綜合電子設(shè)計與實踐

前言

　　《綜合電子設(shè)計與實踐》一書自2002年3月出版以來，至今已歷時7年多。正如MNG三定律①所揭示的那樣，在過去的7年多中，微電子、通信、信息技術(shù)（IT）等均以驚人的發(fā)展速度創(chuàng)造和催生了許多奇跡。其成果惠及了生活在當(dāng)代的人們的日常工作、學(xué)習(xí)、文化娛樂、問醫(yī)求藥、通信、證券交易、旅游交通等諸多方面。反映在相關(guān)的電路與系統(tǒng)的理論、軟硬件技術(shù)、電子產(chǎn)品、EDA工具以及電子制造工藝等方面，皆伴隨著出現(xiàn)許多新的建樹與新的事物。作為電氣電子信息類專業(yè)實踐教材的《綜合電子設(shè)計與實踐》，對上述領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)的新生事物應(yīng)當(dāng)有所反映，以使該教材能適應(yīng)電氣電子信息技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展的最新形勢以及教學(xué)改革的需求。因此有必要對該書做一次推陳出新的修編?！　〈舜涡蘧幨紫葘⒏髡碌男形募凹夹g(shù)用語根據(jù)技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展的最新形勢做了一些必要的修改、調(diào)整與潤色，并更正了一些印刷錯誤。其次，對有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了一些刪減與替換補充。壓縮了那些在前修課與本課之間起著承上啟下作用的部分回顧性的論述，補充介紹了若干新系統(tǒng)、新電路、新器件、新軟件、新技術(shù)和新工藝。此外，從更有利于培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力、理論聯(lián)系實際的能力以及實踐動手的能力，更新、改寫與補充了書中的一些設(shè)計舉例。為配合本書的實踐教學(xué)，采用并具體介紹了由東南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院束海泉教授②的團隊研發(fā)、生產(chǎn)的《ESD一7綜合電子設(shè)計與實踐平臺》，本書第九章中有三個設(shè)計舉例就是利用該平臺完成硬、軟件的設(shè)計與驗證的。為了給使用本書的老師提供制作課件以及教學(xué)的方便，將本書所有插圖、附錄和部分在《ESD一7綜合電子設(shè)計與實踐平臺》上完成的參考設(shè)計的有關(guān)介紹，以及該設(shè)計的軟件清單等刻錄在一張光盤上，作為上述平臺的附件之一。

內(nèi)容概要

本書對2002年版做了重要修訂。全書共分9章：第1章為電子系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)論；第2章為常用傳感器及其應(yīng)用電路；第3章為模擬系統(tǒng)及其基本單元；第4章為模擬設(shè)計中的EDA技術(shù)；第5章為數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計；第6章為嵌入式處理器與嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用；第7章為電子系統(tǒng)的芯片實現(xiàn)方法；第8章為電子系統(tǒng)設(shè)計與制造的有關(guān)工程問題；第9章為電子系統(tǒng)設(shè)計舉例。以上內(nèi)容系圍繞電子系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)方法來安排的，目的是培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力，以適應(yīng)電子信息時代對學(xué)生知識結(jié)構(gòu)和能力的要求。    全書取材先進(jìn)、內(nèi)容新穎、理論聯(lián)系實際，既論及與電子系統(tǒng)高層設(shè)計理念相關(guān)的問題，又重視底層實現(xiàn)中常見實際問題的處置原則及方法。此次該書經(jīng)過修編后，內(nèi)容更加符合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢以及教學(xué)改革的需求。    本書可作為高等院校電氣電子信息類專業(yè)的綜合設(shè)計實踐教材，也可供電氣電子信息類工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

1 電子系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)論  1.1 電子系統(tǒng)概述  1.2 電子系統(tǒng)的設(shè)計    1.2.1 電子系統(tǒng)設(shè)計的一般方法    1.2.2 電子系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟    1.2.3 設(shè)計文檔的作用    1.2.4 傳統(tǒng)手工設(shè)計步驟    1.2.5 電子系統(tǒng)設(shè)計的EDA方法    1.2.6 電子系統(tǒng)設(shè)計的三要素——人才、工具、庫  1.3 各種電子系統(tǒng)設(shè)計步驟綜述    1.3.1 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計步驟    1.3.2 模擬系統(tǒng)設(shè)計步驟    1.3.3 以微機(單片機)為核心的電子系統(tǒng)的設(shè)計步驟  1.4 電子系統(tǒng)設(shè)計選題舉例    1.4.1 簡易數(shù)控直流電源(1994年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題之一)    1.4.2 頻率特性測試儀(1999年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題之一)  習(xí)題與思考題1  參考文獻(xiàn)2 常用傳感器及其應(yīng)用電路  2.1 概述  2.2 常用傳感器及其應(yīng)用要求    2.2.1 常用傳感器分類    2.2.2 傳感器的應(yīng)用要求  2.3 溫度傳感器    2.3.1 溫度傳感器的分類    2.3.2 集成溫度傳感器    2.3.3 應(yīng)用舉例——紅外熱輻射溫度儀  2.4 光電傳感器    2.4.1 發(fā)光二極管的特性    2.4.2 光敏二極管和光敏三極管    2.4.3 應(yīng)用舉例  2.5 霍爾傳感器    2.5.1 線性霍爾傳感器    2.5.2 開關(guān)型霍爾傳感器  習(xí)題與思考題2  參考文獻(xiàn)3 模擬系統(tǒng)及其基本單元  3.1 模擬系統(tǒng)及其特點  3.2 模擬信號產(chǎn)生單元    3.2.1 單片精密函數(shù)發(fā)生器ICL8038    3.2.2 高精度50Hz時基電路    3.2.3 鎖相環(huán)頻率合成器  3.3 模擬信號的常用處理單元    3.3.1 集成運放及其在信號調(diào)理電路中的典型運用    3.3.2 測量放大器    3.3.3 RC有源濾波器的實用電路    3.3.4 D類音頻功率放大器  3.4 模擬信號變換單元    3.4.1 集成電壓比較器    3.4.2 采樣保持器    3.4.3 多路模擬開關(guān)    3.4.4 電壓－電流變換器    3.4.5 電壓－頻率變換器    3.4.6 頻率解碼電路    3.4.7 數(shù)字電位器及其應(yīng)用  3.5 傳感器與放大器之間的“匹配  習(xí)題與思考題3  參考文獻(xiàn)4 模擬設(shè)計中的EDA技術(shù)  4.1 引言  4.2 用于模擬設(shè)計的EDA工具簡介    4.2.1 PSpice簡介    4.2.2 OrCAD簡介    4.2.3 EWB簡介    4.2.4 MATLAB簡介    4.2.5 影響EDA模擬設(shè)計正確性的因素  4.3 PSpice及EWB中高級分析的使用    4.3.1 參數(shù)掃描分析    4.3.2 溫度掃描分析    4.3.3 靈敏度分析    4.3.4 最壞情況分析    4.3.5 蒙特一卡羅(Monte-Carlo)分析  4.4 器件宏模型在PSpice模擬中的應(yīng)用舉例    4.4.1 關(guān)于器件宏模型    4.4.2 應(yīng)用舉例  4.5 在系統(tǒng)可編程模擬器件(ispPAC)的原理及應(yīng)用    4.5.1 概述    4.5.2 結(jié)構(gòu)與性能簡介    4.5.3 應(yīng)用舉例    4.5.4 在系統(tǒng)可編程電源管理器件——ispPAC Power Manager  習(xí)題與思考題4  參考文獻(xiàn)5 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計  5.1 概述  5.2 可編程邏輯器件(PLD)及其應(yīng)用    5.2.1 可編程邏輯器件(PLD)概述    5.2.2 可編程邏輯器件的結(jié)構(gòu)與編程方法    5.2.3 可編程邏輯器件(PLD)的使用    5.2.4 可編程片上系統(tǒng)(SOPC)  5.3 Verilog HDL語言及其應(yīng)用    5.3.1 Verilog HDL語言的基本結(jié)構(gòu)    5.3.2 Verilog HDL的基本語法    5.3 I.3 不同抽象級別的Verilog HDL模型    5.3.4 系統(tǒng)的分層描述    5.3.5 用Verilog HDI。描述具體電路舉例  5.4 全硬件數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計    5.4.1 總體方案設(shè)計    5.4.2 子系統(tǒng)設(shè)計  習(xí)題與思考題5  參考文獻(xiàn)6 嵌入式處理器與嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用  6.0引言  6.1 單片機基本知識的回顧    6.1.1 MCS一51系列單片機內(nèi)部資源及引腳功能    6.1.2 單片機最小系統(tǒng)  6.2 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一般組成及開發(fā)過程    6.2.1 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一般組成    6.2.2 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程    6.2.3 單片機測量控制系統(tǒng)概述  6.3 單片機與外圍器件的連接    6.3.1 單片機與并行總線外圍器件的連接    6.3.2 單片機與串行外圍器件的連接    6.3.3 單片機與以太網(wǎng)控制器的連接    6.3.4 用單片機測量脈沖頻率的接口及測量方法  6.4 單片機輸出控制通道  6.5 單片機C語言    6.5.1 概述    6.5.2 使用KeilC51的軟件設(shè)計  6.6 DSP原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用    6.6.1 概述    6.6.2 TMS320系列的結(jié)構(gòu)    6.6.3 TMS320F2812硬件電路設(shè)計    6.6.4 基于DSP的智能測控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)    6.6.5 DXP在測控系統(tǒng)中應(yīng)用的軟件設(shè)計  6.7 ARM處理器及嵌入式操作系統(tǒng)簡介    6.7.1 ARM處理器簡介    6.7.2 uCLinux嵌入式操作系統(tǒng)簡介    6.7.3 嵌入式軟件的開發(fā)環(huán)境與工具  6.8 基于FPGA的SOPC系統(tǒng)簡介    6.8.1 概述    6.8.2 Nios II軟核處理器    6.8.3 應(yīng)用Nios II設(shè)計SOPC  習(xí)題與思考題6  參考文獻(xiàn)7 電子系統(tǒng)的芯片實現(xiàn)方法  7.1 引言  7.2 設(shè)計流程    7.2.1 概述    7.2.2 數(shù)字ASIC的設(shè)計流程    7.2.3 模擬ASIC的設(shè)計流程    7.2.4 片上系統(tǒng)(SUC)的設(shè)計流程  7.3 面向教學(xué)的芯片設(shè)計工具與環(huán)境  7.4 定時器ASIC芯片的設(shè)計方法與步驟    7.4.1 系統(tǒng)描述及功能設(shè)計    7.4.2 邏輯設(shè)計和電路設(shè)計    7.4.3 版圖設(shè)計  7.5 國產(chǎn)工業(yè)級EDA軟件——九天系統(tǒng)(Zeni System)簡介  習(xí)題與思考題7  附錄7.1 2μm單晶硅單層金屬N阱CMOS設(shè)計規(guī)則  附錄7.2 2μm單晶硅單層金屬CMOS庫單元版圖舉例  參考文獻(xiàn)8 電子系統(tǒng)設(shè)計與制造的有關(guān)工程問題  8.1 概述  8.2 電子系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計    8.2.1 電磁干擾與電磁兼容問題    8.2.2 干擾的類型    8.2.3 干擾傳播的途徑    8.2.4 抗干擾設(shè)計方法  8.3 電子設(shè)備熱設(shè)計    8.3.1 功率器件的散熱    8.3.2 整機的散熱  8.4 可靠性設(shè)計  8.5 數(shù)字電路的可測試性設(shè)計  8.6 印刷電路板的設(shè)計與裝配    8.6.1 PCB的設(shè)計    8.6.2 關(guān)注信號完整性  8.7 電子系統(tǒng)的調(diào)試    8.7.1 通電調(diào)試之前的檢查    8.7.2 初步制定出一個調(diào)試順序與步驟    8.7.3 做好調(diào)試記錄    8.7.4 模擬電路的調(diào)試    8.7.5 數(shù)字電路系統(tǒng)的調(diào)試    8.7.6 帶微處理器的電路系統(tǒng)調(diào)試  8.8 可制造性設(shè)計  8.9 設(shè)計與質(zhì)量管理  8.10 電子設(shè)備設(shè)計文件  復(fù)習(xí)思考題8  參考文獻(xiàn)9 電子系統(tǒng)設(shè)計舉例  9.1 前言  9.2 水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計    9.2.1 原始設(shè)計任務(wù)書    9.2.2 水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計報告  9.3 數(shù)字式工頻有效值電壓表設(shè)計    9.3.1 原始設(shè)計任務(wù)書    9.3.2 數(shù)字式工頻有效值電壓表設(shè)計報告  9.4 數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)    9.4.1 原始設(shè)計任務(wù)書    9.4.2 數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)設(shè)計報告    9.4.3 部分子系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計    9.4.4 單片機的軟件算法與流程圖    9.4.5 系統(tǒng)調(diào)試與指標(biāo)測試  9.5 采用直接數(shù)字合成(DDS)方法產(chǎn)生正弦掃頻信號    9.5.1 DDS工作原理    9.5.2 在《ESD-7綜合電子設(shè)計與實踐平臺》上，采用DDS方法產(chǎn)生正弦掃頻信號    9.5.3 可以達(dá)到的性能指標(biāo)  9.6 DDS產(chǎn)生的掃頻信號用于頻率特性測量    9.6.1 概述    9.6.2 電路系統(tǒng)頻率特性的測試方法    9.6.3 設(shè)計一個掃頻儀  9.7 數(shù)字存儲示波器和FFT頻譜分析    9.7.1 概述    9.7.2 設(shè)計任務(wù)    9.7.3 設(shè)計方案  參考文獻(xiàn)附錄  附錄A電子設(shè)計常用網(wǎng)址  附錄B 常用電子工程手冊  附錄C 《ESD-7綜合電子設(shè)計與實踐平臺》

章節(jié)摘錄

　　在沒有EDA工具的條件下，或者是作為學(xué)習(xí)的目的，僅做一些簡單系統(tǒng)設(shè)計的練習(xí)，可采用傳統(tǒng)的手工設(shè)計方法去完成。此外熟悉傳統(tǒng)手工設(shè)計步驟，還有助于學(xué)習(xí)與掌握使用EDA工具的設(shè)計方法與步驟。下面就對電子系統(tǒng)的手工設(shè)計步驟做一介紹：　　1）審題　　通過對給定任務(wù)或設(shè)計課題的具體分析，明確所要設(shè)計的系統(tǒng)的功能、性能、技術(shù)指標(biāo)及要求。這是保證所做的設(shè)計不偏題、不漏題的先決條件。為此，就要求設(shè)計人員在用戶和設(shè)計主管人之間反復(fù)進(jìn)行交流與討論。或者，如果是作為學(xué)生的大作業(yè)，就應(yīng)與命題老師進(jìn)行充分的交流，務(wù)必弄清系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求。在真實的工程設(shè)計中如果發(fā)生了偏題與漏題，用戶將拒絕接受你的設(shè)計，你還要承擔(dān)巨大的經(jīng)濟責(zé)任甚至法律責(zé)任；如果該設(shè)計是一次電子設(shè)計競賽，你將丟掉名次。所以審題這一步，事關(guān)重大，務(wù)必走穩(wěn)、走好?！　?）方案選擇與可行性論證　　把系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能分配給若干個子系統(tǒng)中的單元電路，并畫出一個能表示各單元功能的整機原理框圖。這項工作要綜合運用所學(xué)的知識，并同時查閱有關(guān)參考資料；要敢于創(chuàng)新、敢于采用新技術(shù)，不斷完善所提的方案；還應(yīng)提出幾種不同的方案，對它們的可行性進(jìn)行論證。即從完成的功能的齊全程度、性能和技術(shù)指標(biāo)的高低程度、經(jīng)濟性、技術(shù)的先進(jìn)性以及完成的進(jìn)度等方面進(jìn)行比較，最后選擇一個較好的方案。　　3）單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和元器件選擇　　在方案選擇與論證完成后，對各單元電路的功能、性能指標(biāo)、與前后級之間的關(guān)系均應(yīng)當(dāng)明確而無含糊之點，下一步就是進(jìn)行單元電路的設(shè)計了。首先，要對各個單元電路可能的組成形式進(jìn)行分析、比較。單元電路的形式一旦確定之后，就可選擇元器件；然后根據(jù)某種原則或依據(jù)先確定好單元電路中部分元件的參數(shù)，再去計算其余的元件參數(shù)和電路參數(shù)（如放大倍數(shù)、振蕩頻率等）。顯然，這一步工作需要有扎實的模擬電子線路和數(shù)字電路的知識和清楚的物理概念?！　?）組裝與調(diào)試設(shè)計結(jié)果的正確性需要驗證，但手工設(shè)計無法實現(xiàn)自動驗證。雖然也可以在紙面上進(jìn)行手工驗證，但由于人工管理復(fù)雜性的能力有限，再加上人工計算時多用近似，設(shè)計中使用的器件參數(shù)與實際使用的器件參數(shù)不一致等因素，使得設(shè)計中總是不可避免地存在誤差甚至錯誤，因而不能保證最終的設(shè)計是完全正確的。這就需要將設(shè)計的系統(tǒng)在面包板或印刷板上進(jìn)行組裝，并用儀器進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)問題時隨時修改，直到所要求的功能和性能指標(biāo)全部符合要求為止。一個未經(jīng)驗證的設(shè)計總是有這樣那樣的問題和錯誤，若送到工廠投產(chǎn)去必將導(dǎo)致巨大的浪費。所以通過組裝與調(diào)試對設(shè)計進(jìn)行驗證與修改、完善是傳統(tǒng)手工設(shè)計法不可缺少的一個步驟。

編輯推薦

　　《綜合電子設(shè)計與實踐（第2版）》取材先進(jìn)、內(nèi)容新穎、理論聯(lián)系實際，既論及與電子系統(tǒng)高層設(shè)計理念相關(guān)的問題，又重視底層實現(xiàn)中常見實際問題的處置原則及方法。此次該書經(jīng)過修編后，內(nèi)容更加符合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢以及教學(xué)改革的需求。

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