电子系统设计复习课

一、填空(第一章)1)由于增益和带宽的乘积基本上是常数，降低增益可以增加带宽。通过负反馈，放大器的带宽可以扩大。2)放大器用于处理大幅度的高频输出。除了放大器的带宽之外，还应考虑运算放大器的转换速率。当处理信号的频率改变时，转换速率保持不变。当放大器输出大幅度的高频信号时，转换速率对实际带宽有很大的限制。3)假设运算放大器的转换率为SR，待输出信号的幅度为Vo(最大)，大幅度的频率带宽可由下式转换：fp(最大)=SR/(2Vo(最大)运算放大器552的单位增益带宽GBW为12兆赫，信噪比为24伏/微秒。它被用来构成一个放大系数为5的反相放大器。其小信号带宽为12兆赫兹/5=2.4兆赫兹，当输出信号的峰峰值为10V时fp(最大)=SR/(2Vo(最大)=764(千赫)4)集成运算放大器根据工艺可分为双极型、结型场效应晶体管(JFET)和互补金属氧化物(互补金属氧化物)型。双极性运算放大器具有低失调电压、低温度漂移、高开环增益和高共模抑制比的特性，广泛应用于电源阻抗低且需要放大系数的各种应用中。结型场效应晶体管运算放大器的输入偏置电流非常低，适合信号源阻抗非常高的场合。应该注意的是，当温度升高时，JFET运算放大器的偏置电流会发生显著变化。当温度范围较宽时，这个特性会影响系统的精度。CMOS运算放大器具有低电压、低功耗、轨到轨、低成本和体积小的特点。5)运算放大器是由多级基本放大电路直接耦合而成的高增益放大器。它通常由输入级、中间放大级、低电阻输出级和偏置电路组成。6)当运算放大器电路与外部电路连接形成各种功能电路时，从系统的角度来看，不必关心其复杂的内部电路，而是要关注其外部特性。运算放大器LM741的主要参数是：7)反相放大器的基本电路结构如图1.2-1所示。闭环电压放大系数为：(1.2-1)r1r2vo-viA图1.2-1反相放大器原理图具有各种增益的放大电路可以通过反相放大器容易地实现。如果你想改变放大器电路的电压增益，你不需要改变运算放大器本身，只需调整电路中电阻R1和R2的比值。如果幅度较小的电信号(假设vi=0.1V)被放大为幅度较大的信号(假设vo=3V)，这要求反相放大器具有30倍的电压增益。在上面的放大器中，R1需要1K，R2需要30K。8)放大交流信号时，反相放大器的输入和输出端应连接有阻断电容。典型的交流放大器如图1.2-2所示。电容器C1和C2的作用是隔离交流信号源的d C分量，并最小化输出交流信号的失真。这种放大器电路可以代替晶体管用于交流放大，如扬声器的前置放大等。C2C1r1r2vo-viA图1.2-2反相交流放大器示意图(第二章)5)有源滤波器由电阻、电容和运算放大器组成，在体积减小和重量减轻方面有明显的改善。特别是运算放大器具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点，可以使有源滤波器提供一定的信号增益。滤波器的品质因数Q也称为滤波器的截止特性系数，其值决定了附近滤波器的频率特性。根据附近频率的特点，滤波器可分为巴特沃斯型、切比雪夫型和贝塞尔型。巴特沃斯滤波器的输出信号幅度随频率的增加而单调减小，并具有最平坦的通带幅频特性。然而，相移和频率之间的关系不是很线性，阶跃响应有过冲。贝塞尔滤波器在通带内具有与巴特沃斯滤波器相同的最大平坦特性，相移与频率sm之间具有良好的线性关系切比雪夫滤波器通带增益波动(纹波)，过渡曲线下降速度快于巴特沃斯滤波器和贝塞尔滤波器。6)根据电路结构，有两种类型：二阶无限增益多反馈滤波器(MFB)和二阶压控电压源滤波器(萨伦基)。MFB滤波器是具有一个以上反馈路径的反向滤波器。集成运算放大器作为一种高增益有源滤波器，具有Q值和截止频率对元件变化灵敏度低、滤波器增益精度低等优点。萨利-基滤波器是一个同相滤波器。它使用集成运算放大器作为有限增益有源器件。其优点是输入阻抗高，增益设置独立于滤波器电阻和电容元件，所有增益精度极高。二阶无限增益多重反馈滤波器的基本电路的优点是电路具有反相并且使用较少的元件，但是增益调整将影响其性能参数。二阶压控电压源滤波电路具有电路性能稳定、增益易于调节的优点。7)开关电容滤波器是由MOS开关、MOS电容和MOS运算放大器组成的大规模集成电路滤波器。开关电容网络通过金属氧化物半导体场效应晶体管开关周期性地作用于金属氧化物半导体电容，以模拟电阻，因此开关电容滤波器的时间常数取决于电容的比率，而不是阻容积。因此，开关电容滤波器可以提供稳定的截止频率或中心频率。开关电容电路是一种基于电荷存储和转移原理的电路。当使用开关电容滤波器时，基本上不需要外部元件，频率响应函数是固定的，只需要确定截止频率。由于滤波器的截止频率与时钟频率成正比，因此滤波器的设计任务只是选择时钟频率。7.有源滤波器由电阻、电容和运算放大器组成，在体积减小和重量减轻方面得到了显著改善。特别地，运算放大器具有高输入阻抗和低输出阻抗的特性，这使得有源滤波器能够提供一定的信号增益。8.有源滤波器随频率变化的特性称为频率响应。并表示为传递函数。9.根据幅频特性，有源滤波器可分为四种类型：低通、高通、带通和带阻。(第三章)(第六章)7)7)C8051 F 360微控制器复位后，内部高频振荡器默认为系统时钟。内部高频振荡器的校准频率在工厂为24.5兆赫，其输出频率可通过OSCICL寄存器进行微调。(第四章)从目前的技术发展和应用来看，可编程逻辑器件有两种类型：复杂可编程逻辑器件(cpld)现场可编程门阵列CPLD是基于产品术语技术和E2PROM技术的可编程逻辑器件。基于查表技术和静态随机存取存储器技术，现场可编程门阵列是闪存的可编程器件，可外部安装配置。CPLD是由简单的可编程逻辑器件发展而来的，其主要结构仍然是“与”或“阵列”。CPLD由逻辑阵列模块LAB、可编程互连阵列PIA和输入输出控制模块组成。宏单元是可编程逻辑器件中最小的逻辑单元，可以分别构成组合逻辑和时序逻辑。宏单元由逻辑阵列、乘积项选择矩阵和可编程触发器组成。每个宏单元的与门阵列可以产生5个乘积项。乘积项选择矩阵将与门阵列产生的乘积项分配给或门和异或门，以实现组合逻辑功能。此外，乘积项选择矩阵还可以将乘积项发送到宏单元中的触发器，以提供诸如时钟、清零、置位、使能等信号。对于人字拖。(第五章)数字系统是指存储、传输和处理数字信息的电子系统。它的输入和输出都是数字量。数字系统通常可分为控制单元和数据处理单元。数据处理单元完成数据处理，产生系统的输出信号，并产生数据操作状态信息。数据处理单元主要由寄存器、运算单元、数据选择器等部件组成。控制单元根据外部控制信号产生控制信号序列，并获得状态信号控制单元属于时序逻辑电路，通常由同步状态机实现。现代数字系统设计方法：自上而下在自上而下划分的过程中，最重要的是将系统或子系统划分为控制单元和数据处理单元。(第11章)CAN总线标准包括物理层和数据链路层，其中链路层定义了不同的信息类型、总线访问的仲裁规则以及故障检测和故障处理的方法。当CAN总线上的一个节点(站)发送数据时，它以消息的形式将数据广播给网络中的所有节点。每组消息的前11个字符是标识符(CAN2.0A)，它定义了消息的优先级。这种消息格式称为面向内容的寻址方案。当一个节点想向其他节点发送数据时，该节点的中央处理器将把数据和它自己的标识符发送到该节点的控制器局域网芯片，并处于就绪状态。当它接收到总线分配时，它改变到发送消息状态。控制器局域网芯片根据协议将数据组织成一定的消息格式并发送出去。此时，网络上的其他节点处于接收状态。处于接收状态的每个节点检测接收到的消息，并判断该消息是否被发送给自己，以确定它是否被接收到。CAN总线是一种串行数据通信协议。其通信接口集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，能够完成通信数据的成帧处理，包括比特填充、数据分组编码、循环冗余校验、优先级区分等。CAN总线的特点如下：(1)多主机模式工作，网络上的任何节点都可以随时主动向网络上的其他节点发送信息，无论是主节点还是从节点，通信方式灵活。(2)网络上的节点(信息)可以划分为不同的优先级，以满足不同的实时要求。(3)采用无损位仲裁总线结构机制。当两个节点同时向网络传输信息时，低优先级的节点主动停止数据传输，而高优先级的节点可以不受影响地继续传输数据。(4)可以点对点、点对多点(群组)和全球广播模式接收数据。(5)直接通信距离可达6公里(速率低于10Kbps)。(6)通信速率可达1MB/s(此时最长距离为30m)。(7)实际节点数可达110个。(8)采用短帧结构，每帧有效字节数为8。(9)每帧信息都有循环冗余校验等检错措施，数据差错率极低。(10)通信介质可以是双绞线、同轴电缆和光纤。一般来说，它可以是无特殊要求的廉价双绞线。(11)在出现严重错误的情况下，该节点具有自动关闭总线并切断其与总线的连接的功能，从而不会影响总线上的其他操作。CAN消息和结构标准帧11位标识符扩展帧的29位标识符帧类型：数据帧、远程帧、错误帧和过载帧数据帧：数据帧将数据从发射机传送到接收机。该帧主要在总线上传输。远程帧：由总线单元发出，请求发送具有相同标识符的数据帧。数据帧(或远程帧)通过帧间空间与其他帧分开。错误帧：一旦检测到总线错误，任何单元都会发出错误帧。过载帧：过载帧用于在前一个和随后的数据帧(或远程帧)之间提供额外的延迟。数据帧中的仲裁字段、控制字段和数据字段由单片机给出，但它们是在控制器发送数据时自动添加的。由仲裁字段、控制字段和数据字段组成的数据帧通常称为报文。数据帧数据帧和远程帧可以有两种格式：标准帧和扩展帧。它们通过帧间空间与前一帧分开。数据帧由7个不同的比特字段组成：帧的长度、仲裁帧、控制帧、数据帧、循环冗余校验帧、确认帧和帧尾。数据字段的长度可以是0。v位仲裁的核心：具有最小二进制值标识符的消息具有最高优先级。具有相同标识符的数据帧和远程帧具有高优先级。第二，判断问题(第一章)1.理想运算放大器的开环增益是无限的，可以近似满足。2.一般来说，我们可以认为理想运算放大器的失调电压、失调电流和内部噪声都是0。3.理想运算放大器的同相和反相输入端的电流约为0，即iN=iP=0。这个结论是由理想运算放大器的输入电阻ri=得出的。4.理想运算放大器的两个输入之间的电压差趋于零，即vN=vP。这个结论是由Avo=得到的，理想运算放大器的输出电压是有限的。5.运算放大器是由多级基本放大电路直接耦合而成的高增益放大器。它通常由输入级、中间放大级、低电阻输出级和偏置电路组成。(第二章)6.有源滤波器传递函数的一般表达式为：分母的顺序决定了滤波器的顺序。Iii .简短回答问题(第一章)1)简述理想运算放大器的主要参数1.输入偏置电流和输入失调电流2.输入失调电源3.开环增益带宽和单位增益带宽GBW4.汇率5.CMRR6.最大差模输入电压和最大共模输入电压2)集成运算放大器根据参数可分为以下几种类型1.通用运算放大器2.高阻抗运算放大器3.精密运算放大器4.高速运算放大器5.高压大电流运算放大器3)当确定某一类型的运算放大器时，可以按以下顺序选择运算放大器型号：(1)电源电压。根据运算放大器的输出电压范围，选择运算放大器的电源电压。带宽。对于小信号，应考虑运算放大器的增益带宽积。(3)转化率。输出大幅度信号时，应考虑运算放大器的压摆率。(4)精度。选择失调电压较小的运算放大器可以降低设计难度。4)理想运算放大器的模型如图1.1-2所示。理想的运算放大器具有以下特性：(1)开环电压增益AVO=；(2)输入电阻ri=；(3)输出电阻ro=0；(4)上限截止频率FH=；(5)共模抑制比KCMR=；(6)失调漂移和内部噪声均为0。图1.1-2理想运算放大器模型5)实际运算放大器模型如图1.1-3所示。实际的运算放大器模型包括以下典型参数：(1)差分输入电阻ri；(2)电压增益AVO；(3)输出电阻ro；(4)差分输入电压vid=vP-vN。图1.1-3实际运算放大器模型(第二章)6)根据电路结构，有两种类型：二阶无限增益多反馈滤波器(MFB)和二阶压控电压源滤波器(萨伦基)。简要介绍了两种滤波器的电路结构特点及其各自的优缺点。MFB滤波器是具有一个以上反馈路径的反向