第1讲电子系统设计导论课件

部件设计规范与功能单元电路之间的组合
部件级的物理描述与设计
抽象的单元电路选用具体的单元电路
3.电子系统设计的步骤
调查研究 方案论证 单元设计 组装调测 总结报告
单元电路设计
尽量选用高性能、控制简单、集成度高的、 应用广泛的新产品（竞赛例外）
学会查手册和网上查询，懂得什么是关键指 标，如何选择代用品
例如，通讯系统、雷达系统、计算机系统、电子测 量系统、自动控制系统等等。这些应用系统在功能 与结构上具有高度的综合性、层次性和复杂性。这 类系统的设计与分析方法是本课程讨论的中心。
思考：电子系统、网络、电路之间的区别与 联系。
1. 电子系统概述
电子系统的构成
顶
系统 子系统 部件(功能模块) 单元电路 元、器件 版图
论 证 正确性
6
优良程度 4
理论计算 完成程度 8
正确性
6
电路图及PLD 完 整 性
4
设计文件 规范程度 2
测试方法 方法正确性 4
与数据 数据完整性 4
测试仪器（型号） 1
结果分析
4
设计报告
3
工整性
总分
50
4. 电子系统设计流程
电子系统的种类较多，从总体上可分为:
模拟系统 数字系统
以标准数字集成电路（如TTL、CMOS器件）为核 心的电子系统
方案论证
系统级的结构描述与设计
系统设计规范与功能
子系统之间的组合
系统的内部特性
基本原理
基本流程图
基本框图
子系统
各子系统之间的接口要求
基本控制流程
方案论证
用数字技术，
系统实现技术
模拟技术
还是模拟技术
优点：通常所使用的器件量较小
缺点：对器件的依赖性较大、调试较困难、与计算 机配合不如数字技术方便
电子系统设计
福州大学通信工程系 许志猛
讨论
合格的电子工程师需要掌握的知识和技能有 哪些？
第一部分：硬件知识 第二部分：软件知识
一、 汇编语言 二、 C语言
讨论
硬件知识
一、 数字信号 二、 模拟信号 三、 芯片及其封装 四、 分立器件 五、 单片机最小系统 六、 接口芯片(串行、USB等) 七、 电源设计 八、 维护与调试
用户需求变 为技术规范 与功能描述
实现给定规范与功能 的子系统、部件或元
件及其互联方式
用一定的材 料与工艺实 现结构
方案论证
系统级行为描述设计
用户需求
系统技术规范和功能描述
初步方案
系统的外部特性
面板图
主要功能
输入和输出
▪ 哪些端口
▪ 输入（输出）信号——特征、来源（去向）、对系 统的要求
以及以MPU、MCU、PLD、ASIC为核心的电子系 统
模数混合系统
以模拟器件为核心的电子系统设计流程
以标准数字集成电路为核心的电子系统
以MPU和MCU为核心的电子系统
确定任务、完成总体设计 硬件、软件设计与调试 系统总调、性能测试 编写设计文档 系统产品投入使用
以PLD为核心的电子系统设计流程
抓住主要矛盾，不纠缠在具体细节上，控制设 计的复杂性
要领：从概况到展开、从粗略到精细
系统的组装和调试过程中很有效 可利用前人的设计成果
缺点
部件设计在先，设计系统时将受这些部件的限制，影响：
➢ 系统性 ➢ 易读性 ➢ 可靠性 ➢ 可维护性
自顶向下和自底向上结合
以ASIC为核心的电子系统设计流程
数字ASIC的设计流程
系统描述 逻辑设计 电路设计 物理设计 芯片制造和测试封装
模拟ASIC的设计流程
结构设计 拓扑选择 物理版图设计
模拟ASIC的设计流程
以SOC为核心的电子系统设计流程
5. 电子系统设计常用工具
仪器
示波器 函数发生仪 数字万用表 直流稳压电源 特殊场合：逻辑分析仪、频谱分析仪 仿真器 编程器
导言
大学生电子设计竞赛
从前几届电子设计竞赛的试题来看，可以归纳 成5类：
电源类 信号源类 无线电类 仪器类 数据采集与控制类
➢从各个题目看，不是简单的电路设计，而是“系统设计”
导言
如何应对？
第一步: 入门——51核心和基本电路
第二步：登堂入室——掌握系统的电路知识
在 学
第三步：勤奋至卓越
数字技术
优点：对器件的依赖性较小、调试较容易、与计算 机配合方便、具有可编程功能
软件实现
单片机（计算机）、DSP（数字信号处理）、嵌入 式系统——软件离不开硬件支持
方案论证
数字技术与模拟技术
数字电路靠逻辑、模拟电路靠经验 模拟电路在某些场合无法替代：
高频、大功率、小信号
系统设计的主体为数字技术，质量靠模拟技术
调查研究 方案论证 单元设计 组装调测 总结报告
总结报告
重要性
技术总结 汇报交流 生产文件 评价依据
内容
设计思想 设计过程 设计结果 改进设想
要求
概念准确 数据完整 条理清晰 突出创新
设计工作及设计报告评分表
项 目 内 容 满 分 评分 备 注
方案设计与 方 案 比 较 4
会买东西—— 电子市场、大利嘉城、网络（淘宝）
3. 电子系统设计的步骤
调查研究 方案论证 单元设计 组装调测 总结报告
组装调测
自底向上法
合理布局 ——电磁兼容问题
方便调测 ——留有测试点
分段装调 ——自底向上法
逻辑模拟 测试设计
——测试系统，计量原理
3. 电子系统设计的步骤
讨论
九、 设计思路
1、 电源：电压和电流 2、 接口：串口、开关量输入、开关量输出 3、 开关量信号输出调理 4、 开关量信号输入调理 5、 CPU处理能力的考虑 6、 成为产品的考虑
导言
复杂系统结构的电子产品已经大众化
手机、电脑、数码相机等
➢社会生活中往往需要的是一个“系统”
5. 电子系统设计常用工具
DSP开发软件
CCS（TI）、VisualDSP（ADI） Matlab、Simulink、Systemview
SoC设计软件
Candence、Synopsys、Mentor、Synplicity等 公司的开发套件
思考与作业
在自己的PC上安装以下设计工具：
Protel 99SE Keil C51 Proteus
比较各种方法的 先进性、性价比和可行性 从器件、人才和时间综合考虑
了解设计关键
决定指标的关键、难点、工作量（重点）
产品效益与开发时间的关系
销售顶峰 销售顶峰
上市延迟
3. 电子系统设计的步骤
调查研究 方案论证 单元设计 组装调测 总结报告
方案论证
从顶层到底层 从概括到展开 从粗略到精细 逐层细化
系统 子系统
以功能模块为 基础的自上而 下的设计方法
子系统
功能 模块
功能 模块
功能 模块
功能 模块
单单单单单单单单 元元元元元元元元 电电电电电电电电 路路路路路路路路
元、器件
版图
2. 电子系统设计方法
电子系统设计的基本原则
满足系统功能和性能指标 电路简单 电磁兼容性好 可靠性高 系统集成度高 调试简单方便 生产工艺简单 操作简便 性能价格比高
期 间
第四步：沟通、协作
第五步：对某个行业深入理解
课程目的
理解系统的定义和复杂系统的特点； 在理解电子系统的一般化设计方法与步骤的
基础上，以系统高层设计理念为指导，深入 理解与掌握各种具体电子系统的设计方法与 步骤，并能与时俱进地将新器件和新工艺运 用到设计中去,学会根据任务选择合适的EDA 工具以及设计流程进行电子系统的设计; 能够完成一些中等难度与规模的电子系统的 系统级与子系统级的设计。
主要参考资料
教材
贾立新 等编，《电子系统设计与实践》， 清华大学出版社，2007年
参考教材
黄智伟 编，《全国大学生电子设计竞赛训练教程》，电子工业出版社， 2005年
毕满清 编，《电子技术实验与课程设计（第3版）》，机械工业出版社， 2005年
何小艇 编著，《电子系统设计》，浙江大学出版社。 周航慈：《单片机程序设计》 何立民：《单片机应用技术大全》系列 徐涵芳：《MCS-51单片机结构与设计》
方案论证
系统级的物理描述与设计
组成系统的各抽象的子系统 各 具 体 的 子 系 统 （ 或 Intellecture Property,
IP） 提出具体的要求并转入下一层设计
方案论证
子系统层方案论证 子系统级行为描述设计
对子系统的需求子系统技术规范和功能描述
子系统级的结构描述与设计
3. 电子系统设计的步骤
调查研究 方案论证 单元设计 组装调测 总结报告
调查研究
明确设计要求
做什么？——系统功能、输入和输出 做到何种程度？——性能、技术指标 注意分析每一个细节，尽量考虑得周到、完善
弄清设计方法
有那些可使用的设计方法： 相同产品、同类产品、同原理产品、其他可借鉴的方法
5. 电子系统设计常用工具
设计工具软件
模、数电路仿真 pSpice、EWB、Multisim
电路板设计工具 Protel、PowerPCB、ORCAD
单片机开发软件 Keil C51、伟福等仿真器配套软件、MCU厂商配套软件 （如MPLAB IDE、ADS）
CPLD、FPGA开发软件 QuartusII、MaxPlusII（ALTERA） ISE（XILINX）
底
2. 电子系统设计方法
自顶向下 自底向上 自顶向下与自底向上相结合(以
自顶向下方法为主导，并结合 使用自底向上的方法)