電子系統(tǒng)復習

1、 電子系統(tǒng)的組成與構成。1、電子系統(tǒng)是能夠產生、傳輸、處理電信號和信息的客觀載體。一般地，電子系統(tǒng)由采集電路、輸出電路、信號處理、數(shù)據(jù)通信、電源供電等五大部分組成。電子系統(tǒng)的電路設計分為硬件設計和軟件設計。電子系統(tǒng)的設計步驟1需求分析：任務書分析、確定軟件硬件的分工2方案設計：系統(tǒng)功能模塊劃分3軟硬件設計：原理圖、PCB版圖、軟件設計與仿真4原理樣機：驗證原理用的第一個設備5產品初樣：經過改進的原理樣機，為最終生產提供樣機6最終產品：可以批量生產的設備電子系統(tǒng)設計中，常用的仿真軟件有哪些？了解它們的主要作用。2、目前，在電子系統(tǒng)設計中，單片機仿真軟件一般采用 PROTEUS；TI的模擬電路設計

2、軟件是_FILTERPRO _和 TINA；電路板設計軟件采用_ PROTEL_；編程語言采用匯編語言和 C語言。3、常用的溫度測量元件有熱電耦溫度傳感器、鉑電阻溫度傳感器和集成溫度傳感器。 DS18B20是_單_總線的溫度偉感器，由于每個 DS18B20都有唯一的_64 _位的序列號，所以可以將多個 DS18B20同時接在單片機一個 I/O引腳上。4、 AD654是壓頻轉換器； ACS712是電流傳感器。5、在多級電路設計中，為了減少級間的影響，一般要求各級的輸入電阻要 _大_，輸出電阻要小_。若要求運放的的輸入電阻足夠大，應采用同相（同相或反相）放大器。6 、電流直接測量有兩種方法，這兩種

3、方法分別是低測和高測，應用中為了提高測量的精度，應采用高測。電子系統(tǒng)中，常用的輸入、輸出設備有哪些？1、（6分）分別指出三種電子系統(tǒng)常用的輸入設備和輸出設備。答：輸入設備：開關、按鈕或鍵盤、觸摸屏、傳感器、麥克風等等輸出設備：LED燈、數(shù)碼管、LCD、蜂鳴器等等。了解觸摸屏的作用及工作原理。觸摸屏不僅可實現(xiàn)按鍵的功能，且可實現(xiàn)按鍵無法實現(xiàn)的使用效果，適合于輸入?yún)?shù)較多、功能復雜、操作方便、使用靈活的系統(tǒng)，可以最大限度地節(jié)省單片機的引腳資源。觸摸屏分為電阻式和電容式兩種。 常用的溫度測量元件有哪些？了解它們的優(yōu)缺點。熱電偶溫度傳感器鉑電阻溫度傳感器集成溫度傳感器構造簡單、試用溫度范圍廣，使用方便

4、，承受熱、機械沖擊能力強以及響應速度快精度高，重現(xiàn)性、穩(wěn)定性好，應用溫度范圍廣內部已集成部分電路，如將溫度轉換為電流信號或電壓信號，實驗方便信號輸出靈敏度比較低，容易受環(huán)境干擾信號影響，不適合測量微小的溫度變化2、（6分）簡要說明：通過鉑電阻溫度傳感器，單片機如何獲得溫度值？答：將一個恒流源的恒定電流流過金屬鉑電阻就可得到相應電壓信號，測量電路中的電壓信號，求出電阻值，即可計算出相應的溫度。鉑電阻值隨溫度變化曲線圖：由圖看出，只要測量出傳感器的電阻值即可計算出相應的溫度，而電路中最容易測量的是電壓信號，要將電阻值轉換為電壓信號，則只需將一個恒流源的恒定電流流過金屬鉑電阻就可得到相應電壓信號。3

5、.（9分）下圖是一測量未知電阻 R的電路，指出圖中 INA333是同相放大器、反相放大器還是差分放大器？T指出圖中 OPA177的作用是什么？OPA177有該作用的原因是什么？答：（1）、INA333是差分放大器。（2）、OPA177的作用是向 INA333提供低阻抗的參考電壓源（原因是 OPA177構成電壓跟隨器，它的輸入阻抗接近無窮大，而輸出阻抗接近 0）。 Butterworth（巴特沃斯濾波器）、Chebyshev（切比雪夫濾波器）、Bessel（貝塞爾濾波器）和高斯濾波器有何特點（區(qū)別）。 4.（6分）簡述 Butterworth（巴特沃斯濾波器）、Chebyshev（切比雪夫濾波器

6、）和 Bessel（貝塞爾濾波器）的特點。答：Bessel（貝塞爾濾波器）擁有最平坦的通頻帶和最緩的截止速率。Chebyshev（切比雪夫濾波器）擁有最陡的截止速率，但通頻帶起伏較大。Butterworth（巴特沃斯濾波器）的性能為前兩者的折中，性能方面沒有明顯的缺點，得到廣泛應用。5、假設現(xiàn)有兩個電壓均為 3V的電池，分別畫出產生+6V，6V，±3V時電池的接法。掌握放大器的放大倍數(shù)與dB的關系。-3db（ 20lg（Vo/Vi）=-3；Vo/Vi=0.707）截止頻率 20khz -45db（20lg（Vo/Vi）=-45；Vo/Vi=1/178）頻率 100khz 給出一運放的

7、幅頻特性圖，會判斷該運放的GBW、放大倍數(shù)、以及在某放大倍數(shù)下的帶寬。6.（10分）下圖為某一級集成運算放大器的頻率特性圖，根據(jù)幅頻特性曲線回答問題：（1）、該運放的單位增益帶寬積 GBW約是多少？（2）、該放大器的放大倍數(shù)是多少？-3dB帶寬約是多少？（3）、若放大倍數(shù)為 100時，-3dB帶寬應約是多少？20.00T10.000.00-10.00-20.00200.00150.00100.0050.000.001101001k10k100k1M10M頻率(Hz)解：（1）、由于幅頻特性曲線在0dB（放大倍數(shù)為1）時的頻率為3MHz，所以GBW=3MHz。（2）、從圖可以看出，該放大器設幅頻

8、特性曲線平坦處的增益是20dB，設放大器放大倍數(shù)為K，則有20lgK=20dB，所以K=10。K×f=GBW=3MHz，所以K=10時，f=300kHz，即此時的-3dB帶寬約是 0300kHz。bb（3）、K×f=GBW=3MHz，所以K=100時，f=30kHz，即此時的-3dB帶寬約是 030kHz。bb 無源濾波器的設計，即如何從疊加信號中分離出有用的信號。1、（15分）設計一 RC無源濾波器，通頻帶為 1kHz1MHz。要求寫出分析、計算過程，畫出具體電路圖。解：依題意，采用兩級 RC無源濾波器級聯(lián)實現(xiàn)。一級為截止頻率 f =1MHz的低通濾波器，另一級截0止頻率

9、 f0=1kHz的高通濾波器。低通濾波器設計：f =1/(2RC)=1MHz，設 R=1K,則C=159.2pF。0高通濾波器設計：f =1/(2RC)=1kHz，設 R=1K,則C=159.2nF。0設計的電路圖如下圖所示：低通在前，高通在后：由于第二級的輸入阻抗影響了第一級的特性（衰減），所以兩級間應加入電壓跟隨器。另：高通在前，低通在后： 理解集成運放的主要參數(shù)，特別是 GBW、SR。SR的公式，會計算 SR。帶寬與增益是何關系？2、（22分）設計一個增益為40dB的放大器。放大器輸入信號為雙極性正弦信號（U范圍:20mV100mV；PP頻率f范圍：0200kHz），放大器的輸入阻抗50

10、，放大器的級數(shù)不限，可供選用的芯片及其主要參數(shù)如下表。要求寫出分析、計算過程，畫出具體的電路圖?？晒┻x用的芯片及其主要參數(shù)表芯片型號OP07電源電壓(V)±3V±15V±5V±20VGBW(MHZ)0.6SR(V/us)0.3LM3181570解：根據(jù)題意：放大倍速數(shù) K=100。若采用一級放大器實現(xiàn)，則運放需（不考慮裕量的情況下）：SR=2·V0max·f =6.28×5V×0.2MHz=6.28V/us。p(max)GBW=100×0.2MHz=20MHz由于OP07和LM318的GBW均小于20MH

11、z，所以需用兩級或兩級以上的放大器，每級放大10倍，此時GBW=10×0.2MHz=2MHz,大于OP07的GBW（0.6MHz），所以不能選用OP07芯片，兩級均用LM318芯片。根據(jù)題意，設計的電路圖及特性曲線如下，圖中的 V3用來調整輸出失調電壓。 了解壓力傳感器的作用。按工作原理分類，壓力傳感器可分為應變式、電容式、電感式、電磁式、壓電式、熱電式、光電式等能感受壓力并轉換成可用輸出信號，壓力轉換為電信號輸出的傳感器。可直接用作各種壓力的測定：氣壓、水壓、液壓（包括水壓），生活中人們各種血壓測定等。了解電壓檢測和電流檢測的方法。電壓測量只需將電壓信號輸入 A/D轉換器即可得到其

12、數(shù)字量值。常見的高壓測量方式有壓頻轉換測量法和高阻抗運放隔離測量法。測量電流的方法一般分成直接式和間接式兩種。直接式用于測量相對較小的電流以及電壓不高的情況；間接式不帶有任何導電關系，因此可用于測量相對較大的電流以及相對較高的電壓。了解霍爾傳感器的分類和主要作用。1、線性型霍爾傳感器輸出電壓與外磁場強度呈線性關系，通常用于檢測磁場強度。2、開關型霍爾傳感器（高/低電平輸出）應用：轉速測量了解信號采集用到的主要芯片。1. REF200恒流源芯片2.單總線溫度傳感器 DS18S203.壓頻轉換器有 LM231、LM331、TC9401、AD654(AD654是一款帶有輸入放大器的完整的壓頻轉換器)

13、4. HNV500D型電壓傳感器5.霍爾傳感器 ACS7126.開關型霍爾位置傳感器 LD441A 掌握同相放大器、反相放大器、跟隨器、加法器的基本電路、放大倍數(shù)和特點。信號如何疊加？ 選擇運放時主要應考慮的運放參數(shù)有哪些？（4點）供電電源電壓。根據(jù)運放輸出電壓范圍，選擇運放電源電壓。帶寬。小信號（VPP<1V）時，考慮運放的增益帶寬積GBW。轉換速率。大幅信號輸出時應考慮運放的壓擺率 SR。精度。雖然失調電壓VOS可以通過外部電路校正，但選用失調電壓較小的運放可以降低設計難度。 多級運放的放大倍數(shù)、 dB數(shù)的計算。輸出電壓峰峰值V不小于20V。芯片可選：LM324,TL082,LM31

14、8OPP在 TINA仿真軟件中，設計一增益可調電壓放大器，增益范圍從 0dB到 60dB，10 dB步進可調，電壓增益誤差不大于 5%，通頻帶為 040kHz，電路結構采用 3級反相放大器級連而成，如下圖?，F(xiàn)要求對下圖進行補充完整，并輸入幅值為 10mV的正弦信號進行測試（根據(jù)電路的幅頻特性和輸入輸出波形判斷設計是否達到要求）。 無源濾波器和有源濾波器分別由哪些元件組成？它們各有何特點？無源濾波器：由無源器件 R、C和L組成。優(yōu)點：設計簡便。缺點：通帶為低頻時，L體積和重量大；濾波效果不理想，邊沿不陡；帶載能力差；不能對信號放大。有源濾波器：由無源器件 R、C和運算放大器組成。優(yōu)點：濾波效果好

15、；帶載能力強（運放輸出阻抗低）；能提供一定增益。缺點：設計較復雜，成本較高。有源濾波器設計考慮的原則是什么？電路類型選擇MFB型和 Sallen-Key各有優(yōu)缺點，根據(jù)實際選用。設計通帶較寬的帶通濾波器時，可用低通和高通合成，這樣比帶通濾波器好。階數(shù)選擇階數(shù)越高，幅頻特性曲線越接近理想濾波器。運放的要求輸入信號較?。ㄈ?lt;10mV）時，應選用低漂移（VOS）運放。 GBW>100×Gain×fc壓擺率 SR>2×VOP×fc（VOP為輸出信號電壓幅值）MFB和SALLEN-KEY兩種有源濾波器電路類型各有何特點？ 無限增益多重反饋濾波器(

16、MFB)反相濾波器優(yōu)點：Q值、截止頻率對元器件改變的敏感度較低，增益大缺點：輸入阻抗低，增益精度不高 Sallen-Key型濾波器同相濾波器優(yōu)點：輸入阻抗高，增益精度高（增益設置與濾波電阻電容無關）缺點：增益有限（一般地，二階時，放大倍數(shù)<3）PID分別指的是什么？什么是PID控制器（PID算法）？其控制系統(tǒng)原理框圖是什么？各校正環(huán)節(jié)（分量）的主要作用是什么？比例(P)、積分(I)和微分(D)error(t) u(t) 簡單來說，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產生，控制器立即產生控制作用，以減小偏差。積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系

17、統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強。微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間。 單片機中常用的算法有哪些？了解它們的基本工作原理。（1）均值濾波是最簡單、有效的濾波方法，有利于低速單片機的程序處理（2）中值濾波的思想是將數(shù)組中的數(shù)據(jù)n個最大值和n個最小值同時剔除，將剩余的數(shù)據(jù)進行均值濾波，這樣做的優(yōu)點是提高了均值數(shù)據(jù)的可靠性且增加的消耗時鐘周期又不多，缺點是有很大可能性將正確的數(shù)據(jù)剔除，較小可能性將錯誤的數(shù)據(jù)未剔除（3）CRC校驗是數(shù)據(jù)通信中常用的

18、校驗方法常用的有線通信有哪些？無線通信有哪些？無線通信主要有紅外、藍牙、ZigBee等有線通信主要有 RS-232、USB、M_BUS、CAN等。RS-232通信、RS-485通信、紅外通信的特點（如通信距離等）分別是什么？RS-232通信、通信距離在1.515m之間。RS-485通信、RS-485標準的特點是抗干擾能力強、傳輸距離遠、速率高。紅外通信、成本低廉和廣泛的兼容性等優(yōu)點，傳輸距離近。當前紅外通信距離最長為3m，接收角度為 30°。了解 TTL轉RS-232硬件電路掌握 TTL轉RS-485的硬件電路和軟件控制方法。 穩(wěn)壓器可分為哪兩類？線性穩(wěn)壓器、開關升壓降壓穩(wěn)壓器直流穩(wěn)

19、壓電源的主要技術指標有哪些？ （1）、最大輸出電流Iomax（2）、輸出電壓VO（3）、紋波電壓。（4）、電壓調整率。（5）、負載調整率。（6）、輸出電阻。（7）、轉換效率。掌握7805、LM317的典型工作電路，輸出電壓與輸入電壓的關系，外圍元器件的作用等。理解BUCK電路和BOOST電路的工作原理（何時充放電？充放電的電流方向，輸入電壓與輸出電壓的關系等）。 鋰離子電池有何優(yōu)點？鋰離子電池充電要注意哪些事項？優(yōu)點：工作電壓高、體積小、質量輕、能量高、無記憶效應、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長特點：(1)高能量密度，鋰離子電池的重量是相同容量的鎳鎘或鎳氫電池的一半，體積是鎳鎘電池的40%50%，鎳氫電池的20%30%，因此，鋰電池具有更高的重量能量比、體積能量比。(2)高電壓，單節(jié)鋰電池電壓平均為 3.6 V，等于三只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯(lián)電壓。(3)自放電小，可長時間存放。(4)無記憶效應，鋰電池不存在鎳鎘電池的所謂記憶效應，所以鋰電池充電前無須放電。(5)壽命長，正常工作條件下，鋰電池充放電循環(huán)次數(shù)遠大于 500次。(6)多個鋰電池可以隨意并聯(lián)使用。(7)無污染，由于鋰電池中不含鎘、鉛等重金屬元素，對環(huán)境無污染，是理想的綠色電池。(8)快速充電，如果使用額定電壓為 4.2 V的恒流恒壓充電器，可以使鋰離子電池在一至兩個小時內充滿。注意事項：(1)