文档介绍：§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。
信息处控制
输入理和控输出对象
现场信息
电路制电路电路或负
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。
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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
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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