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电子系统设计知识点电子系统设计是指在电子技术领域中，通过理论与实践相结合，采用适当的设计方法和技术，设计出满足特定功能需求的电子系统的过程。
电子系统设计涉及到多个知识领域，包括电路设计、信号处理、通信原理等。
下面将介绍一些电子系统设计中的重要知识点。
一、模拟电路设计在电子系统设计中，模拟电路设计是基础且重要的一部分。
模拟电路是以连续时间和连续幅度的信号为基础，使用电子元器件构建的电路。
模拟电路设计的主要内容包括放大器设计、滤波器设计、稳压电源设计等。
设计时需要考虑电路的性能指标，如增益、带宽、失真等，以及电路的稳定性和可靠性。
二、数字电路设计数字电路设计是指采用逻辑门、触发器、计数器等数字元件和数字电路模块，通过逻辑运算和时序控制等方式实现逻辑功能的电路设计。
数字电路设计的主要内容包括逻辑门电路设计、时序电路设计和组合电路设计等。
设计时需要考虑电路的逻辑功能是否满足需求，电路的功耗和噪声等因素。
三、嵌入式系统设计嵌入式系统设计是指将计算机技术与电子技术相结合，将计算能力和控制能力嵌入到各种电子设备中，实现特定功能的系统设计。
嵌入式系统设计的主要内容包括微控制器选择与应用、实时操作系统设计、接口设计等。
设计时需要综合考虑系统的计算能力、存储空间、接口要求以及功耗等因素。
四、通信系统设计通信系统设计是指用来传输信息的电子系统的设计。
通信系统设计的主要内容包括调制解调器设计、编码译码器设计、信道编码与纠错设计等。
设计时需要考虑信号传输的可靠性、抗干扰能力以及系统的带宽和速率等。
五、电源系统设计电源系统设计是指为电子设备提供稳定、可靠的电源的设计。
电源系统设计的主要内容包括直流电源设计、交流电源设计、电池管理系统设计等。
设计时需要考虑电源的输出稳定性、效率和噪声等指标。
六、硬件描述语言（HDL）硬件描述语言（HDL）是一种用于电子系统设计的计算机语言。
HDL可以描述电路的结构和行为，用于模拟和验证电子系统设计。
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。
电子系统设计字数：2687字引言：随着科技的不断发展，电子系统在我们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。
无论是我们的手机、电视、音响等，还是电子设备在医疗、交通、工业等方面的应用，电子系统都在为我们提供更加便捷和高效的服务。
本文将介绍电子系统设计的基本原理和步骤，以及在实际应用中需要注意的问题。
一、电子系统设计的基本原理1.1 系统需求分析在设计任何系统之前，首先需要明确所需解决的问题以及系统的功能和性能要求。
这可以通过与客户和用户进行沟通和交流来实现。
根据需求分析，我们可以对系统进行结构和功能的初始设计，并在后续的过程中进行逐步优化。
1.2 系统架构设计系统架构设计是整个设计过程中的关键步骤，它确定了系统的整体结构和组成部分之间的关系。
在进行系统架构设计时，我们需要考虑到系统的功能、性能、可靠性、成本以及系统的扩展性和维护性等方面的因素。
常用的系统架构包括单处理器架构、多处理器架构、分布式系统架构等。
1.3 硬件设计在硬件设计阶段，我们需要确定系统所需的各种硬件组件和接口，并进行电路设计和原型制作。
硬件设计涉及到电路图设计、电路板布局和制造等环节，其中还包括分析和验证电路性能以及对可靠性和EMC（电磁兼容性）的测试。
1.4 软件设计软件设计是电子系统中另一个重要的方面。
它涉及到编程语言的选择、算法的设计和软件模块的开发等。
软件设计需要根据系统的需求，选择合适的编程语言和开发工具。
同时，软件设计还需要考虑到系统的可靠性、实时性、可移植性和安全性等因素。
1.5 系统集成和测试系统集成是将各个组成部分整合在一起，形成一个完整的系统的过程。
系统集成包括硬件和软件的集成，以及对系统进行功能测试和性能测试。
通过系统集成和测试，我们可以验证系统的功能和性能是否达到预期，并对系统进行调整和优化。
二、电子系统设计中的注意事项2.1 功耗管理在设计电子系统时，功耗管理是一个需要特别关注的方面。
随着电子设备的普及和多样化，不断增长的功耗给环境和能源消耗带来了巨大的压力。
第1章电子电路设计概述1. 1 电子系统的基本概念所谓电子系统是指由一组电子元件或基本电子单元电路相互连接、相互作用而形成的电路整体，能按特定的控制信号，去执行所设想的功能。
一般按电子系统所处理加工完成信号的不同，可分为模拟电子系统、数字电子系统和数字一模拟混合电子系统。
1. 1. 1 模拟电子系统模拟电子系统的主要功能是对模拟信号进行检测、处理、变换和产生。
模拟信号的特点是，在时间上和幅值上均是连续的，一在一定的动态范围内可能任意取值。
这些信号可以是电量(如电压、电流等)，也可以是来自传感器的非电量(如温度、压力、流量等)。
组成模拟电子系统的主要单元电路有放大电路、滤波电路、信号变换电路、驱动电路等。
图1-1 为低频功率扩音系统框图，它由话筒、音频放大器、扬声器和电源组成。
图1-1 低频功率扩音系统框图当人们对着话筒讲话时，话筒将声音高低强弱的变化，转换成相应的电信号。
由于该信号非常微弱，必须经过音频放大器的放大，才能驱动扬声器。
音频放大器一般由前置放大、电压放大和功率放大电路组成下通过前置放大、电压放大单元电路，提高信号电压；通过功率放大电路，可提高所需的输出功率。
随着集成电路技术的发展，对于一个小功率的扩音系统，完全可用一片集成电路来实现。
对于更复杂的模拟电子系统，可以用几片集成电路再加上分离元件和电路单元来实现。
本书将从工程实践的角度出发，对组成模拟电子系统的典型单元电路、常用模拟集成电路将作详细的分析，同时讲述构成模拟电子系统的设计方法。
1. 1. 2 数字电子系统由若干数字电路和逻辑部件组成，处理及传送数字信号的设备称为数字系统。
数字信号的特点是不随时间作连续变化。
一个复杂的数字电子系统可分解为控制器加若干个子系统。
这些子系统完成的逻辑功能比较单一，一般由中、大规模集成电路实现，如存储器、译码器、数据选择器、加法器、比较器、计数器等。
数字电子系统中必须要有控制器，控制器的主要功能是来管理各个子系统之间的互相操作，使它们有条不紊地按规定的顺序操作。
§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。
（2）对所选各功能块进行应用性设计时，要根据集成电路的技术要求和功能块的任务，正确计算外围电路的参数，对于数字集成电路则要正确处理各功能输入端。
（3）要保证各功能块协调一致地工作。
对于模拟系统，按需要采用不同耦合方式把它们连接起来；对于数字系统，协调工作主要通过控制器来完成。
控制器作为一个功能块，通常由移位寄存器或计数器构成的脉冲分配器（又称节拍发生器）来组成，控制各功能块按一定顺序有条不紊地工作。
因此，对该控制器的要求较严格，不允许有竞争冒险和过渡干扰脉冲出现，以免发生控制失误。
目前在计算机或较大的数字系统中，这种控制多由所谓微程序控制器来实现。
如果时间允许，则可进行设计的最后工作：安装和调试。
4· 安装和调试所设计电子系统的安装与调试大多在通用实验板或逻辑实验箱上进行，用来验证是否达到任务书中各项要求。
若达到，设计任务即可告一段落，可以进行样机研制阶段。
若未达到，则需查找原因，从而决定返回以上哪个步骤重新进行，直到达到设计目的。
安装与调试过程按照先局部后整机的原则，把系统划分为若干个功能块，根据信号的流向逐块装调，使各功能块达到各自技术指标的要求，然后把它们连接起来进行统调和系统测试。
在局部电路调试中，要注意各信号输入端的正确处理和恢复，一般不允许悬空，以便使调试工作顺利进行。
通常安装调试工作的第一步，就是根据实验板或实验箱为设计者提供的使用面积和各元器件体积大小，画出一张简单的装配图，以确定各元器件的实际位置，这对于后面的布线和调试工作是十分重要的。
第二步就是把元器件按装配图指示的位置插入实验板或实验箱的面包板上，然后进行接线。
在接线时，应首先连接各集成块的电源线和地线，然后插入外围电路各器件，最后完成各集成块之间的信号连线。
忘记电源线和地线是初学者很容易出现的错误。
在接线完成之后就可以进行第三步调试工作了。
在电路接通电源之前，对照原理图和布线图反复检查，尽量排除接线上的错误，特别是各集成块的电源线和地线的连接，因为这两条线一旦接反就会造成器件永久性损坏，所以在查线时要特别注意。
查线可借助于万用表进行。
检查接线确定无误后方可通电。
通电后如果没有发现冒烟和集成块过热现象，就可以进行电路的调试，如检查电路能否正常复位，信号是否送到，电路的状态转换和输出是否正常等。
如果所设计的是模拟系统，首先把输入端对地短路，检查各级静态工作点是否正确，输出信号是否为零，加入信号后各级输入与输出信号的对应关系是否正确等。
在调试过程中会遇到各种故障。
模拟系统最常见的故障是系统自激，即把输入端对地短路，用示波器观察各功能块的输出端有幅度很大、频率很高的电压波形，这说明系统产生了自激振荡，如不采取措施，很快会导致组件过热而损坏。
产生自激振荡的原因主要有三种，一是各组件（某些运算放大器、模拟乘法器等）的频率补偿端漏接补偿电容，或电容的容量不合适；二是由于布线不合理形成空间交叉耦合，如功放级与输入级在几何位置上靠得太近，或由于输入级与输出级同用一根电源线或地线等；第三种原因是各功能块工作电流都要流经电源内阻，内阻压降对于系统某一级形成正反馈，而电路又未采取去耦措施等。
以上三种原因都可能引起系统自激。
如是第一种原因产生的自激，可在外补偿端接入30pF以下的电容，或在输出端和反相输入端之间接入1～10pF的补偿电容；如是第二种原因产生的自激，要重新布线，使输出级在几何位置上远离输入级，输出级的电源线和地线最好从电源的输出端点上单独接线；如是第三种原因产生的自激，可采用去耦电路或加强电源滤波等方法加以解决，可用两级电容滤波，或电容、电感复合滤波等。
数字系统在安装调试中常见的故障有三种：接错线、漏接线和逻辑设计错误。
排除方法可利用“故障点跟踪测试法”，即通过对某一预知特征点的观察，来确定电路工作是否正常，如发现该点的信号特征与预期结果不符，则向前一级查找，直到找到故障源。
这种方法如能熟练地应用，可迅速找到故障点。
在应用以上方法时，要根据实际情况分别采用静态和动态测试法，如要测定电路的初始状态用静态测试法（电位法），如要了解电路状态转换情况，可用动态测试法（脉冲法）。
最常见的布线错误是漏接线和接错线。
漏接线的结果往往使输入端悬空，悬空点的电平将偏离正常的逻辑电平，如TTL电路的输入端悬空点的电平大约为1.6V左右，而正常的“0”电平在0.2V与0.4V之间，“1”电平在2.4V与3.5V之间。
CMOS电路的正常逻辑电平等于所用电源电压和地线电平。
接错线有时会使器件输出端之间短路，两个具有相反电平的TTL 电路输出端短路，输出电压大约为0.6V。
对于这些特点的了解，将有利于故障点的查找。
最常见的设计错误是对于某些输入端，设计者忘记了处理，从而造成浮空端子。
对于TTL电路，这些端子相当接了逻辑1电平，而对于CMOS电路，由于输入阻抗非常高，所以很小的噪声都会引起输入电平在逻辑1和逻辑0之间漂移。
如计数器不计数、寄存器不寄存信息等，常常是设计者对诸如清零端、置数端、使能端等输入端未加处理而引入噪声所致。
此外，设计中常见的错误是对于竞争冒险考虑不周。
这样的问题在调试过程中发现后，可根据具体情况选择不同的方法加以解决，例如，加滤波电容或重新修改逻辑设计等。
以上四个步骤是电子系统课程设计的中心环节。
而在一般的工程设计中，还要进行工艺设计、样机制作、鉴定、小批量生产等工作。
§2 课程设计说明书格式说明书内容应包括以下各方面内容：1·任务书包括设计题目、技术指标等。
2· 设计过程包括：（1）课题分析；（2）方案论证；（3）方案实现；（4）安装与调试。
其中安装与调试部分根据具体时间确定是否执行。
3· 总结这部分应写明设计过程碰到的问题、解决的方法、本设计的心得体会及改进措施。
4· 详细电路图一份。
设计的方法和说明书格式及内容，这里举例说明。
§3 数字定时装置（一） 任务书1·题目：数字定时装置的设计2· 技术指标：（1） 设计一个数字定时控制装置，要求具有数字钟的功能，又可按预定时刻发出控制信号对被控对象实施开关控制。
（2） 要求具有校时功能，可对小时、分、秒分别校准。
（3） 计时显示范围要求自00点00分00秒到23点59分59秒。
（4） 可以同时设置四个预定时刻，时刻的预选以5分钟为单位。
（5） 被控对象为一交流220V的电铃和一只8Ω0.25W的扬声器构成的监听器。
预定时间到，则电铃响10s，监听器在这10秒内断续鸣叫五次，即响1秒停1秒。
（二） 具体设计1· 课题分析定时控制装置在工业生产及其他领域的应用日益广泛，且精度要求越来越高。
本课题所要求的数字定时控制装置既具有数字钟的功能，又能事先按实际需要在24小时内以5分钟为单位，在预定时刻按时控制电铃等启停。
可见本系统由两大部分组成，即计时显示电路和定时控制电路。
2· 方案论证以上分析可得系统框图如图3-1所示。
其中秒脉冲发生器、计时显示电路、校时电路等构成数字钟；时间预选矩阵和控制电路则完成定时控制的任务。
图3-1 数字定时控制装置系统框图（1）秒脉冲发生器该部分电路的精度直接决定了整个系统的计时准确度，因此宜选用石英晶体振荡器作脉冲源，经分频获2Hz和1Hz的脉冲信号。
2Hz信号作校时脉冲，1Hz信号作计时脉冲。
（2） 计时显示电路本部分电路由秒计时、分计时、小时计时及自动显示电路组成。
秒计时为六十进制，输入即为1Hz脉冲信号或校秒信号，其进位输出即为分计时的脉冲输入。
分计时也为六十进制，输入为秒计时进位输出或校分信号，其进位输出为小时计时的脉冲输入。
小时计时按二十四进制，输入为分计时进位输出或校时信号。
计时显示各采用两位LED数码管。
（3） 校时电路该电路设计为两只功能键操作方式，即工作方式选择键P1和校时键P2。
当按P1键时，系统可在计时、校小时、校分、校秒等四种工作方式中选择；当系统在后三种工作方式下工作时，按P2键，则系统以2Hz的速率对所选时间进行校准，且校准时进位信号无效。
P2键释放，则校时停止。
（4） 时间预选矩阵即时间译码器，任务是把需要预定的时刻事先分别译出送控制对象，则当计时电路计到该时间时，译码输出为1，经驱动电路控制相应对象执行所需操作。
因为预定时间以5分钟为单位，所以只要利用时间译码器的21个输入信号，即小时计时器的十位译码输出（3个，即0、1、2），小时计时器的个位输出（10个），分计时器十位译码输出（6个，即0、1、2、3、4、5），分个位计时器的译码输出（2个，即0、5）等21个输出。
