电子系统设计

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1、1、电子系统的定义： 电子系统是指由电子元器件或部件组成的能够产生、传输或处理电信号及信息的 客观实体。2、电子系统结构层次：系统级、子系统级、部件级、元件级3 基本原则（选 3 个以上）（1）、满足系统功能和性能指标要求。（2）、电路简单。经济性和可靠性好。可利用集成化技术实现。（3）、电磁兼容性（EMC）好。（4）、可靠性高。与系统实际用途及使用环境有关。（5）、系统集成度高。（6）、调试简单方便。（7）、生产工艺简单。（8）、操作简便。（ 9）、性价比高4兼容性EMC （Electro Magnetic Compatibility）是电磁兼容性。意指设备所产生的电磁能量既 不对其它设备产

2、生干扰，也不受其他设备的电磁能量干扰的能力。5电子系统设计方法及其对比和各有什么特点（1）自顶向下的设计方法。在自顶向下的过程中，一个复杂的问题（任务）被分解成若干个较小较简单的问题 （子任务），并且一直继续下去，直到每个小问题（子任务）都简单到能够直接解决（实现）为 止。对系统进行划分。这种划分过程可以不断进行下去，知道划分得到的单元可以映射到物理实现，这种物理实 现可以是具体的部件、电路和原件，也可以是 vlsi 的芯片版图（2）自底向上的设计方法自底向上方法与自顶向下方法相反，首先作最低级的决定，其次作较高级的决定 最后建立起整个系统。元件构造部件，部件构造子系统，直至整个系统。可以继承

3、使用经过验证的、成熟的部件和子系统，从而可以实现设计重用，减少设计的重 复老道，提高设计生产率。其缺点是，设计过程中设计人员的思想受限于现成可用的原件 故不容易实习系统化的、清晰易懂的以及可靠性高、可维护性好的设计。（3）以自顶向下为主导，结合使用自底向上的方法。设计重用，充分利用IP（知识产权）核。既能保证实现系统化的、清晰易懂的以及可靠性高、可维护性好的设计，又能充分利用 ip 核，减少设计的重复劳动，提高设计生产率。6 传感器定义 指能感受被测非电量（如物理量、化学量、生物量等）并能按一定规律将其转换成便于处 理与传输的电量（也有少数为其它物理量）的器件或装置。7传感器组成 传感器一般由

4、敏感元件、转换元件组成，近代传感器还包含有测量电路和辅助电源。8 传感器分类（只做选择题）、按被测物理量分温度传感器、湿度传感器、光传感器、压力传感器、位移量传感器、流量传感器、液 位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。（2）、按传感器工作原理分电学式传感器：有电阻式、电容式、电感式、磁电式及电涡流式等。磁学式传感器：利用铁磁物质的一些物理效应制成，主要用于位移、转矩等参数测 量。 光电式传感器：利用光电器件的光电效应和光学原理制成，主要用于光强、光通量、 位移、浓度等参数的测量9传感器参数（1）静态参数（重）（2）精确度：表示测量结果与被测量的真值之间的一致程度。两者之差为绝对误差

5、 绝对误差与被测量真值之比为相对误差。精确度常用等级表示：如0.5 级、 1.0 级表示精确度分别为 0.5%和 1% 。（3）灵敏度与稳定度:灵敏度表示传感器的输出变化量AY与引起此变化的输入变化 量AX之比。稳定度指在规定条件下，传感器保持其特性恒定不变的能力，通常 是对时间而言。（4）分辨率：指传感器的指示装置对相邻两个值有效辨别的能力，即最小检测量。（5）滞后：由于外加输入量的方向（正行程和反行程）不同，传感器对同样的输入 值给出不同的输出值，不同输出值之差的绝对值为回程误差（回差或时滞误差）（6）零值误差：表示当输入为零时，传感器输出偏离零位的值（ 2）动态参数。时间常数、上升时间、

6、稳定时间、过冲量、频带宽度等10 铂热电阻原理及特点 铂热电阻是利用铂丝的电阻值随着温度的变化而变化这一基本原理设计和制作的 铂热电阻特点是测温范围宽、精度高、稳定性好、抗震、耐压、安装方便等。广泛 应用于工业测温，以及制造标准的基准仪。11光敏器件及其主要参数 能将光能转变为电信号的器件，常用的半导体光敏器件有光敏电阻器、光敏二极管和光敏 三极管。1）亮电阻（kQ）：指光敏电阻器受到光照射时的电阻值（一般为 1100K） 。2）暗电阻（MQ）：指光敏电阻器在无光照射（黑暗环境）时的电阻值（一般为1100M）。3）最高工作电压（V）：指光敏电阻器在额定功率下所允许承受的最高电压4）亮电流：指光

7、敏电阻器在规定的外加电压下受到光照射时所通过的电流。5）暗电流（mA）：指在无光照射时，光敏电阻器在规定的外加电压下通过的电流。6）时间常数（s）：指光敏电阻器从光照跃变开始到稳定亮电流的63%时所需的时间。7）电阻温度系数：指光敏电阻器在环境温度改变1C时，其电阻值的相对变化。8）灵敏度：指光敏电阻器在有光照射和无光照射时电阻值的相对变化。12光敏二极管和三极管原理特性光敏二极管原理： PN 结施加反向电压时，在光线照射下反向电阻由大变小。 当无光线照射时，反向电流很小，即暗电流很小；当有光线照射时，在光线的激 发下，光敏二极管内产生大量的“光生载流子”，反向电流增大，即光电流增大。对光线反

8、应有选择性，在特定的光谱范围内才产生光电反应。在特定范围内，对 某一波长的光波又有最佳响应，这一波长为峰值波长。不同材料与工艺的光敏二极管，峰 值波长不相同。光敏三极管具有两个PN结，其基本原理与光敏二极管相同。由于它把光照后产生的电信号 又进行了放大，因此具有更高的灵敏度。正常工作时需加一定的反向电压，这样才能得到 较大的光电流与暗电流之比。分为锗管与硅管两种，锗管的灵敏度比硅管高但暗电流较大。 应用时光线尽量与元件芯片垂直，以取得最高灵敏度。13光耦合器定义 光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件14 光电耦合器在传输信号的同时能有效地抑制尖脉冲和各种噪声干扰，使通道上的

9、信号噪 声比大为提高，主要有以下几方面的原因(a) 光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大。据分压原理，即 使干扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的噪声电压会很小，只能形成很微弱 的电流，由于没有足够的能量而不能使二极管发光，从而被抑制掉了。(b) 光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地；之间的分布电容 极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰噪声都很难通过光电耦合器馈送到另 一边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。(c) 光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线 短接时，也不会损坏仪表。因为光耦合器件的

10、输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的 高压。(d) 光电耦合器的响应速度极快，其响应延迟时间只有10“s左右，适于对响应速度要求 很高的场合。15A/D 类型1) 积分型(如TLC7135)(双积分型原理)2) 逐次比较型(如 TLC0831)3) 并行比较型/串并行比较型(如 TLC5510)16A/D 技术指标分辩率(Resolution)指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量。分辨率又称精度，通 常以数字量的位数来表示。2) 转换速率(Conversion Rate)是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒 数。积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD,逐次比较型AD是微秒

11、级属中速AD,全并行 /串并行型 AD 可达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。为了保 证转换的正确完成，采样速率(Sample Rate)必须小于或等于转换速率。3) 量化误差(Quantizing Error)由于AD的有限分辨率而引起的误差，即有限分辨率AD 的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD (理想AD)的转移特性曲线(直线)之间的最大偏 差。通常是1个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB。17A/D 转换的内部结构18ADC0809 时序图19ADC0809与8031的借口电路20ADC0809 与 MCS-51 的接口程序设计:1 )程序查询方式微处理器向 A/D 转换器发出启动信号，然后查询转换结束信号，如果转换结束则读入转换结果数据。 特点是简单可靠，占用微处理器的时间进行查询，效率低。2）延时等待方式微处理器向 A/D 转换器发出启动信号，然后根据 A/D 转换所需时间进行等待，等 待结束后则读入转换结果数据。通常等待时间应略大于A/D转换所需时间。占用较多的 微处理器的时间，但无需查询端口。3）中断方式微处理器启动A/D转换后可处理其他事情，当A/D转换结束发出中断信号后，微 处理器响应中断读入转换结果数据。微处理器与A/D转换器并行工作，效率高。