电子系统设计复习课

一、填空题（第一章）1）由于增益与带宽的乘积基本上是恒定的，因此，降低增益可以增加带宽。

通过负反馈，可以扩展放大器的带宽。

2）用放大器处理大振幅的高频输出，除了放大器的带宽，还应考虑运放的转换速率。

当处理信号的频率发生变化时，转换速率维持不变，当放大器输出大振幅的高频信号时，转换速率对实际带宽起到主要的约束。

3）假设运算放大器的转换速率为SR，欲输出信号的振幅为Vo （max），那么大振幅的频率带宽可用下式换算：f p（max）=SR/ （2nV （max））OPA552的单位增益带宽GBW为12MHz，SR为24V/ S用其构成放大倍数为5的反相放大器，其小信号带宽为12MHz/5=2.4MHz，当输出信号的峰-峰值为10V时，其=SR (2T V()) =764 (kHz)（imax）o (max)4）集成运放按工艺可分为双极型（Bipolar）、结型场效应管（JFET）和互补金属氧化物（CMOS）三种类型。

双极型运放具有低失调电压、低温度漂移、高开环增益及高共模抑制比的特点，广泛应用于各种电源阻抗较低、且要求放大倍数较大的应用场合。

结型场效应管运放具有非常低的输入偏置电流，适用于信号源阻抗非常高的场合。

需要注意的是JFET型运放的偏置电流岁温度升高会发生显著变化，当温度变化范围较宽时，该特性会影响系统精度。

CMOS型运放具有低电压、低功耗、轨对轨（Rail to Rail，是指输出达到或接近电源电压）、低成本和体积小等特性。

5）运算放大器是由多级基本放大电路直接耦合而组成的高增益放大器。

通常由输入级、中间放大级、低阻输出级和偏置电路组成。

6）当运算放大电路与外部电路连接组成各种功能电路时，从系统角度看，无需关心其复杂的内部电路，而是着重研究其外特性。

运算放大器LM741的主要参数为：n =2M」A vo =200V/ mV,r ^75' 17）反相放大器的基本电路结构如图1.2-1所示。

其闭环电压放大倍数:A vf 二 V 。

/ V i 二- R 2 / R 1 R 1Q V o图1.2-1反相放大器原理图用反相放大器可以很方便地实现各种增益的放大电路。

要想改变放大电路 的电压增益，无需改变运放本身，只需调整电路中的电阻 R 1、R 2的比值 即可。

如将一个幅值较小的电信号（假设 V i =0.1V ）放大为幅值较大的信 号（假设V o =3V ），这就要求反相放大器具有30倍的电压增益，上述放大 器中R 1取1K ，R 2取30K 就可实现。

8）当放大交流信号时，反相放大器的输入端和输出端应接入隔直电容，典型的交流放大器如图1.2-2所示。

电容器C1和C2起隔离交流信号源直 流成分的作用，能将输出交流信号的失真减至最小。

此放大器电路可以代 替晶体管进行交流放大，如用于扩音器前置放大等。

V o1图1.2-2反相交流放大器原理图（第二章） 5）有源滤波器由R 、C 和运算放大器构成，在减小体积和减轻重量方面得到显 著改善，尤其是运放具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点可使有源滤波器提供一 定的信号增益。

滤波器的品质因素 Q 也称为滤波器的截止特性系数，其值决定了滤波器在附近 的频率特(1.2-1)V i,R 2C 2V i R 1性。

按照附近频率特性特点，可将滤波器分为巴特沃斯（Butterworth ）型、切比雪夫（ChebysheW型、贝塞尔（Bessel）型三种类型。

巴特沃斯滤波器的输出信号幅度随频率增高单调下降，具有最平坦的通带幅频特性，但相移与频率的关系不是很线性，阶跃响应有过冲。

贝塞尔滤波器在通带内具有与巴特沃斯滤波器一样的最大平坦特性，相移和频率之间有良好的线性关系，阶跃响应过冲小，但幅频曲线的下降较缓慢。

切比雪夫滤波器通带内增益有起伏（纹波），与巴特沃斯滤波器和贝塞尔滤波器相比过渡带曲线下降较快。

6）从电路结构看，有二阶无限增益多重反馈滤波器（Multi-Feedback，MFB）和二阶电压控制电压源滤波器（Sallen-Key）两种类型。

MFB 滤波器是反相滤波器，含有一个以上的反馈路径，集成运放作为高增益有源滤波器使用，其优点是Q 值和截止频率对元件改变的敏感度较低，缺点是滤波器增益精度不高。

Sally-Key 滤波器是同相滤波器，将集成运放当做有限增益有源器件使用，优点是具有高输入阻抗，增益设置与滤波器电阻电容元件无关，所有增益精度极高。

二阶无限增益多重反馈滤波器基本电路的优点是电路有倒相作用，使用元件少，但增益调节对其性能参数会有影响。

二阶电压控制电压源滤波器电路的优点是电路性能稳定，增益容易调节。

7）开关电容滤波器是由MOS 开关、MOS 电容和MOS 运算放大器构成的一种大规模集成电路滤波器。

开关电容网络通过MOSFET 开关周期性地作用于MOS 电容来模拟电阻，使得开关电容滤波器的时间常数取决于电容的比值而不是RC 乘积。

因此，开关电容滤波器可以提供稳定的截止频率或中心频率。

开关电容电路是根据电荷储存和转移原理而构成的电路。

开关电容滤波器使用时基本上不需要外接元件，频率响应函数是固定的，只需要确定其截止频率。

由于滤波器截止频率与时钟频率有一定的比例关系，因此，滤波器的设计任务仅仅是对时钟频率的选择。

7. 有源滤波器由R、C和运算放大器构成，在减小体积和减轻重量方面得到显著改善，尤其是运放具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点可使有源滤波器提供一定的信号增益。

8. 有源滤波器随频率变化的特性行为称为频率响应。

并以传递函数Hj.）表示。

9. 有源滤波器按幅频特性可分为低通、高通、带通和带阻4种类型。

（第三章）（第六章）7）C8051F360单片机复位后，内部高频振荡器被默认为系统时钟。

内部高频振荡器出厂时的校准频率为24.5MHz，其输出频率可以通过OSCICL寄存器进行微调。

（第4 章）从目前的技术发展和应用状况来看，可编程逻辑器件有两种：复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device, CPLD）现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array, FPGA基于乘积项技术、E2PROM工艺的可编程逻辑器件称为CPLD ；基于查找表技术，SRAM工艺，要外挂配置用的FlashROM的可编程器件称为FPGACPLD是由简单可编程逻辑器件发展起来的，其主体结构仍是与或阵列。

CPLD由逻辑阵列块LAB、可编程内连阵列PIA和I/O控制块等几部分构成。

宏单元是CPLD的最小逻辑单元，能单独组成组合逻辑和时序逻辑。

宏单元由逻辑阵列、乘积项选择矩阵和一个可编程触发器组成。

每个宏单元的与门阵列可产生5个乘积项，乘积项选择矩阵将与门阵列产生的乘积项分配到或门和异或门实现组合逻辑函数，另外乘积项选择矩阵也可将乘积项送到宏单元内的触发器，为触发器提供时钟、清零、置数、使能等信号。

（第5 章）数字系统是指对数字信息进行存储、传输、处理的电子系统。

它的输入、输出都是数字量。

数字系统一般可划分为控制单元和数据处理单元。

数据处理单元完成数据处理，产生系统的输出信号，并产生数据运算状态信息。

数据处理单元主要由寄存器、运算器、数据选择器等部件组成。

控制单元根据外部控制信号，并从数据单元得到状态信号，产生控制信号序列，以决定何时进行何种数据运算。

控制单元属于时序逻辑电路，一般由同步状态机实现。

现代数字系统设计方法：自顶而下（from top to down）从上而下的划分过程中，最重要的是将系统或子系统划分成控制单元和数据处理单元。

（第11 章）CAN 总线标准包括物理层、数据链路层，其中链路层定义了不同的信息类型、总线访问的仲裁规则及故障检测与故障处理的方式。

当CAN 总线上的一个节点（站）发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点。

每组报文开头的11 位字符为标识符（CAN2.0A），定义了报文的优先级，这种报文格式称为面向内容的编址方案。

当一个节点要向其它节点发送数据时，该节点的CPU 将要发送的数据和自己的标识符传送给本节点的CAN 芯片，并处于准备状态；当它收到总线分配时，转为发送报文状态。

CAN 芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，这时，网上的其它节点处于接收状态。

每个处于接收状态的节点对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。

CAN 总线是一种串行数据通信协议，其通信接口中集成了CAN 协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。

CAN 总线特点如下：（1）多主机方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。

（2）网络上的节点（信息）可分成不同的优先级，可以满足不同的实时要求。

（3）采用非破坏性位仲裁总线结构机制，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据。

（4）可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播几种传送方式接收数据。

（5）直接通信距离最远可达6km （速率10Kbps以下）。

（6）通信速率最高可达1MB/s （此时距离最长30m）。

（7）节点数实际可达110个。

（8）采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8 个。

（9）每帧信息都有CRC 校验及其它检错措施，数据出错率极低。

（10）通信介质可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维，一般采用廉价的双绞线即可，无特殊要求。

（11）节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上的其他操作不受影响。

CAN 的报文及结构标准帧11 位标识符扩展帧29 位标识符帧类型：数据帧、远程帧、错误帧和过载帧数据帧：数据帧携带数据从发送器至接收器。

总线上传输的大多是这个帧。

远程帧：由总线单元发出，请求发送具有同一识别符的数据帧。

数据帧（或远程帧）通过帧间空间与其他各帧分开。

错误帧：任何单元一但检测到总线错误就发出错误帧。

过载帧：过载帧用以在先行的和后续的数据帧（或远程帧）之间提供一附加的延时。

数据帧中的仲裁场、控制场、数据场由单片机给出，除此之外都是CAN 控制器发送数据时自动加上去的。

由仲裁场、控制场、数据场构成的数据帧通常称为报文。

数据帧数据帧和远程帧可以使用标准帧及扩展帧 2种格式。

它们用一个帧间空间与前面 的帧分隔。

数据帧由7个不同的位场组成：帧开始(stsrt of frame )、仲裁场(arbitration frame )、 控制场(control frame )、数据场(data frame)、CRC 场(CRC frame )、应答场(ACK frame )和帧结尾(end of frame )。