第2章 电子系统设计基础

电子系统设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解电子系统的基本原理，掌握电子元件的功能和电子电路的设计方法。

2. 使学生能够运用所学知识，设计并搭建简单的电子系统，如传感器应用、信号处理和控制系统。

3. 引导学生了解电子系统在实际应用中的发展现状和未来趋势。

技能目标：1. 培养学生运用电子绘图软件进行电路图设计的能力。

2. 提高学生动手实践能力，能够正确组装和调试电子系统。

3. 培养学生团队协作和问题解决能力，能够共同完成电子系统的设计与制作。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子科学的兴趣，激发创新意识，增强探究精神。

2. 引导学生树立正确的工程伦理观念，注重环保和资源利用，培养社会责任感。

3. 培养学生严谨、细致的学习态度，养成良好的学习习惯和团队合作精神。

课程性质：本课程为实践性较强的学科，结合理论教学和动手实践，注重培养学生的实际操作能力和创新意识。

学生特点：学生已具备一定的电子基础知识，具有较强的求知欲和动手能力，但对电子系统设计的整体认识尚浅。

教学要求：教师需结合学生特点，以理论为基础，实践为导向，引导学生主动参与，注重培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。

通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际电子系统的设计与制作，达到学以致用的目的。

二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 电子系统设计基础理论：- 电子元件特性与选型- 电路图绘制原则与方法- 电子电路的基本分析方法2. 电子系统设计实践：- 传感器应用电路设计- 信号处理电路设计- 控制系统电路设计3. 电子系统设计与制作：- 设计流程与方法- 电子绘图软件操作- 电子系统组装与调试4. 电子系统设计案例分析：- 现有电子产品的原理与结构分析- 创新电子系统设计实例讲解- 学生作品展示与评价教学内容根据课程目标，结合教材相关章节，制定以下教学大纲：第1周：电子系统设计基础理论第2周：电子元件特性与选型第3周：电路图绘制原则与方法第4周：电子电路的基本分析方法第5周：传感器应用电路设计第6周：信号处理电路设计第7周：控制系统电路设计第8周：设计流程与方法第9周：电子绘图软件操作第10周：电子系统组装与调试第11周：现有电子产品案例分析第12周：学生作品设计与制作第13周：学生作品展示与评价教学内容注重科学性和系统性，旨在使学生掌握电子系统设计的基本知识和技能，培养实际操作能力和创新意识。

电子系统主要是由多个电子元器件或功能模块组成，能实现较复杂的应用功能的客观实体。

一般来说，一个复杂的电子系统可以分解成若干个子系统，其中每个子系统又由若干个功能模块组成，而功能模块由若干单元电路或电子元器件组成。

电子测量系统主要由：模拟子系统（传感器、信号处理、系统电源及监控、驱动）、数字子系统（存储器、译码控制、人机接口、通信接口）、数模合子系统（ADC、DAC）和MCU/ARM/DAP子系统。

电子系统设计三种方法：自顶向下发、自底向上发和组合法电子系统设计原则：1、兼顾技术的先进性和成熟性2、安全性、可靠性和容错性3、实用性和经济性4开放性和可扩张性5易维护性电子系统设计步骤：1调查研究2方案选择与可行性论证3单元电路设计、参数选择和元器件选择4组装与调试5编写设计文件与总结报告电子元器件遵循三条原则：1元器件的技术参数必须完全满足系统的要求，并留有合理的余地2最高性能/价格比3满足系统的结构要求标称阻值1/4W以上的金属膜电阻采用直接标注法。

1/4W及1/4W以下的金属膜电阻采用四色或五色环标注允许误差:允许误差=标减实/标X100% 市场上金属膜电阻中最常见的为±5%，在±1%内属精密电阻范畴额定功率：额定功率与电阻的体积直接相关，即体积越大，额定功率越高最高工作电压：电压与气压有关，气压越低，最高工作电压也越低 ( 温度系数、噪声 @皆技术参数)电阻分类：1碳膜电阻，其高频特性与阻值稳定性较好2金属膜电阻，其阻值范围宽，最高工作温度可达155℃，常用语要求较高的电子系统中3线绕电阻和电位器，耐高温，噪声较小，精度高，常用于制作精密电阻或功率要求较高的低频或电源电路中，不宜用于较高频率的电路压敏电阻的响应速度较高，可广泛用于过压保护；力敏电阻是一种阻值随压力变化而变化的电阻电感器能将电能转换为磁能并加以存储的性能硅整流二极管除主要用于电源电路作整流元件外，还可以做限幅、钳位、保护、隔离等多种灵活应用高速开关管常用作检波和高速开关常用硅整流桥分为单相半桥、单相全桥和三组全桥几种。

电子系统设计基础教案一、教案概述本教案旨在介绍电子系统设计的基础知识和技能，帮助学生掌握电子系统设计的核心概念和方法。

通过本教案的研究，学生将能够理解电子系统的组成和工作原理，并能够运用所学知识进行简单的电子系统设计。

二、教学目标1. 理解电子系统的基本概念和组成结构；2. 掌握数字电子系统和模拟电子系统的设计原理和方法；3. 运用学到的知识进行简单的电子系统设计；4. 培养学生的创新思维和解决问题的能力。

三、教学内容1. 电子系统的概念和分类- 电子系统的定义和特点- 数字电子系统和模拟电子系统的区别和联系2. 电子系统的组成和工作原理- 电子元器件和电路的基本知识- 电子系统的常见部件和功能模块3. 数字电子系统的设计- 逻辑门和布尔代数- 组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计原理4. 模拟电子系统的设计- 放大器和滤波器的设计原理- 模拟信号的采样和转换5. 电子系统的实际应用- 电子系统在通信、控制和计算机等领域的应用- 电子系统的发展趋势和前景四、教学方法1. 理论授课：通过讲解和示例，介绍电子系统设计的基本概念和原理。

2. 实践操作：组织学生进行电子系统设计的实际操作，加深对所学知识的理解和掌握。

3. 课堂讨论：引导学生参与讨论，解决电子系统设计中的问题和难点。

4. 小组项目：分组完成电子系统设计项目，培养学生的团队合作和创新能力。

五、教学评估1. 作业评价：布置相关作业，评估学生对所学知识的理解和应用能力。

2. 实验报告：要求学生提交电子系统设计实验的报告，评估实验操作和结果分析的能力。

3. 期末考试：进行综合性评估，考察学生对电子系统设计的整体掌握程度。

六、教学资源1. 教材：选用相关的电子系统设计教材，作为教学的参考资料。

2. 实验设备：准备相应的电子实验设备和元器件，供学生进行实践操作。

3. 课件：制作电子系统设计的教学课件，辅助教学和学生研究。

七、教学进度安排根据教学计划和学校安排，确定每周的教学进度，确保教学任务按时完成。

§1 电子系统设计的基础知识电子系统分为模拟型和数字型或两者兼而有之的混合型电子系统，无论哪一种形式的电子系统，它们都是能够完成某种任务的电子设备。

一般把规模较小、功能单一的称为单元电路；而功能复杂，由若干个单元电路（功能块）组成规模较大的电子电路称为电子系统。

通常电子系统由输入、输出、信息处理三大部分组成，用来实现对某些信息的处理、控制或带动某种负载。

图1-1所示为电子系统基本组成方框图。

图1-1 电子系统方框图对于模拟型电子系统，输入电路主要起到系统与信号源的阻抗匹配，信号的输入与输出连接方式的转换、信号的综合等作用；输出电路主要解决与负载或被控对象的匹配并输出足够大的功率去带动负载。

而对于数字型电子系统，输入与输出电路主要解决现场信号与控制对象的接口问题。

输入电路往往由A/D转换器组成，而输出电路则由D/A转换器或加功率放大器或驱动电路组成。

电子系统的设计方法，没有一成不变的步骤，它往往与设计者的经验、兴趣、爱好密切相关，但从总的设计过程来讲，可以归纳成以下四个步骤：1· 课题分析根据技术指标的要求，弄清系统所要求的功能和性能指标以及目前该领域中类似系统所达到的水平；有没有能完成技术指标所要求功能的类似电路可以借鉴。

如有，电路需经何种改动或电路参数需要哪些设计计算等等，要做到心中有数，从而对课题的可行性作出判断。

2·方案论证按照系统要求，把电路划分成若干功能块，从而得到系统框图。

每个方框即是一个单元电路。

按系统指标要求，规划出各单元电路要完成的任务，确定输出与输入的关系，决定单元电路的结构。

为完成总任务，由系统框图到单元电路的具体结构应是多解的，应该经过较为详细的方案比较和论证，以技术上的可行性和较高的性能价格比为依据，最后选定方案。

3· 方案实现尽量选用市场上可以提供的中大规模集成电路，并通过应用性设计来实现各功能块的要求以及各功能块之间的协调。

该步骤的要点是：（1）熟悉目前数字或模拟集成电路的分类、特点，合理选择所用芯片，方便地实现各功能块的要求，并且工作可靠、价格低廉。

1、电子系统设计基础1.1 电子设计概述 1.2 现代电子设计的特点1.3 电子系统的设计步骤 1.4 电子系统设计方法1.5 系统设计与系统仿真技术 1.6 板卡设计与板卡仿真技术1.7 芯片设计与仿真技术 1.8 电子系统综合设计概述1.9 专用数字集成电路综合设计概述1.1 电子设计概述电子系统分为模拟型、数字型及两者兼而有之的混合型三种，无论哪一种电子系统，它们都是能够完成某种任务的电子设备。

通常把规模较小、功能单一的电子系统称为单元电路,实际应用中的电子系统由若干单元电路构成。

一般的电子系统由输入、输出、信息处理三大部分组成，用来实现对信息的采集处理、变换与传输功能。

图1.1.1为电子系统基本组成方框图。

图1.1.1 电子系统方框图从系统的角度看,电子系统是能按特定的控制信号，执行所设想的功能，由一组元件(通常是电子元件)联成的一个整体。

这样，很多东西，譬如从单级放大器到最复杂的计算机都可以称为一个电子系统。

我们可以将很多元件集成为一个功能单元，再用若干个功能单元去描述一个系统。

在认识、理解与设计电子系统的过程中，这样的功能单元常常不用给出详细的内部结构，而只需从输入输出特性去描述，这就需要用到黑箱分析法。

黑箱辨识方法是系统科学中的主要方法之一。

人们在从事科学研究时，常常会遇到一些需要认识或控制的系统(称为客体)。

由于种种条件限制，这些客体的内部结构和机理尚不能或不便被直接观察到，仿若一个不透明的密封箱子，将这种客体称为黑箱(B1ack Box)是极其形象的。

所谓黑箱辨识方法，就是通过考察黑箱的输入、输出及其动态过程，而不是通过直接考察其内部结构，来定量地研究黑箱的功能特性、行为方式，从而探索其内部结构和机理。

1.2 现代电子设计的特点人类要改造自然，就要进行设计。

把预定的目标经过一系列规划、分析和决策，产生相应的文字、数据、图形等信息，这就是设计。

然后或通过实践转化为某项工程，或通过制造成为产品。

《电子系统设计》课程设计一、设计思想1.教学内容框架本课程以电子系统的基本构成按照循序渐进的原则来来逐步展开，通过设计五个教学项目来体现以MCU为核心的电子系统的结构及原理。

在实际教学中通过软件及硬件的联合，通过学生实际动手采用“做中学，学中做”的方式展开学习内容。

2.总体设计思路本课程的设计理念是以学生的职业能力为中心，以职业活动为导向，突出能力目标，以学生为主体，以项目任务作为载体进行能力的训练。

在教学的实施过程中，打破传统的“按部就班”的教学模式，采用基于工作过程的教学模式，整合工作任务中涉及的专业知识与技能，以真实的产品为项目载体来开展教学，彻底改变了教与学的行为，让学生真正感受到日常实验与实际产品开发的区别，并体验企业对实际岗位的要求。

通过真实岗位任务模拟，进一步加强学生职业意识，提升职业素养。

课程开发和学习情境设计，整个学习领域由以下学习项目组成：二、课时分配建议本课程课时为62课时，其中理论教学24课时，实践教学38课时，三、课程单元描述课程单元1课程单元2课程单元3课程单元4课程单元5四、课程评价（一）《电子系统设计》课程评价及方式说明学生的成绩评定以主要根据理论知识的掌握（为总结性考核，占30%）、考勤（占10%），课堂提问（占30%）、作业（占10%）、企业教师技能评定（占20%）等五方面构成。

（二）《电子系统设计》课程过程考核说明1.理论知识的掌握以试卷形式考核，题型包括单选、多选、判断、简答、案例分析等；2.考勤及课堂提问依据是平时学生的上课出状况、回答课堂提问的积极性及正确率；3.作业是指每个教学单元中要求学生完成的作业。

以完成的数量和质量给予成绩；4.企业教师技能评定是指企业教师在授课过程中，根据学生掌握的技能情况或者在企业的实践情况评定。

表1：考核标准表2：总结性考核标准表3：技能考核点五、实施建议（一）授课资料编写建议授课资料是实现教学目标的重要载体，必须依据本课程标准以及电子技术应用岗位国家职业标准和应用电子技术专业培养目标为主线编写授课计划、教案和教学案例，坚持理论够用，强调知识传授的趣味性。