具体描述
本书是普通高等教育“十五”国家级规划教材，它与《电子线路设计·实验·测试》（第三版）教材配套，形成一个“基础实验一设计性实验一综合设计性实验”三层次实验教学体系。本书以电子线路综合设计为主要内容，重点介绍综合性设计课题的设计方法、设计流程以及电路安装调试技术、性能指标测试方法和电子综合设计中的一些抗干扰技术。
全书共分6章，介绍了22个课题的设计过程与实现方法：第1章介绍综合设计的基本方法、系统的抗干扰技术和常见技术指标的测试方法；第2章介绍信号源类课题（共5个）；第3章介绍放大器类课题（共5个）；第4章介绍控制系统类课题（共4个）；第5章介绍测量仪器类课题（共4个）；第6章介绍通信系统类课题（共4个）。这些课题的综合性较强，所涵盖的电路范围比较宽：有模拟电路和数字电路综合应用的课题；有低频电路、高频电路与数字逻辑电路综合应用的课题；有单片机与可编程逻辑器件构成的综合性应用课题。每个设计课题均介绍了设计思路、设计过程、设计实现的实验方法以及技术指标测试方法。这些设计范例具有一定的指导作用。为检验学生的电子设计能力，每个设计课题均布置了设计任务和实验思考题。
本书的作者是华中科技大学具有丰富教学、实践经验的教师，也是全国大学生电子设计竞赛的指导教师。本书可作为电子线路课程设计、电子系统设计和电子设计大赛、课外科技活动培训的主要教材，也可作为工程技术人员的参考书。
现代电子系统设计与实践 本书深入探讨了现代电子系统设计的核心原理、方法论与前沿技术，旨在为工程师、科研人员和高级学生提供一个全面、深入且贴近实践的知识体系。 --- 第一部分：系统级思维与需求分析 第一章：电子系统设计的演进与范式转变 本章首先回顾了电子设计从分立器件到集成电路，再到复杂系统的历史演进。重点分析了当前电子设计面临的主要挑战，如功耗限制、电磁兼容性（EMC）要求、快速迭代周期以及跨学科知识融合的必要性。我们将引入“自顶向下设计”（Top-Down Design）的理念，强调在系统架构层面进行决策的重要性，而非仅仅关注局部电路的优化。讨论了敏捷开发方法在电子系统设计流程中的适应性与应用潜力。 第二章：需求获取、规格定义与系统建模 成功的电子系统始于清晰的需求。本章详细阐述了如何进行有效的需求访谈、需求分析与规格说明书（Specification Document）的编制。内容涵盖了功能性需求、非功能性需求（如性能、可靠性、可维护性）的量化定义。随后，引入系统建模工具和语言（如UML、SysML、Stateflow），展示如何使用模型驱动工程（Model-Based Systems Engineering, MBSE）的方法来描述复杂系统的行为、结构和约束，为后续的软硬件协同设计奠定坚实基础。 第三章：系统架构选择与权衡分析 架构决策是影响系统成败的关键。本章聚焦于系统级架构选择的过程，包括对不同拓扑结构（如总线结构、点对点、星型网络）的评估。深入剖析了功耗预算、成本目标、实时性要求、可扩展性等关键约束因子如何影响最终的架构选择。提供了一套结构化的权衡分析框架（如AHP层次分析法），帮助设计者系统地比较备选方案的优劣。 --- 第二部分：硬件核心技术与实现 第四章：高性能模拟前端设计 本章专注于处理真实世界信号的模拟电路设计。内容覆盖了低噪声放大器（LNA）、精密滤波器的设计技巧，以及高速模数/数模转换器（ADC/DAC）的选型与接口技术。重点讲解了噪声分析、失真分析以及跨导-电容（Gm-C）滤波器的设计优化。探讨了在系统层面如何处理信号完整性（SI）问题，特别是当模拟与高速数字信号共存时，如何进行隔离和布局。 第五章：嵌入式处理器选型与系统级集成 嵌入式处理器是现代电子系统的“大脑”。本章对比了微控制器（MCU）、数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）的应用场景与设计特点。详细分析了处理器核心架构（如CISC, RISC-V, ARM Cortex-M/R/A系列）的特性。核心内容包括内存层次结构优化、中断管理机制、多核协同工作时的同步与互斥策略。 第六章：高速数字接口与信号完整性 随着数据速率的提升，信号完整性成为核心挑战。本章深入探讨了传输线理论在PCB设计中的应用，包括阻抗匹配、串扰抑制和端接技术。详细介绍了主流高速串行接口（如PCIe, USB 3.x, MIPI CSI/DSI）的物理层规范和设计要点。提供了一系列硬件调试和仿真工具的使用指南，用于预见和解决高速信号的反射、抖动（Jitter）和眼图（Eye Diagram）问题。 第七章：电源完整性与电磁兼容性（EMC） 电源是系统稳定的基石。本章系统讲解了电源完整性（PI）的设计：从DC-DC转换器的选择与环路补偿，到去耦电容的布局优化和电源噪声的分析。EMC部分则侧重于预防和解决辐射发射（RE）与传导抗扰度（CI）问题。内容包括屏蔽设计、接地策略（单点接地、混合接地）以及PCB的平面化设计对抑制高频噪声的关键作用。 --- 第三部分：软件与固件协同开发 第八章：实时操作系统（RTOS）与任务调度 本章以实际应用为导向，介绍了RTOS的核心概念，如任务状态、优先级反转、信号量、消息队列等同步机制。重点分析了不同调度算法（如固定优先级、轮转、最短剩余时间优先）在实时系统中的适用性。通过具体的代码实例，展示如何高效地利用RTOS资源，确保关键任务的确定性执行。 第九章：硬件抽象层（HAL）与驱动开发 固件与硬件之间的桥梁是驱动程序和HAL。本章讲解了如何设计可移植、模块化的HAL，以应对处理器和外设的快速迭代。重点讲解了设备树（Device Tree）在现代嵌入式系统中的作用，以及如何编写健壮的、能够处理错误和异常的底层驱动代码。 第十章：固件安全与可靠性设计 随着物联网和关键基础设施的发展，固件安全至关重要。本章讨论了嵌入式系统中的安全威胁模型，包括侧信道攻击和代码注入。介绍了安全启动（Secure Boot）、代码签名、内存保护单元（MPU）的配置，以及加密算法在固件中的高效实现。同时，探讨了错误检测与恢复机制（如看门狗、ECC内存）在提升系统整体可靠性方面的应用。 --- 第四部分：测试、验证与制造就绪性 第十一章：系统级测试与调试策略 本章超越了单元测试，关注整个系统的验证。介绍了基于需求的可追溯性测试方法（Traceability Matrix）。详细阐述了调试工具链（JTAG/SWD、逻辑分析仪、示波器）的高级应用技巧，特别是在排查集成错误和性能瓶颈时的策略。内容还包括注入故障（Fault Injection）测试，以验证系统的鲁棒性。 第十二章：设计可制造性与可装配性（DFM/DFA） 电子产品从设计走向量产需要考虑制造约束。本章讲解了如何遵循行业标准（如IPC标准）来优化PCB布局和元器件选型，以适应SMT贴装和焊接工艺。讨论了公差分析（Tolerance Analysis）在确保大批量产品一致性中的作用，以及如何通过设计简化装配流程，降低制造成本和返修率。 第十三章：生命周期管理与系统维护 本章着眼于产品的长期运营。内容包括版本控制（Git/SVN）在软硬件协同项目中的最佳实践。探讨了远程诊断、空中升级（OTA）机制的设计与安全性。最后，分析了如何利用系统日志和远程监控数据来指导后续的迭代改进和维护工作，实现产品的持续优化。 --- 本书的特点在于其跨学科的整合视角，将严谨的电子工程理论与现代系统工程、软件工程的最佳实践紧密结合，力求培养读者从“电路工程师”向“系统架构师”的思维转变。
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