电子电路设计第一讲

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1、电子电路设计电子电路设计石家庄铁道学院四方学院电气系主讲：王振玉邮箱： 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。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信号的特点是，在时间上和幅值上均是连续的，在一定

2、的动态范围内可能任意取值。这些信号可以是电量（如电压、电流等），也可以是来自传感器的非电量值。这些信号可以是电量（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（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。图路、滤波电路、信号变换电路、驱动电路等。图1.1.1为低频功率扩音系统方框图，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。它由话筒、音频放大器、扬声器和电源组成。话筒放大器喇叭1.1.2 数字电子系统数字电子系统 由若干数字电路和逻辑部件

3、组成，处理及传送数字信号的设备称为由若干数字电路和逻辑部件组成，处理及传送数字信号的设备称为数字系统。数字信号的特点是不随时间作连续变化。一个复杂的数字电数字系统。数字信号的特点是不随时间作连续变化。一个复杂的数字电子系统可分解为控制器加若干个子系统。这些子系统完成的逻辑功能比子系统可分解为控制器加若干个子系统。这些子系统完成的逻辑功能比较单一，一般由中、大规模集成电路实现，如存储器、译码器、数据选较单一，一般由中、大规模集成电路实现，如存储器、译码器、数据选择器、加法器、比较器、计数器等。数字电子系统中必须要有控制器，择器、加法器、比较器、计数器等。数字电子系统中必须要有控制器，控制器的主要

4、功能是来管理各个子系统之间的互相操作，使它们有条不控制器的主要功能是来管理各个子系统之间的互相操作，使它们有条不紊地按规定的顺序操作。紊地按规定的顺序操作。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统称之为混合简单地说，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，完成对如温度、压力、流量、速度等电子系统。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，需要模拟物理量的控制、测量、显示等功

5、能，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。加热炉温度检测信号处理采样保持A/D变换计算机控制D/A变换功率控制 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、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进行计算，得到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，从而调整水控制输出

6、数字信号。该数字信号可控制电力电子电路的电流大小，从而调整水温高低。温高低。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若干个子系统（电路单元），并的知识和资料，将总体系统功能合理的分解成若干个子系统（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

7、进行总体方案设计时，要多思考、多选择，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、成本低、功耗小、调试分析、多比较。要从性能稳定、工作可靠、电路简单、成本低、功耗小、调试维修方便等方面，选择出最佳方案。维修方便等方面，选择出最佳方案。在进行单元电路设计时，必须明确对各单元电路的具体要求，详细拟定出在进行单元电路设计时，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

8、用电平转换之类的接口电路，并考虑到各单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基础上适当改进，或自己进行创造性设计。路，可在与设计要求比较接近的某电路基础上适当改进，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。为了

9、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。2单元电路设计单元电路设计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，可决定反馈电阻的取值；器件的参数。例如根据电压放大倍数的大小，可决定反馈电阻的取值；根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根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

10、应根据元器件性能、价格、体积、通用性和货源等方面灵活的，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：选择。计算电路参数时应注意以下几点：（1）在计算元器件工作电流、电压和功率等参数时，应考虑工作条件最不利）在计算元器件工作电流、电压和功率等参数时，应考虑工作条件最不利的情况，并留有适当的余量。的情况，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）对于电阻、电容参数的取值，应选计算值附近的标称值。电阻值一般）对于电阻、电容参数的取值，应选

11、计算值附近的标称值。电阻值一般在在1MW内选择；非电解电容器一般在内选择；非电解电容器一般在100pF0.47mF选择；电解电容一般选择；电解电容一般在在1mF2000mF范围内选用。范围内选用。（4）在保证电路达到功能指标要求的前提下，尽量减少元器件的品种、价）在保证电路达到功能指标要求的前提下，尽量减少元器件的品种、价格、体积等。格、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合适的元器件，并把它们有机地组合起来。电子电路的设计就是选择最合适的元器件，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、在确定电子元件时，应根据电路处理信号

12、的频率范围、环境温度、空间大小、成本高低等诸多因素全面考虑。具体表现为：成本高低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。）一般优先选择集成电路。由于集成电路体积小、功能强，可使电子电路可靠性增强，安装调试方便，可大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不断发展，适用于各种场合下的集成大简化电子电路的设计。如随着模拟集成技术的不断发展，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

13、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、工作更可靠、成本更价廉的集成稳压器。设计了，取而代之的是性能更稳定、工作更可靠、成本更价廉的集成稳压器。（2）电阻器和电容器是两种最常用的元器件，它们的种类很多，性能相差也比）电阻器和电容器是两种最常用的元器件，它们的种类很多，性能相差也比较大，应用的场合也不同。因此，对于设计者来说，应该熟悉各种电阻器和电较大，应用的场合也不同。因此，对于设计者来说，应该熟悉各种电阻器和电容器的主要性能指标和特点，以便根据电路要求，

14、对元件作出正确的选择。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。（3）分立半导体元件的选择。首先要熟悉它们的功能，掌握它们的应用范围；）分立半导体元件的选择。首先要熟悉它们的功能，掌握它们的应用范围；根据电路的功能要求和元器件在电路中的工作条件，如通过的最大电流、最大根据电路的功能要求和元器件在电路中的工作条件，如通过的最大电流、最大反向工作电压、最高工作频率、最大消耗的功率等，确定元器件型号。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。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发展，电子系统的设计方法发生了很大变化。目前，随着计算机技术的飞

15、速发展，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（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、设计的常用软件有辅助分析、设计的常用软件有PSPICE、PROTEL、EWB（电子工作台）等。（电子工作台）等。电子设计要考虑的因素和问题

16、相当多，由于电路在计算机上进行模拟时采用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别，所以对经计算机仿真过的电路，还要元器件的参数和模型与实际器件有差别，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。若性能指标达不到要求，进行实际实验。通过实验可以发现问题、解决问题。若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。满足性能指标为止。6实验实验7绘总体电路图绘总体电路图 总体电路图是

17、在总框图、单元电路设计、参数计算和元器件选择的基础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基础上绘制的，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：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）总体电路图尽可能画在同一张图纸上；同时注意信号的流向，一般从输入）总体电路图尽可能画在同一张图纸上；同时注意信号的流向，一般从输入端画起，由左至右或由上至下按信号的流向依次画出各单元电路；对于电路图端画起，由左至右或由上至

18、下按信号的流向依次画出各单元电路；对于电路图比较复杂的，应将主电路图画在一张图上，而将其余的单元电路画在一张或数比较复杂的，应将主电路图画在一张图上，而将其余的单元电路画在一张或数张图纸上，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张图纸上，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。系。（3）连线一般画成水平线和垂直线，并尽可能减少交叉和拐弯。对于相互交）连线一般画成水平线和垂直线，并尽可能减少交叉和拐弯。对于相互交叉的线，应在交叉处用圆点标出。对于连接电源负极的连线，一般用接地符号叉的线，应在交叉处用圆点标出。对于连接电源负极的连线，一般用接地符号表示；对

19、于连接电源正极的连线，仅需标出电源的电压值即可。表示；对于连接电源正极的连线，仅需标出电源的电压值即可。（2）注意总体电路图的紧凑和协调，要求布局合理，排列均匀。图中元器件）注意总体电路图的紧凑和协调，要求布局合理，排列均匀。图中元器件的符号应标准化，元件符号旁边应标出型号和参数。集成电路通常用方框表示，的符号应标准化，元件符号旁边应标出型号和参数。集成电路通常用方框表示，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。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。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

20、较小的数字系统可采用所谓经典法设计。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、状态表求出简化的逻辑表达式，画出逻辑图、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。逻辑电路图，最后用小规模电路实现。例如：目前正迅速普及的例如：目前正迅速普及的ISP（在系统编程）可编程逻辑器件的出现，给数字（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修改，且要改变一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

21、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，而且还根除了对器件单独编程的环节，省去件的用途，缩短了系统的设计周期，而且还根除了对器件单独编程的环节，省去了器件编程设备。了器件编程设备。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、所要达到的技术性能、源等。数字系统设计首先要做的是明确系统的任务、所要达到的技术性能、精度指标、输入输出设备、应用环境以及有哪些特殊要

22、求等。设计者有时接精度指标、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的确定下来。明确的确定下来。1充分分析系统功能要求充分分析系统功能要求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。对于比较简单的系功能，即采用哪种电路

23、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；对于输入逻辑统，可采用中、小规模集成电路实现；对于输入逻辑变量比较多、逻辑表达式比较复杂的系统，可采用大变量比较多、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用单片机系统实现。目前对于处理复杂的数字系统最佳方案是大规模可编程逻辑器件加单片机，这可大大佳方案是大规模可编程逻辑器件加单片机，这可大大简化设计成本，提高可靠

24、性。简化设计成本，提高可靠性。3逻辑功能划分逻辑功能划分 一般先将系统划分为信息处理和控制电路两部一般先将系统划分为信息处理和控制电路两部分；然后根据信息处理电路的功能要求将其分成若分；然后根据信息处理电路的功能要求将其分成若干个功能模块。控制电路是整个数字系统的核心，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、计数型控制器制电路有如下三种：移位型控制器、计数型控制器和微处理器控制器；一般

25、根据完成控制对象的复杂和微处理器控制器；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，应选择出合适的在全面分析各模块功能类型后，应选择出合适的器件并设计出电路。在设计电路时，应充分考虑能器件并设计出电路。在设计电路时，应充分考虑能否用否用ASICASIC器件实现某些逻辑单元电路，这样可大大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简化逻辑设计，提高系统的可靠性和减小PCBPCB体积。体积。在各单元电路模块和控制电路达到预期要求在各单元电路模块和控制电路达到预期要求以后，可把各

26、个部分电路连接起来，构成整个电以后，可把各个部分电路连接起来，构成整个电路系统，并对该系统进行功能测试。测试主要包路系统，并对该系统进行功能测试。测试主要包含三部分工作：系统故障诊断与排除、系统功能含三部分工作：系统故障诊断与排除、系统功能测试、系统性能指标测试。若系统有一项不符合测试、系统性能指标测试。若系统有一项不符合要求，则必须修改电路设计。要求，则必须修改电路设计。5系统电路综合系统电路综合 在整个系统实验完成后，应整理出如下的设计文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

27、试结果、使用说明书等。元器件清单、功能与性能测试结果、使用说明书等。6撰写设计文件撰写设计文件1.4 电子系统的安装和调试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：面包板，在进行安装时注意以下方面：（1 1）准备好常用的工具和材料。要将各种各样的电）准备好常用的工具和材料。要将各种各样的电子元器件及结构各异的零部件装配成子元器件及结构各异的零部件装配成 （2 2）所有电子元器件在安装前要全部测试一遍，）所有电子元器件在安

28、装前要全部测试一遍，有条件的还要进行老化，以保证元器件的质量。符合有条件的还要进行老化，以保证元器件的质量。符合要求的电子产品，一套基本的工具是必不可少的。如要求的电子产品，一套基本的工具是必不可少的。如烙铁、钳子、改锥、镊子和焊锡。正确使用得心应手烙铁、钳子、改锥、镊子和焊锡。正确使用得心应手的工具，可大大提高工作效率，保证装配质量。的工具，可大大提高工作效率，保证装配质量。（3 3）有极性的电子元器件安装时其标志最好方向）有极性的电子元器件安装时其标志最好方向一致，以便于检查和更换。集成电路的方向要保一致，以便于检查和更换。集成电路的方向要保持一致，以便正确布线和查线。持一致，以便正确布线

29、和查线。（4 4）在面包板上组装电路时，为了便于查线，可）在面包板上组装电路时，为了便于查线，可根据连线的不同作用选择不同颜色的导线。如正电根据连线的不同作用选择不同颜色的导线。如正电源采用红色线、负电源采用蓝色导线、地线采用黑源采用红色线、负电源采用蓝色导线、地线采用黑色导线、信号线采用黄色导线等。色导线、信号线采用黄色导线等。1电子系统的安装电子系统的安装（5 5）布线要按信号的流向有序连接，连线要做）布线要按信号的流向有序连接，连线要做到横平竖直，不允许跨接在集成电路上。另外，到横平竖直，不允许跨接在集成电路上。另外，选择导线粗细要适中，避免导线与面包板插孔之选择导线粗细要适中，避免导线

30、与面包板插孔之间接触不良。间接触不良。（6 6）印刷电路板的设计原则是性质相同的电路安）印刷电路板的设计原则是性质相同的电路安排在一块板上。例如模拟电路或小信号电路安排排在一块板上。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、单独配置，甚至要安排必要的屏蔽盒、绝缘盒、散热装置等。散热装置等。1电子系统的安装电子系统的安装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 万用表。它可以测量交直流电压、交直流电流、万用表。它可以测量交直流电压、交直流电流、电阻、电

31、容及半导体二极管和三极管。具有精度高，电阻、电容及半导体二极管和三极管。具有精度高，使用方便，应用广泛等特点使用方便，应用广泛等特点。示波器。示波器可以对电路中的各点电位进行测量示波器。示波器可以对电路中的各点电位进行测量和观察波形，同时可比较任意两点波形的相位关系。和观察波形，同时可比较任意两点波形的相位关系。示波器具有高的灵敏度、高的交流阻抗、对负载影响示波器具有高的灵敏度、高的交流阻抗、对负载影响小等特点。在使用示波器应注意的是所用示波器的频小等特点。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。带一定要大于被测信号的频率。信号发生器。因为经常要在加信号的信号发生器。因

32、为经常要在加信号的情况下进行测试，则在调试和故障诊断时最好情况下进行测试，则在调试和故障诊断时最好备有信号发生器。如备有信号发生器。如FGFG163163型函数发生器，型函数发生器，它可产生正弦波、三角波、方波等波形。它可产生正弦波、三角波、方波等波形。2电子系统的调试电子系统的调试（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，首先要根电路安装完毕后，不要急于通电，首先要根据电路原理图认真检查电路接线是否正确。主要据电路原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

33、器件有无漏焊，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时最好用指针式万用表“W W1”档，或用数字万档，或用数字万用表的用表的“W W”挡的蜂鸣器来测量。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，分块调试：块调试：通电观察。在确认电路连接没有错误的通电观察。在确认电路连接没有错误的情况下，接通电源。电源接通后不要先急于测量情况下，接通电源。电源接通后不要先急于测量数据，而应首先观察有无异常现象，如有无冒烟，数据，

34、而应首先观察有无异常现象，如有无冒烟，是否闻到异常气味，手摸元器件是否发烫，电源是否闻到异常气味，手摸元器件是否发烫，电源是否有短路现象等。如有异常，应立即关断电是否有短路现象等。如有异常，应立即关断电源源，待故障排除后方可重新通电。，待故障排除后方可重新通电。分块调试。把电路按功能分成不同的模块，分块调试。把电路按功能分成不同的模块，分别对各模块进行调试。通常调试顺序是按照信号的分别对各模块进行调试。通常调试顺序是按照信号的流向进行，这样可把前级测试过的输出作为后一级的流向进行，这样可把前级测试过的输出作为后一级的输入信号，为最后联调创造条件。分块调试包括静态输入信号，为最后联调创造条件。分

35、块调试包括静态和动态调试。静态测试是在没有外加信号的条件下测和动态调试。静态测试是在没有外加信号的条件下测量电路各点电位，通过静态测试可以及时发现已经损量电路各点电位，通过静态测试可以及时发现已经损坏的元器件或其他故障。动态测试是在信号源的作用坏的元器件或其他故障。动态测试是在信号源的作用下，借助示波器观察各点波形，进行波形分析，测量下，借助示波器观察各点波形，进行波形分析，测量动态指标。把静态和动态测试的结果与设计的指标加动态指标。把静态和动态测试的结果与设计的指标加以比较，经深入分析后对电路与参数提出合理的修整。以比较，经深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

36、记录。调试电路过程应对测试结果作详尽记录。整机联调。各单元电路调试好以后，还要将它整机联调。各单元电路调试好以后，还要将它们连接成整机进行统调。整机统调主要观察和测量们连接成整机进行统调。整机统调主要观察和测量动态特性，把测量的结果与设计指标逐一对比，找动态特性，把测量的结果与设计指标逐一对比，找出问题及解决办法，然后对电路及参数进行修正，出问题及解决办法，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。直到整机的性能完全符合设计要求为止。（3）调试步骤）调试步骤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 智能型电子系统是指具有一定智能行

37、为的系统。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、一般认为，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，很容易将制中，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，使问题得计算机技术与测量控制技术结合在一起，使问题得到和好的解决。到和好的解决。设计过程：设计过程：总体方案论证、系统总体方案论证、系统 总体设计、硬件及总体设计、硬件及软件开发、联机调试、产品定型等步骤。软件开发、联机调试、产品定型等步骤。1.1

38、.总体方案论证总体方案论证通常要对系统作两个方面的认证。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，在充分调研的基础上，对根据产品研制的任务，在充分调研的基础上，对产品的先进性、可靠性、可维护性、性能价格比等产品的先进性、可靠性、可维护性、性能价格比等技术指标进行综合考虑，制订出待开发产品的性能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、重量要求等。要求、工作环境、外型尺寸、重量要求等。(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：片机

39、机型和电子元器件型号。一般要求是：机型的选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

40、系，有的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，硬件和软件又具有一定的互换性。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。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要求所允许的时间范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

41、量，以面系统不可靠；否则则必须设法将这部分的功能用硬围并保证留有余量，以面系统不可靠；否则则必须设法将这部分的功能用硬件来实现。件来实现。另外也要根据成本、可靠性和研制周期合理分配软、硬件。例如产品的批另外也要根据成本、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成本，采用以软代硬；反之，在小批量研制中，量大，就应着重考虑降低硬件成本，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成本。往往采用增加硬件以降低软件成本。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

42、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。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。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、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，这将起到事半功倍的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。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若干单的任务、要求和条件，可以

43、用具有一定功能的若干单元方框图构成一个总方框图，并将系统的性能指标分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。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部分内容：一是系统硬件电路设计一般包括两部分内容：一是系统组成，也称系统扩展。如当组成，也称系统扩展。如当ROM、RAM、I/O口等口等不能满足应用系统要求时，就需要设计相应的扩展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。如系统要求电路。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、配置一定的外围设备，如键盘、显示器、A/D和和

44、D/A转换器等，要设计出合适的接口电路。硬件电路设转换器等，要设计出合适的接口电路。硬件电路设计要遵循以下原则：计要遵循以下原则：(1)尽可能选择结构完整的单片机，以简化系统硬件，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。减少设计工作量。(2)尽可能选择典型的电路，并符合所选芯片的常规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、模块化打下良好基础。用法，为硬件系统标准化、模块化打下良好基础。(3)系统的扩展与外围设备的配置水平应在充分满足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，以便应用系统功能要求的前提下适当留有余

45、地，以便方案更改或进行二次开发。方案更改或进行二次开发。硬件电路设计要遵循以下原则：硬件电路设计要遵循以下原则：（4 4）硬件结构应结合软件方案一并考虑，做到软、）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。应、硬件功能相匹配。（5 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 6）可靠性设计及抗干扰设计是硬件系统设计不可）可靠性设计及抗干扰设计是硬件系统设计不可缺少的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦合缺少的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦合电路、印刷电路板布线、通道屏蔽、隔离等措施。电路、印刷电路板布线、通道屏蔽、隔离等措施。硬

46、件电路设计要遵循以下原则：硬件电路设计要遵循以下原则：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，有经验的设计者往往采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。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。设计一个好的应用软件，应考虑如下的一些设计一个好的应用软件，应考虑如下的一些设计原则设计原则。（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、连接、移各功能子程序

47、应实现模块化、子程序化，以便于调试、连接、移植和修改。植和修改。（3）程序存储区、数据存储区应合理规划，做到既节约内存容量，有）程序存储区、数据存储区应合理规划，做到既节约内存容量，有方便操作。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、运行结）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。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，以提高系统的）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。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

48、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总线、数据总线、控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；在不插入集成电路芯片的情况下加电检查，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，然后加电，检查各芯片是否

49、有温升异常现象。后加电，检查各芯片是否有温升异常现象。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，如测试不正常，应考虑程序存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、片选线或储器芯片是否损坏，或数据线、地址线、片选线或 RD控制线是否有错位、开路、控制线是否有错位、开路、短路或连接不正确。短路或连接不正确。扩展数据存储器扩展数据存储器 将一批数据写入扩展数据存储器中，然后再读出其中内容。若写入与读出内容不将一批数据写入扩展数据存储器中，然后再读出其中内容。若写入与读出内容不一样，则有故障。一样，则有故障。

50、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，与调试无关的电路或芯片暂不接入。此时需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，将仿真器与单片机应用系统通过仿真插头连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，既可进入调试状态。调试的主要内容有：接起来，既可进入调试状态。调试的主要内容有：整机联调整机联调 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，也有可编程的接口，有只读的输入口和只写的输出口，也有可编程的I/O口。口。对于输入口，可用读命令检查

51、读入结果是否和连接的设备状态相同；对于输出口，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，先将控制字写入接口控制寄存器，再用读字写入接口控制寄存器，再用读/写命令来检查对应状态。写命令来检查对应状态。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；是设计思想的归纳，又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。从设计报告中可以反映出设计人

52、员的知识水平和层次。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。设计报告编写的一般步骤是：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；列写参考资料目录。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按上述要求。当然，对于一个具体的设计报告不一定严格按上述要求。本讲结束！谢谢各位！