前言

大学生课外科技活动已经成为人才培养的重要环节。作为学生课外科技活动的重要平台，全国大学生电子设计竞赛对高校电子信息类专业的人才培养发挥了巨大促进作用，同时也极大促进了相关课程的建设和改革。近几年来，随着工程教育专业认证和一流学科建设的开展，对学生能力培养提出了新的要求。基于上述背景，越来越多的电子信息类专业开设了以培养学生工程实践能力为主要目标的电子系统设计课程，将学生电子系统设计能力的培养常态化、课程化，增加学生受益面。编写本书的目的就是为具备模电、数电、单片机等基础知识的学生开设电子系统设计、电子设计竞赛赛前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版被评为浙江省“十二五”优秀教材。第4版被列为浙江省首批“新形态”建设教材。

全书内容可分为以下4个部分：

第一部分为模拟电子系统设计。这部分内容由第1~3章组成。第1章介绍集成运放的模型、典型电路、主要参数，列举宽带放大电路、AGC放大电路、仪表放大器电路、波形变换电路、V/I变换电路、单电源放大电路等设计实例。第2章介绍MFB有源滤波器的手工设计方法以及开关电容滤波器的原理和典型芯片的应用。第3章介绍线性稳压电源设计、DC/DC开关电源基本原理及典型DC/DC芯片的应用。

第二部分为数字电子系统设计。这部分内容由第4章组成。内容包括Intel公司Cyclone Ⅳ系列主流芯片的结构和原理，以EP4CE6E22C8为核心芯片的FPGA最小系统设计，信号发生器的设计。通过信号发生器的设计实例，介绍锁相环（PLL）和嵌入式存储器等FPGA内部资源的应用、Quartus Ⅱ 13.0软件工具的操作以及数字系统的设计流程。

第三部分为单片机电子系统设计。这部分由第5~8章组成。第5章介绍基于CortexM4内核的STM32F407单片机基本原理。第6章介绍单片机最小系统设计。该单片机最小系统由一片单片机和一片CPLD构成，具有集成度高、扩展方便的优点，是构成单片机电子系统和综合电子系统的基础。第7章介绍串行总线扩展方法。通过程控放大器、电阻测量仪两个设计实例介绍SPI总线和I2C总线的接口设计和编程方法。第8章介绍并行总线扩展方法。内容包括STM32F407单片机FSMC接口，单片机与FPGA之间的并行接口设计。然后介绍两个设计实例——“等精度频率计”和“简易16位SPI接口”。

第四部分为综合电子系统设计。这部分内容由第9~12章组成。分别介绍数字化语音存储与回放系统、DDS信号发生器、高速数据采集系统和CAN总线通信系统4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4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、电子系统3个层次。

第一个层次是器件。本书介绍众多性能优异的模拟、数字、数模混合集成电路，如CortexM4内核单片机、Cyclone Ⅳ系列FPGA、MAXⅡ系列CPLD、串行大容量FlashROM、步进电机驱动芯片、高速A/D转换器(ADC)、高速D/A转换器(DAC)、高分辨率A/D转换器、乘法型D/A转换器、宽带运放、精密运放、电流反馈运放、压控增益放大器（VGA）、高速电压比较器、开关电容滤波器、模拟开关、专用DDS芯片、DC/DC芯片等。这些器件在理论课教材中很少涉及，读者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。本书介绍许多在电子系统中常用的单元电路。包括： 运放构成的放大电路，RC有源滤波器，开关电容滤波器， FPGA内部数字电路（包括PLL、ROM、双口RAM、FIFO），单片机和FPGA之间的接口电路（简易SPI接口、并行接口），高速ADC电路、高速DAC电路等。

第三个层次是电子系统。本书介绍程控放大器、电阻测量仪、等精度频率计、语音存储与回放系统、DDS信号发生器、高速数据采集、CAN总线通信系统7个综合电子系统。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才能完成，体现了复杂工程问题的特征。

本教材体现以下特色： 

(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，向读者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。“新形态”教材便于学生线上线下自主学习，而且二维码对应的数字资源也可以不断更新。

(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。本书采用了作者20多年指导电子设计竞赛和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持续改进。

(4) 每一章节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试卷命题时的参考。设计训练题与每一章内容紧密结合，适合学生实践训练。

(5) 作者研制开发了一套模块化综合电子系统实验平台，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大部分设计训练题。该自制实验设备在2010年获全国电子技术教学研究会实验教学成果一等奖。

参加本书编写的有贾立新、倪洪杰、王辛刚等。第2章由倪洪杰编写，第3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。清华大学出版社的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2017年度浙江工业大学重点教材建设项目和浙江工业大学控制科学与工程学科教材培育基金的资助。

由于作者水平有限，书中难免有不妥之处。如果您在阅读本书的过程中发现问题或有改进本书的建议，请与作者联系。

作者

 2019年5月于浙江工业大学

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