電子技術(shù)綜合設(shè)計第2章

第2章通用型電子系統(tǒng)設(shè)計原那么講授內(nèi)容 1概述2電子系統(tǒng)設(shè)計的方案論證3電子系統(tǒng)設(shè)計的總線選擇4電子系統(tǒng)總體設(shè)計原那么5基于模擬器件的電子系統(tǒng)設(shè)計流程6基于數(shù)字器件的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計流程7通用型電子系統(tǒng)的安裝和調(diào)試講授內(nèi)容 8基于微處置器的智能型電子系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試方法9編寫設(shè)計報告(論文)10電子系統(tǒng)的電源設(shè)計11電子系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程12智能型電子系統(tǒng)的可靠性13影響智能型電子系統(tǒng)可靠性的要素 電子系統(tǒng)是指由電子元件和電子單元電路相互銜接、相互作用而構(gòu)成的電路整體，能按特定的控制信號，去執(zhí)行所想象的功能。通常分為模擬電子系統(tǒng)、數(shù)字電子系統(tǒng)和混合電子系統(tǒng)。 組成模擬電子系統(tǒng)的主要單元電路有放大電路、濾波電路、信號變換電路、驅(qū)動電路等。模擬電子系統(tǒng)的主要功能是對模擬信號進(jìn)展檢測、處置、變換和產(chǎn)生。模擬信號的特點(diǎn)是，在時間上和幅值上均是延續(xù)的，在一定的動態(tài)范圍內(nèi)可恣意取值。這些信號可以是電量(如電壓、電流等)，也可以是來自傳感器的非電量(如應(yīng)變、溫度、壓力、流量等)。2.1概述2.1概述 數(shù)字系統(tǒng)由假設(shè)干數(shù)字電路和邏輯部件組成，是可以處置及傳送數(shù)字信號的設(shè)備。數(shù)字信號的特點(diǎn)是不隨時間作延續(xù)變化。一個復(fù)雜的數(shù)字電子系統(tǒng)可分解為控制器加假設(shè)干個子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)完成的邏輯功能比較單一，普通由中、大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)，如存儲器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器、比較器、計數(shù)器等。數(shù)字電子系統(tǒng)中必需求有控制器，控制器的主要功能是來管理各個子系統(tǒng)之間的相互操作，使它們有條不紊地按規(guī)定的順序操作。2.1概述 混合電子系統(tǒng)是由模擬電子電路和數(shù)字電子電路組成的電子系統(tǒng)。在過程控制和各種儀器儀表中，完成對如溫度、壓力、流量、速度等物理量的控制、丈量、顯示等功能，需求混合電子系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。2.1概述混合電子系統(tǒng)的實(shí)例—電熱水器溫度控制電路框圖如圖2-1所示。首先，測溫電路把溫度的變化轉(zhuǎn)化為微弱的電壓信號。該電壓信號經(jīng)放大、濾波等處置，送入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器把電壓信號轉(zhuǎn)換為與溫度變化相應(yīng)的數(shù)字編碼信號。然后，微處置器系統(tǒng)根據(jù)水溫控制模型進(jìn)展計算，得到相應(yīng)的控制輸出數(shù)字信號。該數(shù)字信號可控制電力電子電路電流的大小，從而調(diào)整水溫高低。2.2電子系統(tǒng)設(shè)計的方案論證電子系統(tǒng)設(shè)計的總體方案論證包括兩個方面： 第一，弄清義務(wù)要求、開展動向和元器件、資料、開發(fā)安裝的市場情況，確定電子系統(tǒng)設(shè)計的總體方案。義務(wù)要求應(yīng)明確技術(shù)目的，包括丈量(控制)范圍、丈量(控制)靈敏度和精度、丈量(控制)速度、可靠性目的和系統(tǒng)的任務(wù)條件(溫、濕度；電源；振動等)；主要功能目的包括顯示、硬拷貝方式、輸入、輸出信號特性、人機(jī)聯(lián)絡(luò)功能、通訊功能和丈量控制功能。所確定的電子系統(tǒng)總方案包括所運(yùn)用丈量(控制)原理、系統(tǒng)組成、總體的硬、軟件構(gòu)造、主要性能、功能的計算、分析和闡明。2.2電子系統(tǒng)設(shè)計的方案論證 第二，電子系統(tǒng)方案的可行性論證。從事過單片機(jī)技術(shù)研討與開發(fā)的工程師都懂得，單片機(jī)是“物〞不是“神〞，并非任何工程技術(shù)問題只需用上它就能圓滿處理。例如，設(shè)計一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，假設(shè)丈量方法選擇不當(dāng)，配上再好的單片機(jī)也無法得出真實(shí)的數(shù)據(jù)。又如用PC組成一個閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，假設(shè)不把包括傳感器、變送器、執(zhí)行器和控制對象在內(nèi)的各個環(huán)節(jié)的特性都加以思索，也很難獲得良好的控制效果。各種微處置器由于存在著字長、速度、存儲空間、中斷才干等諸多要素的制約，不是任何場所都能勝任。2.2電子系統(tǒng)設(shè)計的方案論證因此在進(jìn)展總體方案設(shè)計時，要仔細(xì)研討電子系統(tǒng)的功能要求、技術(shù)目的、環(huán)境要素等，與可以到達(dá)的技術(shù)程度、設(shè)備、資金的擁有量、必要的實(shí)驗(yàn)場地、必備的元器件來源以及投入的人力和規(guī)定的完成時間等條件相比較，在此根底上確立總體方案的可行性。2.3電子系統(tǒng)設(shè)計的總線選擇 用于設(shè)備與設(shè)備之間銜接的總線稱為外總線。與內(nèi)總線相比，外總線的規(guī)范化尤為重要。在沒有規(guī)范總線以前，各研制單位、消費(fèi)廠家各行其是，消費(fèi)的測試設(shè)備、儀器儀表不具備通用接口，這樣不僅不便于相互銜接組成系統(tǒng)，而且給用戶的維修、擴(kuò)展和更新帶來困難。近年來非規(guī)范總線的外總線主要用于各種系列化儀表，而規(guī)范外總線那么被越來越多的微機(jī)化儀器儀表(無論能否系列化)所采用。2.3.1 電子系統(tǒng)設(shè)計的外總線按照數(shù)據(jù)在總線上傳送的方式，外總線可分為并行總線與串行總線。最流行的總線有如下幾種： (1)IEEE-488并行接口總線 IEEE-488總線與IEC-625-II統(tǒng)稱通用目的接口總線(GPIB)。這是一種提出較早、運(yùn)用廣泛的系統(tǒng)級并行總線。2.3.1 電子系統(tǒng)設(shè)計的外總線 (2)EIARS-232C串行接口總線 串行總線不是象并行總線那樣以字節(jié)為單位傳送數(shù)據(jù)，而是按位傳送的。因此，串行通訊傳送速度低，但數(shù)據(jù)線根數(shù)少，便于遠(yuǎn)間隔傳送和利用線作傳輸線，EIARS-232C是運(yùn)用最廣泛的串行通訊總線，它的信號電壓范圍寬，抗干擾才干強(qiáng)，聯(lián)絡(luò)線功能齊全，并可配用調(diào)制解調(diào)器，使傳送間隔到達(dá)數(shù)千公里。2.3.1 電子系統(tǒng)設(shè)計的外總線 (3)RS-422、RS-423、RS-485規(guī)范 由于RS-232傳輸間隔短，而且最大數(shù)據(jù)傳輸率也遭到限制，因此，EIA又公布了順應(yīng)遠(yuǎn)間隔傳輸?shù)腞S-422(平衡傳輸)和RS-423(不平衡傳輸)規(guī)范。這兩種規(guī)范的特點(diǎn)是采用差分接納器接納信號電壓，從而提高了抗噪聲干擾的才干，獲得較長的傳輸間隔和較高的數(shù)據(jù)傳輸率。為了減少信號線，全雙工RS-422經(jīng)演化又產(chǎn)生了半雙工RS-485。2.3.2 電子系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)總線 用于計算機(jī)設(shè)備內(nèi)部板與板之間銜接的總線稱為內(nèi)總線。電子系統(tǒng)根據(jù)需求有如下3種內(nèi)部銜接方式。 (1) 單板直接銜接 單板構(gòu)造不存在板與板之間的銜接問題。當(dāng)自行設(shè)計功能簡單的電子系統(tǒng)時，采用這種構(gòu)造可以簡化設(shè)計、降低本錢、減少占用的立體空間。由于單板構(gòu)造無對外銜接總線，設(shè)計樣機(jī)時，需先思索好怎樣進(jìn)展硬、軟件開發(fā)調(diào)試。此外，由于一切元器件集中在一塊板上，必需合理地規(guī)劃和走線以減少有害的耦合與發(fā)熱的影響。當(dāng)儀器儀表功能復(fù)雜時，采用這種構(gòu)造設(shè)計難度較大，難以一次勝利。2.3.2 電子系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)總線多板非規(guī)范銜接 將電子系統(tǒng)按功能劃分為模塊，每一模塊分別設(shè)計制版，然后經(jīng)過自定義總線裝配銜接。這種非規(guī)范總線多板構(gòu)造是自行設(shè)計電子系統(tǒng)時常用的構(gòu)造方式。例如，可以把電源、模擬電路、數(shù)字電路分別制版，當(dāng)電路復(fù)雜時還可進(jìn)一步細(xì)分。這種構(gòu)造同樣要事先思索開發(fā)問題。與單板相比，它的空間利用率高，各部分之間有害影響小，而且便于分別設(shè)計、安裝、調(diào)試，如發(fā)現(xiàn)某一單元不合要求需重新設(shè)計時，其他單元不用隨之返工。2.3.2 電子系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)總線多板規(guī)范總線銜接 當(dāng)電子系統(tǒng)功能復(fù)雜時，為了防止反復(fù)設(shè)計開發(fā)，宜選用規(guī)范總線組成的多板構(gòu)造。某些通用功能如CPU控制、存儲器擴(kuò)展、通訊接口等可以經(jīng)過規(guī)范總線模板實(shí)現(xiàn)，其他公用功能那么要自行設(shè)計與開發(fā)。設(shè)計規(guī)范總線模板要參照總線規(guī)約進(jìn)展，板與板之間嚴(yán)厲防止總線競爭，板間負(fù)載效應(yīng)及相互影響也要充分思索。實(shí)際闡明，采用規(guī)范總線構(gòu)造設(shè)計微機(jī)化儀器儀表，可以充分利用已有的技術(shù)成果，降低硬軟件投資，并能有效地縮短開發(fā)與消費(fèi)周期。在樣機(jī)研制和小批量試消費(fèi)階段，這是一種非常可取的構(gòu)造。此外，把通用型微機(jī)擴(kuò)展、改造使之成為儀器儀表，也可以看作屬于這種構(gòu)造方式。2.4電子系統(tǒng)總體設(shè)計原那么1．根據(jù)設(shè)計對象的要求和實(shí)踐的約束條件，列出詳細(xì)的設(shè)計目的 任何一項設(shè)計都有來自用戶的要求和設(shè)計的約束條件，電子系統(tǒng)設(shè)計亦無例外。這些要求通常包括功能與性能兩個方面；約束條件那么包含產(chǎn)品的本錢與價錢、開發(fā)周期、任務(wù)環(huán)境、功耗、延續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時間，平均無缺點(diǎn)率等。假設(shè)設(shè)計的要求過高，約束條件過嚴(yán)，現(xiàn)有技術(shù)程度很難到達(dá)，就必需權(quán)衡利弊與得失，規(guī)定一個各項條件的優(yōu)先次序，在此根底上建立詳細(xì)的真實(shí)可行的設(shè)計目的。在整個設(shè)計過程中，要反復(fù)檢驗(yàn)和對照這些目的能否到達(dá)，有無一定的裕量。當(dāng)然，也要檢查設(shè)計方案中能否存在浪費(fèi)資源、小題大做的〞過設(shè)計〞，以免造本錢錢提高和設(shè)計時間的拖延。2.4電子系統(tǒng)總體設(shè)計原那么2．采用自頂向下、逐級分解的方法構(gòu)成子義務(wù) 電子系統(tǒng)的設(shè)計大多面臨復(fù)雜而綜合的設(shè)計義務(wù)。這些義務(wù)往往不是經(jīng)過一個單元電路、一段根本程序所能實(shí)現(xiàn)的。主設(shè)計師應(yīng)該對設(shè)計對象作出全面而符合邏輯的闡明，然后將設(shè)計對象連同各項目的分解成一批可以相互獨(dú)立的子義務(wù)。這些子義務(wù)再逐級細(xì)分，直到每一低級的子義務(wù)可以由某種電路模塊為中心的硬件或某種算法為中心的軟件完成為止。這些細(xì)分的義務(wù)可以由一個人獨(dú)立承當(dāng)，也可以由許多設(shè)計人員分工擔(dān)任。子義務(wù)完成后將一切結(jié)果匯總起來，必要時作些調(diào)整，即可完成整體設(shè)計義務(wù)。無論硬件還是軟件都可以采用這種自上而下的分解設(shè)計方法。至于細(xì)分到哪一級算是最低級，要根據(jù)設(shè)計者的技術(shù)根底和設(shè)計者的人數(shù)而定。2.4電子系統(tǒng)總體設(shè)計原那么3．硬/軟件協(xié)調(diào)優(yōu)化設(shè)計方案 某些特定的義務(wù)既可以靠硬件實(shí)現(xiàn)(輔之以少量軟件)，也可以靠軟件完成(輔之以少量硬件)。如何經(jīng)過硬/軟件協(xié)調(diào)優(yōu)化設(shè)計方案影響到產(chǎn)質(zhì)量量、性能與本錢的重要問題。 普通來說，以硬件為主使方案本錢添加，但處置比較及時，并可減細(xì)微處置器負(fù)擔(dān)；以軟件為主的方案那么能降低本錢，但要把較多的人力、時間投入軟件設(shè)計中。從可靠性目的來看，硬件越多，由器件、焊點(diǎn)、接插件構(gòu)成的潛在缺點(diǎn)點(diǎn)越多；而軟件在排除缺點(diǎn)以后，不會使可靠性隨時間的推移而降低。以往人們在微機(jī)化儀器儀表設(shè)計中，過多地著眼于硬件本錢而盡量以軟代硬。隨著LSI芯片功能的加強(qiáng)、價錢的下降，為了加快產(chǎn)品的研制開發(fā)進(jìn)度，這種情況正在發(fā)生變化。在處置實(shí)踐問題時，終究哪些設(shè)計子義務(wù)應(yīng)該以硬代軟，哪些應(yīng)該以軟代硬，需作詳細(xì)分析，不能一概而論。但設(shè)計者至少該當(dāng)明確，凡簡單的硬件電路能處理的問題不用用復(fù)雜的軟件取代；反之簡短的軟件能完成的義務(wù)也不用設(shè)計復(fù)雜的硬件。此外還需留意到硬件的本錢(主要是器件及印制版本錢)隨產(chǎn)品批量的大小近似按線性變化；而軟件本錢(指開發(fā)過程中耗費(fèi)的人力、時間等)幾乎是一次性投資。一個性能良好的設(shè)計方案往往具有硬/軟協(xié)調(diào)、“各盡所能〞的特點(diǎn)。2.4電子系統(tǒng)總體設(shè)計原那么 4．發(fā)揚(yáng)技術(shù)與設(shè)備潛力，提高設(shè)計質(zhì)量與開發(fā)速度 即使是同一類型的產(chǎn)品、同一性質(zhì)的設(shè)計義務(wù)，不同的設(shè)計師完全能夠采用不同的設(shè)計方法，這是由于它們具備的技術(shù)根底和技藝并不一樣。此外，微機(jī)化儀器儀表的研制要利用必不可少的開發(fā)、調(diào)試設(shè)備。因此，如何發(fā)揚(yáng)人的技術(shù)專長，充分利用已有的設(shè)備直接影響到設(shè)計的質(zhì)量和進(jìn)度。當(dāng)然，這并不意味著排斥新技術(shù)、新器件和運(yùn)用新設(shè)備。由于器件制造技術(shù)和軟件開發(fā)技術(shù)日新月異的開展，設(shè)計人員只需不斷更新知識、盡快掌握新技術(shù)，并把它們運(yùn)用到設(shè)計實(shí)際中去，才干高質(zhì)量、高速度地完成設(shè)計義務(wù)。以軟件開發(fā)為例，早期微機(jī)化儀器儀表的匯編言語程序設(shè)計主要采用手工匯編，這無疑是一種費(fèi)工費(fèi)時、易錯難改的蠢笨方法。如今已逐漸由各種編輯、匯編等軟件開發(fā)工具所取代。硬件制造過程中的印制電路版設(shè)計有條件時也應(yīng)盡量采用各種計算機(jī)輔助設(shè)計與制圖。眾所周知，20世紀(jì)80年代初期TP-801單板機(jī)曾風(fēng)靡全國，但在以后的運(yùn)用中暴顯露諸多問題，想象它誕生在90年代，那么無論從構(gòu)造設(shè)計到芯片選用無疑將會有很大變化?？傊O(shè)計方案的構(gòu)成，開發(fā)、調(diào)試手段的選擇必需充分留意到微機(jī)制造與運(yùn)用技術(shù)的開展，使設(shè)計的產(chǎn)品具有鮮明的時代特征和強(qiáng)大的市場競爭力。2.4電子系統(tǒng)總體設(shè)計原那么5．設(shè)計自診斷與異常處置功能，提高產(chǎn)品的可維護(hù)性 任何類型的電子系統(tǒng)都不能保證運(yùn)用過程中不出一點(diǎn)缺點(diǎn)，缺點(diǎn)的原因能夠來自外界條件(如電源、任務(wù)環(huán)境、人為缺點(diǎn)等)，也能夠出自設(shè)備本身(如元器件失效)，微處置器為電子系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)和處置缺點(diǎn)發(fā)明了條件，設(shè)計中應(yīng)思索相應(yīng)的措施。 自診斷通常安排在開機(jī)時進(jìn)展，對年年延續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電子系統(tǒng)那么應(yīng)定時反復(fù)進(jìn)展自診斷操作。由于自診斷離不開微處置器，所以只能處置CPU以外的部分性缺點(diǎn)。對于全局性的缺點(diǎn)往往要經(jīng)過特殊設(shè)計的硬件電路或其他冗余后備措施來對付。通常電子系統(tǒng)總是比較復(fù)雜，測試維修要有相應(yīng)的設(shè)備和技術(shù)，運(yùn)用戶感到無能為力。為此設(shè)計時要充分思索用戶的維修問題。例如，對易損部件提供便于改換的模塊和備件，對關(guān)鍵性電路接點(diǎn)的信號電平與波形作詳盡的描畫與闡明，編制用戶運(yùn)用手冊、維護(hù)指南等。2.4電子系統(tǒng)總體設(shè)計原那么 6．針對現(xiàn)場極限條件的防備措施與試運(yùn)轉(zhuǎn) 任何電子系統(tǒng)都有一個特定的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境，設(shè)計中應(yīng)充分思索到運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境的極限條件。如最高與最低環(huán)境溫度、濕度、塵埃、能夠的干擾源、電源的動搖范圍，輸入信號的共模電壓、傳輸線的長度與走線方式、人為的誤操作等。完善的微機(jī)化儀器儀表不僅硬軟件設(shè)計合理，在實(shí)驗(yàn)室里運(yùn)轉(zhuǎn)正常，在極限環(huán)境中也能經(jīng)得起考驗(yàn)。初次涉足儀器儀表領(lǐng)域的人往往容易忽略這樣一個現(xiàn)實(shí)，許多原理性電路未必能適用于運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境中的極限條件。因此，在樣機(jī)試制過程中，要經(jīng)常模擬運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境對關(guān)鍵性電路進(jìn)展運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)和測試，對軟件進(jìn)展反復(fù)考核與診斷。例如，異常信號的輸入/輸出處置、帶參數(shù)子程序的反復(fù)調(diào)用、中斷的多重懇求與嵌套效力等。樣機(jī)制成以后，要拿到實(shí)踐環(huán)境中接受運(yùn)轉(zhuǎn)考核，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題修正設(shè)計，并再次考核，確信到達(dá)了設(shè)計要求才干定型和投入批量消費(fèi)。2.5基于模擬器件的電子系統(tǒng)設(shè)計流程1．確定總體方案 經(jīng)過全面分析電子系統(tǒng)義務(wù)書所描畫的系統(tǒng)功能、技術(shù)目的后，根據(jù)已掌握的知識和資料，將系統(tǒng)功能合理的分解成假設(shè)干個子系統(tǒng)或電路單元，并畫出各個電路單元框圖相互銜接而構(gòu)成的系統(tǒng)原理框圖。電子系統(tǒng)總體方案的選擇，直接決議電子系統(tǒng)設(shè)計的質(zhì)量。在進(jìn)展總體方案設(shè)計時，要多思索、多分析、多比較。主要從性能穩(wěn)定、任務(wù)可靠、電路簡單、本錢低、功耗小、調(diào)試維修方便等方面，選擇出最正確方案。2.5基于模擬器件的電子系統(tǒng)設(shè)計流程2．設(shè)計單元電路 在設(shè)計單元電路時，必需明確對各單元電路的詳細(xì)要求，詳細(xì)擬定出單元電路的性能目的，仔細(xì)思索各單元之間的相互聯(lián)絡(luò)，留意前后級單元之間信號的傳送方式和匹配，盡量少用或不用電平轉(zhuǎn)換之類的接口電路，并思索到各單元電路的供電電源盡能夠一致，以便使整個電子系統(tǒng)簡單可靠。 此外，盡量選擇現(xiàn)有的、成熟的電路來實(shí)現(xiàn)單元電路的功能。假設(shè)找不到完全滿足要求的現(xiàn)成電路，可以適當(dāng)改良與設(shè)計要求比較接近的某個電路，或本人進(jìn)展發(fā)明性設(shè)計。所設(shè)計的電路單元盡能夠采用集成電路，便于使電子系統(tǒng)的體積小，可靠性高。2.5基于模擬器件的電子系統(tǒng)設(shè)計流程3．計算元器件參數(shù) 在設(shè)計電子電路時，應(yīng)根據(jù)電路的性能目的要求選擇電路元器件的參數(shù)。例如根據(jù)電壓放大倍數(shù)的大小，可選擇決議反響電阻的阻值；根據(jù)振蕩器要求的振蕩頻率，利用公式，可計算出決議振蕩頻率的電阻和電容之值等。由于普通滿足電路性能目的要求的實(shí)際參數(shù)值不是獨(dú)一的，設(shè)計者應(yīng)根據(jù)元器件性能、價錢、體積、通用性和貨源等方面綜合思索，靈敏選擇。計算電路參數(shù)時應(yīng)留意： 1)在計算元器件任務(wù)電流、電壓和功率等參數(shù)時，應(yīng)充分思索任務(wù)條件最惡劣的情況，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔俊?.5基于模擬器件的電子系統(tǒng)設(shè)計流程2)對于元器件的極限參數(shù)必需留有足夠的裕量，通常取1.5～2倍的額定值。3)對于電阻、電容參數(shù)的取值，留意選擇計算值附近的標(biāo)稱值。電阻值普通在1MΩ內(nèi)選擇；非電解電容器普通在100pF～0.47mF選擇；電解電容普通在1～2000mF范圍內(nèi)選用。4)在保證電路到達(dá)功能目的要求的前提下，盡量減少元器件的種類、價錢、體積等。2.5基于模擬器件的電子系統(tǒng)設(shè)計流程4．選擇元器件 電子電路的設(shè)計就是選擇最適宜的元器件，并把它們有機(jī)地組合起來。在確定電子元件時，應(yīng)根據(jù)電路處置信號的頻率范圍、環(huán)境溫度、空間大小、本錢高低等諸多要素全面思索。詳細(xì)表現(xiàn)為 1)普通優(yōu)先選擇集成電路。由于集成電路體積小、功能強(qiáng)，可使電子電路可靠性加強(qiáng)，安裝調(diào)試方便，大大簡化電子電路的設(shè)計。如隨著模擬集成技術(shù)的不斷開展，適用于各種場所下的集成運(yùn)算放大器層出不窮，只需外加極少量的元器件，利用運(yùn)算放大器就可構(gòu)成性能良好的放大器。例如，我們在設(shè)計直流穩(wěn)壓電源時，已很少采用分立元器件進(jìn)展設(shè)計了，取而代之的是性能更穩(wěn)定、任務(wù)更可靠、本錢更價廉的集成穩(wěn)壓器。2.5基于模擬器件的電子系統(tǒng)設(shè)計流程 2)電阻器和電容器是兩種最常用的元器件，它們的種類很多，性能相差也比較大，運(yùn)用的場所也不同。因此，對于設(shè)計者來說，應(yīng)該熟習(xí)各種電阻器和電容器的主要性能目的和特點(diǎn)，以便根據(jù)電路要求，正確的選擇元件。 3)選擇分立半導(dǎo)體元件。首先要熟習(xí)它們的功能，掌握它們的運(yùn)用范圍；再根據(jù)電路的功能要求和元器件在電路中的任務(wù)條件，如經(jīng)過的最大電流、最大反向任務(wù)電壓、最高任務(wù)頻率、最大耗費(fèi)的功率等，確定元器件型號。2.5基于模擬器件的電子系統(tǒng)設(shè)計流程5．模擬仿真 隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速開展，電子系統(tǒng)的設(shè)計方法發(fā)生了很大變化。目前，EDA(電子設(shè)計自動化)技術(shù)已成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計的必要手段。在計算機(jī)任務(wù)平臺上，利用EDA軟件，可以對各種電子電路進(jìn)展調(diào)試、丈量、修正，大大提高了電子設(shè)計的效率和準(zhǔn)確度，同時縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，降低了設(shè)計費(fèi)用。目前常用的電子電路輔助分析、設(shè)計的常用軟件有PSPICE、PROTEL、EWB、MULTISIM、PROTUS等。2.5基于模擬器件的電子系統(tǒng)設(shè)計流程6．實(shí)驗(yàn) 電子設(shè)計要思索的要素和問題相當(dāng)多，有些情況難于預(yù)料。由于電路在計算機(jī)上進(jìn)展模擬時采用元器件的參數(shù)和模型與實(shí)踐器件有差別，所以對經(jīng)計算機(jī)仿真過的電路，通常還要進(jìn)展實(shí)踐實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)問題、處理問題。假設(shè)性能目的不能滿足設(shè)計要求，應(yīng)深化分析出現(xiàn)這些問題的緣由，再次重新設(shè)計和元器件選擇，直到完全滿足性能目的為止。2.5基于模擬器件的電子系統(tǒng)設(shè)計流程7．繪制詳細(xì)電路圖 系統(tǒng)詳細(xì)電路圖是在總框圖、單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和元器件選擇的根底上繪制的，它是組裝、調(diào)試、印制電路板設(shè)計和維修的根據(jù)。目前繪電路圖普通是在計算機(jī)上利用繪圖軟件完成。繪制電路圖時主要留意以下幾點(diǎn)： 1)總體電路圖盡能夠畫在同一張圖紙上；同時留意信號的流向，普通從輸入端畫起，由左至右或由上至下按信號的流向依次畫出各單元電路；假設(shè)電路圖比較復(fù)雜，可以先將主電路圖畫在一張圖紙上，然后將其他的單元電路畫在一張或數(shù)張圖紙上，并在各圖紙一切端口兩端標(biāo)注上標(biāo)號，依次闡明各圖紙之間的連線關(guān)系。2.5基于模擬器件的電子系統(tǒng)設(shè)計流程 2)留意總體電路圖的緊湊和協(xié)調(diào)，要求規(guī)劃合理，陳列均勻。圖中元器件的符號應(yīng)規(guī)范化，元件符號旁邊應(yīng)標(biāo)出型號和參數(shù)。集成電路通常用框表示，在框內(nèi)標(biāo)出它的型號，在框的邊線兩側(cè)標(biāo)出每根連線的功能和引腳號。 3)連線普通畫成程度線和垂直線，并盡能夠減少交叉和拐彎。對于相互交叉的線，應(yīng)在交叉處用圓點(diǎn)標(biāo)出。對于銜接電源正極的連線，僅需標(biāo)出電源的電壓值；對于銜接電源負(fù)極的連線，普通用接地符號表示即可。2.6基于數(shù)字器件的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計流程 數(shù)字系統(tǒng)的規(guī)模差別很大，對于比較小的數(shù)字系統(tǒng)可采用所謂經(jīng)典法設(shè)計。即根據(jù)設(shè)計義務(wù)要求，用真值表、形狀表求出簡化的邏輯表達(dá)式，畫出邏輯圖、邏輯電路圖，最后采用中小規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)。目前正迅速普及的基于ISP(在系統(tǒng)編程)技術(shù)的可編程邏輯器件的出現(xiàn)，給數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計帶來了革命性的變化。 硬件設(shè)計變得像軟件一樣易于修正，且要改動一個設(shè)計方案，經(jīng)過設(shè)計工具軟件在計算機(jī)上數(shù)分鐘內(nèi)即可完成。這不僅擴(kuò)展了器件的用途，縮短了系統(tǒng)的設(shè)計周期，而且還去除了對器件單獨(dú)編程的環(huán)節(jié)，省去了器件編程設(shè)備，減少了產(chǎn)品開發(fā)本錢。2.6基于數(shù)字器件的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計流程1．分析系統(tǒng)功能 通常數(shù)字電路系統(tǒng)包括輸入電路、控制電路、輸出電路、被控電路和電源等。進(jìn)展數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計首先要明確系統(tǒng)的義務(wù)、所要到達(dá)的技術(shù)性能、精度目的、輸入輸出設(shè)備、運(yùn)用環(huán)境以及能否具有特殊要求等。設(shè)計者有時接納的課題比較籠統(tǒng)，有些技術(shù)問題需求依托設(shè)計者進(jìn)展消化、分析與了解，特別要留意與課題提出者或者用戶、系統(tǒng)運(yùn)用者反復(fù)討論，并在運(yùn)用現(xiàn)場進(jìn)展實(shí)地調(diào)查以后才干明確。2.6基于數(shù)字器件的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計流程2．確定總體方案 明確了系統(tǒng)性能以后，應(yīng)思索如何實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)功能，即采用哪種電路來完成它。對于比較簡單的系統(tǒng)，可采用中、小規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)；對于輸入邏輯變量比較多、邏輯表達(dá)式比較復(fù)雜的系統(tǒng)，可采用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷瓿桑粚τ谛枨笸瓿蓮?fù)雜的算術(shù)運(yùn)算、進(jìn)展多路數(shù)據(jù)采集、處置、控制的系統(tǒng)，可采用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。目前對于處置復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)最正確方案是大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷訂纹瑱C(jī)，這可大大簡化設(shè)計本錢，提高可靠性。2.6基于數(shù)字器件的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計流程3．邏輯功能劃分 通常先將系統(tǒng)劃分為信息處置和控制電路兩部分，然后根據(jù)信息處置電路的功能要求將其分成假設(shè)干個功能模塊。控制電路是整個數(shù)字系統(tǒng)的中心，它根據(jù)外部輸入信號及受其控制的信息處置電路來的形狀信號，產(chǎn)生受控電路的控制信號。常用的控制電路有如下3種：移位型控制器、計數(shù)型控制器和微處置器控制器。通常根據(jù)完成控制對象的復(fù)雜程度，靈敏選擇控制器方式。2.6基于數(shù)字器件的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計流程4．設(shè)計單元電路 在全面分析各模塊功能類型后，應(yīng)選擇出適宜的器件并設(shè)計出單元電路。在設(shè)計電路時，應(yīng)充分思索能否利用ASIC器件實(shí)現(xiàn)某些邏輯單元電路，從而大大簡化邏輯設(shè)計，提高系統(tǒng)的可靠性和減小PCB體積。2.6基于數(shù)字器件的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計流程5．系統(tǒng)電路綜合 在各單元電路模塊和控制電路的設(shè)計滿足預(yù)期要求以后，把各個部分電路銜接起來，構(gòu)成整個電路系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)進(jìn)展功能測試。測試主要包括：系統(tǒng)缺點(diǎn)診斷與排除、系統(tǒng)功能測試、系統(tǒng)性能目的測試等3部分任務(wù)。假設(shè)系統(tǒng)有一項不符合要求，那么必需修正電路設(shè)計。6．撰寫設(shè)計文件 在整個系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)完成后，應(yīng)整理出相關(guān)的設(shè)計文件，主要包括：完好的電路原理圖、詳細(xì)的源程序清單、所用元器件清單、功能與性能測試結(jié)果、運(yùn)用闡明書等。2.7通用型電子系統(tǒng)的安裝和調(diào)試1．電子系統(tǒng)的安裝 設(shè)計電路完成以后要進(jìn)展電路的安裝，普通采用印制電路板、通用電路板和面包板。進(jìn)展安裝時留意以下方面： 1)預(yù)備好常用的工具和資料。需求對各種各樣的電子元器件及構(gòu)造各異的零部件進(jìn)展裝配。 2)在安裝前需求對全部一切電子元器件進(jìn)展測試，有條件的還要進(jìn)展老化處置，以保證元器件的質(zhì)量。符合要求的電子產(chǎn)品，一套根本的工具是必不可少的，如烙鐵、鉗子、螺釘旋具、鑷子和焊錫。正確運(yùn)用得心應(yīng)手的工具，可大大提高任務(wù)效率，保證裝配質(zhì)量。2.7通用型電子系統(tǒng)的安裝和調(diào)試 3)有極性的電子元器件安裝時其標(biāo)志最好方向一致，以便于檢查和改換。集成電路的方向要堅持一致，以便正確布線和查線。 4)在面包板上組裝電路時，為了便于查線，可根據(jù)連線的不同作用選擇不同顏色的導(dǎo)線。如正電源采用紅色線、負(fù)電源采用藍(lán)色導(dǎo)線、地線采用黑色導(dǎo)線、信號線采用黃色導(dǎo)線等。2.7通用型電子系統(tǒng)的安裝和調(diào)試 5)布線要按信號的流向有序銜接，連線要做到橫平豎直，不允許跨接在集成電路上。另外，選擇導(dǎo)線粗細(xì)要適中，防止導(dǎo)線與面包板插孔之間接觸不良。 6)印制電路板的設(shè)計原那么是性質(zhì)一樣的電路安排在一塊板上。例如模擬電路或小信號電路安排在一塊板上；大功率電路、高壓電路、發(fā)射電路單獨(dú)配置，甚至要安排必要的屏蔽盒、絕緣盒、散熱安裝等。2.7通用型電子系統(tǒng)的安裝和調(diào)試2．電子系統(tǒng)的調(diào)試 (1)調(diào)試電路的常用儀器 1)萬用表。萬用表可以丈量交直流電壓、交直流電流、電阻、電容及半導(dǎo)體二極管和晶體管。具有精度高、運(yùn)用方便、運(yùn)用廣泛等特點(diǎn)。 2)示波器。示波器可以對電路中的各點(diǎn)電位進(jìn)展丈量和察看波形，同時可比較恣意兩點(diǎn)波形的相位關(guān)系。示波器具有高的靈敏度、高的交流阻抗、對負(fù)載影響小等特點(diǎn)。在運(yùn)用示波器應(yīng)留意的是所用示波器的頻帶一定要大于被測信號的頻率。 3)信號發(fā)生器。由于經(jīng)常要在加信號的情況下進(jìn)展測試，那么在調(diào)試和缺點(diǎn)診斷時最好備有信號發(fā)生器。如多功能函數(shù)發(fā)生器，可以產(chǎn)生正弦波、三角波、方波等波形。2.7通用型電子系統(tǒng)的安裝和調(diào)試 (2)調(diào)試電路前的檢查電路安裝終了后，不要急于通電，首先要根據(jù)電路原理圖仔細(xì)檢查電路接線能否正確。主要直觀檢查電源、地線、信號線、元器件引腳之間有無短路，連線有無接觸不良，元器件有無漏焊，二極管、晶體管和電解電容極性有無錯誤。查線時最好用指針式萬用表“W×1〞檔，或用數(shù)字萬用表的“W〞擋的蜂鳴器來丈量。2.7通用型電子系統(tǒng)的安裝和調(diào)試(3)調(diào)試步驟電子系統(tǒng)的調(diào)試原那么是“化整為零，分塊調(diào)試〞： 1)通電察看。在確認(rèn)電路銜接沒有錯誤的情況下，接通電源。電源接通后不要先急于丈量數(shù)據(jù)，而應(yīng)首先察看有無異常景象，如有無冒煙，能否聞到異常氣味，手摸元器件能否發(fā)燙，電源能否有短路景象等。如有異常，應(yīng)立刻關(guān)斷電源，待缺點(diǎn)排除后方可重新通電。2.7通用型電子系統(tǒng)的安裝和調(diào)試 2)分塊調(diào)試。把電路按功能分成不同的模塊，分別對各模塊進(jìn)展調(diào)試。通常調(diào)試順序是按照信號的流向進(jìn)展，這樣可把前級測試過的輸出作為后一級的輸入信號，為最后聯(lián)調(diào)發(fā)明條件。分塊調(diào)試包括靜態(tài)和動態(tài)調(diào)試。靜態(tài)測試是在沒有外加信號的條件下丈量電路各點(diǎn)電位，經(jīng)過靜態(tài)測試可以及時發(fā)現(xiàn)曾經(jīng)損壞的元器件或其他缺點(diǎn)。動態(tài)測試是在信號源的作用下，借助示波器察看各點(diǎn)波形，進(jìn)展波形分析，丈量動態(tài)目的。把靜態(tài)和動態(tài)測試的結(jié)果與設(shè)計的目的加以比較，經(jīng)深化分析后對電路與參數(shù)提出合理的修整。調(diào)試電路過程應(yīng)對測試結(jié)果作詳盡記錄。2.7通用型電子系統(tǒng)的安裝和調(diào)試 3)整機(jī)聯(lián)調(diào)。各單元電路調(diào)試好以后，還要將它們銜接成整機(jī)進(jìn)展統(tǒng)調(diào)。整機(jī)統(tǒng)調(diào)主要察看和丈量動態(tài)特性，把丈量的結(jié)果與設(shè)計目的逐一對比，找出問題及處理方法，然后對電路及參數(shù)進(jìn)展修正，直到整機(jī)的性能完全符合設(shè)計要求為止。2.8基于微處置器的智能型電子系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試方法 所謂智能型電子系統(tǒng)是指具有一定智能行為的系統(tǒng)。普通以為，一個智能型電子系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)據(jù)采集、處置、判別、分析和控制輸出的才干等。在工業(yè)控制中，以單片機(jī)為中心的智能控制系統(tǒng)，很容易將計算機(jī)技術(shù)與丈量控制技術(shù)結(jié)合在一同，使問題得到很好的處理。單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)的設(shè)計過程主要包括：總體方案論證、系統(tǒng)總體設(shè)計、硬件及軟件開發(fā)、聯(lián)機(jī)調(diào)試、產(chǎn)品定型等步驟。2.8基于微處置器的智能型電子系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試方法1.總體方案論證通常需求對系統(tǒng)的技術(shù)目的和系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)展論證。(1)技術(shù)目的根據(jù)產(chǎn)品研制的義務(wù)，在充分調(diào)研的根底上，對產(chǎn)品的先進(jìn)性、可靠性、可維護(hù)性、性能價錢比等技術(shù)目的進(jìn)展綜合思索，制定出待開發(fā)產(chǎn)品的性能要求、任務(wù)環(huán)境、外形尺寸、分量要求等。(2)系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成主要是根據(jù)目前市場上供貨行情，選擇單片機(jī)機(jī)型和電子元器件型號。通常要求是：1)機(jī)型的選擇應(yīng)順應(yīng)系統(tǒng)的要求和功能的要求。2)對該機(jī)型要有性能良好的開發(fā)工具。3)應(yīng)選擇設(shè)計人員最熟習(xí)的機(jī)型，以利于縮短研制周期。4)選擇的機(jī)型和電子元件要有充分的市場供貨。2.8基于微處置器的智能型電子系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試方法2.系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計主要包括：系統(tǒng)功能的軟、硬件劃分；目的分配與框圖構(gòu)成。 (1)系統(tǒng)功能的軟、硬件劃分一個單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)的硬件和軟件之間有著親密的相互制約關(guān)系，有的能夠會從硬件的角度對軟件提出一些特殊要求；也有的會從軟件的角度對硬件提出一些特殊要求；在某些情況下，硬件和軟件又具有一定的互換性。2.8基于微處置器的智能型電子系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試方法 普通要根據(jù)運(yùn)用系統(tǒng)的速度要求來劃分軟、硬件功能。例如當(dāng)用軟件來完成某一控制功能時，必需使程序執(zhí)行的時間小于控制要求所允許的時間范圍并保證留有余量，防止系統(tǒng)任務(wù)不可靠；否那么必需設(shè)法將這部分的功能用硬件來實(shí)現(xiàn)。此外也可以根據(jù)本錢、可靠性和研制周期合理分配軟、硬件。例如產(chǎn)品的批量大，就應(yīng)著重思索降低硬件本錢，采用以軟代硬；反之，在小批量研制中，往往采用添加硬件以降低軟件本錢。 硬件電路越復(fù)雜，系統(tǒng)的可靠性就越差。普通盡能夠減少硬件電路在運(yùn)用系統(tǒng)中的比例，采用以軟件替代硬件功能，是提高可靠性的一個好方法。 此外，為了加快單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)的研制速度，應(yīng)盡量思索采用各種規(guī)范軟、硬件或利用已有的成熟的軟硬件來完成運(yùn)用系統(tǒng)的設(shè)計，這將起到事半功倍的效果。2.8基于微處置器的智能型電子系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試方法 (2)目的分配與框圖構(gòu)成在軟、硬件功能劃分之后，根據(jù)總體方案所提出的義務(wù)、要求和條件，可以器具有一定功能的假設(shè)干單元框圖構(gòu)成一個總框圖，并將系統(tǒng)的性能目的分配到各單元框中去。2.8基于微處置器的智能型電子系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試方法3.設(shè)計硬件電路 硬件電路設(shè)計普通包括兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)構(gòu)成，也稱系統(tǒng)擴(kuò)展。如當(dāng)ROM、RAM、I/O口等不能滿足運(yùn)用系統(tǒng)要求時，就需求設(shè)計相應(yīng)的擴(kuò)展電路。二是接口擴(kuò)展，也稱系統(tǒng)配置。如系統(tǒng)要求配置一定的外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計出適宜的接口電路。硬件電路設(shè)計要遵照以下原那么：2.8基于微處置器的智能型電子系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試方法 1.盡能夠選擇構(gòu)造完好的單片機(jī)，以簡化系統(tǒng)硬件，減少設(shè)計任務(wù)量。 2.盡能夠選擇典型的電路，并符合所選芯片的常規(guī)用法，為硬件系統(tǒng)規(guī)范化、模塊化打下良好根底。 3.應(yīng)在充分滿足運(yùn)用系統(tǒng)功能要求的前提下進(jìn)展系統(tǒng)的擴(kuò)展與外圍設(shè)備的配置，并適當(dāng)留有余地，以便方案更改或進(jìn)展二次開發(fā)。 4.硬件構(gòu)造應(yīng)結(jié)合軟件方案一并思索，做到軟件、硬件功能相匹配。 5.整個系統(tǒng)中相關(guān)器件要盡能夠做到性能匹配。 6.可靠性設(shè)計及抗干擾設(shè)計是硬件系統(tǒng)設(shè)計不可短少的一部分，它包括芯片、器件選擇、去藕電路、印制電路板布線、通道屏蔽、隔離等措施。2.8基于微處置器的智能型電子系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試方法4.設(shè)計軟件 對于單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)設(shè)計，在滿足性能目的允許的前提下，有閱歷的設(shè)計者往往采用最簡的硬件電路，加上巧妙的軟件處置方法，來實(shí)現(xiàn)其系統(tǒng)要求的功能。 設(shè)計一個好的運(yùn)用軟件，應(yīng)思索如下的一些設(shè)計原那么。2.8基于微處置器的智能型電子系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試方法1)軟件在構(gòu)造上應(yīng)明晰、簡約、流程合理，方便設(shè)計。2)各功能子程序應(yīng)實(shí)現(xiàn)模塊化、子程序化，以便于調(diào)試、銜接、移植和修正。3)應(yīng)合理規(guī)劃程序存儲區(qū)、數(shù)據(jù)存儲區(qū)，做到既節(jié)約內(nèi)存容量，又方便操作。4)對各功能程序的運(yùn)轉(zhuǎn)形狀、運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果以及運(yùn)轉(zhuǎn)要求都要設(shè)置形狀標(biāo)志以便查詢，從而將運(yùn)轉(zhuǎn)形狀實(shí)現(xiàn)標(biāo)志化管理。5)對需求特殊抗干擾的系統(tǒng)應(yīng)采用軟件抗干擾措施，以提高系統(tǒng)的可靠性。2.8基于微處置器的智能型電子系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試方法5．系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試 系統(tǒng)的調(diào)試包括系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。 (1)硬件電路的調(diào)試硬件電路調(diào)試主要包括脫機(jī)檢查、單元功能電路調(diào)試、整機(jī)聯(lián)調(diào)等3個步驟。2.8基于微處置器的智能型電子系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試方法 1)脫機(jī)檢查。檢查電源系統(tǒng)的極性、短路等問題；檢查硬件電路的地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線能否有短路、開路、錯位情況；在不插入集成電路芯片的情況下加電檢查，確定一些點(diǎn)的任務(wù)電位能否正常；斷電后把集成電路芯片正確的插入各插座，然后加電，檢查各芯片能否有溫升等異常景象。2.8基于微處置器的智能型電子系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試方法 2)調(diào)試單元功能電路。在調(diào)試單元功能電路時應(yīng)逐級進(jìn)展，與調(diào)試無關(guān)的電路或芯片暫不接入。此時需借助單片機(jī)的仿真器進(jìn)展調(diào)試任務(wù)，將仿真器與單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)經(jīng)過仿真插頭銜接起來，即可進(jìn)入調(diào)試形狀。主要調(diào)試內(nèi)容包括： ①擴(kuò)展程序存儲器。利用讀出擴(kuò)展程序存儲器的內(nèi)容能否正確來測試，如測試不正常，應(yīng)思索程序存儲器芯片能否損壞，或數(shù)據(jù)線、地址線、片選線或讀/寫控制線能否有錯位、開路、短路及銜接不正確。2.8基于微處置器的智能型電子系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試方法 ②擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器。將一批數(shù)據(jù)寫入擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器中，然后再讀出其中內(nèi)容。假設(shè)寫入與讀出內(nèi)容不一樣，那么闡明數(shù)據(jù)存儲器有缺點(diǎn)。 ③I/O接口和I/O設(shè)備。對于I/O接口，有只讀的輸入口和只寫的輸出口，也有可編程的I/O口。對于輸入口，可用讀命令檢查讀入結(jié)果能否和銜接的設(shè)備形狀一樣；對于輸出口，可用寫數(shù)據(jù)到輸出口，察看輸出口與所連設(shè)備的形狀；對于可編程接口，先將控制字寫入接口控制存放器，再用讀/寫命令來檢查對應(yīng)形狀。2.8基于微處置器的智能型電子系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試方法 3)整機(jī)聯(lián)調(diào)。各單元電路調(diào)試好以后，還要將它們銜接成整機(jī)進(jìn)展統(tǒng)調(diào)。整機(jī)統(tǒng)調(diào)主要察看和丈量動態(tài)特性，把丈量的結(jié)果與設(shè)計目的逐一對比，找出問題及處理方法，然后對電路及參數(shù)進(jìn)展修正，直到整機(jī)的性能完全符合設(shè)計要求為止。2.8基于微處置器的智能型電子系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試方法 (2)軟件調(diào)試硬件是根底，軟件是靈魂。將在硬件調(diào)試設(shè)計滿足預(yù)期要求以后，把軟件加載到硬件中，并對該系統(tǒng)進(jìn)展功能測試。測試主要包括：系統(tǒng)缺點(diǎn)診斷與排除、系統(tǒng)功能測試、系統(tǒng)性能目的測試等3部分任務(wù)。假設(shè)系統(tǒng)有一項不符合要求，那么必需修正電路設(shè)計，直到滿足系統(tǒng)設(shè)計目的。2.9編寫設(shè)計報告(論文) 設(shè)計報告是設(shè)計任務(wù)的起點(diǎn)，又是設(shè)計全過程的總結(jié)；是設(shè)計思想的歸納，又是設(shè)計成果的總匯。從設(shè)計報告中可以反映出設(shè)計人員的知識程度和層次。 設(shè)計報告編寫的普通步驟是：設(shè)計方案比較、論證及選擇；細(xì)化框圖；設(shè)計關(guān)鍵單元電路；畫出受控模塊框圖；設(shè)計控制電路；編寫運(yùn)用程序及管理程序；整機(jī)時序設(shè)計；關(guān)鍵部位波形分析以及計算機(jī)輔助設(shè)計成果；畫出整機(jī)電路圖；測試儀器及方法選擇；測試數(shù)據(jù)及結(jié)果的分析與處置；列寫參考資料目錄。當(dāng)然，對于一個詳細(xì)的設(shè)計報告可以參考上述要求。2.10電子系統(tǒng)的電源設(shè)計 電子系統(tǒng)大多采用工頻交流電供電，由兩種類型的穩(wěn)壓電路可以提供所需的各擋電壓。一種是普通線性電源，它由變壓器、整流器、低通濾波器、穩(wěn)壓器等部件組成，構(gòu)造簡單，本錢較低，穩(wěn)壓精度能滿足普通要求，缺陷是體積較大，發(fā)熱較嚴(yán)重。另一種是微機(jī)系統(tǒng)廣泛采用的開關(guān)電源。它按照脈寬調(diào)制式(PWM)原理任務(wù)，體積小巧，穩(wěn)定性好，穩(wěn)壓精度高，但本錢略高，且設(shè)計技術(shù)與制造技術(shù)復(fù)雜，宜采用專業(yè)廠家消費(fèi)的廢品。2.10電子系統(tǒng)的電源設(shè)計 設(shè)計與選用電源要留意以下幾點(diǎn)： 1)電源應(yīng)具有足夠的功率，以免滿負(fù)荷或超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時發(fā)熱嚴(yán)重，精度降低。 2)由于電源是干擾進(jìn)入電子系統(tǒng)的主要途徑之一，電源變壓器等器件應(yīng)良好屏蔽，必要時可以在電源入口處設(shè)置交流穩(wěn)壓器和交流電源濾波器、分布式電抗器等，以提高穩(wěn)壓和濾波效果。 3)電子系統(tǒng)大多主要運(yùn)用+5V直流電壓，但有些器件(如A/D轉(zhuǎn)換器、多路開關(guān)、EPROM寫入器、各種小型、微型繼電器等)要求提供其他檔次的電壓，有時還要求運(yùn)用隔離電源，設(shè)計中應(yīng)一致思索。從抗干擾角度思索，共地系統(tǒng)不宜采用隔離電源而隔離系統(tǒng)不能運(yùn)用共地電源。2.11電子系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程 任何方式的智能型電子系統(tǒng)都離不開軟件。軟件設(shè)計是電子系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容之一。現(xiàn)實(shí)上，總體方案設(shè)計時就應(yīng)該對軟件設(shè)計有所思索，以便對目的系統(tǒng)的硬、軟件相互協(xié)調(diào)，并籌備好開發(fā)、調(diào)試工具。當(dāng)系統(tǒng)硬件方案大致擬定以后，軟件設(shè)計便可相繼展開。通常軟件編制可獨(dú)立進(jìn)展。編好的程序有些可完全脫離硬件運(yùn)轉(zhuǎn)和測試，有些可以在部分硬件支持下完成粗調(diào)，有時還可以拿到開發(fā)系統(tǒng)上模擬運(yùn)轉(zhuǎn)。2.11電子系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程 軟件開發(fā)這一相對獨(dú)立的特性使得針對同一硬件系統(tǒng)設(shè)計的運(yùn)用程序其構(gòu)造、風(fēng)格可以相差很遠(yuǎn)，有時甚至很難進(jìn)展優(yōu)劣的評價與比較。然而在運(yùn)用軟件設(shè)計中，一些根本的要求和根本的方法是大家公認(rèn)的。2.11電子系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程電子系統(tǒng)的程序設(shè)計的根本要求： (1)可靠性對運(yùn)用程序的根本要求是任務(wù)可靠。假設(shè)程序本身運(yùn)轉(zhuǎn)不可靠，那么無論構(gòu)造多么精巧，功能如何齊全，都是毫無意義的。 軟件的可靠與硬件不同，它不取決于器件和外部運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境，而主要由程序本身能否正確所決議。運(yùn)用程序編制完成后，必需仔細(xì)校核，糾正一切語句錯誤和所發(fā)現(xiàn)的邏輯錯誤。遺憾的是有些軟件錯誤即使經(jīng)過千百次運(yùn)轉(zhuǎn)也未必可以暴露，而且一旦與硬件潛在的缺點(diǎn)攪在一同，就更加難以查找和判別，在軟件設(shè)計時除了在構(gòu)造上采取相應(yīng)措施以外，還必需緊緊抓住那些偶爾出現(xiàn)的異常景象，反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)和測試，順藤摸瓜地確定錯誤大致范圍、發(fā)生條件，盡量把它排除在樣機(jī)試制階段。2.11電子系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程 (2)精度運(yùn)用軟件大多含有各種計算程序，有些還包括復(fù)雜的函數(shù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)處置。軟件的精度是指數(shù)據(jù)進(jìn)入微處置器以后經(jīng)過計算與處置所能堅持的精度。它取決于兩個方面。 首先是算法的精度。由于各種數(shù)據(jù)濾波方法、函數(shù)的近似計算、線性化校正、閉環(huán)控制算法等都不同程度地存在著誤差，從根本上制約了軟件的精度。 其次是程序本身的精度。它主要指計算機(jī)由于位長缺乏，經(jīng)過程序進(jìn)展操作時產(chǎn)生的附加誤差。算法誤差已超出軟件設(shè)計范疇，而程序計算的精度完全可以在設(shè)計過程中加以控制。智能型電子系統(tǒng)對整機(jī)精度往往都規(guī)定了詳細(xì)目的，設(shè)計時要酌情進(jìn)展誤差分配。普通來說，軟件的精度假設(shè)比實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)/模轉(zhuǎn)換的精度高一個數(shù)量極以上，通常以為可以滿足精度要求，產(chǎn)生的附加誤差可以忽略不計。設(shè)計多字節(jié)運(yùn)算或浮點(diǎn)運(yùn)算程序、建立高精度數(shù)據(jù)表格等是提高程序精度的主要途徑。對于選定的CPU來說，這通常意味著計算速度放慢、內(nèi)存容量添加、程序設(shè)計難度增大。因此軟件的精度只需控制在適中范圍即可。2.11電子系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程 (3)速度通用計算機(jī)的運(yùn)用軟件主要用于科學(xué)計算數(shù)據(jù)處置(非實(shí)時性的)與事物管理。對CPU及其程序的執(zhí)行速度不像微機(jī)化儀器儀表要求那樣嚴(yán)厲。智能型電子系統(tǒng)大多是一個實(shí)時測控系統(tǒng)。2.11電子系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程 在每一任務(wù)周期，要按照時間節(jié)拍一步步完成多路信號的采集、濾涉及統(tǒng)計分析等處置，有時還要求進(jìn)展閉環(huán)控制計算。通常智能型電子系統(tǒng)有一個實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，它擔(dān)任對各種外部事件的呼應(yīng)按照輕重緩急的原那么作出相應(yīng)的處置。假設(shè)程序執(zhí)行速度太慢，在每一個任務(wù)周期里來不及完成對每個事件的效力，就能夠喪失一些數(shù)據(jù)或者漏掉一些處置，導(dǎo)致丈量結(jié)果與控制動作的錯誤或延緩。當(dāng)CPU主要的執(zhí)行程序以實(shí)時中斷方式調(diào)用時，還有能夠墮入無休止的中斷懇求使人誤以為是程序錯誤。提高程序執(zhí)行速度的根本方法是改良程序設(shè)計。如調(diào)查程序構(gòu)造能否合理，能否把某些延時等待操作改為中斷懇求效力；某些循環(huán)構(gòu)造與循環(huán)指令的運(yùn)用能否恰當(dāng)；能否以較少的循環(huán)次數(shù)或較快的指令替代；某些計算方法和查表技術(shù)能否過于繁瑣，能否適當(dāng)簡化……2.11電子系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程 普通來說，用匯編言語編寫的程序經(jīng)過適當(dāng)改良和排除錯誤，其速度會有明顯提高。假設(shè)程序運(yùn)用的是高級言語，可以把某些實(shí)時性要求高或者反復(fù)調(diào)用的程序用匯編言語編寫，生成機(jī)器碼子程序后供高級程序調(diào)用。當(dāng)確認(rèn)改良軟件設(shè)計已不能奏效時，就只好求助于硬件措施以提高速度了。2.11電子系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程 (4)效率軟件的效率有兩層含義：其一是指開發(fā)過程中所投入的人力和時間的效率，其二是指作為開發(fā)成果的程序的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。對于某一特定功能的軟件來說，開發(fā)過程中耗費(fèi)的人力和時間越省那么開發(fā)效率越高，程序執(zhí)行速度越快，占用內(nèi)存空間越少，運(yùn)轉(zhuǎn)效率越高。通常，用高級言語開發(fā)效率高但運(yùn)轉(zhuǎn)效率低，用匯編言語開發(fā)剛好相反，運(yùn)轉(zhuǎn)效率高而開發(fā)效率低。假設(shè)用手工匯編方法開發(fā)機(jī)器言語程序效率更低。以往由于集成芯片和開發(fā)設(shè)備等微機(jī)硬件價錢過高，人們往往不得已而采用低效率、低本錢的開發(fā)與運(yùn)用。近年來由于硬件價錢繼續(xù)下降，軟件開發(fā)耗費(fèi)的人力和時間逐漸成為不容忽視的問題，人們開場像注重硬件本錢一樣注重軟件的消費(fèi)本錢。2.11電子系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程 為了提高軟件的綜合效率，在設(shè)計中應(yīng)留意以下幾點(diǎn)： 1)當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)效率滿足要求時，應(yīng)優(yōu)先運(yùn)用各種高級言語編制運(yùn)用程序。 2)在條件允許時盡量運(yùn)用各種編輯、匯編程序及其他軟件開發(fā)、調(diào)試工具。 3)留意硬/軟協(xié)調(diào)，必要時適當(dāng)添加硬件投入以換取軟件的簡化。 4)當(dāng)執(zhí)行速度與程序長度發(fā)生矛盾時，應(yīng)以速度為先，不用過分計較占用的內(nèi)存空間。 5)不用過分糾纏于程序的設(shè)計技巧而浪費(fèi)時間。2.11電子系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程 (5)用戶界面與通用計算機(jī)一樣，微機(jī)化儀器儀表型電子系統(tǒng)的運(yùn)用程序應(yīng)提供良好的用戶界面。所謂用戶界面，通俗地講就是指人機(jī)對話的方便程度，好用的程序比難用的程序受人歡迎，因此用戶界面的優(yōu)劣往往直接影響到微機(jī)化儀器儀表的推行與普及。在硬件設(shè)計定型以后，軟件設(shè)計者應(yīng)該從用戶角度來思索和安排各種操作與對話功能，要充分照顧到運(yùn)用者的文化程度、心思要素及操作習(xí)慣，防止運(yùn)用各種繁瑣的定義、復(fù)雜的數(shù)據(jù)格式、似是而非的標(biāo)志與信息。2.11電子系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程 通常在鍵盤和CRT顯示器支持下易于設(shè)計良好的用戶界面，菜單方式的對話方式便于熟習(xí)和掌握。如能適當(dāng)提供漢字信息和圖形界面更加有助于操作運(yùn)用。當(dāng)然不是任何微機(jī)化儀器儀表都有必要和能夠采用這類方法。良好的用戶界面還應(yīng)包括各種必要的容錯技術(shù)，如外界條件異?；蛘卟僮髡卟僮鞑划?dāng)時，應(yīng)能以某種合理的方式作出反映，使操作人員可以在不停機(jī)的情況下，查找緣由并作出相應(yīng)的處置。2.11電子系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程 (6)可讀性和可擴(kuò)展性可讀性是指程序構(gòu)造合理、脈絡(luò)明晰、易于閱讀和了解；可擴(kuò)展性那么指程序構(gòu)造規(guī)范化、便于修正和擴(kuò)展。用匯編言語編寫的源程序由于與微機(jī)硬件直接相關(guān)，不大容易了解和記憶。有時常有這種情況，閱讀本人以前編寫的程序好像出自他人之手、從未見過一樣。如程序本身可讀性差，要作出修正與擴(kuò)展所破費(fèi)的力氣不亞于重新編寫。如何才干使程序具有良好的可讀性和可擴(kuò)展性呢？采用構(gòu)造化程序設(shè)計是一種根本方法。2.11電子系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程 除此以外，在詳細(xì)設(shè)計中還應(yīng)留意： 1)不要將子程序分得過細(xì)以致反復(fù)出現(xiàn)子程序嵌套。 2)不宜過多運(yùn)用編程技巧而使程序顯得生澀費(fèi)解。 3)要留意在程序區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)留出適當(dāng)空間以便在功能擴(kuò)展時可以不打亂整個程序構(gòu)造。 4)及時將程序構(gòu)成文件，包括各種流程圖、程序注釋、存儲器地址分配表、參數(shù)與定義表等。2.11電子系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程 綜上所述，在智能型電子系統(tǒng)運(yùn)用軟件的設(shè)計中，可靠性與效率是最重要的目的。所要到達(dá)的目的，在于利用合理的經(jīng)費(fèi)和較短的時間研制出可供適用的程序。其他目的在滿足根本要求以后可以逐漸改良和提高。近年來由于軟件價錢相對于硬件價錢不斷上升，為了減少程序設(shè)計耗費(fèi)的人力與時間，不少難于處理的問題趨向于用硬件承當(dāng)，這是一個值得設(shè)計人員留意的開展動向。2.12智能型電子系統(tǒng)的可靠性 衡量一個實(shí)踐的智能型電子系統(tǒng)，除了系統(tǒng)性能的優(yōu)劣(如精度、量程)、功能的強(qiáng)弱(如顯示、可操作性、信號輸出)以及本錢的高低等要素外，可靠性同樣是一個重要的目的，可靠性不高帶來的損失不僅僅是對缺點(diǎn)系統(tǒng)本身的維修和改換，其連鎖效應(yīng)會干擾正常的消費(fèi)過程、損壞相關(guān)消費(fèi)設(shè)備、甚至危及人身平安。因此，從運(yùn)用的角度看，可靠性是最重要的目的之一。2.12智能型電子系統(tǒng)的可靠性 可靠性技術(shù)是一門涉及面廣泛的綜合性科學(xué)，可靠性實(shí)際有著完好的數(shù)學(xué)分析和計算方法，可靠性實(shí)際是貫穿于產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)、消費(fèi)制造、運(yùn)用維護(hù)的綜合性任務(wù)。儀表系統(tǒng)構(gòu)造各異又種類繁多，新的器件層出不窮，可靠性技術(shù)也在不斷地開展完善，本章僅討論在微機(jī)化儀表研制開發(fā)過程中帶有共性的根本方法和措施。2.12智能型電子系統(tǒng)的可靠性 智能型電子系統(tǒng)在研制階段的可靠性技術(shù)可從以下3個角度思索： 1)系統(tǒng)本身的可靠性