电子系统设计与实践(电工电子实验系列教材) 9787040236347 高等教育出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王建校，张虹，金印彬 著

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出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040236347

商品编码：29419515470

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：0.540kg

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（电工电子实验系列教材）》：探索现代电子世界的基石与脉络 本书并非一本虚构的著作，而是聚焦于一门名为“电子系统设计与实践”的学科，旨在为读者揭示现代电子设备如何从概念走向现实的完整旅程。它不是一本关于具体某本书的书，而是对该领域核心知识、技术和实践方法的一份详尽阐述。我们将深入剖析电子系统设计所涉及的原理、工具、流程以及在实际应用中所面临的挑战与机遇。 一、 电子系统设计的宏观图景：从需求到实现的艺术 电子系统设计的核心在于将抽象的需求转化为功能明确、性能优越、成本可控的电子产品。这门学科的实践者需要具备跨学科的知识，既要懂原理，也要会落地。 1. 需求分析与系统规划： 任何一个成功的电子系统都始于清晰的需求定义。这包括明确系统的功能、性能指标（如速度、精度、功耗、稳定性）、成本预算、环境适应性、安全性和可靠性等。在这个阶段，设计师需要与客户、市场分析师甚至终端用户进行深入沟通，将模糊的需求转化为可量化的技术指标。系统规划则是在此基础上，勾勒出系统的整体架构，确定主要的功能模块及其相互之间的接口关系。这如同建造一座复杂的建筑，需要在动工前绘制详细的设计蓝图。 2. 原理验证与方案选型： 在确定了系统架构后，就需要对各个关键功能模块进行原理验证。这通常涉及到理论计算、仿真模拟以及小规模的原型电路测试。例如，对于一个通信系统，需要验证其信号传输的有效性；对于一个控制系统，需要验证其控制算法的准确性。同时，方案选型也是至关重要的一环。工程师需要权衡各种技术方案的优劣，包括不同类型的元器件、通信协议、处理芯片等，选择最适合项目需求的方案。这需要深厚的专业知识储备和丰富的实践经验。 3. 模块设计与集成： 系统的整体架构分解为若干个功能模块，每个模块又需要独立的设计。这包括模拟电路设计、数字电路设计、嵌入式软件开发、射频电路设计等。设计过程中，工程师需要考虑元器件的选择、电路的布局、信号的完整性、电源的稳定性、电磁兼容性（EMC）等诸多细节。 模拟电路设计 侧重于对连续变化的信号进行处理，如放大器、滤波器、稳压器等。这需要对半导体器件的特性、噪声分析、频率响应等有深入理解。 数字电路设计 则处理离散的信号，如逻辑门、触发器、微处理器、FPGA等。这需要掌握组合逻辑和时序逻辑的设计方法，以及硬件描述语言（HDL）如Verilog或VHDL的应用。 嵌入式软件开发 是现代电子系统不可或缺的一部分。它负责控制硬件的运行，实现系统的智能化和交互性。这包括对微控制器（MCU）或微处理器（MPU）的编程，操作系统的选择与移植，以及应用程序的开发。 射频电路设计 专注于处理高频信号，如无线通信模块、雷达系统等。这需要考虑阻抗匹配、传输线效应、电磁场理论等。 模块设计完成后，还需要将各个模块进行集成，形成一个完整的系统。这个过程往往伴随着大量的联调和调试工作，解决模块之间可能出现的接口不匹配、信号干扰、时序冲突等问题。 4. 原型制作与测试验证： 集成后的系统需要制作成实际的原型，以便进行全面的测试验证。原型制作可能涉及PCB（Printed Circuit Board）设计与制版、元器件的焊接、外壳的制造等。 测试验证是确保系统质量的关键环节。这包括单元测试（对单个模块进行测试）、集成测试（对模块组合进行测试）、系统测试（对整个系统进行测试），以及用户验收测试（UAT）。测试的内容涵盖了功能性、性能、可靠性、安全性、功耗、EMC等各个方面。 5. 优化与量产： 在原型测试过程中发现的问题需要进行分析和优化，可能需要修改电路设计、软件代码，甚至重新考虑方案选型。经过反复的迭代和优化，当系统达到预期的指标后，就可以进入量产阶段。量产过程需要考虑生产工艺、质量控制、成本控制、供应链管理等。 二、 电子系统设计的核心技术与工具 电子系统设计并非空中楼阁，它依赖于一系列强大的理论基础、先进的技术和高效的工具。 1. 电路理论基础： 包括欧姆定律、基尔霍夫定律、戴维南定理、诺顿定理等基本电路分析方法，以及交流电路分析、暂态分析、傅里叶分析、拉普拉斯变换等高级分析技术。这些是理解电路工作原理和进行设计计算的基石。 2. 半导体器件物理与特性： 对二极管、三极管、场效应管、集成电路（IC）等基本半导体器件的物理特性、工作原理和应用有深入了解，是进行电路设计的核心。 3. 信号与系统理论： 包括信号的分类（模拟/数字，周期/非周期）、系统的时域/频域分析、卷积、相关性、系统稳定性、频率响应等，是理解信息传输、处理和系统性能的关键。 4. 数字逻辑与微处理器/微控制器： 掌握组合逻辑和时序逻辑的设计，理解CPU的工作原理、指令集、内存管理、中断机制等，是进行数字系统和嵌入式系统开发的基础。 5. 通信原理与协议： 对于涉及通信的系统，需要理解模拟和数字调制解调技术、编码与解码、信道特性、以及各种通信协议（如TCP/IP、USB、SPI、I2C、CAN等）的工作方式。 6. 电磁兼容性（EMC）与信号完整性（SI）： 随着电子设备集成度的提高和工作频率的加快，EMC和SI问题变得日益突出。设计者需要掌握如何减小电磁干扰、提高信号传输质量的原理和方法。 7. EDA（Electronic Design Automation）工具： 现代电子系统设计高度依赖EDA工具。这些工具极大地提高了设计的效率和准确性，主要包括： 电路仿真软件： 如SPICE系列（PSpice, LTspice）、HSPICE等，用于对电路进行精确的仿真分析，验证设计是否符合预期。 PCB设计软件： 如Altium Designer, Cadence Allegro, Eagle等，用于绘制电路原理图、进行PCB布局布线、生成生产文件。 硬件描述语言（HDL）开发与仿真工具： 如ModelSim, Vivado Simulator等，用于FPGA或ASIC的设计与验证。 嵌入式软件开发工具链： 包括交叉编译器、调试器、集成开发环境（IDE）等。 三、 实践的重要性：理论与实践的深度融合 “实践”二字在本书名称中占据了核心地位，这强调了电子系统设计绝非纸上谈兵，而是需要通过动手实践来验证和提升。 1. 实验是理解原理的窗口： 通过搭建和测试实验电路，可以直观地观察理论知识在实际中的应用，加深对抽象概念的理解。例如，通过搭建一个运算放大器电路，可以直接体会到其放大、滤波等功能。 2. 原型制作是设计能力的试金石： 将设计方案转化为实际可工作的原型，是检验设计思路是否可行、技术实现是否到位的关键步骤。这过程中会暴露许多理论上不易察觉的问题，迫使设计师不断学习和解决。 3. 调试是精益求精的必由之路： 几乎没有一个电子系统能够一步到位完美运行，调试是解决问题、优化性能、提升可靠性的核心环节。这需要细致的观察、逻辑的推理和耐心的分析。 4. 项目驱动的学习模式： 许多成功的电子系统设计者都是通过参与实际项目，在解决具体问题的过程中不断成长起来的。这种项目驱动的学习模式，能够将理论知识与实际工程需求紧密结合，培养解决复杂工程问题的能力。 四、 电子系统设计的未来趋势与挑战 随着科技的飞速发展，电子系统设计领域也在不断演进，涌现出新的趋势和挑战。 1. 智能化与集成化： 人工智能（AI）、机器学习（ML）正在被广泛应用于电子系统的设计与优化，使得系统更加智能化。同时，集成度的不断提高，如SoC（System on Chip）、SIP（System in Package）技术，将更多的功能集成到更小的芯片或封装中，对设计和制造提出了更高的要求。 2. 低功耗与绿色电子： 随着移动设备和物联网（IoT）的普及，低功耗设计成为关键。同时，环保和可持续发展也要求电子产品在设计和制造过程中尽量减少对环境的影响。 3. 高频与高速： 通信速率和数据传输速度的不断提升，对高频电路设计、信号完整性、电磁兼容性提出了前所未有的挑战。 4. 新兴技术应用： 量子计算、5G/6G通信、生物电子学等新兴技术将为电子系统设计带来新的机遇和应用领域。 结论 《电子系统设计与实践》所代表的领域，是一门融合了科学、工程和艺术的学科。它要求从业者不仅要掌握扎实的理论基础，更要具备敏锐的洞察力、创新的思维和强大的实践能力。从最初的需求构思，到精密的电路设计，再到严苛的测试验证，每一个环节都凝聚着智慧与汗水。本书提及的“电工电子实验系列教材”定位，则进一步凸显了动手实践在这一领域不可替代的重要性。通过反复的实验、原型制作与调试，才能真正掌握电子系统的设计与实现之道，从而在这个日新月异的科技时代，不断创造出更智能、更高效、更美好的电子产品。

评分☆☆☆☆☆

评价二 这本书给我最大的感受就是“实用性”。我是一名刚刚接触电子设计领域的在校学生，之前看过不少理论性很强的书籍，但总感觉与实际操作脱节。这本书在这方面做得非常出色，它将理论知识与实验操作紧密结合，让我学到的东西能够立刻得到验证和深化。书中的实验部分设计得非常巧妙，从基础的元器件参数测量，到简单的信号发生器、放大器设计，再到更复杂的数字电路组合，每一个实验都围绕着一个核心的知识点展开。而且，实验步骤清晰明了，所需元器件的清单也很详细，甚至连实验过程中可能遇到的问题都提前给出了预警和解决方案。我记得在做一个滤波器实验时，我遇到了一个信号失真的问题，翻看书中的相关章节，很快就找到了原因并解决了。这种“即学即练”的学习模式，极大地提高了我的学习效率和动手能力。对于想要提升实验技能、将理论与实践相结合的同学来说，这本书绝对是不可多得的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

评价四 这本书的编排结构非常符合我的学习习惯。它以循序渐进的方式，从最基础的模拟电路讲到数字电路，再到更高级的系统集成。每一章节的内容都承上启下，让我在学习新知识的同时，能够巩固之前掌握的内容。我特别欣赏书中对电路仿真和实际调试的介绍。在讲解每一个电路设计时，书都会提供相应的仿真模型和参数，让我可以在软件中预先验证设计的可行性，这大大节省了我的实验时间和成本。同时，书中也对实际电路调试中常见的问题和排查方法进行了详细的阐述，这对于初学者来说是极其重要的指导。我曾经在一个项目调试中遇到了信号干扰的问题，通过参考书中关于接地和屏蔽的章节，很快就找到了问题所在并得以解决。这本书不仅传授知识，更教会我如何去“解决问题”，这让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

评价一 翻开这本书，我首先被它扎实的理论基础和清晰的逻辑结构所吸引。作者在讲解每一个电子元器件的原理时，都力求深入浅出，避免了枯燥的术语堆砌。从最基本的电阻、电容、电感，到更复杂的半导体器件如二极管、三极管、场效应管，再到集成电路等，每一个概念的引入都伴随着详实的图示和严谨的推导。我尤其欣赏的是作者在讲解概念时，不仅仅停留在“是什么”，更进一步阐述了“为什么”以及“如何运用”。例如，在介绍RC充放电电路时，书中不仅给出了数学公式，还通过生动的类比，将抽象的电学概念具象化，让我这个初学者也能轻松理解。更让我惊喜的是，书中融入了大量的实际应用案例，从简单的LED驱动电路，到复杂的运放电路设计，都给出了具体的分析和电路图。这让我感觉这本书不仅仅是一本理论教材，更是一本实用的“工具书”，能够指导我将所学知识付诸实践。对于那些希望系统学习电子电路基础，并希望快速上手实际项目的朋友来说，这本书无疑是一个绝佳的选择。

评分☆☆☆☆☆

评价三 这是一本非常适合作为入门教材的电子设计书籍。它的语言风格平实易懂，避免了过于专业化的术语，对于没有深厚电子背景的读者来说非常友好。书中对每一个概念的解释都非常到位，就像一位经验丰富的老师在旁边手把手地指导你一样。我尤其喜欢书中提供的各种图表和插图，它们生动形象地展示了电路的结构和工作原理，让复杂的概念变得直观易懂。例如，在讲解晶体管的放大原理时，书中用了一系列生动的图示来展示不同偏置条件下的电流和电压变化，让我对这一核心概念有了深刻的理解。此外，书中还穿插了一些重要的设计原则和注意事项，这些都是在实际工程中非常宝贵的经验总结，能够帮助我们避免走弯路。对于那些想要系统学习电子系统设计，并希望打下坚实基础的初学者，我强烈推荐这本书。

评分☆☆☆☆☆

评价五 这本书给我最直观的感受就是其“系统性”和“前沿性”。作者在内容编排上，不仅仅局限于单个元器件或电路模块的讲解，而是将它们有机地整合起来，形成了一个完整的电子系统设计框架。从电路的构思、设计，到元器件的选择、布局，再到最终的调试和优化，书中都给出了详尽的指导。我尤其喜欢其中关于“系统级思维”的讨论，它强调了在设计过程中要考虑整体的性能、功耗、成本等因素，这对于培养我们作为未来工程师的全局观至关重要。书中还融入了一些较新的电子技术概念和发展趋势，例如在讨论嵌入式系统时，也涉及了一些物联网和嵌入式通信相关的基础知识，这让我感觉这本书紧跟时代步伐，能够为我未来的学习和职业发展提供有益的参考。这本书不仅适合课堂学习，也完全可以作为工程师的案头常备工具书。