现代电子系统设计及案例(zlp2012)

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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:
第七届全国大学生电子设计竞赛题目
正弦信号发生器(A题) 电压控制LC振荡器(A题)
集成运放参数测试仪(B题) 宽带放大器(B题) 简易频谱分析仪(C题) 单工无线呼叫系统(D题) 悬挂运动控制系统(E题) 数控直流电流源(F题) 三相正弦波变频电源(G题) 低频数字式相位测量仪(C题) 简易逻辑分析仪(D题) 简易智能电动车(E题) 液体点滴速度监控装置(F题)
六、微机系统设计
七、片上系统设计
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。
上市时间。
(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,并且符合国 际标准及相关协议。除此之外,还应包括:子系统之间、子系统
(6)家电系统:多媒体彩电系统、音频系统、报警系统。
消费类产品
主板
显卡和网卡
七彩虹显卡
TP-Link网卡
通信电子产品
车载GPS和悍马
汽车电子燃油喷射控制器
数控钻床和汽车生产线
舰船和战斗机
数字产品
手机电路
超级芯片数码彩电主板
嵌入式计算机
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
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。
要求。
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
(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
QuartusⅡ仿真软件--原理图设计入口
QuartusⅡ仿真软件--仿真
Mentor FPGA Advantage
ARM CodeWarrior集成开发环境
ARM AXD调试器
Ti Code Composer Studio
Ti Code Composer Studio
电子系统指标:系统功能、规模以及应用场合不同,对系统
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
情况考虑。
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
(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
四、数字系统设计
数字系统是一个完成一系列复杂操作的逻辑单元。它可以是 一台数字计算机、一个自动控制系统、一个数据采集系统或者是
日常生活中用的电子秤,也可以是大系统中的子系统。
1.数字系统组成
数据输入 数据子系统 数据输出
控制与条件信号 控制子系统
时钟
外部控制信号
数据子系统主要完成数据的采集、存储、运算和传输,主要 由存储器、运算器、数据选择器等部件组成。 控制子系统是执
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
MATLAB仿真软件---丰富的表现力
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。
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
现代电子系统设计及应用案例
主讲:徐荃
2010年3月
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
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
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。
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。
第六届全国大学生电子设计竞赛题目
第五届全国大学生电子设计竞赛题目
A题 波形发生器
B题 简易数字存储示波器
A题 测量放大器
B题 数字式工频有效值多用表 C题 频率特性测试仪
C题 自动往返电动小汽车
D题 高效率音频功率放大器 D题 短波调频接收机 E题 数据采集与传输系统 F题 调频收音机 E题 数字化语音存储与回放系统
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。
频率、静态功耗等是否满足电路设计的要求。
(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
MATLAB仿真软件---强大的运算能力
MULTISIM仿真软件
MULTISIM仿真软件---直观的线路仿真
Protel 仿真软件--原理图设计
Protel 仿真软件--多层电路板设计
Xilinx仿真软件--ISE
Xilin设计软件--ISE仿真器
QuartusⅡ仿真软件--VHDL设计入口
第四届全国大Leabharlann Baidu生电子设计竞赛题目
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。
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
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。
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
必要时进行时序设计。
设计方法:在整个设计过程中应尽可能多地利用EDA软件,及
时地进行逻辑仿真、优化,以保证设计工作优质快速地完成。
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。
① 双向六车道,只有汽车没有自行车行驶。车辆直行时不允 许车辆左拐,允许右拐。另设左拐时间。 ② 车辆控制灯有直行(↑)、左拐(←)和右拐(→)三个
绿灯、黄灯以及红灯。
③ 车辆通行时间为40秒,由各方向设置的倒计时显示器显示, 向司机提示剩余时间。黄灯持续时间2秒。
行算法的核心,具有记忆功能,是时序系统。
2.数字系统设计步骤 明确设计要求:将设计要求分解成条目,每一条都应是无二义 的。明确设计系统的逻辑功能及性能指标,画出简单框图。
确定系统方案:用方框图、流程图或描述语言描述系统方案,
画出系统方框图、流程图或算法,如需要画出时序图。 数据子系统设计:根据系统方案,选择合适的器件构成数据子 系统原理图。根据设计要求对原理图进行时序设计。 控制子系统设计:按照规则及要求选择电路构成控制子系统,
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