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第1章　电子系统设计导论1

1.1　电子系统概述1

1.1.1 电子系统的构成1

1.1.2　电子系统设计的基本原则1

1.1.3 电子系统的设计方法2

1.2　电子系统设计流程2

1.2.1 以模拟器件为核心的电子系统设计流程2

1.2.2　以标准数字集成电路为核心的电子系统设计流程5

1.2.3 以MPU和MCU为核心的电子系统设计流程6

1.2.4 以PLD为核心的电子系统设计流程6

1.2.5 以ASIC为核心的电子系统设计流程8

1.2.6　以SoC为核心的电子系统设计流程10

第2章　传感器12

2.1　传感器概述12

2.1.1　传感器的组成12

2.1.2　传感器的分类12

2.1.3　传感器的参数13

2.2　温度传感器15

2.2.1　热敏电阻器15

2.2.2　铂热电阻16

2.2.3　AD590绝对温度——电流传感器16

2.2.4　LM35/45摄氏温度-电压传感器19

2.3　光传感器21

2.3.1　光敏器件21

2.3.2　热释电人体红外传感器22

2.4　其他传感器25

2.4.1　压敏电阻器25

2.4.2　霍尔传感器25

2.4.3　气敏传感器27

第3章　放大器29

3.1　放大器概述29

3.2　分立元件放大器设计29

3.2.1　三极管放大器的设计30

3.2.2　场效应管放大器的设计33

3.3　集成运算放大器35

3.3.1　常用运放的分类及其参数35

3.3.2　集成运放的选择原则38

3.3.3　集成运放的应用技术39

3.4　集成放大器设计44

3.4.1　简单电压放大器设计44

3.4.2　双电源交流电压放大器44

3.4.3　单电源交流电压放大器45

3.4.4　前置放大器设计45

3.4.5　差动放大器46

3.4.6　功率放大器设计47

3.4.7　高频放大器设计49

3.5　仪用放大器52

3.5.1　概述52

3.5.2　AD526可编程仪用放大器52

3.6　隔离放大器54

3.6.1　概述54

3.6.2　ISO130隔离放大器54

3.7　采样保持放大器56

3.7.1　概述56

3.7.2　高速双极性采样保持放大器SHC532056

第4章　滤波器58

4.1　滤波器的分类58

4.1.1　无源滤波器58

4.1.2　有源滤波器58

4.2　有源滤波器设计原理60

4.2.1　巴特沃思滤波器61

4.2.2　切比雪夫滤波器62

4.2.3　贝塞尔滤波器62

4.3　常用有源滤波器的设计实例62

4.3.1　低通滤波器的设计62

4.3.2　高通滤波器的设计65

4.3.3　带通滤波器的设计66

4.3.4　带阻滤波器的设计67

4.4　集成有源滤波器68

4.4.1　常用集成滤波器原理68

4.4.2　TLC14集成开关电容滤波器68

4.5　可编程模拟器件69

4.5.1　可编程模拟器件概述69

4.5.2　在系统可编程模拟电路的结构69

4.5.3　滤波器设计71

第5章　变换器74

5.1　模数转换器74

5.1.1　模数转换器概述74

5.1.2　ADC的主要技术指标78

5.1.3　ADC选择原则78

5.1.4　ADC0808/ADC0809模数转换器79

5.2　数模转换器81

5.2.1　数模转换器概述81

5.2.2　DAC的分类83

5.2.3　DAC的技术指标85

5.2.4　DAC的选择原则85

5.2.5　DAC0832数模转换器87

5.3　电流／电压变换器91

5.4　压频转换器和频压转换器93

5.4.1　概述93

5.4.2　LMx31系列V/F、F/V转换器93

第6章　可编程逻辑器件98

6.1　可编程逻辑器件概述98

6.1.1　可编程逻辑器件的特点98

6.1.2　可编程逻辑器件的分类99

6.1.3　可编程逻辑器件的电路表示法99

6.1.4　可编程元件101

6.2　简单的可编程逻辑器件102

6.2.1　PROM的PLD表示法102

6.2.2　可编程阵列逻辑器件103

6.2.3　可编程通用阵列逻辑器件104

6.3　复杂的可编程逻辑器件（CPLD）107

6.3.1　CPLD的基本结构107

6.3.2　MAX7000系列器件结构108

6.4　现场可编程门阵列113

6.4.1　现场可编程门阵列的基本原理113

6.4.2　FLEX 10K系列器件结构113

6.5　并口下载电缆ByteBlaster的原理电路及使用121

6.5.1　ByteBlaster外形122

6.5.2　ByteBlaster内部电路与信号定义122

6.5.3　ByteBlaster编程配置方式123

6.6　FPGA/CPLD产品概述125

6.6.1　Lattice公司的CPLD系列125

6.6.2　Xilinx公司的FPGA和CPLD系列127

6.6.3　Altera公司的FPGA和CPLD系列128

第7章　EDA设计软件131

7.1　MAX+plus Ⅱ使用简介131

7.1.1　MAX+plus Ⅱ概述131

7.1.2　使用MAX+plus Ⅱ软件的开发流程132

7.1.3　MAX+plus Ⅱ管理器窗口133

7.2　MAX+plus Ⅱ操作示例133

7.2.1　指定设计项目名称133

7.2.2　生成一个新的原理图文件134

7.2.3　编译设计项目136

7.2.4　功能仿真和时序仿真139

7.2.5　进行芯片的延时分析142

7.2.6　分配芯片的引脚142

7.2.7　下载配置文件到芯片143

7.3　QUARTUS Ⅱ软件综述144

7.3.1　QUARTUS Ⅱ软件的特点及支持的器件144

7.3.2　QUARTUS Ⅱ的集成工具及其基本功能144

7.4　ispEXPERT使用简介146

7.4.1　使用ispEXPERT进行原理图输入146

7.4.2　编译和仿真149

7.4.3　设计电路下载到器件151

7.5　ISE软件综述152

7.5.1　ISE软件的特点及支持的器件152

7.5.2　ISE 5.x的集成工具及其基本功能153

第8章　硬件描述语言VHDL157

8.1　概述157

8.2　VHDL程序结构157

8.2.1　VHDL程序的基本结构157

8.2.2　实体158

8.2.3　结构体160

8.2.4　配置161

8.3　VHDL的设计资源162

8.3.1　库162

8.3.2　程序包164

8.4　数据对象、数据类型及操作符165

8.4.1　VHDL文字166

8.4.2　VHDL数据对象167

8.4.3　VHDL数据类型169

8.4.4　VHDL操作符175

8.4.5　属性描述与定义语句178

8.4.6　VHDL描述方式181

8.5　VHDL顺序语句183

8.5.1　赋值语句183

8.5.2　转向控制语句185

8.5.3　等待语句186

8.5.4　子程序调用语句187

8.5.5　返回语句187

8.5.6　空操作语句187

8.5.7　其他语句188

8.6　VHDL并行语句188

8.6.1　进程语句189

8.6.2　块语句191

8.6.3　并行信号赋值语句192

8.6.4　并行过程调用语句193

8.6.5　元件例化语句194

8.6.6　生成语句195

8.7　子程序196

8.7.1　函数196

8.7.2　重载函数197

8.7.3　过程197

8.7.4　重载过程198

第9章 电子系统的可靠性和电磁兼容性设计199

9.1　概述199

9.2　可靠性涉及的性能指标200

9.3　电子系统可靠性设计方法201

9.3.1 电子系统硬件可靠性设计202

9.3.2　常用元器件的可靠性分析203

9.3.3　提高电子系统可靠性的具体措施204

9.4　嵌入式软件的可靠性设计205

9.4.1　软件可靠性与硬件可靠性的区别206

9.4.2　影响软件可靠性的因素206

9.4.3　提高软件可靠性的方法和技术206

9.4.4　软件产品的可靠性评估208

9.4.5　嵌入式软件的可靠性设计209

9.5　可靠性管理211

9.6　电磁兼容的基本原理212

9.6.1 电磁兼容的定义212

9.6.2　电磁兼容的常用术语213

9.6.3　常见的电磁兼容性问题213

9.6.4　电磁环境特性214

9.6.5　电磁耦合的途径215

9.7　提高电磁兼容性的措施215

9.7.1　消除地电位不均匀215

9.7.2　接地散热器的处理216

9.7.3　时钟源的电源滤波方法216

9.7.4　集成电路的辐射考虑217

9.7.5　旁路和去耦217

9.8　信号完整性与串扰218

9.8.1　信号完整性要求218

9.8.2　反射和衰减振荡219

9.8.3　计算电长走线219

9.8.4　串扰220

9.9　基于电磁兼容技术的多层PCB布线设计221

9.9.1　20-H法则和3-W法则221

9.9.2　PCB的合理分层和布局原则221

9.10　接地223

9.10.1　接地的种类223

9.10.2　接地方式224

9.10.3　接地电阻225

9.10.4　接地布局226

9.11　电磁兼容性的其他措施226

第10章　电子系统工艺227

10.1　焊接工艺227

10.1.1　焊接的基础知识227

10.1.2　手工焊接技术229

10.1.3　工业生产中的焊接技术232

10.2　印制电路板234

10.2.1　印制电路板基础234

10.2.2　印制电路板的设计和制作235

10.3　印制电路板设计软件239

10.3.1　Altium公司的历史239

10.3.2　Protel 99简介240

10.3.3　Protel 99设计步骤240

10.3.4　Protel 99原理图设计240

10.3.5　Protel 99 PCB设计247

10.3.6　AltiumDesigner 6.x简介250

10.4　电子产品装配与调试252

10.4.1　装配基础工艺252

10.4.2　表面贴装技术253

10.4.3　电子产品的调试256

10.5　电子产品的老化和环境试验257

10.5.1 电子产品的老化257

10.5.2　电子产品的环境试验方法257

第11章　单元电路设计实例260

11.1　线性集成运放组成的稳压电源设计260

11.1.1　概述260

11.1.2　设计内容及要求260

11.1.3　初步确定电路260

11.1.4　元件及参数选择261

11.1.5　稳压电源调试265

11.1.6　稳压电路指标测试266

11.2　可编程稳压电源设计267

11.2.1　数码开关设置型直流稳压电源267

11.2.2　开关设置数码显示程控稳压电源268

11.2.3　D/A转换程控电源269

11.2.4　步进程控稳压电源270

11.3　PLD基础应用设计实例271

11.3.1　数据选择器的原理图设计271

11.3.2　ALU的原理图设计272

11.3.3　键盘扫描译码显示电路的原理图设计274

11.3.4　LED动态译码显示电路的VHDL语言设计276

11.4　数字钟设计278

11.4.1　设计内容和要求279

11.4.2　数字钟电路的EWB设计方案279

11.4.3　数字钟电路的PLD设计方案281

第12章　收音机设计实例与装焊284

12.1　无线电广播284

12.1.1　无线电波的波长、频率与波段划分284

12.1.2　无线电波的发射285

12.1.3　超外差收音机286

12.2　超外差收音机的设计287

12.2.1　输入回路287

12.2.2　变频电路294

12.2.3　中频放大器297

12.2.4　检波与自动增益控制电路301

12.2.5　低频放大电路306

12.3　集成AM/FM收音机的原理、装焊和调试307

12.3.1　CXA1191M引脚功能307

12.3.2　CXA1191M电原理图308

12.3.3　调幅（AM）电路的基本工作原理309

12.3.4　调频（FM）电路的基本工作原理309

12.3.5　集成AM/FM收音机的装焊310

12.3.6　静态调试310

12.3.7　动态调试（交流调试）311

12.3.8　元器件清单313

第13章　数字万用表设计实例与装焊315

13.1　数字万用表设计实例315

13.1.1　数字万用表A/D译码驱动显示部分315

13.1.2　数字万用表的电阻、电流、电压测试部分318

13.1.3　数字万用表的频率、电容、电感及电桥测量部分321

13.2　集成数字万用表装配调试326

13.2.1　M-830B主要技术指标和测量范围326

13.2.2　M-830B注意事项及使用方法327

13.2.3　M-830B的电路原理图328

13.2.4　M-830B的安装330

13.2.5　检验LCD333

13.2.6　故障原因与处理方法333

13.2.7　各参量测试334

第14章 电子系统综合设计实例336

14.1　交通灯设计336

14.2　密码锁设计340

14.3　数字频率计344

14.4　温度控制系统的设计351

14.4.1　测温和恒温控制器351

14.4.2　采用铂热电阻设计的温度控制系统355

14.4.3　采用AD590设计的温度控制系统364

14.5　简易数字存储示波器366

14.5.1　方案论证与比较367

14.5.2　主要电路的设计、分析与计算370

14.5.3　单片机设计的程序流程图372

14.5.4　总体设计电路图373

14.5.5　测试方法与测试数据375

14.5.6　设计发挥375

附录A　掌宇CIC310 CPLD/FPGA开发系统使用简介376

参考文献382