方法何謂頂？何謂底？底——最基本的元、器件，甚至是版圖頂——系統(tǒng)的功能電子系統(tǒng)設(shè)計1、自上而下法的要領(lǐng)從頂層到底層從概括到展開從粗略到精細電子系統(tǒng)設(shè)計行為描述與設(shè)計結(jié)構(gòu)描述與設(shè)計物理描述與設(shè)計2、一般設(shè)計步驟電子系統(tǒng)設(shè)計行為描述與設(shè)計結(jié)構(gòu)描述與設(shè)計物理描述與設(shè)計2、一般設(shè)計步驟電子系統(tǒng)設(shè)計描述系統(tǒng)的各項功能、各個單元的輸入輸出關(guān)系、各種技術(shù)指標行為描述與設(shè)計電子系統(tǒng)設(shè)計行為描述與設(shè)計結(jié)構(gòu)描述與設(shè)計物理描述與設(shè)計2、一般設(shè)計步驟電子系統(tǒng)設(shè)計描述各單元之間的互連關(guān)系或協(xié)議行為描述與設(shè)計電子系統(tǒng)設(shè)計行為描述與設(shè)計結(jié)構(gòu)描述與設(shè)計物理描述與設(shè)計2、一般設(shè)計步驟電子系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的具體形式,技術(shù),工藝行為描述與設(shè)計電子系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)級子系統(tǒng)級部件級元件級行為級結(jié)構(gòu)級物理級用戶需求變?yōu)榧夹g(shù)規(guī)范與功能描述實現(xiàn)給定規(guī)范與功能的子系統(tǒng)、部件或元件及其互聯(lián)方式用一定的材料與工藝實現(xiàn)結(jié)構(gòu)電子系統(tǒng)設(shè)計1、調(diào)查研究明確設(shè)計要求弄清設(shè)計方法了解設(shè)計關(guān)鍵四、設(shè)計步驟電子系統(tǒng)設(shè)計明確設(shè)計要求做什么？系統(tǒng)的功能、輸入和輸出做到何種程度？性能、技術(shù)指標電子系統(tǒng)設(shè)計弄清設(shè)計方法有那些可使用的設(shè)計方法？比較各種方法的：先進性、性價比、可行性、穩(wěn)定性、可維護性電子系統(tǒng)設(shè)計了解設(shè)計關(guān)鍵決定指標的關(guān)鍵：難點、重點（工作量大）電子系統(tǒng)設(shè)計2、方案論證根據(jù)設(shè)計任務(wù)、指標要求分析系統(tǒng)應完成的功能，并將系統(tǒng)按功能分解成若干子系統(tǒng)，分清主次和相互的關(guān)系，形成若干單元功能模塊組成的總體方案。對幾個方案進行比較和論證，擇優(yōu)選取。選擇的原則一般是“相對容易，相對巧妙，性價比高”。電子系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求和已選定的總體方案原理框圖，確定對各單元電路的設(shè)計要求，擬定主要單元電路的性能指標、與前后級之間的關(guān)系、分析電路的構(gòu)成形式。應注意各單元電路之間的相互配合，注意各部分輸入信號、輸出信號和控制信號的關(guān)系。盡量選擇現(xiàn)有的、成熟的電路來實現(xiàn)單元電路的功能。3、單元電路設(shè)計電子系統(tǒng)設(shè)計3、器件的選擇選擇元器件可從“需要什么”和“有什么”兩個方面來考慮。所謂“需要什么”是指根據(jù)具體問題的要求所選擇的方案需要什么樣的元器件，即每個元器件各應具有哪些功能和什么樣的性能指標。所謂“有什么”是指有哪些元器件，哪些在市場上能買得到，它們的性能如何、價格如何、體積多大等。電子系統(tǒng)設(shè)計應該根據(jù)器件自身特性和電路要求選擇合適的器件。推薦采用集成電路和新器件3、器件的選擇電子系統(tǒng)設(shè)計5、元器件的參數(shù)計算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?。對于元器件的極限參數(shù)必須留有足夠的余量，一般取1.5～2倍的額定值。電子系統(tǒng)設(shè)計5、計算機仿真和實驗驗證6、電路圖的繪制，生成PCB圖7、組裝與調(diào)試8、編寫設(shè)計文檔與總結(jié)報告電子系統(tǒng)設(shè)計六、設(shè)計文檔的作用各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述1、數(shù)字系統(tǒng)組成1、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計步驟數(shù)據(jù)子系統(tǒng)控制子系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出控制與條件信號時鐘外部控制信號各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述2、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計步驟以標準數(shù)字集成電路為核心的電子系統(tǒng)設(shè)計流程各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述以CPLD/FPGA為核心的電子系統(tǒng)設(shè)計流程各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述2、模擬系統(tǒng)設(shè)計步驟以模擬器件為核心的電子系統(tǒng)設(shè)計流程各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述1.微機系統(tǒng)組成以微機系統(tǒng)為核心，以人機通道、前向通道、后向通道和相互通道為橋梁，完成對被控對象的測控任務(wù)。微機主要是由CPU、ROM和RAM等部分組成，是微機的主要組成部分。3、以微機（單片機）為

核心的電子系統(tǒng)的設(shè)計步驟各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述微型計算機接口接口其他微機系統(tǒng)外部設(shè)備外部設(shè)備接口相互通道人機通道后向通道前向通道各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述人機通道一側(cè)的外部設(shè)備包括打印機、顯示器、鍵盤以及軟、硬盤等。右側(cè)信號形式有模擬量、數(shù)字量、開關(guān)量和脈沖量，這四種形式的信號有輸入信號也有輸出信號。由模擬量傳感器、數(shù)字量傳感器、開關(guān)量傳感器和脈沖量傳感器以及相應的接口組成輸入通道，也稱為前向通道。輸出通道產(chǎn)生相應的控制量：模擬量輸出、數(shù)字量輸出、開關(guān)量輸出和脈沖量輸出，輸出通道也被稱為后向通道。在較大規(guī)模的測控系統(tǒng)中，各微型計算機之間實現(xiàn)相互之間的通信與控制，其通道接口被稱為相互通道。各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述以MPU和MCU為核心的電子系統(tǒng)設(shè)計流程確定任務(wù)，完成總體設(shè)計硬件、軟件設(shè)計與調(diào)試系統(tǒng)總調(diào)、性能測定各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述2.設(shè)計示例（1）簡易智能電動車（電子設(shè)計大賽2003年E題）設(shè)計任務(wù)：設(shè)計并制作一個簡單智能電動車，在涂有5cm寬黑色邊線、2cm寬黑色引導線的白紙鋪成的跑道上行駛。跑道示意圖：各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述1、基本要求（40分）（1）車從起跑線出發(fā)（車體不超起跑線），沿引導線到達B點。在“直道區(qū)”鋪設(shè)的白紙下沿引導線埋有1~3塊寬度為15cm、長度不等的薄鐵片。檢測到薄鐵片時需立即發(fā)出聲光指示信息，并實時存儲、顯示在“直道區(qū)”檢測到的薄鐵片數(shù)目。（15分）（2）車到達B點以后進入“彎道區(qū)”，沿圓弧線到C點（也可脫離圓弧線到達C點）。C點下埋有邊長為15cm的正方形薄鐵片，要求電動車到達C點檢測到薄鐵片后在C點處停車5秒，停車期間發(fā)出斷續(xù)的聲光信息。（17分）（3）車在光源的引導下，通過障礙區(qū)進入停車區(qū)并到達車庫。車必須在兩個障礙物之間通過且不得與其接觸。（8分）（4）電動車完成上述任務(wù)后應立即停車，全程行駛時間不能大于90秒，行駛時間達到90秒時必須立即自動停車。各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述2、發(fā)揮部分(10分)（1）電動車在“直道區(qū)”行駛過程中，存儲并顯示每個薄鐵片（中心線）至起跑線間的距離。（2）電動車進入停車區(qū)域后，能進一步準確駛?cè)胲噹熘?，要求電動車的車身完全進入車庫。（3）停車后，能準確顯示電動車全程行駛時間。（4）其它。各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述設(shè)計方案論證：單片機選擇：89C51為控制核心，價格低、使用簡單、運算速度低、功能單一、如擴展功能需外擴芯片。SPCE061A為控制核心，資源豐富、指令周期短、工作速度快、功耗低、電壓低、可編程語音處理，在線下載。電機驅(qū)動模塊：步進電機，精確調(diào)速、控制較復雜、價格不菲。數(shù)字電位器調(diào)整電動機控制電壓，達到調(diào)速目的，價格貴。用大功率管構(gòu)成PWM和H型電機電路，速度快、正反向控制方便。路面黑線探索模塊：采用一組探測頭對路面信息進行控制。各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述車速及路程計算模塊：采用斷續(xù)式光電開關(guān)，在車輪上均勻分布遮光條，車輪轉(zhuǎn)動產(chǎn)生脈沖。躲避障礙物模塊：采用超聲波測距，由于障礙物隨機放置，測試后躲避障礙物的模糊控制較為復雜。由于障礙物在兩個方形障礙區(qū)內(nèi)，可依靠光源指示行走。電源模塊：單一電源供電，由于電機啟動瞬間電流大，將造成電源系統(tǒng)的不穩(wěn)定，可能會影響系統(tǒng)正常工作。雙電源供電，將電機驅(qū)動電源與單片機、傳感器等電路的供電系統(tǒng)隔離，提高系統(tǒng)的可靠性。各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述（2）數(shù)字定時器的應用（炸藥混裝車）銨油炸藥生產(chǎn)流程定時定時定時定時各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述數(shù)字定時器的應用—消費類電子產(chǎn)品數(shù)字鬧鐘智能微波爐全自動洗衣機各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述功能要求

（1）定時時間的設(shè)置范圍為1-99分，開機上電后的隱含值為10分，采用LED數(shù)碼管顯示，定時時間可任意設(shè)置。（2）定時器控制一個交流220V、1A的用電設(shè)備，上電時不允許用電設(shè)備瞬間通電。（3）定時時間設(shè)定后，啟動計時，用電設(shè)備通電，同時顯示器逐分倒計時。其間，分個位數(shù)碼管的小數(shù)點每秒閃亮一次；計時到0分時，切斷用電設(shè)備電源。（4）計時誤差：100分誤差<±10s。各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述3、整體方案調(diào)研在明確設(shè)計系統(tǒng)的性能要求的基礎(chǔ)上進行調(diào)研，吸收前人經(jīng)驗，開闊自己的思路。利用“中文科技期刊數(shù)據(jù)庫”、“中國期刊全文數(shù)據(jù)庫”等數(shù)據(jù)庫進行網(wǎng)絡(luò)查詢，并對資料進行搜集篩選。各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述4、整體方案論證采用自頂向下的拼湊法構(gòu)成系統(tǒng)方框圖各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述方案1：中、小規(guī)模集成電路構(gòu)成的數(shù)字定時器本方案的優(yōu)點：各器件的功能清晰；易于設(shè)計。本方案的缺點：可靠性不高，價格不菲。各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述方案2：基于CPLD/FPGA的數(shù)字定時器本方案的優(yōu)點：電路大為簡化，系統(tǒng)可靠性高。本方案的缺點：CPLD/FPGA成本高，用于低端產(chǎn)品其價格難以接受。各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述方案3：基于MCU的數(shù)字定時器本方案的優(yōu)點：（1）性能可靠性高；（2）MCU選型得當，則成本相當?shù)土?。確定方案的原則：（1）寧軟勿硬；（2）性價比。各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述

5、器件選型MCU的選型

主要考慮三個問題：（1）單片機速度是否滿足系統(tǒng)要求？（2）單片機片內(nèi)FLASH容量是否足夠？（3）單片機I/O口線是否滿足系統(tǒng)需求？各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述LED數(shù)碼顯示管選型

實物圖引腳圖各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述繼電器選型固態(tài)繼電器（SSR）性能雖好，但價格也較高，性價比不高，最終棄用各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述6、硬件設(shè)計——總體電路圖各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述上電復位電路電源電路時鐘電路系統(tǒng)構(gòu)成：單片機最小系統(tǒng)+按鍵電路+共陰LED顯示電路+繼電器驅(qū)動電路各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述問題1、電源電路中采用三端穩(wěn)壓器LM7805將+12V直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?5V直流電壓，相較于直接采用+5V直流電壓供電有何好處？2、從抗干擾的角度出發(fā)，繼電器的驅(qū)動電路還有其它更好的設(shè)計方法嗎？3、電路圖中的繼電器線圈兩端并聯(lián)的二極管的作用？4、RST引腳在上電后的波形圖是怎樣的？5、數(shù)碼管驅(qū)動方式？各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述7、程序設(shè)計——整體架構(gòu)確定本程序宜采用以系統(tǒng)時鐘為核心的程序結(jié)構(gòu)，本設(shè)計要用到以下幾個時間量：5ms－每個數(shù)碼管顯示時間；20ms－按鍵去抖時間；0.5s－分個位LED小數(shù)點閃爍以及預置時分十位和個位閃爍的時間；1s－計時的單位時間。最常見的主程序流程圖

各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟