电子电路设计基础优秀课件.ppt

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1、电子电路设计基础1第1页，本讲稿共31页1.1.2 数字电子系统数字电子系统 由由若若干干数数字字电电路路和和逻逻辑辑部部件件组组成成，处处理理及及传传送送数数字字信信号号的的设设备备称称为为数数字字系系统统。数数字字信信号号的的特特点点是是不不随随时时间间作作连连续续变变化化。一一个个复复杂杂的的数数字字电电子子系系统统可可分分解解为为控控制制器器加加若若干干个个子子系系统统。这这些些子子系系统统完完成成的的逻逻辑辑功功能能比比较较单单一一，一一般般由由中中、大大规规模模集集成成电电路路实实现现，如如存存储储器器、译译码码器器、数数据据选选择择器器、加加法法器器、比比较较器器、计计数数器器等

2、等。数数字字电电子子系系统统中中必必须须要要有有控控制制器器，控控制制器器的的主主要要功功能能是是来来管管理理各各个个子子系系统统之之间间的的互互相相操操作作，使使它它们们有有条条不不紊紊地地按按规规定定的的顺顺序序操操作作。数数字字电电子子系系统统的的简单框图由图简单框图由图1.1.2表示。表示。2第2页，本讲稿共31页控制器子系统1子系统N外 部 输 入操 作 输 出1.1.3 模拟模拟数字电子混合系统数字电子混合系统 简单地说，包含有模拟电子电路和数字电子电路组成的简单地说，包含有模拟电子电路和数字电子电路组成的电子系统称之为混合电子系统。在过程控制和各种仪器仪表电子系统称之为混合电子系

3、统。在过程控制和各种仪器仪表中，完成对如温度、压力、流量、速度等物理量的控制、测中，完成对如温度、压力、流量、速度等物理量的控制、测量、显示等功能，需要模拟量、显示等功能，需要模拟数字混合电子系统来实现。数字混合电子系统来实现。3第3页，本讲稿共31页 测测温温电电路路是是把把温温度度的的变变化化转转化化为为微微弱弱的的电电压压信信号号。该该电电压压信信号号经经放放大大、滤滤波波，送送入入模模数数转转换换电电路路，经经A/D转转换换器器把把电电压压信信号号转转换换为为与与温温度度变变化化相相应应的的数数字字编编码码信信号号。然然后后，微微处处理理机机系系统统根根据据水水温温控控制制模模型型进进

4、行行计计算算，得得到到相相应应的的控控制制输输出出数数字字信信号号。该该数数字字信信号号可可控控制制电电力力电电子子电电路路的的电流大小，从而调整水温高低。电流大小，从而调整水温高低。4第4页，本讲稿共31页1.2 模拟电子系统设计的一般方法模拟电子系统设计的一般方法1总体方案确定总体方案确定 在在全全面面分分析析电电子子系系统统任任务务书书所所下下达达的的系系统统功功能能、技技术术指指标标后后，根根据据已已掌掌握握的的知知识识和和资资料料，将将总总体体系系统统功功能能合合理理的的分分解解成成若若干干个个子子系系统统（电电路路单单元元），并并画画出出各各个个电电路路单单元元框框图图相相互互连连

5、接接而而形形成成的的系系统统原原理理框框图图。电电子子系系统统总总体体方方案案的的选选择择，直直接接决决定定电电子子系系统统设设计计的的质质量量。在在进进行行总总体体方方案案设设计计时时，要要多多思思考考、多多分分析析、多多比比较较。要要从从性性能能稳稳定定、工工作作可可靠靠、电电路路简简单单、成成本本低低、功功耗耗小小、调调试试维维修修方方便便等方面，选择出最佳方案。等方面，选择出最佳方案。2单元电路设计单元电路设计5第5页，本讲稿共31页 在在进进行行单单元元电电路路设设计计时时，必必须须明明确确对对各各单单元元电电路路的的具具体体要要求求，详详细细拟拟定定出出单单元元电电路路的的性性能能

6、指指标标，认认真真考考虑虑各各单单元元之之间间的的相相互互联联系系，注注意意前前后后级级单单元元之之间间信信号号的的传传递递方方式式和和匹匹配配，尽尽量量少少用用或或不不用用电电平平转转换换之之类类的的接接口口电电路路，并并考考虑虑到到各各单单元元电电路路的的供供电电电电源源尽尽可可能能统统一一，以以便便使使整整个个电电子子系系统统简简单单可可靠靠。另另外外，尽尽量量选选择择现现有有的的、成成熟熟的的电电路路来来实实现现单单元元电电路路的的功功能能。有有时时找找不不到到完完全全满满足足要要求求的的现现成成电电路路，可可在在与与设设计计要要求求比比较较接接近近的的某某电电路路基基础础上上适适当当

7、改改进进，或或自自己己进进行行创创造造性性设设计计。为为了使电子系统的体积小，可靠性高，电路单元尽可能用集成电路组成。了使电子系统的体积小，可靠性高，电路单元尽可能用集成电路组成。3参数计算参数计算 在进行电子电路设计时，应根据电路的性能指标要求决定电路元器件的在进行电子电路设计时，应根据电路的性能指标要求决定电路元器件的参数。例如根据电压放大倍数的大小，可决定反馈电阻的取值；根据振荡器要参数。例如根据电压放大倍数的大小，可决定反馈电阻的取值；根据振荡器要求的振荡频率，利用公式，可计算出决定振荡频率的电阻和电容之值等等。但求的振荡频率，利用公式，可计算出决定振荡频率的电阻和电容之值等等。但一般

8、满足电路性能指标要求的理论参数值不是惟一的，设计者应根据元器件性一般满足电路性能指标要求的理论参数值不是惟一的，设计者应根据元器件性能、价格、体积、通用性和货源等方面灵活选择。计算电路参数时应注意以下能、价格、体积、通用性和货源等方面灵活选择。计算电路参数时应注意以下几点：几点：6第6页，本讲稿共31页（1）在在计计算算元元器器件件工工作作电电流流、电电压压和和功功率率等等参参数数时时，应应考考虑虑工工作作条条件件最最不不利利的的情情况况，并并留留有有适适当的余量。当的余量。（2）对于元器件的极限参数必须留有足够的裕量，一般取）对于元器件的极限参数必须留有足够的裕量，一般取1.52倍的额定值。

9、倍的额定值。（3）对对于于电电阻阻、电电容容参参数数的的取取值值，应应选选计计算算值值附附近近的的标标称称值值。电电阻阻值值一一般般在在1MWMW内内选择；非电解电容器一般在选择；非电解电容器一般在100pF0.47m mF选择；电解电容一般在选择；电解电容一般在1m mF2000m mF范围内选用。范围内选用。（4）在在保保证证电电路路达达到到功功能能指指标标要要求求的的前前提提下下，尽尽量量减减少少元元器器件件的的品品种种、价价格格、体体积积等。等。4元器件选择元器件选择 电电子子电电路路的的设设计计就就是是选选择择最最合合适适的的元元器器件件，并并把把它它们们有有机机地地组组合合起起来来

10、。在在确确定定电电子子元元件件时时，应应根根据据电电路路处处理理信信号号的的频频率率范范围围、环环境境温度、空间大小、成本高低等诸多因素全面考虑。具体表现为：温度、空间大小、成本高低等诸多因素全面考虑。具体表现为：（1）一般优先选择集成电路。由于集成电路体积小、功能强，可使电子电路可靠性）一般优先选择集成电路。由于集成电路体积小、功能强，可使电子电路可靠性增强，安装调试方便，可大大简化电子电路的设计。如随着模拟集成技术的不断发展，增强，安装调试方便，可大大简化电子电路的设计。如随着模拟集成技术的不断发展，适用于各种场合下的集成运算放大器层出不穷，只要外加极少量的元器件，利用运算适用于各种场合下

11、的集成运算放大器层出不穷，只要外加极少量的元器件，利用运算放大器就可构成性能良好的放大器。同样，目前我们在进行直流稳压电源设计时，已放大器就可构成性能良好的放大器。同样，目前我们在进行直流稳压电源设计时，已很少采用分立元器件进行设计了，取而代之的是性能更稳定、工作更可靠、成本更价很少采用分立元器件进行设计了，取而代之的是性能更稳定、工作更可靠、成本更价廉的集成稳压器。廉的集成稳压器。7第7页，本讲稿共31页（2）电电阻阻器器和和电电容容器器是是两两种种最最常常用用的的元元器器件件，它它们们的的种种类类很很多多，性性能能相相差差也也比比较较大大，应应用用的的场场合合也也不不同同。因因此此，对对于

12、于设设计计者者来来说说，应应该该熟熟悉悉各各种种电电阻阻器器和和电电容容器器的的主主要要性性能指标和特点，以便根据电路要求，对元件作出正确的选择。能指标和特点，以便根据电路要求，对元件作出正确的选择。（3）分分立立半半导导体体元元件件的的选选择择。首首先先要要熟熟悉悉它它们们的的功功能能，掌掌握握它它们们的的应应用用范范围围；根根据据电电路路的的功功能能要要求求和和元元器器件件在在电电路路中中的的工工作作条条件件，如如通通过过的的最最大大电电流流、最最大大反反向向工工作作电电压、最高工作频率、最大消耗的功率等，确定元器件型号。压、最高工作频率、最大消耗的功率等，确定元器件型号。5计算机模拟仿真

13、计算机模拟仿真 随随着着计计算算机机技技术术的的飞飞速速发发展展，电电子子系系统统的的设设计计方方法法发发生生了了很很大大变变化化。目目前前，EDA（电电子子设设计计自自动动化化）技技术术已已成成为为现现代代电电子子系系统统设设计计的的必必要要手手段段。在在计计算算机机工工作作平平台台上上，利利用用EDA软软件件，可可对对各各种种电电子子电电路路进进行行调调试试、测测量量、修修改改，大大大大提提高高了了电电子子设设计计的的效效率率和和精精确确度度，同同时时节节约约了了设设计计费费用用。目目前前常常用用的的电电子子电电路路辅辅助助分分析、设计的常用软件有析、设计的常用软件有PSPICE、PROT

14、EL、EWB（电子工作台）等。（电子工作台）等。6实验实验8第8页，本讲稿共31页 电子设计要考虑的因素和问题相当多，由于电路在计算机上进行模拟时采用元器电子设计要考虑的因素和问题相当多，由于电路在计算机上进行模拟时采用元器件的参数和模型与实际器件有差别，所以对经计算机仿真过的电路，还要进行实际实件的参数和模型与实际器件有差别，所以对经计算机仿真过的电路，还要进行实际实验。通过实验可以发现问题、解决问题。若性能指标达不到要求，应深入分析问题出验。通过实验可以发现问题、解决问题。若性能指标达不到要求，应深入分析问题出在哪些单元或元件上，再对它们重新设计和选择，直到完全满足性能指标为止。在哪些单元

15、或元件上，再对它们重新设计和选择，直到完全满足性能指标为止。7绘总体电路图绘总体电路图 总总体体电电路路图图是是在在总总框框图图、单单元元电电路路设设计计、参参数数计计算算和和元元器器件件选选择择的的基基础础上上绘绘制制的的，它它是是组组装装、调调试试、印印刷刷电电路路板板设设计计和和维维修修的的依依据据。目目前前绘绘电电路路图图一一般般是是在在计计算算机机上上利利用用绘绘图图软件完成。绘制电路图时主要注意以下几点：软件完成。绘制电路图时主要注意以下几点：（1）总总体体电电路路图图尽尽可可能能画画在在同同一一张张图图纸纸上上；同同时时注注意意信信号号的的流流向向，一一般般从从输输入入端端画画起

16、起，由由左左至至右右或或由由上上至至下下按按信信号号的的流流向向依依次次画画出出各各单单元元电电路路；对对于于电电路路图图比比较较复复杂杂的的，应应将将主主电电路路图图画画在在一一张张图图上上，而而将将其其余余的的单单元元电电路路画画在在一一张张或或数数张张图图纸纸上上，并并在在各各图图所所有有端端口口两两端端标标注注上上标标号号，依依次次说说明明各各图图纸纸之之间的连线关系。间的连线关系。9第9页，本讲稿共31页（2）注注意意总总体体电电路路图图的的紧紧凑凑和和协协调调，要要求求布布局局合合理理，排排列列均均匀匀。图图中中元元器器件件的的符符号号应应标标准准化化，元元件件符符号号旁旁边边应应

17、标标出出型型号号和和参参数数。集集成成电电路路通通常常用用方方框框表表示示，在在方方框框内内标标出出它它的的型型号号，在在方方框框的的边边线线两两侧侧标出每根连线的功能和管脚号。标出每根连线的功能和管脚号。（3）连连线线一一般般画画成成水水平平线线和和垂垂直直线线，并并尽尽可可能能减减少少交交叉叉和和拐拐弯弯。对对于于相相互互交交叉叉的的线线，应应在在交交叉叉处处用用圆圆点点标标出出。对对于于连连接接电电源源负负极极的的连连线线，一一般般用用接接地地符符号号表表示示；对对于于连连接接电电源源正正极极的的连连线线，仅需标出电源的电压值即可。仅需标出电源的电压值即可。10第10页，本讲稿共31页1

18、.3 数字电子系统设计的一般方法数字电子系统设计的一般方法 数字系统的规模差异很大，对于比较小的数字系统可采用数字系统的规模差异很大，对于比较小的数字系统可采用所谓经典法设计。即根据设计任务要求，用真值表、状态表所谓经典法设计。即根据设计任务要求，用真值表、状态表求出简化的逻辑表达式，画出逻辑图、逻辑电路图，最后用求出简化的逻辑表达式，画出逻辑图、逻辑电路图，最后用小规模电路实现。小规模电路实现。例如目前正迅速普及的例如目前正迅速普及的ISP（在系统编程）可编程逻辑器件（在系统编程）可编程逻辑器件的出现，给数字系统设计带来了革命性的变化。硬件设计变的出现，给数字系统设计带来了革命性的变化。硬件

19、设计变得像软件一样易于修改，且要改变一个设计方案，通过设计得像软件一样易于修改，且要改变一个设计方案，通过设计工具软件在计算机上数分钟内即可完成。这不仅扩展了器件工具软件在计算机上数分钟内即可完成。这不仅扩展了器件的用途，缩短了系统的设计周期，而且还根除了对器件单独的用途，缩短了系统的设计周期，而且还根除了对器件单独编程的环节，省去了器件编程设备。编程的环节，省去了器件编程设备。1充分分析系统功能要求充分分析系统功能要求11第11页，本讲稿共31页 数数字字电电路路系系统统一一般般包包括括输输入入电电路路、控控制制电电路路、输输出出电电路路、被被控控电电路路和和电电源源等等。数数字字系系统统设

20、设计计首首先先要要做做的的是是明明确确系系统统的的任任务务、所所要要达达到到的的技技术术性性能能、精精度度指指标标、输输入入输输出出设设备备、应应用用环环境境以以及及有有哪哪些些特特殊殊要要求求等等。设设计计者者有有时时接接到到的的课课题题比比较较笼笼统统，有有些些技技术术问问题题要要靠靠设设计计者者的的消消化化、分分析析与与理理解解，特特别别要要和和课课题题提提出出者者、系系统统使使用用者者反反复磋商，并在应用现场进行实地考察以后才能明确的确定下来。复磋商，并在应用现场进行实地考察以后才能明确的确定下来。2确定总体方案确定总体方案 明明确确了了系系统统性性能能以以后后，应应考考虑虑如如何何实

21、实现现这这些些技技术术功功能能，即即采采用用哪哪种种电电路路来来完完成成它它。对对于于比比较较简简单单的的系系统统，可可采采用用中中、小小规规模模集集成成电电路路实实现现；对对于于输输入入逻逻辑辑变变量量比比较较多多、逻逻辑辑表表达达式式比比较较复复杂杂的的系系统统，可可采采用用大大规规模模可可编编程程逻逻辑辑器器件件完完成成；对对于于需需要要完完成成复复杂杂的的算算术术运运算算、进进行行多多路路数数据据采采集集、处处理理、控控制制的的系系统统，可可采采用用单单片片机机系系统统实实现现。目目前前对对于于处处理理复复杂杂的的数数字字系系统统最最佳佳方方案案是是大大规规模模可编程逻辑器件加单片机，

22、这可大大简化设计成本，提高可靠性。可编程逻辑器件加单片机，这可大大简化设计成本，提高可靠性。12第12页，本讲稿共31页3逻辑功能划分逻辑功能划分 一一般般先先将将系系统统划划分分为为信信息息处处理理和和控控制制电电路路两两部部分分；然然后后根根据据信信息息处处理理电电路路的的功功能能要要求求将将其其分分成成若若干干个个功功能能模模块块。控控制制电电路路是是整整个个数数字字系系统统的的核核心心，它它根根据据外外部部输输入入信信号号及及受受其其控控制制的的信信息息处处理理电电路路来来的的状状态态信信号号，产产生生受受控控电电路路的的控控制制信信号号。常常用用的的控控制制电电路路有有如如下下三三种

23、种：移移位位型型控控制制器器、计计数数型型控控制制器器和和微微处处理理器器控控制制器器；一一般般根根据据完完成控制对象的复杂程度，可灵活选择控制器形式成控制对象的复杂程度，可灵活选择控制器形式。4单元电路设计单元电路设计 在在全全面面分分析析各各模模块块功功能能类类型型后后，应应选选择择出出合合适适的的器器件件并并设设计计出出电电路路。在在设设计计电电路路时时，应应充充分分考考虑虑能能否否用用ASIC器器件件实实现现某某些些逻逻辑辑单单元元电电路路，这这样样可可大大大大简简化化逻逻辑辑设设计计，提提高高系系统统的的可可靠靠性性和和减减小小PCB体积。体积。13第13页，本讲稿共31页5系统电路

24、综合系统电路综合 在在各各单单元元电电路路模模块块和和控控制制电电路路达达到到预预期期要要求求以以后后，可可把把各各个个部部分分电电路路连连接接起起来来，构构成成整整个个电电路路系系统统，并并对对该该系系统统进进行行功功能能测测试试。测测试试主主要要包包含含三三部部分分工工作作：系系统统故故障障诊诊断断与与排排除除、系系统统功功能能测测试试、系系统统性性能能指指标标测测试试。若若系系统统有有一一项项不不符符合合要要求求，则则必必须须修改电路设计修改电路设计。6撰写设计文件撰写设计文件 在整个系统实验完成后，应整理出如下的设计文件：完整的在整个系统实验完成后，应整理出如下的设计文件：完整的电路原

25、理图、详细的原程序清单、所用元器件清单、功能与性电路原理图、详细的原程序清单、所用元器件清单、功能与性能测试结果、使用说明书等。能测试结果、使用说明书等。14第14页，本讲稿共31页1.4 电子系统的安装和调试电子系统的安装和调试1电子系统的安装电子系统的安装 设设计计电电路路完完成成以以后后要要进进行行电电路路的的安安装装，一一般般采采用用印印刷刷电电路路板、通用电路板和面包板，在进行安装时注意以下方面：板、通用电路板和面包板，在进行安装时注意以下方面：（1）准准备备好好常常用用的的工工具具和和材材料料。要要将将各各种种各各样样的的电电子子元元器器件件及结构各异的零部件装配成及结构各异的零部

26、件装配成 （2）所所有有电电子子元元器器件件在在安安装装前前要要全全部部测测试试一一遍遍，有有条条件件的的还还要要进进行行老老化化，以以保保证证元元器器件件的的质质量量。符符合合要要求求的的电电子子产产品品，一一套套基基本本的的工工具具是是必必不不可可少少的的。如如烙烙铁铁、钳钳子子、改改锥锥、镊镊子子和和焊焊锡锡。正正确确使使用用得得心心应应手手的的工工具具，可可大大大大提提高高工工作作效效率率，保保证证装装配质量。配质量。15第15页，本讲稿共31页（3）有有极极性性的的电电子子元元器器件件安安装装时时其其标标志志最最好好方方向向一一致致，以以便便于于检检查查和和更更换换。集集成成电电路路

27、的的方方向向要要保持一致，以便正确布线和查线。保持一致，以便正确布线和查线。（4）在在面面包包板板上上组组装装电电路路时时，为为了了便便于于查查线线，可可根根据据连连线线的的不不同同作作用用选选择择不不同同颜颜色色的的导导线线。如如正正电电源源采采用用红红色色线线、负负电电源源采采用蓝色导线、地线采用黑色导线、信号线采用黄色导线等。用蓝色导线、地线采用黑色导线、信号线采用黄色导线等。（5）布布线线要要按按信信号号的的流流向向有有序序连连接接，连连线线要要做做到到横横平平竖竖直直，不不允允许许跨跨接接在在集集成成电电路路上上。另另外外，选选择择导导线线粗粗细细要要适适中中，避避免免导导线与面包板

28、插孔之间接触不良。线与面包板插孔之间接触不良。（6）印刷电路板的设计原则是性质相同的电路安排在一块板上。）印刷电路板的设计原则是性质相同的电路安排在一块板上。例如模拟电路或小信号电路安排在一块板上；大功率电路、高例如模拟电路或小信号电路安排在一块板上；大功率电路、高压电路、发射电路单独配置，甚至要安排必要的屏蔽盒、绝缘压电路、发射电路单独配置，甚至要安排必要的屏蔽盒、绝缘盒、散热装置等。盒、散热装置等。16第16页，本讲稿共31页2电子系统的调试电子系统的调试（1）调试电路的常用仪器）调试电路的常用仪器 万万用用表表。它它可可以以测测量量交交直直流流电电压压、交交直直流流电电流流、电电阻阻、电

29、电容容及及半半导导体体二二极极管管和和三三极管。具有精度高，使用方便，应用广泛等特点极管。具有精度高，使用方便，应用广泛等特点。示示波波器器。示示波波器器可可以以对对电电路路中中的的各各点点电电位位进进行行测测量量和和观观察察波波形形，同同时时可可比比较较任任意意两两点点波波形形的的相相位位关关系系。示示波波器器具具有有高高的的灵灵敏敏度度、高高的的交交流流阻阻抗抗、对对负负载载影影响响小小等等特特点点。在在使使用用示波器应注意的是所用示波器的频带一定要大于被测信号的频率。示波器应注意的是所用示波器的频带一定要大于被测信号的频率。信信号号发发生生器器。因因为为经经常常要要在在加加信信号号的的情

30、情况况下下进进行行测测试试，则则在在调调试试和和故故障障诊诊断断时时最最好好备备有有信信号号发发生生器器。如如FG163型型函函数数发发生生器器，它它可可产产生生正正弦弦波波、三三角角波波、方方波波等等波波形。形。17第17页，本讲稿共31页（2）调试电路前的检查。）调试电路前的检查。电路安装完毕后，不要急于通电，首先要根据电路原理图认真检查电路接线是否电路安装完毕后，不要急于通电，首先要根据电路原理图认真检查电路接线是否正确。主要直观检查电源、地线、信号线、元器件引脚之间有无短路，连线有无接触正确。主要直观检查电源、地线、信号线、元器件引脚之间有无短路，连线有无接触不良，元器件有无漏焊，二极

31、管、三极管和电解电容极性有无错误。查线时最好用指不良，元器件有无漏焊，二极管、三极管和电解电容极性有无错误。查线时最好用指针式万用表针式万用表“W W1”档，或用数字万用表的档，或用数字万用表的“W W”挡的蜂鸣器来测量。挡的蜂鸣器来测量。（3）调试步骤）调试步骤。对于电子系统的调试一般采用对于电子系统的调试一般采用化整为零化整为零，分块调试：，分块调试：通通电电观观察察。在在确确认认电电路路连连接接没没有有错错误误的的情情况况下下，接接通通电电源源。电电源源接接通通后后不不要要先先急急于于测测量量数数据据，而而应应首首先先观观察察有有无无异异常常现现象象，如如有有无无冒冒烟烟，是是否否闻闻到

32、到异异常常气气味味，手手摸摸元元器器件件是是否否发发烫烫，电电源源是是否有短路现象等。如有异常，应立即关断电源否有短路现象等。如有异常，应立即关断电源，待故障排除后方可重新通电。，待故障排除后方可重新通电。18第18页，本讲稿共31页 分分块块调调试试。把把电电路路按按功功能能分分成成不不同同的的模模块块，分分别别对对各各模模块块进进行行调调试试。通通常常调调试试顺顺序序是是按按照照信信号号的的流流向向进进行行，这这样样可可把把前前级级测测试试过过的的输输出出作作为为后后一一级级的的输输入入信信号号，为为最最后后联联调调创创造造条条件件。分分块块调调试试包包括括静静态态和和动动态态调调试试。静

33、静态态测测试试是是在在没没有有外外加加信信号号的的条条件件下下测测量量电电路路各各点点电电位位，通通过过静静态态测测试试可可以以及及时时发发现现已已经经损损坏坏的的元元器器件件或或其其他他故故障障。动动态态测测试试是是在在信信号号源源的的作作用用下下，借借助助示示波波器器观观察察各各点点波波形形，进进行行波波形形分分析析，测测量量动动态态指指标标。把把静静态态和和动动态态测测试试的的结结果果与与设设计计的的指指标标加加以以比比较较，经经深深入入分分析析后后对对电路与参数提出合理的修整。调试电路过程应对测试结果作详尽记录。电路与参数提出合理的修整。调试电路过程应对测试结果作详尽记录。整整机机联联

34、调调。各各单单元元电电路路调调试试好好以以后后，还还要要将将它它们们连连接接成成整整机机进进行行统统调调。整整机机统统调调主主要要观观察察和和测测量量动动态态特特性性，把把测测量量的的结结果果与与设设计计指指标标逐逐一一对对比比，找找出出问问题题及及解决办法，然后对电路及参数进行修正，直到整机的性能完全符合设计要求为止。解决办法，然后对电路及参数进行修正，直到整机的性能完全符合设计要求为止。19第19页，本讲稿共31页1.5 智能型（单片机）电子系统设计与调试方法智能型（单片机）电子系统设计与调试方法 所谓智能型电子系统是指具有一定智能行为的系统。一般所谓智能型电子系统是指具有一定智能行为的系

35、统。一般认为，一个智能型电子系统应具备数据采集、处理、判断、认为，一个智能型电子系统应具备数据采集、处理、判断、分析和控制输出的能力等。在工业控制中，以单片机为核心分析和控制输出的能力等。在工业控制中，以单片机为核心的智能控制系统，很容易将计算机技术与测量控制技术结合的智能控制系统，很容易将计算机技术与测量控制技术结合在一起，使问题得到和好的解决。在一起，使问题得到和好的解决。单片机应用系统的设计过程主要包括单片机应用系统的设计过程主要包括：总体方案论证、系统：总体方案论证、系统 总体设计、硬件及软件开发、联机调试、产品定型等步骤。总体设计、硬件及软件开发、联机调试、产品定型等步骤。20第20

36、页，本讲稿共31页1.1.总体方案论证总体方案论证通常要对系统作两个方面的认证。通常要对系统作两个方面的认证。(1)技术指标技术指标 根据产品研制的任务，在充分调研的基础上，对产品根据产品研制的任务，在充分调研的基础上，对产品的先进性、可靠性、可维护性、性能价格比等技术指标的先进性、可靠性、可维护性、性能价格比等技术指标进行综合考虑，制订出待开发产品的性能要求、工作环进行综合考虑，制订出待开发产品的性能要求、工作环境、外型尺寸、重量要求等。境、外型尺寸、重量要求等。21第21页，本讲稿共31页(2)系统组成系统组成 系统组成主要是根据目前市场上供货行情，选择单片机机型和系统组成主要是根据目前市

37、场上供货行情，选择单片机机型和电子元器件型号。一般要求是：电子元器件型号。一般要求是：机型的选择应适应系统的要求和功能的要求。机型的选择应适应系统的要求和功能的要求。对该机型要有性能良好的开发工具。对该机型要有性能良好的开发工具。应选择设计人员最熟悉的机型，以利于缩短研制周期。应选择设计人员最熟悉的机型，以利于缩短研制周期。选择的机型和电子元件要有充分的市场供货。选择的机型和电子元件要有充分的市场供货。2.系统总体设计系统总体设计 主要包括：系统功能的软、硬件划分；指标分配与框主要包括：系统功能的软、硬件划分；指标分配与框图构成。图构成。22第22页，本讲稿共31页（1）系统功能的软、硬件划分

38、）系统功能的软、硬件划分 一个单片机应用系统的硬件和软件之间有着密切的相互制约关系，有的可能会从一个单片机应用系统的硬件和软件之间有着密切的相互制约关系，有的可能会从硬件的角度对软件提出一些特殊要求；也有的会从软件的角度对硬件提出一些特殊硬件的角度对软件提出一些特殊要求；也有的会从软件的角度对硬件提出一些特殊要求；在某些情况下，硬件和软件又具有一定的互换性。要求；在某些情况下，硬件和软件又具有一定的互换性。一般要根据应用系统的速度要求来划分软、硬件功能。例如当用软件来完成某一控制功能时，一般要根据应用系统的速度要求来划分软、硬件功能。例如当用软件来完成某一控制功能时，必须使程序执行的时间小于控

39、制要求所允许的时间范围并保证留有余量，以面系统不可靠；必须使程序执行的时间小于控制要求所允许的时间范围并保证留有余量，以面系统不可靠；否则则必须设法将这部分的功能用硬件来实现。否则则必须设法将这部分的功能用硬件来实现。另外也要根据成本、可靠性和研制周期合理分配软、硬件。例如产品的批量大，另外也要根据成本、可靠性和研制周期合理分配软、硬件。例如产品的批量大，就应着重考虑降低硬件成本，采用以软代硬；反之，在小批量研制中，往往采用增加就应着重考虑降低硬件成本，采用以软代硬；反之，在小批量研制中，往往采用增加硬件以降低软件成本。硬件以降低软件成本。23第23页，本讲稿共31页 硬件线路越复杂，系统的可

40、靠性就越差。一般尽可能减少硬硬件线路越复杂，系统的可靠性就越差。一般尽可能减少硬件线路在应用系统中的比例，采用以软件代替硬件功能，是提高件线路在应用系统中的比例，采用以软件代替硬件功能，是提高可靠性的一个好方法。可靠性的一个好方法。另外，为了加快单片机应用系统的研制速度，应尽量考虑采用各种标准软、硬件或利用已有另外，为了加快单片机应用系统的研制速度，应尽量考虑采用各种标准软、硬件或利用已有的成熟的软硬件来完成应用系统的设计，这将起到事半功倍的效果。的成熟的软硬件来完成应用系统的设计，这将起到事半功倍的效果。(2)指标分配与框图构成指标分配与框图构成 在软、硬件功能划分之后，根据总体方案所提出的

41、任务、要求和条件，可以用具有一定在软、硬件功能划分之后，根据总体方案所提出的任务、要求和条件，可以用具有一定功能的若干单元方框图构成一个总方框图，并将系统的性能指标分配到各单元方框中去。功能的若干单元方框图构成一个总方框图，并将系统的性能指标分配到各单元方框中去。24第24页，本讲稿共31页3.硬件电路设计硬件电路设计 硬件电路设计一般包括两部分内容：一是系统组成，也称硬件电路设计一般包括两部分内容：一是系统组成，也称系统扩展。如当系统扩展。如当ROM、RAM、I/O口等不能满足应用系口等不能满足应用系统要求时，就需要设计相应的扩展电路。二是接口扩统要求时，就需要设计相应的扩展电路。二是接口扩

42、展，也称系统配置。如系统要求配置一定的外围设备，展，也称系统配置。如系统要求配置一定的外围设备，如键盘、显示器、如键盘、显示器、A/D和和D/A转换器等，要设计出合适的转换器等，要设计出合适的接口电路。硬件电路设计要遵循以下原则：接口电路。硬件电路设计要遵循以下原则：25第25页，本讲稿共31页(1)尽可能选择结构完整的单片机，以简化系统硬件，减少设计工作量。尽可能选择结构完整的单片机，以简化系统硬件，减少设计工作量。(2)尽可能选择典型的电路，并符合所选芯片的常规用法，为硬件系统标准化、模块尽可能选择典型的电路，并符合所选芯片的常规用法，为硬件系统标准化、模块化打下良好基础。化打下良好基础。

43、(3)系统的扩展与外围设备的配置水平应在充分满足应用系统功能要求的前提下系统的扩展与外围设备的配置水平应在充分满足应用系统功能要求的前提下适当留有余地，以便方案更改或进行二次开发。适当留有余地，以便方案更改或进行二次开发。(4)硬件结构应结合软件方案一并考虑，做到软、应、硬件功能相匹配。硬件结构应结合软件方案一并考虑，做到软、应、硬件功能相匹配。(5)整个系统中相关器件要尽可能做到性能匹配。整个系统中相关器件要尽可能做到性能匹配。(6)可靠性设计及抗干扰设计是硬件系统设计不可缺少的一部分，它包括芯片、可靠性设计及抗干扰设计是硬件系统设计不可缺少的一部分，它包括芯片、器件选择、去藕电路、印刷电路

44、板布线、通道屏蔽、隔离等措施。器件选择、去藕电路、印刷电路板布线、通道屏蔽、隔离等措施。26第26页，本讲稿共31页4.软件设计软件设计 对于单片机应用系统设计，在满足性能指标允许的前提下，有经验的设计者往往采用最简的硬对于单片机应用系统设计，在满足性能指标允许的前提下，有经验的设计者往往采用最简的硬件线路，加上巧妙的软件处理方法，来实现其系统要求的功能。件线路，加上巧妙的软件处理方法，来实现其系统要求的功能。设计一个好的应用软件，应考虑如下的一些设计原则。设计一个好的应用软件，应考虑如下的一些设计原则。(1)软件在结构上应清晰、简洁、流程合理。软件在结构上应清晰、简洁、流程合理。(2)各功能

45、子程序应实现模块化、子程序化，以便于调试、连接、移植和修改。各功能子程序应实现模块化、子程序化，以便于调试、连接、移植和修改。(3)程序存储区、数据存储区应合理规划，做到既节约内存容量，有方便操作。程序存储区、数据存储区应合理规划，做到既节约内存容量，有方便操作。(4)运行状态应实现标志化管理，对各功能程序的运行状态、运行结果以及运行运行状态应实现标志化管理，对各功能程序的运行状态、运行结果以及运行要求都要设置状态标志以便查询。要求都要设置状态标志以便查询。(5)对需要特殊抗干扰的系统应采用软件抗干扰措施，以提高系统的可靠性。对需要特殊抗干扰的系统应采用软件抗干扰措施，以提高系统的可靠性。27

46、第27页，本讲稿共31页5。系统的联机调试。系统的联机调试系统的调试包括系统的硬件调试和软件调试。系统的调试包括系统的硬件调试和软件调试。（1）硬件电路的调试）硬件电路的调试硬件电路调试可分三个步骤。硬件电路调试可分三个步骤。脱机检查脱机检查 检查电源系统的极性、短路等问题；检查硬件电路的地址检查电源系统的极性、短路等问题；检查硬件电路的地址总线、数据总线、控制总线是否有短路、开路、错位情况；总线、数据总线、控制总线是否有短路、开路、错位情况；在不插入集成电路芯片的情况下加电检查，确定一些点的工在不插入集成电路芯片的情况下加电检查，确定一些点的工作电位是否正常；断电后把集成电路芯片正确的插入各

47、插座，作电位是否正常；断电后把集成电路芯片正确的插入各插座，然后加电，检查各芯片是否有温升异常现象。然后加电，检查各芯片是否有温升异常现象。28第28页，本讲稿共31页 扩展程序存储器扩展程序存储器 用读出扩展程序存储器的内容是否正确来测试，如测试不正常，应考虑程序存用读出扩展程序存储器的内容是否正确来测试，如测试不正常，应考虑程序存储器芯片是否损坏，或数据线、地址线、片选线或储器芯片是否损坏，或数据线、地址线、片选线或 RD控制线是否有错位、开路、控制线是否有错位、开路、短路或连接不正确。短路或连接不正确。扩展数据存储器扩展数据存储器 将一批数据写入扩展数据存储器中，然后再读出其中内容。若写

48、入与读出内容不一将一批数据写入扩展数据存储器中，然后再读出其中内容。若写入与读出内容不一样，则有故障。样，则有故障。单元功能电路调试单元功能电路调试 进行单元功能调试时应逐级进行，与调试无关的电路或芯片暂不接入。此时需进行单元功能调试时应逐级进行，与调试无关的电路或芯片暂不接入。此时需借助单片机的仿真器进行调试工作，将仿真器与单片机应用系统通过仿真插头连借助单片机的仿真器进行调试工作，将仿真器与单片机应用系统通过仿真插头连接起来，既可进入调试状态。调试的主要内容有：接起来，既可进入调试状态。调试的主要内容有：29第29页，本讲稿共31页 整机联调整机联调 I/O接口和接口和I/O设备设备 对于

49、对于I/O接口，有只读的输入口和只写的输出口，也有可编接口，有只读的输入口和只写的输出口，也有可编程的程的I/O口。口。对于输入口，可用读命令检查读入结果是否和连接的设备状对于输入口，可用读命令检查读入结果是否和连接的设备状态相同；对于输出口，可用写数据到输出口，观察输出口与所态相同；对于输出口，可用写数据到输出口，观察输出口与所连设备的状态；对于可编程接口，先将控制字写入接口控制寄连设备的状态；对于可编程接口，先将控制字写入接口控制寄存器，再用读存器，再用读/写命令来检查对应状态。写命令来检查对应状态。30第30页，本讲稿共31页1.5 设计报告（论文）的编写设计报告（论文）的编写 设计报告

50、是设计工作的起点，又是设计全过程的总结；是设计报告是设计工作的起点，又是设计全过程的总结；是设计思想的归纳，又是设计成果的总汇。从设计报告中可以设计思想的归纳，又是设计成果的总汇。从设计报告中可以反映出设计人员的知识水平和层次。反映出设计人员的知识水平和层次。设计报告编写的一般步骤是：设计方案比较、论证及选择；设计报告编写的一般步骤是：设计方案比较、论证及选择；细化方框图；设计关键单元电路；画出受控模块框图；设计控细化方框图；设计关键单元电路；画出受控模块框图；设计控制电路；编写应用程序及管理程序；整机时序设计；关键部位制电路；编写应用程序及管理程序；整机时序设计；关键部位波形分析以及计算机辅