电子装备设计期末考试Word文档格式.docx

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●1.满足系统的功能和性能指标要求

●设计必须完全满足系统的功能特性和技术指标要求，这是电子系统设计必须满足的基本条件。

●2.简化电路设计和提高经济性

●简单的电路设计不仅可以提高系统的经济性，而且可以提高系统的可靠性，因此电路设计应在满足性能要求的前提下尽量简化，采用系统集成技术是简化系统电路的最佳方法。

●3.提高系统的集成度

●最大限度地提高系统的集成度也是电子系统设计应当遵循的一个重要原则。

高集成度的电子系统，必然具有抗干扰性好、可靠性高、制造工艺简单、质量容易控制以及性能价格比高等一系列优点。

●4.调试应简单易行

●电子系统设计者在设计电路时，必须考虑调试的问题，以降低调试工作强度，节省调试成本，保证系统的质量。

●5.要求的生产工艺简单

●生产工艺是电子系统设计者应当考虑的一个重要问题，无论是批量生产的产品还是样品，生产工艺对于电路的制作与调试都是相当重要的一个环节。

●6.具有良好的抗干扰性能

●良好的抗干扰性能是现代电子电路应具备的基本特性，电子系统应具有良好的抗干扰能力，确保系统正常工作。

●7.提高系统的可靠性

●电子系统的可靠性与系统的环境因素有关，是以概率统计为基础的，是一种定性估计，所得到的结果只能是统计意义的数值。

可靠性的计算方法和计算结果与设计人员的实际经验有关，设计人员积累的经验，将直接影响设计可靠性水平的提高。

●8.提高性能价格比

●性能价格比是进行电子系统设计时必须考虑的一个问题，较高的性价比不仅可以使产品的性能满足广大用户的需求，而且可以降低成本，提高效益。

●9.操作使用应简便

●操作、使用简便是现代电子系统的重要特征，操作简便的电子系统不仅可以让用户很快掌握使用技术，而且可以节约培训费用，这样的电子产品才能受到用户的青睐。

三、电子系统设计要求和流程

●提出设计任务后，应按给定的技术指标和功能要求设计电子系统电路。

设计按照以下流程进行。

●1.仔细审题，分析技术指标

●接到设计任务后，应仔细审题，研究设计要求和各项技术指标的含义，理解用户的需求，这是完成电子系统设计的前提，有利于设计工作的进行。

●2.规划总体框图，进行功能分配

●审题完成后，便可进行方案设计、论证，通过查阅参考文献和资料，借鉴相关的经验，规划、绘制设计总框图，将制定的方案按照功能划分为若干相互关联的模块，确定各模块的功能和技术指标。

●3.确定模块功能，设计单元电路

●根据各模块功能和技术指标要求，确定模块单元电路，设计可参考典型电路，选择合适的元器件。

●4.进行计算机仿真和实验

●单元电路设计完成后，可用计算机进行单元电路的仿真，修改电路参数，测试电路的性能指标，在此基础上进行电路的搭试和实验。

●5.整机联调和指标测试

●整机联调是电子线路设计的重要环节，主要完成各级电路的连接和调试，通常按照信号流向进行级联、调试和测试，直至整机调试全部完成。

●6.排除故障，完善电路设计

●在整机调试和测试过程中，及时发现和排除电路故障，完善电路和系统的设计，修改和调整电路参数，使整机满足功能和技术指标要求。

●四、电子系统设计方法

●1.自顶向下的设计方法

●根据功能和技术指标要求，从顶层——整体上规划系统的功能，然后将系统划分为规模较小、功能较简单且相对独立的子系统，并确立各子系统之间的相互关系。

直到划分得到的单元可以是具体的部件、电路和元件。

然后逐级进行底层模块的设计、功能仿真和测试。

最后进行设计实现。

●2.自底向上的设计方法

●根据系统的功能要求，从元器件开始考虑，选择最理想、最适合的元器件设计部件，当一个部件不能直接实现系统的功能时，设计由多个部件组成的子系统去实现该功能，直到系统所要求的全部功能都实现。

●3.自顶向下结合自底向上的设计方法

●以自顶向下设计方法为主，结合自底向上设计方法，以实现设计重用以及对系统进行模块化设计。

具有自顶向下和自底向下两种方法的优点，既能保证实现系统化，提高系统设计的可靠性和可维性，同时又能减少设计的重复劳动，提高设计效率。

●4.层次式设计方法

●将复杂系统按功能分解为可以独立设计的子系统，子系统设计完成后，将各子系统拼接在一起完成整个系统的设计，从而大大降低了设计的复杂程度。

各子系统单独设计，各子系统的设计与修改只影响子系统本身，而不会影响其他子系统。

●5.嵌入式设计方法

●嵌入式设计方法继续采用自顶向下设计方法和计算机综合技术，在系统设计中引入IP模块，实现IP模块的复用，只设计系统其他功能部分及与IP模块互连的部分，简化了设计过程，缩短了设计时间。

●复杂系统通常要硬件、软件协同设计，将一个嵌入式系统描述划分为硬件和软件模块，同时进行设计，在设计的各个阶段进行模拟验证，以减少设计的反复，缩短设计时间，满足系统的功耗、面积和速度等约束的过程。

●6.基于IP的系统芯片设计方法

●通过IP完成特定电路功能的模块，只要保证IP模块与外部电路的接口设计，而不需要知道其内部操作。

加快芯片的设计进程，降低了芯片设计难度。

●五、电子系统设计方案选择

●电子系统设计任务确定后，可根据系统的功能要求、技术指标和用户需求，规划多种设计方案，并从中选择一种简单、合理的方案进行实施。

方案选择十分重要，只有采用了合理的设计方案才能得到品质优良的设计产品。

●

（1）认真分析设计要求，确定系统的主要功能和技术指标，确定系统实现的原理和方法。

●

（2）收集、阅读相关的文献资料，通过查阅各种教材的相关内容、期刊杂志上的相关文章、查询网上现存资料等方法和手段积累经验和资料。

●（3）比较现有可以借鉴的资料或方案，构思、规划适合设计任务要求的各种方案，力图在实现原理、

●方法、电路、性能等方面在完成基本设计任务要求的基础上有所突破。

●（4）比较、权衡各种方案的利弊，选择最终合理、可行的实现方案。

考虑因素包括各方案的优缺点、性能指标的可靠性、抗干扰能力、元器件的价格和性能、设计工作量大小、可利用的经验和资源等。

●（5）进行必要的电路实验，选定最终方案。

●元器件选择原则

●充分了解和掌握元器件的品种、型号、功能、性能、价格等参数和资料，根据电路功能和原理选择器件品种，根据电路性能指标选择器件具体型号和参数。

应根据电路的应用环境选择器件的体积、重量、大小等。

尽量使用集成电路，少用分立元件。

●六、电子系统设计报告撰写

●整个电子系统设计完成并仿真、实验完成后，应整理出相关的设计文件，内容包括电子系统设计报告、完整的电路原理图、详细的元器件清单、详细的源程序清单、功能和技术性能测试结果、调试说明以及用户使用说明书等。

1.2模拟系统设计方法

●一、模拟系统设计步骤

●

（1）根据设计要求分析和比较，确定总体方案。

●

（2）将系统划分为若干相对独立的功能模块，画出系统的总体组成框图。

●（3）以实现各功能块的集成电路为中心，通过选择和计算完成各个功能单元外接电路与元件的配置。

●（4）进行单元之间核算及电路的整体配合与调整，以得到切合实际的系统整体电路原理图。

●（5）根据上述两步的结果，重新核算系统的主要指标，检查是否满足要求且留有一定裕量。

●（6）画出系统元器件布置图和印制电路板的布线图，并考虑其测试方案，设置相关的测试点。

●二、模拟系统设计方法

（1）总体方案确定

●

（2）单元电路设计

●（3）参数设计计算

●（4）元器件的选择

●（5）计算机模拟仿真

●（6）电路搭试和实验

●（7）电路原理图绘制

●（8）制作印制电路板

●（9）装配调试并编制相关文件

●三、模拟电路的布局与布线技术

●

（1）强信号和弱信号分开布线；

●

（2）减小布线的环路面积；

●（3）减小导线的分布电容。

●四、接地技术

●

（1）低频电路一点接地；

●

（2）高频电路多点接地；

●（3）测量仪器必须先接地再测量；

●（4）注意仪器信号线与地线的连接。

1.3数字系统设计方法

●一、数字系统设计步骤

●

（1）明确系统设计要求，分析性能指标，完成系统功能框图。

●

（2）确定系统总体方案，完成系统总体框图设计。

●（3）划分系统逻辑功能，完成电路功能模块分配。

●（4）设计各功能模块电路或单元电路。

●（5）设计系统的控制电路。

●（6）系统电路的综合和优化。

●（7）工程实现与系统性能调试。

●（8）撰写设计文件。

●二、数字系统组成

●1.输入电路

●输入电路的主要任务是将各种外部信号（包括声、光、电、温度、压力、位移等）变换成数字系统能够接收和处理的二进制数字信号。

●2.输出电路

●输出电路的主要任务是将经过数字电路处理和运算的数字信号变换成模拟信号或开关量，以驱动执行机构。

输出电路和驱动机构间通常需增加功放电路，提供执行机构或负载必须的驱动电压和电流。

●3.控制电路

●控制电路的主要任务是给系统各组成单元发送控制指令，协调各部分的工作，完成对外部输入信号

●以及系统各组成单元的信号的综合和分析，管理各个模块，使整个系统协调、有序地工作。

●4.时钟电路

●时钟电路的主要任务是产生系统工作必须的同步时钟信号，提供统一、协调的工作频率和节奏，保证整个系统按照有序的节拍顺序完成各项操作。

●5.其他功能的子系统

●不同功能的子系统的主要任务是根据系统的功能划分，完成各自相对独立的功能要求，完成各自承担的主要任务，实现信号传输、变换等功能。

●6.电源

●电源部分的主要任务是提供数字系统各部分所需电源，保证系统正常工作所需的电源电压和电流。

●三、数字系统设计方法

●

（1）自下而上的设计方法

●

（2）自上而下的设计方法

●四、数字电路常用测量方法

●1.数字集成电路功能测试

●在安装和调试数字电路前，应对所选用的数字集成电路进行逻辑功能检测，以避免器件功能不正常而增加调试的难度和工作量。

常用集成电路器件功能检测方法包括仪器检测法，功能实验检测法和替代法。

●2.基本数字集成电路测试

●

（1）逻辑门电路

●静态工作状态下，用数字万用表测量各输出端的逻辑电平，并分析各逻辑电平值是否符合电路的逻辑关系。

动态测试时，各输入端分别接入规定的脉冲信号，用示波器观测各输出端的信号，画出时序图，分析它们之间是否符合电路的逻辑关系。

●

（2）触发器电路

●静态测试时，主要测试触发器的复位、置位和翻转等功能；

动态测试时，在时钟脉冲的作用下测试触发器的计数功能，用示波器观测电路各处波形的变化情况，可以测定输出、输入信号之间的分频关系、输入脉冲的上升和下降时间、触发灵敏度和抗干扰能力，以及在接入不同负载时，对输出波形参数的影响。

●（3）计数器电路

●静态测试时，主要测试电路的复位、置位功能。

动态测试时，在时钟脉冲作用下测试计数器各输出端的状态是否满足计数功能要求，可用示波器观测各输出端的波形，并记录这些波形与时钟脉冲波形之间的关系。

●（4）译码显示电路

●进行译码显示电路测量，首先测试数码管各段工作是否正常，对于共阴极的数码管，可以将阴极接地，各显示段控制端通过1kΩ电阻接电源正极，各显示段应发光。

然后测试译码器工作是否正常，将译码器的数据输入端依次输入0001~1001，则显示器对应显示1~9等数字。

●若数码显示器上某段总是不亮，则可能是数码管或译码器的连接不正确或接触不良；

若数码显示器上某段总是常亮不灭，则可能是译码器的输出幅度异常或译码器工作异常；

若数码管字符显示模糊，且不随输入信号变化，则可能是译码器的电源电压异常、连线不正确或接触不良所致。

●五、现代电子设计方法

●现代电子设计技术的核心就是EDA工程，础涉及硬件语言、设计方法学、系统建模、逻辑综合、故障测试、功能仿真、时序分析、形式验证等内容。

●现代设计方法主要包括IC设计描述法（行为描述法）、IP复用法、ASIC设计方法、SOC系统设计方法、软/硬件协同设计方法、集成平台设计方法、网上设计方法等。

第二章电子元器件选用与检测

（一）

1.1电阻

●一、常用元件的型号命名方法

●型号命名方法是根据产品的主要特征或制成元件主体的材料给予恰当的符号或代码，便于准确选用产品，由有关部门统一管理。

●1.电抗元件的型号命名方法

●电阻（含电位器）、电容和电感（含变压器）同属于电抗元件，是电子设备的三大基础元件，在电子设备中应用非常广泛。

●第一部分：

主称（用字母表示）

●第二部分：

材料（用字母表示）

●第三部分：

分类（数字表示，个别字母）

●第四部分：

序号（用数字表示）

二、固定电阻器、电容器的标志方法

●1.直标法

●直标法是指阻容元件表面直接标志出主要参数与技术性能的标志方法。

●2.数码法（文字符号法）

●文字符号法是将需要标志出的主要参数与技术性能用文字、数字符号两者有规律地组合起来标志在阻容元件上的方法。

●3.色标法

●色标法是用颜色表示元件的各种参数值，并直接标志在产品上的一种标志方法。

不同颜色代表不同的数值。

●4.7：

我国广泛使用的是E数系和R数系，电阻器和电位器的阻值、电容器的容量采用E系列；

电容器的电压系列、产品外形尺寸采用R系列。

●1.5：

精密电阻器的标称阻值和精密电容器的标称容量在E24系列不能满足时，可用E48、E96、E192系列。

四、常用的图形符号

●五、主要参数

●1.负荷功率

●电阻实质上是吸收电能转换成热能的能量转换元件，消耗电能并使自身温度升高，其负荷能力取决于电阻长期稳定工作的允许发热温度。

●根据部标，不同类型的电阻有不同系列的额定功率，通常从0.05～500W之间数十种规格。

●选择电阻的功率，应使额定值高于在电路中实际值的1.5～2倍。

●额定功率主要取决于电阻体材料、几何尺寸和散热面积。

同类型电阻可用比较法确定功率。

●常用电阻外形尺寸与功率的对应关系见表。

●2.温度系数

●3.非线性

●电阻的非线性用电压系数表示，即在规定电压范围内，电压每改变1伏，电阻值的平均相对变化量。

●式中U2为额定电压，U1为测试电压，R1、R2分别是在U1、U2条件下所测电阻。

●金属型电阻线性好，非金属电阻线性差。

●4.噪声

●5.极限电压：

更高电压应时选用高压型电阻器。

●0.25W/250V；

0.5W/500V；

1~2W/750V。

●6.标称阻值及精度

●六、常用电阻器

●七、电阻器的选用与判别

●1.电阻器的选用：

●a.额定功率应高于实际值的0.5～1倍；

●b.应考虑温度系数的影响，合理选择；

●c.精度、非线性及噪声符合设计要求；

●d.应考虑工作环境、可靠性与性价比。

●2.电阻器的质量判别：

●a.检查电阻器及引线有无折断和烧焦现象；

●b.检查电阻值是否符合所允许的误差范围；

●c.测量电阻器的电阻噪声，判断质量好坏。

●八、常用电位器

●九、电位器的选用与判别

●1.电位器的质量判别

●判断电位器的质量好坏，主要要求电位器的阻值符合要求，中间滑动端与电阻体之间接触良好，动噪声和静噪声尽量小；

对于带有开关的电位器，其开关的动作应准确、可靠。

●

（1）阻值检查：

用万用表或多用表电阻挡测量电位器的两个固定端的阻值，并与标称值进行核对。

●

（2）滑动头和固定端的阻值变化检查：

移动滑动端，检查阻值从最小到最大的连续变化情况，最小值越小越好，最大值应接近标称值，

●（3）噪声检查：

可使用噪声测试仪测量电阻的噪声，判别电阻的噪声是否符合要求，确定电位器的质量好坏。

●2.电位器的选用

●选用电位器时，应全面了解各类电位器的性能、特点和应用，正确选用电位器，以满足电子设备电路设计的合理性和性能的可靠性要求。

●普通电子仪器可选用碳膜或合成实芯电位器；

●大功率和高温场合可选用线绕或玻璃釉电位器；

●要求高精度的场合可选用线绕、导电塑料或精密合成碳膜电位器；

●要求高分辨力的场合可选用各类非线绕电位器、多圈式微调电位器；

●要求高频、高稳定性的场合可选用薄膜电位器；

●要求精密、可微调的场合可选用带慢轴调节机构的微调电位器等。

●

第二章电子元器件选用与检测

1.2电容器

●一、分类

●电容器种类繁多，分类方式有多种。

●通常按绝缘介质材料分类或按容量是否可调进行分类。

●二、主要技术参数

●1.额定电压

●在允许环境温度范围内，能够连续长期施加在电容器上而不造成击穿的最大电压有效值，称为电容的额定电压。

习惯上叫耐压。

●额定电压通常指直流工作电压，若电容器工作在脉动电压下，则交、直流分量的总和应小于额定电压。

在交流分量较大的电路中，耐压应有充分的裕量。

但应注意，对于电解电容，高耐压电容用于低压电路中，其额定电容量会变小。

例如将50V额定电压的电容用于5V电路中，其电容量约减小一半。

●部分小容量电解电容的额定电压采用色标法，标于正极引线的根部。

●2.绝缘电阻及漏电流

●因电容器中的介质非理想绝缘体，故任何电容器工作时都存在漏电流。

漏电流过大会使电容器性能变坏引起电路故障；

电容器发热失效；

电解电容器爆炸。

电解电容器漏电流较大，铝电解电容可达mA数量级，其它电容器漏电流极小。

●绝缘电阻表示电容器的绝缘性能，一般电容器在数百MΩ到数GΩ数量级。

●电容漏电流越小，绝缘电阻越大，性能越好。

●3.损耗因数tgδ（tanδ）

●电容器的损耗因数是有功损耗与无功损耗之比，数值上位损耗角的正切。

表明了电容器的质量优劣。

在交流、高频电路损耗因数是一个重要参数。

●4.温度系数

●温度系数αc表示电容器容量随温度变化的程度。

为使电路工作稳定，电容器的温度系数越小越好。

公式为：

●当电容器的温度稳定性较差时，用容量的相对变化率△C表示。

●5.绝缘耐压

●电容的绝缘耐压即抗电强度，一般为直流工作电压的1.5~2倍。

●6.标称容量及允许偏差

●电容的允许偏差通常分为三级，Ⅰ级为±

5％，Ⅱ级为±

10％，Ⅲ级为±

20％。

●六、电容的判别与选用

●1.电容的质量判别

●对于容量大于5100pF的电容，可用指针式万用表的10kΩ和1kΩ电阻挡测量电容的两引脚。

若指针先向阻值小（刻度0）的方向偏转，然后再向阻值大的方向偏转，则表明电容充放电正常。

●对于容量小于5100pF的电容，可借助NPN型三极管的放大作用来测量。

●电容正接比反接的漏电电阻大，据此可以判断电解电容的极性。

●用万用表的电阻挡可以测量可变电容的漏电、碰片情况。

●2.电容的选用

●

（1）选择合适的型号。

●根据电路中的不同要求和各类电容器的不同特点和应用场合，选择不同类型的电容。

●

（2）合理确定电容的额定电压。

●额定电压应高于电路中实际施加在电容两端电压的1~2倍。

电解电容不应高于实际电压的1倍。

●（3）合理确定电容器的精度。

●在振荡电路、延时电路以及音调控制电路以及各种滤波和网络中，电容的数值应精确。

●（4）合理选择损耗因数。

●高频电路和相位要求较高时应考虑损耗因数。

1.3电感器

●电感器又称电感线圈，在谐振、振荡、耦合、匹配、滤波、陷波、补偿等电路应用十分普遍。

电感线圈没有品种齐全的标准产品，特别是高频小电感，需要根据电路要求自行设计制作。

●电感线圈分类如图所示，一般低频线圈为减小线圈匝数、增大电感量和减小体积，大多采用铁芯或磁芯（铁氧体），而中频电感则采用高频磁芯或空气线圈。

●二、型号命名和标志方法

●同电阻、电容。

●三、主要参数

●1.电感量及误差：

误差在5％～20％。

●2.固有电容和直流电阻

●电感的固有电容是其分布电容的等效电容，应尽可能小。

可采用线径较细的导线绕制线圈，或减小线圈骨架直径。

●3.品质因数（Q值）

●R为总损耗电阻，包括

●直流电阻、高频电阻及介质损耗电阻。

●Q值反映线圈损耗的大小，Q值越高，损耗功率越小，电路效率越高，选择性越好。

●一般谐振电路要求Q值高。

●4.额定电流

●允许通过的最大电流，大小与绕制线圈的线径有关。

主要对高频扼流圈和大功率谐振线圈而言。

●5