现代电子系统设计

《现代电子系统设计》内容简介：电子设计步步高是针对靠前应用电子系统设计的特点和需要，以全国大学生电子设计竞赛为背景，为高等院校电子信息类专业学生参加竞赛编写的系列培训和实训指导用书。系列教程分三篇：基础篇、提高篇和实践篇。本册为提高篇——《现代电子系统设计》，以满足需要和够用为原则，详细介绍以单片机为核心的电子系统设计和以FPGA为核心的电子系统设计的相关问题。开篇叙述现代电子系统设计的特点和一般流程，现代电子系统中常用的PID控制调整方法以及数值处理方法；重点介绍了以单片机为核心的电子系统设计，以FPGA为核心的电子系统设计，常用外围器件及接口电路设计和常用EDA工具软件的使用等内容。 

第1章 现代电子系统设计概述 1
1.1 现代电子系统设计的新特点 1
1.1.1 中、大规模集成电路和专用芯片设计电路 2
1.1.2 现代电子系统设计方法 2
1.1.3 系统设计模式的开放化和对象化 2
1.2 以MPU和MCU为核心的电子系统设计流程 3
1.3 以PLD为核心的电子系统设计流程 3
1.4 以ASIC为核心的电子系统设计流程 5
1.4.1 数字ASIC的设计流程 5
1.4.2 模拟ASIC的设计流程 6
1.4.3 以SoC为核心的电子系统设计流程 7

第2章 电子系统设计中常用的数值处理方法 10
2.1 非线性补偿技术 10
2.1.1 非线性函数补偿法 10
2.1.2 线性插值法折线逼近法 11
2.1.3 二次抛物线插值法 13
2.1.4 三次样条函数插值法 14
2.1.5 查表法 15
2.2 数值积分与数值微分 17
2.2.1 数值积分 17
2.2.2 数值微分 18
2.3 标度变换 19
2.3.1 标度变换原理 19
2.3.2 线性信号的标度变换 20
2.3.3 非线性信号的标度变换 21
2.4 数字滤波技术 21
2.4.1 数字滤波器的原理与分类 22
2.4.2 数字滤波器的设计方法 25
2.4.3 IIR与FIR滤波器的比较 30
2.4.4 经典软件滤波器设计 30

第3章 PID控制技术 38
3.1 过程控制的基本概念 38
3.1.1 模拟控制系统 38
3.1.2 微机过程控制系统 38
3.1.3 数字控制系统DDC 39
3.2 经典PID控制 39
3.2.1 双位开关控制 39
3.2.2 比例控制 39
3.2.3 积分控制 40
3.2.4 比例-积分控制 40
3.2.5 微分控制 40
3.2.6 比例-微分控制 40
3.2.7 比例-积分-微分控制 41
3.2.8 比例-微分-反馈-前馈控制 41
3.3 数字PID控制算法 42
3.3.1 位置式PID控制算法 42
3.3.2 增量式PID控制算法 43
3.3.3 PID算法程序流程 44
3.4 标准PID控制算法的改进 45
3.4.1 积分项的改进 45
3.4.2 微分项的改进 48
3.4.3 带死区的PID控制 50
3.5 数字PID参数整定 50
3.5.1 PID参数对系统性能的影响 50
3.5.2 采样周期的选择 52
3.5.3 控制规律的选择 53
3.5.4 PID参数整定方法 53
3.6 直流电动机PWM调压调速的数字PID控制实现 56
3.6.1 总体设计 56
3.6.2 PWM调制 57
3.6.3 PID调速程序 58

第4章 电子设计常用工具软件介绍 62
4.1 电路仿真工作台Multisim 62
4.1.1 Multisim概貌 62
4.1.2 Multisim对元器件的管理 68
4.1.3 输入并编辑电路 69
4.1.4 虚拟仪器及其使用 71
4.1.5 电路实例 73
4.2 Protel DXP使用介绍 75
4.2.1 Protel软件环境 75
4.2.2 原理图的绘制 77
4.2.3 PCB图的绘制 86
4.3 仿真软件Proteus 98
4.3.1 Proteus的主要功能和特点 98
4.3.2 Proteus操作环境 100
4.3.3 原理图仿真调试 106
4.4 Keil C51仿真软件 109
4.4.1 Keil C51集成开发环境 109
4.4.2 创建项目实例 113
4.4.3 Proteus Keil C51联合仿真实例 121

第5章 以单片机为核心的电子系统设计 127
5.1 单片机应用系统组成 127
5.2 单片机应用系统的开发流程 127
5.3 单片机性能及选型 130
5.4 单片机最小系统设计 131
5.4.1 单片机最小系统硬件设计 131
5.4.2 单片机最小系统故障测试程序 134
5.5 人机接口技术 138
5.5.1 通用键盘显示电路设计 138
5.5.2 单片机与液晶显示电路接口电路设计 146
5.6 单片机与A/D转换器接口电路设计 162
5.6.1 A/D转换器的分类及简介 162
5.6.2 A/D转换器主要技术指标 163
5.6.3 A/D转换器及其相应接口电路选择原则 164
5.6.4 ADC0809接口电路设计 165
5.6.5 TLC5510接口电路设计 167
5.6.6 V/F转换型A/D电路的应用 169
5.7 单片机与D/A转换器接口电路设计 170
5.7.1 D/A转换器的分类及简介 170
5.7.2 串行电压输出型D/A转换器 171
5.7.3 并行D/A转换器 172


第6章 以FPGA为核心的电子系统设计 175
6.1 FPGA最小系统设计 175
6.1.1 Xilinx公司的FPGA器件 175
6.1.2 FPGA最小系统电路设计 179
6.1.3 FPGA最小系统印制板设计 183
6.1.4 FPGA最小系统电源电路的设计 185
6.2 FPGA最小系统配置电路的设计 185
6.2.1 使用PC并行口配置FPGA 185
6.2.2 使用单片机配置FPGA 186
6.2.3 Spartan-Ⅱ器件的配置 187
6.2.4 各种模式的配置方式 189
6.3 ModelSim仿真工具的使用 191
6.3.1 设计流程 193
6.3.2 行为仿真和时序仿真 194
6.3.3 行为仿真步骤 194
6.3.4 行为仿真查错分析 199
6.3.5 时序仿真Timing Simulation步骤 201
6.4 ISE 10.1使用介绍 202
6.4.1 ISE 10.1概述 202
6.4.2 新建工程 205
6.4.3 设计输入 205
6.4.4 行为仿真 207
6.4.5 ChipScope 209
6.4.6 约束/综合 212
6.4.7 配置和下载 212
6.4.8 基于ISE的硬件编程 218
6.4.9 使用ChipScope分析设计 219
6.5 单片机最小系统与FPGA接口电路及程序设计 220
6.5.1 接口电路设计 220
6.5.2 程序设计 221

第7章 常用外围器件及应用 222
7.1 常用通信器件 222
7.1.1 RS-232总线接口芯片MAX232 222
7.1.2 RS-422总线接口芯片MAX491 225
7.1.3 RS-485总线接口芯片MAX485 227
7.1.4 无线传输模块PTR2000 232
7.2 实时时钟芯片及其应用 236
7.2.1 常用实时时钟芯片 236
7.2.2 DS1302 237
7.3 红外遥控信号收发电路设计 245
7.3.1 红外遥控原理 245
7.3.2 红外发射电路设计 246
7.3.3 红外接收电路设计 246
7.3.4 编解码集成IC PT2262/2272及其应用 247
7.4 单总线器件及其应用实例 252
7.4.1 单总线介绍 252
7.4.2 DS18B20数字温度传感器 254
7.5 I2C接口器件PCF8574 263
7.5.1 I2C总线介绍 263
7.5.2 PCF8574及其应用 264
7.6 SPI总线接口技术 272
7.6.1 SPI串行总线介绍 272
7.6.2 SPI总线接口器件TLC5615 274
7.7 USB控制器件ISP1581 277
7.7.1 ISP1581主要性能 278
7.7.2 ISP1581工作特性 281
7.7.3 ISP1581应用介绍 284
7.8 语音芯片IS22C011/20及其应用 291
7.8.1 IS22C011/20主要性能 292
7.8.2 IS22C011/20可编程选项及时序图 293
7.8.3 IS22C011/20典型应用 293
7.8.4 基于51单片机的语音存储播放 294
7.9 电源监控器件 296
7.9.1 电源监控器件MAX705 296
7.9.2 电源监控器件MAX791 300
参考文献 306