现代电子系统设计及案例

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2.方案选择和可行性论证 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、性能和技术指标的程 度、经济性、先进性以及进度等方面进行比较，最后选择一个较 好的方案。 首先，进行系统功能划分。把系统所要实现的功能分配给 若干个单元电路，画出能表示各单元电路功能的整机原理框图。 然后，进行方案比较和可行性论证。 最后，确定总体方案。
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•4.可编程器件设计工具 • Xilinx ISE; Altera QuartusII; Mentor FPGA Advantage •5.嵌入式系统开发工具 • ARM ADS; Keil ARM/C51 IDE；Altera Nios II IDE；Ti Code Composer Studio
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➢ 保证电路性能的前提下，尽可能设法降低成本，减少元器件的 品种、功耗和体积，并为安装调试创造有利条件。 ➢ 在满足性能指标和上述各项要求的前提下，应优先选用现有或 容易买到的元器件，以节省时间和精力。 2.电子系统设计的一般原则 （1）兼顾技术的先进性和成熟性 系统设计应适应技术发展的潮流，使系统能保持长时间的 先进性和实用性。同时要兼顾技术上的成熟性，以缩短开发时间 和上市时间。
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5.编写设计文档与总结报告 （1）设计文档的编写 ➢ 系统的设计要求与技术指标的确定 ➢ 方案选择与可行性论证 ➢ 单元电路设计、参数选择和元器件选择 ➢ 参考资料和文献
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（2）总结报告的撰写
➢ 设计工作的进程记录 ➢ 原始设计修改部分的说明 ➢ 实际电路原理图、程序清单等 ➢ 功能与指标测试结果（注明所使用的仪器型号与规格） ➢ 系统的操作使用说明 ➢ 存在的问题及改进措施等
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对主系统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 性以及提高效率。 （5）易维护性 元器件和部件应尽可能采用通用、成熟产品，使系统易于维护 。
三、电子系统设计步骤
1.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，完成系统功能示意框图。简言之，就是必须明确做什 么，做到什么程度。
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•组合法（TD&BU Combined）：结合了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统进行模块化设计测试 ，现代的系统设计通常采用以自顶向下法为主，结合自底向上法 的方法。 •（1）总体方案的设计与选择：根据设计任务、指标要求，分析 系统应完成的功能，并将系统按功能分解成若干子系统，分清主 次和相互关系，并形成由若干单元功能模块组成的总体方案。 •注意： ➢ 对不同的方案，应深入分析比较。对关键部分，还要提出各种 具体电路，根据设计要求进行分析比较，从而找出最优方案。 ➢ 需考虑方案的可行性、性能、可靠性、功耗等实际问题。
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•3.数字系统设计举例 • 设计要求：完成一个十字路口交通灯控制系统的设计。 •（1）明确设计要求 • 进一步明确十字路口车辆行驶的规则如何？道路多宽？允 许几车道行驶？控制灯有几种？通行和禁止的时间是多少？是 否需要显示时间？有否有行人穿行指示？有无连网要求？ • 明确以上问题，将设计要求具体化，也就明确了设计系统 的逻辑功能。
•E题 数据采集与传输系统 •E题 数字化语音存储与回放系统
•F题 调频收音机
•第四届全国大学生电子设计竞赛题目
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•二、电子系统设计方法和原则
•1.电子系统设计的一般方法 •自顶向下法（Top to Down）：适用于大型、复杂的系统设计。 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，将系统化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，最后才是元件级设计。 •自底向上法（Bottom to Up）：多用于系统的组装和测试。根据 要实现系统的各个功能要求，从现有的元器件或模块中选出合适 的元件，设计各部件，一级一级向上设计，最后完成整个系统。
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Ti Code Composer Studio
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•电子系统指标：系统功能、规模以及应用场合不同，对系 统的要求不同，因此衡量系统的指标不同。 • 常用指标：功能、工作范围、工作环境、供电方式、 功耗、体积、重量、容量、精度、灵敏度、稳定度、可靠性 、响应速度等。 •最近几年全国电子设计竞赛的电子系统设计题目如下：
现代电子系统设计及案 例
2020年6月2日星期二
•课程教学目标
• 1.完成一个电子系统的设计 • 2.了解电子系统设计的基本理论 • 3.了解电子系统设计的基本流程 • 4.掌握电子系统设计常用开发工具 • 5.掌握电子系统工程设计的基本方法
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•课程教学特色
• 1.将信息类各专业分散的“电子技术课程设计”、“计算机 仿真”、“现代数字系统设计”、“嵌入式系统设计”等课程有 机结合，既减少了内容的重叠、交叉，又提高了设计和实践课程 的有效性。 • 2.充分利用现代化教学手段，让学生完成从理论设计、仿真 、加工、焊接、调试的全过程，建立电子产品及系统开发的完整 知识体系。 • 3.在教学体系中融入创新能力的培养，激发学生参与的积极 性，增强创新能力。
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•（4）元器件的参数计算：元器件的参数计算有的需要根据电路 理论公式进行，有的按照工程估算法进行，有的可用典型电路参 数或经验数据。选用的元器件参数值最终都必须采用标称值。 •注意： ➢ 各元器件的工作电流、工作电压、频率和功耗应在允许的范围 内，并留有适当的余量，并保证电路在规定的条件下正常工作， 达到所要求的性能指标。 ➢ 对于环境温度、其它干扰等工作条件，计算参数时应按最坏的 情况考虑。
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•消费类产品
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主板
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显卡和网卡
•七彩虹显卡
•TP-Link网卡
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•通信电子产 品
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车载GPS和悍马
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汽车电子燃油喷射控制器
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数控钻床和汽车生产线
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舰船和战斗机
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数字产品
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手机电路
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超级芯片数码彩电主板
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•嵌入式计算机
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•电子系统设计与仿真工具： •1.系统级设计与算法设计工具 • System View; MATLAB •2.电路级仿真工具 • Pspice; Multisim •3.PCB设计工具 • Power PCB; Protel
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ＭATLAB仿真软件---丰富的表现 力
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ＭATLAB仿真软件---强大的运算能 力
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•MULTISIM仿真软件
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•MULTISIM仿真软件---直观的线路仿 真
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•Protel 仿真软件--原理图设计
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•Protel 仿真软件--多层电路板设计
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Ｘilinx仿真软件--ISE
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Ｘilin设计软件--ISE仿真器
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•电子系统分类：根据电子系统实现的功能，有以下几类。 •（1）测控系统：相机快门系统、锅炉控制系统、飞行轨道控 制系统等。 •（2）测量系统：电量测量、非电量测量系统等。 •（3）数据处理系统：语音处理、图像处理、雷达信息处理等 。 •（4）通信系统：数字通信、微波通信、卫星通信、短波通信 等。 •（5）计算机系统：单机系统、计算机网络系统等。
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和特性上实现设计方案，而且要满足功耗、电压、温度、价格 等多方面的要求。 ➢ 阻容元件的选择：根据电路的要求选择性能和参数合适的阻容 元件，并要注意功耗、容量、频率、耐压范围是否满足要求。 ➢ 分立元器件的选择：包括二极管、三极管、场效应管、晶闸管 等，选择器件的种类不同，注意事项也不同。例如三极管，在选 用时应考虑是NPN管还是PNP管，是大功率管还是小功率管，是高 频管还是低频管，并注意管子的电流放大倍数、击穿电压、特征 频率、静态功耗等是否满足电路设计的要求。
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•课程教学内容
•一、电子系统概述 •二、电子系统设计方法和原则 •三、电子系统设计步骤 •四、数字系统设计 •五、模拟系统设计 •六、微机系统设计 •七、片上系统设计
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•一、电子系统概述
•电子系统：完成一个特定功能的、完整的电子装置称为电子系统 。如出租车计价器、温度控制系统、航天飞机测控系统等。 •电子系统组成：一般包含模拟系统、数字系统、微处理机系统、 片上系统。 •电子系统分类：可分为非智能型和智能型系统。前者功能简单且 单一。后者具有记忆、接收信息能力，并根据信息进行分析、判 断、决策和控制操作的能力。一般人们将以CPU为核心、软硬结合 的电子系统称为智能型系统。
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•（2）单元电路的设计与选择：在明确每个单元电路的技术指标 后，要分析清楚单元电路的工作原理，设计出各单元的电路结构 形式。尽量采用学过的或熟悉的单元电路，也要善于通过查阅资 料、分析研究一些新型电路，开发利用新型器件。 •注意：要尽量减少或不用电平转换之类的接口电路，以简化电路 结构，降低成本。 •（3）元器件的选择：一般优先选用集成电路。 ➢ 集成电路的选择：“先粗后细”的选用方法，即先根据主体方 案考虑应选用什么功能的集成电路，再进一步考虑其具体性能， 然后再根据价格等因素选用型号。选择的集成电路不仅要在功能
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（2）安全性、可靠性和容错性 采用成熟的技术、元器件和部件，可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容错性，例如，不 会因人员操作失误而使整个系统无法工作；或因某个模块出现故 障而使整个系统瘫痪。 （3）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 。 （4）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
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3.单元电路设计、参数选择和元器件选择 对各单元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。根据某种原则或已确定好的单元 电路部分元件的参数，可以计算其余器件参数和电路参数。 4.组装与调试 设计结果的正确性需要验证，需要用仪器进行测试。这样 可以发现问题并及时修改，直到所要求的功能和性能指标完全符 合要求。