电子系统设计期末复习

1、电子系统设计期末复习一、填空题（每空1分，共20分）二、单项选择题（每小题2分，共20分）三、简答题（4小题，每小题8分，共32分）四、设计题（共2小题，共28分）第1、2、3、4、6章选择填空第5和8章简答题信号的叠加与分离实验和第9章设计题第1，2章 概述与开发工具l 什么是电子系统？（是。的载体）电子系统是能够产生、传输、处理电信号和信息的客观载体。l 电子系统的组成与构成。电子系统由采集电路、输出电路、信号处理、数据通信、电源供电等五大部分组成。从结构上看，电子系统又分为元件级、部件级、子系统级和系统级。l 电子系统的设计步骤1.设计方案；2.方案设计论证；3.结构设计和结构测试；4.

2、电路设计（a.硬件电路设计；b.软件设计）；5.软、硬件调试。l 电子系统设计中，常用的仿真软件有哪些？了解它们的主要作用。Protues:单片机仿真软件Tina和FilterPro(滤波器设计软件):TI的模拟电路设计软件EBENCH Designer：开关稳压电源设计软件Protel99se:电路板设计软件第3章 人机界面l 电子系统中，常用的输入、输出设备有哪些？输入设备：键盘、触摸屏、传感器、开关、麦克风输出设备：数码管、LED显示、字符LCD、LCMl 了解触摸屏的作用及工作原理。作用：实现按键功能，可实现按键无法实现的使用效果，可以最大限度地节省单片机的引脚资源。工作原理：P42第

3、4章 信号采集l 常用的温度测量元件有哪些？了解它们的优缺点。热电偶温度传感器、铂电阻温度传感器、集成温度传感器金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化，并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的这种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100 (Pt100)，电阻变化率为0.3851 /。 铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区(-200650)最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计供计量和校准使用。l 了解压力传感器的作用。压力和压差是工业生产中常见的过程参数之一。在许多场合需要直接测量、控制一些压力

4、参数，如锅炉的气包压力、烟道压力、炉膛压力，化学生产中的反应釜压力、加热炉压力等。此外，还有一些不易直接测量的参数，如液位、流量等，在各类工业生产中可以通过压力和差压进行间接测量。在国际单位制和我国法定计量单位中，压力的单位采用牛顿/米2(N/m2)，通常称为帕斯卡，简称帕(Pa)。其他在工程上使用的压力单位还有工程大气压(at)、标准大气压、毫米汞柱(mmHg)、Bar(巴)和毫米水柱(mmH2O)等单位。l 了解电压检测和电流检测的方法。电子测量中最易实现的就是电压测量，只需将电压信号输入A/D转换器即可得到其数字量值。但在某一些场合，如需要高压隔离测量场合就需充分考虑其安全性，常见的高压

5、测量方式有压频转换测量法和高阻抗运放隔离测量法。在电路设计中电流测量应用十分普遍。测量中，电表用来进行电流的测量；保护中，电流往往与功率形成直接的关系，如果电流过大代表系统中有短路情况出现而需要保护；控制中，如马达控制、电池充放电等都需要电流测量。测量电流的方法一般分成直接式和间接式两种。直接式用于测量相对较小的电流以及电压不高的情况；间接式不带有任何导电关系，因此可用于测量相对较大的电流以及相对较高的电压。l 了解霍尔传感器的分类和主要作用。 1、线性型霍尔传感器输出电压与外磁场强度呈线性关系，通常用于检测磁场强度。2、开关型霍尔传感器（高/低电平输出）应用：转速测量l 了解信号采集用到的主

6、要芯片。温度DS18S20、压频转换器LM231、LM331、TC9401、AD654、霍尔传感器ACS712、LD441A第5章 信号处理基于集成运放的放大电路设计（复印部分）l 掌握放大器的放大倍数与dB的关系。20lgK=NdB (K为放大倍数)l 掌握同相放大器、反相放大器、跟随器、加法器的基本电路、放大倍数和特点。信号如何叠加？加法电路l 理解集成运放的主要参数，特别是GBW、SR。SR的公式，会计算SR。带宽与增益是何关系？开环带宽BW(或-3dB带宽)和单位增益带宽GBW （带宽的选择一般扩大10-100倍） GBW=ft=A0fb A0增益 fb带宽 SR=2Vomax(p-p

7、)fp(max)(Vomax(p-p):输出最大电压，峰峰值即幅值的两倍。fp(max)：运放满程输出时能达到的最大带宽）l 选择运放时主要应考虑的运放参数有哪些？（4点） 供电电源电压。根据运放输出电压范围，选择运放电源电压。 带宽。小信号（VPP1V）时，考虑运放的增益带宽积GBW。 转换速率。大幅信号输出时应考虑运放的压摆率SR。 精度。虽然失调电压可以通过外部电路校正，但选用失调电压较小的运放可以降低设计难度。l 给出一运放的幅频特性图，会判断该运放的GBW、放大倍数、以及在某放大倍数下的带宽。 l 多级运放的放大倍数、 dB数的计算。例：电压增益为40dB,即100倍。三级运放（20

8、lgK=NdB (K为放大倍数)，每级放大倍数相近）Vi由芯片A构成第一级放大倍数5Vo由芯片A构成第二级放大倍数5由芯片B构成输出级放大倍数4 l 无源滤波器和有源滤波器分别由哪些元件组成？它们各有何特点？无源滤波器由电阻R、电容C、电感L组成，特点：设计简便，但通带为低频时，L体积和重量大；滤波效果不理想，边沿不陡；带载能力差；不能对信号放大。有源滤波器由运算放大器、电阻R、电容C组成，特点：滤波效果好；带载能力强（运放输出阻抗低）；能提供一定增益，但设计较复杂，成本较高。l Butterworth（巴特沃斯滤波器）、Chebyshev（切比雪夫滤波器）、Bessel（贝塞尔滤波器）和高斯

9、滤波器有何特点（区别）。 1.Bessel（贝塞尔滤波器）拥有最平坦的通频带和最缓的截止速率。2.Chebyshev（切比雪夫滤波器）拥有最陡的截止速率，但通频带起伏较大。3.Butterworth（巴特沃斯滤波器）的性能为前两者的折中，性能方面没有明显的缺点，得到广泛应用。 4. 高斯滤波器：l 有源滤波器设计考虑的原则是什么？ 电路类型选择 MFB型和Sallen-Key各有优缺点，根据实际选用。设计通带较宽的带通滤波器时，可用低通和高通合成，这样比带通滤波器好。 阶数选择 阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器。 运放的要求 输入信号较小（如100Gainfc 压摆率SR2VOPPfc

10、（VOPP为输出信号电压峰峰值）l MFB和SALLEN-KEY两种有源滤波器电路类型各有何特点？ 1.无限增益多重反馈滤波器(MFB)电路 反相滤波器 优点：Q值、截止频率对元器件改变的敏感度较低，增益大 缺点：输入阻抗低，增益精度不高2.电压控制电压源（Sallen-Key）电路 同相滤波器 优点：输入阻抗高，增益精度高（增益设置与滤波电阻电容无关） 缺点：增益有限（一般地，二阶时，放大倍数3）l 无源滤波器的设计，即如何从叠加信号中分离出有用的信号。1.无源滤波器 设计一带宽为100Hz40kHz的RC滤波器 w0=2f0 f0=12RC 计算式假设R=1K（比较好算），1FF，1F=1

11、000nF=pF2.有源滤波器用FilterPro设计第5章 信号处理 PID及常用算法l PID分别指的是什么？什么是PID控制器（PID算法）？其控制系统原理框图是什么？1. 比例(P)、积分(I)和微分(D)2. 它将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。3.l 各校正环节（分量）的主要作用是什么？比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减小偏差。积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数，越大，积分作用越弱，反之则越强。微分环节：反映偏差信号的变

12、化趋势(变化速率)，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。l 单片机中常用的算法有哪些？了解它们的基本工作原理。PID算法、均值滤波算法、中值滤波算法、3置信区间处理算法、CRC(循环冗余)校验、LRC校验第6章 数据通信l 常用的有线通信有哪些？无线通信有哪些？有线通信主要有RS-232、USB、M_BUS、CAN等无线通信主要有红外、蓝牙、ZigBee等l RS-232通信、RS-485通信、红外通信的特点（如通信距离等）分别是什么？RS-232通信：双工发送器/接收器电路芯片，双机通信距离在1.515m之间RS-485通信：

13、抗干扰能力强、传输距离远、速率高。如果采用双绞线传输信号，最大传输速率为10 Mb/s，传输距离为15 m；如果最大传输速率为100 kb/s，则可以传输1200 m；如果最大传输速率为9600 b/s，则传输距离可达1500 m。红外通信：当前红外通信距离最长为3 m，接收角度为30，成本低廉和广泛的兼容性等。第8章 系统供电线性稳压器l 稳压器可分为哪两类？电源稳压器可分为线性稳压器和开关升压降压稳压器。l 直流稳压电源的主要技术指标有哪些？ （1）、最大输出电流Iomax（2）、输出电压VO（3）、纹波电压。是指叠加在VO上的交流分量，其峰峰值VOPP一般为mV级。通常用示波器测其峰峰值

14、或交用流电压表测其有效值。（4）、电压调整率。是指在负载和温度恒定的条件下，输入电压变化时，引起输出电压的相对变化。（5）、负载调整率。是指负载电流从零变到最大时，输出电压的相对变化。（6）、输出电阻。（7）、转换效率。是指输出功率与输入功率比值的百分比。 (PO/Pi)*100% l 掌握7805、LM317的典型工作电路，输出电压与输入电压的关系，外围元器件的作用等。7805芯片输出的电压为+5VC1为稳压器输入侧的滤波电容，其作用是将整流桥输出的直流脉动电压转换成纹波较小的直流电压。C2、C3作用是减小纹波、消振、抑制高频脉冲的干扰，可采用0.1-0.47uf的陶瓷电容。C4为稳压器输出

15、侧的滤波电容，起到减少纹波的作用，一般电容值选取47-470uf在要求电压可调的应用中，LM317具有极好的性能，而且它的输出电流又可达到1.5 A，输出电压在1.2 V37 V之间连续可调，所以就不需要储备许多固定电压稳压器。Vo=1.25(1+RP1Ri)1.25是集成稳压块输出端和调整端之间的固有参考电压VREF此电压加于给定电阻R1两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节器RP1。电阻R1常取120210, RP1一般为精密电位器。与其并联的电容C2可进一步减小输出电压的纹波。二极管D的作用是防止输出端短路时，C2上的电压损坏稳压块。l 理解BUCK电路和BOOST电路的工作原理（何时

16、充放电？充放电的电流方向，输入电压与输出电压的关系等）。1、降压型DC/DC变换电路（Buck） VO=qVi ，qvB占空比 D续流二极管2、升压型DC/DC变换电路（Boost） VO=Vi/(1-q) ，qvB占空比l 锂离子电池有何优点？锂离子电池充电要注意哪些事项？优点：工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长在充电时需要注意如下事项：(1) 对锂电池需要进行热保护，防止发热太大而损害锂电池；(2) 锂电池充电需要严格控制充电电压和充电电流；(3) 为了有效利用电池容量，需将锂电池充电至最大电压；(4) 防止过压充电，过压充电对锂电池有损害，严重影

17、响电池寿命；(5) 充电结束后应及时关断电源。l BQ24025充电可分为几个阶段？依次是什么？分为四个阶段：预充阶段、恒流充电阶段、恒压充电阶段和充电终止判断。l 电子系统中的电源监控芯片SP809的主要作用是什么？SP809是一种单一功能的微处理器复位芯片，用于监控微控制器和其他逻辑系统的电源电压。它可以在上电、掉电和节电情况下向微控制器提供复位信号。当电源电压低于预设的门槛电压时，器件会发出复位信号，在电源电压恢复到高于门槛电压一段时间(230 ms典型值)后，这个复位信号才会结束。l 线性稳压器和开关型稳压器的优缺点分别是什么？线性稳压器其特点优点是：电路简单，输出电压比输入电压低，输

18、出纹波小，工作产生的噪声低；缺点：发热量大，效率低，体积大。开关型稳压器优点：功耗小，效率高。体积小，重量轻。稳压范围宽。实现稳压方法多，滤波的效率高，电路形式灵活多样。缺点：存在较为严重的开关干扰，电路结构复杂，故障率高，维修麻烦。，开关稳压电源推广应用比较困难的主要原因就是它的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高 。第9章 系统设计l 给出一个电子系统，会画出该系统的结构框图，会画出主程序的流程图。（注意画图的规范）设计题1 温湿度监测系统现有一个温湿度监测系统，该系统由若干个无线检测节点和一个监测终端组成，检测节点可以检测环境的温湿度，并通过无线模块将数据发送；监测终端通过无线模块接收各节点发来的信息，在LCD上显示各节点的温湿度，并能将相关的信息通过RS232接口上传给上位机（个人电脑）。请画出该监测系统的结构框图并画出检测节点的主程序流程图。设计题2信号的叠加与分离实验目的1、理解信号叠加与分离的工作原理。2、掌握利用集成运放加法器进行信号叠加与采用RC无源滤波器进行信号分离的电路设计与测试方法。3、进一步熟悉TINA的使用方法。任务与要求设计一个电路，实现下图所示的