现代电子系统设计与实践李正军 Proteus Multisim FPGA 电子电路传感器设计微控制器_李正军_9787111788881

本书详细讲述了电子电路设计所需掌握的相关内容，涵盖模拟电路、数字电路、通信技术、传感器、微控制器、FPGA的基础知识和设计实例。书中讲述了多种电子电路、微控制器和FPGA仿真与开发工具，并给出了详细的软硬件应用实例，还讲述了国产Wi-Fi MCU芯片及其应用。全书共分10章，主要内容包括：绪论、电子制作与常用工具、基本电子元器件、串行通信与无线网络、电子电路仿真软件Multisim、集成运算放大器的应用与Multisim仿真、传感器与电路设计、数字电路、电路设计与数字仿真软件Proteus及其应用、FPGA可编程逻辑器件及其应用。全书内容丰富，体系完整，结构合理，理论与实践相结合，尤其注重工程应用。本书可作为高等院校各类自动化、机器人、自动检测、机电一体化、人工智能、电子与电气工程、计算机应用、信息工程、物联网等相关专业的本、专科学生及研究生的电子竞赛、科技创新的参考书，也可作为电子系统和嵌入式系统开发工程技术人员的参考用书。

前言随着电子技术的飞速发展，电子系统设计越来越复杂，难度越来越大，要求设计者要掌握多门知识。本书集模拟电路、数字电路、通信技术、传感器、微控制器、现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）的基础知识和设计技能于一体，为初学电子电路设计的读者构建完整知识体系。通过本书的学习，读者可以全面掌握电子系统设计的核心方法和实用技术。全书内容没有过多复杂的计算，也没有生涩的理论，只要知道欧姆定律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，力求让读者形象地理解知识及过程。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，没有基础一时可能不知道从哪里开始学习以及如何开始学习。本书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。本书讲述了多种电子电路、微控制器和FPGA仿真与开发工具，并给出了详细的软硬件应用实例。仿真与开发工具介绍如下：（1）电子电路仿真软件Multisim 14.0 Multisim 14.0是NI公司推出的PC端电子技术综合应用的仿真工具，秉承把实验室装进PC中，软件就是仪器的理念，集电子电路原理分析、设计与虚拟仿真于一体，在系统建模和电子仿真、科学工程设计及应用系统开发等方面有着广泛的应用。该软件也是高校电子技术教学的首选工具之一。（2）电子电路和微控制器仿真软件Proteus Proteus是英国Labcenter公司研发的电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）软件，具有二十余年的发展历程，功能完善且易用性强，广泛应用于高校教学与工业设计。（3）FPGA开发软件Quartus Ⅱ 一个完整的FPGA开发环境主要包括运行于PC上的FPGA开发工具、编程器或编程电缆、FPGA开发板。Altera公司的开发工具包括早先版本的MAX＋plus Ⅱ、Quartus Ⅱ以及目前推广的 Quartus Prime。Quartus Prime支持绝大部分Altera公司的产品，集成了全面的开发工具、丰富的宏功能库和IP核，因此该公司的PLD产品获得了广泛的应用。本书共分10章。第1章讲述电子系统和嵌入式系统，包括电子系统设计概念、电子系统的分类与组成、电子系统设计方法、EDA设计流程、电子系统开发流程、电子系统设计应考虑的主要因素、嵌入式系统概述、嵌入式系统的组成、嵌入式系统的软件、嵌入式系统的应用领域；第2章讲述电子制作与常用工具，包括电子制作概述、电子制作常用工具、电子制作装配技术、电子制作调试与故障排查；第3章讲述基本电子元器件，包括电阻器的简单识别与型号命名法、电容器的简单识别与型号命名法、电感器的简单识别与型号命名法、半导体器件的简单识别与型号命名法、半导体集成电路的型号命名法；第4章讲述串行通信与无线网络，包括串行通信基础、RS-232C串行通信接口、RS-485串行通信接口、蓝牙通信技术、ZigBee无线传感器网络、W601 Wi-Fi MCU芯片及其应用实例；第5章讲述电子电路仿真软件Multisim，包括Multisim软件简介、Multisim基本功能和主要特点、Multisim的安装、Multisim的基本界面；第6章讲述集成运算放大器的应用与Multisim仿真，包括运算放大器的模型、集成运算放大器、集成运算放大器的线性应用电路设计基础、实验电路的设计与测试、集成电压比较器和实验电路的设计与测试；第7章讲述传感器与电路设计，包括传感器概述、常见的模拟传感器电路、常见的数字传感器电路；第8章讲述数字电路，包括基本逻辑门电路、数字电路设计步骤及方法；第9章讲述电路设计与数字仿真软件Proteus及其应用，包括EDA技术概述、Proteus 8体系结构及特点、Proteus 8的启动和退出、Proteus 8窗口操作、Schematic Capture窗口、Schematic Capture电路设计、STM32F103驱动LED灯仿真实例；第10章讲述FPGA可编程逻辑器件及其应用，包括可编程逻辑器件概述、FPGA的内部结构、FPGA的生产厂商、Intel公司的FPGA、FPGA的应用领域、FPGA开发工具、基于FPGA的开发流程、Verilog HDL、FPGA开发板、Quartus Ⅱ软件的安装、Quartus Ⅱ软件的应用实例。为方便读者对照阅读和理解，本书仿真图中的图形符号均保留软件所生成的图形。本书结合编者多年的科研和教学经验，遵循循序渐进、理论与实践并重、共性与个性兼顾的原则，将理论实践一体化的教学方式融入其中。对本书中所引用参考文献的作者，在此一并表示真诚的感谢。由于编者水平有限，书中错误和不妥之处在所难免，敬请广大读者不吝指正。编者

前言第1章绪论 11.1 电子系统设计概念 11.2 电子系统的分类与组成 21.3 电子系统设计方法 61.3.1 自底向上设计方法 61.3.2 自顶向下设计方法 71.3.3 数模混合电子系统和模拟电子系统的设计方法 91.3.4 电子系统设计自动化 101.4 EDA设计流程 101.4.1 EDA设计输入 101.4.2 EDA设计综合 111.4.3 EDA设计仿真 121.5 电子系统开发流程 121.6 电子系统设计应考虑的主要因素 141.7 嵌入式系统 161.7.1 嵌入式系统的定义 161.7.2 嵌入式系统与通用计算机系统的比较 171.7.3 嵌入式系统的特点 171.8 嵌入式系统的组成 191.9 嵌入式系统的软件 191.9.1 无操作系统的嵌入式软件 201.9.2 带操作系统的嵌入式软件 201.9.3 典型的嵌入式操作系统 201.10 嵌入式系统的应用领域 23习题 24第2章电子制作与常用工具 252.1 电子制作概述 252.1.1 电子制作基本概念 252.1.2 电子制作基本流程 252.2 电子制作常用工具 282.2.1 板件加工工具 282.2.2 焊接工具 302.2.3 验电笔 332.2.4 万用表 332.2.5 示波器 352.2.6 信号源 352.2.7 逻辑分析仪 362.2.8 晶体管特性图示仪 392.2.9 其他工具与材料 402.3 电子制作装配技术 412.3.1 电子元器件的安装 412.3.2 机械装配、整机连线和束线 442.4 电子制作调试与故障排查 462.4.1 电子制作测量 462.4.2 电子制作调试 472.4.3 调试过程中的常见故障 502.4.4 调试过程中的故障排查法 51习题 52第3章基本电子元器件 533.1 电阻器的简单识别与型号命名法 533.1.1 电阻器的分类 533.1.2 电阻器的型号命名法 553.1.3 电阻器的主要性能指标 553.1.4 电阻器的简单测试 573.1.5 选用电阻器常识 583.1.6 电阻器和电位器选用原则 583.2 电容器的简单识别与型号命名法 593.2.1 电容器的分类 593.2.2 电容器的型号命名法 603.2.3 电容器的主要性能指标 613.2.4 电容器质量优劣的简单测试 623.2.5 选用电容器常识 623.3 电感器的简单识别与型号命名法 633.3.1 电感器的分类 633.3.2 电感器的型号命名法 643.3.3 电感器的主要性能指标 653.3.4 电感器的简单测试 653.3.5 选用电感器常识 653.4 半导体器件的简单识别与型号命名法 653.4.1 半导体器件的型号命名法 663.4.2 二极管的识别与简单测试 683.4.3 晶体管的识别与简单测试 703.5 半导体集成电路的型号命名法 723.5.1 集成电路的型号命名法 733.5.2 集成电路的分类 733.5.3 集成电路的生产商和封装形式 74习题 76第4章串行通信与无线网络 774.1 串行通信基础 774.1.1 串行异步通信数据格式 774.1.2 差错检验 784.2 RS-232C串行通信接口 784.2.1 RS-232C端子 784.2.2 通信接口的连接 794.2.3 RS-232C电平转换器 804.3 RS-485串行通信接口 814.3.1 RS-485接口标准 814.3.2 RS-485收发器 824.3.3 应用电路 824.3.4 RS-485网络互联 834.4 蓝牙通信技术 854.4.1 蓝牙通信技术的发展 854.4.2 无线多协议SoC芯片 894.4.3 nRF5340简介 894.4.4 nRF5340的开发工具 904.4.5 低功耗蓝牙芯片nRF51822及其应用电路 914.5 ZigBee无线传感器网络 924.5.1 ZigBee无线传感器网络通信标准 924.5.2 ZigBee开发技术 944.6 W601 Wi-Fi MCU芯片及其应用实例 964.6.1 W601/W800/W801/W861概述 964.6.2 ALIENTEK W601开发板 994.6.3 W601 LED灯硬件设计 100习题 102第5章电子电路仿真软件Multisim 1035.1 Multisim软件简介 1035.2 Multisim基本功能和主要特点 1045.3 Multisim的安装 1055.4 Multisim的基本界面 107习题 118第6章集成运算放大器的应用与Multisim仿真 1196.1 运算放大器的模型 1196.1.1 理想运算放大器模型 1206.1.2 实际运算放大器模型 1206.2 集成运算放大器 1226.2.1 集成运算放大器的主要技术参数 1236.2.2 使用集成运算放大器需要注意的几个问题 1236.3 集成运算放大器的线性应用电路设计基础 1246.3.1 反相放大电路 1246.3.2 同相放大电路 1256.3.3 电压跟随器 1266.3.4 求差电路 1266.3.5 积分运算电路 1276.3.6 微分运算电路 1286.4 实验电路的设计与测试 1286.4.1 反相放大电路的设计与实现 1286.4.2 反相加法电路的设计与实现 1316.4.3 同相放大电路的设计与实现 1326.4.4 求差电路的设计与实现 1336.4.5 积分运算电路的设计与实现 1346.4.6 微分运算电路的设计与实现 1356.5 集成电压比较器 1366.5.1 双电压比较器LM393 1376.5.2 四电压比较器LM339 1376.6 实验电路的设计与测试 1386.6.1 RC桥式正弦波振荡电路的设计与测试 1386.6.2 迟滞电压比较器的设计与测试 1406.6.3 窗口电压比较器的设计与测试 141习题 142第7章传感器与电路设计 1437.1 传感器概述 1437.1.1 传感器的定义、分类及构成 1457.1.2 传感器的基本性能 1467.1.3 传感器的应用领域 1477.2 常见的模拟传感器电路 1487.2.1 温度传感器 1487.2.2 流量传感器 1537.2.3 热释电红外传感器 1557.2.4 位移传感器 1567.2.5 PM2.5传感器 1577.2.6 红外传感器 1577.2.7 气体传感器 1597.2.8 压力传感器 1607.3 常见的数字传感器电路 1617.3.1 数字式气流传感器 1617.3.2 数字摄像头电路 1637.3.3 数字电感传感器LDC1314 1677.3.4 数字电容传感器FDC2214 1697.3.5 数字温湿度传感器 1717.3.6 数字加速度与陀螺仪传感器 1747.3.7 加速度传感器 175习题 177第8章数字电路 1788.1 基本逻辑门电路 1788.1.1 与门 1788.1.2 或门 1808.1.3 非门 1818.1.4 74HC/LS/HCT/F系列芯片的区别 1828.1.5 布尔代数运算法则 1838.2 数字电路设计步骤及方法 1838.2.1 数字电路的设计步骤 1838.2.2 数字电路的设计方法 185习题 185第9章电路设计与数字仿真软件Proteus及其应用 1869.1 EDA技术概述 1869.2 Proteus 8体系结构及特点 1889.2.1 Proteus VSM的主要功能 1899.2.2 Proteus PCB 1919.2.3 嵌入式微处理器交互式仿真 1919.3 Proteus 8的启动和退出 1919.4 Proteus 8窗口操作 1929.4.1 主菜单栏 1929.4.2 主工具栏 1949.4.3 主页 1949.5 Schematic Capture 窗口 2009.6 Schematic Capture 电路设计 2009.7 STM32F103驱动LED灯仿真实例 2019.7.1 实例描述 2019.7.2 硬件绘制 2019.7.3 STM32CubeMX配置工程 2039.7.4 编写用户代码 2099.7.5 仿真结果 2109.7.6 代码分析 211习题 213第10章 FPGA可编程逻辑器件及其应用 21410.1 可编程逻辑器件概述 21410.1.1 可编程逻辑器件的发展历史 21410.1.2 不同类别的可编程逻辑器件 21510.1.3 IP核 21710.2 FPGA的内部结构 21710.3 FPGA的生产厂商 21910.3.1 Xilinx 22010.3.2 Altera 22010.4 Intel 公司的FPGA 22010.4.1 Cyclone 系列 22110.4.2 Cyclone Ⅳ系列芯片 22110.4.3 配置芯片 22210.5 FPGA的应用领域 22210.6 FPGA开发工具 22410.7 基于FPGA的开发流程 22410.7.1 FPGA设计方法概论 22410.7.2 典型FPGA开发流程 22510.7.3 FPGA的配置 22610.7.4 基于FPGA的SoC设计方法 22710.8 Verilog HDL 22810.8.1 Verilog HDL概述 22810.8.2 Verilog编程基础 22910.8.3 Verilog 程序框架 23310.9 FPGA开发板 23510.10 Quartus Ⅱ软件的安装 23610.11 Quartus Ⅱ软件的应用实例 23810.11.1 LED灯硬件设计 23910.11.2 LED灯程序设计 240习题 263参考文献 264

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