電子系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)論

1、現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計制作、主講制作、主講 邵建華邵建華TEL-mail: 課程基礎(chǔ)、內(nèi)容安排及主要參考書目課程基礎(chǔ)、內(nèi)容安排及主要參考書目1.1 概述概述1.2 電子系統(tǒng)的設(shè)計方法電子系統(tǒng)的設(shè)計方法1.3 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題型全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題型 課程內(nèi)容：課程內(nèi)容：1、電子系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)論、電子系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)論 2、基于、基于Quartus的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法 （內(nèi)容包括：可編程邏輯器件、內(nèi)容包括：可編程邏輯器件、 VHDL語言、語言、 Quartus的使用）的使用） 3、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的一般方法、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的一般方法 4、模擬電子系

2、統(tǒng)設(shè)計、模擬電子系統(tǒng)設(shè)計 教學(xué)大綱：教學(xué)大綱：課程內(nèi)容包括數(shù)字、模擬電子系統(tǒng)設(shè)課程內(nèi)容包括數(shù)字、模擬電子系統(tǒng)設(shè) 計方法和數(shù)字系統(tǒng)的計方法和數(shù)字系統(tǒng)的PLD設(shè)計方法等。設(shè)計方法等。 課程基礎(chǔ)：課程基礎(chǔ)：電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技 術(shù)、術(shù)、 單片機原理等。單片機原理等。學(xué)習(xí)中的注意事項：學(xué)習(xí)中的注意事項： 熟練掌握熟練掌握電路基礎(chǔ)電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)、數(shù)字數(shù)字電子技術(shù)電子技術(shù)相關(guān)內(nèi)容；相關(guān)內(nèi)容； 作業(yè)較少，以實驗（包括設(shè)計性實驗）為主，希望同作業(yè)較少，以實驗（包括設(shè)計性實驗）為主，希望同學(xué)們能認真、獨立地完成本課程各項實驗；學(xué)們能認真、獨立地

3、完成本課程各項實驗； 主要參考書目：主要參考書目：電子系統(tǒng)設(shè)計，何小艇主編，浙江大學(xué)出版社電子系統(tǒng)設(shè)計，何小艇主編，浙江大學(xué)出版社綜合電子設(shè)計與實踐，田良等編著，東南大學(xué)出版社綜合電子設(shè)計與實踐，田良等編著，東南大學(xué)出版社基于基于FPGA的嵌入式開發(fā)與應(yīng)用，徐光輝等編著，電子工業(yè)的嵌入式開發(fā)與應(yīng)用，徐光輝等編著，電子工業(yè)出版社出版社零起點學(xué)單片機與零起點學(xué)單片機與CPLD/FPGA，楊恒等編著，北京航空航，楊恒等編著，北京航空航天大學(xué)出版社天大學(xué)出版社1.1.1電子系統(tǒng)的組成電子系統(tǒng)的組成1.1.2 智能型和非智能型電子系統(tǒng)智能型和非智能型電子系統(tǒng)1.1.3 電子系統(tǒng)的種類電子系統(tǒng)的種類1.1

4、.4 電子系統(tǒng)的技術(shù)指標電子系統(tǒng)的技術(shù)指標1.1.5 電子系統(tǒng)的設(shè)計類型電子系統(tǒng)的設(shè)計類型1.1.6 本課程研究的內(nèi)容本課程研究的內(nèi)容1.1.7 本課程實驗內(nèi)容本課程實驗內(nèi)容1、系統(tǒng)與電子系統(tǒng)、系統(tǒng)與電子系統(tǒng) 系統(tǒng)的定義系統(tǒng)的定義 電子系統(tǒng)的定義電子系統(tǒng)的定義2、電子系統(tǒng)的一般組成、電子系統(tǒng)的一般組成（1）系統(tǒng)與電子系統(tǒng)）系統(tǒng)與電子系統(tǒng) 系統(tǒng)的定義系統(tǒng)的定義 系統(tǒng)是由兩個以上各不相同且互相聯(lián)系、互相制系統(tǒng)是由兩個以上各不相同且互相聯(lián)系、互相制約的單元組成的、在給定環(huán)境下能夠完成一定功能的綜約的單元組成的、在給定環(huán)境下能夠完成一定功能的綜合體合體。 單元：可以是元件、部件或子系統(tǒng)。單元：可以是元

5、件、部件或子系統(tǒng)。 一個系統(tǒng)又可能是另一個更大的系統(tǒng)的子系統(tǒng)。一個系統(tǒng)又可能是另一個更大的系統(tǒng)的子系統(tǒng)。 系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點： 功能與結(jié)構(gòu)上具有綜合性、層次性、復(fù)雜性功能與結(jié)構(gòu)上具有綜合性、層次性、復(fù)雜性。電子系統(tǒng)的定義電子系統(tǒng)的定義 通常將由電子元器件或部件組成的能夠產(chǎn)生、通常將由電子元器件或部件組成的能夠產(chǎn)生、傳輸、采集或處理電信號及信息的客觀實體稱之傳輸、采集或處理電信號及信息的客觀實體稱之為電子系統(tǒng)。為電子系統(tǒng)。 例如，通訊系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、例如，通訊系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、電子測量系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)等等。電子測量系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)等等。 電子電子系統(tǒng)系統(tǒng)在功能與結(jié)構(gòu)上

6、具有高度的綜合性、在功能與結(jié)構(gòu)上具有高度的綜合性、層次性和復(fù)雜性。層次性和復(fù)雜性。 電子系統(tǒng)的設(shè)計與分析方法是本章討論的中心。電子系統(tǒng)的設(shè)計與分析方法是本章討論的中心。復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電子產(chǎn)品已經(jīng)大眾化子產(chǎn)品已經(jīng)大眾化IP：Intellectuan Property知識產(chǎn)權(quán)。知識產(chǎn)權(quán)。指指5000門以上的硅功能塊。有軟核門以上的硅功能塊。有軟核（HDL語言）、硬核（芯片版圖）語言）、硬核（芯片版圖）和固核（和固核（RT級級HDL語言）。語言）。1.產(chǎn)品的復(fù)雜性加深產(chǎn)品的復(fù)雜性加深.根據(jù)根據(jù)Moore定律定律IC的復(fù)雜性大約每的復(fù)雜性大約每6年年 增加增加10倍；倍；2.產(chǎn)品的上市

7、時間與市場壽命減小產(chǎn)品的上市時間與市場壽命減小,競爭加劇競爭加劇.延誤市場周期產(chǎn)品壽命上市下市贏利適時上市的適時上市的贏利三角形贏利三角形延誤上市的延誤上市的贏利三角形贏利三角形時間產(chǎn)產(chǎn) 品品 市市 場場 窗窗 口口 圖圖（2） 電子系統(tǒng)的一般組成電子系統(tǒng)的一般組成 圖圖1-1 電子系統(tǒng)的一般組成電子系統(tǒng)的一般組成組成：模擬子系統(tǒng)、數(shù)字子系統(tǒng)、微處理機子系統(tǒng)。組成：模擬子系統(tǒng)、數(shù)字子系統(tǒng)、微處理機子系統(tǒng)。 模擬子系統(tǒng)模擬子系統(tǒng)：傳感、高低頻放大、模：傳感、高低頻放大、模/數(shù)、數(shù)數(shù)、數(shù)/模變換及執(zhí)行機模變換及執(zhí)行機構(gòu)；構(gòu)； 數(shù)字子系統(tǒng)數(shù)字子系統(tǒng)：信息處理、決策、控制；：信息處理、決策、控制； 微

8、處理機（信號處理微處理機（信號處理DSP）子系統(tǒng)）子系統(tǒng)：CPU控制實現(xiàn)信息處理、控制實現(xiàn)信息處理、決策、控制；決策、控制； 非智能型非智能型：功能簡單、功能固定的電子系統(tǒng)；：功能簡單、功能固定的電子系統(tǒng)； 智能型智能型：一般可以將以微機或單片機為核心的：一般可以將以微機或單片機為核心的系統(tǒng)為智能系統(tǒng)。系統(tǒng)為智能系統(tǒng)。 智能型幾個智能型幾個特點特點： 必須有記憶力；必須有記憶力； 有自學(xué)習(xí)能力；有自學(xué)習(xí)能力； 易于接受信息、命令；易于接受信息、命令； 具有分析、判斷、決策能力；具有分析、判斷、決策能力； 可以控制或執(zhí)行所作的決定?？梢钥刂苹驁?zhí)行所作的決定。 測控系統(tǒng)。如：航天器飛行控制、工業(yè)控

9、制；測控系統(tǒng)。如：航天器飛行控制、工業(yè)控制； 測量系統(tǒng)。如：電量、非電量的精密測量；測量系統(tǒng)。如：電量、非電量的精密測量； 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。如語音、圖像、雷達信息處數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。如語音、圖像、雷達信息處理；理； 通信系統(tǒng)。如：移動通信、數(shù)字通信、微波通信系統(tǒng)。如：移動通信、數(shù)字通信、微波通信；通信； 計算機系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)。 家電系統(tǒng)。如彩電、家電系統(tǒng)。如彩電、DVD等。等。 衡量電子系統(tǒng)的指標可能有功能、工作范圍、衡量電子系統(tǒng)的指標可能有功能、工作范圍、容量、精度，靈敏度、穩(wěn)定性、可靠性、響應(yīng)速度和容量、精度，靈敏度、穩(wěn)定性、可靠性、響應(yīng)速度和使用場合、工作環(huán)境、供電方式、功耗、體積重量使用場

10、合、工作環(huán)境、供電方式、功耗、體積重量等等 ； 對不同系統(tǒng)而言，系統(tǒng)指標要求不同對不同系統(tǒng)而言，系統(tǒng)指標要求不同 ； 系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)類型、功能要求、系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)類型、功能要求、指標要求，細化出每個待設(shè)計的子系統(tǒng)的技術(shù)指標以指標要求，細化出每個待設(shè)計的子系統(tǒng)的技術(shù)指標以便進行設(shè)計便進行設(shè)計 。（1）新系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計）新系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計 開拓、研制一個嶄新的電子系統(tǒng)，所用的部分技術(shù)、電路、開拓、研制一個嶄新的電子系統(tǒng)，所用的部分技術(shù)、電路、器件有待于同期開發(fā)，屬于創(chuàng)新、開拓、科研型的設(shè)計類型。器件有待于同期開發(fā)，屬于創(chuàng)新、開拓、科研型的設(shè)計類型。 （2）新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計）新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計

11、利用現(xiàn)有成熟技術(shù)、電路及器件，開發(fā)出滿足市場需求的新利用現(xiàn)有成熟技術(shù)、電路及器件，開發(fā)出滿足市場需求的新產(chǎn)品、新設(shè)備。屬于開發(fā)型的設(shè)計類型。產(chǎn)品、新設(shè)備。屬于開發(fā)型的設(shè)計類型。 （3）新技術(shù)應(yīng)用型開發(fā)設(shè)計）新技術(shù)應(yīng)用型開發(fā)設(shè)計 介于兩者之間，將新技術(shù)、新器件應(yīng)用于電子系統(tǒng)的開發(fā)，介于兩者之間，將新技術(shù)、新器件應(yīng)用于電子系統(tǒng)的開發(fā)，將電子系統(tǒng)的性能提高到一個新的檔次。將電子系統(tǒng)的性能提高到一個新的檔次。 數(shù)字系統(tǒng)的一般設(shè)計方法數(shù)字系統(tǒng)的一般設(shè)計方法 ； 數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)的VHDL設(shè)計方法；設(shè)計方法； 基于基于QUARTUS的的FPGA/CPLD數(shù)字數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法；系統(tǒng)設(shè)計方法； 傳感器及模擬

12、電子系統(tǒng)設(shè)計方法傳感器及模擬電子系統(tǒng)設(shè)計方法 設(shè)計舉例；設(shè)計舉例； 電子系統(tǒng)的調(diào)試及實現(xiàn)方法。電子系統(tǒng)的調(diào)試及實現(xiàn)方法。1.2.1 電子系統(tǒng)的設(shè)計方法電子系統(tǒng)的設(shè)計方法 （1）電子系統(tǒng)的層次性）電子系統(tǒng)的層次性 （2）自下而上的設(shè)計方法（）自下而上的設(shè)計方法（BOTTOM-UP） （3） 自上而下（自上而下（TDD）的設(shè)計方法（）的設(shè)計方法（TOP-DOWN）1.2.2 電子系統(tǒng)的設(shè)計的一般步驟電子系統(tǒng)的設(shè)計的一般步驟1.2.3 設(shè)計文檔的作用設(shè)計文檔的作用1.2.4 傳統(tǒng)手工設(shè)計步驟傳統(tǒng)手工設(shè)計步驟1.2.5 現(xiàn)代電子系統(tǒng)的設(shè)計的現(xiàn)代電子系統(tǒng)的設(shè)計的EDA方法方法（1）電子系統(tǒng)的層次性）電子

13、系統(tǒng)的層次性 根據(jù)用戶要求根據(jù)用戶要求從現(xiàn)成的數(shù)字從現(xiàn)成的數(shù)字器件或子系統(tǒng)開始器件或子系統(tǒng)開始對現(xiàn)有的組件對現(xiàn)有的組件或較小的系統(tǒng)或相似的系統(tǒng)加以修或較小的系統(tǒng)或相似的系統(tǒng)加以修改、擴大和相互連接改、擴大和相互連接構(gòu)成能滿足構(gòu)成能滿足用戶要求的新系統(tǒng)。用戶要求的新系統(tǒng)。 特點特點： 無明顯規(guī)律可循，完全憑無明顯規(guī)律可循，完全憑 經(jīng)驗；經(jīng)驗； 系統(tǒng)的各項性能指標只有系統(tǒng)的各項性能指標只有在系統(tǒng)構(gòu)成后才能進行測試。在系統(tǒng)構(gòu)成后才能進行測試。如果系統(tǒng)問題較大，有可能重如果系統(tǒng)問題較大，有可能重新設(shè)計。新設(shè)計。設(shè)計過程設(shè)計過程： 根據(jù)用戶要求和設(shè)計指標根據(jù)用戶要求和設(shè)計指標描述系統(tǒng)功能描述系統(tǒng)功能給出

14、系統(tǒng)給出系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系輸入輸出關(guān)系構(gòu)成系統(tǒng)總構(gòu)成系統(tǒng)總體框圖體框圖(系統(tǒng)級系統(tǒng)級)并將它分并將它分解成功能單一的子系統(tǒng)解成功能單一的子系統(tǒng)描描述出子系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系及述出子系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系及子系統(tǒng)間相互關(guān)系子系統(tǒng)間相互關(guān)系( (子系統(tǒng)子系統(tǒng)級級) ) 設(shè)計或選用一些部件設(shè)計或選用一些部件實現(xiàn)既定功能的子系統(tǒng)實現(xiàn)既定功能的子系統(tǒng)( (部部件級設(shè)計件級設(shè)計) )選用適當(dāng)?shù)脑x用適當(dāng)?shù)脑骷崿F(xiàn)既定功能的部件器件實現(xiàn)既定功能的部件( (元件級設(shè)計元件級設(shè)計) ) 上述過程上述過程反復(fù)循環(huán)，反復(fù)修正直致方反復(fù)循環(huán)，反復(fù)修正直致方案可行。案可行。設(shè)計過程設(shè)計過程： 物理描物理描述與設(shè)計述與設(shè)計：實：實

15、現(xiàn)結(jié)構(gòu)的具體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的具體形式、技術(shù)與形式、技術(shù)與工藝。（如物工藝。（如物理類型、布局理類型、布局的幾何式樣、的幾何式樣、尺寸、位置和尺寸、位置和裝配方法等）裝配方法等） 行為描述與設(shè)計行為描述與設(shè)計：系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件或元件等的功能；：系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件或元件等的功能； 結(jié)構(gòu)描述與設(shè)計結(jié)構(gòu)描述與設(shè)計：系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件或元件等的互連方：系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件或元件等的互連方式；式；說明說明 行為描述與設(shè)計：行為描述與設(shè)計： 如移動電話：雙工通話功能、來電顯示功能、存儲功能、時如移動電話：雙工通話功能、來電顯示功能、存儲功能、時鐘鐘/鬧鐘功能、計算機接口功能；接收鬧鐘功能、計算機接口功能；接收/發(fā)射

16、頻率、調(diào)制方式、發(fā)射頻率、調(diào)制方式、待機時間、連續(xù)通話時間、供電電池電壓、尺寸和重量等；待機時間、連續(xù)通話時間、供電電池電壓、尺寸和重量等； 結(jié)構(gòu)描述與設(shè)計：系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件或元件等的互連結(jié)構(gòu)描述與設(shè)計：系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件或元件等的互連方式；方式； 如移動電話：確定用戶操作界面、移動電話與如移動電話：確定用戶操作界面、移動電話與GSM網(wǎng)之間的信網(wǎng)之間的信息交換的方式和協(xié)議、確定與計算機之間的連接方式與協(xié)議等；息交換的方式和協(xié)議、確定與計算機之間的連接方式與協(xié)議等； 物理描述與設(shè)計：實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的具體形式、技術(shù)與工藝。物理描述與設(shè)計：實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的具體形式、技術(shù)與工藝。（如物理類型、布局的幾何式樣、尺

17、寸、位置和裝配方法等）（如物理類型、布局的幾何式樣、尺寸、位置和裝配方法等）如移動電話：機殼、操作按鍵、顯示屏、與外部連接接插件的如移動電話：機殼、操作按鍵、顯示屏、與外部連接接插件的外形、尺寸、材料及工藝等。外形、尺寸、材料及工藝等。 Y圖圖設(shè)計步驟一開始，應(yīng)同時平行地建立設(shè)計文檔；設(shè)計步驟一開始，應(yīng)同時平行地建立設(shè)計文檔； 文檔在設(shè)計過程中對于設(shè)計管理者與設(shè)計人員文檔在設(shè)計過程中對于設(shè)計管理者與設(shè)計人員之間、設(shè)計人員之間，設(shè)計者與用戶之間，起到之間、設(shè)計人員之間，設(shè)計者與用戶之間，起到多方面的橋梁與約束管理作用。多方面的橋梁與約束管理作用。 文檔是系統(tǒng)設(shè)計進入工程化生產(chǎn)的依據(jù)和保證文檔是系

18、統(tǒng)設(shè)計進入工程化生產(chǎn)的依據(jù)和保證 ；沒有文檔的設(shè)計是無用的設(shè)計。沒有文檔的設(shè)計是無用的設(shè)計。 （1）審題）審題 （2）方案選擇與可行性論證）方案選擇與可行性論證 （3）單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和元器件選擇）單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和元器件選擇 （4）組裝與調(diào)試）組裝與調(diào)試 （5）編寫設(shè)計文檔與總結(jié)報告）編寫設(shè)計文檔與總結(jié)報告 Moore(Intel公司總裁，公司總裁，20世紀世紀60年代給出）定律：年代給出）定律： 每每3年芯片的集成度增加年芯片的集成度增加4倍（或者每倍（或者每18個月增加個月增加2倍），特征線寬減小倍），特征線寬減小 倍。倍。 近近30多年來，一直得到驗證；多年來，一直得到

19、驗證； Pentium IV 集成度為集成度為5500萬只晶體管，特征線萬只晶體管，特征線寬為寬為0.13um，DRAM為為109bit量級。量級。 到到2011年，單片上可集成的晶體管數(shù)將達年，單片上可集成的晶體管數(shù)將達到到14億個，芯片的特征尺寸為億個，芯片的特征尺寸為50納米，芯片的引納米，芯片的引腳數(shù)可達到腳數(shù)可達到6532個。個。 2（1）采用）采用EDA技術(shù)的必要性、必然性與發(fā)展水平技術(shù)的必要性、必然性與發(fā)展水平 20世紀世紀60年代集成電路問世年代集成電路問世 CAD（70年代）年代） CAE（80年代）年代） EDA（90年代）。年代）。（2）用）用EDA工具設(shè)計電子系統(tǒng)的流程

20、工具設(shè)計電子系統(tǒng)的流程 （3）可使用的部分）可使用的部分EDA工具工具 表表1.1 1.1 部分部分EDAEDA軟件軟件EDAEDA工具名稱工具名稱功能功能ProtelProtel畫電路圖、印刷電路版圖畫電路圖、印刷電路版圖EWB(Electronics EWB(Electronics Workbench)Workbench)模擬電路、數(shù)字電路、混合電路模擬分析；電路圖模擬電路、數(shù)字電路、混合電路模擬分析；電路圖輸入輸入PSpicePSpice模擬電路、數(shù)字電路、混合電路模擬分析；文本或模擬電路、數(shù)字電路、混合電路模擬分析；文本或電路圖輸入電路圖輸入Quartus,SynarioQuartus

21、,SynarioCPLDCPLD設(shè)計、模擬、下載；電路圖及文本輸入設(shè)計、模擬、下載；電路圖及文本輸入（VHDLVHDL、ABELABEL）MATLABMATLAB矩陣運算、高級繪圖；控制和信息處理等系統(tǒng)問題矩陣運算、高級繪圖；控制和信息處理等系統(tǒng)問題的分析與設(shè)計的分析與設(shè)計DSCHDSCH數(shù)字電路模擬、分析；電路圖輸入（可轉(zhuǎn)換為數(shù)字電路模擬、分析；電路圖輸入（可轉(zhuǎn)換為VerilogVerilog文本）文本）MicrowindMicrowind數(shù)字及模擬集成電路版圖設(shè)計及版圖及模擬（支持數(shù)字及模擬集成電路版圖設(shè)計及版圖及模擬（支持深亞微米設(shè)計）深亞微米設(shè)計）1.3.1 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計步驟數(shù)字系統(tǒng)設(shè)

22、計步驟 (1) (1) 明確設(shè)計要求明確設(shè)計要求( (完成系統(tǒng)功能示意框圖完成系統(tǒng)功能示意框圖) )； (2) (2) 確定系統(tǒng)方案確定系統(tǒng)方案( (完成系統(tǒng)總體方框圖完成系統(tǒng)總體方框圖- -將控制將控制器與受控器分開，擬定系統(tǒng)的總體算法狀態(tài)機器與受控器分開，擬定系統(tǒng)的總體算法狀態(tài)機(ASM)(ASM)流圖流圖) )及定時圖；及定時圖； (3) (3) 完成受控器的詳細設(shè)計；完成受控器的詳細設(shè)計； (4) (4) 將系統(tǒng)級將系統(tǒng)級ASMASM流圖及定時圖細化，然后進行流圖及定時圖細化，然后進行控制器的設(shè)計；控制器的設(shè)計； (5) 工程實現(xiàn)與調(diào)試。工程實現(xiàn)與調(diào)試。 1.3.2 模擬系統(tǒng)設(shè)計步驟模

23、擬系統(tǒng)設(shè)計步驟 (1) (1) 任務(wù)分析、方案比較、確定總體方案；任務(wù)分析、方案比較、確定總體方案； (2) (2) 將系統(tǒng)劃分為若干相對獨立的功能塊，畫出系將系統(tǒng)劃分為若干相對獨立的功能塊，畫出系統(tǒng)的總體組成框圖；統(tǒng)的總體組成框圖； (3) (3) 以實現(xiàn)各功能塊的集成電路為中心，通過選擇以實現(xiàn)各功能塊的集成電路為中心，通過選擇和計算完成各個功能單元外接電路與元件的配置；和計算完成各個功能單元外接電路與元件的配置； (4) (4) 單元之間耦合的核算及電路的整體配合與調(diào)整，單元之間耦合的核算及電路的整體配合與調(diào)整，以得到一個比較切合實際的系統(tǒng)整體電原理圖；以得到一個比較切合實際的系統(tǒng)整體電原

24、理圖； (5) (5) 根據(jù)第根據(jù)第3 3、4 4步的結(jié)果，重新核算系統(tǒng)的主要指步的結(jié)果，重新核算系統(tǒng)的主要指標，檢查是否滿足要求且留有一定余地；標，檢查是否滿足要求且留有一定余地； (6) (6) 畫出系統(tǒng)元器件布置圖和印刷電路板的布線圖，畫出系統(tǒng)元器件布置圖和印刷電路板的布線圖，并考慮其測試方案，設(shè)置相關(guān)的測試點。并考慮其測試方案，設(shè)置相關(guān)的測試點。l第八屆（第八屆（2007年）全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目年）全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目 電動車蹺蹺板（電動車蹺蹺板（F題）題）【本科組【本科組】一、任務(wù)一、任務(wù) 設(shè)計并制作一個電動車蹺蹺板，在蹺蹺板起始端設(shè)計并制作一個電動車蹺蹺板，在蹺蹺板起始

25、端A一側(cè)裝一側(cè)裝有可移動的配重。配重的位置可以在從始端開始的有可移動的配重。配重的位置可以在從始端開始的200mm600mm范圍內(nèi)調(diào)整，調(diào)整步長不大于范圍內(nèi)調(diào)整，調(diào)整步長不大于50mm；配重可拆卸。；配重可拆卸。電動車從起始端電動車從起始端A出發(fā)，可以自動在蹺蹺板上行駛。電動車出發(fā)，可以自動在蹺蹺板上行駛。電動車蹺蹺板起始狀態(tài)和平衡狀態(tài)示意圖分別如圖蹺蹺板起始狀態(tài)和平衡狀態(tài)示意圖分別如圖1和圖和圖2所示。所示。90800mmAB70mm圖2 平衡狀態(tài)示意圖CdAdB二、要求二、要求 1 1、基本要求、基本要求 （在不加配重的情況下，電動車完成以下運動：在不加配重的情況下，電動車完成以下運動：（

26、1）電動車從起始端）電動車從起始端A出發(fā)，在出發(fā)，在30秒鐘內(nèi)行駛到中心點秒鐘內(nèi)行駛到中心點C附近；附近；（2）60秒鐘之內(nèi)，電動車在中心點秒鐘之內(nèi)，電動車在中心點C附近使蹺蹺板處于附近使蹺蹺板處于平衡狀態(tài)，保持平衡平衡狀態(tài)，保持平衡5秒鐘，并給出明顯的平衡指示；秒鐘，并給出明顯的平衡指示；（3）電動車從（）電動車從（2）中的平衡點出發(fā)，）中的平衡點出發(fā)，30秒鐘內(nèi)行駛到秒鐘內(nèi)行駛到蹺蹺板末端蹺蹺板末端B處（車頭距蹺蹺板末端處（車頭距蹺蹺板末端B不大于不大于50mm）；）；（4）電動車在）電動車在B點停止點停止5秒后，秒后，1分鐘內(nèi)倒退回起始端分鐘內(nèi)倒退回起始端A，完成整個行程；完成整個行程；

27、（5）在整個行駛過程中，電動車始終在蹺蹺板上，并）在整個行駛過程中，電動車始終在蹺蹺板上，并分階段實時顯示電動車行駛所用的時間。分階段實時顯示電動車行駛所用的時間。2 2發(fā)揮部分發(fā)揮部分 將配重固定在可調(diào)整范圍內(nèi)任一指定位置，電動車完將配重固定在可調(diào)整范圍內(nèi)任一指定位置，電動車完成以下運動：成以下運動：（1）將電動車放置在地面距離蹺蹺板起始端）將電動車放置在地面距離蹺蹺板起始端A點點 300mm以外、以外、90扇形區(qū)域內(nèi)某一指定位置（車頭朝扇形區(qū)域內(nèi)某一指定位置（車頭朝向蹺蹺板），電動車能夠自動駛上蹺蹺板，如圖向蹺蹺板），電動車能夠自動駛上蹺蹺板，如圖3所示：所示：300mm90300mm圖3

28、 自動駛上蹺蹺板示意圖電動車AB（2）電動車在蹺蹺板上取得平衡，給出明顯的平衡指示，）電動車在蹺蹺板上取得平衡，給出明顯的平衡指示，保持平衡保持平衡5秒鐘以上；秒鐘以上；（3）將另一塊質(zhì)量為電動車質(zhì)量）將另一塊質(zhì)量為電動車質(zhì)量1020的塊狀配重放的塊狀配重放置在置在A至至C間指定的位置，電動車能夠重新取得平衡，給出間指定的位置，電動車能夠重新取得平衡，給出明顯的平衡指示，保持平衡明顯的平衡指示，保持平衡5秒鐘以上；秒鐘以上；（4）電動車在）電動車在3分鐘之內(nèi)完成（分鐘之內(nèi)完成（1）（）（3）全過程。）全過程。（5）其他。）其他。三、說明三、說明 （1）蹺蹺板長）蹺蹺板長1600mm、寬、寬30

29、0mm，為便于攜帶也可將蹺蹺板，為便于攜帶也可將蹺蹺板制成折疊形式。制成折疊形式。（2）蹺蹺板中心固定在直徑不大于）蹺蹺板中心固定在直徑不大于50mm的半圓軸上，軸兩端支的半圓軸上，軸兩端支撐在支架上，并保證與支架圓滑接觸，能靈活轉(zhuǎn)動。撐在支架上，并保證與支架圓滑接觸，能靈活轉(zhuǎn)動。（3）測試中，使用參賽隊自制的蹺蹺板裝置。）測試中，使用參賽隊自制的蹺蹺板裝置。（4）允許在蹺蹺板和地面上采取引導(dǎo)措施，但不得影響蹺蹺板）允許在蹺蹺板和地面上采取引導(dǎo)措施，但不得影響蹺蹺板面和地面平整。面和地面平整。（5）電動車）電動車(含加在車體上的其它裝置含加在車體上的其它裝置)外形尺寸規(guī)定為：長外形尺寸規(guī)定為：

30、長300mm，寬，寬200mm。（6）平衡的定義為）平衡的定義為A、B兩端與地面的距離差兩端與地面的距離差d= dA-dB 不大不大于于40mm。（7）整個行程約為）整個行程約為1600mm減去車長。減去車長。（8）測試過程中不允許人為控制電動車運動。）測試過程中不允許人為控制電動車運動。（9）基本要求（）基本要求（2）不能完成時，可以跳過，但不能得分；發(fā)揮）不能完成時，可以跳過，但不能得分；發(fā)揮部分（部分（1）不能完成時，可以直接從（）不能完成時，可以直接從（2）項開始，但是（）項開始，但是（1）項）項不得分。不得分。四、評分四、評分標準標準設(shè)計設(shè)計報告報告項項 目目主要內(nèi)容主要內(nèi)容分數(shù)分數(shù)

31、系統(tǒng)方案系統(tǒng)方案實現(xiàn)方法、方案論證、系統(tǒng)設(shè)實現(xiàn)方法、方案論證、系統(tǒng)設(shè)計、結(jié)構(gòu)框圖計、結(jié)構(gòu)框圖12理論分析與計理論分析與計算算測量與控制方法、理論計算測量與控制方法、理論計算13電路與程序設(shè)電路與程序設(shè)計計檢測與驅(qū)動電路設(shè)計、總體電檢測與驅(qū)動電路設(shè)計、總體電路圖、軟件設(shè)計與工作流程圖路圖、軟件設(shè)計與工作流程圖12結(jié)果分析結(jié)果分析創(chuàng)新發(fā)揮、結(jié)果分析創(chuàng)新發(fā)揮、結(jié)果分析8設(shè)計報告結(jié)構(gòu)設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性及規(guī)范性摘要、設(shè)計報告結(jié)構(gòu)、圖表的摘要、設(shè)計報告結(jié)構(gòu)、圖表的規(guī)范性規(guī)范性5總分總分50基本基本要求要求實際制作完成情況實際制作完成情況50發(fā)揮發(fā)揮部分部分完成第（完成第（1）項）項10完成第（完成第（2

32、）項）項15完成第（完成第（3）項）項10完成第（完成第（4）項）項5其他其他10總分總分50 在一白色底板上固定兩個滑輪，兩只電機（固在一白色底板上固定兩個滑輪，兩只電機（固定在板上）通過穿過滑輪的吊繩控制一物體在板定在板上）通過穿過滑輪的吊繩控制一物體在板上運動，運動范圍為上運動，運動范圍為80cm100cm。物體的形狀。物體的形狀不限，質(zhì)量大于不限，質(zhì)量大于100克。物體上固定有淺色畫筆，克。物體上固定有淺色畫筆，以便運動時能在板上畫出運動軌跡。板上標有間以便運動時能在板上畫出運動軌跡。板上標有間距為距為1cm的淺色坐標線（不同于畫筆顏色），左的淺色坐標線（不同于畫筆顏色），左下角為直角

33、坐標原點下角為直角坐標原點, 示意圖如下。示意圖如下。80cm100cm15cm15cm15cm原點15cm二、要求二、要求1、基本要求：、基本要求：（1）控制系統(tǒng)能夠通過鍵盤或其他方式任意設(shè)）控制系統(tǒng)能夠通過鍵盤或其他方式任意設(shè)定坐標點參數(shù)；定坐標點參數(shù)；（2）控制物體在）控制物體在80cm100cm的范圍內(nèi)作自行的范圍內(nèi)作自行設(shè)定的運動，運動軌跡長度不小于設(shè)定的運動，運動軌跡長度不小于100cm，物體，物體在運動時能夠在板上畫出運動軌跡，限在運動時能夠在板上畫出運動軌跡，限300秒內(nèi)秒內(nèi)完成；完成；（3）控制物體作圓心可任意設(shè)定、直徑為）控制物體作圓心可任意設(shè)定、直徑為50cm的圓周運動，限的圓周運動，限300秒內(nèi)完成；秒內(nèi)完成；（4）物體從左下角坐標原點出發(fā)，在）物體從左下角坐標原點出發(fā)，在150秒內(nèi)秒內(nèi)到達設(shè)定的一個坐標點到達設(shè)定的一個坐標點(兩點間直