电子系统设计实例.ppt

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1、所谓智能型电子系统，是指具有一定智能行为的系统。具体地说，若对于一个问题的激励输入，系统能够产生适合求解问题的响应，这样的系统称为智能系统；以上虽然给出了智能系统的定义，但没有提出一个明确的界限，规定什么样的系统才算是智能系统。事实上，即使是智能系统，其智能程度也有高低；一般认为，一个智能型电子系统应具备数据采集、处理、判断、分析和控制输出的能力，在智能化程度较高的电子系统中，还应该具备预测、自诊断、自适应、自组织和自学习控制功能；以微处理器为核心的电子系统，可以很容易地将计算技术与实用技术结合在一起，组成新一代的“智能型电子系统”。第五章智能电子系统设计示例5.1概述5.

2、2智能电子系统设计方法与过程智能电子系统的设计过程应包括总体论证、系统设计、软、硬件开发、联机调试和产品定型等几个步骤。设计过程智能电子系统的设计包含对系统硬件和软件的综合设计；一个科学的设计方法，一般都具有以下的内容和步骤：总体论证、系统功能划分、指标分配与框图构成。设计方法总体论证总体论证包括系统性能指标的论证和系统组成的论证两个方面；总体论证的方法是通过大量的调查研究，对系统具有的功能、性能指标以及可能的组成方案进行综合考虑；经过总体论证之后得到的系统总体方案应能解决以下问题：了解国内外相似产品的开发水平、器材设备技术水平和供应状态。对所接受委托项目，还应充分了解对方

3、技术要求、环境状况、技术水平，明确设计内容；了解可移植的软、硬件技术。能移植的尽量移植，以防大量的低水平重复劳动；摸清软、硬件技术难度，明确技术主攻方向。系统功能划分一个智能电子系统的设计，既有硬件设计任务，也有软件设计任务。系统功能的划分既包括应用系统的软、硬件划分，也包括软、硬件系统内各模块之间的功能划分；智能型电子系统的硬件与软件之间有密切的相互制约的联系，硬件和软件具有一定的互换性；由硬件来完成一些功能可以提高工作速度，减少软件工作量；由软件来完成某些功能，可降低硬件成本、简化电路，提高系统可靠性；可根据系统的运行速度、成本、可靠性和研制周期等要求来确定软、硬件功能

4、的划分。根据运行速度要求在绝大多数智能电子系统中，划分软、硬件功能往往是由系统的运行速度决定；例如，单片机的时钟频率一般在6～12MHz左右，执行一条指令至少需要1μs，而完成任何一项工作需要若干条指令，因此比数字逻辑电路(无论是组合电路还是时序电路)都慢得多；如果某一任务的执行时间要求少于10μs，就必须采用硬件电路实现。否则，如采用确能完成此项任务的高速微处理器系统，则会造成浪费。根据成本要求智能电子系统研制费用包括硬件和软件费用，软件的费用不仅是设计师所花费的脑力劳动，还有各种调试工具、消耗品的费用；软件费用的特点是研制费用昂贵，复制费用低廉；在批量生产的产品研制中，

5、应尽可能利用软件代替硬件，降低成本；小批量或单件产品不宜采用软件代替硬件办法，这会增加软件研制费用；直接利用已成熟原理或软件来替代硬件不受此限。根据可靠性要求硬件线路越复杂，系统可靠性就越差；采用软件替代硬件功能，是提高可靠性的一个好办法；在一些特殊场合，如军用及各种恶劣环境中，往往采用硬件冗余线路来提高系统可靠性。根据研制周期要求为了加快智能型电子系统的研制速度，应尽量考虑采用各种标准软硬件或利用已有成熟的软硬件来完成系统的功能，而不必拘泥于前面所述细节。指标分配与框图构成针对总体方案所提出的任务、要求和条件，就可以用具有一定功能的若干单元方框图构成一个总方框图，并将系统

6、的性能指标分配到各单元方框中去；对于较粗的方框还可以作进一步分解，直到每一个子方框至少可用一个能满足其功能的方案去实现为止；将每个方案的可行性和优缺点逐一进行分析，再加以比较、优化筛选，就可得到较理想的系统方案。5.3智能电子系统设计示例设计一个水温控制系统。设计任务与要求设计任务一升水由1kW的电炉加热，要求水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。基本要求主要性能指标温度设定范围：40～90℃，最小区分度为1℃；控制精度：温度控制的静态误差≤1℃；用十进制数码显示实际水温；能打印实测水温值。扩展功能具有通信能力，可接收其

7、他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备；采用适当的控制方法，当设定温度或环境温度突变时，减小系统的调节时间和超调量；温度控制的静态误差≤0.2℃；能自动显示水温随时间变化的曲线。总体论证控制方法选择水温控制系统的控制对象具有热储存能力大，惯性也较大的特点，水在容器内的流动或热量传递都存在一定的阻力，因而可以归于具有纯滞后的一阶大惯性环节；对于大惯性系统的过渡过程控制，一般可采用以下几种控制方案：开关量控制这种方法通过比较给定值与被控参数的偏差来控制输出的状态：开通或关断，因此控制过程十分简单，也容易实