电子系统复习

1、 电子系统的组成与构成。1、电子系统是能够产生、传输、处理电信号和信息的客观载体。一般地，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。电子系统的电路设计分为硬件设计和软件设计。电子系统的设计步骤1需求分析：任务书分析、确定软件硬件的分工2方案设计：系统功能模块划分3软硬件设计：原理图、PCB版图、软件设计与仿真4原理样机：验证原理用的第一个设备5产品初样：经过改进的原理样机，为最终生产提供样机6最终产品：可以批量生产的设备电子系统设计中，常用的仿真软件有哪些？了解它们的主要作用。2、目前，在电子系统设计中，单片机仿真软件一般采用 PROTEUS；TI的模拟电路设计

2、软件是_FILTERPRO _和 TINA；电路板设计软件采用_ PROTEL_；编程语言采用汇编语言和 C语言。3、常用的温度测量元件有热电耦温度传感器、铂电阻温度传感器和集成温度传感器。 DS18B20是_单_总线的温度伟感器，由于每个 DS18B20都有唯一的_64 _位的序列号，所以可以将多个 DS18B20同时接在单片机一个 I/O引脚上。4、 AD654是压频转换器； ACS712是电流传感器。5、在多级电路设计中，为了减少级间的影响，一般要求各级的输入电阻要 _大_，输出电阻要小_。若要求运放的的输入电阻足够大，应采用同相（同相或反相）放大器。6 、电流直接测量有两种方法，这两种

3、方法分别是低测和高测，应用中为了提高测量的精度，应采用高测。电子系统中，常用的输入、输出设备有哪些？1、（6分）分别指出三种电子系统常用的输入设备和输出设备。答：输入设备：开关、按钮或键盘、触摸屏、传感器、麦克风等等输出设备：LED灯、数码管、LCD、蜂鸣器等等。了解触摸屏的作用及工作原理。触摸屏不仅可实现按键的功能，且可实现按键无法实现的使用效果，适合于输入参数较多、功能复杂、操作方便、使用灵活的系统，可以最大限度地节省单片机的引脚资源。触摸屏分为电阻式和电容式两种。 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构造简单、试用温度范围广，使用方便

4、，承受热、机械冲击能力强以及响应速度快精度高，重现性、稳定性好，应用温度范围广内部已集成部分电路，如将温度转换为电流信号或电压信号，实验方便信号输出灵敏度比较低，容易受环境干扰信号影响，不适合测量微小的温度变化2、（6分）简要说明：通过铂电阻温度传感器，单片机如何获得温度值？答：将一个恒流源的恒定电流流过金属铂电阻就可得到相应电压信号，测量电路中的电压信号，求出电阻值，即可计算出相应的温度。铂电阻值随温度变化曲线图：由图看出，只要测量出传感器的电阻值即可计算出相应的温度，而电路中最容易测量的是电压信号，要将电阻值转换为电压信号，则只需将一个恒流源的恒定电流流过金属铂电阻就可得到相应电压信号。3

5、.（9分）下图是一测量未知电阻 R的电路，指出图中 INA333是同相放大器、反相放大器还是差分放大器？T指出图中 OPA177的作用是什么？OPA177有该作用的原因是什么？答：（1）、INA333是差分放大器。（2）、OPA177的作用是向 INA333提供低阻抗的参考电压源（原因是 OPA177构成电压跟随器，它的输入阻抗接近无穷大，而输出阻抗接近 0）。 Butterworth（巴特沃斯滤波器）、Chebyshev（切比雪夫滤波器）、Bessel（贝塞尔滤波器）和高斯滤波器有何特点（区别）。 4.（6分）简述 Butterworth（巴特沃斯滤波器）、Chebyshev（切比雪夫滤波器

6、）和 Bessel（贝塞尔滤波器）的特点。答：Bessel（贝塞尔滤波器）拥有最平坦的通频带和最缓的截止速率。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。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。5、假设现有两个电压均为 3V的电池，分别画出产生+6V，6V，3V时电池的接法。掌握放大器的放大倍数与dB的关系。-3db（ 20lg（Vo/Vi）=-3；Vo/Vi=0.707）截止频率 20khz -45db（20lg（Vo/Vi）=-45；Vo/Vi=1/178）频率 100khz 给出一运放的幅频特性图，

7、会判断该运放的GBW、放大倍数、以及在某放大倍数下的带宽。6.（10分）下图为某一级集成运算放大器的频率特性图，根据幅频特性曲线回答问题：（1）、该运放的单位增益带宽积 GBW约是多少？（2）、该放大器的放大倍数是多少？-3dB带宽约是多少？（3）、若放大倍数为 100时，-3dB带宽应约是多少？20.00T10.000.00-10.00-20.00200.00150.00100.0050.000.001101001k10k100k1M10M频率(Hz)解：（1）、由于幅频特性曲线在0dB（放大倍数为1）时的频率为3MHz，所以GBW=3MHz。（2）、从图可以看出，该放大器设幅频特性曲线平坦

8、处的增益是20dB，设放大器放大倍数为K，则有20lgK=20dB，所以K=10。Kf=GBW=3MHz，所以K=10时，f=300kHz，即此时的-3dB带宽约是 0300kHz。bb（3）、Kf=GBW=3MHz，所以K=100时，f=30kHz，即此时的-3dB带宽约是 030kHz。bb 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、（15分）设计一 RC无源滤波器，通频带为 1kHz1MHz。要求写出分析、计算过程，画出具体电路图。解：依题意，采用两级 RC无源滤波器级联实现。一级为截止频率 f =1MHz的低通滤波器，另一级截0止频率 f0=1kHz的高通滤波器。低通滤

9、波器设计：f =1/(2RC)=1MHz，设 R=1K,则C=159.2pF。0高通滤波器设计：f =1/(2RC)=1kHz，设 R=1K,则C=159.2nF。0设计的电路图如下图所示：低通在前，高通在后：由于第二级的输入阻抗影响了第一级的特性（衰减），所以两级间应加入电压跟随器。另：高通在前，低通在后： 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？2、（22分）设计一个增益为40dB的放大器。放大器输入信号为双极性正弦信号（U范围:20mV100mV；PP频率f范围：0200kHz），放大器的输入阻抗50，放大器的级数不限，可供选用的芯片及

10、其主要参数如下表。要求写出分析、计算过程，画出具体的电路图。可供选用的芯片及其主要参数表芯片型号OP07电源电压(V)3V15V5V20VGBW(MHZ)0.6SR(V/us)0.3LM3181570解：根据题意：放大倍速数 K=100。若采用一级放大器实现，则运放需（不考虑裕量的情况下）：SR=2V0maxf =6.285V0.2MHz=6.28V/us。p(max)GBW=1000.2MHz=20MHz由于OP07和LM318的GBW均小于20MHz，所以需用两级或两级以上的放大器，每级放大10倍，此时GBW=100.2MHz=2MHz,大于OP07的GBW（0.6MHz），所以不能选用O

11、P07芯片，两级均用LM318芯片。根据题意，设计的电路图及特性曲线如下，图中的 V3用来调整输出失调电压。 了解压力传感器的作用。按工作原理分类，压力传感器可分为应变式、电容式、电感式、电磁式、压电式、热电式、光电式等能感受压力并转换成可用输出信号，压力转换为电信号输出的传感器。可直接用作各种压力的测定：气压、水压、液压（包括水压），生活中人们各种血压测定等。了解电压检测和电流检测的方法。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。常见的高压测量方式有压频转换测量法和高阻抗运放隔离测量法。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

12、；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。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：转速测量了解信号采集用到的主要芯片。1. REF200恒流源芯片2.单总线温度传感器 DS18S203.压频转换器有 LM231、LM331、TC9401、AD654(AD654是一款带有输入放大器的完整的压频转换器)4. HNV500D型电压传感器5.霍尔传感器 ACS7126.开关型霍尔位置传感器 LD441A 掌握同相放大器、反相放大器、跟随器、加法器的基本电路、放

13、大倍数和特点。信号如何叠加？ 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VOS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。 多级运放的放大倍数、 dB数的计算。输出电压峰峰值V不小于20V。芯片可选：LM324,TL082,LM318OPP在 TINA仿真软件中，设计一增益可调电压放大器，增益范围从 0dB到 60dB，10 dB步进可调，电压增益误差不大于 5%，通频带为 040kHz，电路

14、结构采用 3级反相放大器级连而成，如下图。现要求对下图进行补充完整，并输入幅值为 10mV的正弦信号进行测试（根据电路的幅频特性和输入输出波形判断设计是否达到要求）。 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：由无源器件 R、C和L组成。优点：设计简便。缺点：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：由无源器件 R、C和运算放大器组成。优点：滤波效果好；带载能力强（运放输出阻抗低）；能提供一定增益。缺点：设计较复杂，成本较高。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，

15、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 SR2VOPfc（VOP为输出信号电压幅值）MFB和SALLEN-KEY两种有源滤波器电路类型各有何特点？ 无限增益多重反馈滤波器(MFB)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 Sallen-Key型滤波器同相滤波器优点：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）PID分别指的是什么？什么是PID控制器（P

16、ID算法）？其控制系统原理框图是什么？各校正环节（分量）的主要作用是什么？比例(P)、积分(I)和微分(D)error(t) u(t) 简单来说，PID控制器各校正环节的作用如下：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。 单片机中常用的算法有哪些？了解它们的基本工作原理。（1）均值滤波是

17、最简单、有效的滤波方法，有利于低速单片机的程序处理（2）中值滤波的思想是将数组中的数据n个最大值和n个最小值同时剔除，将剩余的数据进行均值滤波，这样做的优点是提高了均值数据的可靠性且增加的消耗时钟周期又不多，缺点是有很大可能性将正确的数据剔除，较小可能性将错误的数据未剔除（3）CRC校验是数据通信中常用的校验方法常用的有线通信有哪些？无线通信有哪些？无线通信主要有红外、蓝牙、ZigBee等有线通信主要有 RS-232、USB、M_BUS、CAN等。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、通信距离在1.515m之间。RS-485通信、RS-

18、485标准的特点是抗干扰能力强、传输距离远、速率高。红外通信、成本低廉和广泛的兼容性等优点，传输距离近。当前红外通信距离最长为3m，接收角度为 30。了解 TTL转RS-232硬件电路掌握 TTL转RS-485的硬件电路和软件控制方法。 稳压器可分为哪两类？线性稳压器、开关升压降压稳压器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。（4）、电压调整率。（5）、负载调整率。（6）、输出电阻。（7）、转换效率。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。理解BUCK电路和BOOST电路的工作原理（何

19、时充放电？充放电的电流方向，输入电压与输出电压的关系等）。 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、循环寿命长特点：(1)高能量密度，锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉电池的40%50%，镍氢电池的20%30%，因此，锂电池具有更高的重量能量比、体积能量比。(2)高电压，单节锂电池电压平均为 3.6 V，等于三只镍镉或镍氢充电电池的串联电压。(3)自放电小，可长时间存放。(4)无记忆效应，锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应，所以锂电池充电前无须放电。(5)寿命长，正常工作条件下，锂电池充放电循环次数远大于 500次。(6)多个锂电池可以随意并联使用。(7)无污染，由于锂电池中不含镉、铅等重金属元素，对环境无污染，是理想的绿色电池。(8)快速充电，如果使用额定电压为 4.2 V的恒流恒压充电器，可以使锂离子电池在一至两个小时内充满。注意事项：(1)对锂电池需要进行热保护，防止发