電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)11

電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)12024/1/4電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]什么是系統(tǒng)？由部件組成，能實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的功能（不是一個(gè)單一的電路，要有輸入、輸出和其他控制電路）（只能實(shí)現(xiàn)單一功能的通常不算系統(tǒng)）電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]電子系統(tǒng)范疇消費(fèi)類電子計(jì)算機(jī)類通信電子汽車電子工業(yè)電子軍用電子電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]消費(fèi)類產(chǎn)品電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]主板電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]顯卡和網(wǎng)卡七彩虹顯卡TP-Link網(wǎng)卡電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]通信電子產(chǎn)品電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]車載GPS和悍馬電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]汽車電子燃油噴射控制器電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]數(shù)控鉆床和汽車生產(chǎn)線

電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]艦船和戰(zhàn)斗機(jī)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]手機(jī)電路電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]超級(jí)芯片數(shù)碼彩電主板電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]電子系統(tǒng)可能的組成框圖電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]車載導(dǎo)航系統(tǒng)的框圖電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)模數(shù)混合系統(tǒng)（絕大多數(shù)系統(tǒng)）如空調(diào)控制器、電視機(jī)、測(cè)量?jī)x器、工業(yè)控制器、手機(jī)電路

純粹的模擬系統(tǒng)---如簡(jiǎn)單的放大器純粹的數(shù)字系統(tǒng)---如電子鐘電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法——自頂向下電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法自頂向下自底向上自頂向下與自底向上相結(jié)合電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]何謂頂？何謂底？底——最基本的元、器件，甚至是版圖頂——系統(tǒng)的功能電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)自頂至底有：系統(tǒng)子系統(tǒng)部件（功能模塊）單元電路元、器件版圖（IC）電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]系統(tǒng)子系統(tǒng)子系統(tǒng)功能模塊功能模塊功能模塊功能模塊單元電路單元電路單元電路單元電路單元電路單元電路單元電路單元電路元、器件版圖自頂向下電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]自上而下法的優(yōu)點(diǎn)盡量運(yùn)用概念（抽象）描述、分析設(shè)計(jì)對(duì)象，不過早地考慮具體的電路、元器件和工藝概念驅(qū)動(dòng)法抓住主要矛盾，不糾纏在具體細(xì)節(jié)上，控制設(shè)計(jì)的復(fù)雜性電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]系統(tǒng)子系統(tǒng)子系統(tǒng)功能模塊功能模塊功能模塊功能模塊單元電路單元電路單元電路單元電路單元電路單元電路單元電路單元電路元、器件版圖自底向上電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]部件設(shè)計(jì)在先，設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)將受這些部件的限制，影響：

系統(tǒng)性易讀性可靠性可維護(hù)性自底向上的缺點(diǎn)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]自底向上的優(yōu)點(diǎn)在系統(tǒng)的組裝和調(diào)試過程中有效可利用前人的設(shè)計(jì)成果電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]系統(tǒng)子系統(tǒng)子系統(tǒng)功能模塊功能模塊功能模塊功能模塊單元電路單元電路單元電路單元電路單元電路單元電路單元電路單元電路元、器件版圖以功能模塊為基礎(chǔ)的自上而下的設(shè)計(jì)方法電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]自上而下法的要領(lǐng)從頂層到底層從概括到展開從粗略到精細(xì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟調(diào)查研究方案論證單元設(shè)計(jì)組裝調(diào)測(cè)總結(jié)報(bào)告電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]調(diào)查研究明確設(shè)計(jì)要求弄清設(shè)計(jì)方法了解設(shè)計(jì)關(guān)鍵做什么？

系統(tǒng)的功能輸入和輸出做到何種程度？性能技術(shù)指標(biāo)

注意分析每一個(gè)細(xì)節(jié)，盡量考慮得周到、完善電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]調(diào)查研究明確設(shè)計(jì)要求弄清設(shè)計(jì)方法了解設(shè)計(jì)關(guān)鍵有那些可使用的設(shè)計(jì)方法相同產(chǎn)品同類產(chǎn)品同原理產(chǎn)品其他可借鑒的方法

比較各種方法的

先進(jìn)性性價(jià)比可行性

器材人才時(shí)間電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]產(chǎn)品效益與開發(fā)時(shí)間的關(guān)系上市延遲銷售頂峰銷售頂峰電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟調(diào)查研究方案論證單元設(shè)計(jì)組裝調(diào)測(cè)總結(jié)報(bào)告電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]調(diào)查研究明確設(shè)計(jì)要求弄清設(shè)計(jì)方法了解設(shè)計(jì)關(guān)鍵決定指標(biāo)的關(guān)鍵難點(diǎn)工作量大（重點(diǎn)）

電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]起點(diǎn)：系統(tǒng)級(jí)行為描述設(shè)計(jì)用戶需求

系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范功能描述方案論證電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]系統(tǒng)級(jí)行為描述設(shè)計(jì)系統(tǒng)的外部特性

主要功能輸入和輸出——

那些端口輸入（輸出）信號(hào)——特征來源（去向）對(duì)系統(tǒng)的要求初步方案面板圖電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]下一步：

系統(tǒng)級(jí)的結(jié)構(gòu)描述與設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范與功能

子系統(tǒng)之間的組合方案論證電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]系統(tǒng)的內(nèi)部特性——

基本原理基本框圖——

子系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間的接口要求

基本控制流程系統(tǒng)級(jí)行為描述設(shè)計(jì)基本框圖基本流程圖電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]系統(tǒng)的內(nèi)部特性——

基本原理基本框圖——

子系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間的接口要求

基本控制流程系統(tǒng)級(jí)行為描述設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)用數(shù)字技術(shù)，還是模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)

？

電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]模擬技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：通常所使用的器件量較小缺點(diǎn)：對(duì)器件的依賴性較大調(diào)試較困難與計(jì)算機(jī)配合不如數(shù)字技術(shù)方便電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]數(shù)字技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：對(duì)器件的依賴性較小調(diào)試較容易與計(jì)算機(jī)配合方便LSI與可編程器件的使用電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]數(shù)字技術(shù)靠邏輯模擬電路靠經(jīng)驗(yàn)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]能甩開模擬電路嗎？不能！高頻小信號(hào)大功率電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]主體為數(shù)字技術(shù)質(zhì)量靠模擬技術(shù)千萬不可忽略、放棄模擬技術(shù)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]軟件實(shí)現(xiàn)方法：?jiǎn)纹瑱C(jī)（計(jì)算機(jī)）DSP（數(shù)字信號(hào)處理）嵌入式系統(tǒng)軟件離不開硬件支持電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]第三步：系統(tǒng)級(jí)的物理描述與設(shè)計(jì)組成系統(tǒng)的各抽象的子系統(tǒng)各具體的子系統(tǒng)（IP）提出具體的要求并轉(zhuǎn)入下一層設(shè)計(jì)方案論證IntellectureProperty知識(shí)產(chǎn)權(quán)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]下一層：

子系統(tǒng)級(jí)行為描述設(shè)計(jì)對(duì)子系統(tǒng)的需求子系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范功能描述方案論證電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]下一步：

子系統(tǒng)級(jí)的結(jié)構(gòu)描述與設(shè)計(jì)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范與功能功能模塊（部件）之間的組合方案論證電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]第三步：子系統(tǒng)級(jí)的物理描述與設(shè)計(jì)組成子系統(tǒng)的各抽象的模塊選擇具體的功能模塊或?qū)δK提出具體的要求并轉(zhuǎn)入下一層設(shè)計(jì)方案論證沒有現(xiàn)成模塊可用的特殊模塊關(guān)鍵模塊、關(guān)鍵元件及相互接口以模塊為單位的詳細(xì)框圖電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]下一層：

部件級(jí)行為描述設(shè)計(jì)對(duì)部件（模塊）的需求部件的技術(shù)規(guī)范功能描述方案論證電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]下一步：

部件級(jí)的結(jié)構(gòu)描述與設(shè)計(jì)部件設(shè)計(jì)規(guī)范與功能單元電路之間的組合方案論證電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]第三步：部件級(jí)的物理描述與設(shè)計(jì)抽象的單元電路選用具體的單元電路方案論證電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟調(diào)查研究方案論證單元設(shè)計(jì)組裝調(diào)測(cè)總結(jié)報(bào)告電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]單元電路設(shè)計(jì)盡量選用高性能、控制簡(jiǎn)單、集成度高的、應(yīng)用廣泛的新產(chǎn)品（競(jìng)賽例外）學(xué)會(huì)查手冊(cè)和網(wǎng)上查詢，懂得什么是關(guān)鍵指標(biāo)，如何選擇代用品會(huì)買東西——船舶、賽格電子

電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟調(diào)查研究方案論證單元設(shè)計(jì)組裝調(diào)測(cè)總結(jié)報(bào)告電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]組裝調(diào)測(cè)自底向上法電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]合理布局

——電磁兼容問題方便調(diào)測(cè)

——留有測(cè)試點(diǎn)分段裝調(diào)

——自底向上法邏輯模擬測(cè)試設(shè)計(jì)

——測(cè)試系統(tǒng)，計(jì)量原理組裝調(diào)測(cè)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟調(diào)查研究方案論證單元設(shè)計(jì)組裝調(diào)測(cè)總結(jié)報(bào)告電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]總結(jié)報(bào)告重要性技術(shù)總結(jié)匯報(bào)交流生產(chǎn)文件評(píng)價(jià)依據(jù)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]總結(jié)報(bào)告內(nèi)容

設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)結(jié)果改進(jìn)設(shè)想電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]總結(jié)報(bào)告要求

概念準(zhǔn)確數(shù)據(jù)完整條理清晰突出創(chuàng)新電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]注意：創(chuàng)新實(shí)踐的題目一定要具有可實(shí)現(xiàn)性，盡量運(yùn)用自己掌握的知識(shí)來實(shí)現(xiàn)題目自擬，方向是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容。

電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]設(shè)計(jì)實(shí)例：數(shù)字定時(shí)器1.1功能要求1.2整體方案調(diào)研1.3整體方案論證1.4硬件電路設(shè)計(jì)1.5程序設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]1.1功能要求1.1功能要求我們以一個(gè)具有一定實(shí)用價(jià)值而功能又比較簡(jiǎn)單的數(shù)字定時(shí)器做系統(tǒng)設(shè)計(jì)入門的實(shí)例。該定時(shí)器有如下技術(shù)要求：（1）定時(shí)時(shí)間的設(shè)置范圍為1~99分，開機(jī)上電后的隱含值為10分。（2）使用0.5英寸紅色LED數(shù)碼管顯示時(shí)間。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]功能要求（3）定時(shí)時(shí)間可以用按鍵或其它方式輸入。（4）定時(shí)器控制一個(gè)~220V1A的用電設(shè)備，上電時(shí)不允許用電設(shè)備瞬間通電。（5）定時(shí)時(shí)間設(shè)定后，啟動(dòng)計(jì)時(shí)，用電設(shè)備通電，同時(shí)顯示器逐分倒計(jì)時(shí)。其間，分個(gè)位數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)每秒閃亮一次。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]功能要求（6）計(jì)時(shí)到0分時(shí)，切斷用電設(shè)備電源。（7）計(jì)時(shí)誤差：100分誤差<±10s。（8）由用電設(shè)備提供+12V電源。（9）低價(jià)位。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]1.2整體方案調(diào)研不論是設(shè)計(jì)練習(xí)或是一個(gè)實(shí)際的工程項(xiàng)目，在明確其性能要求的基礎(chǔ)上，首先要做的應(yīng)該是調(diào)研相關(guān)情況，了解與該項(xiàng)目相關(guān)的成果，以便吸收前人的成功經(jīng)驗(yàn)，開闊自己的思路。在網(wǎng)絡(luò)高度發(fā)達(dá)的今天，利用網(wǎng)絡(luò)查詢無疑是最便捷、最全面的方法?！爸形目萍计诳瘮?shù)據(jù)庫(kù)（VIP）”、“中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)”是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)者最常光顧的數(shù)據(jù)庫(kù)。利用“數(shù)字定時(shí)器”詞條，在VIP上“模糊”搜索，共查到三篇相關(guān)文章：《一種基于CPLD的多功能數(shù)字定時(shí)器》、《RFC中分頻器/數(shù)字定時(shí)器的設(shè)計(jì)》、《用AT89C2051單片機(jī)組成的數(shù)字定時(shí)器》。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]整體方案調(diào)研頭二篇均以CPLD為核心器件構(gòu)成數(shù)字定時(shí)器。第一篇為多功能電路能基本滿足課題要求，但缺強(qiáng)電接口。第二篇為射頻控制應(yīng)用，與課題要求不符。第三篇最貼合課題要求，但還有進(jìn)一步優(yōu)化的必要，如減少按健數(shù)、去除LED驅(qū)動(dòng)等。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]1.3整體方案論證根據(jù)設(shè)計(jì)題目的功能要求，采用自頂向下的拼湊法可以構(gòu)成如圖1所示的方框圖。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]整體方案論證電路的核心應(yīng)該是一個(gè)100進(jìn)位的可預(yù)置數(shù)的減法計(jì)數(shù)器，工作時(shí)逐分倒計(jì)時(shí)。起始時(shí)間由預(yù)置數(shù)輸入裝置加載到計(jì)數(shù)器。當(dāng)前時(shí)間由譯碼驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)兩位筆段型LED數(shù)碼管顯示。分減法計(jì)數(shù)器的分信號(hào)由秒/分信號(hào)發(fā)生器經(jīng)過啟?？刂齐娐帆@得。秒/分信號(hào)發(fā)生器必須采用石英晶體振蕩器用分頻的辦法分別產(chǎn)生秒和分時(shí)鐘信號(hào)以保證走時(shí)精度，前者在計(jì)時(shí)開始后，使分個(gè)位LED數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)閃亮。后者在計(jì)時(shí)啟動(dòng)后，一方面通過驅(qū)動(dòng)電路使繼電器動(dòng)作，用電設(shè)備通電，一方面使分信號(hào)到計(jì)數(shù)器。在計(jì)數(shù)為零時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)由繼電器使用電設(shè)備斷電。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]整體方案論證[方案一]以SSI和MSI數(shù)字邏輯集成芯片為核心，其電路的組成如圖2所示。石英晶體振蕩器（如fosc=32768Hz）經(jīng)分頻后取得1Hz的秒時(shí)鐘信號(hào)，一方面去控制分個(gè)位LED小數(shù)點(diǎn)閃爍，一方面送60分頻器，產(chǎn)生分時(shí)鐘信號(hào)?！皢⑼？刂齐娐贰痹诎聪聠?dòng)鍵后，分時(shí)鐘信號(hào)可送往分個(gè)位的可預(yù)置十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)。與此同時(shí)使分個(gè)位小點(diǎn)數(shù)閃爍，通過驅(qū)動(dòng)電路，繼電器使用電設(shè)備通電。該計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)由輸入裝置（如BCD碼撥盤開關(guān)）加載分十位和分個(gè)位計(jì)數(shù)器，在分時(shí)鐘脈沖的作用下，逐分減計(jì)時(shí)。當(dāng)前時(shí)間經(jīng)譯碼驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)靜態(tài)LED顯示。計(jì)數(shù)為00分時(shí)，輸出譯碼器經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路、繼電器使用設(shè)備斷電。同時(shí)輸出停止信號(hào)，停止秒閃爍、分計(jì)時(shí)。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]整體方案論證該方案的優(yōu)點(diǎn)是各器件的功能清晰。缺點(diǎn)是所用芯片數(shù)多、PCB面積大、接線多、焊點(diǎn)多。因此可靠性略差，而且成本也較高，不符合低價(jià)位的要求。低價(jià)位是所有電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)在保證性能的前提下都必須認(rèn)真考慮的因素，有時(shí)它直接關(guān)于產(chǎn)品能否推廣應(yīng)用。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]整體方案論證[方案二]圖2電路中的虛線內(nèi)部分完全可以由CPLD或FPGA來實(shí)現(xiàn)。這也是參考文獻(xiàn)中采用的一個(gè)方法。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路大為簡(jiǎn)化，系統(tǒng)可靠性高。最大的問題是CPLD或FPGA的成本高，做為這種低端產(chǎn)品，其價(jià)格難以接受。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]整體方案論證[方案三]以MCU為核心來構(gòu)架整個(gè)電路。時(shí)鐘產(chǎn)生，秒信號(hào)、分信號(hào)形成均可利用MCU片內(nèi)資源解決。分減法計(jì)時(shí)利用程序完成。LED的譯碼也可以由軟件完成。至于按鍵的設(shè)置，則可以更加靈活，并將鍵數(shù)減至最少。這一方案的最大優(yōu)點(diǎn)是充分發(fā)揮了MCU軟件的功能，并使電路簡(jiǎn)化到可以和CPLD或FPGA相媲美。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]整體方案論證電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則是：“安軟勿硬”。即能用軟件解決的同一問題，則不用硬件。這主要是因?yàn)檐浖膲勖皇芟拗?，而且軟件的編制如果完美無暇的話，其可靠性也是硬件無法比擬的。何況又能降低硬件開消。這一方案符合這一原則。MCU的品種繁多，適合這種低端應(yīng)用的芯片也不少，其價(jià)位已低到MSI的水平，所以應(yīng)該是最低價(jià)位的方案。很明顯，方案三是合適的。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]1.4硬件電路設(shè)計(jì)1．MCU的選擇2．資源分配3．程序流程圖4．容錯(cuò)設(shè)計(jì)5．軟件的簡(jiǎn)單抗干擾措施6．計(jì)時(shí)精度7．程序清單電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]硬件電路設(shè)計(jì)1.4硬件電路設(shè)計(jì)1．MCU的選擇為降低價(jià)位和節(jié)省使用MCU的端口數(shù)，LED宜采用共陰極動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式，它共需八根段位口線，兩根陰極驅(qū)動(dòng)口線，即LED需要十根MCUI/O口線。按鍵可以減少到只要兩個(gè)：功能切換和預(yù)置時(shí)間加一鍵。功能鍵完成二個(gè)任務(wù)：移動(dòng)預(yù)置時(shí)間的個(gè)位和分位；啟動(dòng)計(jì)時(shí)。它需要二根I/O口線，而且最好接在外接中斷輸入端，以便按鍵可以用中斷或查詢兩種辦法處理。驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器件通斷負(fù)載需要一根口根。即共需MCU13根口線。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需的時(shí)鐘信號(hào)可以由MCU的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器完成。一般低端MCU均有二個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可以滿足要求。整個(gè)課題對(duì)指令執(zhí)行的速度沒有什么要求，不要求執(zhí)行速度快的MCU，一般低端MCU至少可以工作在12MHz的時(shí)鐘下，速度不成問題。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]硬件電路設(shè)計(jì)LED數(shù)碼管采用應(yīng)用最廣的0.5英寸，高亮度紅色的共陰極器件。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)每個(gè)筆段平均IF>0.5mA已可明亮顯示。若VF=1.5V，每筆段的限流電阻為2kΩ，則LED點(diǎn)亮?xí)r每筆段IF≈1.75mA，動(dòng)態(tài)掃描時(shí)每個(gè)筆段的平均電流約為0.875mA，滿足亮度要求?？紤]到MCU口線的IOH較小，限流電阻應(yīng)接為上拉形式。八段筆劃直接由P1口驅(qū)動(dòng)。被點(diǎn)亮LED數(shù)碼管的最大電流為8×1.75=14mA，利用P3.0、P3.1的IOL是可以承受的。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]硬件電路設(shè)計(jì)按鍵共設(shè)兩個(gè)：功能切換鍵“S”，和加鍵“+”。分別接至INT0（P3.2）和INT1（P3.3）。設(shè)計(jì)的功能為：上電后，定時(shí)器處于等待時(shí)間設(shè)置狀態(tài)，隱含時(shí)間10分。按下“S”鍵，分個(gè)位LED閃爍。按“+”鍵，可設(shè)置分個(gè)位值。設(shè)好后，再按“S”鍵，分個(gè)位LED停止閃爍，分十位LED開始閃爍，再按一次“S”鍵，分十位LED停止閃爍，定時(shí)器啟動(dòng)，設(shè)置的時(shí)間值存儲(chǔ)，并開始倒計(jì)數(shù)。兩只10kΩ的上拉電阻，保證鍵按下低電平有效，相應(yīng)的硬件電路如圖1.3所示。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]硬件電路設(shè)計(jì)數(shù)字定時(shí)器硬件電路電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]硬件電路設(shè)計(jì)考慮到上電過程中不允許用電設(shè)備瞬間動(dòng)作，強(qiáng)電執(zhí)行部件應(yīng)為低電平驅(qū)動(dòng)，它由P3.4完成。強(qiáng)電執(zhí)行部件選用價(jià)格低的小型電磁繼電器，而不用性能雖好，但價(jià)格較高的SSR。根據(jù)負(fù)載以及+12V供電的情況可選用JQX-14F12V的電磁繼電器（特性見表2.6.1）。其電氣壽命達(dá)105次，應(yīng)能滿足用電設(shè)備的要求。相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。AT89C2051采用簡(jiǎn)單的RC復(fù)位電路。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]硬件電路設(shè)計(jì)MCU時(shí)鐘頻率直接影響指令執(zhí)行速度與芯片的功耗。本課題對(duì)執(zhí)行速度并不要求快，而且希頻率低一點(diǎn)可降低功耗，故選為6MHz，由于機(jī)器周期為時(shí)鐘頻率的1/12，即2μs，為整數(shù)值，定時(shí)器中斷時(shí)間亦為2μs的整數(shù)倍，對(duì)計(jì)時(shí)精度有利，何況6MHz的石英晶振為長(zhǎng)線器件，價(jià)格較低。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]硬件電路設(shè)計(jì)+12V供電由7805降至+5V供系統(tǒng)使用。按LED所有筆段全亮，所需電流約12.5mA。JQX－14F通電時(shí)線圈耗電約45mA，AT89C20515V供電時(shí)工作電流約12.5mA，電路總電流約70mA。7805壓降為7V，管耗為0.49W。其熱阻℃/W，即使不加散熱片，其相對(duì)環(huán)境溫度的溫升約22℃。即使在+50℃環(huán)境溫度下，結(jié)溫才72℃。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]1.5程序設(shè)計(jì)1．確定整體的程序結(jié)構(gòu)硬件電路采用的動(dòng)態(tài)掃描方式，編程序時(shí)要不停地掃描它。由于只有兩位LED數(shù)碼管，若掃描頻率選為50Hz，則每個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮的時(shí)間為10ms。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]程序設(shè)計(jì)（1）最常用的程序結(jié)構(gòu)圖4為設(shè)計(jì)人員最喜歡采用的主程序流程圖。主程序執(zhí)行它初值化以后，即進(jìn)入循環(huán)的顯示掃描程序。其它所有的功能模塊，如設(shè)置命令、設(shè)置時(shí)間的輸入、計(jì)時(shí)等統(tǒng)統(tǒng)以中斷的方式切入。如果初值化以后只是一個(gè)簡(jiǎn)單的循環(huán)等待，這種方式從可靠性和程序編寫上都是很可取的。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]程序設(shè)計(jì)但是本設(shè)計(jì)中的兩個(gè)按鍵，由于本身固有的抖動(dòng)特性（如歐姆龍公司B3F-4055按鍵開關(guān)的抖動(dòng)時(shí)間<10ms），一般均采用軟件去抖，即查覺按鍵動(dòng)作后，先軟件延時(shí)20ms，躲過抖動(dòng)時(shí)間再接著處理按鍵相應(yīng)的功能。在軟件延遲的時(shí)間里，顯示掃描被打斷，會(huì)導(dǎo)致顯示閃動(dòng)的不良現(xiàn)象。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]程序設(shè)計(jì)（2）RTOS多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS，如μC/OS-Ⅱ）可以很好的解決這一并行請(qǐng)求的矛盾。然而這似乎“殺雞用牛刀”。況且89C2051的程序存儲(chǔ)器容量也有限。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]程序設(shè)計(jì)（3）以系統(tǒng)時(shí)鐘為核心的程序結(jié)構(gòu)我們統(tǒng)計(jì)一下本設(shè)計(jì)要使用的幾個(gè)時(shí)間量：10ms－每個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)間；20ms－按鍵去抖時(shí)間；0.5s－分個(gè)位LED小數(shù)點(diǎn)亮/滅時(shí)間；1s－計(jì)時(shí)的單位時(shí)間。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]程序設(shè)計(jì)選擇其最短的時(shí)間10ms做系統(tǒng)時(shí)鐘基準(zhǔn)。即利用MCU的定時(shí)器每10ms中斷一次。然后確定每個(gè)時(shí)鐘需完成的任務(wù)：①輪流點(diǎn)亮LED一次；②判有無鍵按下，若有鍵按下激活一個(gè)標(biāo)志，并記錄鍵按下的時(shí)間；③檢查鍵標(biāo)志，并檢查是否已到去抖時(shí)間（20ms，二個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)間），若已到則判定哪個(gè)鍵按下并做相應(yīng)處理。因?yàn)槊總€(gè)時(shí)鐘均訪問LED一次，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)得以保證。而進(jìn)行鍵功能處理，有10ms的時(shí)間足矣！電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]程序設(shè)計(jì)至于0.5s和1s時(shí)鐘事件處理可以由計(jì)另一時(shí)時(shí)鐘來完成，它承擔(dān)每0.5s設(shè)置位LED閃爍和1s計(jì)時(shí)信號(hào)產(chǎn)生的任務(wù)，分為二個(gè)計(jì)時(shí)器可以使程序編寫起來更容易一些。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]程序設(shè)計(jì)2．資源分配（1）硬件資源分配 功能鍵KS，邊沿觸發(fā)； 加鍵KAD，邊沿觸發(fā)P1.0~P1.7LED段碼輸出，高電平有效P3.0LED數(shù)碼管分十位陰極，低電平有效，K1P3.1LED數(shù)碼管分十位陰極，低電平有效，K2P3.4繼電器驅(qū)動(dòng)輸出，低電平輸出有效，JT0 16位計(jì)時(shí)器，系統(tǒng)時(shí)鐘，10ms中斷一次T1 16位計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)時(shí)鐘，0.1ms中斷一次電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]程序設(shè)計(jì)（2）寄存器資源分配（3）標(biāo)志位資源分配與功能以上兩項(xiàng)請(qǐng)直接參閱程序清單電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]程序設(shè)計(jì)3．程序流程圖圖5為主程序流程圖。具體程序設(shè)計(jì)略電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]程序設(shè)計(jì)4．容錯(cuò)設(shè)計(jì)允許錯(cuò)誤存在，并能防止它對(duì)系統(tǒng)正常工作的破壞，稱為“容錯(cuò)”。人為操作失誤是造成系統(tǒng)工作失敗的最重要的因素。世界上許多次嚴(yán)重的事故，如切爾諾貝利核洩漏，就是錯(cuò)誤操作造成的。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]程序設(shè)計(jì)4．容錯(cuò)設(shè)計(jì)一個(gè)沒有考慮容錯(cuò)的設(shè)計(jì)，包括一個(gè)程序，不能算一個(gè)完美的設(shè)計(jì)。上述數(shù)字定時(shí)器程序就至少?zèng)]有考慮二種人-機(jī)交互易產(chǎn)生的錯(cuò)誤：（1）上電后，顯示10分隱含時(shí)間。正常操作應(yīng)當(dāng)是：不設(shè)新時(shí)間；或者先按功能鍵，設(shè)分個(gè)位。再按功能鍵，設(shè)分十位。再按一次功能鍵正常倒計(jì)時(shí)。但是如果上電后直接按加鍵，則分個(gè)位將動(dòng)作，這將導(dǎo)致功能鍵動(dòng)作次數(shù)紊亂。（2）倒計(jì)時(shí)開始后，如果按任何一鍵，也將出現(xiàn)非正常情況。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]程序設(shè)計(jì)4．容錯(cuò)設(shè)計(jì)對(duì)于第一種情況，可以在系統(tǒng)時(shí)鐘程序檢測(cè)到“+”鍵時(shí)，先判別一下功能鍵次數(shù)是否為零，若是則不做加法而直接退出，見下面所列程序。對(duì)于第二種情況，可以在開始計(jì)時(shí)后關(guān)閉外部中斷，而在計(jì)時(shí)結(jié)束后再重新允許外部中斷。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]程序設(shè)計(jì)5．軟件的簡(jiǎn)單抗干擾措施（1）指令冗余現(xiàn)以CK0程序中的含有冗余指令的幾個(gè)語句為例簡(jiǎn)單說明一下它的抗干擾原理。語句如下：（具體程序見程序清單）電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]程序設(shè)計(jì)（1）指令冗余程序正常運(yùn)行時(shí)，程序計(jì)數(shù)器（PC）指針在執(zhí)行JMPMPRO語句時(shí)指向095H，這條指令對(duì)應(yīng)的機(jī)器碼為80H，25H。前者是指令碼，后者為相對(duì)跳轉(zhuǎn)地址，即執(zhí)行此指令后程序指針應(yīng)跳轉(zhuǎn)到25H加下條指令的PC值，即跳至OBCH。后面的三條空操作冗余指令對(duì)程序運(yùn)行毫無影響。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]程序設(shè)計(jì)（1）指令冗余倘若程序計(jì)數(shù)器的值受到了外界干擾，指向25H（如虛線所示），如果不加冗余指令，則25H被當(dāng)做指令碼，將執(zhí)行ADDA,dataaddr，即執(zhí)行累加器ACC加一個(gè)數(shù)據(jù)地址為緊跟其后的20H。下一條指令，由于PC指向B2H，將執(zhí)行CPLbitaddr，即對(duì)18H這個(gè)位地址了反?？梢姵绦虮煌耆茐摹ｋ娮酉到y(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)1[1]程序設(shè)計(jì)（1）指令冗余如果干擾后指針仍是指向25H，但下面有三條NOP指令，程序執(zhí)行的是ADDA，00H，累加器的值會(huì)改變。但PC下一個(gè)指向的二個(gè)NOP，再下一個(gè)指