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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1 20

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2 36

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ICL8038 37

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3 73

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 Manager 106

习题与思考题4 108

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5 173

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SOPC 220

习题与思考题6 225

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7 242

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8 270

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