《萬能電子系周建興》課件

萬能電子系周建興本課件介紹了萬能電子系主任周建興教授的個人簡介和研究領(lǐng)域。課程介紹課程內(nèi)容涵蓋電子系統(tǒng)基礎(chǔ)知識、數(shù)字電路、模擬電路、微控制器、嵌入式系統(tǒng)等。教學(xué)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生對電子系統(tǒng)的基本理解，掌握電子系統(tǒng)設(shè)計、分析和調(diào)試技能。學(xué)習(xí)成果畢業(yè)生能夠在電子工程領(lǐng)域勝任相關(guān)的研發(fā)、設(shè)計、制造、測試等工作。授課教師周建興教授，擁有豐富的電子工程教學(xué)和科研經(jīng)驗。電子系統(tǒng)構(gòu)成電路板電子元器件通過導(dǎo)線連接在電路板上，形成完整的電路。電子元器件電子元器件是電子系統(tǒng)中的基本組成部分，如電阻、電容、電感、二極管、三極管等。電源為電子系統(tǒng)提供能量，使電路正常工作。輸出設(shè)備將處理后的信息以可視化、可聽化等形式呈現(xiàn)給用戶。電子系統(tǒng)分類模擬電子系統(tǒng)模擬電子系統(tǒng)主要處理模擬信號，如音頻信號和視頻信號。放大電路濾波電路振蕩電路數(shù)字電子系統(tǒng)數(shù)字電子系統(tǒng)處理數(shù)字信號，如計算機數(shù)據(jù)和控制信號。數(shù)字邏輯電路微處理器系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是專為特定應(yīng)用而設(shè)計的電子系統(tǒng)，通常集成在其他設(shè)備中。智能手機汽車電子系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)混合電子系統(tǒng)混合電子系統(tǒng)結(jié)合了模擬和數(shù)字電路，以實現(xiàn)更復(fù)雜的功能。模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模轉(zhuǎn)換器無線通信系統(tǒng)電子元器件概述電子元器件是構(gòu)成電子系統(tǒng)的基本單元，包括電阻、電容、電感、二極管、三極管、集成電路等。作用電子元器件在電路中發(fā)揮著不同的作用，例如電阻限制電流、電容儲存電荷、電感阻抗變化等。電阻11.電阻的定義電阻是電路中阻礙電流流動的元件，其大小由歐姆定律決定。22.電阻的種類電阻器按材料分，有碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻等，各自有不同的特點和應(yīng)用場景。33.電阻的應(yīng)用電阻在電路中廣泛應(yīng)用，如分壓電路、限流電路、偏置電路等，是電子系統(tǒng)中不可缺少的元件。44.電阻的測量電阻可以用萬用表測量，通過選擇合適的量程和連接方式，可以準(zhǔn)確地測量電阻值。電容定義電容是一種能夠儲存電荷的電子元件。它由兩個導(dǎo)電板和一個絕緣介質(zhì)組成。當(dāng)電壓施加到電容兩端時，電荷會存儲在導(dǎo)電板上。單位電容的單位是法拉（F）。1法拉等于1庫侖的電荷儲存在1伏特的電壓差下。電感基本定義電感是電子元件之一，主要用于電路中儲存能量，并通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生磁場。主要特性電感通常由線圈繞制而成，其電感值與線圈的匝數(shù)、線徑和芯材有關(guān)。應(yīng)用范圍電感在各種電子電路中廣泛應(yīng)用，如濾波電路、振蕩電路、儲能電路等。二極管1單向?qū)ǘO管只允許電流在一個方向流動，即從正極流向負(fù)極。2電壓降二極管在導(dǎo)通狀態(tài)下，會產(chǎn)生一個固定的電壓降，稱為正向壓降。3種類繁多二極管有多種類型，例如普通二極管、發(fā)光二極管、肖特基二極管等。4應(yīng)用廣泛二極管在各種電子電路中都有應(yīng)用，例如整流、穩(wěn)壓、信號檢測等。三極管NPN型三極管NPN型三極管是一種常見的電子元器件，其結(jié)構(gòu)由一個發(fā)射極、一個基極和一個集電極組成，主要用于放大信號。PNP型三極管PNP型三極管與NPN型三極管結(jié)構(gòu)類似，但材料類型不同，用于不同應(yīng)用場景。集成電路微型化集成電路將多個電子元器件集成在一個芯片上，尺寸小巧，便于組裝和使用。高性能集成電路的集成度高，可以實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯功能，并具有更高的運行速度和可靠性。低成本集成電路的批量生產(chǎn)降低了制造成本，推動電子設(shè)備的普及和應(yīng)用。廣泛應(yīng)用集成電路廣泛應(yīng)用于計算機、手機、電視、汽車等各種電子設(shè)備，是現(xiàn)代電子技術(shù)的核心。數(shù)字電路數(shù)字電路芯片數(shù)字電路利用二進制編碼來表示信息，以邏輯運算和信息處理為核心。邏輯門電路邏輯門電路是數(shù)字電路的基本構(gòu)建單元，執(zhí)行邏輯運算，如與、或、非等。集成電路集成電路將多個邏輯門電路集成到一塊芯片上，提高電路集成度和性能。分析電路11.電路分析方法節(jié)點電壓法、網(wǎng)孔電流法、疊加定理、等效變換等。22.電路參數(shù)包括電阻、電容、電感、電壓、電流等。33.分析目標(biāo)了解電路各部分工作狀態(tài)，計算電壓、電流、功率等。44.分析軟件Multisim、PSPICE、MATLAB等。放大電路信號放大放大電路可以增強微弱信號，使信號更加清晰。應(yīng)用場景音響系統(tǒng)無線通信儀器儀表類型電壓放大器電流放大器功率放大器振蕩電路電路類型振蕩電路用來產(chǎn)生周期性變化的信號，如正弦波、方波、三角波等。工作原理通過正反饋放大電路，將信號放大并反饋到輸入端，實現(xiàn)自激振蕩。應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用于時鐘信號產(chǎn)生、無線電發(fā)射機、音頻信號發(fā)生器等。分類常見的有LC振蕩器、RC振蕩器、晶體振蕩器等。開關(guān)電路基本原理開關(guān)電路用于控制電流的通斷。開關(guān)可以是手動或自動控制的，例如按鈕、繼電器或晶體管。開關(guān)電路在電子設(shè)備中廣泛應(yīng)用，例如電源開關(guān)、信號切換等。應(yīng)用場景開關(guān)電路在各種電子設(shè)備中發(fā)揮著重要作用，例如控制電器、信號傳輸、數(shù)據(jù)處理等。它們是電子系統(tǒng)中不可或缺的一部分。電源電路11.直流電源直流電源是電子設(shè)備最常用的電源，例如手機充電器、筆記本電腦電源等。22.交流電源交流電源是家庭用電的主要形式，通過變壓器將高壓交流電降至安全電壓。33.電源轉(zhuǎn)換器電源轉(zhuǎn)換器將一種類型的電源轉(zhuǎn)換為另一種，例如將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。44.電源管理電源管理電路負(fù)責(zé)控制電源的輸出，確保設(shè)備正常運行。信號處理音頻信號處理音頻信號的處理包括降噪、混響、均衡等。無線信號處理無線信號處理涉及信號調(diào)制解調(diào)、信道編碼解碼等。數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理廣泛應(yīng)用于圖像、語音和視頻等領(lǐng)域。模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。ADC通常用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將傳感器讀取的模擬信號轉(zhuǎn)換為可由計算機處理的數(shù)字信號。轉(zhuǎn)換過程ADC使用采樣和量化將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。采樣過程將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的樣本，量化過程將這些樣本轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。數(shù)模轉(zhuǎn)換模擬信號模擬信號是連續(xù)變化的信號，可以表示聲波、溫度等現(xiàn)實世界中的現(xiàn)象。數(shù)字信號數(shù)字信號是離散的信號，由一系列二進制數(shù)表示，可以進行高效的存儲和處理。數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電子電路，是電子系統(tǒng)中重要的組成部分。應(yīng)用場景數(shù)模轉(zhuǎn)換廣泛應(yīng)用于音頻、視頻、控制等領(lǐng)域，將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)還原為可感知的模擬信號。微控制器核心處理單元負(fù)責(zé)執(zhí)行指令，控制系統(tǒng)運行。集成電路集成了CPU、內(nèi)存、外設(shè)等，形成完整的控制系統(tǒng)。編程控制通過編寫程序，實現(xiàn)對硬件的控制和操作。單片機應(yīng)用11.工業(yè)自動化單片機可用于控制各種工業(yè)設(shè)備，提高生產(chǎn)效率，降低成本。22.智能家居智能家居系統(tǒng)中，單片機控制各種設(shè)備，例如燈光、空調(diào)、安保系統(tǒng)。33.醫(yī)療設(shè)備單片機廣泛應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備中，例如心電儀、血糖儀、血氧儀。44.交通領(lǐng)域單片機可用于控制交通信號燈、車載導(dǎo)航系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)通常是指集成在一個設(shè)備中的專用計算機系統(tǒng)，專門為執(zhí)行特定任務(wù)而設(shè)計。例如，智能手機、汽車控制系統(tǒng)、工業(yè)自動化設(shè)備等。特點嵌入式系統(tǒng)通常具有體積小、功耗低、可靠性高、成本低等特點。通常運行在實時操作系統(tǒng)或無操作系統(tǒng)環(huán)境中，執(zhí)行特定任務(wù)，例如數(shù)據(jù)采集、控制、通信等。電子系統(tǒng)設(shè)計需求分析首先要確定系統(tǒng)功能和性能要求，并考慮成本、功耗、可靠性等因素。方案設(shè)計根據(jù)需求分析結(jié)果，選擇合適的電子元器件，并設(shè)計電路結(jié)構(gòu)、信號處理、控制邏輯等。電路仿真使用仿真軟件對電路進行驗證，確保其符合設(shè)計要求。電路制作根據(jù)設(shè)計方案，選擇合適的制作方法，并進行電路板制作、元器件安裝、焊接等操作。電路仿真建立電路模型使用電路仿真軟件，根據(jù)電路圖搭建電路模型，并設(shè)置元器件參數(shù)。設(shè)置仿真參數(shù)選擇合適的仿真類型，如直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，如頻率、電壓、時間等。運行仿真運行仿真程序，軟件會根據(jù)模型和參數(shù)進行計算，生成仿真結(jié)果，如電壓、電流、功率等。分析仿真結(jié)果分析仿真結(jié)果，了解電路性能，評估電路設(shè)計是否符合預(yù)期，并根據(jù)需要進行調(diào)整。電路制作1設(shè)計與原理圖電路設(shè)計完成后，繪制原理圖并選擇合適的元器件。2PCB設(shè)計使用EDA軟件繪制電路板PCB圖，包括元器件布局和走線設(shè)計。3電路板制作使用PCB制作工藝，將PCB設(shè)計圖在電路板上進行蝕刻和生產(chǎn)。4元器件焊接將元器件焊接至PCB板上，保證焊點牢固可靠，避免虛焊和短路。5電路調(diào)試使用測試設(shè)備進行電路調(diào)試，驗證電路功能，并調(diào)整參數(shù)。6封裝與測試根據(jù)實際需求，將電路板封裝，并進行最終測試。調(diào)試與測試1功能測試驗證電路功能是否符合設(shè)計要求2性能測試評估電路性能指標(biāo)3可靠性測試測試電路在不同環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性4安全測試驗證電路符合安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范調(diào)試與測試是電子系統(tǒng)設(shè)計流程中不可缺少的環(huán)節(jié)，通過測試可以發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計中的問題，并進行修正，最終確保電子系統(tǒng)的正常運行。電子系統(tǒng)維護定期檢查確保電子系統(tǒng)處于良好工作狀態(tài)，并及時發(fā)現(xiàn)潛在問題。清潔維護清除灰塵和污垢，防止電子元器件損壞。軟件更新更新系統(tǒng)軟件和驅(qū)動程序，提升性能和安全性。故障修復(fù)及時修復(fù)故障，恢復(fù)系統(tǒng)正常運行。電子系統(tǒng)發(fā)展趨勢電子