电子系统设计与实践

1电子系统设计基础

1.1电子系统概论

1.1.1电子系统

1.1.2现代电子系统设计的新特点

1.2电子系统设计教学环节

1.2.1目的与要求

1.2.2系统设计的教学过程

1.3电子系统设计的一般方法与步骤

1.3.1电子系统设计基本方法

1.3.2电子系统设计一般步骤

1.4电子系统的安装与调试

1.4.1电子系统的安装

1.4.2电子系统的调试

1.5电子系统的故障分析与排除

1.5.1常见故障的原因

1.5.2常见故障的诊断方法

1.5.3常见故障及其排除

1.6电子系统的抗干扰技术

1.6.1常见干扰源

1.6.2常见的抗干扰措施

主要参考文献

2传感器及其应用

2.1传感器概论

2.1.1传感器的分类

2.1.2传感器的基本性能参数

2.1.3传感器输出信号的特点

2.2传感器电子电路

2.2.1传感器电子电路的设计号求

2.2.2典型传感器电子电路的组成

2.3常用传感器及其应用实例

2.3.1温度传感器

2.3.2霍尔元件及霍尔传感器

2.3.3光电传感器

2.3.4压阻式压力传感器

2.3.5超声波传感器

主要参考文献

3电子系统设计中常用的数值处理方法

3.1非线性补偿技术

3.1.1非线性函数补偿法

3.1.2线性插值法(多段折线逼近法)

3.1.3曲线拟合的最小二乘法(二次抛物线插值法)

3.1.4三次样条函数插值法

3.1.5查表法

3.2数值积分与数值微分

3.2.1数值微分

3.2.2数值积分

3.3标度变换

3.3.1标度变换原理

3.3.2线性信号的标度变换

3.3.3非线性信号的标度变换

3.4数字滤波技术

3.4.1滤波器的原理与分类

3.4.2数字滤波器的设计方法

3.4.3IIR与FIR滤波器的比较

3.4.4常用的简单数字滤波器

主要参考文献

4PID控制技术

4.1引言

4.2数字PID控制算法

4.2.1位置式PID控制算法

4.2.2增量式数字PID控制算法

4.3数字PID控制算法的改进

4.3.1积分分离PID控制算法

4.3.2遇限削弱积分PID控制算法

4.3.3不完全微分PID控制算法

4.3.4微分先行PID控制算法

4.3.5带死区的PID控制

4.4PID控制器参数整定

4.4.1模拟PID控制器参数整定

4.4.2数字PID控制器的参数选择和采样周期选择

4.5PID程序设计

4.5.1位置式PID算法程序设计

4.5.2增量式PID算法程序设计

主要参考文献

5电子系统的数据传输与通信

5.1RS-232C串行接口及应用

5.1.1RS-232C总线接口标准及电气特性

5.1.2RS-232C电子转换芯片介绍

5.1.3RS-232C接口的主要缺点

5.1.4RS-422A/485总线接口标准及其应用

5.1.5PC机与单片机的串行通信

5.2并行接口及数据传输

5.2.1PC机并行打印机接口各信号作用

5.2.2EPP模式的端口寄存器

5.2.3PC机与单片机的并行数据传输

5.3USB接口简介

5.3.1USB接口的背景

5.3.2适用对象和目标

5.3.3设计原则

5.3.4USB性能

5.3.5USB2.0

5.3.6USB总线接口控制器芯片CH375简介

5.3.7USB总线接口控制器芯片CH375应用举例

主要参考文献

6现场可编程应用技术

6.1现场可编程门阵列FPGA

6.1.1概述

6.1.2FPGA器件的基本结构

6.1.3FPGA器件的配置

6.1.4FPGA器件设计流程

6.1.5图形输入文件

6.2现场模拟可编程技术

6.2.1AN10E40芯片介绍

6.2.2AN10E40工作模式0使用方法举例

6.2.3借助I2CEEPROM的工作模式0使用方法举例

6.2.4AN10E40工作模式1使用方法举例

主要参考文献

7电子系统设计实例

7.1简易数字频率计

7.1.1总体方案设计与论证

7.1.2模块电路设计与参数计算

7.1.3系统电路的实现

7.1.4误差分析

7.1.5软件设计

7.1.6系统调试与指标测试

7.2数字式工频有效值多用表

7.2.1总体方案设计与论证

7.2.2模块电路设计与参数计算

7.2.3软件设计及流程

7.2.4系统调试与指标测试

7.3简易数字式存储示波器

7.3.1总体方案设计与论证

7.3.2模块电路设计与实现

7.3.3软件设计

7.3.4系统调试与指标测试

7.3.5系统性能分析

7.4简易逻辑分析仪

7.4.1总体方案设计与论证

7.4.2系统设计

7.4.3软件设计

7.4.4系统调试与指标测试

7.5低频数字式相位测量仪

75.1总体方案设计与论证

75.2理论分析与具体电路实现

75.3软件设计与流程图

75.4系统调试与指标测试

75.5结果与误差分析

7.6液体点滴速度监控装置

7.6.1总体方案设计与论证

7.6.2理论分析与计算

7.6.3系统测试及数据

7.6.4数据分析和处理

7.6.5设计完成情况

8电子系统调试技术

8.1开环系统调试方法

8.2.1电子秒表的调试

8.1.2单级放大器模块电路的调试

8.1.3反相比例放大器

8.2闭环系统调试方法

8.2.13个反相器构成的多谐振荡器的调试

8.2.2集成运算放大器构成的三角波发生器的调试

8.3单片机系统调试方法

8.3.1简单单片机程序调试

8.3.2单片机最小系统验证

8.3.3单片机P1口的测试

8.3.4调试软件延时程序

8.3.5单片机串口的测试

8.3.6调试A/D转换模块电路

8.3.7调试D/A转换模块电路

8.3.8单片机扩展外部数据存储器的测试

8.3.9调试中断服务程序

9电子系统电路设计中硬件的选择

9.1处理器选择

9.1.1单片机

9.1.2嵌入式处理器

9.1.3数字信号处理器

9.1.4现场可编程器件

9.2接口电路选择

9.3外围元器件选择

9.4系统设计的造价考量

附录A电子系统设计思考题及答案

附录B单片机基本概念检测题

　　本书是“电工电子实验系列教材”之一，全书共分9个章节，对电子系统设计与实践中的相关知识点作了介绍，旨在为电子系统设计的初学读者提供最基本的基础知识，为推动“加强实践教学环节、提高实际能力培养”的教学要求做出一点贡献。具体内容包括电子系统设计基础、传感器及其应用、电子系统设计中常用的数值处理方法、电子系统的数据传输与通信等。该书可供各大专院校作为教材使用，也可供从事相关工作的人员作为参考用书使用。　　本书是由“教育部高等学校电子信息与电气信息类基础课程教学指导分委员会”与高等教育出版社共同策划、组织的电工电子实验系列教材。　　本书为西安交通大学国家工科基础课程电工电子教学基地改革成果：全书共分为9章，分别是电子系统设计基础、传感器及其应用、电子系统没计中常用的数值处理方法、PID控制技术、电子系统的数据传输与通信、现场可编程应用技术、电子系统设计实例、电子系统调试技术和电子系统电路设计中硬件的选择。　　本书适合学习过电路、信号与系统、电子技术(含数字电路、模拟电路)、单片机(或者微机原理)等课程的读者。可作为电子系统设计与实践课程的教材，也可以作为电子竞赛参赛前的培训教材或参考书。对于希望提高电子系统设计能力的读者及电子业余爱好者，也是不可多得的参考资料。