图书前言

“创新来源于实践”,研究型、创新型实验是培养学生工程实践能力、创新能力与团队协作精神的重要载体。以全国大学生电子设计竞赛和电工电子实验教学示范中心建设为背景,越来越多的高校开设了以培养学生综合能力为主要目标的电子系统设计与实践方面的课程。编写本书的目的就是为电子信息类专业学生在学完模电、数电、单片机等基础课程后开展电子系统设计、电子技术综合提高型实验、电子设计竞赛赛前训练、毕业设计等实践教学提供一本合适的教材或参考书。

本书是在2007年4月出版的浙江省高等教育重点建设教材《电子系统设计与实践》基础上重新编写出版的。本书具有以下特色:

1. 面向教学需要。为了便于教学,本书在内容编排上与现有相关课程(如模电、数电、单片机等)相衔接,具有高起点、综合性的特点。全书由模拟电子系统设计、数字电子系统设计、单片机电子系统设计、综合电子系统设计四部分组成,各部分相对独立、循序渐进,教学过程中可以根据实际情况取舍。

2. 突出学生工程实践能力培养。本书以电子系统设计为主线,在内容设计上注重以下能力培养: 对电子系统的理论分析、设计、计算能力,常用开发工具的使用能力,集成电路应用能力,电子系统调测能力,技术创新能力等。通过对上述能力的培养,弥补传统理论课教学的不足。

3. 理论与实践相结合。作为一本实践类教材,为了便于学生课后动手实践,本书在编写中作了如下安排: 每一章节后面均安排设计训练题; 提供了电子系统中常用核心模块的制作方法,包括元器件选择、PCB板的布局和布线、电路的调试等内容,便于自行制作; 与本教材相配套,作者研制开发了一套综合电子系统实验板,书中所有设计实例和大部分设计训练题均可在实验板上验证。

在第一版教材的使用过程中,电子系统设计领域发生了快速发展,同时,兄弟学校在使用本教材的过程中也提出了许多宝贵的意见。作者在第一版的基础上,对本书的内容作了较大修改和更新。对本书各部分的内容说明如下: 

第一部分模拟电子系统设计。实际的电子产品大多为数模混合的综合电子系统,虽然模拟电路所占的比例可能很少,但模拟电路或许是整个电子系统设计和实现中最具挑战性的部分,而且往往在系统性能上起到关键的作用。该部分内容主要介绍基于集成运算放大器的放大电路和有源滤波电路设计,较深入地介绍了集成运算放大器主要参数的含义及其与设计目标的关系。考虑到稳压电源是各种电子系统中必不可少的组成部分,为了使设计者掌握基本的稳压电源设计技术,本部分内容增加了线性稳压电源和开关稳压电源的基本原理和设计方法的内容。

第二部分数字电子系统设计。随着微电子技术的发展,电子系统朝着更低成本、更快、更小、更复杂的趋势发展。实现数字系统的两种主流设计方法为: 用HDL语言编程,采用CPLD/FPGA实现特定的功能; 用软件编程语言编程,采用微控制器实现特定的功能。本部分内容和第三部分内容将分别介绍这两种主流的数字系统设计方法。与第一版教材相比,本部分内容改用Quartus Ⅱ软件代替已很少使用的Maxplus Ⅱ软件,用Altera公司的Cyclone Ⅱ系列FPGA代替了Cyclone系列FPGA。考虑到嵌入式存储器、PLL已是FPGA的标准配置,本书增加了嵌入式存储器、PLL工作原理和使用方法的介绍。本部分内容还增加了设计复用技术、FPGA最小系统设计等内容。

第三部分单片机电子系统设计。为了避免与单片机课程内容重复,删除了第一版教材中有关MCS51单片机内容,直接介绍SoC单片机C8051F360。通过对C8051F360单片机内部集成的A/D转换器、D/A转换器、SMBus接口、SPI接口应用的介绍,展示了SoC单片机在电子系统设计中的魅力。在这一部分内容编写中,作者摆脱了传统单片机系统设计方法的束缚,提出了以下两方面的改革思路: 一方面将单片机系统扩展分为并行总线扩展和串行总线扩展两条主线; 另一方面将CPLD/FPGA引入单片机系统设计中,发挥单片机和CPLD/FPGA各自的优势,提高单片机系统的集成度和实现单片机系统的硬件可重构功能。

第四部分综合电子系统设计。该部分内容选取了数字化语音存储与回放、DDS信号发生器、高速数据采集三个典型的综合电子系统设计实例。这三个电子系统综合性强,都包含模拟、数字、单片机子系统,软硬件相结合,同时可很好地与本书前面三部分内容相衔接,更重要的是,这些电子系统中所包含的技术应用范围很广,能起到举一反三的作用。

参加本书编写工作的有贾立新、王涌、周文委、朱金芳等。第2章由朱金芳编写,第3章由周文委编写,第13章由王涌编写,其余各章由贾立新编写。贾立新任本书主编,负责全书的整体规划、统稿与定稿工作。

本书在编写过程中得到了浙江工业大学信息工程学院省级电工电子实验教学示范中心各位老师的热情支持。在本书出版之际,谨向他们致以最诚挚的谢意。

清华大学出版社多位编辑为本书的出版做了卓有成效的工作,在此深表谢意。

本书的出版得到了浙江省信息处理与自动化技术重中之重学科资助。

与本书配套的部分教学资源已上网,具体网址: http://kczy.zjut.edu.cn/szdl(单击“电子设计与科技创新”标题)。由于我们水平有限,书中难免有错误和不妥之处。如果您在阅读本书的过程中发现错误或是有改进本书的建议,请您通过jlx@zjut.edu.cn与作者联系。

编者

2010年11月于杭州浙江工业大学