11 智能电子产品设计与生产 智能电子产品设计与生产 22 课程简介 课程简介 本课程的主要任务： 本课程的主要任务：通过电子产品的实际生产过程，掌握电子产品的实际生产过程。掌握电子产品设计的一般步骤和方法，从而掌握分产品设计的一般步骤和方法，从而掌握电子产品设计和生产过程中应掌握的知识和技能。 。培养未来专业工作的知识和技能。为今后的专业工作打下坚实的基础。坚实的基础。 33 课程简介 课程简介 学分： 学分： 64 64 学分 课程作业考核方式： 总成绩 课程作业考核方式： 总成绩== 实际作业（ 实际作业（50% 50%））++ 设计报告（ 设计报告（30） % 30 %) )++过程评估（过程评估（20% 20%）, ），在作品的制作过程中，有阶段性的检查，在根部作品的制作过程中，检查有阶段性，按照制定的计划进行检查。按照制定的计划进行检查。 44 1. 电子系统设计的基本方法 1. 电子系统设计的基本方法 传统的电子系统设计一般采用积木式方法。传统的电子系统设计一般采用积木式的方法，即由器件组成。电路板用于从电路板构建电子产品，也就是说，电路板是由器件构建的，电子系统是由电路板构建的。
常用系统。系统中常用的“积木”是固定功能的标准集成电路，如运算放大器、运算放大器、74/54 74/54系列（系列（TTL TTL）、）、4000/4500 4000等集成电路/4500系列（系列（CMOS CMOS）芯片和一些固定功能）芯片和一些固定功能大规模集成电路。设计人员根据自己的需要选择合适的器件LSI。设计者根据需要选择合适的器件，由器件组成电路板，最终完成系统设计。元件传输完毕，电路板由元件组成，最终完成系统设计。传统电子系统设计只能设计电路板；传统的电子系统设计只能设计电路板，系统功能可以通过设计电路板来实现。设计电路板以实现系统功能。 55 电子系统已进入数字时代。计算机和移动电子系统已经进入数字时代。在计算机、移动通讯、移动通讯、VCD VCD、HDTV HDTV、军用雷达、医疗CT、军用雷达、医疗CT仪器等设备中，数字技术和数字电路构成仪器仪表等设备，数字技术和数字电路构成数字系统已成为这些现代电子系统的重要组成部分。输入系统的重要部分。进入20世纪90年代后，EDA（电子设计自动化）技术的发展和普及给电子系统的设计带来了革命性的变化。
它给电子系统的设计带来了革命性的变化。在器件方面，微控制器和可编程逻辑器件发展迅速。利用等快速发展。使用EDA工具、使用微控制器的EDA工具、使用微控制器、可编程逻辑器件，正在成为电子系统设计的主流。可编程逻辑器件正在成为电子系统设计的主流。主流。 66采用微控制器和可编程逻辑器件，通过设备内部使用微控制器和可编程逻辑器件来实现系统功能。它是基于芯片设计来实现系统功能。它是一种基于A芯片的设计方法。设计者可以根据需要定义器件的内部逻辑方法。设计者可以根据需要定义器件的内部逻辑和引脚，将电路板设计的大部分工作放在芯片和引脚上，将电路板设计的大部分工作放在芯片的设计中。通过设计芯片进行电子系统的功能设计，通过芯片设计来实现电子系统的功能。灵活的内部功能块组合、引脚定义等可以发挥强大的作用。灵活的内部功能块组合、引脚定义等可以大大减少电路设计和电路板设计的工作量和难度，有效增强设计灵活性，提高工作效率。同时，有效增强设计灵活性，提高工作效率。同时使用微控制器和可编程逻辑器件。设计人员在实践中使用微控制器和可编程逻辑器件。设计人员可以在实验室中反复编程并纠正错误，以便尽快开发出产品。实验室可以重复编程并纠正错误。 ，以便尽快开发出产品并快速占领市场。
基于芯片的设计可以减少对芯片的需求，从而快速占领市场。基于芯片的设计可以减少芯片数量，缩小系统规模，降低能耗；增加系统数量，缩小系统规模，降低能耗，提高系统性能和可靠性。性能和可靠性。 77 利用微控制器、可编程逻辑器件芯片和EDA EDA软件，可以在实验室完成电子系统的软件，可以在实验室完成电子系统的设计。和生产。可实现无芯片设计和生产。可实现无芯片EDA。 EDA公司是一家专业生产IP IP模块的专业公司。也可以实现无产线的模组生产。还可以实现无晶圆厂集成电路设计公司的运营。可以说，当今的集成电路设计公司是在运作的。可以说，当今的电子系统设计离不开微控制器，可编程电子系统设计也离不开微控制器、可编程逻辑器件、可编程逻辑器件以及EDA EDA设计工具。设计工具。 88 2.现代电子系统的设计方法 2.现代电子系统的设计方法 1. 1.“自下而上——向上”（bottom Bottom--up up）设计方法（bottom-up）设计方法 传统电子系统设计传统的电子系统设计采用“自下而上——自下而上”（bottom-up）的设计方法。设计步骤如图所示（自下而上）设计方法。设计步骤如图9910 102。 2.“自上而下自上而下”现代电子系统的设计采用“Top Top--down down”（自上而下（top-down）的设计方法，设计时步骤如下图所示）设计方法，设计步骤如下图6.1.2 6.1.2所示。
显示。在“Top Top--down down”（自上而下）的设计方法中，设计者首先需要设计整个系统kaiyun全站网页版登录，功能设计者首先需要对整个系统进行方案设计和功能划分，并使用其中一个或多个 ASIC 将整个系统划分为一个或多个 ASIC。 ASIC用于实现系统的关键电路。系统和电路设计人员亲自参与系统关键电路的实现。系统和电路设计人员亲自参与这些专用集成电路的设计，并用这些专用集成电路完成电路和芯片版本的设计。然后将电路和芯片布局交给图，然后交给IC IC工厂进行晶圆加工，或者使用可编程工厂进行晶圆加工，或者使用可编程ASIC ASIC（如（如CPLD CPLD和FPGA FPGA）现场编程实施。 11 11 在“Top Top--down down”（自上而下）设计中，行为（自上而下）设计，行为设计决定了电子系统或设计决定了电子系统或VLSI VLSI芯片的功能和性能以及结构设计是根据系统或允许的芯片面积和成本等。结构设计是根据系统或芯片的特点，将其分解为接口清晰、相互关系清晰的子系统，并尽可能简单地获得整体结构。
准确且尽可能简单的子系统以获得整体结构。这个结构可以包括信号处理、算术运算单元、控制单元、数据通道、各种算法状态机等。逻辑设计单元、数据通道、各种算法状态机等。逻辑设计将结构转换成逻辑图。设计中尽可能使用规则，将结构转化为逻辑图。设计时尽可能使用规则的逻辑结构或者使用被测逻辑单元或信号的逻辑结构或者使用被测逻辑结构。逻辑单元或信号处理模块。电路设计将逻辑图转换为电路图，一般对模块进行管理。电路设计将逻辑图转换为电路图，一般需要硬件仿真来最终确定逻辑设计的正确性。需要硬件仿真来最终确定逻辑设计的正确性。布局设计将电路图转换为布局（如果可用）。布局设计将电路图转换为布局。如果使用可编程器件，则可以使用可编程器件开发工具对其进行编程。该器件可以使用可编程器件开发工具进行编程和生产。编程制作。 12 12 “自上而下”（top-down）设计方法的设计步骤 13 133. 3. 使用“自下而上”（bottom-up）设计方法或“自下而上”（bottom-up）设计方法或“Top Top--down down”（自上而下）设计方法，（自上而下）设计方法，一般整个设计可以分为系统级设计，一般整个设计可以分为44个级别:系统级设计、子系统级设计、组件级设计、组件级设计、子系统级设计、组件级设计和组件级设计。
对于每个级别，可以使用级别。每个级别有 33 个步骤需要考虑。一步步考虑。 14 1415 15 例如，设计数字控制系统时云开·全站体育app登录，通过行为描述和设计完成传递函数和逻辑表达式，通过结构描述和设计完成传递函数和逻辑表达式，通过结构描述和设计完成逻辑图表。和电路图、物理描述和设计完成逻辑图和电路图、物理描述和设计以确定所使用的元件、印制板设计、以及设计确定所使用的元件、印制板设计、安装方法等。等16 164. 4、在设计中采用“Top Top--down down”（自顶向下）设计（top-down）设计方法时，必须注意以下问题： 方法必须注意以下问题问题：( (11) 在每个级别设计时，必须保证完成的设计能够达到所要求的功能和技术指标。 注意功能设计要达到所要求的功能和技术指标，不能有任何功能缺陷。性能上不能有缺陷，技术指标上要有余地（（二十二）设计过程中要注意问题的反馈。使用解决问题）在设计过程中注意问题的反馈。解决问题，我们采取“本级解决，下级反馈上级解决，下级反馈上级”的原则。遇到问问题的原则，问题必须在这一层解决，不能向下层传递。
如果问题必须在这一层解决，就不能将问题传递到下一层。如果本层无法解决问题，则必须将问题反馈给上层。如果本层解决不了问题，则必须将问题反馈给上层，由上层解决。为了完成一个设计，需要从下层到上层解决存在。完成一个设计，有一个从下到上多次反馈修改的过程。多层反馈和修改的过程。 17 17 ((33) 功能和技术指标的实现采用子系统， ) 功能和技术指标的实现采用子系统和组件的模块化设计。需要保证各个子系统和组件的模块化设计。要保证每个子系统、部件都能完成明确的功能，每一项技术都能完成明确的功能并满足一定的技术指标。输入和输出信号之间的关系应该是清晰的、直观的、技术性的。输入输出信号之间的关系应清晰、直观、清晰。应确保子系统和部件能够清晰地修复。应确保子系统和组件可以修改、调整和更换而不影响整个系统。改变、调整、更换，不影响全身。 （（44）软硬件协同设计，充分利用单片机）软硬件协同设计，充分利用单片机和可编程逻辑器件的可编程功能，在软件和可编程逻辑器件的可编程功能中，在软件和硬件利用率之间找到平衡点。在软件和硬件利用率之间找到平衡。软//硬件硬件协同设计的大致流程如图所示。协同设计的一般流程如图所示。
18 1819 19 3. 电子作品设计与制作的步骤 3. 电子作品设计与制作的步骤 20 201 1 选题 选题按照以下原则进行： 11. 明确设计任务，即明确设计任务，即“”做什么？做什么？ “”。选择。选择选题时要注意选题不能有知识盲点，即能理解选题要求。您必须能够理解问题要求。 22、明确系统功能和指标，即明确系统功能和指标，即“如何做到什么程度？”花费？ “”。 。 33、需要确定是否具备完成设计的组件、最小系统、开发工具、测量仪器等条件。件。 21 212 2 系统程序演示 选定系统程序演示题目后，需要考虑的问题是如何实现题目的要求。要求：要完成制作工作，需要进行方案论证。需要进行方案论证。方案论证可分为总体实施方案论证，子方案论证又可分为总体实施方案论证、子系统实施方案论证、部件实施方案论证、系统实施方案论证、部件实施方案论证。
继续每个级别。 22 2211..方案论证最重要的一点是确定设计的可行性。方案论证最重要的一点是确定设计的可行性。需要考虑的问题是：可行性。需要考虑的问题有：（（1 1）原理的可行性？解决同样的问题，）原理的可行性？解决同一个问题有很多种方法，但有些方法是行不通的。方法有很多，但有些方法并不能满足设计要求，所以要小心。如果满足设计要求，一定要注意。 （（2 2）组件的可行性？应该使用什么组件？）组件的可行性？应该使用什么设备？微控制器？可编程逻辑器件？我可以购买微控制器吗？可编程逻辑器件？可以购买吗？到达？ 23 23 ((33)测试的可行性？是否需要测量仪器？测试的可行性？是否需要测量仪器？表面？((4 4)设计和生产的可行性？难度如何？这组） 可行性设计和制作的难度如何？团队成员能否完成？设计的可行性需要查阅相关资料，并且只能在方案设计过程中，要从能够完成的功能出发，提出几种不同的解决方案。可达到的技术性能指标、组成材料的能耗、可达到的能力。技术性能指标、采购零部件材料的可能性和经济性、采购零部件和设计技术的可能性和经济性、采购零部件和设计技术的可能性和经济性比较先进性和完成时间。比较先进性和完成时间。我们要敢于创新，采用新设备、新技术。我们要敢于创新，敢于采用新设备、新技术。我们要敢于创新，敢于采用新设备、新技术。对问题进行充分、认真的考虑、分析和比较，对提出的问题进行充分、认真的考虑、分析和比较后，才能制定出更加切实可行的方案。
更实用的解决方案。 24 2422。 。 （（二）系统的外部特征） 系统的外部特征 系统的主要功能是什么？系统的主要功能有哪些？引脚数？功能？引脚数？功能？输入信号与输出信号形式（电压？电流？输入信号与输出信号形式（电压？电流？脉冲？等）、大小（大小？）、相互脉冲？等）、大小（大小？）、相互关系之间？关系？输入信号和输出信号之间有什么关系？输入信号和输出信号之间有什么关系？函数表达式？线性？非线性？数字表达？线性？非线性？测量仪器和方法？测量仪器和方法？ 25 25 （（2 2）系统内部特点） 系统内部特点 系统的基本工作原理是什么？系统的基本工作原理是什么？制度如何实施？数字化？模拟方法？制度如何实施？数字化？模拟方法？数模混合方法？数模混合方法？系统框图？系统框图？系统控制流程？系统控制流程？系统硬件结构？系统硬件结构？系统的软件结构？系统的软件结构？系统中的子系统和组件之间是什么关系？界面？系统中的子系统和组件之间是什么关系？界面？尺寸？安装方法？尺寸？安装方法？ 26 263 3 安装、制作和调试 安装、制作和调试是保证设计成功的重要环节。
安装、生产和调试是保证设计成功的重要环节。 （（11）安装、制作时需要考虑的问题包括： ）安装、制作时需要考虑的问题包括：安装工具？安装工具？元件选择和采购？元件选择和采购？最少的系统采用率？微控制器？可编程逻辑器件的最低系统采用率？微控制器？可编程逻辑器件？印制板设计与生产？低频？高频？数字？模拟？印制板设计和生产？低频？高频？数字？模拟？数模混合？土地？数模混合？土地？电磁兼容电磁兼容？ ？子系统和组件的安装和生产顺序是什么？子系统和组件的安装和生产顺序是什么？ 27 27 ((22) 调试时需要考虑的问题包括： ) 调试时需要考虑的问题包括： 调试参数？调试参数？调试方法？调试方法？调试需要哪些仪器仪表？调试需要哪些仪器仪表？软件软//硬件协同？修改软件？修改硬件？硬件协作？修改软件？修改硬件？测量数据的记录和处理？测量数据的记录和处理？ 28 28 建议的安装、生产和调试步骤 建议的安装、生产和调试步骤 29 29 4. 子系统设计和生产步骤 4. 子系统设计和生产步骤 30 301 1 微控制器和可编程逻辑器件子系统设计步骤。在电子设计竞赛中，作为控制器、微控制器。在电子设计竞赛中，作为控制器、微控制器和可编程逻辑器件非常有用。通用性强，其设计和应用可编程逻辑器件非常普遍。其设计过程可分为明确设计需求、系统设计，流程可分为明确设计需求、系统设计、硬件设计及调试、软件设计及调试、系统硬件设计及调试、软件设计及调试等步骤，以及系统集成。
集成等步骤。 31 3132 32 设计第十一步，明确设计要求。确定系统性能的步骤是明确设计要求，确定系统功能和性能指标。一般来说，可能与单片机的性能指标有关。一般来说，微控制器和可编程逻辑器件的最小系统是整个系统的核心。可编程逻辑器件的最小系统是整个系统的核心。需要确定最小系统板的功能和输入输出信号。信号特性等；需要考虑信号输入电路、控制信号特性等；需要考虑与信号输入电路、控制电路、显示电路、键盘等电路的接口和信号关系，以及与控制电路、显示电路、键盘等电路的接口和信号关系。信号关系。 33 33 参赛的最小系统板可以使用成品，但接口电路、电源控制电路、A/DA/D 和 D/AD/A 电路、信号调理电路、信号调理等电路需要自行设计和生产。你自己。对于信号调节和其他电路，您需要自己设计和制作。为了使工作的完整性更好，建议将控制器和外围电路设计在同一块电路板上。该部分与外围电路设计在同一块电路板上。这部分内容可以在赛前设计和制作，其余内容可以在赛前设计和制作，并在比赛过程中根据需要进行修改。
比赛期间可根据需要进行修改。 34 34 软件开发工具需要与所选硬件相匹配。软件开发工具需要与所选硬件相匹配。软件设计需要划分软件功能。软件设计需要划分软件功能。数学模型、算法、数据结构和子程序确定数学模型、算法、数据结构、子程序和其他程序模块。软件开发工具的使用需要等待程序模块。软件开发工具的使用需要赛前培训。一些常用的程序是系统比赛前的训练。一些常用的程序如系统检测、显示驱动、检测、显示驱动、A/DA/D、D/AD/A、接口通讯、接口通讯、延时等程序都可以在赛前进行编程和调整。赛前可对程序进行编程和调试，赛中可根据需要进行修改。尝试一下，并在比赛过程中根据需要进行修改。 35 35 系统集成完成软硬件联调和修改。完成系统集成过程中软硬件的联调和修改。在软硬件联调过程中，需要认真分析软硬件联调过程中出现的问题。软件设计人员和硬件设计人员遇到的问题需要软件设计人员和硬件设计人员之间进行良好的沟通。沟通。有些问题（例如非线性）需要良好的沟通。一些问题如非线性补偿、数据计算、码型转换等都可以用软件来解决。用软件解决问题会容易得多。
使用不同的硬件电路，问题就会容易得多。使用不同的硬件电路，软件编程会完全不同，软件设计和硬件软件编程也会完全不同，需要在软件设计和硬件设计之间找到一个平衡点。需要在组件设计之间找到平衡点。 36 362 2 数字//模拟子系统设计步骤 模拟子系统设计步骤 数字//模拟子系统设计流程其步骤大致分为：明模拟子系统设计流程其步骤大致分为：明确设计要求、确定设计方案和进行电路设计和制作，确认设计要求，确定设计方案并进行电路设计和制作、调试等步骤。在电子设计竞赛中，数字子系统有调试等多个步骤。在电子设计竞赛中，数字子系统多采用微控制器或大规模可编程逻辑器件来实现，但也可以采用74/40、74/40等系列数字集成电路来实现。实现，本节讨论其他系列数字集成电路的实现。本节讨论的数字子系统是基于数字集成电路理论的，如74/40、74/40等系列数字集成电路。从一开始。从第11章的题型分析可以看出，模拟数字混合章节的题型占大多数。仿真子系统也是工作的重要组成部分，占课题的大部分。模拟子系统也是工作的重要组成部分。设计和生产通常包括模拟输入信号的处理。设计和生产通常包括模拟输入信号、模拟输出信号以及数字子系统、微控制器和可编程模拟输出信号的处理。 、电路，例如与数字子系统、微控制器和可编程设备子系统的接口。
电路，例如设备子系统之间的接口。 37 3711。 。 （（1 1）对于数字子系统，需要明确的设计要求） 对于数字子系统，需要明确的设计要求：子系统的输入和输出是什么？数量？子系统的输入和输出？数量？信号形式？模拟？信号形式？模拟？ TTL TTL？ ？互补金属氧化物半导体？ ？加载？微控制器？可编程设备？动力驱动？加载？微控制器？可编程设备？动力驱动？输出电流？输出电流？钟？毛刺？冒竞争风险？钟？毛刺？冒竞争风险？实施该装置？实施该装置？ 38 38 （（2 2）对于模拟子系统，需要明确的设计要求） 对于模拟子系统，明确的设计要求是： 询问：输入信号的波形、幅度、频率等参数？输入信号的波形、幅度、频率等参数？输出信号的波形、幅度、频率等参数？输出信号的波形、幅度、频率等参数？系统的功能和性能指标是什么？如增益、频率系统功能及各种性能指标？如增益、频段、宽度、信噪比、失真度等？带宽、宽度、信噪比、失真度等？技术指标的准确性和稳定性？技术指标的准确性和稳定性？测量仪器？测量仪器？调试方法？调试方法？实施该装置？实施该装置？ 39 3922.对于数字电路占主导地位的系统，我们的建议是使用单片机或可编程逻辑器件，不要使用单片机或可编程逻辑器件，而且不要大量使用。 ，小规模数字集成电路，大量采用中小规模数字集成电路。中小规模数字集成电路制作工作非常麻烦，可靠性也较差。
麻烦且可靠性差。 40 40 模拟子系统的设计方案与所选元件有很大关系。模拟子系统的设计方案与所选用的元件有很大关系。我们的建议：人际关系。我们的建议是：aa。根据技术性能指标，输入和输出信号关系等确定。根据技术性能指标，输入和输出信号关系等确定系统框图。系统框图；子系统中的BB，合理地分配了技术指标，例如增益，子系统中，合理分配了技术指标，例如增益kaiyun.ccm，噪声，非线性等待。在框图中为每种噪声，非线性等分配指标。将指标分配给框图中的每个模块，并且技术参数指标应具有定性和定量性。块，技术参数和指标应具有定性和定量性。 CC注意每个功能单元的静态指标和动态指标。请仔细注意每个功能单元的静态指标和动态指标，准确性和稳定性。应充分考虑组件的温度特性，温度和稳定性。诸如组件温度特征，电源电压波动，负载变化和干扰等因素的影响。电源电压波动，负载变化和干扰等因素的影响。 DD注意模块之间的耦合形式，阶段之间的阻抗匹配，反馈类型，负载效果，电源内部电阻，地面电阻，分配和反馈类型。 ，负载效应以及电源内电阻，地面电阻，温度等对系统指标的影响。温度等对系统指标的影响。 41 41e。 e.合理的组件选择应尽可能通用。合理的组件选择应尽可能一般和普遍。
