具体描述
基本信息
书名：21世纪高等学校规划教材 电子系统实习教程
定价：34.00元
作者：赵莹
出版社：中国电力出版社
出版日期：2012-06-01
ISBN：9787512328235
字数：
页码：
版次：1
装帧：平装
开本：16开
商品重量：0.581kg
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《电子系统实习教程》由赵莹主编，为了适应电路电子技术日新月异的发展形势，培养适应21世纪高等学校人才，加强学生实践能力和创新能力的培养，按照高等学校电路电子技术基础课程教学基本要求，编者们编写了这本教材，通过对本书的学习，可以使学生在较短的时间内，以*快的速度掌握电路电子系统设计的基本方法、EDA软件的使用，并在有限的时间内完成电路电子系统设计的课题。
内容提要
《电子系统实习教程》由赵莹主编，本书为21世纪高等学校规划教材。本书共分为电路CAD实习、电子线路实习和电子CAD实习三篇。其中，电路CAD实习是为配合电路理论课程而开设的实习；电子线路实习是为配合模拟电子技术基础课程而开设的实习；电子CAD实习是为配合电子技术、单片机原理及应用等课程而开设的实习。通过对本书的学习，可以使学生在较短的时间内，以快的速度掌握电路电子系统设计的基本方法、EDA软件的使用，并在有限的时间内完成电路电子系统设计的课题。《电子系统实习教程》可作为高等院校电子类、电气类、自动化类及相关专业实训教材，也可作为广大电路设计工作者的参考用书。
目录
作者介绍
文摘
序言
21世纪高等学校规划教材 电子系统实习教程 内容简介 本书是一本面向21世纪高等院校电子信息类相关专业学生的实习实训教材，旨在通过系统性的理论阐述与详实的实践指导，帮助学生掌握电子系统的基本构成、工作原理、设计方法以及调试技术，为培养具备扎实理论基础和动手实践能力的现代化电子工程师奠定坚实基础。 第一章 绪论 本章将首先对电子系统进行一个宏观的概述，阐述电子系统的基本概念、重要性及其在现代社会中的广泛应用。我们将从不同维度剖析电子系统的分类，例如模拟电子系统、数字电子系统、混合信号电子系统以及嵌入式电子系统等，帮助学生建立起对电子系统多样性的初步认知。随后，我们将深入探讨电子系统的基本组成单元，包括但不限于信号源、传感器、控制器、执行器、电源以及各类接口电路等，并分析它们在整个系统中的作用和相互关系。 本章的重点还将放在电子系统设计的基本流程和方法论上。我们将介绍从需求分析、概念设计、系统设计、单元设计、集成与测试到产品化等一系列关键步骤，并强调在实际工程中，不同阶段所需的关注点和工作方法。此外，我们将简要介绍电子系统发展趋势，例如微型化、智能化、集成化、网络化以及绿色化等，为学生理解未来电子技术的发展方向提供启示。最后，本章将明确本书的教学目标、适用对象以及学习方法，鼓励学生积极主动地参与到后续的理论学习和实践操作中。 第二章 模拟信号处理基础 模拟电子技术是理解和设计复杂电子系统的基石，本章将聚焦于模拟信号的产生、传输、处理与放大等核心内容。我们将从最基本的模拟电路元器件入手，详细介绍电阻、电容、电感、二极管、三极管（BJT）和场效应管（FET）等有源和无源器件的电气特性、工作原理以及在电路中的应用。 在此基础上，我们将深入讲解各种基础模拟电路模块，例如放大器电路（包括共射、共集、共基放大器，以及差分放大器和运算放大器）、滤波器电路（低通、高通、带通和带阻滤波器）、振荡器电路（RC振荡器、LC振荡器、晶体振荡器）以及稳压电源电路等。我们将分析这些电路的传递函数、频率响应、增益、带宽、稳定性等关键参数，并结合实际应用场景，讲解如何根据设计需求选择和配置合适的电路。 本章还将探讨模拟信号的非线性失真、噪声问题以及干扰抑制等常见问题，并介绍相应的解决对策，如负反馈技术、屏蔽技术和滤波技术等。通过本章的学习，学生将能够理解模拟信号是如何被处理和转换的，并具备设计和分析简单模拟电路的能力。 第三章 数字信号处理基础 数字电子技术是现代电子系统的核心组成部分，本章将系统介绍数字信号的表示、逻辑运算、时序逻辑以及数字电路的设计与分析。我们将首先介绍二进制数制、逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）以及布尔代数的基本概念，并讲解如何使用逻辑门实现各种逻辑函数。 接着，我们将深入讲解组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路如编码器、译码器、多路选择器、数据分配器等，我们将分析它们的逻辑功能和设计方法。时序逻辑电路则包括触发器（RS, JK, D, T触发器）、寄存器、计数器、移位寄存器以及状态机等，我们将详细阐述它们的时序特性、工作原理以及在数字系统中的应用，例如用于数据存储、计数和状态控制。 本章还将介绍常用的数字集成电路系列，如TTL和CMOS系列，并分析它们的电特性和互联原则。此外，我们还会触及数字信号的量化、采样和编码等概念，为后续学习数字信号处理（DSP）打下基础。学生将通过本章的学习，掌握数字电路的基本设计原理和分析方法，为理解复杂的数字系统打下坚实基础。 第四章 微处理器与嵌入式系统基础 微处理器作为电子系统的“大脑”，在现代电子设备中扮演着至关重要的角色。本章将聚焦于微处理器的架构、指令集、工作原理以及嵌入式系统的构成与开发。我们将介绍微处理器的基本组成部分，如中央处理器（CPU）、内存、输入/输出（I/O）接口以及总线等，并讲解它们之间的协同工作方式。 我们将深入剖析指令集架构（ISA），了解不同类型的指令（如数据传输指令、算术逻辑指令、控制流指令等）如何被执行。随后，我们将介绍中断机制、存储器管理以及I/O访问等关键概念。 嵌入式系统是微处理器与其他硬件和软件组件集成的系统，广泛应用于各种专用设备。本章将阐述嵌入式系统的典型架构，包括微控制器（MCU）与微处理器（MPU）的区别，以及常见的嵌入式硬件平台，如ARM、MIPS等。我们将介绍嵌入式软件的开发流程，包括硬件选型、交叉编译、调试以及固件烧录等。 本章还将探讨嵌入式系统中的实时操作系统（RTOS）的作用，以及常见的RTOS特性，如任务调度、进程间通信和同步机制。此外，我们将介绍常用的嵌入式通信接口，如UART, SPI, I2C, USB等。通过本章学习，学生将能够理解微处理器的工作原理，掌握嵌入式系统的基本构成，并初步了解嵌入式软件的开发流程。 第五章 信号的采集与调理 在将现实世界的模拟信号输入到数字系统中进行处理之前，通常需要进行信号的采集与调理。本章将深入探讨模拟信号采集与调理的关键技术和电路设计。我们将首先介绍采样定理，解释数字信号的采样率如何影响信号的保真度。 随后，我们将重点讲解模拟数字转换器（ADC）的类型、工作原理和关键参数，例如分辨率、采样速率、非线性度和量化误差等。我们将分析不同类型的ADC，如逐次逼近型ADC、Σ-Δ型ADC、流水线型ADC等，并讲解它们各自的优缺点及适用场景。 信号调理电路的设计是保证信号采集质量的重要环节。本章将介绍常用的信号调理电路，包括但不限于： 信号放大电路： 用于将微弱的模拟信号放大到ADC能够有效处理的范围。 滤波电路： 用于去除信号中的噪声和干扰，如抗混叠滤波器、平滑滤波器等。 电平转换电路： 用于将信号的电压范围匹配ADC的输入要求。 隔离电路： 用于保护ADC和后续数字电路免受高压或地线回路的干扰。 基准电压源： 用于提供稳定精确的参考电压，保证ADC的转换精度。 我们将分析这些电路的设计要点，包括元器件的选择、电路的参数计算以及性能优化。通过本章的学习，学生将能够理解模拟信号在进入数字世界前所经历的关键转换过程，并掌握设计简单信号采集与调理电路的能力。 第六章 数字信号的存储与传输 数字信号在电子系统中需要被有效地存储和传输，本章将重点介绍数字信号的存储技术和通信接口。在存储方面，我们将介绍各种类型的存储器，包括易失性存储器（如SRAM, DRAM）和非易失性存储器（如ROM, EPROM, EEPROM, Flash Memory, SD Card）。我们将分析它们的读写原理、存储密度、读写速度、功耗以及在不同应用中的选择原则。 在数据传输方面，本章将详细介绍串行通信和并行通信接口。 并行通信： 如早期的并行接口，虽然速度快，但线路多，适用于短距离传输。 串行通信： 更加普遍，线路少，适用于长距离传输，我们将重点介绍： UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)： 异步串行通信，常用于微控制器与外设之间的通信。 SPI (Serial Peripheral Interface)： 同步串行通信，速度快，常用于MCU与传感器、存储器等器件之间。 I2C (Inter-Integrated Circuit)： 两线制串行通信，支持多主多从，常用于连接多个外设。 USB (Universal Serial Bus)： 通用串行总线，广泛应用于计算机与外部设备之间，我们将介绍其不同版本（如USB 2.0, USB 3.0）的特点和协议。 此外，本章还将简要介绍一些高级通信协议，如Ethernet、CAN总线等，以拓展学生的视野。我们将分析不同通信接口的电气特性、时序要求、协议规范以及在实际应用中的连接方式。通过本章的学习，学生将能够理解数字信息是如何在系统内部和系统之间进行高效存储和传输的。 第七章 传感器应用与接口 传感器是电子系统感知外部世界的“触角”，其应用贯穿于各个领域。本章将深入探讨各类传感器的原理、特性及其在电子系统中的接口技术。我们将从传感器的基本分类入手，例如温度传感器（热敏电阻、热电偶、半导体温度传感器）、压力传感器（压阻式、电容式、压电式）、光传感器（光敏电阻、光电二极管、光电三极管）、位移传感器（线性霍尔、编码器）、气体传感器以及生物传感器等。 对于每类传感器，我们将详细介绍其工作原理，例如敏感元件的物理效应、电信号的产生机制以及影响其性能的关键参数（如灵敏度、线性度、响应时间、迟滞、精度等）。 在接口技术方面，我们将重点关注如何将传感器输出的模拟或数字信号有效地接入到微处理器或数据采集系统中。这通常涉及到： 模拟接口： 对于模拟输出的传感器，需要结合前面介绍的信号调理电路（如放大、滤波）和ADC进行数据采集。 数字接口： 对于数字输出的传感器，可能直接通过SPI, I2C, UART等接口与微处理器通信，或者需要特定的通信协议。 供电与接地： 传感器的正确供电和接地是保证其稳定工作和数据准确性的前提。 本章还将通过实际案例，展示传感器在智能家居、工业自动化、环境监测、医疗健康等领域的典型应用。学生将通过本章的学习，深刻理解传感器在电子系统中的重要作用，并掌握如何根据具体需求选择合适的传感器，以及如何设计与之配套的接口电路。 第八章 执行器控制与驱动 电子系统中的执行器负责将控制信号转化为物理动作，实现对外部环境的干预。本章将重点讲解各类执行器的类型、工作原理及其驱动电路的设计。我们将介绍常见的执行器，例如： 电机类执行器： 包括直流电机、步进电机、伺服电机等。我们将分析它们的驱动方式（如PWM控制）、电流需求以及相应的驱动电路（如H桥驱动电路、步进电机驱动芯片）。 继电器与固态继电器： 用于开关大功率电路，我们将讲解其工作原理、选型要点以及驱动电路的设计，以避免对控制单元造成损坏。 LED与显示器： 作为信息输出的执行器，我们将介绍LED的驱动方式、亮度控制以及常见的显示器（如LCD, OLED）的接口和控制。 电磁阀与泵： 常用于流体控制，我们将分析其工作原理和驱动需求。 执行器的驱动电路是连接控制单元与执行器之间的桥梁，其设计至关重要。本章将重点讲解驱动电路的设计原则，包括： 电流驱动能力： 确保驱动电路能够提供足够的电流来驱动执行器。 电压匹配： 驱动电路的输出电压需与执行器的额定电压相匹配。 保护电路： 设计反向电动势吸收电路、过流保护等，以保护控制单元。 信号隔离： 在高压或强干扰环境下，可能需要光耦等隔离器件。 通过本章的学习，学生将能够理解电子系统如何通过执行器与物理世界互动，并掌握设计和实现各种执行器驱动电路的基本技能。 第九章 系统集成与调试 将各个独立的电子模块有机地结合起来，并确保其正常、稳定地工作，是电子系统设计的重要环节。本章将聚焦于电子系统的集成过程以及调试与测试技术。 系统集成： 模块化设计与接口标准： 强调模块化设计理念，以及标准化接口的重要性，这有助于提高系统的可重用性和可维护性。 电路板布局与布线： 探讨PCB（Printed Circuit Board）设计的基本原则，包括元器件的布局、信号线的布线、电源与地线的处理、信号完整性、电磁兼容性（EMC）等，以减少寄生参数和串扰。 线缆与连接器： 选择合适的线缆和连接器，并进行规范的连接，以确保信号的可靠传输。 电源管理： 设计和集成电源管理单元，确保系统中各部分获得稳定、可靠的电力供应，并考虑功耗优化。 调试与测试： 调试工具与方法： 介绍常用的电子调试工具，如万用表、示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等，并讲解它们的使用方法和技巧。 单元测试与集成测试： 阐述从单个模块的测试到整个系统集成的多层次测试策略。 故障定位与排除： 教授系统性的故障分析和定位方法，例如信号跟踪法、替换法、参数测量法等，并提供排除常见故障的经验。 性能指标的验证： 如何通过测试来验证系统的各项性能指标是否达到设计要求，如响应时间、精度、稳定性、功耗等。 软件与硬件联合调试： 对于基于微处理器的系统，将详细介绍软件调试环境（如IDE, 调试器）的使用，以及如何进行软硬件协同调试。 本章旨在培养学生解决复杂系统问题的能力，使其在完成系统设计后，能够有效地进行集成、测试和优化，最终交付高质量的电子系统产品。 第十章 综合案例分析与实践 本章将通过一系列实际的综合性案例，将前面章节所学的理论知识和实践技能融会贯通，为学生提供一个完整的电子系统设计、实现和验证的实践过程。我们将选择不同领域、不同复杂度的案例，例如： 案例一：简易智能家居控制系统 需求分析：设计一个能够通过手机App控制家中灯光、监测室内温度的系统。 系统设计：选择合适的微控制器、传感器（如温湿度传感器、光敏传感器）、执行器（如继电器模块、LED）以及通信模块（如Wi-Fi模块）。 硬件实现：PCB设计、元器件焊接、接口连接。 软件开发：编写嵌入式程序，实现传感器数据读取、Wi-Fi通信、指令解析与执行。 系统集成与调试：完成软硬件的联合调试，验证系统功能。 案例二：便携式数据采集与显示模块 需求分析：设计一个能够采集特定传感器信号，并将其显示在LCD屏幕上的便携式设备。 系统设计：选择合适的ADC、微处理器、LCD控制器以及存储器。 硬件实现：低功耗设计考虑，PCB布局优化。 软件开发：编写数据采集、处理、显示和人机交互的程序。 系统集成与调试：测试数据的准确性、显示效果、功耗表现。 案例三：工业自动化中的简易传感器接口模块 需求分析：设计一个能够将工业现场的多种传感器信号（如模拟信号、开关量信号）转换成标准通信协议（如RS-485）的接口模块。 系统设计：选择高精度ADC、光电隔离器件、电平转换器以及RS-485收发器。 硬件实现：工业级EMC设计考虑，可靠性设计。 软件开发：实现信号采集、协议封装与通信。 系统集成与调试：在模拟工业环境下进行测试。 每个案例都将详细阐述从需求分析、方案设计、元器件选型、电路设计、PCB布局、软件编程、硬件焊接、系统调试到最终性能评估的全过程。通过这些综合性案例的学习和实践，学生将能够深刻理解电子系统设计是一个系统性的工程，需要综合运用多方面的知识和技能，并能够独立地完成一个小型电子系统的设计与实现。 附录 常用电子元器件规格型号速查 常用电子测量仪器的使用指南 电子设计常用软件介绍 电子行业标准与规范简介 本书旨在为广大师生提供一个全面、实用、易于理解的学习平台，通过理论与实践的有机结合，帮助学生快速成长为新一代优秀的电子信息人才，为21世纪电子信息产业的发展贡献力量。
