電子系統(tǒng)設計復習題級已整理補充

文中：橘黃色字體的資料是我補充的電子系統(tǒng)設計（電子）復習題第一章、電子系統(tǒng)設計基礎1、電子系統(tǒng)的定義是什么？電子系統(tǒng)主要是指多個電子源器件或功能模塊組成，能實現較復雜的應用功能的客觀實體2、什么是Top－Down設計，有何優(yōu)點（P2）？ 自頂向下設計，由系統(tǒng)級設計開始，根據系統(tǒng)所描述的該系統(tǒng)應具備的各項功能，將系統(tǒng)劃分為單一功能的子系統(tǒng)，在根據子系統(tǒng)功能劃分各部件，完成部件設計后，最后才是單元電路和元件級設計。（系統(tǒng)—>子系統(tǒng)—>部件—>元件）優(yōu)點：避開具體細節(jié)，有利于抓住主要矛盾。適用于大型、復雜的系統(tǒng)設計。第二章、常用電子元器件的應用1、數字電位器的基本工作原理是什么（P16）？一般有數字控制電路，存儲器，和RDAC電路組成，主要功能是將輸入的控制信號進行處理后控制RDAC，非易失性存儲器存儲控制信號和電位器的抽頭位置。RDAC是一種特殊的DA轉的是電阻值，電阻越多，分辨率越高，電阻的兩端分別姐模擬開關的一端，二模擬開關的另一端連接在構成數字電位器的輸出端，由譯碼器輸出端控制模擬開關的通斷實現活動抽頭位置的變化，模擬開關數為電阻數加1.4、畫出實際電容器的高頻等效電路圖，為何PCB去耦電容要用大小電容組合的結構（第2章常用電子元器件的應用_2P5）？百度文庫：PCB板去耦電容合理配置電容的容值越大它的諧振頻率就越低。所以一般，我們在PCB的電源分配處使用10uF~100uF的大容值的電解電容，來濾除20Mhz以上高頻噪聲。而在集成電路芯片IC處放0.01uF的小容值的陶瓷電容，使IC穩(wěn)定工作在7Mhz下。6、表貼電阻0805、1206、1210各表示什么含義（教材P55）？貼片元件的尺寸大小，單位英寸1英寸=25.4mm例：表貼電阻0805表示：長0.08英寸寬0.05英寸0805：長：2寬：1.25高：1.251206：長：3.2寬：1.6高：1.257、畫出光電耦合器的等效電路圖，簡要說明其工作原理和應用（教材P61）。工作原理：光電耦合輸入端加電信號是發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上，因光電效應產生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現了點光電的特性轉換。應用：傳輸開關信號和二次測晶體管工作于截止和飽和兩種狀態(tài)；用于晶閘輸出的設計，還有輸入端（一次側）設計8、畫出普通繼電器接成自鎖的電路原理圖，舉例說明其應用（補充）。什么是繼電器的自鎖電路：繼電器的線圈是接在輔助電路中的.繼電器的副觸頭(常開)要和給線圈通電的啟動開關并聯(lián).當開關按下時,線圈通電,常開閉合,常閉斷開.當你松開啟動開關的時候,由于電流從與開關并聯(lián)的副觸頭進入線圈,使得線圈能夠繼續(xù)有電流通過,從而實現了自鎖功能.（即不管啟動開關的狀態(tài)如何，都沒有辦法改變繼電器電路的通斷狀態(tài)）10、數字電路電平接口應該遵循什么規(guī)則（補充）？如何簡單使5V電平標準與3.3V電平標準互相接口，估算限流電阻的阻值（第2章常用電子元器件的應用_1P8、9）？總的來說：驅動門的驅動強度處于負載門的驅動門限內（最小值與最大值之間）。R1=5V/135mA=37Ω,一般R1降20%左右，得R1為30Ω第三章、模擬電路與系統(tǒng)設計1、如何根據運放的特點和誤差來源、功率等因素選擇運放外圍電阻？(第三章課件，知道誤差公式P24)（1）電阻太大，功耗大，電阻太小，誤差大（2）從熱噪聲的角度，反饋電阻應該盡量小，但阻值過小會使反相輸入放大電路的輸入電阻降低，通常為千歐級（3）誤差公式：當時，可以消除偏置電流引起的誤差。2、識別濾波器幅頻特性曲線中的通帶，阻帶，通帶衰減，阻帶衰減，通帶。紋波，阻帶紋波。如何根據給定的指標確定濾波器的參數，課件“第三章_模擬電路設計_2”P17頁的實例。通帶與阻帶通帶紋波實例：某錄音系統(tǒng)要求設計抗混疊濾波器：通帶截至頻率8KHz，衰減3dB。系統(tǒng)采用12bits編碼。為了降低濾波器的階數，采樣頻率為100KHz。要求在相位和衰減之間取得折衷。參數轉換：3dB截止頻率8kHz。12bits編碼，量化信噪比為12×6.02=72.24dB根據采樣定理，于50kHz處衰減72dB就不會發(fā)生混疊。采用巴特沃斯濾波器，在相位和衰減之間取得折衷。4、寫出單位增益KRC有源低通濾波器的電路示意圖及f0、Q值的表達式。如何根據給定截止頻率設計該濾波器？百度文庫：有源濾波器的設計f0=1/(2*pi*R*C)Q=f0/B5、分析課件“第三章_模擬電路設計_1”第43頁和第46頁電路輸入輸出的關系，說明電路的作用。電壓－電流轉換器精密整流器7、什么是LDO器件，它有何特點（教材P157）？百度百科：LDO傳統(tǒng)的穩(wěn)壓器件是78XX和79XX系列的三端線性穩(wěn)壓器，但由于這些穩(wěn)壓器的壓差Vd=Vi-Vo一般都要大于2V，所以面對需要5V轉3.3V的情況下就無能為力了。因此提出了LDO低壓差穩(wěn)壓器。LDO是低壓差穩(wěn)壓器特點：輸入—輸出低壓差，從而提高效率，減少能耗缺點：在需要大壓降的情況下使用LDO，在LDO上消耗的功率將很大，效率大打折扣。第四、五章、數字電路與系統(tǒng)設計、A/D、D/A技術1、模擬開關是怎樣的器件，舉例說明它的應用？（名詞解釋）模擬開關是一種在數字信號控制下，將模擬信號接通或斷開的元件或電路，具有低功耗，速度快，無機械觸點無殘余電壓體積小使用壽命長等特點應用：自動信號采集，程控放大，視頻開關，總線開關等電路2、分析D/A轉換器梯形電阻網絡的工作原理，寫出D/A轉換后的電壓與輸入數據的關系。（第四章：權電阻網絡P3）百度文庫：微機系統(tǒng)與原理第8章權電阻網絡的工作原理：從左往右看，不管開關打向哪里，其電阻都是R，對于VREF而言，輸入電流為：I=VREF/R當開關打向IOUT2（此端子接地）時，電流流向地，反之則流行IOUT1，形成有效輸出電流。開關受控于數字輸入，最低位到最高位的開關打向IOUT1時，電流分別為：I/256，I/128……I/2因此，流經IOUT1的電流之和為：若在IOUT1端接入運放，反饋電阻為R，則輸出電壓=-VREF*D/2563、數字信號到模擬信號的轉換中，什么是零階內插，畫出示意圖?？够斓鼮V波器有何作用？為何實際系統(tǒng)的采樣率會遠大于奈奎斯特采樣率，畫出示意圖說明？（第四章補充課件：零階保持，抗混跌濾波器P7）零階內插：對零階保持采樣后的樣本加上脈沖響應h0(t)的濾波器就是零階保持內插抗混迭濾波器作用：在采樣之前，采樣率是預先知道的，但是被采樣信號的最高頻率是未知的，為了不發(fā)生混迭，在采樣之前首先要將信號進行模擬低通濾波處理，濾波器的理論截至頻率為采樣率的一半。如果將采樣率設為濾波器截至頻率的兩倍，為了不發(fā)生混迭，意味著濾波器要具備垂直下降的截至特性（理想磚墻Brick-Wall濾波器），這是不可能實現的。工程實際上，為了降低模擬濾波器的設計難度，采樣率一般要大于濾波器截至頻率的數倍以上4、數字帶寬和模擬帶寬有何區(qū)別？以奈奎斯特采樣率的一半速率為基準進行歸一化，計算數字帶寬。 模擬帶寬：指模擬信號所含最高頻率和最低頻率之差。 數字帶寬：又稱為數碼率，它等于采樣頻率（對應于模擬信號的時間軸）與比特數（對應于模擬信號的幅度軸，比如8bit，就是說幅度的精度為Amax/64。當然，這里比特數為8）之積。數字帶寬：實質上是指數碼速率，即為單位時間內通過心道的二進制數的比特數通過的數據量。模擬帶寬：能夠有效通過心道的信號的最大頻帶寬帶。數字帶寬是模擬帶寬對采樣率的一半的歸一化5、采樣保持器在AD中有何作用，在AD轉換之前為何要將采樣信號先保持？分析、計算ADC0809采用和不采用保持器時的最大采樣頻率。（第四章補充課件3P9）采樣保持器將信號放大后存儲起來，保持一段時間，一共AD轉化器轉換，知道下一個采樣時間取出一個模擬信號值來替代原來的值，在數據采集系統(tǒng)中，若模擬信號不進過采樣保持器，那么系統(tǒng)允許的模擬信號變化率就低（1）無采樣保持器時在AD轉換時間tconv內，正弦信號電壓的最大變化率為所以如果電壓最大變化不超過1LSB則如果電壓最大變化不超過1/2LSB則（2）含采樣保持器時（3）由采樣定理得，采樣頻率至少兩倍與最高信號頻率所以第五章、現代數字系統(tǒng)設計與EDA技術1、什么是可綜合設計和不可綜合設計，分別舉例說明。用VHDL語言設計硬件，能夠生成實際硬件結果的設計，稱為可綜合性設計，不能夠生成實際硬件結構的設計稱為不可綜合設計?？删C合設計：計數器，觸發(fā)器，是續(xù)集，組合邏輯不可綜合設計：文件IO，VHDL語言中的after延時等5、什么是觸發(fā)器的建立時間和保持時間，理解第五章課件P35頁的寄存器傳輸模型，說明為何同步電路可以進行自動時序分析，而異步電路無法做到。建立時間：輸入數據必須超前于時鐘一段時間，其最小值稱為建立時間。保持時間：時鐘到來后，數據必須保持一段時間，其最小時間稱為保持時間。同步電路共用一個時鐘，因而系統(tǒng)有一個統(tǒng)一的時序參考點，是電路能自動完成時序分析。圖中，T1是觸發(fā)器D1的延時時間，T2是組合邏輯電路的延時時間。如圖，如果T3小于觸發(fā)器的建立時間，D2將不能穩(wěn)定工作。所以，在設計當中我們要控制好T1、T2與T的關系。9、VHDL配置的含義與作用是什么，舉實例說明？P30一個實體可以兩個以上的結構體，每個結構體可以實現不同的功能。這樣可以不修改頂層文件通過選擇不同的配置實現不同的功能。這是一個設計的工程方法。例如一個計數器可以配置為不同的位寬，拓展它的使用范圍。第六章的內容，我沒有進行補充。第六章、以微處理器為核心的電子信息系統(tǒng)的設計3、什么是馮.諾依曼結構和哈佛結構？P9馮.諾依曼結構：CPU執(zhí)行代碼和數據存儲在同一存儲器中存儲器和程序存儲器沒有分離。代碼和數據通過分時，通過同樣的總線訪問哈佛結構：CPU執(zhí)行代碼和數據存儲在物理上分離的存儲器中，程序存儲器和數據存儲器分離。采用不同的總線訪問。6、單片機編程有哪幾種模式，分別是什么，說明每一種模式的適用環(huán)境和不足之處。畫圖說明。P84（1）大循環(huán)編程模式：嵌入式系統(tǒng)軟件編程最基礎和容易理解與入門的方式。不足：任務的延時無法預測，沒有緊急任務和一般任務之分。由于大循環(huán)執(zhí)行時間影響，導致響應的非確定性，可能會來不及響應相應重要事件。中斷服務程序往往也作為任務之一，中斷延遲無法預測，系統(tǒng)可靠性較差。程序的層次性較差，結構不夠清晰。程序的可擴展性較差。不適合大型多任務的設計。各任務之間交換信息困難，特別是當任務多、情況復雜時，容易出現問題。（2）前后臺編程模式：單片機等資源比較缺乏的小型系統(tǒng)一種較好的軟件程模式不足：任務不可搶占，只有先后執(zhí)行，沒有緊急和一般之分。系統(tǒng)響應時間取決于最長任務的執(zhí)行時間。任務之間的聯(lián)系和通信只能靠中斷標志（3）基于操作系統(tǒng)的編程模式缺點在于入門門檻較高，并且需要占用系統(tǒng)的資源7、MCU與FPGA應如何分工？MCU與FPGA之間的接口有哪幾種方式，每種方式的特點是什么，如何根據設計任務確定具體采用何種方式。存儲器接口又有幾種方式，每種方式的特點？（1）分工MCU：人機接口界面，系統(tǒng)功能選擇，低速計數，簡單浮點計算，慢速A/D，D/A控制，外圍數據交換FPGA：高速計數，高速A/D，D/A控制，數據緩存，控制狀態(tài)機實現，I/O拓展，信號憑借裁剪處理，數字信號處理等。（2）低層次方法：直接使用MCU的I/O口作為控制信號線，控制FPGA的動作。通過FPGA內部的數據選擇器選擇一路數據供MCU讀取。 中層次接口：充分利用FPGA內部豐富的寄存器資源，在FPGA內部開辟若干控制寄存器，使用MCU的數據總線提供或接收數據，使用MCU的IO口作為時鐘線，將數據寫入控制寄存器，控制FPGA動作。高層次接口：充分利用FPGA內部豐富的寄存器資源，在FPGA內部開辟若干控制寄存器，給這些寄存器分配地址、掛接到MCU的總線上，由RD、WE分別提供讀寫定時。 MCU和FPGA間接口的串行方法（3）低層次接口占用IO較多，適用于系統(tǒng)功能簡單要求不高的設計，中層次接口能夠提供復雜的控制功能方便系統(tǒng)功能的拓展和升級，使用于MCU向FPGA單項傳遞數據的場合。高層次接口是MCU控制器外圍電路所使用的方法，可以提高MCU＿FPGA的功能。但需要和大量的其他外設接口。而且MCU和FPGA間存在復雜