具體描述
基本信息
書名：21世紀高等學校規劃教材 電子係統實習教程
定價：34.00元
作者：趙瑩
齣版社：中國電力齣版社
齣版日期：2012-06-01
ISBN：9787512328235
字數：
頁碼：
版次：1
裝幀：平裝
開本：16開
商品重量：0.581kg
編輯推薦
《電子係統實習教程》由趙瑩主編，為瞭適應電路電子技術日新月異的發展形勢，培養適應21世紀高等學校人纔，加強學生實踐能力和創新能力的培養，按照高等學校電路電子技術基礎課程教學基本要求，編者們編寫瞭這本教材，通過對本書的學習，可以使學生在較短的時間內，以*快的速度掌握電路電子係統設計的基本方法、EDA軟件的使用，並在有限的時間內完成電路電子係統設計的課題。
內容提要
《電子係統實習教程》由趙瑩主編，本書為21世紀高等學校規劃教材。本書共分為電路CAD實習、電子綫路實習和電子CAD實習三篇。其中，電路CAD實習是為配閤電路理論課程而開設的實習；電子綫路實習是為配閤模擬電子技術基礎課程而開設的實習；電子CAD實習是為配閤電子技術、單片機原理及應用等課程而開設的實習。通過對本書的學習，可以使學生在較短的時間內，以快的速度掌握電路電子係統設計的基本方法、EDA軟件的使用，並在有限的時間內完成電路電子係統設計的課題。《電子係統實習教程》可作為高等院校電子類、電氣類、自動化類及相關專業實訓教材，也可作為廣大電路設計工作者的參考用書。
目錄
作者介紹
文摘
序言
21世紀高等學校規劃教材 電子係統實習教程 內容簡介 本書是一本麵嚮21世紀高等院校電子信息類相關專業學生的實習實訓教材，旨在通過係統性的理論闡述與詳實的實踐指導，幫助學生掌握電子係統的基本構成、工作原理、設計方法以及調試技術，為培養具備紮實理論基礎和動手實踐能力的現代化電子工程師奠定堅實基礎。 第一章 緒論 本章將首先對電子係統進行一個宏觀的概述，闡述電子係統的基本概念、重要性及其在現代社會中的廣泛應用。我們將從不同維度剖析電子係統的分類，例如模擬電子係統、數字電子係統、混閤信號電子係統以及嵌入式電子係統等，幫助學生建立起對電子係統多樣性的初步認知。隨後，我們將深入探討電子係統的基本組成單元，包括但不限於信號源、傳感器、控製器、執行器、電源以及各類接口電路等，並分析它們在整個係統中的作用和相互關係。 本章的重點還將放在電子係統設計的基本流程和方法論上。我們將介紹從需求分析、概念設計、係統設計、單元設計、集成與測試到産品化等一係列關鍵步驟，並強調在實際工程中，不同階段所需的關注點和工作方法。此外，我們將簡要介紹電子係統發展趨勢，例如微型化、智能化、集成化、網絡化以及綠色化等，為學生理解未來電子技術的發展方嚮提供啓示。最後，本章將明確本書的教學目標、適用對象以及學習方法，鼓勵學生積極主動地參與到後續的理論學習和實踐操作中。 第二章 模擬信號處理基礎 模擬電子技術是理解和設計復雜電子係統的基石，本章將聚焦於模擬信號的産生、傳輸、處理與放大等核心內容。我們將從最基本的模擬電路元器件入手，詳細介紹電阻、電容、電感、二極管、三極管（BJT）和場效應管（FET）等有源和無源器件的電氣特性、工作原理以及在電路中的應用。 在此基礎上，我們將深入講解各種基礎模擬電路模塊，例如放大器電路（包括共射、共集、共基放大器，以及差分放大器和運算放大器）、濾波器電路（低通、高通、帶通和帶阻濾波器）、振蕩器電路（RC振蕩器、LC振蕩器、晶體振蕩器）以及穩壓電源電路等。我們將分析這些電路的傳遞函數、頻率響應、增益、帶寬、穩定性等關鍵參數，並結閤實際應用場景，講解如何根據設計需求選擇和配置閤適的電路。 本章還將探討模擬信號的非綫性失真、噪聲問題以及乾擾抑製等常見問題，並介紹相應的解決對策，如負反饋技術、屏蔽技術和濾波技術等。通過本章的學習，學生將能夠理解模擬信號是如何被處理和轉換的，並具備設計和分析簡單模擬電路的能力。 第三章 數字信號處理基礎 數字電子技術是現代電子係統的核心組成部分，本章將係統介紹數字信號的錶示、邏輯運算、時序邏輯以及數字電路的設計與分析。我們將首先介紹二進製數製、邏輯門（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）以及布爾代數的基本概念，並講解如何使用邏輯門實現各種邏輯函數。 接著，我們將深入講解組閤邏輯電路和時序邏輯電路。組閤邏輯電路如編碼器、譯碼器、多路選擇器、數據分配器等，我們將分析它們的邏輯功能和設計方法。時序邏輯電路則包括觸發器（RS, JK, D, T觸發器）、寄存器、計數器、移位寄存器以及狀態機等，我們將詳細闡述它們的時序特性、工作原理以及在數字係統中的應用，例如用於數據存儲、計數和狀態控製。 本章還將介紹常用的數字集成電路係列，如TTL和CMOS係列，並分析它們的電特性和互聯原則。此外，我們還會觸及數字信號的量化、采樣和編碼等概念，為後續學習數字信號處理（DSP）打下基礎。學生將通過本章的學習，掌握數字電路的基本設計原理和分析方法，為理解復雜的數字係統打下堅實基礎。 第四章 微處理器與嵌入式係統基礎 微處理器作為電子係統的“大腦”，在現代電子設備中扮演著至關重要的角色。本章將聚焦於微處理器的架構、指令集、工作原理以及嵌入式係統的構成與開發。我們將介紹微處理器的基本組成部分，如中央處理器（CPU）、內存、輸入/輸齣（I/O）接口以及總綫等，並講解它們之間的協同工作方式。 我們將深入剖析指令集架構（ISA），瞭解不同類型的指令（如數據傳輸指令、算術邏輯指令、控製流指令等）如何被執行。隨後，我們將介紹中斷機製、存儲器管理以及I/O訪問等關鍵概念。 嵌入式係統是微處理器與其他硬件和軟件組件集成的係統，廣泛應用於各種專用設備。本章將闡述嵌入式係統的典型架構，包括微控製器（MCU）與微處理器（MPU）的區彆，以及常見的嵌入式硬件平颱，如ARM、MIPS等。我們將介紹嵌入式軟件的開發流程，包括硬件選型、交叉編譯、調試以及固件燒錄等。 本章還將探討嵌入式係統中的實時操作係統（RTOS）的作用，以及常見的RTOS特性，如任務調度、進程間通信和同步機製。此外，我們將介紹常用的嵌入式通信接口，如UART, SPI, I2C, USB等。通過本章學習，學生將能夠理解微處理器的工作原理，掌握嵌入式係統的基本構成，並初步瞭解嵌入式軟件的開發流程。 第五章 信號的采集與調理 在將現實世界的模擬信號輸入到數字係統中進行處理之前，通常需要進行信號的采集與調理。本章將深入探討模擬信號采集與調理的關鍵技術和電路設計。我們將首先介紹采樣定理，解釋數字信號的采樣率如何影響信號的保真度。 隨後，我們將重點講解模擬數字轉換器（ADC）的類型、工作原理和關鍵參數，例如分辨率、采樣速率、非綫性度和量化誤差等。我們將分析不同類型的ADC，如逐次逼近型ADC、Σ-Δ型ADC、流水綫型ADC等，並講解它們各自的優缺點及適用場景。 信號調理電路的設計是保證信號采集質量的重要環節。本章將介紹常用的信號調理電路，包括但不限於： 信號放大電路： 用於將微弱的模擬信號放大到ADC能夠有效處理的範圍。 濾波電路： 用於去除信號中的噪聲和乾擾，如抗混疊濾波器、平滑濾波器等。 電平轉換電路： 用於將信號的電壓範圍匹配ADC的輸入要求。 隔離電路： 用於保護ADC和後續數字電路免受高壓或地綫迴路的乾擾。 基準電壓源： 用於提供穩定精確的參考電壓，保證ADC的轉換精度。 我們將分析這些電路的設計要點，包括元器件的選擇、電路的參數計算以及性能優化。通過本章的學習，學生將能夠理解模擬信號在進入數字世界前所經曆的關鍵轉換過程，並掌握設計簡單信號采集與調理電路的能力。 第六章 數字信號的存儲與傳輸 數字信號在電子係統中需要被有效地存儲和傳輸，本章將重點介紹數字信號的存儲技術和通信接口。在存儲方麵，我們將介紹各種類型的存儲器，包括易失性存儲器（如SRAM, DRAM）和非易失性存儲器（如ROM, EPROM, EEPROM, Flash Memory, SD Card）。我們將分析它們的讀寫原理、存儲密度、讀寫速度、功耗以及在不同應用中的選擇原則。 在數據傳輸方麵，本章將詳細介紹串行通信和並行通信接口。 並行通信： 如早期的並行接口，雖然速度快，但綫路多，適用於短距離傳輸。 串行通信： 更加普遍，綫路少，適用於長距離傳輸，我們將重點介紹： UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)： 異步串行通信，常用於微控製器與外設之間的通信。 SPI (Serial Peripheral Interface)： 同步串行通信，速度快，常用於MCU與傳感器、存儲器等器件之間。 I2C (Inter-Integrated Circuit)： 兩綫製串行通信，支持多主多從，常用於連接多個外設。 USB (Universal Serial Bus)： 通用串行總綫，廣泛應用於計算機與外部設備之間，我們將介紹其不同版本（如USB 2.0, USB 3.0）的特點和協議。 此外，本章還將簡要介紹一些高級通信協議，如Ethernet、CAN總綫等，以拓展學生的視野。我們將分析不同通信接口的電氣特性、時序要求、協議規範以及在實際應用中的連接方式。通過本章的學習，學生將能夠理解數字信息是如何在係統內部和係統之間進行高效存儲和傳輸的。 第七章 傳感器應用與接口 傳感器是電子係統感知外部世界的“觸角”，其應用貫穿於各個領域。本章將深入探討各類傳感器的原理、特性及其在電子係統中的接口技術。我們將從傳感器的基本分類入手，例如溫度傳感器（熱敏電阻、熱電偶、半導體溫度傳感器）、壓力傳感器（壓阻式、電容式、壓電式）、光傳感器（光敏電阻、光電二極管、光電三極管）、位移傳感器（綫性霍爾、編碼器）、氣體傳感器以及生物傳感器等。 對於每類傳感器，我們將詳細介紹其工作原理，例如敏感元件的物理效應、電信號的産生機製以及影響其性能的關鍵參數（如靈敏度、綫性度、響應時間、遲滯、精度等）。 在接口技術方麵，我們將重點關注如何將傳感器輸齣的模擬或數字信號有效地接入到微處理器或數據采集係統中。這通常涉及到： 模擬接口： 對於模擬輸齣的傳感器，需要結閤前麵介紹的信號調理電路（如放大、濾波）和ADC進行數據采集。 數字接口： 對於數字輸齣的傳感器，可能直接通過SPI, I2C, UART等接口與微處理器通信，或者需要特定的通信協議。 供電與接地： 傳感器的正確供電和接地是保證其穩定工作和數據準確性的前提。 本章還將通過實際案例，展示傳感器在智能傢居、工業自動化、環境監測、醫療健康等領域的典型應用。學生將通過本章的學習，深刻理解傳感器在電子係統中的重要作用，並掌握如何根據具體需求選擇閤適的傳感器，以及如何設計與之配套的接口電路。 第八章 執行器控製與驅動 電子係統中的執行器負責將控製信號轉化為物理動作，實現對外部環境的乾預。本章將重點講解各類執行器的類型、工作原理及其驅動電路的設計。我們將介紹常見的執行器，例如： 電機類執行器： 包括直流電機、步進電機、伺服電機等。我們將分析它們的驅動方式（如PWM控製）、電流需求以及相應的驅動電路（如H橋驅動電路、步進電機驅動芯片）。 繼電器與固態繼電器： 用於開關大功率電路，我們將講解其工作原理、選型要點以及驅動電路的設計，以避免對控製單元造成損壞。 LED與顯示器： 作為信息輸齣的執行器，我們將介紹LED的驅動方式、亮度控製以及常見的顯示器（如LCD, OLED）的接口和控製。 電磁閥與泵： 常用於流體控製，我們將分析其工作原理和驅動需求。 執行器的驅動電路是連接控製單元與執行器之間的橋梁，其設計至關重要。本章將重點講解驅動電路的設計原則，包括： 電流驅動能力： 確保驅動電路能夠提供足夠的電流來驅動執行器。 電壓匹配： 驅動電路的輸齣電壓需與執行器的額定電壓相匹配。 保護電路： 設計反嚮電動勢吸收電路、過流保護等，以保護控製單元。 信號隔離： 在高壓或強乾擾環境下，可能需要光耦等隔離器件。 通過本章的學習，學生將能夠理解電子係統如何通過執行器與物理世界互動，並掌握設計和實現各種執行器驅動電路的基本技能。 第九章 係統集成與調試 將各個獨立的電子模塊有機地結閤起來，並確保其正常、穩定地工作，是電子係統設計的重要環節。本章將聚焦於電子係統的集成過程以及調試與測試技術。 係統集成： 模塊化設計與接口標準： 強調模塊化設計理念，以及標準化接口的重要性，這有助於提高係統的可重用性和可維護性。 電路闆布局與布綫： 探討PCB（Printed Circuit Board）設計的基本原則，包括元器件的布局、信號綫的布綫、電源與地綫的處理、信號完整性、電磁兼容性（EMC）等，以減少寄生參數和串擾。 綫纜與連接器： 選擇閤適的綫纜和連接器，並進行規範的連接，以確保信號的可靠傳輸。 電源管理： 設計和集成電源管理單元，確保係統中各部分獲得穩定、可靠的電力供應，並考慮功耗優化。 調試與測試： 調試工具與方法： 介紹常用的電子調試工具，如萬用錶、示波器、邏輯分析儀、信號發生器、頻譜分析儀等，並講解它們的使用方法和技巧。 單元測試與集成測試： 闡述從單個模塊的測試到整個係統集成的多層次測試策略。 故障定位與排除： 教授係統性的故障分析和定位方法，例如信號跟蹤法、替換法、參數測量法等，並提供排除常見故障的經驗。 性能指標的驗證： 如何通過測試來驗證係統的各項性能指標是否達到設計要求，如響應時間、精度、穩定性、功耗等。 軟件與硬件聯閤調試： 對於基於微處理器的係統，將詳細介紹軟件調試環境（如IDE, 調試器）的使用，以及如何進行軟硬件協同調試。 本章旨在培養學生解決復雜係統問題的能力，使其在完成係統設計後，能夠有效地進行集成、測試和優化，最終交付高質量的電子係統産品。 第十章 綜閤案例分析與實踐 本章將通過一係列實際的綜閤性案例，將前麵章節所學的理論知識和實踐技能融會貫通，為學生提供一個完整的電子係統設計、實現和驗證的實踐過程。我們將選擇不同領域、不同復雜度的案例，例如： 案例一：簡易智能傢居控製係統 需求分析：設計一個能夠通過手機App控製傢中燈光、監測室內溫度的係統。 係統設計：選擇閤適的微控製器、傳感器（如溫濕度傳感器、光敏傳感器）、執行器（如繼電器模塊、LED）以及通信模塊（如Wi-Fi模塊）。 硬件實現：PCB設計、元器件焊接、接口連接。 軟件開發：編寫嵌入式程序，實現傳感器數據讀取、Wi-Fi通信、指令解析與執行。 係統集成與調試：完成軟硬件的聯閤調試，驗證係統功能。 案例二：便攜式數據采集與顯示模塊 需求分析：設計一個能夠采集特定傳感器信號，並將其顯示在LCD屏幕上的便攜式設備。 係統設計：選擇閤適的ADC、微處理器、LCD控製器以及存儲器。 硬件實現：低功耗設計考慮，PCB布局優化。 軟件開發：編寫數據采集、處理、顯示和人機交互的程序。 係統集成與調試：測試數據的準確性、顯示效果、功耗錶現。 案例三：工業自動化中的簡易傳感器接口模塊 需求分析：設計一個能夠將工業現場的多種傳感器信號（如模擬信號、開關量信號）轉換成標準通信協議（如RS-485）的接口模塊。 係統設計：選擇高精度ADC、光電隔離器件、電平轉換器以及RS-485收發器。 硬件實現：工業級EMC設計考慮，可靠性設計。 軟件開發：實現信號采集、協議封裝與通信。 係統集成與調試：在模擬工業環境下進行測試。 每個案例都將詳細闡述從需求分析、方案設計、元器件選型、電路設計、PCB布局、軟件編程、硬件焊接、係統調試到最終性能評估的全過程。通過這些綜閤性案例的學習和實踐，學生將能夠深刻理解電子係統設計是一個係統性的工程，需要綜閤運用多方麵的知識和技能，並能夠獨立地完成一個小型電子係統的設計與實現。 附錄 常用電子元器件規格型號速查 常用電子測量儀器的使用指南 電子設計常用軟件介紹 電子行業標準與規範簡介 本書旨在為廣大師生提供一個全麵、實用、易於理解的學習平颱，通過理論與實踐的有機結閤，幫助學生快速成長為新一代優秀的電子信息人纔，為21世紀電子信息産業的發展貢獻力量。
