电子系统设计概述精选PPT.ppt

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1、电子系统设计概述第1页，此课件共53页哦1.电子系统概述复杂系统在结构上的层次性第2页，此课件共53页哦1.电子系统概述1.1 电子系统实例介绍面向集群应用的中央太阳能热水器控制及管理系统第3页，此课件共53页哦面向集群应用的中央太阳能热水器控制及管理系统系统级设计用户需求第4页，此课件共53页哦面向集群应用的中央太阳能热水器控制及管理系统1、研发工程型太阳能热水系统控制器、研发工程型太阳能热水系统控制器2、研发分布监测集中管理和控制的通讯技术、研发分布监测集中管理和控制的通讯技术3、研发区域级集中管理和控制软件系统、研发区域级集中管理和控制软件系统4、研发基于、研发基于B/S结构的企业级管理

2、与控制系统结构的企业级管理与控制系统1、研发工程型太阳能热水系统控制器、研发工程型太阳能热水系统控制器系统级设计子系统级设计第5页，此课件共53页哦工程型太阳能热水系统原理框图工程型太阳能热水系统原理框图部件级设计子系统设计系统系统原理框图原理框图第6页，此课件共53页哦工程型太阳能热水系统控制器的技术需求工程型太阳能热水系统控制器的技术需求第7页，此课件共53页哦工程型太阳能热水系统控制器的功能指标工程型太阳能热水系统控制器的功能指标1.功能需求：功能需求：开机自检时间显示：北京时间断电持续显示、记忆功能水位预置、水温预置水位显示、温度显示定温、温差循环控制自动上水、强制上水自动、手动、定时

3、辅助加热控制缺水警报并自动上水回水恒温控制漏电保护高温、低温（防冻）保护、防干烧保护第8页，此课件共53页哦2.技术指标：技术指标：使用电源：220VAC 功耗：5W 测温精度：2 测温范围：0-99 控温精度：2 水位分档：五档 控制输出功率：0.5kW 辅助加热控制功率：3kW 漏电动作电流：10mA/0.1S 彩色液晶显示屏低功率 0.1W。工程型太阳能热水系统控制器的技术指标工程型太阳能热水系统控制器的技术指标第9页，此课件共53页哦工程型太阳能热水系统控制器的原理框图工程型太阳能热水系统控制器的原理框图第10页，此课件共53页哦工程型太阳能热水系统线控器原理框图工程型太阳能热水系统线

4、控器原理框图第11页，此课件共53页哦MCU电路原理图电路原理图第12页，此课件共53页哦电源电路原理图电源电路原理图第13页，此课件共53页哦通信接口电路原理图通信接口电路原理图第14页，此课件共53页哦电源线载波通信电路原理图电源线载波通信电路原理图第15页，此课件共53页哦LCD接口及背光控制电路原理图接口及背光控制电路原理图第16页，此课件共53页哦线控器线控器PCB图图第17页，此课件共53页哦1.2 电子系统设计的基本原则（1）满足系统功能和性能指标要求满足系统功能和性能指标要求（2）电路简单电路简单（3）电磁兼容好电磁兼容好（4）可靠性高可靠性高（5）系统集成度高系统集成度高（6

5、）调试简单方便调试简单方便（7）生产工艺简单生产工艺简单（8）操作简便操作简便（9）性能价格比高性能价格比高第18页，此课件共53页哦1.3 电子系统设计的一般方法(1)(1)自顶向下法自顶向下法(2)(2)自底向上法自底向上法(3)(3)以以自自顶顶向向下下方方法法为为主主导导，结结合合使使用用自自底向上的方法底向上的方法 第19页，此课件共53页哦1.4 设计文档的作用 从设计步骤一开始，就要同时平行地建立设计文档，即将每一步的设计思想、方案比较与选择、分析计算结果、各层次上的最终设计图纸等加以记录，随后整理编写成结构化、条理分明、文字简练的文档。作为一个电子系统的设计人员必须牢记：没有作

6、为一个电子系统的设计人员必须牢记：没有文档的设计是无用的设计！文档的设计是无用的设计！第20页，此课件共53页哦1.5 电子设计竞赛的设计步骤一、选题原则：（1）明确设计任务，）明确设计任务，“即做什么？即做什么？”（最好不能有知识盲点，（最好不能有知识盲点，即要能够看懂题目的要求。即要能够看懂题目的要求。（2）明确系统的功能和指标，）明确系统的功能和指标，“即做到什么程度？即做到什么程度？”（基本要求（基本要求和发挥部分，功能指标和技术指标）和发挥部分，功能指标和技术指标）（3）明确是否具有完成设计所需的元器件、最小系统、）明确是否具有完成设计所需的元器件、最小系统、开发工具、测量仪器仪表等

7、条件。开发工具、测量仪器仪表等条件。（4）充分地分析题目、一经选定中途不更改。）充分地分析题目、一经选定中途不更改。题目类型：题目类型：电源类、无线通讯类、电源类、无线通讯类、仪器仪表类、智能控制类、仪器仪表类、智能控制类、第21页，此课件共53页哦1.5 电子设计竞赛的设计步骤二、系统方案论证（一）确定设计的可行性（一）确定设计的可行性（1）原理的可行性？）原理的可行性？（2）功能模块和元器件的可行性？）功能模块和元器件的可行性？（3）模块间数据传输的可行性？）模块间数据传输的可行性？（4）测试的可行性？）测试的可行性？（5）设计、制作的可行性？）设计、制作的可行性？（6）时间的可行性？）时

8、间的可行性？第22页，此课件共53页哦1.5 电子设计竞赛的设计步骤（二）明确方案的内容（二）明确方案的内容（1）系统的外部特性）系统的外部特性 系统具有的主要功能？系统具有的主要功能？引脚数量及功能？引脚数量及功能？输入信号和输出信号的形式？输入信号和输出信号的形式？输入信号和输出信号之间的相互关系？输入信号和输出信号之间的相互关系？测量仪器仪表及测量方法？测量仪器仪表及测量方法？二、系统方案论证第23页，此课件共53页哦1.5 电子设计竞赛的设计步骤 （二）明确方案的内容（二）明确方案的内容 （2）系统的内部特性）系统的内部特性 系统的基本工作原理？系统的基本工作原理？系统的实现方法？（模

9、拟、数字、混合）系统的实现方法？（模拟、数字、混合）系统原理框图？硬件结构？系统原理框图？硬件结构？系统的控制流程？软件结构？系统的控制流程？软件结构？子系统、部件之间的关系？接口？尺寸？安装方法？子系统、部件之间的关系？接口？尺寸？安装方法？二、系统方案论证第24页，此课件共53页哦1.5 电子设计竞赛的设计步骤二、系统方案论证 （二）明确方案的内容（二）明确方案的内容 （3）测量方法和仪器仪表）测量方法和仪器仪表 仪器仪表的种类？仪器仪表的种类？仪器仪表的精度？仪器仪表的精度？测量参数形式？测量参数形式？测量方法？测试点？测量方法？测试点？测量数据记录和处理？表格形式？数据处理工具？测量数

10、据记录和处理？表格形式？数据处理工具？第25页，此课件共53页哦1.5 电子设计竞赛的设计步骤三、安装制作与调试 （1）安装制作需要考虑的问题）安装制作需要考虑的问题 安装工具？安装工具？元器件选择与采购？元器件选择与采购？最小系统的采用？微处理器？最小系统的采用？微处理器？PLD?PCB制作？低频？高频？数字？模拟？数模混合？制作？低频？高频？数字？模拟？数模混合？EMC?子系统、部件安装制作的顺序？子系统、部件安装制作的顺序？第26页，此课件共53页哦1.5 电子设计竞赛的设计步骤三、安装制作与调试 （2）调试需要考虑的问题 调试参数？调试方法？调试需要的仪器仪表?软件硬件的协同？修改软件

11、？修改硬件?测量数据的记录和处理？第27页，此课件共53页哦1.5 电子设计竞赛的设计步骤设计要求系统方案论证系统方案设计软硬件功能分配软件功能模块MCU/PLD子系统/部件编程与调试设计报告电路PCB设计系统集成调试设计报告实物作品设计总结报告第28页，此课件共53页哦2 电子系统设计实例分析 2.1 设计实例 一、简易数控直流电源（一）设计任务键盘数控部分输出电路数字显示自制稳压电源+15V-15V+5V220V简易数控直流电源原理框图第29页，此课件共53页哦2 电子系统设计实例分析（二）设计要求（1）基本要求 输出电压：范围09.9V，步进0.1V，纹波不大 于10mV；输出电流：50

12、0mA；输出电压值由数码管显示；由“”、“”两键分别控制输出电压步进增减；为实现上述各部件工作，自制一稳压直流电源，输出15V，5V。第30页，此课件共53页哦2 电子系统设计实例分析（2）发挥部分）发挥部分 输出电压可预置在输出电压可预置在09.9V之间的任意一个值；之间的任意一个值；用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不不变）；变）；扩展输出电压种类（比如三角波等）。扩展输出电压种类（比如三角波等）。第31页，此课件共53页哦2 电子系统设计实例分析二、直流稳定电源 (1997年全国大学生电子设计竞赛题之一)（一）设计任务 设

13、计并制作交流变换为直流的稳定电源设计并制作交流变换为直流的稳定电源 基本要求：（1）稳压电源稳压电源 在输入电压220V、50Hz、电压变化范围15%20%条件下：a输出电压可调范围为+9V+12Vb最大输出电流为1.5A第32页，此课件共53页哦c电压调整率电压调整率0.2%（输入电压（输入电压220V变化范围变化范围15%20%下，空载到满载）下，空载到满载）d负载调整率负载调整率1%（最低输入电压下，满载）（最低输入电压下，满载）e纹波电压（峰纹波电压（峰-峰值）峰值）5mV（最低输入电压下，满载）（最低输入电压下，满载）f效率效率40%（输出电压（输出电压9V、输入电压、输入电压220

14、V下，满载）下，满载）g具有过流及短路保护功能具有过流及短路保护功能 第33页，此课件共53页哦（2）稳流电源）稳流电源 在输入电压固定为在输入电压固定为12V的条件下：的条件下：a输出电流：输出电流：420mA可调可调b负载调整率负载调整率1%（输入电压（输入电压12V、负载电阻由、负载电阻由200300变化时，输出电流为变化时，输出电流为20mA时的相对变化率）时的相对变化率）（3）DC-DC变换器变换器 在输入电压为在输入电压为+9V+12V条件下：条件下：a输出电压为输出电压为+100V，输出电流为，输出电流为10mAb电压调整率电压调整率1%（输入电压变化范围（输入电压变化范围+9V

15、+12V）c负载调整率负载调整率1%（输入电压（输入电压+12V下，空载到满载）下，空载到满载）d纹波电压（峰纹波电压（峰-峰值）峰值）100mV（输入电压（输入电压+9V下，满载）下，满载）第34页，此课件共53页哦 发挥部分发挥部分（1）扩充功能）扩充功能a排除短路故障后，自动恢复为正常状态排除短路故障后，自动恢复为正常状态b过热保护过热保护c防止开、关机时产生的防止开、关机时产生的“过冲过冲”（2）提高稳压电源的技术指标）提高稳压电源的技术指标a提高电压调整率和负载调整率提高电压调整率和负载调整率b扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值（3）改善

16、）改善DC-DC变换器变换器a提高效率（在提高效率（在100V、100mA下）下）b提高输出电压提高输出电压（4）用数字显示输出电压和输出电流）用数字显示输出电压和输出电流第35页，此课件共53页哦2.2 设计实例分析2.2.1 方案论证（1）采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计逻辑选通4011单稳消抖4013可预置加减计数器40192BCD拨码盘开关译码显示4511D/A放大可调稳压脉冲源4060（8Hz)函数信号发生器电源AC220V+5V+15V-15V电压输出波形输出按键预置第36页，此课件共53页哦2.2 设计实例分析2.2.1 方案论证（2）采用单片机的简易数控直流电源设计键

17、盘显示单片机系统D/A放大电压显示7107电源AC220V+5V+12V-12V输出键盘显示接口8279电压预置基准电压过流保护第37页，此课件共53页哦2.2 电子系统设计选题分析 1.4.2 频率特性测试仪(1999年全国大学生电子设计竞赛题之一)1、设计任务 设计并制作一个频率特性测试系统，包含测试信号源、被测网络、检波及显示3个部分，如图所示。第38页，此课件共53页哦14 电子系统设计选题举例22、设计要求(1)基本要求 制作幅频特性测试仪 a、频率范围：l00Hz100kHz；b、频率步进量：l0Hz；c、频率稳定度：l0-4；d、测量精度：5；e、能在全频范围内自动步进测量，可手

18、动预置测量范围及步进频率值；f、LED显示，频率显示为5位，电压显示为3位，并能打印输出。第39页，此课件共53页哦14 电子系统设计选题举例2、设计要求 (1)基本要求 制作一被测网络 a、电路形式：阻容双T网络；b、中心频率：5kHz；c、带宽：50Hz；d、计算出网络的幅频和相频特性，并绘制相位曲线；e、用所制作的幅频特性测试仪测试自制的被测网络的幅频特性。第40页，此课件共53页哦14 电子系统设计选题举例2 2、设计要求 (2)发挥部分 制作相频特性测试仪 a、频率范围：50Hzl0kHz；b、相位度数显示：相位显示值3位，另以1位作为符号显示；c、测量精度：3。用示波器显示幅频特性

19、。在示波器上同时显示幅频特性和相频特性。其他。第41页，此课件共53页哦14 电子系统设计选题举例2 3、评分指标与标准项项 目目 得分得分 基本要求 方案设计与论证、理论计算与分 析、电路图 50 实际完成情况 50发挥部分 完成第一项 5 完成第二项 15 完成第三项 20第42页，此课件共53页哦（1 1）控制模块或芯片的选型：数字电路、）控制模块或芯片的选型：数字电路、MCUMCU、ARMARM、DSPDSP、PLDPLD、SOPCSOPC、PCPC等。等。（2 2）功能模块的选型：）功能模块的选型：A/DA/D、D/AD/A、V/FV/F、I/VI/V、V/IV/I、PGAPGA、D

20、C-DCDC-DC、AC-DCAC-DC、开关电容滤波器、射频通讯、开关电容滤波器、射频通讯模块、功率放大模块、直流电机驱动模块等。模块、功率放大模块、直流电机驱动模块等。1.确定使用那些功能模块或单元电路构建系统确定使用那些功能模块或单元电路构建系统第43页，此课件共53页哦（3 3）模块或单元电路的选型）模块或单元电路的选型例如：微处理器处理数据的能力，可用例如：微处理器处理数据的能力，可用I/OI/O口的数量和性口的数量和性能，应用程序的下载方式，时钟频率的典型值，供能，应用程序的下载方式，时钟频率的典型值，供电电压和功耗等；电电压和功耗等；又如：又如：A/D D/AA/D D/A的位数

21、，转换时间，基准电压值，控的位数，转换时间，基准电压值，控制端口的时序，制端口的时序，ADAD输出数据的形式等。输出数据的形式等。第44页，此课件共53页哦2.确定功能模块之间的信号传输方式确定功能模块之间的信号传输方式模拟信号的直接传输（阻抗匹配、耦合方式、电平偏移、模拟信号的直接传输（阻抗匹配、耦合方式、电平偏移、抗干扰、抗干扰、CMRCMR等）等）模拟信号的间接传输（物理隔离、远距离传输）模拟信号的间接传输（物理隔离、远距离传输）数字信号的直接传输（延时、正负逻辑、信号电平、数字信号的直接传输（延时、正负逻辑、信号电平、传输协议、传输速率、传输距离、可靠性传输）传输协议、传输速率、传输距

22、离、可靠性传输）数字信号的间接传输（物理隔离、远距离传输）数字信号的间接传输（物理隔离、远距离传输）第45页，此课件共53页哦1.明确系统端口的数量和类型明确系统端口的数量和类型（1）输入、输出口的数量？）输入、输出口的数量？接口、接插件、接口、接插件、PCB（2）输入、输出信号的类型？）输入、输出信号的类型？模拟、数字、单端、差分、幅度、频率、功率、数模拟、数字、单端、差分、幅度、频率、功率、数据传输速率等据传输速率等）第46页，此课件共53页哦2.明确系统的技术指标明确系统的技术指标（1）根据技术指标选择功能模块（或电路）根据技术指标选择功能模块（或电路）根据输入信号的根据输入信号的类型类

23、型和和参数参数确定输入电路的形式；确定输入电路的形式；根据系统的对信号的根据系统的对信号的分辨率分辨率确定确定A/DA/D或或D/AD/A的位数；的位数；根据对信号的根据对信号的频率或延时频率或延时要求确定功能模块的幅频特性、要求确定功能模块的幅频特性、延时特性、处理能力。延时特性、处理能力。根据系统的根据系统的功耗功耗确定电源电路的容量；确定电源电路的容量；根据电源根据电源电压或电流电压或电流的指标要求确定输入电压范围和的指标要求确定输入电压范围和电源电路的形式等。电源电路的形式等。第47页，此课件共53页哦单元电路设计单元电路设计 最佳选择：使用曾经用过并经实践证明可行的电路；最佳选择：使

24、用曾经用过并经实践证明可行的电路；临时设计：尽可能选用集成电路构建，关键是临时设计：尽可能选用集成电路构建，关键是ICIC的选型；的选型；分立电路：主要用于高频微弱信号放大，高电压、大电流的功率放分立电路：主要用于高频微弱信号放大，高电压、大电流的功率放大。大。元器件选型元器件选型 元器件主要参数的检索、识别、理解，能根据需要选用正确的元器元器件主要参数的检索、识别、理解，能根据需要选用正确的元器件。件。例如根据工作电压、电流确定例如根据工作电压、电流确定三极管三极管BVBVCEOCEO、I ICMCM、P PCMCM，根据工作频，根据工作频率确定三极管的率确定三极管的f fT T等。等。此外，还有此外，还有R R、C C、L L的选择原则等。的选择原则等。（2）根据技术指标设计单元电路和选择元器件）根据技术指标设计单元电路和选择元器件第48页，此课件共53页哦三角波的频谱第49页，此课件共53页哦方波的频谱第50页，此课件共53页哦粉红噪声频谱 第51页，此课件共53页哦基频1000Hz、调制频率和调制范围50Hz的调制波形 第52页，此课件共53页哦过零调幅波形的频谱 第53页，此课件共53页哦