前言

“电子系统设计”课程是针对电子信息类、自动化类、电气类等专业开设的一门专业课程，通过本课程的学习，掌握基于单片机、FPGA和模拟电路的综合电子系统设计方法，培养学生综合运用多门课程和常用EDA工具解决复杂工程问题能力，培养学生的创新能力和团队合作精神，培养学生科技报国的责任感与使命感，培养学生践行精益求精、严谨细实、追求卓越的工匠精神。编写本书就是为具备模电、数电、单片机等基础知识的学生开设电子系统设计、智能仪器设计、电子设计竞赛训练等实践课程提供一本合适的教材或参考书。

本书第1版为浙江省高等教育重点建设教材； 第2版和第3版为浙江工业大学重点建设教材，其中第3版为浙江省“十二五”优秀教材； 第4版为浙江省首批“新形态”建设教材； 第5版为浙江省“十四五”普通高等教育本科规划教材。

本书第5版具有以下特点： 

（1） 在第4版教材的基础上，对教材内容进行增减。缩减有关FPGA结构与原理、数字系统设计部分的内容，避免与数字电路与数字逻辑课程的重复； 缩减有关单片机原理的内容，避免与单片机课程的重复。增加与新工科专业相关的内容，增加了“红外通信系统”和“RLC测量仪”两个综合性设计案例。

（2） 按能力目标递进，将教材内容分为电子系统设计导论、模拟电子系统设计、MCU+FPGA电子系统设计基础、综合电子系统设计四部分。模拟电子系统设计介绍放大电路、滤波器两种典型模拟电路设计，培养学生模拟集成电路的应用能力、模拟电路的设计、焊接和调试能力。MCU+FPGA电子系统设计基础主要介绍单片机+模拟电路的电子系统设计，培养学生数模混合、软硬结合的电子系统设计调试能力，掌握模拟电路指标（如增益、直流偏置、带宽等）的数字控制方法，掌握用数字技术弥补模拟电路的缺陷（如非线性、漂移等）的方法。综合电子系统设计是在单片机电子系统的基础上引入FPGA，发挥FPGA高速、可重构的优势，培养学生基于单片机、FPGA、模拟电路的综合电子系统设计方法。

（3） 面向项目式教学模式设计教材内容。教材每章后安排了思考题和设计训练题。思考题除了帮助学生检查对课程知识的掌握情况之外，还可以围绕思考题开展讨论； 设计训练题都有对应的二维码视频，学生通过观看视频获得指导，便于自主开展实验。部分设计训练题选自近年的大学生电子设计竞赛题，具有很大的挑战性，供参赛学生选做，达到课赛结合的目的。

（4） 将思政元素融入教材内容。通过教材中设计实例，引入辩证思维、知行合一、工匠精神、绿色发展、科技报国等思政元素。

全书内容可分为以下四部分： 

第一部分是电子系统设计导论。这部分内容由第1章组成。该部分介绍电子系统的定义、电子系统的分类、电子系统的设计方法、电子系统的设计过程。

第二部分是模拟电子系统设计。这部分内容由第2~4章组成。第2章介绍集成运放的模型、典型电路、主要参数，列举增益可编程放大电路设计实例。第3章介绍MFB有源滤波器的手工设计方法。第4章介绍D型功放设计，该设计实例是模拟电路的综合应用，涵盖单电源放大电路设计（运放的线性应用）、三角波发生器设计（运放的非线性应用）、电压比较器设计、MOSFET H桥及驱动电路设计、LC滤波器设计、DC/DC稳压电源设计。

第三部分是MCU+FPGA电子系统设计基础。该部分由第5章和第6章组成。介绍单片机基本原理、单片机最小系统设计、FPGA最小系统设计，为后续开展综合电子系统设计建立基础。

第四部分是综合电子系统设计。这部分内容由第7~12章组成。分别介绍等精度频率计、数字化语音存储与回放系统、高速数据采集系统、DDS信号发生器、红外通信系统和RLC测量仪6个典型的综合电子系统。从方案设计、理论分析计算、软硬件设计、系统调试等四方面介绍综合电子系统的设计方法。

全书内容编排循序渐进，分为器件、单元电路、系统三个层次。

第一个层次是器件。本书介绍了众多性能优异的模拟、数字、数模混合集成电路，如宽带运放、精密运放、高速电压比较器、模拟乘法器、DC/DC芯片、CortexM4内核单片机、FPGA/CPLD、串行大容量Flash ROM、高速A/D转换器、高速D/A转换器、高分辨率A/D转换器、乘法型D/A转换器、模拟开关等。这些器件在理论课教材中很少涉及，学生可以通过本书理解其工作原理，掌握其使用方法。

第二个层次是单元电路。本书介绍了许多在电子系统中常用的单元电路，包括运放构成的信号调理电路、宽带放大电路，RC有源滤波器， FPGA内部数字电路（包括PLL、ROM、双口RAM、FIFO）、单片机和FPGA之间的并行接口电路等。

第三个层次是电子系统。本书介绍了等精度频率计、DDS信号发生器、语音存储与回放系统、高速数据采集、RLC测量仪、红外通信系统。这些综合电子系统特点是： 数模结合、软硬结合； 既强调功能，又强调指标； 涉及的技术具有很强的通用性，能起到举一反三的作用。完成这些电子系统的设计需要综合多种技术、采用适当的工具软件，体现了复杂工程问题的特征。

本书主要体现以下特色： 

（1） 本书为一本“新形态”教材。以纸质教材为载体，通过嵌入在教材中的二维码作为互联网移动终端设备入口，向学生提供与教材内容相关的知识点讲解视频、实验演示视频、测试程序等资源。

（2） 模块化的电子系统设计方法。其设计思路是将电子系统分成3~6个模块，每个模块由1~3个单元电路组成，每个单元电路通常由一片集成芯片实现。模块化设计方法提高了电子系统设计的抽象层次，降低了电子系统的设计难度，也便于采用团队协作的方式由多名学生完成一个电子系统的设计。

（3） 丰富的设计案例。本书采用了编者30年指导电子设计竞赛和从事电子系统设计课程教学所积累的设计案例。这些设计案例的硬件电路原理图、程序代码均经过调试验证，同时根据学生在实践过程中出现的问题不断持续改进。

（4） 每章后面均安排思考题和设计训练题。思考题帮助读者理解书本内容，也可以作为教师教学过程中出卷的参考。设计训练题与每章内容紧密结合，也适合学生实践训练。

（5） 编者研制开发了一套模块化综合电子系统设计实验平台，将书中出现的典型电路制作成标准尺寸的模块，通过选用不同的模块可以构建书中所有设计实例和设计训练题。该实验平台在2021年获第六届全国高等学校教师自制实验教学仪器设备创新大赛三等奖。

参加本书编写的有贾立新、王辛刚、龚树凤等。第7章由龚树凤编写，第8章由王辛刚编写，其余各章由贾立新编写。贾立新负责全书统稿。清华大学出版社编辑为本书的出版做了卓有成效的工作，在此深表谢意。

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tupwenyi@163.com与我们联系。

编者

2025年10月于杭州浙江工业大学