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王建校，张虹，金印彬 编

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• 电子系统设计
• 实践
• 电路设计
• 嵌入式系统
• 单片机
• 数字电路
• 模拟电路
• 电子工程
• DIY
• 项目制作

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040236347

版次：1

商品编码：11860976

包装：平装

丛书名： 电工电子实验系列教材

开本：16开

出版时间：2008-05-01

用纸：胶版纸

页数：346

字数：560000

正文语种：中文

内容简介

　　《电子系统设计与实践》是由“教育部高等学校电子信息与电气信息类基础课程教学指导分委员会”与高等教育出版社共同策划、组织的电工电子实验系列教材。
　　《电子系统设计与实践》为西安交通大学国家工科基础课程电工电子教学基地改革成果：全书共分为9章，分别是电子系统设计基础、传感器及其应用、电子系统没计中常用的数值处理方法、PID控制技术、电子系统的数据传输与通信、现场可编程应用技术、电子系统设计实例、电子系统调试技术和电子系统电路设计中硬件的选择。
　　《电子系统设计与实践》适合学习过电路、信号与系统、电子技术（含数字电路、模拟电路）、单片机（或者微机原理）等课程的读者。可作为电子系统设计与实践课程的教材，也可以作为电子竞赛参赛前的培训教材或参考书。对于希望提高电子系统设计能力的读者及电子业余爱好者，也是不可多得的参考资料。

内页插图

目录

1 电子系统设计基础
1．1 电子系统概论
1．1．1 电子系统
1．1．2 现代电子系统设计的新特点
1．2 电子系统设计教学环节
1．2．1 目的与要求
1．2．2 系统设计的教学过程
1．3 电子系统设计的一般方法与步骤
1．3．1 电子系统设计基本方法
1．3．2 电子系统设计一般步骤
1．4 电子系统的安装与调试
1．4．1 电子系统的安装
1．4．2 电子系统的调试
1．5 电子系统的故障分析与排除
1．5．1 常见故障的原因
1．5．2 常见故障的诊断方法
1．5．3 常见故障及其排除
1．6 电子系统的抗干扰技术
1．6．1 常见干扰源
1．6．2 常见的抗干扰措施
主要参考文献

2 传感器及其应用
2．1 传感器概论
2．1．1 传感器的分类
2．1．2 传感器的基本性能参数
2．1．3 传感器输出信号的特点
2．2 传感器电子电路
2．2．1 传感器电子电路的设计号求
2．2．2 典型传感器电子电路的组成
2．3 常用传感器及其应用实例
2．3．1 温度传感器
2．3．2 霍尔元件及霍尔传感器
2．3．3 光电传感器
2．3．4 压阻式压力传感器
2．3．5 超声波传感器
主要参考文献

3 电子系统设计中常用的数值处理方法
3．1 非线性补偿技术
3．1．1 非线性函数补偿法
3．1．2 线性插值法(多段折线逼近法)
3．1．3 曲线拟合的最小二乘法(二次抛物线插值法)
3．1．4 三次样条函数插值法
3．1．5 查表法
3．2 数值积分与数值微分
3．2．1 数值微分
3．2．2 数值积分
3．3 标度变换
3．3．1 标度变换原理
3．3．2 线性信号的标度变换
3．3．3 非线性信号的标度变换
3．4 数字滤波技术
3．4．1 滤波器的原理与分类
3．4．2 数字滤波器的设计方法
3．4．3 IIR与FIR滤波器的比较
3．4．4 常用的简单数字滤波器
主要参考文献

4 PID控制技术
4．1 引言
4．2 数字PID控制算法
4．2．1 位置式PID控制算法
4．2．2 增量式数字PID控制算法
4．3 数字PID控制算法的改进
4．3．1 积分分离PID控制算法
4．3．2 遇限削弱积分PID控制算法
4．3．3 不完全微分PID控制算法
4．3．4 微分先行PID控制算法
4．3．5 带死区的PID控制
4．4 PID控制器参数整定
4．4．1 模拟PID控制器参数整定
4．4．2 数字PID控制器的参数选择和采样周期选择
4．5 PID程序设计
4．5．1 位置式PID算法程序设计
4．5．2 增量式PID算法程序设计
主要参考文献

5 电子系统的数据传输与通信
5．1 RS-232C串行接口及应用
5．1．1 RS-232C总线接口标准及电气特性
5．1．2 RS-232C电子转换芯片介绍
5．1．3 RS-232C接口的主要缺点
5．1．4 RS-422A/485总线接口标准及其应用
5．1．5 PC机与单片机的串行通信
5．2 并行接口及数据传输
5．2．1 PC机并行打印机接口各信号作用
5．2．2 EPP模式的端口寄存器
5．2．3 PC机与单片机的并行数据传输
5．3 USB接口简介
5．3．1 USB接口的背景
5．3．2 适用对象和目标
5．3．3 设计原则
5．3．4 USB性能
5．3．5 USB2．0
5．3．6 USB总线接口控制器芯片CH375简介
5．3．7 USB总线接口控制器芯片CH375应用举例
主要参考文献

6 现场可编程应用技术
6．1 现场可编程门阵列FPGA
6．1．1 概述
6．1．2 FPGA器件的基本结构
6．1．3 FPGA器件的配置
6．1．4 FPGA器件设计流程
6．1．5 图形输入文件
6．2 现场模拟可编程技术
6．2．1 AN10E40芯片介绍
6．2．2 AN10E40工作模式0使用方法举例
6．2．3 借助I2C EEPROM的工作模式0使用方法举例
6．2．4 AN10E40工作模式1使用方法举例
主要参考文献

7 电子系统设计实例
7．1 简易数字频率计
7．1．1 总体方案设计与论证
7．1．2 模块电路设计与参数计算
7．1．3 系统电路的实现
7．1．4 误差分析
7．1．5 软件设计
7．1．6 系统调试与指标测试
7．2 数字式工频有效值多用表
7．2．1 总体方案设计与论证
7．2．2 模块电路设计与参数计算
7．2．3 软件设计及流程
7．2．4 系统调试与指标测试
7．3 简易数字式存储示波器
7．3．1 总体方案设计与论证
7．3．2 模块电路设计与实现
7．3．3 软件设计
7．3．4 系统调试与指标测试
7．3．5 系统性能分析
7．4 简易逻辑分析仪
7．4．1 总体方案设计与论证
7．4．2 系统设计
7．4．3 软件设计
7．4．4 系统调试与指标测试
7．5 低频数字式相位测量仪
7 5．1 总体方案设计与论证
7 5．2 理论分析与具体电路实现
7 5．3 软件设计与流程图
7 5．4 系统调试与指标测试
7 5．5 结果与误差分析
7．6 液体点滴速度监控装置
7．6．1 总体方案设计与论证
7．6．2 理论分析与计算
7．6．3 系统测试及数据
7．6．4 数据分析和处理
7．6．5 设计完成情况

8 电子系统调试技术
8．1 开环系统调试方法
8．2．1 电子秒表的调试
8．1．2 单级放大器模块电路的调试
8．1．3 反相比例放大器
8．2 闭环系统调试方法
8．2．1 3个反相器构成的多谐振荡器的调试
8．2．2 集成运算放大器构成的三角波发生器的调试
8．3 单片机系统调试方法
8．3．1 简单单片机程序调试
8．3．2 单片机最小系统验证
8．3．3 单片机P1口的测试
8．3．4 调试软件延时程序
8．3．5 单片机串口的测试
8．3．6 调试A/D转换模块电路
8．3．7 调试D/A转换模块电路
8．3．8 单片机扩展外部数据存储器的测试
8．3．9 调试中断服务程序

9 电子系统电路设计中硬件的选择
9．1 处理器选择
9．1．1 单片机
9．1．2 嵌入式处理器
9．1．3 数字信号处理器
9．1．4 现场可编程器件
9．2 接口电路选择
9．3 外围元器件选择
9．4 系统设计的造价考量

附录A 电子系统设计思考题及答案
附录B 单片机基本概念检测题

电子系统设计与实践 前言 在信息爆炸、技术飞速发展的今天，电子系统早已渗透到我们生活的方方面面，从掌上智能设备到庞大的工业自动化系统，从医疗影像设备到航空航天探索，都离不开精巧的电子设计。本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，解析现代电子系统从概念构思到最终实现的完整流程，并探讨在这一过程中所面临的关键挑战与创新的解决方案。我们不仅关注理论知识的传授，更强调实践能力的培养，力求让读者能够掌握将理论转化为实际产品的能力。 第一篇：电子系统设计基础 第一章：电子系统的演进与发展 本章将带您回顾电子技术波澜壮阔的发展历程，从早期真空管的诞生，到晶体管的革命性突破，再到集成电路（IC）的集成化浪潮，直至今日的超大规模集成电路（VLSI）和系统级芯片（SoC）时代。我们将探讨不同历史时期代表性的电子系统，分析它们的技术特点、应用领域以及对社会产生的深远影响。同时，本章也将展望电子系统未来发展趋势，例如人工智能（AI）、物联网（IoT）、5G通信、边缘计算等前沿技术将如何重塑电子系统的设计理念和应用场景。通过对历史的回顾和未来的展望，读者可以建立对电子系统宏观的认知框架，理解其发展的驱动力与必然性。 第二章：电子元件与器件 深入理解构成电子系统的基石——各类电子元件与器件的特性至关重要。本章将对电阻、电容、电感等无源元件进行详细阐述，包括它们的物理原理、参数规格、选型原则以及在电路中的作用。随后，我们将重点介绍半导体器件，如二极管（整流二极管、稳压二极管、发光二极管等）和晶体管（BJT、MOSFET等），深入剖析它们的PN结特性、工作原理、不同工作模式以及在信号放大、开关等核心功能中的应用。此外，本章还将介绍一些集成电路中的基础模块，如运算放大器、逻辑门电路等，为后续更复杂的系统设计打下基础。我们将通过大量实例，结合具体的元器件数据手册，引导读者掌握如何根据设计需求选择合适的元器件。 第三章：电路分析与仿真 电路分析是电子系统设计不可或缺的一环。本章将系统介绍电路分析的基本方法，包括基尔霍夫定律、欧姆定律、节点分析法、网孔分析法等，使读者能够准确计算电路中的电压、电流和功率。我们将深入讲解线性电路和非线性电路的分析技巧，以及交流电路的相量分析方法。更重要的是，本章将重点介绍电子电路仿真技术。读者将学习如何使用业界主流的仿真软件，如SPICE系列（LTspice, PSpice等）或更高级的EDA工具，来搭建虚拟电路模型，进行直流、交流、瞬态分析，以及参数扫描和蒙特卡洛仿真。通过仿真，可以有效地预测电路性能，优化设计参数，并发现潜在的设计缺陷，从而极大地提高设计效率和可靠性。 第四章：数字逻辑与系统 数字电子系统是现代电子技术的核心组成部分。本章将从最基础的逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）开始，系统讲解布尔代数原理，以及各种逻辑函数的化简方法。在此基础上，我们将介绍组合逻辑电路的设计，如编码器、译码器、多路选择器、加法器等，并学习如何使用逻辑图或硬件描述语言（HDL）进行设计。接着，我们将转向时序逻辑电路，讲解触发器（D触发器, JK触发器, T触发器等）的工作原理，以及如何利用它们构建寄存器、计数器、移位寄存器等基本时序单元。最后，本章将介绍有限状态机（FSM）的概念，包括 Moore 机和 Mealy 机，并演示如何设计和实现一个简单的FSM，为构建更复杂的数字控制系统奠定基础。 第二篇：现代电子系统设计 第五章：微处理器与嵌入式系统 本章将聚焦于微处理器（MPU）和微控制器（MCU），它们是现代嵌入式系统的大脑。我们将深入探讨微处理器的基本架构，包括指令集架构（ISA）、流水线技术、存储器管理单元（MMU）等。对于微控制器，我们将重点介绍其片上外设，如ADC（模数转换器）、DAC（数模转换器）、定时器、PWM（脉宽调制）控制器、通信接口（UART, SPI, I2C, USB, Ethernet等）等，并阐述这些外设在实际应用中的功能和配置方法。本章还将介绍嵌入式系统的软件开发流程，包括交叉编译、调试工具链的使用、操作系统（如Linux, RTOS）的选择与移植，以及驱动程序和应用软件的编写。通过本章学习，读者将能够设计和开发各种具有特定功能的嵌入式系统。 第六章：信号处理与通信系统 信号处理是电子系统实现特定功能的核心技术之一。本章将介绍模拟信号处理的基本概念，如滤波（低通、高通、带通、带阻滤波器）、放大、衰减等，以及如何利用运算放大器和无源元件构建各种滤波器。随后，我们将转向数字信号处理（DSP）领域，讲解采样、量化、编码等数字化过程，以及离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶变换（FFT）等核心算法。本章还将介绍通信系统的基本原理，包括信源编码、信道编码、调制解调、多路复用等技术，以及不同通信协议（如TCP/IP）的基本架构和工作方式。读者将了解如何设计和实现满足特定通信需求的电子系统，例如无线通信模块、数据采集系统等。 第七章：电源管理与系统供电 一个稳定可靠的电源系统是所有电子系统正常运行的基础。本章将深入探讨各种电源管理技术，包括线性稳压器和开关稳压器（DC-DC转换器）的工作原理、设计要点和选择原则。我们将详细介绍不同拓扑结构的开关电源，如升压（Boost）、降压（Buck）、升降压（Buck-Boost）等，并分析其效率、纹波和动态响应特性。此外，本章还将涵盖电池管理系统（BMS）的设计，包括充放电控制、电量计、安全保护等关键功能。读者将学习如何根据系统功耗、输入电源特性和可靠性要求，设计出高效、稳定且安全的电源解决方案。 第八章：PCB设计与布局 印刷电路板（PCB）是实现电子元器件连接和承载整个电路功能的核心载体。本章将系统介绍PCB设计的基本流程，包括原理图绘制、元器件库管理、PCB布局与布线。我们将重点讲解PCB布局的原则，如信号完整性、电源完整性、电磁兼容性（EMC）等，以及如何根据元器件的电气特性和热特性进行合理布局。在布线方面，我们将介绍差分信号、高速信号的布线技巧，以及多层PCB的布线策略。此外，本章还将讨论PCB的制造工艺、焊接技术以及可靠性测试等内容。通过本章的学习，读者将能够独立完成一个功能完善且性能优越的PCB设计。 第三篇：先进电子系统与实践 第九章：射频（RF）与微波系统设计 本章将带领读者进入射频（RF）与微波领域，这是无线通信、雷达、卫星通信等尖端技术的核心。我们将介绍RF电磁波的传播特性、S参数、阻抗匹配等基本概念。随后，我们将深入讲解RF器件，如放大器、混频器、滤波器、振荡器、功率放大器（PA）等，并分析它们的设计挑战与优化方法。本章还将介绍RF系统设计中的关键问题，如噪声系数（NF）、线性度、功耗等，并探讨如何在PCB设计中处理RF信号，例如微带线、带状线的设计，以及屏蔽和接地技术。 第十章：传感器与执行器技术 传感器是电子系统感知外部世界的“眼睛”和“耳朵”，而执行器则是实现系统与环境交互的“手”和“脚”。本章将广泛介绍各类传感器，包括温度传感器（热敏电阻、热电偶、RTD）、压力传感器（应变片、压阻式）、光传感器（光敏电阻、光电二极管、CCD/CMOS图像传感器）、位移传感器（LVDT、编码器）、惯性传感器（加速度计、陀螺仪）以及生物传感器等。我们将分析它们的测量原理、精度、响应速度和应用场景。同时，本章也将介绍常见的执行器，如电机（直流电机、步进电机、伺服电机）、电磁阀、继电器、压电陶瓷等，并阐述它们的驱动电路和控制方式。 第十一章：可靠性与测试 电子系统的可靠性是衡量其质量的重要指标。本章将深入探讨电子系统的可靠性工程，包括故障模式分析（FMEA）、故障树分析（FTA）等。我们将介绍各种加速寿命试验方法，以及如何通过统计方法来预测和评估系统的寿命。在测试方面，我们将详细介绍电子系统的功能测试、性能测试、环境测试（如高温、低温、湿热、振动、冲击等）以及电磁兼容性（EMC）测试。本章还将介绍常用的测试仪器，如示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪、信号发生器等，并指导读者如何有效地使用这些仪器进行系统验证。 第十二章：项目实践与案例分析 理论联系实际是掌握电子系统设计与实践的关键。本章将通过多个实际的电子系统项目案例，引导读者将前几章所学的知识融会贯通。我们将深入分析不同类型电子系统的设计思路、关键技术难点、元器件选型、电路实现、软件开发以及最终的测试与优化过程。案例将涵盖从简单的消费电子产品到复杂的工业控制系统，例如智能家居系统、便携式医疗设备、小型机器人控制器等。通过对这些案例的深入剖析，读者可以学习到实际工程中的经验和技巧，了解不同项目在设计方法和侧重点上的差异，从而提升解决实际问题的能力。 结语 电子系统设计与实践是一个不断学习和探索的领域。本书提供的知识和方法，旨在为读者打下坚实的理论基础，培养系统性的设计思维，并激发在实践中解决问题的创新能力。我们鼓励读者在掌握书本知识的同时，积极参与各类电子项目，不断挑战自我，在实践中成长，最终成为一名优秀的电子系统设计师。

评分☆☆☆☆☆

这本书《电子系统设计与实践》真是太棒了！我一直对电子工程领域充满好奇，但又担心会因为技术性太强而望而却步。这本书记载的实际项目和案例分析，就像是为我量身定制的入门指南。书中详细讲解了从概念构思到最终实现的每一个环节，用通俗易懂的语言解释了复杂的电路原理和设计流程。我尤其喜欢它对于不同电子元件的特性和应用场景的深入剖析，这让我对它们有了更清晰的认识，不再是那些冰冷的参数和符号。 而且，书中提供的案例研究，从简单的LED闪烁电路到复杂的嵌入式系统，都极具启发性。我尝试着跟随书中的步骤，亲手搭建了一些小项目，虽然过程中遇到了不少困难，但每一次成功都给了我巨大的成就感。这本书不仅仅是理论的堆砌，更是实践的指导，它教会我如何思考问题，如何解决问题，如何在实际操作中学习和成长。读完这本书，我感觉自己已经初步掌握了电子系统设计的一些基本方法和技巧，为我未来深入学习打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，无疑是对电子系统设计领域的一股清流。它打破了传统教材的沉闷和晦涩，以一种更加贴近实际应用的方式，向读者展示了电子世界的无限可能。我特别欣赏作者在描述复杂概念时所使用的类比和图示，这些都极大地降低了理解的门槛，让非专业背景的读者也能轻松入门。书中对各种集成电路的讲解，如微控制器、传感器、电源管理芯片等，都详尽而实用，让我能够快速掌握它们的核心功能和接口协议。 书中对PCB布局和布线技巧的讲解，更是让我受益匪浅。我一直以为电路设计就是简单地连接几个元件，但这本书让我明白，合理的PCB设计对于信号完整性、电磁兼容性以及散热都至关重要。作者提供的许多设计准则和注意事项，都是在实际工程中反复验证过的宝贵经验，跟着学，少走很多弯路。这本书就像是一位经验丰富的工程师，手把手地教你如何从零开始构建一个功能完善的电子系统，这种学习体验是任何其他资料都无法比拟的。

评分☆☆☆☆☆

我怀着极大的热情和期待阅读了《电子系统设计与实践》这本书。这本书的内容非常详实，让我对电子系统的整体架构和运作机制有了更深刻的理解。作者在书中对不同模块之间的协同工作方式进行了细致的阐述，尤其是在信号处理和数据采集部分，提供了很多实用的设计思路和算法。我之前对这些概念总感觉有些模糊，但通过这本书的讲解，我豁然开朗，对如何设计一个高效可靠的信号链有了更清晰的认识。 书中的附录部分也十分有价值，它收录了许多常用电子元件的数据手册和选型指南，这对于在实际项目中快速找到合适的元器件非常有帮助。另外，作者还分享了一些在项目开发过程中可能会遇到的常见问题及其解决方案，这些“避坑指南”对于初学者来说简直是无价之宝。这本书的出版，无疑为广大的电子工程师和爱好者提供了一本难得的参考书籍，它融合了理论知识与实践经验，具有极高的实用价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，远远超出了我最初的预期。《电子系统设计与实践》不仅仅是一本技术手册，更是一本关于如何进行系统化思考和解决复杂问题的指南。作者在书中对设计流程的管理和优化进行了深入的探讨，这让我意识到，一个成功的电子系统，不仅仅依赖于优秀的技术，更需要严谨的设计管理和有效的团队协作。 我特别赞赏书中关于测试与验证的章节，它强调了在整个设计生命周期中进行充分测试的重要性，以及如何设计有效的测试方案来确保系统的可靠性和稳定性。作者还分享了一些在产品发布后如何进行故障诊断和维护的经验，这些都让这本书的实用性大大增强。它不仅仅适用于项目的初期设计阶段，更能为整个产品的生命周期提供有力的支持。这本书无疑是一本值得反复研读的宝藏，它将引导我成为一名更加全面的电子系统工程师。

评分☆☆☆☆☆

《电子系统设计与实践》这本书，让我对电子系统的设计过程有了全新的认识。它不仅仅是关于硬件的堆砌，更是关于如何将不同的硬件模块有机地整合在一起，形成一个有机的整体。作者在书中对系统级设计的考量，从功耗、性能到成本，都进行了全面的分析。我尤其欣赏它在介绍嵌入式系统开发时，对软件与硬件如何协同工作进行详细的阐述。 书中对实时操作系统（RTOS）的应用和设计原则的讲解，让我对如何构建复杂的嵌入式应用有了更深入的理解。作者用生动的例子说明了任务调度、中断处理以及进程间通信等关键概念，这对于我理解实时系统的行为至关重要。此外，这本书还涉及了一些高级主题，如FPGA在电子系统中的应用，以及一些前沿的电子设计技术，这为我进一步拓展知识边界提供了指引。总而言之，这本书为我打开了一扇通往更广阔电子世界的大门。