內容簡介
本書是為高等學校電子信息類專業編寫的一本綜合性電子設計的實踐類教材。
以電子系統設計方法為主線，將模擬系統設計、數字系統設計、單片機套用系統設計，以及感測器與控制等相關技術融為一體，培養學生綜合電子系統的設計能力，以適應電子資訊時代對相關專業學生知識結構與實踐能力的要求。
本書結構新穎，內容豐富，系統性強，注重理論與實踐相結合及選材的先進性，著力加強實踐性與工程性訓練，例題和實驗課題具有實用性和層次性。
本書除用於高等院校電子信息類各相關專業的教材外，還可作為大學生課外電子製作、電子設計競賽和相關工程技術人員的實用參考書與培訓教材。
編輯推薦
《綜合電子系統設計與實踐》：國防特色教材·電子科學與技術
目錄
第1章 電子系統設計方法
1.1 電子系統概述
1.2 電子系統設計方法
1.2.1 電子系統設計的一般方法
1.2.2 電子系統設計的一般步驟
1.2.3 EDA工具在電子系統設計中的作用
1.3 典型電子系統舉例
第2章 常用感測器及其在電子系統中的套用
2.1 感測器概述
2.1.1 感測器及其種類
2.1.2 感測器的特性
2.1.3 感測器的激勵與調理
2.1.4 感測器的發展趨勢
2.2 溫度感測器
2.2.1 常用溫度感測器
2.2.2 集成單片溫度感測器
2.2.3 溫度感測器套用電路
2.3壓力感測器
2.3.1壓力感測器種類與原理
2.3.2壓力感測器的選用
2.3.3壓力感測器套用舉例
2.4 霍爾感測器
2.4.1 線性霍爾電路
2.4.2 開關型霍爾感測器
2.4.3 霍爾電路的套用
2.5 光電感測器
2.5.1 常用光敏器件
2.5.2 光電感測器套用
2.5.3 光電耦合器件及其套用
習題與思考題
第3章 模擬系統設計
3.1 模擬信號產生電路
3.1.1 LC正弦波振盪電路
3.1.2 單片函式發生器MAX038及其套用電路
3.1.3 鎖相頻率合成電路
3.1.4DDS信號發生器及其典型器件套用
3.2 模擬信號的常用處理電路
3.2.1 集成運算放大器及其典型參數
3.2.2 集成運算放大器的套用
3.2.3儀表放大器及其典型套用
3.2.4 濾波器及其設計
3.3 模擬信號變換電路
3.3.1 電壓比較器及其套用
3.3.2 電壓/頻率與頻率/電壓變換器及其套用
3.3.3 電壓/電流變換器和電流/電壓變換器
3.4 電路仿真在模擬系統設計中的套用
3.4.1 常用仿真工具介紹
3.4.2 Multisim的功能與基本用法
3.4.3 典型電路分析舉例
3.5 模擬系統設計舉例
3.5.1 相關基礎知識
3.5.2 單片式調頻收音機的製作
習題與思考題
第4章 數字系統設計
4.1 數字系統設計方法
4.1.1 算法流程圖與算法設計
4.1.2 數據處理單元設計
4.1.3 ASM圖與控制單元設計
4.2 硬體描述語言及其套用
4.2.1 VHDL基本結構
4.2.2 數據對象、類型及運算符
4.2.3 順序語句
4.2.4 並行語句
4.2.5 子程式
4.2.6 程式包與設計庫
4.2.7 典型單元電路的VHDL描述
4.3 高密度可程式邏輯器件
4.3.1 可程式邏輯器件的基本原理
4.3.2複雜可程式邏輯器件（CPLD）
4.3.3 現場可程式門陣列（FPGA）
4.3.4 CPLD/FPGA編程技術
4.3.5 常用可程式邏輯器件及其開發工具
4.3.6 CPLD/FPGA設計工具QuartusⅡ
4.4 數字系統設計實例
4.4.1 系統設計
4.4.2 功能描述
4.4.3 邏輯綜合與仿真
習題與思考題
第5章 以單片機為核心的智慧型型電子系統設計
5.1 概述
5.1.1 單片機與嵌入式系統
5.1.2 51單片機簡介
5.2 MSP430單片機的硬體組成
5.2.1 MSP430單片機概述
5.2.2 MSP430單片機的核心部件
5.2.3 MSP430單片機的連線埠
5.2.4 MSP430單片機的定時器TA
5.2.5 MSP430單片機的液晶驅動
5.2.6 MSP430單片機的模/數轉換器ADC
5.3 MSP430單片機的指令系統與程式設計
5.3.1 定址模式
5.3.2 指令格式
5.3.3 彙編語言程式設計
5.3.4 C語言程式設計基礎
5.3.5 MSP430單片機開發環境
5.4 MSP430單片機套用系統擴展設計
5.4.1 單片機最小系統
5.4.2 鍵盤設計
5.4.3 顯示系統設計
5.4.4 測量接口電路
5.4.5 常用驅動電路接口
5.5 基於單片機的控制方法
5.5.1 概述
5.5.2 脈寬調製控制方法
5.5.3 PID控制方法
5.5.4 模糊控制方法
5.6 單片機套用系統設計舉例
5.6.1 系統設計
5.6.2 系統時鐘
5.6.3 走時時鐘的調整
5.6.4 打鈴控制時間的設定
5.6.5 打鈴輸出控制
習題與思考題
第6章 綜合電子系統設計實例
6.1 數字溫度計
6.1.1 設計任務和要求
6.1.2 方案設計及論證
6.1.3 設計實現
6.1.4 系統調試
6.2 水溫控制系統
6.2.1 設計任務和要求
6.2.2 參考設計方案
6.2.3 主要硬體電路設計
6.2.4 系統控制算法及軟體設計
6.2.5 進一步的設計
6.3 信號發生器
6.3.1 設計任務和要求
6.3.2 參考設計方案
6.3.3 進一步的設計
6.4 寬頻放大器
6.4.1 設計任務和要求
6.4.2 參考設計方案
6.4.3 理論分析與參數計算
6.4.4 主要模組的電路設計
6.4.5 抗干擾措施
6.4.6 軟體設計及流程圖
6.4.7 進一步的設計
6.5 車輛自動檢測器
6.5.1 功能與指標
6.5.2 系統設計
6.5.3 硬體電路設計
6.5.4 測頻方案及其原理
6.5.5 軟體流程
6.5.6 進一步的設計
6.6 數字存儲示波器
6.6.1 功能與指標
6.6.2 系統設計
6.6.3 硬體電路設計
6.6.4 軟體流程
6.6.5 進一步的設計
6.7 簡易邏輯分析儀
6.7.1 功能與指標
6.7.2 系統設計
6.7.3 硬體電路設計
6.7.4 軟體設計
6.7.5 進一步的設計
6.8 數控直流穩壓電源
6.8.1 任務及要求
6.8.2 功能與指標分析
6.8.3 方案分析與系統設計
6.8.4 硬體電路設計
6.8.5 軟體設計
6.9韋根感測器篩選器
6.9.1 功能與指標分析
6.9.2 方案分析與系統設計
6.9.3 硬體電路設計
6.9.4 軟體設計
附錄 電子設計網站
參考文獻
序言
人類社會已步入資訊時代，電子信息技術滲透到社會生活的各個方面，尤其是在國防領域，電子技術水平直接關係到武器裝備效能、國防實力和國家安全。因此，培養具有綜合電子系統設計能力與創新素質的人才對國防戰線具有特別重要的意義。
電子系統是信息技術的載體與基礎。學生在全面掌握理論知識的同時，還必須具備對電子電路與電子系統的設計能力。
電子系統一般可分為數字系統、模擬系統和基於微控制器的智慧型化系統。實際工程項目往往是綜合性的電子系統，既有非電量轉換為電參量的感測器和進行信號調理的模擬電路，又有模/數與數/模轉換器、邏輯電路和微控制器，還可能涉及控制算法和繼電器（可控矽）等強電執行機構。
作為綜合實踐性教材，本書的先修課程包括模擬電子線路、數字電路、單片機原理等。因此，在內容編排上，為避免與先修課程和教材重複，本教材就系統設計中涉及的重點問題展開討論，如常用感測器及其套用，模擬信號發生、處理與變換電路，數字系統設計方法、硬體描述語言與可程式邏輯器件套用，SoC型MSP430單片機及軟體編程，常用控制算法與驅動電路等。
本書的例題和實驗課題貼近生活和工程實際，具有實用性和趣味性，便於調動學生學習和動手的積極性。實驗課題的難易程度循序漸進，並且每道題目在功能與指標上分為基本要求和提高要求，以便因材施教。
全書共分6章。第1章介紹電子系統分類及特點、電子系統一般設計方法與步驟。第2章介紹感測器種類及特性，以及常用溫度感測器、壓力感測器、霍爾感測器、光電感測器及其套用電路。第3章討論常用模擬信號產生、調理與變換電路，Multisim 10.0基本用法與典型套用，最後以調頻收音機作為模擬系統設計實例。第4章闡述了由算法設計、數據處理單元設計和控制單元設計構成的數字系統設計方法，介紹了硬體描述語言VHDL和可程式邏輯器件，以及Quartus Ⅱ 8.0的基本用法，最後以交通管理器作為數字系統設計的實例。
文摘
插圖：
③儘可能縮短高頻元器件之間的連線，設法減小分布參數和相互之間的電磁干擾。易受其干擾的元器件不能離干擾源太近，輸入與輸出元器件都應該遠離高頻元器件。
④重量大於15g的電子元器件如果僅靠電路板上的導線焊盤固定是不可靠的。應該使用支架或卡子等專門固定這些較重的元器件。否則容易使電路板變形，更可能導致連線線斷裂，影響電路板的預期功能。
⑤對於發熱量大的元器件應該使用散熱器或靠近通風口的地方安裝。如果器件的發熱得不到妥善處理，將嚴重影響元器件的性能，而最終影響整個系統的性能。
設計出了正確和可靠的電路板之後，還要考慮電路板對其他設備的影響，要儘可能將影響降低到最小，即電磁兼容性能要好。一般要注意下列事項：
根據具體情況設定禁止線、禁止罩或禁止盒，減少電磁輻射。
電源線、地線要粗，以減少反射。
在印刷電路板上沒有走線的地方，儘量敷上大量的銅並連線到地。
除上述步驟外，電子系統設計還包括機械結構設計和整機組裝與聯調。前者的目的是使系統各部分能組成一個整體，保證系統能穩定、可靠的工作，需要考慮散熱、電磁兼容等問題。後者是在各模組功能調試完成後，對系統整體的功能與性能進行調整和測試。
如果要設計片上系統SoC（System on Chip），即設計一個積體電路來實現整個電子系統，就無需PCB設計及後續其他設計，而改為物理級設計，即積體電路版圖設計。
本書將主要針對系統設計、功能設計和電路設計等環節展開討論，其他設計環節可以參閱相關書籍和資料。
1.2.3 EDA工具在電子系統設計中的作用
複雜電子系統的設計，涉及面廣，設計工作量大，完全依靠手工設計，不僅設計周期長，而且易出錯、性能難以最佳化提高。因此，現代電子系統設計過程中，非常注重電子設計自動化EDA（Electronic Design Automation）工具的套用。
1.EDA技術的發展狀況
電子設計自動化是一個廣泛的概念，凡在電子設計過程中用到計算機輔助手段的相關步驟都可作為EDA的組成部分。當前，EDA技術正受到高度的重視和廣泛的套用，並在深度和廣度上不斷發展。電子系統的設計已經無法脫離EDA工具的支持，並且依賴性越來越強。
電子設計的歷史可以追溯到19世紀。但直到20世紀50年代，電子設計一直都完全採用手工方法。因此，當時的設計效率和設計水平較低。
