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电子系统设计导论1

1.1　电子系统概述1

1.2　电子系统的设计5

1.2.1　电子系统设计的一般方法5

1.2.2　电子系统设计的一般步骤7

1.2.3　设计文档的作用9

1.2.4　传统手工设计步骤10

1.2.5 电子系统设计的EDA方法11

1.2.6　电子系统设计的三要素——人才、工具、库16

1.3　各种电子系统设计步骤综述17

1.3.1　数字系统设计步骤17

1.3.2　模拟系统设计步骤17

1.3.3　以微机（单片机）为核心的电子系统的设计步骤17

1.4　电子系统设计选题举例18

1.4.1　简易数控直流电源（1994年全国大学生电子设计竞赛题之一）18

1.4.2　频率特性测试仪（1999年全国大学生电子设计竞赛题之一）19

习题与思考题120

参考文献20

常用传感器及其应用电路21

2.1　概述21

2.2　常用传感器及其应用要求22

2.2.1　常用传感器分类22

2.2.2　传感器的应用要求23

2.3　温度传感器24

2.3.1　温度传感器的分类24

2.3.2　集成温度传感器25

2.3.3　应用举例——红外热辐射温度仪28

2.4　光电传感器29

2.4.1　发光二极管的特性30

2.4.2　光敏二极管和光敏三极管30

2.4.3　应用举例31

2.5　霍尔传感器32

2.5.1　线性霍尔传感器33

2.5.2　开关型霍尔传感器34

习题与思考题236

参考文献36

模拟系统及其基本单元37

3.1　模拟系统及其特点37

3.2　模拟信号产生单元37

3.2.1　单片精密函数发生器ICL803837

3.2.2　高精度50 Hz时基电路39

3.2.3　锁相环频率合成器39

3.3　模拟信号的常用处理单元40

3.3.1　集成运放及其在信号调理电路中的典型运用41

3.3.2　测量放大器47

3.3.3　RC有源滤波器的实用电路49

3.3.4　D类音频功率放大器52

3.4　模拟信号变换单元54

3.4.1　集成电压比较器55

3.4.2　采样保持器57

3.4.3　多路模拟开关59

3.4.4　电压-电流变换器61

3.4.5　电压-频率变换器65

3.4.6　频率解码电路67

3.4.7　数字电位器及其应用69

3.5　传感器与放大器之间的“匹配”71

习题与思考题373

参考文献73

模拟设计中的EDA技术74

4.1 引言74

4.2　用于模拟设计的EDA工具简介75

4.2.1　PSpice简介75

4.2.2　OrCAD简介76

4.2.3　EWB简介77

4.2.4　MATLAB简介78

4.2.5　影响EDA模拟设计正确性的因素78

4.3　PSpice及EWB中高级分析的使用79

4.3.1　参数扫描分析79

4.3.2　温度扫描分析81

4.3.3　灵敏度分析81

4.3.4　最坏情况分析84

4.3.5　蒙特-卡罗（Monte-Carlo）分析87

4.4　器件宏模型在PSpice模拟中的应用举例90

4.4.1　关于器件宏模型90

4.4.2　应用举例91

4.5　在系统可编程模拟器件（ispPAC）的原理及应用94

4.5.1　概述94

4.5.2　结构与性能简介95

4.5.3　应用举例98

4.5.4　在系统可编程电源管理器件——ispPAC Power Manager106

习题与思考题4108

参考文献109

数字系统设计110

5.1　概述110

5.2　可编程逻辑器件（PLD）及其应用111

5.2.1　可编程逻辑器件（PLD）概述111

5.2.2　可编程逻辑器件的结构与编程方法111

5.2.3　可编程逻辑器件（PLD）的使用115

5.2.4　可编程片上系统（SOPC）120

5.3　Verilog HDL语言及其应用121

5.3.1　Verilog HDL语言的基本结构122

5.3.2　Verilog HDL的基本语法125

5.3.3　不同抽象级别的Verilog HDL模型142

5.3.4　系统的分层描述144

5.3.5　用Verilog HDL描述具体电路举例146

5.4　全硬件数字系统的设计155

5.4.1　总体方案设计155

5.4.2　子系统设计158

习题与思考题5173

参考文献174

嵌入式处理器与嵌入式系统及其应用175

6.0　引言175

6.1　单片机基本知识的回顾176

6.1.1　MCS-51系列单片机内部资源及引脚功能176

6.1.2　单片机最小系统178

6.2　单片机应用系统的一般组成及开发过程178

6.2.1　单片机应用系统的一般组成178

6.2.2　单片机应用系统的开发过程179

6.2.3　单片机测量控制系统概述179

6.3　单片机与外围器件的连接181

6.3.1　单片机与并行总线外围器件的连接181

6.3.2　单片机与串行外围器件的连接183

6.3.3　单片机与以太网控制器的连接184

6.3.4　用单片机测量脉冲频率的接口及测量方法186

6.4　单片机输出控制通道190

6.5　单片机C语言191

6.5.1　概述191

6.5.2　使用Keil C51的软件设计192

6.6　DSP原理、结构及应用199

6.6.1　概述199

6.6.2　TMS320系列的结构201

6.6.3　TMS320F2812硬件电路设计205

6.6.4　基于DSP的智能测控系统的硬件结构208

6.6.5　DSP在测控系统中应用的软件设计209

6.7　ARM处理器及嵌入式操作系统简介215

6.7.1　ARM处理器简介215

6.7.2　μCLinux嵌入式操作系统简介216

6.7.3　嵌入式软件的开发环境与工具217

6.8　基于FPGA的SOPC系统简介218

6.8.1　概述218

6.8.2　Nios Ⅱ软核处理器219

6.8.3　应用Nios Ⅱ设计SOPC220

习题与思考题6225

参考文献226

电子系统的芯片实现方法227

7.1　引言227

7.2　设计流程227

7.2.1　概述227

7.2.2　数字ASIC的设计流程228

7.2.3　模拟ASIC的设计流程229

7.2.4　片上系统（SOC）的设计流程230

7.3　面向教学的芯片设计工具与环境232

7.4　定时器ASIC芯片的设计方法与步骤234

7.4.1　系统描述及功能设计234

7.4.2　逻辑设计和电路设计236

7.4.3　版图设计238

7.5 国产工业级EDA软件——九天系统（Zeni System）简介241

习题与思考题7242

附录7.1　2μm单晶硅单层金属N阱CMOS设计规则243

附录7.2　2μm单晶硅单层金属CMOS库单元版图举例248

参考文献250

电子系统设计与制造的有关工程问题251

8.1 概述251

8.2　电子系统的抗干扰设计251

8.2.1 电磁干扰与电磁兼容问题251

8.2.2　干扰的类型253

8.2.3　干扰传播的途径253

8.2.4　抗干扰设计方法253

8.3　电子设备热设计256

8.3.1　功率器件的散热256

8.3.2　整机的散热257

8.4　可靠性设计257

8.5　数字电路的可测试性设计258

8.6　印刷电路板的设计与装配260

8.6.1 PCB的设计261

8.6.2　关注信号完整性262

8.7　电子系统的调试264

8.7.1　通电调试之前的检查265

8.7.2　初步制定出一个调试顺序与步骤265

8.7.3　做好调试记录265

8.7.4　模拟电路的调试265

8.7.5　数字电路系统的调试266

8.7.6　带微处理器的电路系统调试267

8.8　可制造性设计268

8.9　设计与质量管理268

8.10　电子设备设计文件269

复习思考题8270

参考文献271

电子系统设计举例272

9.1　前言272

9.2　水温控制系统的设计272

9.2.1　原始设计任务书272

9.2.2　水温控制系统的设计报告273

9.3　数字式工频有效值电压表设计278

9.3.1　原始设计任务书278

9.3.2　数字式工频有效值电压表设计报告279

9.4　数字化语音存储与回放系统283

9.4.1　原始设计任务书283

9.4.2　数字化语音存储与回放系统设计报告283

9.4.3　部分子系统的详细设计286

9.4.4　单片机的软件算法与流程图289

9.4.5　系统调试与指标测试292

9.5　采用直接数字合成（DDS）方法产生正弦扫频信号293

9.5.1　DDS工作原理293

9.5.2　在《ESD）7综合电子设计与实践平台》上，采用DDS方法产生正弦扫频信号295

9.5.3　可以达到的性能指标297

9.6　DDS产生的扫频信号用于频率特性测量299

9.6.1　概述299

9.6.2　电路系统频率特性的测试方法299

9.6.3　设计一个扫频仪300

9.7　数字存储示波器和FFT频谱分析302

9.7.1　概述302

9.7.2　设计任务302

9.7.3　设计方案302

参考文献305

附录306

附录A　电子设计常用网址306

附录B　常用电子工程手册307

附录C　《ESD-7综合电子设计与实践平台》307