《电子设计从零开始(第2版)》是在广大读者的帮助与支持下对5年前出版的《电子设计从零开始》一书(目前已经7次印刷)的修订与补充。这5年无论是电子技术还是计算机技术都有了非常大的进步,第一版中的某些内容需要更新,而且笔者这5年来在英国学习的一些心得也对《电子设计从零开始(第2版)》内容的更新产生了积极的影响。
《电子设计从零开始(第2版)》集模拟电路、数字电路、单片机的基础知识和设计技能为一体,把初学电子电路设计所需要掌握的内容表现得淋漓尽致。全书没有过多复杂的计算(只有乘、除法),也没有生涩的大理论,更没有读不懂的过程,只要知道欧姆定律的朋友就可以在《电子设计从零开始(第2版)》的引导下掌握电子电路的设计知识。
《电子设计从零开始(第2版)》适合作为电类本、专科学生全面掌握电子设计基础知识的参考书,也可作为电子爱好者的实例参考用书。
本书是在广大读者的帮助与支持下对5年前出版的《电子设计从零开始》一书的修订与补充。这5年无论是电子技术还是计算机技术都有了非常大的进步,所以第1版中的某些内容显得有些跟不上科技的发展了。另外,笔者这5年来在英国学习的一些心得也对本书内容的更新产生了积极的影响。
一、特色
本书集模拟电路、数字电路、单片机的基础知识和设计技能为一体,把初学电子电路设计所需要掌握的内容表现得淋漓尽致。
全书语言生动活泼、平实易懂。没有过多复杂的计算(只有乘、除法),也没有生涩的大理论,更没有读不懂的过程,只要知道欧姆定律的朋友就可以在本书的引导下掌握电子电路的设计知识。书中插图丰富,力求用图让读者来形象地理解知识及过程,加深印象。
本书特别注重知识的铺垫和循序渐进。电子电路的内容多、难度大,没有基础的朋友一时可能不知道从哪里开始学习、如何开始学习。我们在全面介绍各种电子元器件、电路结构、工艺技巧的同时,按照科学的学习方法设置章节,使电子电路设计的基础知识变成了一粒粒珍珠,交给读者朋友们串起来,既授人以鱼,也授人以渔。
全书浑然一体,章节与章节之间经过精心设计具有紧密的联系。前面章节讲到的一些实例和知识点会被后续章节提到,一些学习过程中自然产生的疑问会在后续章节中得到解答。这样就形成了一个立体式的阅读和学习过程,有利于知识的强化。
二、内容
本书的内容包括模拟电子电路、数字电路基础和单片机应用基础并通过“讲故事”的形式将这3部分内容逐步展开,而且结合电路仿真软件Multisim 2001对许多实例进行了演示和验证。这3大部分内容是我们进行电子系统开发、电子仪器设计的基础。本书着眼于技术的应用,并不苛求计算和过于复杂的理论。
本书每一章几乎都使用了一个实例进行贯穿,实例都是日常生活中经常见到的电子产品中的电路。一章之内把实例中的知识点、设计技巧全面解决,并引出丰富的电子元器件和电路设计知识。
模拟电路是数字电路和单片机应用的基础。第1章从一个光控报警器实例开始,渐渐引入模拟电子电路中常用元器件的知识及它们的应用范例。Multisim作为学习电路的好帮手也在一开始进行了详细的介绍。利用实例结合仿真的方法感受三极管开关在光控报警器中的作用。
第2章通过一个单管收音机带出了电磁波、无线发射等内容,便于读者初步了解收音机电路、无线发射电路的设计方法。第3章中的测谎仪电路带给我们的是电路实验和电子工艺方面的知识,比如如何用万用板和面包板进行实验、电路如何从设计变成制作、印刷电路板如何设计、电源电路如何设计等都结合实例进行讲解。
第4、5章介绍了电路中难但很重要的内容——三极管放大器,其中巧妙地结合实例及仿真介绍了三极管、小信号放大器、功率放大器,最终教会大家如何设计并制作一台多媒体音箱。
第6章利用振荡器来巩固反馈的设计思想,并以几个实用的例子来解答设计中的问题。第7章以运算放大器及其应用为例,揭示在电路设计中使用集成电路原来如此轻松。第8章把传感器和其他常用电子元器件作为设计知识的扩充。
第9章至第11章是数字电路部分,开启了数字电路设计的思考,内容包括逻辑门、布尔代数、组合逻辑、触发器、计数器等。
第12章到第17章都在谈单片机,通过实例学习单片机控制外设的能力。同时也对单片机应用系统开发的过程、单片机结构进行简要介绍。单片机的内容从控制一个发光二极管开始,慢慢深入并逐步介绍I/O口、中断、定时/计时器、串口通信等知识。最后还以设计一个在线温度计为例,对全局的知识进行梳理性应用。
通过对本书的学习,掌握了书中知识后,设计并完成一个综合性较强、具有一定技术含量的电路系统是没有问题的。
三、对象
本书可以作为大学、中专院校开展电子制作和科技创新的参考书,也可作为电子爱好者的实例参考书。在学习过程中如果遇到什么问题,可以访问电路飞翔网(http://www.circuitfly.com),其中有大量翔实的帮助和实验指导。
想进一步学习Multisim仿真和Protel电路设计的朋友可以参考本书的姊妹书《电路设计与仿真——基于Multisim 8与Protel 2004》;想对单片机及实战系统应用设计进行更全面扎实了解的朋友可以参考《51单片机应用从零开始》、《51单片机应用实例详解》等书。
由于水平有限,书中难免有介绍不清楚的地方,欢迎读者发电子邮件(E-mail: Eedesign@163.com)来共同探讨问题和提出意见,也欢迎企业界的朋友向我们推荐好的学习产品作为今后写作的实例。
四、说明
由于本书的电路图使用Altium Designer 6和Multisim 2001软件绘制,其中一些电路符号与国内现行的略有差别。为了读者朋友能对应起来,我们制作了一个简表如下,其中同一栏中的两个电路符号等价,左边的是国内现行的标准,右边的是本书中使用的。
整流二极管发光二极管稳压二极管光电二极管隧道二极管肖特基二极管
五、特别感谢
首先要特别感谢被誉为人类B超之父的英国最高级巴思爵士获得者、英国皇家学会会员、英国皇家工程院院士、英国医学科学院院士、英国加的夫大学特聘教授Peter NT Wells为本书作序。同时感谢他以80岁的高龄依然在为人类的健康、医用超声发展持续贡献。笔者为在博士后期间与他一同工作在超声辅助加速器癌症治疗等课题中感到莫大的荣幸。
另外还要感谢英国帝国勋章获得者、英国皇家物理学家和科学家、英国加的夫大学特聘教授 John P Woodcock对本书诸多内容的精心指导以及对笔者科研、论文的帮助。
本书的完成,得到了英国加的夫大学电子物理医学研究机构首席科学家Len DM Nokes教授的倾力帮助,他在运动损伤的诊断及治疗、超声成像等医学工程研究中给笔者许多有益的思路和具体指导。
本书第1、第2版的问世都与北京交通大学的王玉凤和刘湘黔两位教授的帮助与支持紧密难分。书中的点点滴滴都在他们长达10年的关怀、支持、鼓励下得以沉淀,他们在教书育人、科学研究中倾注的毕生精力为社会创造了平凡而伟大的财富。
还要特别感谢北京交通大学生物医学工程系主任刘杰教授和北京军区总医院计量科主任刘文教授,他们多年来在电子物理医学领域给予笔者长期精心指导,使笔者在诸多生物医学工程项目的合作中迅速成长起来。
本书中许多电路实例、程序设计由北京交通大学的张延强、张铠麟、支瑞聪、刘长焕、王正浩、陈新、昌文婷等几位博士共同完成。本书还得到了赵兴东、赵东旭、傅予嘉、陈伟、胡文锦、何帅、Alqahtani Mahdi、Hamid Bidi的帮助,在此对他们的辛勤付出表示诚挚的谢意。
此外,还要对北京交通大学计算机学院院长韩臻教授、党委书记杨晓晖教授、党委副书记余亚光教授给予的支持与帮助表示极大的感谢。另外对物理系的成正维、牛原、杨甦、蔡天芳、滕永平等几位教授和“关工委”的岳兆宏教授表示最崇高的敬意。
另外,还要感谢英国加的夫大学临床医院的Dr. Neil Pugh和Dr. Declan Coleman、伦敦帝国理工学院的Dr. Roy Clement、伦敦玛丽女皇学院的Dr. Deric Jones和Dr. Hazel Screen等的帮助。
特别要感谢深圳职业技术学院副校长温希东教授对本书内容的指导和肯定。还要感谢宋荣、贾方亮老师在具体电路、设计思路上给予的大力帮助。
还要由衷地感谢剑桥大学的Dr. Dong F Liang和Dr. Xiao L Wang夫妇的帮助;并对《电子制作》、《电子测试》、《家庭影院技术》和《家电维修》杂志社的总编陈忠、社长陈晓筱、副主编杨来英、编务王雪珍等老师表示最大的感谢;此外还要感激清华大学的韦思健教授和中国科学技术大学的赵文教授及夫人对内容的指导;还要对北京城市学院的汪仁里老师及其夫人表示感谢。同时对本书提供了许多宝贵建议的科学出版社的王淑兰老师表示感谢。
当然还要感谢梁丽丽、张晟、周萍、赵少云和雷丽明几位老师,他们对笔者的成长起了至关重要的作用。
最后,要感谢我的父母和祖父母等家人,他们多年来养育了我;另外还要感谢挚友崔捷10多年来给予的莫大帮助。
杨 欣
Cardiff University
United Kingdom
2010年5月
第1章 走进电子技术
1.1 从一个光控报警器的例子开始
1.1.1 电池
1.1.2 电阻器
1.1.3 光敏电阻
1.1.4 电位器
1.1.5 开关
1.1.6 第一次电路分析
1.2 利用计算机学习电子电路
1.2.1 Multisim 2001登场
1.2.2 打开、新建和保存
1.2.3 元器件栏和虚拟仪器栏
1.2.4 绘制第一张电路图
1.2.5 用Multisim 2001进行简单分析
1.3 探索半导体器件
1.3.1 二极管
1.3.2 三极管
1.4 例子的最终分析
1.4.1 蜂鸣器
1.4.2 第一个三极管
1.4.3 第二个三极管
1.4.4 “合适”的偏置电压
1.4.5 例子的扩展
第2章 收音机里蕴含的知识
第3章 制作第一件电子作品
第4章 从扩音机中学小信号放大器
第5章 从多媒体音箱中看功率放大器
第6章 振荡器的丰富多彩
第7章 集成电路ABC
第8章 传感器及其他器件
第9章 数字启航
第10章 逻辑门的应用
第11章 翻转与计数
第12章 单片机就在我们身边
第13章 单片机和LED
第14章 给单片机下命令
第15章 跑马灯
第16章 秒表与时钟
第17章 在线温度计
附录
参考文献