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王建校，张虹，金印彬 著

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• 电子系统设计
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• 电工基础

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出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040236347

商品编码：29393856251

包装：平装

出版时间：2008-05-01

基本信息

书名：电子系统设计与实践(电工电子实验系列教材)

定价：28.70元

作者：王建校,张虹,金印彬

出版社：高等教育出版社

出版日期：2008-05-01

ISBN：9787040236347

字数：560000

页码：346

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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　　本书共分9章，分别是电子系统设计基础、传感器及其应用、电子系统设计中常用的数值处理方法、PID控制技术、电子系统的数据传输与通信、现场可编程应用技术、电子系统设计实例、电子系统调试技术和电子系统电路设计中硬件的选择。

目录

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1 电子系统设计基础
1.1 电子系统概论
1.1.1 电子系统
1.1.2 现代电子系统设计的新特点
1.2 电子系统设计教学环节
1.2.1 目的与要求
1.2.2 系统设计的教学过程
1.3 电子系统设计的一般方法与步骤
1.3.1 电子系统设计基本方法
1.3.2 电子系统设计一般步骤
1.4 电子系统的安装与调试
1.4.1 电子系统的安装
1.4.2 电子系统的调试
1.5 电子系统的故障分析与排除
1.5.1 常见故障的原因
1.5.2 常见故障的诊断方法
1.5.3 常见故障及其排除
1.6 电子系统的抗干扰技术
1.6.1 常见干扰源
1.6.2 常见的抗干扰措施
主要参考文献

2 传感器及其应用
2.1 传感器概论
2.1.1 传感器的分类
2.1.2 传感器的基本性能参数
2.1.3 传感器输出信号的特点
2.2 传感器电子电路
2.2.1 传感器电子电路的设计号求
2.2.2 典型传感器电子电路的组成
2.3 常用传感器及其应用实例
2.3.1 温度传感器
2.3.2 霍尔元件及霍尔传感器
2.3.3 光电传感器
2.3.4 压阻式压力传感器
2.3.5 超声波传感器
主要参考文献

3 电子系统设计中常用的数值处理方法
3.1 非线性补偿技术
3.1.1 非线性函数补偿法
3.1.2 线性插值法(多段折线逼近法)
3.1.3 曲线拟合的小二乘法(二次抛物线插值法)
3.1.4 三次样条函数插值法
3.1.5 查表法
3.2 数值积分与数值微分
3.2.1 数值微分
3.2.2 数值积分
3.3 标度变换
3.3.1 标度变换原理
3.3.2 线的标度变换
3.3.3 非线的标度变换
3.4 数字滤波技术
3.4.1 滤波器的原理与分类
3.4.2 数字滤波器的设计方法
3.4.3 IIR与FIR滤波器的比较
3.4.4 常用的简单数字滤波器
主要参考文献

4 PID控制技术
4.1 引言
4.2 数字PID控制算法
4.2.1 位置式PID控制算法
4.2.2 增量式数字PID控制算法
4.3 数字PID控制算法的改进
4.3.1 积分分离PID控制算法
4.3.2 遇限削弱积分PID控制算法
4.3.3 不完全微分PID控制算法
4.3.4 微分先行PID控制算法
4.3.5 带死区的PID控制
4.4 PID控制器参数整定
4.4.1 模拟PID控制器参数整定
4.4.2 数字PID控制器的参数选择和采样周期选择
4.5 PID程序设计
4.5.1 位置式PID算法程序设计
4.5.2 增量式PID算法程序设计
主要参考文献

5 电子系统的数据传输与通信
5.1 RS-232C串行接口及应用
5.1.1 RS-232C总线接口标准及电气特性
5.1.2 RS-232C电子转换芯片介绍
5.1.3 RS-232C接口的主要缺点
5.1.4 RS-422A/485总线接口标准及其应用
5.1.5 PC机与单片机的串行通信
5.2 并行接口及数据传输
5.2.1 PC机并行打印机接口各信号作用
5.2.2 EPP模式的端口寄存器
5.2.3 PC机与单片机的并行数据传输
5.3 USB接口简介
5.3.1 USB接口的背景
5.3.2 适用对象和目标
5.3.3 设计原则
5.3.4 USB性能
5.3.5 USB2.0
5.3.6 USB总线接口控制器芯片CH375简介
5.3.7 USB总线接口控制器芯片CH375应用举例
主要参考文献

6 现场可编程应用技术
6.1 现场可编程门阵列FPGA
6.1.1 概述
6.1.2 FPGA器件的基本结构
6.1.3 FPGA器件的配置
6.1.4 FPGA器件设计流程
6.1.5 图形输入文件
6.2 现场模拟可编程技术
6.2.1 AN10E40芯片介绍
6.2.2 AN10E40工作模式0使用方法举例
6.2.3 借助I2C EEPROM的工作模式0使用方法举例
6.2.4 AN10E40工作模式1使用方法举例
主要参考文献

7 电子系统设计实例
7.1 简易数字频率计
7.1.1 总体方案设计与论证
7.1.2 模块电路设计与参数计算
7.1.3 系统电路的实现
7.1.4 误差分析
7.1.5 软件设计
7.1.6 系统调试与指标测试
7.2 数字式工频有效值多用表
7.2.1 总体方案设计与论证
7.2.2 模块电路设计与参数计算
7.2.3 软件设计及流程
7.2.4 系统调试与指标测试
7.3 简易数字式存储示波器
7.3.1 总体方案设计与论证
7.3.2 模块电路设计与实现
7.3.3 软件设计
7.3.4 系统调试与指标测试
7.3.5 系统性能分析
7.4 简易逻辑分析仪
7.4.1 总体方案设计与论证
7.4.2 系统设计
7.4.3 软件设计
7.4.4 系统调试与指标测试
7.5 低频数字式相位测量仪
7 5.1 总体方案设计与论证
7 5.2 理论分析与具体电路实现
7 5.3 软件设计与流程图
7 5.4 系统调试与指标测试
7 5.5 结果与误差分析
7.6 液体点滴速度监控装置
7.6.1 总体方案设计与论证
7.6.2 理论分析与计算
7.6.3 系统测试及数据
7.6.4 数据分析和处理
7.6.5 设计完成情况

8 电子系统调试技术
8.1 开环系统调试方法
8.2.1 电子秒表的调试
8.1.2 单级放大器模块电路的调试
8.1.3 反相比例放大器
8.2 闭环系统调试方法
8.2.1 3个反相器构成的多谐振荡器的调试
8.2.2 集成运算放大器构成的三角波发生器的调试
8.3 单片机系统调试方法
8.3.1 简单单片机程序调试
8.3.2 单片机小系统验证
8.3.3 单片机P1口的测试
8.3.4 调试软件延时程序
8.3.5 单片机串口的测试
8.3.6 调试A/D转换模块电路
8.3.7 调试D/A转换模块电路
8.3.8 单片机扩展外部数据存储器的测试
8.3.9 调试中断服务程序

9 电子系统电路设计中硬件的选择
9.1 处理器选择
9.1.1 单片机
9.1.2 嵌入式处理器
9.1.3 数字信号处理器
9.1.4 现场可编程器件
9.2 接口电路选择
9.3 外围元器件选择
9.4 系统设计的造价考量
附录A 电子系统设计思考题及答案
附录B 单片机基本概念检测题

作者介绍

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文摘

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序言

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《电子系统设计与实践》 教材定位与适用对象： 《电子系统设计与实践》是一本面向高等院校电子信息类、自动化类、计算机类等相关专业本科生及研究生的专业教材。其核心目标是为读者构建一个扎实、系统、且贴近工程实际的电子系统设计理论与实践知识体系。教材内容广泛，覆盖了从基础元器件理解到复杂集成系统构建的全过程，旨在培养学生的理论分析能力、工程实践能力、创新设计能力以及解决复杂工程问题的能力。 本书特别适合以下读者群体： 电子信息类、自动化类、计算机类等专业的本科生： 作为专业核心课程的配套教材，它能够帮助学生建立对电子系统设计从概念到实现的全面认知，为后续深入学习和参与实际项目打下坚实基础。 研究生： 为研究生提供了一个系统性的参考，帮助他们梳理和深化对电子系统设计理论的理解，为科研和工程项目的设计与开发提供理论指导和实践方法。 对电子系统设计感兴趣的自学者： 无论是否在校，只要对电子系统的设计原理、实现技术和实际应用有浓厚兴趣，本书都提供了高质量的学习路径。 从事电子工程、嵌入式开发、硬件设计等相关工作的工程师： 本书可以作为一本优秀的参考书，帮助工程师回顾和巩固基础知识，了解最新的设计理念和技术趋势，解决实际工作中遇到的技术难题。 内容体系与章节结构（基于“电子系统设计与实践”这一书名，推测其可能包含的深度与广度）： 本书的体系结构设计得当，力求做到理论与实践的有机结合，循序渐进，由浅入深。其章节设置将围绕“电子系统”的核心概念展开，并辅以大量的“设计”与“实践”的具体案例与方法。 第一部分：电子系统基础理论与核心概念 绪论： 详细阐述电子系统的定义、分类、发展历程、重要性以及电子系统设计的基本流程和原则。介绍现代电子系统设计面临的挑战与机遇，如小型化、集成化、智能化、低功耗等趋势。 模拟电路基础： 系统回顾和深化模拟电路设计中的关键概念，包括但不限于： 放大电路： 各种放大器（单级、多级、差分、运算放大器）的原理、性能指标（增益、带宽、线性度、失真）、偏置电路设计、稳定性分析。 滤波电路： 有源滤波、无源滤波的原理、设计方法（巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔等）、截止频率、品质因数等概念。 信号发生与处理： 正弦波、方波、三角波等信号的产生原理（振荡器设计）、幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）等基本概念。 电源电路： 线性稳压电源、开关电源（Buck, Boost, Buck-Boost）的设计原理、效率、纹波抑制、保护电路等。 数字电路基础： 深入讲解数字电路的设计、分析与实现： 逻辑门与组合逻辑： 布尔代数、逻辑函数的化简（卡诺图、Quine-McCluskey）、编码器、译码器、多路复用器、数据选择器等。 时序逻辑： 触发器（SR, JK, D, T）、寄存器、计数器（同步、异步）、状态机（有限状态机FSM）的设计与分析。 常用数字集成电路： TTL、CMOS等逻辑族特性的比较，常用标准逻辑芯片（如74系列）的应用。 数模转换（D/A）与模数转换（A/D）： 转换原理、精度、采样率、量化噪声、常见的D/A和A/D转换器芯片及其选型。 第二部分：电子系统设计方法与工具 电路仿真与建模： 仿真软件介绍： 详细介绍常用的电路仿真软件（如LTspice, PSpice, Multisim, Proteus等），重点讲解其基本操作、电路搭建、参数设置、仿真结果分析等。 仿真模型： 理解器件模型的重要性，如何使用元器件数据手册中的参数建立精确的仿真模型，以及不同模型（SPICE模型、Verilog-A模型等）的应用场景。 仿真技巧： 瞬态分析、交流分析、直流扫描、参数扫描、蒙特卡罗仿真等高级仿真技巧的应用，用于验证电路性能、优化参数、评估噪声和失真。 PCB（Printed Circuit Board）设计： PCB基础知识： PCB的层数、材质、阻抗匹配、信号完整性、电源完整性等概念。 PCB设计流程： 原理图绘制、PCB布局（Component Placement）、布线（Routing）、DRC（Design Rule Check）、Gerber文件生成等完整流程。 PCB设计软件： 介绍主流的PCB设计软件（如Altium Designer, Eagle, KiCad等），讲解其工作流程和常用功能。 特殊设计考虑： 高频PCB设计、电源PCB设计、射频PCB设计中的关键技术和注意事项。 硬件描述语言（HDL）与FPGA/CPLD设计（根据“系统”的广度可能包含）： HDL基础： Verilog或VHDL语言的基本语法、数据类型、行为级建模、结构级建模、数据流建模。 FPGA/CPLD架构： 介绍FPGA（Field-Programmable Gate Array）和CPLD（Complex Programmable Logic Device）的基本架构，如LUT、CLB、IOB、布线资源等。 综合与实现： HDL代码的综合（Synthesis）、布局（Place）、布线（Route）过程，以及时序约束、时序分析。 开发流程： 使用FPGA/CPLD开发板进行项目开发的全过程，包括代码编写、仿真、硬件实现、调试。 嵌入式系统开发基础（根据“系统”的广度可能包含）： 微控制器（MCU）架构： 介绍ARM、AVR、PIC等主流MCU的基本架构，包括CPU核、存储器、外设接口（GPIO, UART, SPI, I2C, ADC, DAC等）。 嵌入式C/C++编程： 针对MCU的嵌入式软件开发，包括寄存器操作、中断处理、驱动开发。 开发工具链： 介绍IDE（Integrated Development Environment）、编译器、调试器等嵌入式开发工具。 操作系统（RTOS）入门（若内容深入）： 简要介绍实时操作系统的概念、任务管理、进程间通信、同步机制等。 第三部分：电子系统集成与实践案例 传感器接口设计： 各类传感器原理： 介绍温度、压力、光、加速度、位置等常见传感器的物理原理和电气特性。 信号调理： 放大、滤波、隔离等信号调理电路的设计，以适应MCU的输入要求。 数字接口： 传感器与MCU通过SPI, I2C, UART等接口进行数据通信的设计。 执行器控制设计： 电机驱动： 直流电机、步进电机、伺服电机的驱动电路设计，PWM（Pulse Width Modulation）技术在电机控制中的应用。 继电器与MOSFET驱动： 用于控制高功率设备的驱动电路设计。 LED显示与控制： LED点阵、数码管的驱动与显示控制。 通信接口设计： 有线通信： RS-232, RS-485, CAN总线等接口的电气特性、协议与设计。 无线通信： 蓝牙（Bluetooth）、Wi-Fi、LoRa等无线通信模块的选型、接口设计与应用。 电源管理系统设计： 电池管理： 锂电池充放电管理、保护电路的设计。 低功耗设计： 针对电池供电设备的低功耗设计策略，如休眠模式、动态电压调整等。 实际工程案例分析： 典型电子系统实例： 详细剖析一个或多个具有代表性的电子系统，如智能家居控制器、便携式数据采集仪、小型机器人控制板、低功耗无线传感器节点等。 从需求到实现： 分析这些案例的设计思路、关键技术选择、模块划分、软硬件协同设计、调试与测试过程。 故障排除与优化： 讨论在实际设计过程中可能遇到的问题，以及如何进行故障诊断和系统优化。 第四部分：电子系统高级主题与发展趋势 信号完整性（SI）与电源完整性（PI）： SI问题： 信号反射、串扰、过冲、欠冲等在高频电路中的产生原因及抑制方法。 PI问题： 电源噪声、地弹、去耦等对数字电路性能的影响及解决方案。 电磁兼容性（EMC）与电磁干扰（EMI）： EMC/EMI基础： 辐射、传导的产生与传播机理，电磁干扰的来源和耦合途径。 EMC设计原则： 屏蔽、滤波、接地、布线优化等提高产品EMC性能的手段。 可靠性设计与测试： 元器件选型： 军用级、工业级、民用级元器件的差异，可靠性指标。 设计容限： 留有足够的余量以应对环境变化和元器件老化。 测试方法： 温度循环、湿度试验、振动试验等可靠性测试。 新一代电子系统设计理念： 智能化与AI： 嵌入式AI、边缘计算在电子系统中的应用。 物联网（IoT）： 物联网系统架构、通信协议、数据处理。 可穿戴设备与生物电子学： 传感器集成、低功耗设计、生物信号采集。 绿色电子与可持续设计： 环保材料、节能技术、生命周期评估。 本书的特色与亮点： 1. 理论与实践深度融合： 强调理论知识在解决实际工程问题中的应用，通过丰富的实例解析，将抽象的理论概念具象化。 2. 工程导向的教学模式： 紧密结合现代电子工程的实践需求，介绍当前行业主流的设计工具、方法和技术。 3. 循序渐进的学习路径： 从基础模拟和数字电路入手，逐步深入到复杂的系统设计和集成，适合不同层次的学习者。 4. 丰富的实践环节指导： 提供详细的实验指导和项目开发建议，鼓励学生动手实践，培养解决实际工程问题的能力。 5. 涵盖最新技术发展： 关注电子系统设计领域的最新发展趋势，如嵌入式AI、物联网、低功耗设计等，帮助读者把握前沿技术。 6. 注重系统性思维培养： 引导读者从宏观上理解电子系统的整体架构，掌握各子系统之间的相互关系和协作方式。 《电子系统设计与实践》致力于成为一本不可或缺的电子工程学习与实践指南，帮助读者在瞬息万变的电子技术领域中，打下坚实的根基，激发创新潜能，最终能够独立设计并实现出色的电子系统。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，我首先被它那种“一切皆有可能”的氛围所吸引。它似乎在告诉我，只要掌握了其中的原理和方法，你就能创造出属于自己的电子设备。我特别希望书中能够提供一些关于传感器接口设计和数据采集系统的详细讲解。了解如何选择合适的传感器，如何将传感器信号转化为可处理的数据，以及如何构建高效的数据采集系统，这对于很多应用场景都至关重要。书中关于功率电子学的一些基本概念，比如开关电源、DC-DC转换器等，也是我非常关注的部分。理解这些能够为我的设计提供更优化的能源解决方案。我希望它能包含一些关于可靠性工程和故障分析的初步介绍，让我能够意识到在设计过程中需要考虑的长期稳定性问题。最后，书中关于原型制作和测试过程的描述，比如如何使用示波器、逻辑分析仪等仪器进行调试，以及如何进行初步的功能验证和性能评估，这将是我学习过程中不可或缺的一部分，让我能够更自信地将自己的设计付诸实践。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书的时候，我首先翻阅了目录，试图了解它知识的广度和深度。我对其中涉及到的各种电子元器件的特性和选型过程特别感兴趣，毕竟在实际设计中，选择合适的元器件是至关重要的第一步。我还关注了书中是否有关于模拟电路和数字电路的深入讲解，以及如何将它们有效地结合起来构成完整的系统。书中对于PCB（Printed Circuit Board）设计流程的介绍，以及相关的设计软件（比如Altium Designer、Eagle等）的使用技巧，也是我非常期待的部分。我希望它能提供一些实用的PCB布局和布线建议，帮助我避免一些常见的错误，做出高质量的电路板。此外，对于嵌入式系统的设计，特别是微控制器（MCU）的选择、编程以及与外围设备的接口设计，我也是抱着极大的兴趣。书中是否会涉及到一些常用的嵌入式开发平台和工具链，比如Arduino、STM32等，并且能够给出一些实际的开发案例，这将对我非常有帮助。最后，我希望这本书能够涵盖一些基本的信号处理和系统稳定性分析的知识，为我构建更鲁棒的电子系统打下基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计倒是挺吸引人的，蓝白相间的配色，搭配上简洁的字体，给人一种专业又现代的感觉。我当初选择这本书，很大程度上也是因为它的名字听起来就非常实用。《电子系统设计与实践》，这个名字直接点明了主题，我当时就觉得这肯定是一本能够帮助我理解电子系统是如何从理论走向实际应用的教材。而且“电工电子实验系列教材”这个副标题更是让我安心，实验是学习电子技术最重要的一环，我希望这本书能提供丰富的实验项目，让我能够亲手操作，加深对知识的理解。我尤其看重教材的逻辑清晰度和循序渐进性，希望它能从基础概念讲起，一步一步引导读者掌握复杂的电子系统设计方法。这本书的排版和插图也是我关注的重点，如果能有清晰的电路图、原理图和实物图，那学习起来会事半功倍。我期待它能够提供一些案例分析，让我看到理论知识是如何应用到实际产品中的，比如一些经典的电子设备是如何构成的，或者在解决实际问题时，设计者是如何考虑的。总而言之，这本书给我一种“学以致用”的期待感。

评分☆☆☆☆☆

我之所以会对这本书产生好奇，很大程度上源于我对电子系统“从无到有”的整个过程的迷恋。这本书的名字听起来就承诺了这一点，它不仅仅是关于理论，更是关于如何将理论转化为可运行的系统。我特别想知道书中是否会详细介绍如何进行系统级的需求分析和规格定义，这通常是项目启动的第一步，但却常常被初学者忽略。对于如何进行模块化设计，以及如何评估和选择最佳的设计方案，我也非常期待。书中关于硬件描述语言（HDL），比如Verilog或VHDL，在FPGA（Field-Programmable Gate Array）设计中的应用，是我非常感兴趣的一个领域。如果书中能提供一些关于FPGA设计流程和基本代码示例，那将极大地帮助我理解数字逻辑设计的精髓。此外，对于电磁兼容性（EMC）和信号完整性（SI）方面的考虑，这些看似高深但又极其重要的设计要素，我希望书中能有相应的介绍，让我明白如何设计出在实际环境中可靠工作的电子产品。

评分☆☆☆☆☆

这本书的气质，怎么说呢，有一种沉稳而又不失活力的感觉。它不像那种纯理论的学术著作，而是带有一种强烈的实践导向。我特别希望它能够深入浅出地讲解各种电子系统的设计原理，从最基本的运算放大器应用，到复杂的数字信号处理系统，都能有清晰的脉络。书中是否能够提供一些关于电源管理的设计技巧，比如如何选择合适的电源模块，以及如何保证电源的稳定性和效率，这对我来说非常实用。我对于书中关于通信接口标准（如UART、SPI、I2C、USB等）的讲解也充满了期待，了解这些接口的工作原理和实际应用，能够帮助我更好地连接不同的电子模块。同时，我希望它能涵盖一些关于射频（RF）电路设计的基础知识，即使是初步的介绍，也能为我打开新的视野。书中关于系统集成和调试的章节，是我非常看重的一部分，如何将分散的模块集成在一起，并有效地排除故障，这往往是电子系统设计中最具挑战性的环节。我希望能从中获得一些宝贵的经验和方法。