電子系統(tǒng)設計期末復習 (1)

1、電子系統(tǒng)設計期末復習一、填空題（每空1分，共20分）二、單項選擇題（每小題2分，共20分）三、簡答題（4小題，每小題8分，共32分）四、設計題（共2小題，共28分）第1、2、3、4、6章選擇填空第5和8章簡答題信號的疊加與分離實驗和第9章設計題第1，2章 概述與開發(fā)工具l 什么是電子系統(tǒng)？（是。的載體）電子系統(tǒng)是能夠產生、傳輸、處理電信號和信息的客觀載體。l 電子系統(tǒng)的組成與構成。電子系統(tǒng)由采集電路、輸出電路、信號處理、數據通信、電源供電等五大部分組成。從結構上看，電子系統(tǒng)又分為元件級、部件級、子系統(tǒng)級和系統(tǒng)級。l 電子系統(tǒng)的設計步驟1.設計方案；2.方案設計論證；3.結構設計和結構測試；4.

2、電路設計（a.硬件電路設計；b.軟件設計）；5.軟、硬件調試。l 電子系統(tǒng)設計中，常用的仿真軟件有哪些？了解它們的主要作用。Protues:單片機仿真軟件Tina和FilterPro(濾波器設計軟件):TI的模擬電路設計軟件EBENCH Designer：開關穩(wěn)壓電源設計軟件Protel99se:電路板設計軟件第3章 人機界面l 電子系統(tǒng)中，常用的輸入、輸出設備有哪些？輸入設備：鍵盤、觸摸屏、傳感器、開關、麥克風輸出設備：數碼管、LED顯示、字符LCD、LCMl 了解觸摸屏的作用及工作原理。作用：實現按鍵功能，可實現按鍵無法實現的使用效果，可以最大限度地節(jié)省單片機的引腳資源。工作原理：P42第

3、4章 信號采集l 常用的溫度測量元件有哪些？了解它們的優(yōu)缺點。熱電偶溫度傳感器、鉑電阻溫度傳感器、集成溫度傳感器金屬鉑(Pt)的電阻值隨溫度變化而變化，并且具有很好的重現性和穩(wěn)定性，利用鉑的這種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器，通常使用的鉑電阻溫度傳感器零度阻值為100 (Pt100)，電阻變化率為0.3851 /。 鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)(-200650)最常用的一種溫度檢測器，不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成各種標準溫度計供計量和校準使用。l 了解壓力傳感器的作用。壓力和壓差是工業(yè)生產中常見的過程參數之一。在許多場合需要直接測量、控制一些壓力

4、參數，如鍋爐的氣包壓力、煙道壓力、爐膛壓力，化學生產中的反應釜壓力、加熱爐壓力等。此外，還有一些不易直接測量的參數，如液位、流量等，在各類工業(yè)生產中可以通過壓力和差壓進行間接測量。在國際單位制和我國法定計量單位中，壓力的單位采用牛頓/米2(N/m2)，通常稱為帕斯卡，簡稱帕(Pa)。其他在工程上使用的壓力單位還有工程大氣壓(at)、標準大氣壓、毫米汞柱(mmHg)、Bar(巴)和毫米水柱(mmH2O)等單位。l 了解電壓檢測和電流檢測的方法。電子測量中最易實現的就是電壓測量，只需將電壓信號輸入A/D轉換器即可得到其數字量值。但在某一些場合，如需要高壓隔離測量場合就需充分考慮其安全性，常見的高壓

5、測量方式有壓頻轉換測量法和高阻抗運放隔離測量法。在電路設計中電流測量應用十分普遍。測量中，電表用來進行電流的測量；保護中，電流往往與功率形成直接的關系，如果電流過大代表系統(tǒng)中有短路情況出現而需要保護；控制中，如馬達控制、電池充放電等都需要電流測量。測量電流的方法一般分成直接式和間接式兩種。直接式用于測量相對較小的電流以及電壓不高的情況；間接式不帶有任何導電關系，因此可用于測量相對較大的電流以及相對較高的電壓。l 了解霍爾傳感器的分類和主要作用。 1、線性型霍爾傳感器輸出電壓與外磁場強度呈線性關系，通常用于檢測磁場強度。2、開關型霍爾傳感器（高/低電平輸出）應用：轉速測量l 了解信號采集用到的主

6、要芯片。溫度DS18S20、壓頻轉換器LM231、LM331、TC9401、AD654、霍爾傳感器ACS712、LD441A第5章 信號處理基于集成運放的放大電路設計（復印部分）l 掌握放大器的放大倍數與dB的關系。20lgK=NdB (K為放大倍數)l 掌握同相放大器、反相放大器、跟隨器、加法器的基本電路、放大倍數和特點。信號如何疊加？加法電路l 理解集成運放的主要參數，特別是GBW、SR。SR的公式，會計算SR。帶寬與增益是何關系？開環(huán)帶寬BW(或-3dB帶寬)和單位增益帶寬GBW （帶寬的選擇一般擴大10-100倍） GBW=ft=A0fb A0增益 fb帶寬 SR=2Vomax(p-p

7、)fp(max)(Vomax(p-p):輸出最大電壓，峰峰值即幅值的兩倍。fp(max)：運放滿程輸出時能達到的最大帶寬）l 選擇運放時主要應考慮的運放參數有哪些？（4點） 供電電源電壓。根據運放輸出電壓范圍，選擇運放電源電壓。 帶寬。小信號（VPP<1V）時，考慮運放的增益帶寬積GBW。 轉換速率。大幅信號輸出時應考慮運放的壓擺率SR。 精度。雖然失調電壓可以通過外部電路校正，但選用失調電壓較小的運放可以降低設計難度。l 給出一運放的幅頻特性圖，會判斷該運放的GBW、放大倍數、以及在某放大倍數下的帶寬。 l 多級運放的放大倍數、 dB數的計算。例：電壓增益為40dB,即100倍。三級運

8、放（20lgK=NdB (K為放大倍數)，每級放大倍數相近）Vi由芯片A構成第一級放大倍數5Vo由芯片A構成第二級放大倍數5由芯片B構成輸出級放大倍數4 l 無源濾波器和有源濾波器分別由哪些元件組成？它們各有何特點？無源濾波器由電阻R、電容C、電感L組成，特點：設計簡便，但通帶為低頻時，L體積和重量大；濾波效果不理想，邊沿不陡；帶載能力差；不能對信號放大。有源濾波器由運算放大器、電阻R、電容C組成，特點：濾波效果好；帶載能力強（運放輸出阻抗低）；能提供一定增益，但設計較復雜，成本較高。l Butterworth（巴特沃斯濾波器）、Chebyshev（切比雪夫濾波器）、Bessel（貝塞爾濾波器

9、）和高斯濾波器有何特點（區(qū)別）。 1.Bessel（貝塞爾濾波器）擁有最平坦的通頻帶和最緩的截止速率。2.Chebyshev（切比雪夫濾波器）擁有最陡的截止速率，但通頻帶起伏較大。3.Butterworth（巴特沃斯濾波器）的性能為前兩者的折中，性能方面沒有明顯的缺點，得到廣泛應用。 4. 高斯濾波器：l 有源濾波器設計考慮的原則是什么？ 電路類型選擇 MFB型和Sallen-Key各有優(yōu)缺點，根據實際選用。設計通帶較寬的帶通濾波器時，可用低通和高通合成，這樣比帶通濾波器好。 階數選擇 階數越高，幅頻特性曲線越接近理想濾波器。 運放的要求 輸入信號較?。ㄈ?lt;10mV）時，應選用低漂移（V

10、OS）運放。 GBW>100×Gain×fc 壓擺率SR>2×VOPP×fc （VOPP為輸出信號電壓峰峰值）l MFB和SALLEN-KEY兩種有源濾波器電路類型各有何特點？ 1.無限增益多重反饋濾波器(MFB)電路 反相濾波器 優(yōu)點：Q值、截止頻率對元器件改變的敏感度較低，增益大 缺點：輸入阻抗低，增益精度不高2.電壓控制電壓源（Sallen-Key）電路 同相濾波器 優(yōu)點：輸入阻抗高，增益精度高（增益設置與濾波電阻電容無關） 缺點：增益有限（一般地，二階時，放大倍數<3）l 無源濾波器的設計，即如何從疊加信號中分離出有用的信號。1

11、.無源濾波器 設計一帶寬為100Hz40kHz的RC濾波器 w0=2f0 f0=12RC 計算式假設R=1K（比較好算），1F1000000F，1F=1000nF=1000000pF2.有源濾波器用FilterPro設計第5章 信號處理 PID及常用算法l PID分別指的是什么？什么是PID控制器（PID算法）？其控制系統(tǒng)原理框圖是什么？1. 比例(P)、積分(I)和微分(D)2. 它將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制，故稱PID控制器。3.l 各校正環(huán)節(jié)（分量）的主要作用是什么？比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產生，控制器立

12、即產生控制作用，以減小偏差。積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數，越大，積分作用越弱，反之則越強。微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間。l 單片機中常用的算法有哪些？了解它們的基本工作原理。PID算法、均值濾波算法、中值濾波算法、3置信區(qū)間處理算法、CRC(循環(huán)冗余)校驗、LRC校驗第6章 數據通信l 常用的有線通信有哪些？無線通信有哪些？有線通信主要有RS-232、USB、M_BUS、CAN等無線通信主要有紅外、藍牙、ZigBee等l RS-

13、232通信、RS-485通信、紅外通信的特點（如通信距離等）分別是什么？RS-232通信：雙工發(fā)送器/接收器電路芯片，雙機通信距離在1.515m之間RS-485通信：抗干擾能力強、傳輸距離遠、速率高。如果采用雙絞線傳輸信號，最大傳輸速率為10 Mb/s，傳輸距離為15 m；如果最大傳輸速率為100 kb/s，則可以傳輸1200 m；如果最大傳輸速率為9600 b/s，則傳輸距離可達1500 m。紅外通信：當前紅外通信距離最長為3 m，接收角度為30°，成本低廉和廣泛的兼容性等。第8章 系統(tǒng)供電線性穩(wěn)壓器l 穩(wěn)壓器可分為哪兩類？電源穩(wěn)壓器可分為線性穩(wěn)壓器和開關升壓降壓穩(wěn)壓器。l 直流穩(wěn)

14、壓電源的主要技術指標有哪些？ （1）、最大輸出電流Iomax（2）、輸出電壓VO（3）、紋波電壓。是指疊加在VO上的交流分量，其峰峰值VOPP一般為mV級。通常用示波器測其峰峰值或交用流電壓表測其有效值。（4）、電壓調整率。是指在負載和溫度恒定的條件下，輸入電壓變化時，引起輸出電壓的相對變化。（5）、負載調整率。是指負載電流從零變到最大時，輸出電壓的相對變化。（6）、輸出電阻。（7）、轉換效率。是指輸出功率與輸入功率比值的百分比。 (PO/Pi)*100% l 掌握7805、LM317的典型工作電路，輸出電壓與輸入電壓的關系，外圍元器件的作用等。7805芯片輸出的電壓為+5VC1為穩(wěn)壓器輸入側

15、的濾波電容，其作用是將整流橋輸出的直流脈動電壓轉換成紋波較小的直流電壓。C2、C3作用是減小紋波、消振、抑制高頻脈沖的干擾，可采用0.1-0.47uf的陶瓷電容。C4為穩(wěn)壓器輸出側的濾波電容，起到減少紋波的作用，一般電容值選取47-470uf在要求電壓可調的應用中，LM317具有極好的性能，而且它的輸出電流又可達到1.5 A，輸出電壓在1.2 V37 V之間連續(xù)可調，所以就不需要儲備許多固定電壓穩(wěn)壓器。Vo=1.25×(1+RP1Ri)1.25是集成穩(wěn)壓塊輸出端和調整端之間的固有參考電壓VREF此電壓加于給定電阻R1兩端，將產生一個恒定電流通過輸出電壓調節(jié)器RP1。電阻R1常取120

16、210, RP1一般為精密電位器。與其并聯的電容C2可進一步減小輸出電壓的紋波。二極管D的作用是防止輸出端短路時，C2上的電壓損壞穩(wěn)壓塊。l 理解BUCK電路和BOOST電路的工作原理（何時充放電？充放電的電流方向，輸入電壓與輸出電壓的關系等）。1、降壓型DC/DC變換電路（Buck） VO=qVi ，qvB占空比 D續(xù)流二極管2、升壓型DC/DC變換電路（Boost） VO=Vi/(1-q) ，qvB占空比l 鋰離子電池有何優(yōu)點？鋰離子電池充電要注意哪些事項？優(yōu)點：工作電壓高、體積小、質量輕、能量高、無記憶效應、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長在充電時需要注意如下事項：(1) 對鋰電池需要進行熱

17、保護，防止發(fā)熱太大而損害鋰電池；(2) 鋰電池充電需要嚴格控制充電電壓和充電電流；(3) 為了有效利用電池容量，需將鋰電池充電至最大電壓；(4) 防止過壓充電，過壓充電對鋰電池有損害，嚴重影響電池壽命；(5) 充電結束后應及時關斷電源。l BQ24025充電可分為幾個階段？依次是什么？分為四個階段：預充階段、恒流充電階段、恒壓充電階段和充電終止判斷。l 電子系統(tǒng)中的電源監(jiān)控芯片SP809的主要作用是什么？SP809是一種單一功能的微處理器復位芯片，用于監(jiān)控微控制器和其他邏輯系統(tǒng)的電源電壓。它可以在上電、掉電和節(jié)電情況下向微控制器提供復位信號。當電源電壓低于預設的門檻電壓時，器件會發(fā)出復位信號，

18、在電源電壓恢復到高于門檻電壓一段時間(230 ms典型值)后，這個復位信號才會結束。l 線性穩(wěn)壓器和開關型穩(wěn)壓器的優(yōu)缺點分別是什么？線性穩(wěn)壓器其特點優(yōu)點是：電路簡單，輸出電壓比輸入電壓低，輸出紋波小，工作產生的噪聲低；缺點：發(fā)熱量大，效率低，體積大。開關型穩(wěn)壓器優(yōu)點：功耗小，效率高。體積小，重量輕。穩(wěn)壓范圍寬。實現穩(wěn)壓方法多，濾波的效率高，電路形式靈活多樣。缺點：存在較為嚴重的開關干擾，電路結構復雜，故障率高，維修麻煩。，開關穩(wěn)壓電源推廣應用比較困難的主要原因就是它的制作技術難度大、維修麻煩和造價成本較高 。第9章 系統(tǒng)設計l 給出一個電子系統(tǒng)，會畫出該系統(tǒng)的結構框圖，會畫出主程序的流程圖。（

19、注意畫圖的規(guī)范）設計題1 溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)現有一個溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由若干個無線檢測節(jié)點和一個監(jiān)測終端組成，檢測節(jié)點可以檢測環(huán)境的溫濕度，并通過無線模塊將數據發(fā)送；監(jiān)測終端通過無線模塊接收各節(jié)點發(fā)來的信息，在LCD上顯示各節(jié)點的溫濕度，并能將相關的信息通過RS232接口上傳給上位機（個人電腦）。請畫出該監(jiān)測系統(tǒng)的結構框圖并畫出檢測節(jié)點的主程序流程圖。設計題2信號的疊加與分離實驗目的1、理解信號疊加與分離的工作原理。2、掌握利用集成運放加法器進行信號疊加與采用RC無源濾波器進行信號分離的電路設計與測試方法。3、進一步熟悉TINA的使用方法。任務與要求設計一個電路，實現下圖所示的功能。已知vG1是一個振