具体描述
本书主要讲述了电子仪器的设计方法、分立器件的特性、电子仪器的典型单元电路（以集成电路为重点）、电路中的抗干扰技术、电子仪器设计实例（本教材提供了如何将各种电路组合成完整仪器的几个实例）。对比较基本而有用的电路，作了充分的说明，使读者了解电路的工作原理，但避免过多的数学推导和繁琐的专题论述。如果读者对某些特殊电路的详细内容感兴趣，希望读者去查阅专门教材或自己分析这些电路。在电子仪器设计举例中，力求反映电子技术学科中的新思想、新技术、新工具、新手段，将最新的科研成果及学术界正在争辩的论题溶进教学内容中去，身体力行地站在创新的前沿去教学生和开拓学生。从总体设计出发，用创新设计思想组织机、光、电、计算机相结合的电子仪器。如该教材的12个例题分析就是结合作者本人近年来取得的成果做支撑反映到教材中。
电子系统设计与集成：从原理到实践 本书将带领读者深入探索现代电子系统的设计与集成，涵盖从基础理论到实际应用的全过程。我们致力于提供一个全面、深入且实用的学习框架，帮助读者理解并掌握构建复杂电子设备所需的关键知识和技能。 第一部分：模拟电路设计基础 本部分将从最基本的模拟电路元件入手，逐步构建起复杂的模拟系统。我们将详细讲解电阻、电容、电感等无源元件的特性及其在电路中的作用，并通过实际案例展示如何利用它们实现滤波、耦合、分压等基本功能。 放大器电路： 深入剖析不同类型的放大器，包括跨导放大器、跨阻放大器、运算放大器（Op-Amp）等。我们将详细讲解放大器的增益、带宽、输入阻抗、输出阻抗等关键参数，并通过详细的电路分析，揭示其工作原理。读者将学习如何使用运算放大器搭建差分放大器、同相比例放大器、反相比例放大器、积分器、微分器等经典电路，并理解其在信号调理、信号处理中的重要作用。此外，我们还将探讨电压跟随器、电流源、有源滤波器（如Sallen-Key、多重反馈滤波器）的设计方法，以及这些电路在实际应用中的局限性与优化策略。 滤波器设计： 针对不同应用场景，我们将深入研究有源和无源滤波器的设计。读者将学习巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔等滤波器类型的设计准则，理解通带、阻带、截止频率、衰减斜率等关键指标的含义，并掌握如何根据性能要求选择合适的滤波器类型和设计参数。我们将通过大量实例，展示如何利用运算放大器实现低通、高通、带通、带阻等滤波器，并分析它们在音频处理、射频通信、数据采集等领域中的应用。 信号源与信号调理： 本节将介绍各种信号源的产生原理与设计方法，包括直流电源、低频信号发生器、振荡器（如RC振荡器、LC振荡器、晶体振荡器）以及更高频率的射频信号源。同时，我们将聚焦信号调理技术，详细讲解放大、衰减、滤波、偏置以及DC-DC转换等技术，以确保原始信号能够满足后续处理单元的要求。我们将探讨如何处理噪声、失真和漂移问题，并提供实用的电路设计技巧以优化信号的信噪比和精度。 传感器接口电路： 了解各种类型传感器的物理原理及其输出信号特性（电压、电流、电阻、电容等）。本书将重点介绍如何设计匹配的接口电路，以将传感器输出的微弱信号放大、滤波并转换为适合模数转换器（ADC）输入的标准信号。我们将详细讨论温度传感器（如热敏电阻、热电偶）、光传感器（如光敏电阻、光电二极管）、压力传感器、加速度传感器等的接口设计，并提供具体的电路图和设计计算。 第二部分：数字电路与微控制器 本部分将为读者构建坚实的数字电路基础，并重点讲解微控制器的应用，使其能够设计和实现更复杂的智能控制系统。 数字逻辑基础： 从布尔代数和逻辑门（AND, OR, NOT, XOR）开始，逐步引入组合逻辑电路（如编码器、译码器、多路选择器、数据选择器）和时序逻辑电路（如触发器、寄存器、计数器）。我们将详细讲解数字逻辑的状态转换、时序控制以及时钟信号的作用，并介绍如何利用这些基本单元构建更复杂的数字系统，如状态机、移位寄存器等。 微控制器体系结构与编程： 深入剖析微控制器的核心组成部分，包括CPU、存储器（RAM、ROM、Flash）、输入/输出（I/O）端口、定时器/计数器、中断控制器、ADC/DAC等。我们将详细介绍不同系列微控制器的架构特点，并重点讲解如何使用C语言或汇编语言进行嵌入式程序开发。读者将学习如何进行寄存器操作、中断处理、定时器应用、ADC/DAC转换，以及如何利用微控制器实现各种控制算法。 嵌入式系统设计： 本节将指导读者如何将微控制器与其他硬件模块（如传感器、执行器、通信接口、显示屏）集成，构建完整的嵌入式系统。我们将讨论系统时钟配置、电源管理、硬件调试、PCB布局等关键设计因素。读者将学习如何根据应用需求选择合适的微控制器，并设计高效、可靠的嵌入式解决方案。 通信协议与接口： 介绍常见的嵌入式系统通信协议，包括UART、SPI、I2C、CAN、USB等。我们将详细讲解这些协议的工作原理、数据传输方式、时序要求以及硬件接口电路的设计。读者将学会如何利用微控制器实现与外部设备（如传感器、PC、其他微控制器）的数据交换，并实现各种通信功能。 第三部分：电源管理与低功耗设计 高效的电源管理和低功耗设计是现代电子设备不可或缺的一部分，尤其在便携式和物联网设备中。 线性稳压器与开关稳压器： 详细介绍线性稳压器（如LDO）和开关稳压器（如Buck, Boost, Buck-Boost）的工作原理、设计特点、效率、纹波抑制等性能指标。我们将分析它们在不同应用场景下的优缺点，并提供具体的电路设计和元件选择指导。 电池管理系统（BMS）： 探讨锂离子电池、镍氢电池等主流电池技术的特性，以及充电、放电、过压、过流、过温保护等关键的电池管理功能。我们将介绍如何设计和实现电池管理电路，以确保电池的安全、高效和长寿命使用。 低功耗设计技术： 深入研究各种低功耗设计策略，包括时钟门控、电源门控、动态电压频率调整（DVFS）、休眠模式、唤醒机制等。读者将学习如何通过软件和硬件协同优化，最大限度地降低设备的功耗，延长电池续航时间。 第四部分：信号处理与数据采集 本部分将聚焦于信号的数字化处理以及从物理世界获取数据的关键技术。 模数转换（ADC）与数模转换（DAC）： 详细讲解各种ADC架构（如逐次逼近型、Δ-Σ型、流水线型）和DAC架构的工作原理，包括分辨率、采样率、非线性度、失真度等关键参数。我们将指导读者如何根据应用需求选择合适的ADC/DAC，并设计相应的接口电路以确保信号的准确转换。 数字信号处理（DSP）基础： 介绍离散时间信号、傅里叶变换、Z变换等DSP基本概念。我们将讲解数字滤波器（如FIR, IIR）的设计与实现，以及在信号去噪、特征提取、模式识别等方面的应用。 数据采集系统（DAS）： 整合前面章节的知识，指导读者如何设计完整的数据采集系统。从传感器信号的采集、放大、滤波，到ADC的转换，再到微控制器的处理和存储，我们将提供一个端到端的解决方案。 第五部分：系统集成与应用实例 在掌握了各个子系统的设计方法后，本部分将引导读者进行实际的系统集成，并通过多个具体的应用案例加深理解。 PCB设计与布局： 讲解PCB（Printed Circuit Board）设计的基本原则，包括信号完整性、电源完整性、电磁兼容性（EMC）等。我们将介绍常用的EDA（Electronic Design Automation）软件，并指导读者进行元器件布局、布线、过孔放置以及封装选择。 系统调试与测试： 介绍常见的电子系统调试工具（如示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪）和测试方法。读者将学习如何通过系统性的调试流程，定位和解决硬件和软件问题，并验证系统的功能和性能。 典型应用案例分析： 通过一系列贴近实际的案例，如智能家居控制系统、工业自动化传感器节点、低功耗无线通信模块、医疗设备数据采集单元等，展示本书所讲解的各项技术是如何被综合运用到实际产品设计中的。每个案例都将包含系统框图、关键模块设计、软件实现以及性能评估。 本书力求通过理论与实践相结合的方式，为读者提供一个扎实而全面的电子系统设计知识体系。我们相信，通过学习本书，读者将能够独立完成从概念到原型，乃至最终产品的电子系统设计与开发。
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