电子系统设计期末复习

电子系统设计期末复习一、填空题（每空1分，共20分）二、单项选择题（每小题2分，共20分）三、简答题（4小题，每小题8分，共32分）四、设计题（共2小题，共28分）第1、2、3、4、6章选择填空第5和8章简答题信号的叠加与分离实验和第9章设计题第1，2章概述与开发工具什么是电子系统？（是。。。的载体）电子系统是能够产生、传输、处理电信号和信息的客观载体。电子系统的组成与构成。电子系统由采集电路、输出电路、信号处理、数据通信、电源供电等五大部分组成。从结构上看，电子系统又分为元件级、部件级、子系统级和系统级。电子系统的设计步骤1.设计方案；2.方案设计论证；3.结构设计和结构测试；4.电路设计（a.硬件电路设计；b.软件设计）；5.软、硬件调试。电子系统设计中，常用的仿真软件有哪些？了解它们的主要作用。Protues:单片机仿真软件Tina和FilterPro(滤波器设计软件):TI的模拟电路设计软件EBENCHDesigner：开关稳压电源设计软件Protel99se:电路板设计软件第3章人机界面电子系统中，常用的输入、输出设备有哪些？输入设备：键盘、触摸屏、传感器、开关、麦克风输出设备：数码管、LED显示、字符LCD、LCM了解触摸屏的作用及工作原理。作用：实现按键功能，可实现按键无法实现的使用效果，可以最大限度地节省单片机的引脚资源。工作原理：P42第4章信号采集常用的温度测量元件有哪些？了解它们的优缺点。热电偶温度传感器、铂电阻温度传感器、集成温度传感器金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化，并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的这种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω(Pt100)，电阻变化率为0.3851Ω/℃。铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区(-200℃～650℃)最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计供计量和校准使用。了解压力传感器的作用。压力和压差是工业生产中常见的过程参数之一。在许多场合需要直接测量、控制一些压力参数，如锅炉的气包压力、烟道压力、炉膛压力，化学生产中的反应釜压力、加热炉压力等。此外，还有一些不易直接测量的参数，如液位、流量等，在各类工业生产中可以通过压力和差压进行间接测量。在国际单位制和我国法定计量单位中，压力的单位采用牛顿/米2(N/m2)，通常称为帕斯卡，简称帕(Pa)。其他在工程上使用的压力单位还有工程大气压(at)、标准大气压、毫米汞柱(mmHg)、Bar(巴)和毫米水柱(mmH2O)等单位。了解电压检测和电流检测的方法。电子测量中最易实现的就是电压测量，只需将电压信号输入A/D转换器即可得到其数字量值。但在某一些场合，如需要高压隔离测量场合就需充分考虑其安全性，常见的高压测量方式有压频转换测量法和高阻抗运放隔离测量法。在电路设计中电流测量应用十分普遍。测量中，电表用来进行电流的测量；保护中，电流往往与功率形成直接的关系，如果电流过大代表系统中有短路情况出现而需要保护；控制中，如马达控制、电池充放电等都需要电流测量。测量电流的方法一般分成直接式和间接式两种。直接式用于测量相对较小的电流以及电压不高的情况；间接式不带有任何导电关系，因此可用于测量相对较大的电流以及相对较高的电压。了解霍尔传感器的分类和主要作用。1、线性型霍尔传感器－－输出电压与外磁场强度呈线性关系，通常用于检测磁场强度。2、开关型霍尔传感器（高/低电平输出）－－应用：转速测量了解信号采集用到的主要芯片。温度DS18S20、压频转换器LM231、LM331、TC9401、AD654、霍尔传感器ACS712、LD441A第5章信号处理－基于集成运放的放大电路设计（复印部分）掌握放大器的放大倍数与dB的关系。20lgK=NdB(K为放大倍数)掌握同相放大器、反相放大器、跟随器、加法器的基本电路、放大倍数和特点。信号如何叠加？加法电路理解集成运放的主要参数，特别是GBW、SR。SR的公式，会计算SR。带宽与增益是何关系？开环带宽BW(或-3dB带宽)和单位增益带宽GBW（带宽的选择一般扩大10-100倍）GBW=ft=A0fbA0增益fb带宽SR=2π∙Vomax(p−p)∙fp(max)(Vomax(p−p):输出最大电压，峰峰值即幅值的两倍。fp(max)：运放满程输出时能达到的最大带宽）选择运放时主要应考虑的运放参数有哪些？（4点）•供电电源电压。根据运放输出电压范围，选择运放电源电压。•带宽。小信号（VPP1V）时，考虑运放的增益带宽积GBW。•转换速率。大幅信号输出时应考虑运放的压摆率SR。•精度。虽然失调电压可以通过外部电路校正，但选用失调电压较小的运放可以降低设计难度。给出一运放的幅频特性图，会判断该运放的GBW、放大倍数、以及在某放大倍数下的带宽。多级运放的放大倍数、dB数的计算。例：电压增益为40dB,即100倍。三级运放（20lgK=NdB(K为放大倍数)，每级放大倍数相近）Vi由芯片A构成第一级放大倍数5Vo由芯片A构成第二级放大倍数5由芯片B构成输出级放大倍数4无源滤波器和有源滤波器分别由哪些元件组成？它们各有何特点？无源滤波器由电阻R、电容C、电感L组成，特点：设计简便，但通带为低频时，L体积和重量大；滤波效果不理想，边沿不陡；带载能力差；不能对信号放大。有源滤波器由运算放大器、电阻R、电容C组成，特点：滤波效果好；带载能力强（运放输出阻抗低）；能提供一定增益，但设计较复杂，成本较高。Butterworth（巴特沃斯滤波器）、Chebyshev（切比雪夫滤波器）、Bessel（贝塞尔滤波器）和高斯滤波器有何特点（区别）。1.Bessel（贝塞尔滤波器）拥有最平坦的通频带和最缓的截止速率。2.Chebyshev（切比雪夫滤波器）拥有最陡的截止速率，但通频带起伏较大。3.Butterworth（巴特沃斯滤波器）的性能为前两者的折中，性能方面没有明显的缺点，得到广泛应用。4.高斯滤波器：有源滤波器设计考虑的原则是什么？•电路类型选择MFB型和Sallen-Key各有优缺点，根据实际选用。设计通带较宽的带通滤波器时，可用低通和高通合成，这样比带通滤波器好。•阶数选择–阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器。•运放的要求–输入信号较小（如10mV）时，应选用低漂移（VOS）运放。–GBW100×Gain×fc–压摆率SR2∏×VOPP×fc（VOPP为输出信号电压峰峰值）MFB和SALLEN-KEY两种有源滤波器电路类型各有何特点？1.无限增益多重反馈滤波器(MFB)电路–反相滤波器–优点：Q值、截止频率对元器件改变的敏感度较低，增益大–缺点：输入阻抗低，增益精度不高2.电压控制电压源（Sallen-Key）电路–同相滤波器–优点：输入阻抗高，增益精度高（增益设置与滤波电阻电容无关）–缺点：增益有限（一般地，二阶时，放大倍数3）无源滤波器的设计，即如何从叠加信号中分离出有用的信号。1.无源滤波器•设计一带宽为100Hz~40kHz的RC滤波器w0=2πf0★f0=12πRC计算式假设R=1K（比较好算），1F＝1000000μF，1μF=1000nF=1000000pF2.有源滤波器用FilterPro设计第5章信号处理－PID及常用算法PID分别指的是什么？什么是PID控制器（PID算法）？其控制系统原理框图是什么？1.比例(P)、积分(I)和微分(D)2.它将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。3.各校正环节（分量）的主要作用是什么？比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减小偏差。积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数，越大，积分作用越弱，反之则越强。微分环节：反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。单片机中常用的算法有哪些？了解它们的基本工作原理。PID算法、均值滤波算法、中值滤波算法、3σ置信区间处理算法、CRC(循环冗余)校验、LRC校验第6章数据通信常用的有线通信有哪些？无线通信有哪些？有线通信主要有RS-232、USB、M_BUS、CAN等无线通信主要有红外、蓝牙、ZigBee等RS-232通信、RS-485通信、红外通信的特点（如通信距离等）分别是什么？RS-232通信：双工发送器/接收器电路芯片，双机通信距离在1.5~15m之间RS-485通信：抗干扰能力强、传输距离远、速率高。如果采用双绞线传输信号，最大传输速率为10Mb/s，传输距离为15m；如果最大传输速率为100kb/s，则可以传输1200m；如果最大传输速率为9600b/s，则传输距离可达1500m。红外通信：当前红外通信距离最长为3m，接收角度为30°，成本低廉和广泛的兼容性等。第8章系统供电－线性稳压器稳压器可分为哪两类？电源稳压器可分为线性稳压器和开关升压降压稳压器。直流稳压电源的主要技术指标有哪些？（1）、最大输出电流Iomax（2）、输出电压VO（3）、纹波电压。是指叠加在VO上的交流分量，其峰峰值△VOPP一般为mV级。通常用示波器测其峰峰值或交用流电压表测其有效值。（4）、电压调整率。是指在负载和温度恒定的条件下，输入电压变化时，引起输出电压的相对变化。（5）、负载调整率。是指负载电流从零变到最大时，输出电压的相对变化。（6）、输出电阻。（7）、转换效率。是指输出功率与输入功率比值的百分比。ף＝(PO/Pi)*100%掌握7805、LM317的典型工作电路，输出电压与输入电压的关系，外围元器件的作用等。7805芯片输出的电压为+5VC1为稳压器输入侧的滤波电容，其作用是将整流桥输出的直流脉动电压转换成纹波较小的直流电压。C2、C3作用是减小纹波、消振、抑制高频脉冲的干扰，可采用0.1-0.47uf的陶瓷电容。C4为稳压器输出侧的滤波电容，起到减少纹波的作用，一般电容值选取47-470uf在要求电压可调的应用中，LM317具有极好的性能，而且它的输出电流又可达到1.5A，输出电压在1.2V～37V之间连续可调，所以就不需要储备许多固定电压稳压器。Vo=1.25×(1+RP1Ri)1.25是集成稳压块输出端和调整端之间的固有参考电压VREF此电压加于给定电阻R1两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节器RP1。电阻R1常取120~210Ω,RP1一般为精密电位器。与其并联的电容C2可进一步减小输出电压的纹波。二极管D的作用是防止输出端短路时，C2上的电压损坏稳压块。理解BUCK电路和BOOST电路的工作原理（何时充放电？充放电的电流方向，输入电压与输出电压的关系等）。1、降压型DC/DC变换电路（Buck）VO=qVi，q~vB占空比D~续流二极管2、升压型DC/DC变换电路（Boost）VO=Vi/(1-q)，q~vB占空比锂离子电池有何优点？锂离子电池充电要注意哪些事项？优点：工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长在充电时需要注意如下事项：(1)对锂电池需要进行热保护，防止发热太大而损害锂电池；(2)锂电池充电需要严格控制充电电压和充电电流；(3)为了有效利用电池容量，需将锂电池充电至最大电压；(4)防止过压充电，过压充电对锂电池有损害，严重影响电池寿命；(5)充电结束后应及时关断电源。BQ24025充电可分为几个阶段？依次是什么？分为四个阶段：预充阶段、恒流充电阶段、恒压充电阶段和充电终止判断。电子系统中的电源监控芯片SP809的主要作用是什么？SP809是一种单一功能的微处理器复位芯片，用于监控微控制器和其他逻辑系统的电源电压。它可以在上电、掉电和节电情况下向微控制器提供复位信号。当电源电压低于预设的门槛电压时，器件会发出复位信号，