《电子系统综合设计》PPT课件.ppt

电子系统设计 苏州大学电子信息学院徐大诚TELmail xudacheng 提纲 课程性质 目的和任务电子系统概述电子系统设计方法典型电子系统设计举例 课程性质 目的和任务 以模电 数电 单片机 EDA技术等课程为先修课程训练电子设计知识综合运用能力 培养科学 系统 全面的综合设计素质 具备中小型电子系统设计能力为后续的毕业实习和毕业设计做好理论知识的储备 电子系统概述 1 电子系统的定义及构成 电子系统概述 2 电子系统的分类 模拟电子系统 对讲机 无线遥控门铃 电子系统概述 2 电子系统的分类 数字电子系统 电子系统概述 2 电子系统的分类 单片机系统 电子系统概述 2 电子系统的分类 DSP系统 电子系统概述 2 电子系统的分类 嵌入式系统 电子系统设计方法 1 一般方法 自顶向下设计法 自顶向下的设计方法自底向上的设计方法以自顶向下方法为主导 并结合使用自底向上的方法 系统设计的方法 自顶向下 自底向上 自顶向下与自底向上相结合 何谓顶 何谓底 底 最基本的元 器件 甚至是版图 顶 系统的功能 系统的结构 自顶至底有 系统 子系统 部件 功能模块 单元电路 元 器件 版图 系统 子系统 子系统 功能模块 功能模块 功能模块 功能模块 单元电路 单元电路 单元电路 单元电路 单元电路 单元电路 单元电路 单元电路 元 器件 版图 自顶向下 自上而下法的优点 尽量运用概念 抽象 描述 分析设计对象 不过早地考虑具体的电路 元器件和工艺 抓住主要矛盾 不纠缠在具体细节上 控制设计的复杂性 系统 子系统 子系统 功能模块 功能模块 功能模块 功能模块 单元电路 单元电路 单元电路 单元电路 单元电路 单元电路 单元电路 单元电路 元 器件 版图 自底向上 部件设计在先 设计系统时将受这些部件的限制 影响 系统性易读性可靠性可维护性 自底向上的缺点 自底向上的优点 在系统的组装和调试过程中有效可利用前人的设计成果 系统 子系统 子系统 功能模块 功能模块 功能模块 功能模块 单元电路 单元电路 单元电路 单元电路 单元电路 单元电路 单元电路 单元电路 元 器件 版图 以功能模块为基础的自上而下的设计方法 自上而下法的要领 从顶层到底层从概括到展开从粗略到精细 系统级 子系统级 部件级 元件级 自顶向下 自底向上 正确性与完备性模块化与结构化问题不下放高层主导直观性与清晰性 自上而下法的原则 原始技术指标 电子系统设计的步骤 调查研究方案论证单元设计组装调测总结报告 调查研究 明确设计要求弄清设计方法了解设计关键 做什么 系统的功能输入和输出 做到何种程度 性能技术指标 注意分析每一个细节 尽量考虑得周到 完善 调查研究 明确设计要求弄清设计方法了解设计关键 有那些可使用的设计方法相同产品同类产品同原理产品其他可借鉴的方法 比较各种方法的先进性性价比可行性 器材 人才 时间 产品效益与开发时间的关系 上市延迟 销售顶峰 销售顶峰 电子系统设计的步骤 调查研究方案论证单元设计组装调测总结报告 调查研究 明确设计要求弄清设计方法了解设计关键 决定指标的关键难点工作量大 重点 方案论证 从顶层到底层从概括到展开从粗略到精细 逐层细化 系统级 子系统级 部件级 元件级 行为级 结构级 物理级 用户需求变为技术规范与功能描述 实现给定规范与功能的子系统 部件或元件及其互联方式 用一定的材料与工艺实现结构 系统级 子系统级 部件级 元件级 行为级 结构级 物理级 系统级 子系统级 部件级 元件级 行为级 结构级 物理级 系统级 子系统级 部件级 元件级 行为级 结构级 物理级 起点 系统级行为描述设计用户需求系统技术规范功能描述 方案论证 系统级行为描述设计 系统的外部特性主要功能输入和输出 那些端口输入 输出 信号 特征来源 去向 对系统的要求 初步方案 面板图 系统级 子系统级 部件级 元件级 行为级 结构级 物理级 下一步 系统级的结构描述与设计系统设计规范与功能子系统之间的组合 方案论证 系统的内部特性 基本原理基本框图 子系统各子系统之间的接口要求基本控制流程 系统级行为描述设计 基本框图 基本流程图 系统的内部特性 基本原理基本框图 子系统各子系统之间的接口要求基本控制流程 系统级行为描述设计 系统的实现技术 系统实现技术 用数字技术 还是模拟技术实现 模拟技术 优点 通常所使用的器件量较小缺点 对器件的依赖性较大调试较困难与计算机配合不如数字技术方便 数字技术 优点 对器件的依赖性较小调试较容易与计算机配合方便LSI与可编程器件的使用 数字技术靠逻辑 模拟电路靠经验 能甩开模拟电路吗 不能 高频小信号大功率 主体为数字技术质量靠模拟技术 千万不可忽略 放弃模拟技术 软件实现方法 单片机 计算机 DSP 数字信号处理 嵌入式系统 软件离不开硬件支持 系统级 子系统级 部件级 元件级 行为级 结构级 物理级 第三步 系统级的物理描述与设计组成系统的各抽象的子系统各具体的子系统 IP 提出具体的要求并转入下一层设计 方案论证 IntellectureProperty知识产权 系统级 子系统级 部件级 元件级 行为级 结构级 物理级 下一层 子系统级行为描述设计对子系统的需求子系统技术规范功能描述 方案论证 系统级 子系统级 部件级 元件级 行为级 结构级 物理级 下一步 子系统级的结构描述与设计子系统设计规范与功能功能模块 部件 之间的组合 方案论证 第三步 子系统级的物理描述与设计组成子系统的各抽象的模块选择具体的功能模块或对模块提出具体的要求并转入下一层设计 方案论证 没有现成模块可用的特殊模块 关键模块 关键元件及相互接口 以模块为单位的详细框图 下一层 部件级行为描述设计对部件 模块 的需求部件的技术规范功能描述 方案论证 下一步 部件级的结构描述与设计部件设计规范与功能单元电路之间的组合 方案论证 第三步 部件级的物理描述与设计抽象的单元电路选用具体的单元电路 方案论证 电子系统设计方法 2 设计流程 以模拟器件为核心的电子系统设计流程 电子系统设计方法 2 设计流程 以标准数字集成电路为核心的电子系统设计流程 电子系统设计方法 2 设计流程 以MPU和MCU为核心的电子系统设计流程 确定任务 完成总体设计硬件 软件设计与调试 其中硬件系统的一般设计步骤包括项目分析 系统方案制定 电路设计 PCB设计 结构设计 样机组装与调试系统总调 性能测定 电子系统设计方法 2 设计流程 以CPLD FPGA为核心的电子系统设计流程 电子系统设计方法 3 常用EDA工具 电路仿真 Orcad Multisim Proteus 可编程逻辑器件设计 MaxplusII QuartusII PCB设计 Protel PowerPCB Cadence 4 常用电子系统常用调试设备及装配工具 典型电子系统实例 数字定时器 铵油炸药生产流程 定时 定时 定时 定时 1 数字定时器的应用 炸药混装车 1 数字定时器的应用 消费类电子产品 数字闹钟 智能微波炉 全自动洗衣机 2 功能要求 1 定时时间的设置范围为1 99分 开机上电后的隐含值为10分 采用LED数码管显示 定时时间可任意设置 2 定时器控制一个交流220V 1A的用电设备 上电时不允许用电设备瞬间通电 3 定时时间设定后 启动计时 用电设备通电 同时显示器逐分倒计时 其间 分个位数码管的小数点每秒闪亮一次 计时到0分时 切断用电设备电源 4 计时误差 100分误差 10s 在明确设计系统的性能要求的基础上进行调研 吸收前人经验 开阔自己的思路 利用 中文科技期刊数据库 VIP 中国期刊全文数据库 等数据库进行网络查询 并对资料进行搜集筛选 3 整体方案调研 4 整体方案论证 采用自顶向下的拼凑法构成系统方框图 4 整体方案论证 方案1 中 小规模集成电路构成的数字定时器 本方案的优点 各器件的功能清晰 易于设计 本方案的缺点 可靠性不高 价格不菲 4 整体方案论证 方案2 基于CPLD FPGA的数字定时器 本方案的优点 电路大为简化 系统可靠性高 本方案的缺点 CPLD FPGA成本高 用于低端产品其价格难以接受 4 整体方案论证 方案3 基于MCU的数字定时器 本方案的优点 1 性能可靠性高 2 MCU选型得当 则成本相当低廉 确定方案的原则 1 宁软勿硬 2 性价比 5 器件选型及硬件设计 MCU的选型 这款小巧的单片机能满足系统的需求吗 主要考虑三个问题 1 单片机速度是否满足系统要求 2 单片机片内FLASH容量是否足够 3 单片机I O口线是否满足系统需求 5 器件选型及硬件设计 LED数码显示管选型 实物图 引脚图 继电器选型 固态继电器 SSR 性能虽好 但价格也较高 性价比不高 最终弃用 5 器件选型及硬件设计 上电复位电路 电源电路 时钟电路 系统构成 单片机最小系统 按键电路 共阴LED显示电路 继电器驱动电路 5 器件选型及硬件设计 总体电路图 5 硬件电路设计 你能回答下面的问题吗 1 电源电路中采用三端稳压器LM7805将 12V直流电压转变为 5V直流电压 相较于直接采用 5V直流电压供电有何好处 2 从抗干扰的角度出发 继电器的驱动电路还有其它更好的设计方法吗 3 简述电路图中的继电器线圈两端并联的二极管的作用 4 RST引脚在上电后的波形图是怎样的 继电器驱动电路的其它设计方法 5 器件选型及硬件设计 6 程序设计 整体架构确定 本程序宜采用以系统时钟为核心的程序结构 本设计要用到以下几个时间量 5ms 每个数码管显示时间 20ms 按键去抖时间 0 5s 分个位LED小数点闪烁以及预置时分十位和个位闪烁的时间 1s 计时的单位时间 最常见的主程序流程图 6 程序设计 硬件资源分配 INT0 功能键KS 边沿触发 INT1 加键KAD 边沿触发P1 0 P1 7 LED段码输出 高电平有效P3 0 数码管分十位阴极 低电平有效 K1P3 1 数码管分十位阴极 低电平有效 K2P3 4 继电器驱动输出 低电平输出有效 T0 16位计时器 系统时钟 5ms中断一次T1 16位计时器 计时时钟 20ms中断一次 6 程序设计 画程序流程图 6 程序设计 容错设计 允许错误存在 并能防止它对系统正常工作的破坏 称为 容错 一个没有考虑容错的设计 包括一个程序 不能算一个完美的设计 软件的简单抗干扰措施 指令冗余软件陷阱软件看门狗 指令冗余和软件看门狗抗干扰原理详解 指令冗余的抗干扰原理 软件看门狗的抗干扰原理 7 Proteus程序仿真调试 附1 如何提高电子设计能力 1 多分析各种应用电路图和其工作原理说明 2 多进行实际动手制作 3 充分利用图书 期刊 网络等各种渠道了解新器件 新技术等 附2 常用电子资料下载网址 教材及指导书 1 马建国等 电子系统设计 高等教育出版社 2007 12 陈祝明等 电子系统专题设计与制作 电子科技大学出版社 2012 43 谢自美 电子线路综合设计 华