第1章 电子系统设计导论

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1、第1章电子系统设计导论1.1概述1.2电子系统设计1.3模拟电子系统设计流程1.4数字电子系统设计流程1.1.1电子系统基本组成1.1概述电子系统：由电子元器件或部件组成的能够产生、传输或处理电信号及信息的客观实体。如：通信系统、计算机系统、电子测量系统、自动控制系统等。单元电路：规模较小、功能单一。电子系统：功能复杂，由若干个单元电路组成。电子系统的基本组成：一般包括信息输入/输出、信息处理和控制三大部分。如图1-1所示。信息采集（输入）信息处理/控制信息输出现场信息控制对象或负载图1-1电子系统的基本组成框图1.1.1电子系统基本类型1、模拟电子系统基础：任何电子系统离不开模拟电

2、子系统。优点：在整个处理过程中，信号的有关参数始终与原始物理量有着直接的对应关系——模拟关系。主要单元电路：放大、滤波、信号调理、驱动。设计方法：人工设计、计算机辅助设计（CAD）。2、数字电子系统对数字信号进行传输、处理、控制。组成：控制器、若干逻辑功能单一的子系统。如存储器、译码器、比较器、计数器等控制器是数字电子系统必须的，是区别系统和功能部件的标志。分类：同步数字电子系统、异步数字电子系统。3、模拟-数字混合电子系统包含模拟电路和数字电路的系统。绝大多数仪器仪表和过程控制采用。例子：图1-2所示。图1-2液体点滴速度监测与控制装置原理框图液位检测信号调理模数转换液位检测滴速检

3、测信号调理模数转换MCU（单片机）液位检测键盘显示报警指示上位机4、微处理器（单片机、嵌入式）系统嵌入式系统首先是一个计算机系统，其次是嵌入到对象体系中，实现对象要求的数据采集、处理、状态显示、输出控制等功能。单片机完全是按照嵌入式系统要求设计的，因此，单片机是最典型的嵌入式系统。因此，国际上已将单片机正名为微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）。5、DSP（数字信号处理）系统现代大型、复杂的电子系统一般总是上述5种类型或前4种类型的集成，而一些简单的系统，可能就是其中的某一种。DSP系统的设计有两种方法：硬件实现、软件实现。硬件实现是用DSP的理论和算法，借助数

4、字电子系统的设计方法完成。软件实现是用DSP的理论和算法，借助微型计算机系统的程序设计方法和硬件配置方法完成。从设计的角度来说，掌握了模拟电子系统、数字电子系统、微处理器系统的基本设计方法，就能设计出现代复杂的电子系统。1.2.1电子系统设计基本原则1.2电子系统设计在电子系统设计时一般应遵守以下基本原则：（1）满足系统功能和性能指标要求必须满足（2）电路简单经济可靠采用系统集成技术（3）电磁兼容性好（4）可靠性高（5）系统集成度高（6）调试简单方便（7）生产工艺简单（8）操作方便1.2.2电子系统设计的基本内容通常所说的电子系统设计，一般包括拟定性能指标、预设计、试验和修改设计等环

5、节。分为方案论证、初步设计、技术设计、试制与实验、设计定型5个阶段。电子系统设计的基本内容：●明确技术条件（任务书）；●选择电源的种类；●确定负荷容量（功耗）；●设计电路原理图、接线图、安装图、装配图；●选择电子、电气元器件及执行器件，制订电子、电气元器件明细表；●画出电机、执行元器件、控制部件及检测元器件总布局图；●设计机箱、面板、印制电路板、接线板及非标准电气元器件和专用安装零件；●编写设计文档。1、自底向上法（Bottom-Up）1.3电子系统设计一般方法根据系统功能要求，从现有的可用元器件中选出合适的元器件，设计成一个个部件，一直进行到系统要求的全部功能都实现为止。优点：继承

6、使用经过验证、成熟的部件与子系统，从而可以实现设计重用，减少设计的重复劳动，提高设计效率。缺点：设计过程中设计人员的思想受限于现有可用的元器件，故不容易实现系统化的、清晰易懂的、可靠性高的和维护性好的设计。应用：小规模电子系统设计、组装与测试。2、自顶向下法（Top-Down）首先从系统级设计开始，然后进行子系统级设计。子系统的划分定义和互连完成以后，从下级部件向上级部件进行设计。即设计或者选用一些部件去组成实现既定功能的子系统。即：将系统划分和定义为一个个适当的，能够实现某一功能的相对独立的子系统。每个子系统的功能（输入/输出关系）必须全面、准确在描述出来。子系统之间的联系也必须全

7、面、准确在描述出来。部件级的设计完成后再进行最后的元器件级设计，选用适当的元器件去实现该功能。遵循的原则：●正确性和完备性原则；●模块化、结构化原则；●问题不下放原则；●高层主导原则；●直观性、清晰性原则。3、以自顶向下法为主导，结合使用自底向上法（TD＆BUCombined）既保证实现系统化、清晰易懂、可靠性高、可维护性好，又减少设计的重复劳动，提高效率。进行一项大型的、复杂的系统设计，实际上是一个自顶向下的过程，是一个上、下多次反复进行修改的过程。对于