电子电路设计基础

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1、电子电路设计根底电子电路设计根底 数字信号和模拟信号数字信号和模拟信号电电子子电电路路中中的的信信号号模拟信号模拟信号数字信号数字信号幅度随时间连续变化幅度随时间连续变化的信号的信号例：正弦波信号、锯齿波信号等。例：正弦波信号、锯齿波信号等。幅度不随时间连续变幅度不随时间连续变化化,而是跳跃变化而是跳跃变化计算机中计算机中,时间和幅度都不连续时间和幅度都不连续,称为离称为离散变量散变量两类信号：两类信号：模拟信号模拟信号tV(t)tV(t)数字信号数字信号高电平高电平低电平低电平上跳沿上跳沿引言引言下跳沿下跳沿模拟电路与数字电路的区别模拟电路与数字电路的区别1 1、工作任务不同：、工作任务不同

2、： 模拟电路研究的是输出与输入信号之间的大小、模拟电路研究的是输出与输入信号之间的大小、相位、失真等方面的关系；数字电路主要研究的相位、失真等方面的关系；数字电路主要研究的是输出与输入间的逻辑关系因果关系。是输出与输入间的逻辑关系因果关系。 模拟电路中的三极管工作在线性放大区模拟电路中的三极管工作在线性放大区, ,是是一个放大元件一个放大元件；数字电路中的三极管工作在饱数字电路中的三极管工作在饱和或截止状态和或截止状态, ,起开关作用起开关作用。 因此，根本单元电路、分析方法及研究的范因此，根本单元电路、分析方法及研究的范围均不同。围均不同。2 2、三极管的工作状态不同：、三极管的工作状态不同

3、：模拟电路研究的问题模拟电路研究的问题引言引言根本电路元件根本电路元件: :根本模拟电路根本模拟电路: :晶体三极管晶体三极管场效应管场效应管集成运算放大器集成运算放大器 信号放大及运算信号放大及运算 ( (信号放大、功率放大）信号放大、功率放大） 信号处理（采样保持、电压比较、有源滤波）信号处理（采样保持、电压比较、有源滤波） 信号发生（正弦波发生器、三角波发生器、信号发生（正弦波发生器、三角波发生器、）数字电路研究的问题数字电路研究的问题根本电路元件根本电路元件引言引言根本数字电路根本数字电路逻辑门电路逻辑门电路触发器触发器 组合逻辑电路组合逻辑电路 时序电路（寄存器、计数器、脉冲发生器、

4、时序电路（寄存器、计数器、脉冲发生器、脉冲整形电路）脉冲整形电路） A/D A/D转换器、转换器、D/AD/A转换器转换器第一讲第一讲 电子电路设计根底电子电路设计根底 电子系统是指由电子元件和电子单元电路相互连接、相互作用电子系统是指由电子元件和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。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。1.1 概述概述1.1.1 模拟电子系统模拟电子系统 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，在一定的动态范围内可能任意取值。这些信号可以

5、是电量如电压、电流等，也可以是来自传感器的非电量如应变、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。图为低频功率扩音系统方框图，它由话筒、音频放大器、扬声器和电源组成。1.1.2 1.1.2 数字电子系统数字电子系统数字电子系统数字电子系统由由假假设设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假假设设干干个个子子系系

6、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表示。简单框图由图表示。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

7、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电子系简单地说，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中，完成对统称之为混合电子系统。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、测量、显示等功能，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。 测温电路是把温度的变化转化为微弱的电压信号。该电压信号经放大、滤波，送入模数转换电路，经A/D转换器把电压信号转换为与温度变化相应的数字编码信号。然后，微处理机系统根据水温控制模型

8、进行计算，得到相应的控制输出数字信号。该数字信号可控制电力电子电路的电流大小，从而调整水温上下。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 在全面分析电子系统任务书所下达的系统功能、技术指标后，根据已掌握的知识和资料，将总体系统功能合理的分解成假设干个子系统电路单元，并画出各个电路单元框图相互连接而形成的系统原理框图。电子系统总体方案的选择，直接决定电子系统设计的质量。在进行总体方案设计时，要多思考、多分析、多比较。要从性能稳定、工作可靠、电路简单、本钱低、功耗小、调试维修方便等方面，选择出最正确方案。2单元电路设计单元电路设计 在进行单元电路设计时

9、，必须明确对各单元电路的具体要求，详细拟定出单元电路的性能指标，认真考虑各单元之间的相互联系，注意前后级单元之间信号的传递方式和匹配，尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，并考虑到各单元电路的供电电源尽可能统一，以便使整个电子系统简单可靠。另外，尽量选择现有的、成熟的电路来实现单元电路的功能。有时找不到完全满足要求的现成电路，可在与设计要求比较接近的某电路根底上适当改进，或自己进行创造性设计。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。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参数。例如根据电压放大倍数的大小，可决定反响电阻的取值；根

10、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几点：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况，并留有适当的余量。情况，并留有适当的余量。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。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

11、的标标称称值值。电电阻阻值值一一般般在在1MW内内选选择择；非非电电解解电电容容器器一一般般在在100pF0.47mF选选择择；电电解解电电容容一一般般在在1mF2000mF范围内选用。范围内选用。4在在保保证证电电路路到到达达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、体积等。体积等。4元器件选择元器件选择 电子电路的设计就是选择最适宜的元器件，并把它们有机地组合起来。在确定电子元件时，应根据电路处理信号的频率范围、环境温度、空间大小、本钱上下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，可使电子电路可一

12、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开展，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不断开展，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、稳压电源设计时，已很少采用分立元器件进行设计了

13、，取而代之的是性能更稳定、工作更可靠、本钱更价廉的集成稳压器。工作更可靠、本钱更价廉的集成稳压器。 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的主要性能指标和特点，以便根据电路要求，对元件作出正确的选择。器的主要性能指标和特点，以便根据电路要求，对元件作出正确的选择。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

14、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、最最大大反反向工作电压、最高工作频率、最大消耗的功率等，确定元器件型号。向工作电压、最高工作频率、最大消耗的功率等，确定元器件型号。5计算机模拟仿真计算机模拟仿真 随着计算机技术的飞速开展，电子系统的设计方法发生了很大变化。目前，EDA电子设计自动化技术已成为现代电子系统设计的必要手段。在计算机工作平台上，利用EDA软件，可对各种电子电路进行调试、测量、修改，大大提高了电子设计的效率和精确度，同时节约了设计费用。目前常用的电子电路辅助分析、设计的常用软件有PSP

15、ICE、PROTEL、EWB电子工作台等。6实验实验 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异，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。假设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。7绘总体电路图绘总体电路图 总体电路图是在总框图、单元电路设计、参数计算和元器件选择的根底上绘制的，它是组装、调试、印刷电路板设计和维修的依据。目前绘电路图一般是在计算机上利用绘图软件完成。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

16、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上，并在各图所有端口两端标注上标号，依次说明各图纸之间的连线关系。纸上，并在各图所有端口两端标注上标号，依次说明各图纸之间的连线关系。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

17、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，在在方框内标出它的型号，在方框的边线两侧标出每根连线的功能和管脚号。方框内标出它的型号，在方框的边线两侧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；对于连接电源正极的连线，仅需标出电源的电压值即可。对于

18、连接电源正极的连线，仅需标出电源的电压值即可。1.3 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所谓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、状态表求出简化的经典法设计。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，最后用小规模电路实现。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。随着中、大规模集成电路的开展，实现比较复杂的数字系统变的比随着中、大规模集成电路的开展，实现比较复杂的数字系统变的比较方便，且便于调试、生产、维护，其设

19、计方法也非常灵活。例如较方便，且便于调试、生产、维护，其设计方法也非常灵活。例如目前正迅速普及的目前正迅速普及的ISP在系统编程可编程逻辑器件的出现，给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。硬件设计变得像软件一样易于数字系统设计带来了革命性的变化。硬件设计变得像软件一样易于修改，且要改变一个设计方案，通过设计工具软件在计算机上数分修改，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。这不仅扩展了器件的用途，缩短了系统的设计周期，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，而且还铲除了对器件单独编程的环节，省去了器件编程设备。而且还铲

20、除了对器件单独编程的环节，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 数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、被控电路和电源等。数字系统设计首先要做的是明确系统的任务、所要到达的技术性能、精度指标、输入输出设备、应用环境以及有哪些特殊要求等。设计者有时接到的课题比较笼统，有些技术问题要靠设计者的消化、分析与理解，特别要和课题提出者、系统使用者反复磋商，并在应用现场进行实地考察以后才能明确确实定下来。2确定总体方案确定总体方案 明确了系统性能以后，应考虑如何实现这些技术功能，即采用哪种电路来完成它。对于比较简单的系统，可采用中、小规模集成电路实现；对于输入逻辑变量

21、比较多、逻辑表达式比较复杂的系统，可采用大规模可编程逻辑器件完成；对于需要完成复杂的算术运算、进行多路数据采集、处理、控制的系统，可采用单片机系统实现。目前对于处理复杂的数字系统最正确方案是大规模可编程逻辑器件加单片机，这可大大简化设计本钱，提高可靠性。3逻辑功能划分逻辑功能划分 任何一个复杂的大系统都可以逐步划分成不同层次的较小的子系统。一般先将系统划分为信息处理和控制电路两局部；然后根据信息处理电路的功能要求将其分成假设干个功能模块。控制电路是整个数字系统的核心，它根据外部输入信号及受其控制的信息处理电路来的状态信号，产生受控电路的控制信号。常用的控制电路有如下三种：移位型控制器、计数型控

22、制器和微处理器控制器；一般根据完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 在全面分析各模块功能类型后，应选择出适宜的器件并设计出电路。在设计电路时，应充分考虑能否用ASIC器件实现某些逻辑单元电路，这样可大大简化逻辑设计，提高系统的可靠性和减小PCB体积。5系统电路综合系统电路综合 在各单元电路模块和控制电路到达预期要求以后，可把各个局部电路连接起来，构成整个电路系统，并对该系统进行功能测试。测试主要包含三局部工作：系统故障诊断与排除、系统功能测试、系统性能指标测试。假设系统有一项不符合要求，那么必须修改电路设计。6撰写设计文件撰写设计文件 在整个系统实验完成后，

23、应整理出如下的设计文件：完整的电路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。果、使用说明书等。 1.4 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 设计电路完成以后要进行电路的安装，一般采用印刷电路板、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及结结构构各各异异的的零零部部件件装装配配成成符符合合要要求求的的电电子子产产品品，一一套套根根本

24、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，保保证证装装配配质量。质量。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，以以保保证元器件的质量。证元器件的质量。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。集集成电路的方向要保持一致，以便正确布线和查线。成电路的方向要保持一致，以便正确布线和查线。4在在面面包包板板上

25、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用蓝蓝色色导导线线、地地线线采采用用黑黑色色导导线线、信号线采用黄色导线等。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路上。另外，选择导线粗细要适中，防止导线与面包板插孔之间接触不良。电路上。另外，选择导线粗细要适中，防止导线与面包板插孔之间接触不良。 6印刷电路板的设计原那么是性质相同的电路安排在一块板上

26、。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、绝缘盒、散热装置等。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、电电容容及及半半导导体体二二极极管管和和三极管。具有精度高，使用方便，应用广泛等特点三极管。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

27、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特点。在使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。等特点。在使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。 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情况况下下进进行行测测试试，那那么么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、方波等波形。方波等波形。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

28、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“W1档，或用数字万用表的“W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，一般步骤为：，分块调试，一般步骤为： 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，

29、是是否否闻闻到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，电电源源是是否否有有短短路路现现象象等等。如如有有异异常常，应应立立即即关关断断电电源源 ，待待故障排除前方可重新通电。故障排除前方可重新通电。 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。静静态态测测试试是是

30、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，经经深深入入分析后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。分析后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。 整整机机联联调调。各各单单元

31、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比比照照，找找出出问问题题及及解解决方法，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。决方法，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。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。一般认为，所谓智能型电子系统是指具有一定智能行为的系统。一般认为，一个智能型电子系统应具备数据采集

32、、处理、判断、分析和控制输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，以单片机为核心的智能控制系统，很出的能力等。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在一起，使问题得到很好的容易将计算机技术与测量控制技术结合在一起，使问题得到很好的解决。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。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

33、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，在充分调研的根底上，对产品的先根据产品研制的任务，在充分调研的根底上，对产品的先进性、可靠性、可维护性、性能价格比等技术指标进行综合进性、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、工作环境、外型尺寸、重量考虑，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。要求等。(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，选择单片机机型和电系统组成主要是根据目前市场上供货行情，选择单片机机型和电子元器件型号。一般要求是：子元器件型号。一般要求是： 机型的选

34、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；指标分配与框图构成。主要包括：系统功能的软、硬件划分；指标分配与框图构成。1系统功能的软、硬件划分系统功能的软、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一个单片机应用系统的硬件和软件之间有着密

35、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要求；在某些情况下，硬件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。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制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制要求所允许的时间范围并保证留有余量，以免系统不可靠；否那要求所允许的时间范围并保证留有余

36、量，以免系统不可靠；否那么那么必须设法将这局部的功能用硬件来实现。么那么必须设法将这局部的功能用硬件来实现。 另外也要根据本钱、可靠性和研制周期合理分配软、硬件。例另外也要根据本钱、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本钱，采用以软代硬；反如产品的批量大，就应着重考虑降低硬件本钱，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本钱。之，在小批量研制中，往往采用增加硬件以降低软件本钱。 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

37、提高可靠性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。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，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。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任务、要求在软、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假设干单元方框图构成一个总方框和条件，可

38、以用具有一定功能的假设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。图，并将系统的性能指标分配到各单元方框中去。3. 硬件电路设计硬件电路设计 硬件电路设计一般包括两局部内容：一是系统组成，也称系统硬件电路设计一般包括两局部内容：一是系统组成，也称系统扩展。如当扩展。如当ROM、RAM、I/O口等不能满足应用系统要求时，就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。二是接口扩展，也称系统配置。如系需要设计相应的扩展电路。二是接口扩展，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、统要求配置一定的外围设备，如键盘、显示器、A/D和和D/A转换器转换

39、器等，要设计出适宜的接口电路。硬件电路设计要遵循以下原那么：等，要设计出适宜的接口电路。硬件电路设计要遵循以下原那么：(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。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、模块化打下良好根底。件系统标准化、模块化打下良好根底。(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能要求的前提

40、下适当留有余地，以便方案更改或进行二次开发。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。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局部，可靠性设计及抗干扰设计是硬件系统设计不可缺少的一局部，它包括芯片、器件选择、去藕电路、印刷电路板布线、通道它包括芯片、器件选择、去藕电路、印刷电路板布线、通道屏蔽、隔离等措施。屏蔽、隔离等措施。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，有对

41、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。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那么。设计一个好的应用软件，应考虑如下的一些设计原那么。(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) 各功能子程序应实现模块化、子程序化，以便于调试、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。连接、移植和修改。(3) 程序存储区、数据存储区应合理规划，做到既节约内存程序

42、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。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。运行结果以及运行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。高系统的可靠性。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

43、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。 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

44、无关的电路或芯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接起来，既可进入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：调试状态。调试的主要内容有： 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、正常，应考虑程序存储器芯片是否损坏，或数据线、地址线、片选线或片选线或 RD控制线是否

45、有错位、开路、短路或连接不正确。控制线是否有错位、开路、短路或连接不正确。 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。假设写入与读出内容不一样，那么有故障。 I/O接口和接口和I/O设备设备 对于对于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

46、口控制存所连设备的状态；对于可编程接口，先将控制字写入接口控制存放器，再用读放器，再用读/写命令来检查对应状态。写命令来检查对应状态。 整机联调整机联调1.5 设计报告论文的编写设计报告论文的编写 设计报告是设计工作的起点，又是设计全过程的总结；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。从设计报告中可以反映出设计人员的知识水平和层次。以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助设计成果；画出整机电路图；测试仪波形分析以及计算机辅助设计成果；画出整机电路图；测试仪器及方法选择；测试数据及结果的分析与处理；列写参考资料器及方法选择；测试数据及结果的分析与处理；列写参考资料目录。当然，对于一个具体的设计报告不一定严格安上述要求。目录。当然，对于一个具体的设计报告不一定严格安上述要求。