復雜電子系統設計與實踐

前言

　　綜合性、設計性實踐訓練已成為高等工程教育體系中不可或缺的課程之一，它與傳統模式下的實驗教學最大的不同之處在于：傳統模式下的實驗教學一般給出實驗原理（或電原理）、實驗器材、實驗步驟及方法，以驗證性實驗為主，缺乏對學生綜合素質能力的訓練和培養(yǎng)。近年來由于電子技術的發(fā)展，電子產品設計理念、方法及環(huán)境都有了重大的變化。尤其是設計環(huán)境的變化、微電子技術的迅猛發(fā)展及EDA技術的引入，使現代電子產品的復雜性大大上升。當代電子系統的設計方法與環(huán)境所發(fā)生的巨大變化，是對高等院校理工科電子科學與技術及信息與通信類專業(yè)大學生的一個強有力的挑戰(zhàn)。但目前的現狀是，電子科學與技術及信息與通信類專業(yè)大學生在電子系統設計及應用上獲得的訓練遠遠少于傳統模式下的驗證性生實驗的訓練和指導，滿足不了現代社會在工業(yè)應用及科研實踐活動中對綜合型應用人才的需求?；诹羞@種狀況的反思，武漢大學電子信息學院從1996年開始設置了“電子系統設計與實踐”的實驗課程，并編寫了相應的講義。經過多年的教學實踐取得了較好的效果，2001年獲湖北省高等學校省級教學成果三等獎，2005年獲湖北省高等學校省級教學成果二等獎。2007年武漢大學國家電工電子實驗教學示范中心的建立為實驗教學的改革注入了新的動力，為了進一步深化實驗教學改革，滿足高校電子科學與技術及信息與通信類專業(yè)培養(yǎng)具有綜合電子系統設計能力與創(chuàng)新素質人才的需要，在總結經驗與吸收各方面意見的基礎上，我們組織編寫了《復雜電子系統設計與實踐》這本書?！　”緯且罁叩仍盒ｋ娮蛹夹g實踐教學大綱的基本要求，并結合作者多年教學與科研的經驗而編寫的。本書以普通高等院校電子科學與技術及信息與通信類本科三、四年級學生為主要對象，以具有較大難度的基于微處理器和大規(guī)?？删幊唐骷臏y控和通信系統及具有嚴格技術指標的集成化功能產品為設計目標，旨在通過提供系統的綜合性、設汁型的電子系統設計的訓練，來提高學生的綜合素質能力。本書在正式出版前，曾作為校內選修課和電子設計競賽賽前培訓的內部教材，使用過程中得到了學生的肯定和好評?！　”緯?9章，主要內容大體分為三個部分：第一部分（第1章～第8章）為微機應用系統的設計與實踐，主要介紹基于MCS-51／52單片機應用系統的設計，內容涉及數字信號源、數字頻率計、數據采集與回放、數據傳輸、控制策略與算法研究及簡單測試儀器的設計與實現等；第二部分（第9章～第15章）為EDA應用——FPGA／CPID電路設計與實踐，在簡單介紹FPGA／CPID的設計流程的基礎上，通過若干設計實例討論了基于FPGA的外設控制電路、協議轉換電路、數字信號處理電路及其他復雜系統的設計；第三部分（第16章～第19章）為復雜電子系統設計，內容涉及基于NiosII處理器、DSP處理器和ARM處理器的應用電路系統的設計思想、設計方法及其他細節(jié)。對于電子系統設計中所涉及的工程實現方面的有關問題，如抗干擾及電磁兼容、熱特性、可測性、可靠性及信號完整性等，也進行了討論。

內容概要

本書以復雜電子系統設計為目標，其內容圍繞電子系統的設計與實現方法來安排。全書共19章，第1章至第8章詳細介紹微機應用系統的設計與實踐，第9章至第15章主要闡述EDA的典型應用——FPGA/CPLD電路設計與實踐，第16章至第18章重點分析若干復雜電子應用系統的設計思想和設計方法，第19章簡要討論電子系統設計中所涉及的工程實現方面的有關問題。為方便教學，本書配有免費電子教學課件。    本書取材廣泛，內容上既有深度又有廣度，敘述由淺入深，理論、分析與設計相結合，前后連貫，系統性較強。為了體現本書的實踐性，書中對每一種典型電子系統都提供了設計方案和設計方法，同時在進行各種電子系統設計時盡可能采用能反映近代電子技術發(fā)展的新器件、新技術，注重內容的新穎性和實用性。    本書可作為高等院校電子科學與技術及信息與通信類專業(yè)高年級本科生和研究生的教材及參考書，也可作為全國大學生電子設計競賽賽前訓練和大學生從事電子技術方面的課外科技創(chuàng)新等實踐環(huán)節(jié)的教材，還可作為工程設計人員的參考書。

書籍目錄

　 第1章  電子系統設計導論 第2章  簡單系統的設計與實踐 第3章  時間(頻率)的數字化測量 第4章  數字信號源的設計與實現 第5章  數據采集與回放系統的設計與實現 第6章  數據傳輸系統的設計 第7章  控制策略與算法的研究 第8章  簡單測試儀器的設計與實現 第9章  基于FPGA/CPLD的電路設計流程簡介 第10章  基于FPGA的外設控制電路的設計 第11章  基于FPGA的協議轉換電路設計 第12章  基于FPGA的FFT算法實現 第13章  基于FPGA的其他復雜電路設計與實現 第14章  基于FPGA的JPEG圖像壓縮 第15章  基于FPGA的神經網絡對數-S形函數的設計與實現第16章  基于TMS320C55XX系列DSP的系統硬件和軟件設計第17章  嵌入式操作系統 第18章  數碼相機伴侶系統的設計與實現 第19章  電子系統工程實現中的問題參考文獻

章節(jié)摘錄

　　1.2.3傳統手工設計步驟　　傳統的手工設計包括審題、方案選擇與可行性論證、單元電路的設計與參數計算，以及元器件選擇、組裝與調試、編寫設計文檔與總結報告等步驟，具體過程為：（1）通過審題對給定任務或設計課題進行具體分析，以明確所要設計的系統的功能、性能、技術指標及要求。（2）把系統所要實現的功能分配給若干單元電路，并畫出一個能表示各單元功能的整機原理框圖，提出幾種不同的方案，對它們的可行性進行論證，即從完成的功能的齊全程度、性能和技術指標的高低程度、經濟性、技術的先進性及完成的進度等方面進行比較，最后選擇一個較好的方案。（3）對各個單元電路可能的組成形式進行分析與比較，單元電路的形式一旦確定，就可以開始選擇元器件，然后根據某種原則或依據先確定好單元電路中部分元件的參數，再去計算其余的元件參數和電路參數（如放大倍數、振蕩頻率等）。（4）將設計的系統在面包板或印制電路板上進行組裝，并用儀器進行測試，發(fā)現問題時隨時修改，直到所要求的功能和性能指標全部符合要求為止。（5）從設計的第一步開始就要編寫文檔。文檔的組織應當符合系統化、層次化和結構化的要求。總結報告是在組裝與調試結束之后開始撰寫的，是整個設計工作的總結?！　?.2.4電子系統設計的EDA方法　　隨著電子技術的不斷發(fā)展，電子系統設計方法得到了不斷的改進和創(chuàng)新，基于EDA的方法成為電子系統設計的主流?！　?.用EDA工具設計電子系統的流程　　要用EDA工具設計電子系統，除了需要堅實的電路與系統的理論知識外，還必須具備兩個條件：一是要會選擇和使用EDA工具；二是要清楚地知道用EDA工具設計電子系統的流程。雖然不同公司的EDA軟件有不同的使用方法，但用這些EDA工具設計電子系統的基本流程卻是一樣的，具有普遍意義。

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