电子系统设计
电子系统设计课程设计
电子系统设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解电子系统的基本原理，掌握电子元件的功能和电子电路的设计方法。
2. 使学生能够运用所学知识，设计并搭建简单的电子系统，如传感器应用、信号处理和控制系统。
3. 引导学生了解电子系统在实际应用中的发展现状和未来趋势。
技能目标：1. 培养学生运用电子绘图软件进行电路图设计的能力。
2. 提高学生动手实践能力，能够正确组装和调试电子系统。
3. 培养学生团队协作和问题解决能力，能够共同完成电子系统的设计与制作。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子科学的兴趣，激发创新意识，增强探究精神。
2. 引导学生树立正确的工程伦理观念，注重环保和资源利用，培养社会责任感。
3. 培养学生严谨、细致的学习态度，养成良好的学习习惯和团队合作精神。
课程性质：本课程为实践性较强的学科，结合理论教学和动手实践，注重培养学生的实际操作能力和创新意识。
学生特点：学生已具备一定的电子基础知识，具有较强的求知欲和动手能力，但对电子系统设计的整体认识尚浅。
教学要求：教师需结合学生特点，以理论为基础，实践为导向，引导学生主动参与，注重培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。
通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际电子系统的设计与制作，达到学以致用的目的。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 电子系统设计基础理论：- 电子元件特性与选型- 电路图绘制原则与方法- 电子电路的基本分析方法2. 电子系统设计实践：- 传感器应用电路设计- 信号处理电路设计- 控制系统电路设计3. 电子系统设计与制作：- 设计流程与方法- 电子绘图软件操作- 电子系统组装与调试4. 电子系统设计案例分析：- 现有电子产品的原理与结构分析- 创新电子系统设计实例讲解- 学生作品展示与评价教学内容根据课程目标，结合教材相关章节，制定以下教学大纲：第1周：电子系统设计基础理论第2周：电子元件特性与选型第3周：电路图绘制原则与方法第4周：电子电路的基本分析方法第5周：传感器应用电路设计第6周：信号处理电路设计第7周：控制系统电路设计第8周：设计流程与方法第9周：电子绘图软件操作第10周：电子系统组装与调试第11周：现有电子产品案例分析第12周：学生作品设计与制作第13周：学生作品展示与评价教学内容注重科学性和系统性，旨在使学生掌握电子系统设计的基本知识和技能，培养实际操作能力和创新意识。
电子系统设计知识点
电子系统设计知识点电子系统设计是指在电子技术领域中，通过理论与实践相结合，采用适当的设计方法和技术，设计出满足特定功能需求的电子系统的过程。
电子系统设计涉及到多个知识领域，包括电路设计、信号处理、通信原理等。
下面将介绍一些电子系统设计中的重要知识点。
一、模拟电路设计在电子系统设计中，模拟电路设计是基础且重要的一部分。
模拟电路是以连续时间和连续幅度的信号为基础，使用电子元器件构建的电路。
模拟电路设计的主要内容包括放大器设计、滤波器设计、稳压电源设计等。
设计时需要考虑电路的性能指标，如增益、带宽、失真等，以及电路的稳定性和可靠性。
二、数字电路设计数字电路设计是指采用逻辑门、触发器、计数器等数字元件和数字电路模块，通过逻辑运算和时序控制等方式实现逻辑功能的电路设计。
数字电路设计的主要内容包括逻辑门电路设计、时序电路设计和组合电路设计等。
设计时需要考虑电路的逻辑功能是否满足需求，电路的功耗和噪声等因素。
三、嵌入式系统设计嵌入式系统设计是指将计算机技术与电子技术相结合，将计算能力和控制能力嵌入到各种电子设备中，实现特定功能的系统设计。
嵌入式系统设计的主要内容包括微控制器选择与应用、实时操作系统设计、接口设计等。
设计时需要综合考虑系统的计算能力、存储空间、接口要求以及功耗等因素。
四、通信系统设计通信系统设计是指用来传输信息的电子系统的设计。
通信系统设计的主要内容包括调制解调器设计、编码译码器设计、信道编码与纠错设计等。
设计时需要考虑信号传输的可靠性、抗干扰能力以及系统的带宽和速率等。
五、电源系统设计电源系统设计是指为电子设备提供稳定、可靠的电源的设计。
电源系统设计的主要内容包括直流电源设计、交流电源设计、电池管理系统设计等。
设计时需要考虑电源的输出稳定性、效率和噪声等指标。
六、硬件描述语言（HDL）硬件描述语言（HDL）是一种用于电子系统设计的计算机语言。
HDL可以描述电路的结构和行为，用于模拟和验证电子系统设计。
电子系统设计
什么是系统？•由部件组成，能实现较复杂的功能（不是一个单一的电路，要有输入、输出和其他控制电路）（只能实现单一功能的通常不算系统）系统设计的方法自顶向下自底向上自顶向下与自底向上相结合何谓顶？顶——系统的功能何谓底？底——最基本的元、器件，甚至是版图系统的结构•自顶至底有：系统子系统部件（功能模块）单元电路元、器件版图系统子系统子系统功能模块功能模块功能模块功能模块单元电路单元电路单元电路单元电路单元电路单元电路单元电路单元电路元、器件版图自顶向下自上而下法的优点••系统子系统子系统功能模块功能模块功能模块功能模块单元电路单元电路单元电路单元电路单元电路单元电路单元电路单元电路元、器件版图自顶向上自底向上的缺点•部件设计在先，设计系统时将受这些部件的限制，影响：•系统性•易读性•可靠性•可维护性自底向上的优点•在系统的组装和调试过程中有效•可利用前人的设计成果系统子系统子系统功能模块功能模块功能模块功能模块单元电路单元电路单元电路单元电路单元电路单元电路单元电路单元电路元、器件版图以功能模块为基础的自上而下的设计方法自上而下法的要领从顶层到底层从概括到展开从粗略到精细系统级子系统级部件级元件级自顶向下自底向上自上而下法的原则•正确性与完备性•模块化与结构化•问题不下放•高层主导•直观性与清晰性原始技术指标系统级子系统级部件级元件级电子系统设计的步骤•••••调查研究•明确设计要求•弄清设计方法•了解设计关键做什么？系统的功能输入和输出做到何种程度？性能技术指标注意分析每一个细节，尽量考虑得周到、完善调查研究•明确设计要求•弄清设计方法•了解设计关键有那些可使用的设计方法相同产品同类产品同原理产品其他可借鉴的方法比较各种方法的先进性性价比可行性器材人才时间产品效益与开发时间的关系上市延迟销售顶峰销售顶峰电子系统设计的步骤•••••调查研究•明确设计要求•弄清设计方法•了解设计关键决定指标的关键难点工作量大（重点）方案论证从顶层到底层从概括到展开从粗略到精细逐层细化Y 图系统级子系统级部件级元件级行为级结构级物理级用户需求变为技术规范与功能描述实现给定规范与功能的子系统、部件或元件及其互联方式用一定的材料与工艺实现结构系统级子系统级部件级元件级行为级结构级物理级子系统级部件级元件级结构级物理级子系统级部件级元件级结构级物理级方案论证•起点：•系统级行为描述设计•用户需求•系统技术规范•功能描述系统级行为描述设计•系统的外部特性•主要功能•输入和输出——•那些端口•输入（输出）信号——•特征•来源（去向）•对系统的要求初步方案面板图子系统级部件级元件级行为级结构级物理级方案论证•下一步：•系统级的结构描述与设计•系统设计规范与功能•子系统之间的组合•系统的内部特性——•基本原理•基本框图——•子系统•各子系统之间的接口要求•基本控制流程基本框图基本流程图•系统的内部特性——•基本原理•基本框图——•子系统•各子系统之间的接口要求•基本控制流程系统的实现技术用数字技术，还是模拟技术实现？模拟技术数字技术高频小信号大功率软件离不开硬件支持DSP（数字信号处理）系统级子系统级部件级元件级行为级结构级物理级•第三步：•系统级的物理描述与设计•组成系统的各抽象的子系统•各具体的子系统（IP ）•提出具体的要求并转入•下一层设计方案论证Intellecture Property 知识产权系统级子系统级部件级元件级行为级结构级物理级方案论证•下一层：•子系统级行为描述设计•对子系统的需求•子系统技术规范•功能描述系统级子系统级部件级元件级行为级结构级物理级方案论证•下一步：•子系统级的结构描述与设计•子系统设计规范与功能•功能模块（部件）•之间的组合•第三步：•子系统级的物理描述与设计•组成子系统的各抽象的模块•选择具体的功能模块或•对模块提出具体的要求并•转入下一层设计方案论证没有现成模块可用的特殊模块关键模块、关键元件及相互接口以模块为单位的详细框图方案论证•下一层：•部件级行为描述设计•对部件（模块）的需求•部件的技术规范•功能描述方案论证•下一步：•部件级的结构描述与设计•部件设计规范与功能•单元电路之间的组合方案论证•第三步：•部件级的物理描述与设计•抽象的单元电路•选用具体的单元电路电子系统设计的步骤•••••。
电子系统设计概论
3、以自顶向下方法为主导，并结合使用自底 向上的方法
近代的系统设计中，为了实现设计重 用以及对系统进行模块化测试，通常采用 以自顶向下方法为主导，并结合使用自底 向上的方法。这种方法既能保证实现系统 化的、清晰易懂的以及可靠性高、可维护 性好的设计，又能减少设计的重复劳动， 提高设计生产率。
电子系统设计的一般步骤
电பைடு நூலகம்系统设计概论
一、电子系统的定义
系统：由两个以上各不相同且互相联系、互 相制约的单元组成的、在给定环境下能够 完成一定功能的综合体。
系统的基本特征：在功能与结构上具有综合 性、层次性和复杂性。
电子系统 ： 通常将由电子元器件或部件组成 的能够产生、传输或处理电信号及信息的 客观实体称为电子系统。
规格）； ⑤系统的操作使用说明； ⑥存在问题及改进方向等。
➢ 2.可靠性高。 ➢ 3.电路尽量简单,力争成本低。 ➢ 4.性能价格比高。 ➢ 5.集成度高。(尽量启用IC块或大规模IC块)
➢ 6.电磁兼容性好(抗干扰,抗污染) 。 ➢ 7.生产工艺简单。 ➢ 8.调试简易。 ➢ 9.操作简易。
1、自顶向下法
根据原始设计指标或用户的需求，将 系统的功能（或行为）全面、准确地描述 出来，也即将系统的输入／输出关系全面、 准确地描述出来，然后进行子系统级设计。 完成子系统的划分、定义和互连后，设计 或者选用一些部件去组成实现既定功能的 子系统。
自顶向下法优点
必须遵循下列原则： （1）正确性和完备性原则 （2）模块化、结构化原则 （3）问题不下放原则 （4）高层主导原则 （5）直观性、清晰性原则
2、自底向上法
根据要实现的系统的各个功能的要求， 首先从现有的可用的元件中选出合用的， 设计成一个个的部件，当一个部件不能直 接实现系统的某个功能时，就需要设计由 多个部件组成的子系统去实现该功能，上 述过程一直进行到系统所要求的全部功能 都实现为止。
电子系统课程设计
电子系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解电子系统的基本组成、功能及工作原理，掌握常见电子元器件的特性及使用方法。
2. 掌握电子系统设计的基本流程，包括需求分析、方案设计、电路仿真、PCB 设计、调试与测试。
3. 了解电子系统的可靠性、稳定性及抗干扰能力等方面的知识。
技能目标：1. 能够运用所学知识，针对实际问题进行电子系统设计，具备分析问题、解决问题的能力。
2. 熟练使用电子设计工具，如Multisim、Protel等软件进行电路仿真、PCB 设计。
3. 能够独立完成电子系统的组装、调试与测试，提高实际操作能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生的团队合作意识，学会与他人共同解决问题，提高沟通与协作能力。
2. 激发学生对电子技术的兴趣和热情，培养创新精神和实践能力。
3. 强化质量意识，培养学生严谨、认真、负责的工作态度，注重电子产品的可靠性和安全性。
本课程针对高中年级学生，结合电子系统知识，注重理论与实践相结合，提高学生的动手能力和创新能力。
在教学过程中，充分考虑学生的认知水平、兴趣和特长，引导他们主动参与、积极思考，实现课程目标的分解与落实。
通过本课程的学习，使学生能够掌握电子系统设计的基本方法，培养他们在实际问题中运用所学知识解决问题的能力，为未来从事电子工程及相关领域工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 电子系统基本原理：包括电子系统的组成、工作原理，电子元器件的特性和选型。
- 教材章节：第一章 电子系统概述、第二章 电子元器件- 内容安排：讲解电子系统的基本概念，介绍常见电子元器件及其功能。
2. 电子系统设计流程与方法：包括需求分析、方案设计、电路仿真、PCB设计、调试与测试。
- 教材章节：第三章 电路分析与设计、第四章 电子电路仿真、第五章 PCB设计- 内容安排：讲解电子系统设计的基本流程，指导学生运用Multisim、Protel 等软件进行电路仿真与PCB设计。
3. 电子系统实践操作：包括电子元器件焊接、组装、调试与测试。
电子系统设计
电子系统设计
电子系统设计是指将电子元器件、电路和软件等组合在一起，实现特定功能的过程。
电子系统设计包括硬件设计和软件设计两个方面。
硬件设计是指根据系统需求和功能要求，选择合适的电子元器件，并设计电路连接方案。
硬件设计需要考虑电路的稳定性、电源电压和电流要求、信号传输的可靠性、抗干扰能力等因素。
硬件设计常用的工具有电路设计软件、原理图绘制软件和模拟仿真软件等。
软件设计是指根据系统需求和功能要求，编写控制电子系统运行的软件程序。
软件设计需要根据硬件设计的电路连接方案，确定各个电子元器件的工作模式和控制信号，编写相应的代码实现系统的功能。
软件设计常用的工具有集成开发环境（IDE）、编译器和调试器等。
在进行电子系统设计时，需要进行系统的需求分析和功能规划，确定系统的硬件和软件需求。
然后进行电路设计和软件设计，完成电子系统的原理图和程序编写。
最后进行系统的调试和测试，确保系统可以正常工作。
1
电子系统设计应用广泛，可以应用于各种领域，如通信、计算机、医疗、汽车、航空航天等。
电子系统设计的目的是实现特定功能，提高工作效率和品质，同时也要考虑成本和资源的限制。
2。
电子系统设计--课程设计
Power
Output Amplifier
➢ Amplifiers are the system interface to the outside world ➢ They directly impact the user experience（用户体验）
➢ What you can see, hear,or measure
Байду номын сангаас
一、面包板
二、万用板
设计经验和意识
➢功率意识
➢分工合作、加强沟通，提高合作效率
➢模块设计概念
➢理论中理想阻容、运放等芯片模型与工程实践非理 想模型认知，
➢设计辅助工具应用，提高设计效率
➢工艺
及可测试性设计
结束语
谢谢
Thanks!
一、单元设计
➢原理设计（电路参数确定、
）
➢仿真分析验证理论（例如滤波器设计：采用TI的filterPro，模拟电 路分析multisim或者Tina仿真分析，数字可用Multisim或Proteus）
➢关键器件参数分析及测试、仿真模型建立验证、
➢硬件焊接、
（模拟分单元设计：供电单元、传感器单元、
信号调理单元、采集单元、数字单元、信号产生单元、驱动单元等）
➢对着输入需求，逐条罗列出指标和功能检查，并且测试记录数据， 分析达到效果，逐步优化
➢紧固焊接，加固线束和元器件等，尤其面包板线保障可靠，提高可 靠性，追求航天工艺标准整理线束规范，焊接工艺美观可靠，测试 点标识清楚，随时等待验收，携带测试报告比对
（示波器拷贝或者拍照、或者 绘制），绘制表格，数据误差分析等，对比理论分析、仿真分析、 实践测试三者数据和误差，总结实训。
➢综合能力：
电子系统设计方案(PDF 66页)
UI
C1
1 C2
0.33F 1µF
UO
+
+
W7805 稳压器基本接线图
W7905 稳压器基本接线图
电容C1——防止自激振荡。 0.1F ~ 0.33F 电容C2——减小高频干扰，改善瞬态特性。1F
输入与输出之间的电压差不得低于2V
2）提高输出电流的电路
VD 的作用：补偿三极管的发射结电压，使电路输出 电压等于三端集成稳压器的输出电压。
第一节 78/79系列三端稳压器
一、 78系列三端稳压器 78L×× 输出电流100mA 78M×× 输出电流500mA 78×× 输出电流1000mA 标称输出电压：5、6、7、8、9、10、12、
15、18、24。
表2.1 三端稳压器的基本技术指标
项目
符号 78L 78M 78 79L 79M 79 单位
1 W78XX
3
+
C1
2
C2
0.33F
1F
UI
0.33F
1F
_
C1
1
C2
2 W79XX 3
+UO RL1
RL2 －UO
正负电压同时输出电路
4 三端固定稳压器使用注意事项
1）防止输入输出接反，损坏器件； 2）防止稳压器浮地故障； 3）如果输出电压|V0|〉7V，应接保护二极
管 4）输入电压不能超过允许最高输入电压
3）提高输出电压的电路
UO UO U Z
UO
(1
R2 R1
)U O
4）使输出电压可调的电路
射极跟随
因为 U A
R2 R3 R1 R2 R3
UO
UO U A UO
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➢电子系统有大有小，大到航天飞机的测控系统、 小到出租车计价器，它们都是电子系统。
复杂结构的电子系统
电子系统、网络、电路的区别和联系
电路也称为电网络。研究抽象规律采用网络，讨论具体 问题则为电路。
一般系统是比网络或电路更复杂、规模更大的组合体。 有时简单的网络或电路可以称之为系统，因为我们可以 采用研究系统的方法和观点来研究它们。
例：RC电路
网络分析： 研究各支路、回路电流/电压 系统分析： 研究如何构成微积分运算器（系统）
积分电路
微分电路
电子系统的组成框图
❖电子系统的基本组成
➢ 模拟系统；
纯硬件系统
➢ 数字系统；
软硬结合系统
数字温度计
电子系统类型(了解)
❖实现电子系统的器件
➢ 中大规模或超大规模集成电路(VLSI)； ➢ 专用集成电路； ➢ 可编程器件； ➢ 少量分立元件和机电元件。
描述各单元之间的互连关系或协议 1)系统的结构设计 确定系统与外部系统的互连方式与协议. 2)子系统,模块级的结构设计 功能框图 电路图 文字说明 3)模拟仿真验证
设计步骤（续）
3.物理描述与设计
实现结构的具体形式,技术,工艺
1)传统的PCB电路板 2)PLD逻辑器件 3)VLSI 版图,外形尺寸,材料,散热
特点
自底向上的缺点：
部件设计在先，设计系统时将受这些部件的限制，影响： 系统性 易读性 可靠性 可维护性
自底向上的优点：
在系统组装和调试过程中有效 可利用前人的设计成果
自顶向下与自底向上相结合
设计过程
➢理论设计——采用自上而下的设计方法； ➢实际制作——采购器件、设计印刷电路板，装配、 调试； ➢各种文档资料整理——设计报告、测试报告、使用 说明书等。
考核方式
平时加作业 实 验 期末考试
10% 10% 80%
第一章 电子系统设计导论
➢ 1.1 电子系统概述 ➢ 1.2 电子系统的设计 ➢ 1.3 电子系统设计步骤 ➢ 1.4 线性电源设计
1.1 电子系统概述
当今电子产品的两大特点： 1.产品的复杂性加深，根据Moore定律IC的复杂性大约
❖电子系统的类型
➢ 非智能型——功能简单或功能固定的电子系统 ➢ 智能型——参照人类活动规律，例：机器人
电子系统的功能分类(了解)
测控系统：如工业生产控制等； 测量系统：如电量及非电量的精密测量等； 数据处理系统：如语音、图像、雷达信息处理等； 通信系统：如数字通信、微波通信等； 计算机系统：计算机本身就是一个电子系统； 家电系统：如多媒体彩电、数字式视频光盘机等。
根据设计要求及指标，规定每个子系统的性能指标，并对总体框图 中的每一个方框(子系统) 进行分析及设计；
对于复杂的子系统还可以继续分解、细化，直到每个方框（功能模 块）都可以பைடு நூலகம்一种或一种以上的方法加以实现；
每一个功能模块都落实到通用中大规模集成电路层次，同时规定一 些关键器件的指标以保证该子系统的性能指标的实现。
自顶向下设计过程：
系统设计的一般原则
任何一个系统设计应遵循一定的原则、标准和规范，电子系统 设计的原则如下：
（1）兼顾技术的先进性和成熟性 电子系统的设计要适应技术发展的潮流，是系统保持长时间 的先进性和实用性，同时兼顾技术的成熟性，缩短开发周期。 （2）安全、可靠和容错性 采用成熟的技术、器件和部件，保证系统的可靠、稳定和安全， 同时系统具备一定的容错性，能适应各种不同的应用和操作环境。
设计步骤（续）
1.行为描述与设计
描述系统的各项功能、各个单元的输入输出关系、各种技术指标
举例： 移动电话的功能:通话功能,来电显示,存储,时钟,网络,传真,声控录
音,游戏,MP3等
性能指标:接收/发射频率,调制方式,待机时间,连续通话时间,电池电
压 ,尺寸重量等等
设计步骤（续）
2.结构描述与设计
EDA技术汇集了计算机应用科学，微电子结构与工艺学和电子系 统科学最新成果的先进CAD技术，它是计算机工作平台上开发的一 套电子设计系统软件。 比较著名的EDA公司有：Matlab(信息处理），MaxplusII(逻辑综 合),Protel(PCB)等等。
每6年增加10倍; 2.产品的上市时间与市场寿命减小,竞争加剧；
（硬件工程师）
系统定义
❖什么是系统？
系统是由两个以上各不相同且相互联系，互相制约 的单元组成的，在给定环境下能够完成一定功能的 综合体。
这里所说的单元，可以是元件，部件或子系统。
一个系统又可以是另一系统的子系统。
电子系统定义
将由电子元器件或部件组成的，能够产生、 传输或处理电信号及信息的客观实体称为电子系 统。
系统设计的一般原则（续）
（3）实用性和经济性 满足系统基本功能和性能指标的前提下，具有良好的性价比。 （4）可扩展性和易维护性 设计的单元电路模块化、系列化，使系统进行升级时，能保护 原有资源，降低系统维护的复杂性，提高效率。
1.3 电子系统设计步骤
电子系统设计的一般步骤 ➢ 1.行为描述与设计 ➢ 2.结构描述与设计 ➢ 3.物理描述与设计
实例-通信系统
实例-DVD系统
实例-计算机系统
子系统基本类型
复杂电子系统结构层次:
5种子系统基本类型:
1.模拟子系统 2.数字子系统 3.模拟,数混合子系统 4.微处理器子系统 5.DSP子系统
1.2 电子系统设计方法
自顶向下或从上到下
具体描述
设计人员首先根据对设计要求的理解及系统可能的工作方式、结构 等知识，构成系统总体框图；
优点
尽量运用概念（抽象）描述，分析设计对象，不过早考 虑具体电路、元器件和工艺。
抓主要矛盾，逐步细化、分解
适用于大型的、 复杂的系统设计
遵循原则
➢ （1）正确性和完备性原则 ➢ （2）模块化，结构化原则 ➢ （3）问题不下放原则 ➢ （4）高层主导原则 ➢ （5）直观性、清晰性原则
自底向上或从下到上
传统设计步骤
1.审题 2.方案选择与可行性论证 3.单元设计,计算和元件选择 4.组装、调试 5.编写设计文档,总结报告
电子系统设计EDA技术
1.EDA技术的发展
EDA技术是从二十世纪集成电路问世起（60年代），经历了CAD （70年代），CAE（辅助工程，80年代）发展阶段，到90年代进 入EDA阶段。