电子系统设计概论

电子系统设计

马利

课程主要内容电子系统设计导论常用传感器及其应用电路模拟系统及其根本单元模拟设计中的EDA技术。数字系统设计DSP原理及结构单片机应用系统设计电子系统工程实现中的问题电子系统设计举例前言第一章电子系统设计导论1.1电子系统概述一、电子系统的定义系统：由两个以上各不相同且互相联系、互相制约的单元组成的、在给定环境下能够完成一定功能的综合体。系统的根本特征：在功能与结构上具有综合性、层次性和复杂性。电子系统：通常将由电子元器件或部件组成的能够产生、传输或处理电信号及信息的客观实体称为电子系统。二、电子系统的分类及举例1、按其功能可分为：

测控系统、测量系统、数据处理系统、通信系统、计算机系统、家电系统2、典型电子系统举例移动包括发射机、接收机、微型计算机、音频及数字信号处理、 SIM卡等子系统。电池与电源模块GSM900的子系统传感器效劳对象DSP与I/O接口无线发射与接收(RF)微处理器(MPU)与数据存储器3、构成电子系统的子系统的根本类型模拟子系统数字子系统模拟、数字混合子系统微机子系统DSP〔数字信号处理〕子系统1.2电子系统的设计电子系统设计的根本原那么1.满足功能要求和技术指标。2.可靠性高。3.电路尽量简单,力争本钱低。4.性能价格比高。5.集成度高。(尽量启用IC块或大规模IC块)6.电磁兼容性好(抗干扰,抗污染)。7.生产工艺简单。8.调试简易。9.操作简易。一、电子系统设计的一般方法1、自顶向下法根据原始设计指标或用户的需求，将系统的功能〔或行为〕全面、准确地描述出来，也即将系统的输入／输出关系全面、准确地描述出来，然后进行子系统级设计。完成子系统的划分、定义和互连后，设计或者选用一些部件去组成实现既定功能的子系统。自顶向下法优点必须遵循以下原那么：〔1〕正确性和完备性原那么〔2〕模块化、结构化原那么〔3〕问题不下放原那么〔4〕高层主导原那么〔5〕直观性、清晰性原那么2、自底向上法

根据要实现的系统的各个功能的要求，首先从现有的可用的元件中选出合用的，设计成一个个的部件，当一个部件不能直接实现系统的某个功能时，就需要设计由多个部件组成的子系统去实现该功能，上述过程一直进行到系统所要求的全部功能都实现为止。3、以自顶向下方法为主导，齐结合使用自底向上的方法

近代的系统设计中，为了实现设计重用以及对系统进行模块化测试，通常采用以自顶向下方法为主导，并结合使用自底向上的方法。这种方法既能保证实现系统化的、清晰易懂的以及可靠性高、可维护性好的设计，又能减少设计的重复劳动，提高设计生产率。二、电子系统设计的一般步骤一个完整的电子系统设计过程，均是由顶层〔系统级〕从行为域出发，沿Y图以一种向心式螺旋线行迹逆时针旋转，每转一圈下降一层，直至底层〔元件级〕的设计全部完成为止。不管在哪一级〔层〕上逆时针转一圈，均要经历3个设计步骤：〔1〕行为描述与设计；〔2〕结构描述与设计；〔3〕物理描述与设计。

电子系统设计的一般步骤

〔1〕行为描述与设计：系统、子系统、部件或元件诸单元的功能〔常用输入／输出关系来描述〕。〔2〕结构描述与设计：为实现相应功能所用的单元以及单元之间的互连方式。

〔3〕物理描述与设计：实现结构的具体形式、技术与工艺〔包括单元的物理类型、布局的几何式样、尺寸、位置和装配方法等〕。

强调：设计过程中必须适时地进行正确性验证。三、传统手工设计步骤1、审题通过审题对给定任务或设计课题进行具体的分析，以明确所要设计的系统的功能、性能、技术指标及要求。2、方案选择与可行性论证把系统所要实现的功能分配给假设干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。3、单元电路的设计、参数计算和元器件选择

首先，要对各个单元电路可能的组成形式进行分析、比较。确定单元电路的形式之后，就可选择元器件；然后根据某种原那么或依据先确定好单元电路中局部元件的参数，再去计算其余的元件参数和电路参数〔如放大倍数、振荡频率等〕。单元电路设计

必须明确对各单元电路的具体要求，详细拟定出单元电路的性能指标，认真考虑各单元之间的相互关系，注意前后级单元之间信号的传递方式和匹配，尽量少用或者不用电平转换之类的接口电路，并考虑到各单元电路的供电电源尽可能统一。参数设计应根据电路的性能指标要求决定电路元器件的参数。计算电路参数时应注意(1)在计算元器件工作电流、电压和功率等参数时，应考虑工作条件最不利的情况，并留有适当的余量。〔2〕对于元器件的极性参数必须留有足够的裕量，一般取1.5~2倍的额定值。〔3〕对于电阻、电容的参数取值，应选计算值附近的标称值。电阻值一般在1MΩ内选择；非电解电容一般在10uF~0.47uF选择；电解电容一般在1uF~2000uF范围内选择。〔4〕在保证电路到达功能指标要求的前提下，尽量减少元器件的品种、价格、体积。元器件选择的原那么应根据电路处理信号的频率范围、环境温度、空间大小、本钱上下等诸多因素全面考虑。〔1〕一般优先选择集成电路；〔2〕电阻和电容是最常见的器件；〔3〕分立半导体元件的选择。首先熟悉它们的功能，掌握它们的应用范围；根据电路的功能要求和元器件在电路中的工作条件，确定元器件型号。4、组装与调试将设计的系统在面包板上进行组装，并用仪器进行测试，发现问题时随时修改，直到所要求的功能和性能指标全部符合要求为止。5、编写设计文档与总结报告文档的具体内容：①系统的设计要求与技术指标确实定；②方案选择与可行性论证；③单元电路的设计、参数计算和元器件选择；④参考资料目录。

总结报告内容应包括：①设计工作的进程记录；②原始设计修改局部的说明；③实际电路图、实物布置图、实用程序清单等；④功能与指标测试结果〔含使用的测试仪器型号与规格〕；⑤系统的操作使用说明；⑥存在问题及改进方向等。四、电子系统设计的EDA方法1、用EDA工具设计电子系统的流程〔P13图1.9〕2、IT产品的典型开发流程〔P14图1.10〕1.3各种电子系统设计步骤综述一、数字系统设计步骤1、明确设计要求〔完成系统功能示意框图〕；2、确定系统方案〔完成系统总体方框图——将控制器与受控器分开，拟定系统的详细算法状态机〔ASM〕流图〕；3、受控器设计；4、控制器设计；5、工程实现与调试。二、模拟系统设计步骤1、任务分析、方案比较、确定总体方案；2、将系统划分为假设干相对独立的功能块，画出系统的总体组成框图；3、以实现各功能块的集成电路为中心，通过选择和计算完成各个功能单元外接电路与元件的配置；．

4、单元之间耦合的核算及电路的整体配合与调整，以得到一个比较切合实际的系统整体电原理图；5、根据第3、4步的结果，重新核算系统的主要指标，检查是否．满足要求且留有一定余地；6、画出系统元器件布置图和印刷电路板的布线图，并考虑其测试方案，设置相关的测试点。三、以微机〔单片机〕为核心的电子系统的设计步骤1、确定任务，完成总体设计①确定系统功能指标，编写设计任务书；