第章电子应用系统设计导论

1、 n专业必修课， 48学时，3学分n1-16周， 周一1，2节，基D-208n9-16周， 周三3，4节，基A-312n30% 平时成绩 （考勤，作业，测验等）n70%期末考试电子系统设计 任课教师：黄尚永 基C-210 电子系统设计nElectronic System Design电子：1、基本粒子； 2、在现代汉语中用作高精度、半导体、 乃至使用电的机械或工具仪器的前缀。 如：电子计算机，电子显微镜，电子望远镜。 或者是与互联网有关的 如：电子邮件，电子商务等 n 1系统是由若干要素（部分）组成的。 2系统有一定的结构。 n 3系统有一定的功能，目的性。 n 系统由部件组成，部件处于运动之

2、中；部件间存在着联系；系统各主量和的贡献大于各主量贡献的和，即常说的1+12；系统的状态是可以转换、可以控制的。 系统： 将零散的东西进行有序的整理、编排形成的具有整体性的整体。 系统是由相互作用相互依赖的若干组成部分结合 而成的，具有特定功能的有机整体，而且这个有机整体又是它从属的更大系统的组成部分。（钱学森） n 通常将由电子元器件或部件组成的能够产生、传 输、采集或处理电信号及信息的客观实体称之为电子系统。n 其过程链条一般为：n 传感检测信息输入信号调理放大变换信号处理决策放大变换控制驱动执行输出对象反馈信号处理决策；n 人为控制信号处理决策放大变换控制驱动执行输出对象反馈信号处理电子

3、系统 n 设计是把一种计划、规划、设想通过某种形式传达出来的活动过程。人类通过劳动改造世界，创造文明，创造物质财富和精神财富，而最基础、最主要的创造活动是造物。设计便是造物活动进行预先的计划，可以把任何造物活动的计划技术和计划过程理解为设计。 第一步：理解用户的期望、需要、动机，并理解业务、技术和行业上的需求和限制。 第二步：将这些所知道的东西转化为对产品的规划（或者产品本身），使得产品的形式、内容和行为变得有用、能用，令人向往，并且在经济和技术上可行。n第1章 电子系统设计导论n第2章 常用电子元器件的应用n第3章 模拟电路设计n第4章 数字电路系统设计n第5章 数模与模数转换n第6章 单片

4、机应用系统设计n第7章 ASIC设计n第8章 EDA工具应用n第9章 设计实例7第第1 1章章 电子系统设计导论电子系统设计导论8第第1 1章章 电子系统设计导论电子系统设计导论n1.1 1.1 电子系统的构成电子系统的构成 n1.2 1.2 电子系统设计方法和原则电子系统设计方法和原则 n1.3 1.3 电子系统设计步骤电子系统设计步骤 91.1 1.1 电子系统的构成电子系统的构成n 电子系统主要是指由多个电子元器件电子系统主要是指由多个电子元器件或功能模块组成，能实现较复杂的应用功或功能模块组成，能实现较复杂的应用功能的客观实体。能的客观实体。n 如自动控制系统、电子测量系统、计如自动控

5、制系统、电子测量系统、计算机系统、通信系统等。算机系统、通信系统等。n 一般来说，一个复杂的电子系统可以一般来说，一个复杂的电子系统可以分解成若干个子系统，其中每个子系统又分解成若干个子系统，其中每个子系统又由若干个功能模块组成，而功能模块由若由若干个功能模块组成，而功能模块由若干电子元器件组成。如图干电子元器件组成。如图1.1.11.1.1所示。所示。 10图图1.1.1 1.1.1 电子系统构成示意图电子系统构成示意图 系统子系统1子系统2子系统n功能模块n功能模块2功能模块1单元电路1单元电路2单元电路n单元电路1单元电路2单元电路n功能模块n功能模块2功能模块1功能模块n功能模块2功能

6、模块1单元电路1单元电路2单元电路n11MCU/ARM/DSP系统电源及监控DAC存储器信号处理驱动传感器通信接口人机接口译码控制ADC图图1.1.2 1.1.2 以以MCU/ARM/DSPMCU/ARM/DSP为核心的电子测量系统为核心的电子测量系统组成示意图组成示意图 12n图图1.1.21.1.2为以为以MCU/ARM/DSPMCU/ARM/DSP为核心的电子测为核心的电子测量系统的组成示意图。量系统的组成示意图。从该示意图可知，该电子系统主要由以下分系从该示意图可知，该电子系统主要由以下分系统组成：统组成：n模拟子系统；数字子系统；数模混合子系统；模拟子系统；数字子系统；数模混合子系统

7、；MCU/ARM/DSPMCU/ARM/DSP子系统。子系统。其中这些子系统又由各个功能模块构成。其中这些子系统又由各个功能模块构成。n如数模混合子系统由信号调理与驱动模块、输入输如数模混合子系统由信号调理与驱动模块、输入输出接口模块、通讯接口模块、系统译码与控制模块、出接口模块、通讯接口模块、系统译码与控制模块、电源模块等组成。电源模块等组成。 13 MCU(Micro Control Unit)中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/

8、O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。 中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。 中央处理器主要包括运算器（算术逻辑运算单元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速缓冲存储器（Cache）及实现它们之间联系的数据（Data）、控制及状态的总线（Bus）。它与内部存储器（Memory）和输入/输出（I/O）设备合称为电子计算机三大核心部件。 14 RAM

9、随机存取存储器（random access memory，）又称作“随机存储器”，是与CPU直接交换数据的内部存储器，也叫主存(内存)。它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。 ROM是只读存储器（Read-Only Memory）的简称，是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。其特性是一旦储存资料就无法再将之改变或删除。通常用在不需经常变更资料的电子或电脑系统中，并且资料不会因为电源关闭而消失。 15 ARM (Advanced RISC Machines)处理器是Acorn计算机有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器. RI

10、SC（ReducedInstructionSetComputer，精简指令集计算机）RISC结构优先选取使用频最高的简单指令，避免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻址方式种类减少；以控制逻辑为主，不用或少用微码控制等 DSP是digital signal processor的简称，即数字信号处理器，它是集成专用计算机的一种芯片，只有一枚硬币那么大。有时人们也将DSP看作是一门应用技术，称为DSP技术与应用。161.2 1.2 电子应用系统设计方法和原则电子应用系统设计方法和原则n1.2.1 1.2.1 电子应用系统设计的一般方法电子应用系统设计的一般方法 基于系统的功能与结构上的层次性，电

11、基于系统的功能与结构上的层次性，电子系统设计一般有以下三种方法：子系统设计一般有以下三种方法：n自顶向下法（自顶向下法（Top to DownTop to Down）；）；n自底向上法（自底向上法（Bottom to UpBottom to Up）；）；n组合法（组合法（TD&BU CombinedTD&BU Combined）。）。 17电子应用系统设计方法电子应用系统设计方法n自顶向下法（自顶向下法（Top to DownTop to Down）首先从系统级设计开始，根据系统级所首先从系统级设计开始，根据系统级所描述的该系统应具备的各项功能，将系描述的该系统应具备的各项功能

12、，将系统划分为单一功能的子系统，再根据子统划分为单一功能的子系统，再根据子系统任务划分各部件，完成部件设计后，系统任务划分各部件，完成部件设计后，最后才是元件级设计。最后才是元件级设计。优点：避开具体细节，有利于抓住主要优点：避开具体细节，有利于抓住主要矛盾。矛盾。适用于大型的、复杂的系统设计。适用于大型的、复杂的系统设计。18电子应用系统设计方法电子应用系统设计方法n自底向上法自底向上法(Bottom to Up)(Bottom to Up)根据要实现的系统的各个功能要求，从根据要实现的系统的各个功能要求，从现有的元器件或模块中选出合适的文件，现有的元器件或模块中选出合适的文件，设计各部件，

13、一级一级向上设计，最后设计各部件，一级一级向上设计，最后完成整个系统。完成整个系统。优点：可以继承经过验证、成熟的部件优点：可以继承经过验证、成熟的部件和子系统，实现设计重用，提高设计效和子系统，实现设计重用，提高设计效率。多用于系统的组装和测试。率。多用于系统的组装和测试。19电子应用系统设计方法电子应用系统设计方法n组合法（组合法（TD&BU CombinedTD&BU Combined）组合了）组合了自顶向下法和自底向上法的优点。自顶向下法和自底向上法的优点。为实现设计的可重复使用以及对系为实现设计的可重复使用以及对系统进行模块化设计测试，现代的系统进行模块化设计测试，现

14、代的系统设计通常采用以自顶向下法为主，统设计通常采用以自顶向下法为主，结合使用自底向上法的方法。结合使用自底向上法的方法。 201 1、总体方案的设计与选择、总体方案的设计与选择明确系统设计任务和要求明确系统设计任务和要求, ,制订方案与构筑总体框图制订方案与构筑总体框图 对设计任务分析，了解性能、指标、内容及要求。对设计任务分析，了解性能、指标、内容及要求。这点这点十分重要，充分理解题目的要求、每项指标的含义，这是完成十分重要，充分理解题目的要求、每项指标的含义，这是完成综合设计和实验的前提。综合设计和实验的前提。 对于同一个题目，实现的方案可能是多个，实现的途对于同一个题目，实现的方案可能

15、是多个，实现的途径和技术路线也可能是多方面的。可以将不同的方案与途径加径和技术路线也可能是多方面的。可以将不同的方案与途径加以对比。从中选择一种方案来实现。以对比。从中选择一种方案来实现。 选择的原则一般是选择的原则一般是“相对容易，相对巧妙，性价比相对容易，相对巧妙，性价比高高”。电子电路的基本设计方法电子电路的基本设计方法自顶向下自顶向下212 2、单元电路设计、单元电路设计 设计单元电路的一般方法和步骤如下：设计单元电路的一般方法和步骤如下： (1) (1) 根据设计要求和已选定的总体方案原理框图，根据设计要求和已选定的总体方案原理框图，确定对各单元电路的设计要求，拟定主要单元电路的确定

16、对各单元电路的设计要求，拟定主要单元电路的性能指标、与前后级之间的关系、分析电路的构成形性能指标、与前后级之间的关系、分析电路的构成形式。应注意各单元电路之间的相互配合，注意各部分式。应注意各单元电路之间的相互配合，注意各部分输入信号、输出信号和控制信号的关系。输入信号、输出信号和控制信号的关系。 (2) (2) 拟定好各单元电路的要求后，按信号流程顺序拟定好各单元电路的要求后，按信号流程顺序分别设计各单元电路。分别设计各单元电路。 22（3 3）选择单元电路的组成形式。一般情况下，应查阅）选择单元电路的组成形式。一般情况下，应查阅有关资料，以丰富知识，开阔眼界，有关资料，以丰富知识，开阔眼界

17、，（4 4）从已掌握的知识和了解的各种电路中选择一个合）从已掌握的知识和了解的各种电路中选择一个合适的电路。如确实找不到性能指标完全满足要求的适的电路。如确实找不到性能指标完全满足要求的电路时，也可选用与设计要求比较接近的电路，然电路时，也可选用与设计要求比较接近的电路，然后调整电路参数。后调整电路参数。（5 5）在单元电路的设计中特别要注意保证各功能块协）在单元电路的设计中特别要注意保证各功能块协调一致地工作。调一致地工作。23 此外还要注意前后级单元之间信号的传递此外还要注意前后级单元之间信号的传递方式和匹配，尽量少用或不用电平转换之类方式和匹配，尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，并考

18、虑到各单元电路的供电电的接口电路，并考虑到各单元电路的供电电源尽可能统一，以便使整个电子系统简单可源尽可能统一，以便使整个电子系统简单可靠。另外，尽量选择现有的、成熟的电路来靠。另外，尽量选择现有的、成熟的电路来实现单元电路的功能。有时找不到完全满足实现单元电路的功能。有时找不到完全满足要求的现成电路，可在与设计要求比较接近要求的现成电路，可在与设计要求比较接近的某电路基础上适当改进，或自己进行创造的某电路基础上适当改进，或自己进行创造性设计。为了使电子系统的体积小，可靠性性设计。为了使电子系统的体积小，可靠性高，电路单元尽可能用集成电路组成。高，电路单元尽可能用集成电路组成。24 选择元器件

19、可从选择元器件可从“需要什么需要什么”和和“有什么有什么”两个两个方面来考虑。方面来考虑。 所谓所谓“需要什么需要什么”是指根据具体问题的要求所是指根据具体问题的要求所选择的方案需要什么样的元器件，即每个元器件各选择的方案需要什么样的元器件，即每个元器件各应具有哪些功能和什么样的性能指标。应具有哪些功能和什么样的性能指标。 所谓所谓“有什么有什么”是指有哪些元器件，哪些在市是指有哪些元器件，哪些在市场上能买得到，它们的性能如何、价格如何、体积场上能买得到，它们的性能如何、价格如何、体积多大等。众所周知，电子元器件的种类繁多，而且多大等。众所周知，电子元器件的种类繁多，而且不断出现新产品，这就需

20、要用户不断出现新产品，这就需要用户经常关心元器件的经常关心元器件的新信息和新动向，多查资料。大量了解各种元器件新信息和新动向，多查资料。大量了解各种元器件特性、规格、参数、价格。特性、规格、参数、价格。一般优先选用集成电路。一般优先选用集成电路。 3、器件的选择、器件的选择25n 应该根据器件自身特性和电路要求选择合适应该根据器件自身特性和电路要求选择合适的器件。（如工作频率、功率、工作电压等其他指的器件。（如工作频率、功率、工作电压等其他指标，可以参阅器件技术手册）标，可以参阅器件技术手册） 一般情况下，在元、器件选择方面，建议在保证电路一般情况下，在元、器件选择方面，建议在保证电路性能的前

21、提下，尽量选用常见的、通用性好的、价格相对性能的前提下，尽量选用常见的、通用性好的、价格相对低廉、手头有的或容易买到的。低廉、手头有的或容易买到的。n 尽量采用集成电路和新器件将可起到尽量采用集成电路和新器件将可起到事半功事半功倍倍的效果。的效果。 一切从实际需求出发，将分立元件与集成电路巧妙地一切从实际需求出发，将分立元件与集成电路巧妙地结合起来，而且尽量应用集成电路，以使系统简化，体积结合起来，而且尽量应用集成电路，以使系统简化，体积小，可靠性提高。小，可靠性提高。26 在元器件应用中，必须注意以下几个方面在元器件应用中，必须注意以下几个方面： 电源电压的范围是多少？电源电压的范围是多少？

22、是单电源供电还是需要双电源是单电源供电还是需要双电源供电？这点十分重要。若不注意，将供电？这点十分重要。若不注意，将+3.3 V+3.3 V电源的器件电源的器件加加+5 v+5 v，将，将+5 V+5 V器件加器件加+9 V+9 V，甚至更高，那器件是必烧，甚至更高，那器件是必烧无疑。无疑。注意元器件的主要技术指标。注意元器件的主要技术指标。不要以为只要是运放就能不要以为只要是运放就能作放大器、滤波器。例如要求做一个作放大器、滤波器。例如要求做一个2MHz2MHz带宽的放大器，带宽的放大器， 如果选用如果选用LM741LM741，结果无论如何都达不到要求，因为，结果无论如何都达不到要求，因为L

23、M741LM741的单位增益带宽积只有的单位增益带宽积只有1MHz1MHz。元器件互相之间的电平匹配如何？元器件互相之间的电平匹配如何？元器件的输入阻抗，允许的输入电压、电流范围以及输元器件的输入阻抗，允许的输入电压、电流范围以及输出驱动负载的能力等等。出驱动负载的能力等等。如音频功放如音频功放LM386LM386是不能推动是不能推动0.5W0.5W以上的负载。这一方面会涉及器件的安全，另一方以上的负载。这一方面会涉及器件的安全，另一方面又可能影响到系统的某些指标能否达到。面又可能影响到系统的某些指标能否达到。 27 为保证单元电路达到功能指标要求，常需计算某为保证单元电路达到功能指标要求，常

24、需计算某些参数。例如放大器电路中各电阻值、放大倍数，振些参数。例如放大器电路中各电阻值、放大倍数，振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数。只有很好地理荡器中电阻、电容、振荡频率等参数。只有很好地理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。才能满足设计要求。 一般来说，计算参数应一般来说，计算参数应注意以下几点：注意以下几点：(1) (1) 各元器件的工作电压、电流、频率和功耗等应在各元器件的工作电压、电流、频率和功耗等应在允许的范围内，并留有适当的裕量允许的范围内，并留有适当的裕量. .(2) (2) 对于环境温度、交流电网电压等

25、工作条件，计算对于环境温度、交流电网电压等工作条件，计算参数时应按最不利的情况考虑。参数时应按最不利的情况考虑。4 4、参数计算、参数计算28（3 3） 涉及元器件的极限参数必须留有足够的裕量，涉及元器件的极限参数必须留有足够的裕量，一般按一般按1.51.5倍倍左右考虑。左右考虑。 （4 4）对于电阻、电容参数的取值，应选计算值附）对于电阻、电容参数的取值，应选计算值附近的近的标称值标称值。电阻值一般在。电阻值一般在1M1M欧姆内欧姆内选择；非电解选择；非电解电容器一般在电容器一般在100pF100pF0.47uF0.47uF选择；电解电容一般选择；电解电容一般在在1uF1uF2000uF20

26、00uF范围内选用。范围内选用。（5 5）在保证电路达到功能指标要求的前提下，尽）在保证电路达到功能指标要求的前提下，尽量减少元器件的品种、价格、体积等。量减少元器件的品种、价格、体积等。291.2.2 1.2.2 系统综合设计的一般原则系统综合设计的一般原则 n任何一项系统的设计，都要遵循一定的原则或标任何一项系统的设计，都要遵循一定的原则或标准、规范。进行电子应用系统设计，一般要求遵准、规范。进行电子应用系统设计，一般要求遵循以下一些原则：循以下一些原则：n1.1.兼顾技术的先进性和成熟性兼顾技术的先进性和成熟性当今世界，电子技术的发展日新月异。系统设计应适应技术发展当今世界，电子技术的发

27、展日新月异。系统设计应适应技术发展的潮流，使系统能保持较长时间的先进性和实用性。同时也要兼的潮流，使系统能保持较长时间的先进性和实用性。同时也要兼顾技术上的成熟性，以缩短开发时间和上市时间。顾技术上的成熟性，以缩短开发时间和上市时间。n2.2.安全、可靠和容错性安全、可靠和容错性安全在任何产品中都是第一位的，在电子系统综合设计中也是必安全在任何产品中都是第一位的，在电子系统综合设计中也是必须首先考虑的。采用成熟的技术和成熟的元器件和部件，可以在须首先考虑的。采用成熟的技术和成熟的元器件和部件，可以在一定程度上保证系统的可靠、稳定和安全。系统还应具有较强的一定程度上保证系统的可靠、稳定和安全。系

28、统还应具有较强的容错性。如不会因人员操作失误，而使整个系统无法工作，或某容错性。如不会因人员操作失误，而使整个系统无法工作，或某个模块出现故障，而使整个系统瘫痪等。个模块出现故障，而使整个系统瘫痪等。 30系统综合设计的一般原则系统综合设计的一般原则n3.3.实用性和经济性实用性和经济性在满足基本功能和性能的前提下，系统应具有良好的性价比。在满足基本功能和性能的前提下，系统应具有良好的性价比。n4.4.开放性和可扩展性开放性和可扩展性系统能够支持不同厂商的产品，支持多种协议，并且符合国际标系统能够支持不同厂商的产品，支持多种协议，并且符合国际标准及相关协议。还应包括：子系统之间、子系统对主系统

29、的开放准及相关协议。还应包括：子系统之间、子系统对主系统的开放以及系统对外部的开放。以便在对系统进行升级改造时不仅可以以及系统对外部的开放。以便在对系统进行升级改造时不仅可以保护原有资源，还可以降低系统维护、升级的复杂性以及提高效保护原有资源，还可以降低系统维护、升级的复杂性以及提高效率。率。n5.5.易维护性易维护性元器件和部件应尽可能采用通用、成熟产品，使系统便于维护。元器件和部件应尽可能采用通用、成熟产品，使系统便于维护。 311.3 1.3 电子应用系统设计步骤电子应用系统设计步骤 n限于电子应用系统功能设计的一般过程有：限于电子应用系统功能设计的一般过程有：n1. 1. 调查研究调查

30、研究这一步的主要工作有：通过调查研究，明确设计任务和这一步的主要工作有：通过调查研究，明确设计任务和要求；确定系统功能指标；了解设计关键；完成系统功要求；确定系统功能指标；了解设计关键；完成系统功能示意框图。简言之，就是必须明确做什么，做到什么能示意框图。简言之，就是必须明确做什么，做到什么程度。程度。n2.2.方案选择与可行性论证方案选择与可行性论证要求综合应用所学知识，同时查阅有关参考资料；要敢要求综合应用所学知识，同时查阅有关参考资料；要敢于创新，敢于采用新技术，不断完善所提的方案；应提于创新，敢于采用新技术，不断完善所提的方案；应提出几种方案，对它们进行可行性论证，从完成的功能、出几种

31、方案，对它们进行可行性论证，从完成的功能、性能和技术指标的程度、经济性、先进性以及完成的进性能和技术指标的程度、经济性、先进性以及完成的进度等方面进行比较，最后选择一个较好的方案。度等方面进行比较，最后选择一个较好的方案。32电子应用系统设计步骤电子应用系统设计步骤n3.3.单元电路设计、参数选择和元器件单元电路设计、参数选择和元器件选择选择这一步需要有扎实的电子电路知识。对各单元这一步需要有扎实的电子电路知识。对各单元电路可能的组成形式进行分析、比较，在确定电路可能的组成形式进行分析、比较，在确定了单元电路后，就可选择元器件。据某种原则了单元电路后，就可选择元器件。据某种原则或根据已确定好的

32、单元电路部分元件的参数，或根据已确定好的单元电路部分元件的参数，去计算其余元器件参数和电路参数。去计算其余元器件参数和电路参数。33 随着计算机的普及和随着计算机的普及和EDAEDA技术的发展，电子电路设技术的发展，电子电路设计中的实验演变为仿真和实验相结合。计中的实验演变为仿真和实验相结合。仿真具有下列优越之处：仿真具有下列优越之处：(1)(1)对电路中只能依据经验来确定的元器件参数，用电对电路中只能依据经验来确定的元器件参数，用电路仿真的方法很容易确定，而且电路的参数容易调整。路仿真的方法很容易确定，而且电路的参数容易调整。(2)(2)由于设计的电路中可能存在错误，或者在搭接电路由于设计的

33、电路中可能存在错误，或者在搭接电路时出错，可能损坏元器件，或者在调试中损坏仪器，从时出错，可能损坏元器件，或者在调试中损坏仪器，从而造成经济损失。而电路仿真中也会损坏元器件或仪器，而造成经济损失。而电路仿真中也会损坏元器件或仪器，但不会造成经济损失。但不会造成经济损失。(3)(3)电路仿真不受工作场地、仪器设备、元器件品种、电路仿真不受工作场地、仪器设备、元器件品种、数量的限制。数量的限制。 4 4、计算机仿真和实验验证、计算机仿真和实验验证34 尽管电路仿真有诸多优点，但其仍然不能完全代尽管电路仿真有诸多优点，但其仍然不能完全代替实验。对于电路中关键部分或采用新技术、新电替实验。对于电路中关

34、键部分或采用新技术、新电路、新器件的部分，一定要进行实验最终确定可行路、新器件的部分，一定要进行实验最终确定可行方案。方案。仿真和实验验证要完成以下任务：仿真和实验验证要完成以下任务：检查各元器件的性能、参数、质量能否满足设计要检查各元器件的性能、参数、质量能否满足设计要求。求。检查各单元电路的功能和指标是否达到设计要求。检查各单元电路的功能和指标是否达到设计要求。检查各个接口电路是否起到应有的作用。检查各个接口电路是否起到应有的作用。把各单元电路组合起来，检查总体电路的功能、性把各单元电路组合起来，检查总体电路的功能、性能是否最佳。能是否最佳。355、电路图和、电路图和PCB图的绘制图的绘制

35、 总体电路图是在总框图、单元电路设计、参数总体电路图是在总框图、单元电路设计、参数计算和元器件选择的基础上绘制的，它是组装、调计算和元器件选择的基础上绘制的，它是组装、调试、印刷电路板设计和维修的依据。目前绘电路图试、印刷电路板设计和维修的依据。目前绘电路图一般是在计算机上利用绘图软件完成。绘制电路图一般是在计算机上利用绘图软件完成。绘制电路图时主要注意以下几点时主要注意以下几点：（1 1）总体电路图通常按照信号的流向，从输入端）总体电路图通常按照信号的流向，从输入端画起，由左至右或由上至下按信号的流向依次画出画起，由左至右或由上至下按信号的流向依次画出各单元电路；各单元电路；（2 2）注意总

36、体电路图的紧凑和协调，要求布局合理，）注意总体电路图的紧凑和协调，要求布局合理，排列均匀。图中元器件的符号应标准化，元件符号旁排列均匀。图中元器件的符号应标准化，元件符号旁边应标出型号和参数。边应标出型号和参数。36（3 3）连线一般画成水平线和垂直线，并尽可）连线一般画成水平线和垂直线，并尽可能减少交叉和拐弯。对于相互交叉的线，应在能减少交叉和拐弯。对于相互交叉的线，应在交叉处用圆点标出。交叉处用圆点标出。37PCB图的要求图的要求PCBPCB图就是元器件的布局和连线图就是元器件的布局和连线图，基本要求有：图，基本要求有：符合电磁兼容规范符合电磁兼容规范布局合理规范布局合理规范器件物理尺寸匹

37、配良好器件物理尺寸匹配良好 PCB（ Printed Circuit Board），印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。38A A、组装、布局、组装、布局n注意器件极性注意器件极性n注意信号之间的相互干扰，连线最短注意信号之间的相互干扰，连线最短n做好输入、输出和其他必要的关键点标示做好输入、输出和其他必要的关键点标示n布局合理、美观、整齐布局合理、美观、整齐6、 电路组装与调试39 设计电路完成以后要进行电路的安装，一般采设计电路完成以后要进行电路的安装，一般采用印刷电路板、通用

38、电路板和面包板，在进行安装用印刷电路板、通用电路板和面包板，在进行安装时注意以下方面：时注意以下方面： （1 1）准备好常用的工具和材料。要将各种各样的）准备好常用的工具和材料。要将各种各样的电子元器件及结构各异的零部件装配成电子元器件及结构各异的零部件装配成 （2 2）所有电子元器件在安装前要全部测试一遍，）所有电子元器件在安装前要全部测试一遍，有条件的还要进行老化，以保证元器件的质量。符合有条件的还要进行老化，以保证元器件的质量。符合要求的电子产品，一套基本的工具是必不可少的。如要求的电子产品，一套基本的工具是必不可少的。如烙铁、钳子、改锥、镊子和焊锡。正确使用得心应手烙铁、钳子、改锥、镊

39、子和焊锡。正确使用得心应手的工具，可大大提高工作效率，保证装配质量。的工具，可大大提高工作效率，保证装配质量。40（3 3）有极性的电子元器件安装时其标志最好方向一致，以便于）有极性的电子元器件安装时其标志最好方向一致，以便于检查和更换。集成电路的方向要保持一致，以便正确布线和查检查和更换。集成电路的方向要保持一致，以便正确布线和查线。线。（4 4）在电路板上组装电路时，为了便于查线，可根据连线的不）在电路板上组装电路时，为了便于查线，可根据连线的不同作用选择不同颜色的导线。如正电源采用红色线、负电源采同作用选择不同颜色的导线。如正电源采用红色线、负电源采用蓝色导线、地线采用黑色导线、信号线采

40、用黄色导线等。用蓝色导线、地线采用黑色导线、信号线采用黄色导线等。（5 5）布线要按信号的流向有序连接，连线要做到横平竖直，不）布线要按信号的流向有序连接，连线要做到横平竖直，不允许跨接在集成电路上。另外，选择导线粗细要适中，避免导允许跨接在集成电路上。另外，选择导线粗细要适中，避免导线与面包板插孔之间接触不良。线与面包板插孔之间接触不良。 （6 6）印刷电路板的设计原则是性质相同的电路安排在一块板）印刷电路板的设计原则是性质相同的电路安排在一块板上。例如模拟电路或小信号电路安排在一块板上；大功率电路、上。例如模拟电路或小信号电路安排在一块板上；大功率电路、高压电路、发射电路单独配置，甚至要安

41、排必要的屏蔽盒、绝高压电路、发射电路单独配置，甚至要安排必要的屏蔽盒、绝缘盒、散热装置等。缘盒、散热装置等。41 整个调试过程最好也整个调试过程最好也分层次进行，先单元电路，分层次进行，先单元电路，再模块电路，最后系统联调再模块电路，最后系统联调。按照分配的指标、分按照分配的指标、分解的模块，一部分一部分调试，然后将各模块连接解的模块，一部分一部分调试，然后将各模块连接起来总调。起来总调。n 这一阶段，要这一阶段，要充分利用电子仪器充分利用电子仪器来观察波形，测来观察波形，测量数据，发现问题，解决问题，以达到最终的目标量数据，发现问题，解决问题，以达到最终的目标。n通电前检查：连接是否错误通电

42、前检查：连接是否错误n通电检查：加入正常电压，观察电路情况有无异常通电检查：加入正常电压，观察电路情况有无异常n单元电路调试：利用信号源或其他实验仪器判断各单元电路调试：利用信号源或其他实验仪器判断各单元电路的工作状态单元电路的工作状态n整机联调：从最前端到末级进行统调，检查整机联调：从最前端到末级进行统调，检查各级动态信号工作情况，分析是否满足设计各级动态信号工作情况，分析是否满足设计要求。要求。 B、调试、调试42（1）调试电路的常用仪器）调试电路的常用仪器 万用表。它可以测量交直流电压、交直流电流、万用表。它可以测量交直流电压、交直流电流、电阻、电容及半导体二极管和三极管。具有精度高，电

43、阻、电容及半导体二极管和三极管。具有精度高，使用方便，应用广泛等特点使用方便，应用广泛等特点。 示波器。示波器可以对电路中的各点电位进行测量示波器。示波器可以对电路中的各点电位进行测量和观察波形，同时可比较任意两点波形的相位关系。和观察波形，同时可比较任意两点波形的相位关系。示波器具有高的灵敏度、高的交流阻抗、对负载影响示波器具有高的灵敏度、高的交流阻抗、对负载影响小等特点。在使用示波器应注意的是所用示波器的频小等特点。在使用示波器应注意的是所用示波器的频带一定要大于被测信号的频率。带一定要大于被测信号的频率。 信号发生器。因为经常要在加信号的情况下进行信号发生器。因为经常要在加信号的情况下进

44、行测试，则在调试和故障诊断时最好备有信号发生器。测试，则在调试和故障诊断时最好备有信号发生器。如函数发生器，它可产生正弦波、三角波、方波等波如函数发生器，它可产生正弦波、三角波、方波等波形。形。43（2）调试电路前的检查。）调试电路前的检查。 电路安装完毕后，不要急于通电，首先要根据电路原理图电路安装完毕后，不要急于通电，首先要根据电路原理图认真检查电路接线是否正确。主要直观检查电源、地线、信号认真检查电路接线是否正确。主要直观检查电源、地线、信号线、元器件引脚之间有无短路，连线有无接触不良，元器件有线、元器件引脚之间有无短路，连线有无接触不良，元器件有无漏焊，二极管、三极管和电解电容极性有无

45、错误。查线时最无漏焊，二极管、三极管和电解电容极性有无错误。查线时最好用数字万用表的蜂鸣器挡来测量。好用数字万用表的蜂鸣器挡来测量。 （3）调试步骤）调试步骤。对于电子系统的调试一般采用对于电子系统的调试一般采用化整为零化整为零，分块调试：，分块调试： 通电观察。在确认电路连接没有错误的情况下，接通电源。通电观察。在确认电路连接没有错误的情况下，接通电源。电源接通后不要先急于测量数据，而应首先观察有无异常现象，电源接通后不要先急于测量数据，而应首先观察有无异常现象，如有无冒烟，是否闻到异常气味，手摸元器件是否发烫，电源如有无冒烟，是否闻到异常气味，手摸元器件是否发烫，电源是否有短路现象等。如有

46、异常，应立即关断电源是否有短路现象等。如有异常，应立即关断电源 ，待故障排除，待故障排除后方可重新通电。后方可重新通电。44 分块调试。把电路按功能分成不同的模块，分别对各分块调试。把电路按功能分成不同的模块，分别对各模块进行调试。通常调试顺序是按照信号的流向进行，这样可模块进行调试。通常调试顺序是按照信号的流向进行，这样可把前级测试过的输出作为后一级的输入信号，为最后联调创造把前级测试过的输出作为后一级的输入信号，为最后联调创造条件。分块调试包括静态和动态调试。静态测试是在没有外加条件。分块调试包括静态和动态调试。静态测试是在没有外加信号的条件下测量电路各点电位，通过静态测试可以及时发现信号

47、的条件下测量电路各点电位，通过静态测试可以及时发现已经损坏的元器件或其他故障。动态测试是在信号源的作用下，已经损坏的元器件或其他故障。动态测试是在信号源的作用下，借助示波器观察各点波形，进行波形分析，测量动态指标。把借助示波器观察各点波形，进行波形分析，测量动态指标。把静态和动态测试的结果与设计的指标加以比较，经深入分析后静态和动态测试的结果与设计的指标加以比较，经深入分析后对电路与参数提出合理的修整。调试电路过程应对测试结果作对电路与参数提出合理的修整。调试电路过程应对测试结果作详尽记录。详尽记录。 整机联调。各单元电路调试好以后，还要将它们连接整机联调。各单元电路调试好以后，还要将它们连接

48、成整机进行统调。整机统调主要观察和测量动态特性，把测成整机进行统调。整机统调主要观察和测量动态特性，把测量的结果与设计指标逐一对比，找出问题及解决办法，然后量的结果与设计指标逐一对比，找出问题及解决办法，然后对电路及参数进行修正，直到整机的性能完全符合设计要求对电路及参数进行修正，直到整机的性能完全符合设计要求为止。为止。45n信号寻迹法：逐级检查信号寻迹法：逐级检查n对分法：缩小故障范围对分法：缩小故障范围n分割测试法：切断电路间的相互联系，查找原因分割测试法：切断电路间的相互联系，查找原因n电容器旁路法：用于自激或排查干扰的时候电容器旁路法：用于自激或排查干扰的时候n对比法：相同电路对比对

49、比法：相同电路对比n替代法：用已知正常的电路、器件代替怀疑的电路替代法：用已知正常的电路、器件代替怀疑的电路n静态测试法：确定单一故障元件静态测试法：确定单一故障元件n动态测试法：观察动态工作状况动态测试法：观察动态工作状况C、故障诊断与排除方法、故障诊断与排除方法46 撰写课程设计的总结报告是对学生写科学撰写课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告的能力训练，通过编写设论文和科研总结报告的能力训练，通过编写设 计报告，不仅把设计、组装、调试的内容进行计报告，不仅把设计、组装、调试的内容进行全面总结，以提高学生的文字组织表达能力，全面总结，以提高学生的文字组织表达能力， 而且也把实践

50、内容上升到理论高度。而且也把实践内容上升到理论高度。从设计报从设计报告中可以反映出设计人员的知识水平和层次。告中可以反映出设计人员的知识水平和层次。 7、课程设计报告、课程设计报告47 课程设计结束后要在规定的时间内交一份设计总结报告课程设计结束后要在规定的时间内交一份设计总结报告 总结报告的首页包括课题名称、课程设计时间、使用总结报告的首页包括课题名称、课程设计时间、使用仪器及编号、学生姓名、班级和指导教师等。仪器及编号、学生姓名、班级和指导教师等。 设计总结报告设计总结报告内容包括内容包括： (1) (1) 课题名称；课题名称； (2) (2) 内容摘要；内容摘要； (3) (3) 设计指

51、标设计指标( (要求要求) )； (4) (4) 系统框图；系统框图； (5) (5) 各单元电路设计、参数计算和元器件选择；各单元电路设计、参数计算和元器件选择； (6) (6) 画出完整的电路图，并说明电路的工作原理；画出完整的电路图，并说明电路的工作原理； 48(7) (7) 组装调试；包括使用的主要仪器、仪表，调试电组装调试；包括使用的主要仪器、仪表，调试电 路的方法和技巧、测试的数路的方法和技巧、测试的数 据和波形并与计算结果据和波形并与计算结果比较分析，调试中出现的故障、原因及排除方法；比较分析，调试中出现的故障、原因及排除方法；(8) (8) 实际实际PCBPCB图或布线图；图或

52、布线图；(9) (9) 电路的特点和方案的优缺点，提出改进意见和展电路的特点和方案的优缺点，提出改进意见和展望；望； (10) (10) 设计结果与数据处理；设计结果与数据处理；(11) (11) 列出参考文献；列出参考文献；(12) (12) 课程设计报告的设计观点、理论分析、方案结论、课程设计报告的设计观点、理论分析、方案结论、计算等必须正确，尽量做到纲目分明、逻辑清楚、计算等必须正确，尽量做到纲目分明、逻辑清楚、内容充实、轻重得当、文字通顺、图样清晰规范。内容充实、轻重得当、文字通顺、图样清晰规范。49小结小结 n本章主要内容包括电子应用系统构成，电子应用本章主要内容包括电子应用系统构成，电子应用系统设计方法及原则以及电子应用系统设计步骤。系统设计方法及原则以及电子应用系统设计步骤。1. 1. 一般来说，一个复杂的电子系统可以分解成若干个一般来说，一个复杂的电子系统可以分解成若干个子系统，其中每个子系统又由若干个功能模块组成，子系统，其中每个子系统又由若干个功能模块组成，而功能模块由若干电子元器件组成。而功能模块由若干电子元器件组成。2. 2. 电子系统设计是系统工程设计，一般是比较复杂的，电子系统设计是系统工程设计，一般是比较复杂的，必须采用有效的方法去管理才能使设计工作顺利并取必须采用有效的方法去管理才能使设计工作顺利并取得成功。基于系统的功能与结构上的层次性，电子