1、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（19周）自普本08楊君玲/任國(guó)燕 /李翠英/劉玉成 20100704流程一、課程設(shè)計(jì)目的及基本任務(wù)二、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)概論三、模擬電子線路設(shè)計(jì)四、模擬電子技術(shù)設(shè)計(jì)參考選題（10個(gè)）五、課程設(shè)計(jì)報(bào)告書寫標(biāo)準(zhǔn)格式六、軟件Multisim 簡(jiǎn)介一、課程設(shè)計(jì)目的及基本要求1、目的 培養(yǎng)同學(xué)們具有電子電路設(shè)計(jì)、仿真、裝配與測(cè)試的初步能力，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際、解決問(wèn)題的能力。二、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)概論1、電子設(shè)計(jì)概述（電子線路設(shè)計(jì)步驟） 2、電路設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)3、電子電路的加工和調(diào)試基礎(chǔ)（PCB版圖的設(shè)計(jì)、電子產(chǎn)品的裝配工藝）1、電子系統(tǒng)概述1.1 一般的電子系統(tǒng)由輸入、輸出、信息處理三大部分組

2、成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的采集處理、變換與傳輸功能。 圖1.1 電子系統(tǒng)方框圖 電子系統(tǒng)分為模擬型、數(shù)字型及兩者兼而有之的混合型三種 。圖.2模/數(shù)混合系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1.2 現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)主要有下列特點(diǎn)： 1. 系統(tǒng)性 2. 社會(huì)性 3. 創(chuàng)造性 4. 最優(yōu)化 5. 動(dòng)態(tài)化 6. 人性化 7. 智能化 8. EDA化 1.4 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法自底向上設(shè)計(jì)方法：傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)用 。從系統(tǒng)的最底層開始設(shè)計(jì)，直至完成頂層設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的功能驗(yàn)證要在所有底層模塊設(shè)計(jì)完成之后才能進(jìn)行，一旦不滿足設(shè)計(jì)要求，所有底層模塊可能需要重新設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)時(shí)間 。 自頂向下設(shè)計(jì)方法：目前VLSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用 。采用綜合技術(shù)和硬

3、件描述語(yǔ)言，讓設(shè)計(jì)人員用正向的思維方式重點(diǎn)考慮求解的目標(biāo)問(wèn)題。這種采用概念和規(guī)則驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)思想從高層次的系統(tǒng)級(jí)入手，從最抽象的行為描述開始把設(shè)計(jì)的主要精力放在系統(tǒng)的構(gòu)成、功能、驗(yàn)證直至底層的設(shè)計(jì)上，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、測(cè)試、工藝的一體化。當(dāng)前EDA工具及算法把邏輯綜合和物理設(shè)計(jì)過(guò)程結(jié)合起來(lái)的方式，有高層工具的前向預(yù)測(cè)(lookahead)能力，較好地支持了自頂向下設(shè)計(jì)方法在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。 嵌入式設(shè)計(jì)方法：現(xiàn)代電子系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越復(fù)雜，而產(chǎn)品的上市時(shí)間(time to market)卻要求越來(lái)越短，即使采用自頂向下設(shè)計(jì)方法和更好的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)于一個(gè)百萬(wàn)門級(jí)規(guī)模的應(yīng)用電子系統(tǒng)，完全從零

4、開始自主設(shè)計(jì)是難以滿足上市時(shí)間要求的。嵌入式設(shè)計(jì)方法在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。嵌入式設(shè)計(jì)方法除繼續(xù)采用自頂向下設(shè)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)綜合技術(shù)外，它的最主要的特點(diǎn)是大量知識(shí)產(chǎn)權(quán)(Intellectual Property-IP)模塊的復(fù)用，這種模塊可以是RAM、CPU、及數(shù)字信號(hào)處理器等。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中引入IP模塊，使得設(shè)計(jì)者可以只設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)其它功能的部分以及與IP模塊的互連部分，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。 一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)通常既包含有硬件，又有軟件，因此需要考慮哪些功能用硬件實(shí)現(xiàn)，哪些功能用軟件實(shí)現(xiàn)，這就是硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)的問(wèn)題。硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)要求硬件和軟件同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段進(jìn)行模擬

5、驗(yàn)證，減少設(shè)計(jì)的反復(fù)，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。硬件/軟件協(xié)同是將一個(gè)嵌入式系統(tǒng)描述劃分為硬件和軟件模塊以滿足系統(tǒng)的功耗、面積和速度等約束的過(guò)程。 嵌入式系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度逐漸增長(zhǎng),其發(fā)展的另一趨勢(shì)是系統(tǒng)中軟件實(shí)現(xiàn)功能增加，并用軟件區(qū)分不同的產(chǎn)品，增加靈活性、快速響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的改變，降低升級(jí)費(fèi)用和縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。 電路設(shè)計(jì)中的成本控制方法： 優(yōu)秀的電路實(shí)現(xiàn)方案應(yīng)該是簡(jiǎn)潔、可靠的。要以最少的社會(huì)勞動(dòng)消耗獲得最大的勞動(dòng)成果。這里所說(shuō)的社會(huì)勞動(dòng)，包括在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品維護(hù)以及元器件的生產(chǎn)中所付出的勞動(dòng)。為了控制產(chǎn)品成本，常常采用目標(biāo)價(jià)格反算法，也就是先根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查對(duì)相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)制定目標(biāo)價(jià)格，然后在設(shè)計(jì)實(shí)

6、施中找出影響產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)鍵因素，并采取針對(duì)性較強(qiáng)的措施。 1.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)仿真技術(shù)借助EDA工具，采用“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法，使開發(fā)者從一開始就要考慮到產(chǎn)品生產(chǎn)周期的諸多方面,包括質(zhì)量成本、開發(fā)周期等因素。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真包括這樣幾個(gè)步驟：第一步，從系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)入手，在頂層進(jìn)行系統(tǒng)功能劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；第二步，用VHDL、Verilog-HDL等硬件描述語(yǔ)言對(duì)高層次的系統(tǒng)行為進(jìn)行描述；第三步，通過(guò)編譯器形成標(biāo)準(zhǔn)的VHDL文件，并在系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)正確性；第四步，用邏輯綜合優(yōu)化工具生成具體的門級(jí)邏輯電路的網(wǎng)絡(luò)表,這是將高層次的描述轉(zhuǎn)化為硬件電路的關(guān)鍵；第五步，將利用產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)表進(jìn)

7、行適配前的時(shí)序仿真;最后系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)級(jí)，它可以是CPLD、FPGA或ASIC。 1.6 板卡設(shè)計(jì)與板卡仿真技術(shù)本次仿真用MultiSim完成，并撰寫在課程設(shè)計(jì)報(bào)告中。PCB版的制作在后續(xù)課程中會(huì)陸續(xù)學(xué)習(xí)。1.7 電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)概述 系統(tǒng)綜合是建立在前期分塊設(shè)計(jì)之上的依據(jù)約束條件進(jìn)行的系統(tǒng)優(yōu)化過(guò)程。電子線路的最優(yōu)化設(shè)計(jì)是最優(yōu)化技術(shù)的一個(gè)方面。它利用最優(yōu)化理論和方法，以電子計(jì)算機(jī)為手段對(duì)電子線路進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。以達(dá)到縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，獲得最大效益的目的。 1.8 設(shè)計(jì)工具對(duì)于EDA技術(shù)而言，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容可以概括為：算法設(shè)計(jì)、芯片設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)三個(gè)部分。在常用的算法級(jí)EDA工具軟件

8、包括Matlab、System View等；芯片設(shè)計(jì)的PLD設(shè)計(jì)工具軟件包括QuartusII、Xilinx ISE、Fpga Advantage等；電原理圖和板級(jí)的設(shè)計(jì)工具包括MultiSim、Protel、OrCAD、等。 電路設(shè)計(jì)的任務(wù)有兩個(gè)，即電原理圖設(shè)計(jì)與印刷電路板的設(shè)計(jì)。電原理圖的設(shè)計(jì)是根據(jù)算法設(shè)計(jì)與芯片設(shè)計(jì)的成果，再根據(jù)系統(tǒng)的完整要求，設(shè)計(jì)出整個(gè)系統(tǒng)的電氣原理圖，包括系統(tǒng)芯片的供電和與外部世界的接口。印刷電路板的設(shè)計(jì)是將設(shè)計(jì)好的電原理圖轉(zhuǎn)換為可以加工的PCB文件，制作成PCB板后安裝上系統(tǒng)芯片等器件，設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)就可以在實(shí)際環(huán)境中運(yùn)行，通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。3.1 模擬系統(tǒng)

9、的組成模擬電路的主要作用是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的放大和變換以推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。如：放大電路、振蕩電路、整流電路、電源電路、濾波電路各種波形變換電路或它們的組合就是模擬電路。把非電量信號(hào)（如：聲音、溫度、壓力、流量等）轉(zhuǎn)換為連續(xù)變化的電信號(hào)。把模擬電路傳送來(lái)的電能轉(zhuǎn)換成其它形式的能量，以完成人們所需的功能。如：喇叭、電鈴、繼電器、示波管、表頭等都是執(zhí)行機(jī)構(gòu)。3.2 模擬電路設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和基本方法模擬電路知識(shí)告訴我們?nèi)魏螐?fù)雜的電路都是由簡(jiǎn)單的單元電路組合而成的。電信號(hào)的放大和變換也是由一些基本功能的電路來(lái)完成的。所以可將一個(gè)復(fù)雜的模擬電路的設(shè)計(jì)，分解成若干具有基本功能的電路。如放大器、振蕩器、整流器以及各

10、種波形變換器電路等，然后分別對(duì)這些單元電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。在基本功能電路中，放大器應(yīng)用的最普遍、也是最基本的電路形式。其它電子線路多是由放大器組合或派生出來(lái)的。所以掌握放大器的設(shè)計(jì)方法是做好模擬電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。另外，由于單級(jí)放大器性能往往不能滿足實(shí)際需要，因此，在許多模擬電路系統(tǒng)中，采用的是多級(jí)放大電路，顯然多級(jí)放大器是模擬電路中的關(guān)鍵部分，它具有典型性，是課程設(shè)計(jì)經(jīng)常要研究的內(nèi)容。隨著生產(chǎn)工藝水平的提高，線性集成電路和各種具有專用功能的新型元器件迅速發(fā)展起來(lái)。許多電路系統(tǒng)已漸漸的由線性集成塊直接組裝而成。 穩(wěn)壓電源的分類： 按調(diào)整元件和反饋元件的連接方式可分為串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種。 按調(diào)整元件的工作

11、狀態(tài)可分為線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。前者元件工作在線性區(qū)。后者元件工作在開關(guān)特性。其中開關(guān)電源又分自激式、他激式、頻率調(diào)整式、脈沖調(diào)整式、斬波式、推挽式、半橋式、全橋式、單端正激式和單端反激式。按調(diào)整元件的品種可分為輝光放電管穩(wěn)壓電源、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電源、電子管穩(wěn)壓電源、晶體管穩(wěn)壓電源和可控桂穩(wěn)壓電源。 3.4 功率放大電路功率放大器要求在允許的失真條件下輸出足夠大的功率，放大器件幾乎工作在極限狀態(tài)，因此功率放大器是大信號(hào)放大器。功率放大器的電路結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)、分析方法及電路的性能指標(biāo)等都與普通放大器不同。 3.5 信號(hào)處理電路濾波振蕩非正弦信號(hào)產(chǎn)生3.6 信號(hào)發(fā)生及輸出電路振蕩器幾乎包含了所有

12、的儀器。例如，數(shù)字萬(wàn)用表、示波器、無(wú)線電接收機(jī)、計(jì)算機(jī)、每一種計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備(磁帶、磁盤、打印機(jī)、字母數(shù)字終端等)、每一種數(shù)字儀表(計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、計(jì)算器)以及具有多路顯示的和數(shù)不勝數(shù)的其他裝置，都要用信號(hào)發(fā)生器或振蕩器。沒(méi)有振蕩器的裝置，或者是什么也干不了，或者是必須由其他裝置驅(qū)動(dòng)(后者本身就可能有一個(gè)振蕩器)?？梢?jiàn)振蕩器在電子儀器和裝置中是和直流穩(wěn)壓電源同等重要的組成部分。 根據(jù)用途的不同，振蕩器可以只是一個(gè)有規(guī)律的脈沖源(例如，數(shù)字系統(tǒng)的時(shí)鐘)，或是對(duì)它的穩(wěn)定性和精度(例如對(duì)頻率計(jì)的時(shí)間基準(zhǔn))、可調(diào)性(例如，對(duì)發(fā)送機(jī)或接收機(jī)中的本機(jī)振蕩)、波形精確性(例如，對(duì)示波器中的水平掃描波形)有

13、要求。就產(chǎn)生的信號(hào)波形來(lái)說(shuō)，信號(hào)發(fā)生電路(或振蕩器)可以分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器(產(chǎn)生矩形波、三角波、鋸齒波、脈沖波等)。 四、模擬電子技術(shù)設(shè)計(jì)參考選題(10題) 具體要求詳見(jiàn)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書分組見(jiàn)分組名單 1、集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 2、差分放大器的設(shè)計(jì)3、語(yǔ)音放大電路設(shè)計(jì) 4、OCL功率放大器設(shè)計(jì)5、數(shù)字邏輯信號(hào)測(cè)試器的設(shè)計(jì) 6、電冰箱保護(hù)器的設(shè)計(jì)7、水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8、帶寬放大器設(shè)計(jì)9、脈沖調(diào)寬伺服放大器設(shè)計(jì) 10、測(cè)量放大器的設(shè)計(jì)五課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)文件的標(biāo)準(zhǔn)格式 在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，每個(gè)同學(xué)應(yīng)完成以下三個(gè)內(nèi)容： 預(yù)設(shè)計(jì)作業(yè)（畫框圖，畫單元電路原理圖，參數(shù)計(jì)算，總體原理框圖）、2

14、 方案實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)（仿真或在實(shí)驗(yàn)臺(tái)調(diào)試電路）3 課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 應(yīng)按下述原則畫出框圖和邏輯圖交指導(dǎo)教師審閱。（1）畫框圖的原則：A比較簡(jiǎn)單的邏輯電路的框圖一般由幾個(gè)方框構(gòu)成，復(fù)雜一些的電路由十幾個(gè)方框構(gòu)成，所畫的框圖不必太詳細(xì)，也不能過(guò)于含糊，關(guān)鍵是反映出邏輯電路的主要單元電路、信號(hào)通路、輸入、輸出以及控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)思路。B框圖要能清晰地表示出控制信息和數(shù)據(jù)信息的流向。C每個(gè)方框不必指出功能塊中所包含的具體器件，但應(yīng)標(biāo)明各方框的功能名稱。D所有連線必須清晰整齊。（2）畫電路圖的原則：A所有小規(guī)模器件應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號(hào)。B中、大規(guī)模集成電路的符號(hào)，我們規(guī)定畫成一個(gè)方框，框內(nèi)應(yīng)標(biāo)明器件的型號(hào)或名稱，引出

15、腳的符號(hào)應(yīng)標(biāo)注清楚。必要時(shí)還可以標(biāo)注出引出腳的順序號(hào)。各引出腳不要求按順序排列，可按設(shè)計(jì)者要求排列。C電阻、電容、電感類元件應(yīng)計(jì)算出具體值。D若作為正式圖紙還應(yīng)列出元器件清單，放在圖紙的右下角。 1預(yù)設(shè)計(jì)作業(yè) 2方案實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告由同學(xué)們自己擬定，內(nèi)容包括：仿真、調(diào)試和指標(biāo)測(cè)試內(nèi)容、方法及步驟，測(cè)試表格、測(cè)試線路圖，所用儀器設(shè)備，記錄測(cè)試結(jié)果的表格等。 3課程實(shí)習(xí)總結(jié)報(bào)告限期完成，內(nèi)容及格式見(jiàn)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書寫格式：六、考核方式（周）紀(jì)律考核(上午：8：3011：30)（下午：13：303：30) 考核3次不到成績(jī)不合格平時(shí)成績(jī)0分調(diào)試（或仿真）30分課程設(shè)計(jì)報(bào)告0分實(shí)習(xí)成績(jī)分為優(yōu)秀（）、良好、中等、及格、不及格五個(gè)等級(jí)。實(shí)驗(yàn)室提供實(shí)驗(yàn)儀器和