零基礎學電子系統設計——從元器件、工具儀表、電路模擬到綜合系統設計

 

 

目錄

 

第1章緒論

 

1.1電子系統

 

1.2電子系統設計的基本內容與方法

 

1.3電子系統的設計步驟

 

1.4嵌入式系統

 

1.4.1嵌入式系統概述

 

1.4.2嵌入式系統和通用電腦系統比較

 

1.4.3嵌入式系統的特點

 

1.5嵌入式系統的組成

 

1.6嵌入式系統的軟件

 

1.6.1無操作系統的嵌入式軟件

 

1.6.2帶操作系統的嵌入式軟件

 

1.6.3嵌入式操作系統的分類

 

1.6.4嵌入式實時操作系統的功能

 

1.6.5典型嵌入式操作系統

 

1.7嵌入式系統的應用領域

 

1.8嵌入式微處理器分類

 

1.8.1嵌入式微處理器

 

1.8.2嵌入式微控制器

 

1.8.3嵌入式DSP

 

1.8.4嵌入式SoC

 

第2章電子設計與製作

 

2.1電子製作概述

 

2.1.1電子製作基本概念

 

2.1.2電子製作基本流程

 

2.2電子製作常用工具

 

2.2.1板件加工工具

 

2.2.2焊接工具

 

2.2.3驗電筆

 

2.2.4萬用表

 

2.2.5示波器

 

2.2.6信號源

 

2.2.7邏輯分析儀

 

2.2.8晶體管特性圖示儀

 

2.2.9其他工具與材料

 

2.3電子製作裝配技術

 

2.3.1電子元器件的安裝

 

2.3.2電子製作的裝配技術

 

2.4電子製作調試與故障排查

 

2.4.1電子製作測量

 

2.4.2電子製作調試

 

2.4.3調試過程中的常見故障

 

2.4.4調試過程中的故障排查法

 

第3章基本電子元器件

 

3.1電阻器的簡單識別與型號命名法

 

3.1.1電阻器的分類

 

3.1.2電阻器的型號命名

 

3.1.3電阻器的主要性能指標

 

3.1.4電阻器的簡單測試

 

3.1.5選用電阻器常識

 

3.1.6電阻器和電位器選用原則

 

3.2電容器的簡單識別與型號命名法

 

3.2.1電容器的分類

 

3.2.2電容器型號命名法

 

3.2.3電容器的主要性能指標

 

3.2.4電容器質量優劣的簡單測試

 

3.2.5選用電容器常識

 

3.3電感器的簡單識別與型號命名法

 

3.3.1電感器的分類

 

3.3.2電感器的主要性能指標

 

3.3.3電感器的簡單測試

 

3.3.4選用電感器常識

 

3.4半導體器件的簡單識別與型號命名法

 

3.4.1半導體器件型號命名法

 

3.4.2二極管的識別與簡單測試

 

3.4.3三極管的識別與簡單測試

 

3.5半導體集成電路型號命名法

 

3.5.1集成電路的型號命名法

 

3.5.2集成電路的分類

 

3.5.3集成電路的生產商和封裝形式

 

第4章電子系統中的通信技術

 

4.1串行通信基礎

 

4.1.1串行異步通信數據格式

 

4.1.2連接握手

 

4.1.3確認

 

4.1.4中斷

 

4.1.5輪詢

 

4.1.6差錯檢驗

 

4.2RS232C串行通信接口

 

4.2.1RS232C端子

 

4.2.2通信接口的連接

 

4.2.3RS232C電平轉換器

 

4.3RS485串行通信接口

 

4.3.1RS485接口標準

 

4.3.2RS485收發器

 

4.3.3應用電路

 

4.3.4RS485網絡互聯

 

4.4藍牙通信技術

 

4.4.1藍牙通信技術概述

 

4.4.2無線多協議SoC

 

4.4.3nRF5340的主要規格參數

 

4.4.4nRF5340的開發工具

 

4.4.5低功耗藍牙芯片nRF51822及其應用電路

 

4.5ZigBee無線傳感器網絡

 

4.5.1ZigBee無線傳感器網絡通信標準

 

4.5.2ZigBee開發技術

 

4.6W601 WiFi MCU芯片及其應用實例

 

4.6.1W601/W800/W801/W861概述

 

4.6.2ALIENTEK W601開發板

 

4.6.3W601 LED燈硬件設計

 

4.6.4W601 LED燈軟件設計

 

第5章電路設計與模擬——Altium Designer

 

5.1Altium Designer簡介

 

5.1.1Altium Designer 23的主要特點

 

5.1.2PCB 總體設計流程

 

5.2電路原理圖簡介

 

5.2.1Altium Designer 23的啟動

 

5.2.2Altium Designer 23的主窗口

 

5.2.3Altium Designer 23的開發環境

 

5.2.4原理圖設計的一般流程

 

第6章電子電路模擬——Multisim 

 

6.1Multisim 軟件簡介

 

6.2Multisim 軟件版本簡介

 

6.3Multisim 基本功能和主要特點

 

6.3.1Multisim基本功能

 

6.3.2Multisim 主要特點

 

6.4Multisim的安裝

 

6.5Multisim的基本界面

 

6.5.1菜單欄

 

6.5.2標準工具欄

 

6.5.3視圖工具欄

 

6.5.4主工具欄

 

6.5.5模擬工具欄

 

6.5.6元件工具欄

 

6.5.7儀器工具欄

 

6.5.8設計工具箱

 

6.5.9電路工作區

 

6.5.10電子表格視窗

 

6.5.11狀態欄

 

6.5.12其他

 

第7章集成運算放大器的應用與Multisim模擬

 

7.1運算放大器的模型

 

7.1.1理想運算放大器模型

 

7.1.2實際運算放大器模型

 

7.2集成運算放大器

 

7.2.1集成運算放大器的主要技術參數

 

7.2.2使用集成運算放大器需要註意的幾個問題

 

7.3集成運算放大器的線性應用電路設計基礎

 

7.3.1反相放大電路

 

7.3.2同相放大電路

 

7.3.3電壓跟隨器

 

7.3.4求差電路

 

7.3.5積分運算電路

 

7.3.6微分運算電路

 

7.4實驗電路的設計與測試

 

7.4.1反相放大電路的設計與實現

 

7.4.2反相加法電路的設計與實現

 

7.4.3同相放大電路的設計與實現

 

7.4.4求差電路的設計與實現

 

7.4.5積分運算電路的設計與實現

 

7.4.6微分運算電路的設計與實現

 

7.5集成電壓比較器

 

7.5.1雙電壓比較器LM393

 

7.5.2四電壓比較器LM339

 

7.6實驗電路的設計與測試

 

7.6.1RC橋式正弦波振盪電路的設計與測試

 

7.6.2遲滯電壓比較器的設計與測試

 

7.6.3窗口電壓比較器的設計與測試

 

第8章集成運算放大器電路設計實例

 

8.1常見的運算放大器電路

 

8.1.1運算放大器基本原理

 

8.1.2運算放大器計算

 

8.1.3常見的放大電路

 

8.2特殊放大器電路設計

 

8.2.1功率放大器電路

 

8.2.2儀用放大器電路

 

8.2.3可控放大器電路

 

8.2.4自動增益控制電路

 

第9章傳感器與驅動器電路設計

 

9.1傳感器

 

9.1.1傳感器的定義和分類及構成

 

9.1.2傳感器的基本性能

 

9.1.3傳感器的應用領域

 

9.2常見的模擬傳感器電路

 

9.2.1溫度傳感器

 

9.2.2流量傳感器

 

9.2.3熱釋電紅外傳感器

 

9.2.4位移傳感器

 

9.2.5PM2.5傳感器

 

9.2.6紅外傳感器

 

9.2.7氣體傳感器

 

9.2.8壓力傳感器

 

9.3常見的數字傳感器電路

 

9.3.1數字式氣流傳感器

 

9.3.2數字攝像頭電路

 

9.3.3數字電感傳感器LDC1314

 

9.3.4數字電容傳感器FDC2214

 

9.3.5數字溫濕度傳感器

 

9.3.6數字加速度與陀螺儀傳感器

 

9.3.7加速度傳感器

 

9.4常見的功率驅動電路

 

9.4.1電機驅動基本原理

 

9.4.2常見的電機驅動電路

 

第10章電源電路設計

 

10.1並聯穩壓電路

 

10.1.1穩壓二極管工作原理

 

10.1.2穩壓二極管組成的並聯穩壓工作電路

 

10.2串聯穩壓電路

 

10.2.1串聯穩壓原理

 

10.2.2三端穩壓器簡介

 

10.2.3三端穩壓器電路設計

 

10.3整流電路

 

10.3.1半波整流原理

 

10.3.2全波整流原理

 

10.3.3橋式整流原理

 

10.3.4橋式整流電路設計

 

10.4開關電源原理

 

10.4.1開關電源與線性電源比較

 

10.4.2常見的開關電源拓撲結構

 

10.5降壓開關電源電路設計

 

10.5.1單片開關電源芯片LM2596

 

10.5.2LM2596降壓電路設計

 

10.6升壓開關電源電路設計

 

10.6.1單片開關電源芯片LM2577

 

10.6.2LM2577升壓電路設計

 

10.7負壓開關電源電路設計

 

10.7.1單片開關電源芯片 TPS5430

 

10.7.2TPS5430反壓電路設計

 

第11章數字電路

 

11.1基本邏輯門電路

 

11.1.1與門

 

11.1.2或門

 

11.1.3非門

 

11.1.474HC/LS/HCT/F系列芯片的區別

 

11.1.5布爾代數運算法則

 

11.2數字電路設計步驟及方法

 

11.2.1數字電路的設計步驟

 

11.2.2數字電路的設計方法

 

第12章電路設計與數字模擬——Proteus及其應用

 

12.1EDA技術概述

 

12.2Proteus EDA軟件的功能模塊

 

12.3Proteus 8體系結構及特點

 

12.3.1Proteus VSM的主要功能

 

12.3.2Proteus PCB

 

12.3.3嵌入式微處理器交互式模擬

 

12.4Proteus 8的啟動和退出

 

12.5Proteus 8窗口操作

 

12.5.1主菜單欄

 

12.5.2主工具欄

 

12.5.3主頁

 

12.6Schematic Capture 窗口

 

12.7Schematic Capture 電路設計

 

12.8STM32F103驅動LED燈模擬實例

 

12.8.1實例描述

 

12.8.2硬件繪制

 

12.8.3STM32CubeMX配置工程

 

12.8.4編寫用戶代碼

 

12.8.5模擬結果

 

12.8.6代碼分析

 

12.9AT89C51單片機實現DS18B20溫度測量模擬實例

 

12.9.1新建項目

 

12.9.2添加程序文件

 

第13章電子系統綜合設計——51單片機及其應用

 

13.1MCS51系列及其兼容單片機

 

13.251單片機開發板的選擇

 

13.351單片機的GPIO輸出應用實例

 

13.3.151單片機的GPIO輸出應用硬件設計

 

13.3.251單片機的GPIO輸出應用軟件設計

 

第14章電子系統綜合設計——Arm微處理器及其應用

 

14.1Arm嵌入式微處理器簡介

 

14.1.1Arm處理器的特點

 

14.1.2Arm體系結構的版本和系列

 

14.1.3Arm的RISC結構特性

 

14.1.4Arm CortexM處理器

 

14.2STM32微控制器概述

 

14.2.1STM32微控制器產品介紹

 

14.2.2STM32系統性能分析

 

14.2.3STM32F103VET6的引腳

 

14.2.4STM32F103VET6 最小系統設計

 

14.3STM32開發工具——Keil MDK

 

14.4STM32F103開發板的選擇

 

14.5STM32模擬器的選擇

 

14.6STM32的GPIO輸出應用實例

 

14.6.1STM32的GPIO輸出應用硬件設計

 

14.6.2STM32的GPIO輸出應用軟件設計

 

14.7STM32的GPIO輸入應用實例

 

14.7.1STM32的GPIO輸入應用硬件設計

 

14.7.2STM32的GPIO輸入應用軟件設計

 

第15章電子系統綜合設計——FPGA可編程邏輯器件及其應用

 

15.1可編程邏輯器件概述

 

15.1.1PLD的發展歷史

 

15.1.2PAL/GAL

 

15.1.3CPLD

 

15.1.4FPGA

 

15.1.5CPLD與FPGA的區別

 

15.1.6SOPC

 

15.1.7IP核

 

15.1.8FPGA框架結構

 

15.2FPGA的內部結構

 

15.2.1可編程輸入/輸出單元

 

15.2.2基本可編程邏輯單元

 

15.2.3嵌入式塊RAM

 

15.2.4豐富的布線資源

 

15.2.5底層嵌入功能單元

 

15.2.6內嵌專用硬核

 

15.3Intel公司的FPGA

 

15.3.1Cyclone系列

 

15.3.2Cyclone Ⅳ系列芯片

 

15.3.3配置芯片

 

15.4FPGA的生產廠商

 

15.4.1Xilinx(賽靈思)

 

15.4.2Altera(阿爾特拉)

 

15.5FPGA的應用領域

 

15.6FPGA開發工具

 

15.7基於FPGA的開發流程

 

15.7.1FPGA設計方法概論

 

15.7.2典型FPGA開發流程

 

15.7.3FPGA的配置

 

15.7.4基於FPGA的SoC設計方法

 

15.8Verilog

 

15.8.1Verilog HDL和VHDL的發展

 

15.8.2Verilog HDL和VHDL的比較

 

15.8.3Verilog HDL基礎

 

15.8.4Verilog概述

 

15.8.5Verilog基礎知識

 

15.8.6Verilog 程序框架

 

15.9FPGA 開發板

 

15.10Quartus Ⅱ軟件的安裝

 

15.11Quartus Ⅱ軟件的應用實例

 

15.11.1LED燈硬件設計

 

15.11.2LED燈程序設計

 

參考文獻