1、1,现代电子技术及应用,北京信息科技大学光电信息与通信工程学院,2,典型电子信息系统组成 现代电子信息系统主要技术指标 现代电子信息系统设计方法 现代电子技术研究热点及趋势 本课程主要内容,第一章 绪论,3,1.1 典型电子信息系统组成,系统的核心是信号处理单元； 输入通道通常包括传感器、信号预处理、信号传输等单元； 输出通道通常包括信号传输、驱动电路和执行机构等单元； 此外，还有声音、显示以及数据存储单元等。,4,1.2 现代电子信息系统主要技术指标,一、抗干扰能力 电子仪器中的干扰主要来自于电子元件内部噪声、接地噪声、电源噪声、电路之间的干扰和外界干扰源等，因此需要采取有效措施去除或减小各
2、种噪声和干扰带来的影响，保证有用信号的获取、传输和利用。 常用的方法有：选择低噪声元器件、良好的布线和接地、电源去藕、滤波、调制解调方法、差动放大、隔离和屏蔽等。,5,1.2 现代电子信息系统主要技术指标,二、稳定性 电子仪器中电子元件的特性参数，如三极管的放大倍数、漏电流，运算放大器的失调电压、失调电流等会随着温度变化而改变，元器件的老化，连接件的接触电阻的变化等原因使仪器工作的稳定性受到影响。 因此，在设计电路时尽量选用低漂移电路，减小发热元件的影响，并采取温度补偿措施，并对主要器件进行筛选。,6,1.2 现代电子信息系统主要技术指标,三、线性度和保真度 线性度主要是对电路的输入和输出之间
3、稳态关系的描述，而保真度反映波形通过电路后不失真程度。 一般情况下，要求电路的输入和输出之间成线性关系，实际电路并非如此，但通过硬件或软件可以对电路的非线性关系进行校正，以便进行转换、显示等处理。 为使波形通过电路系统以后无失真现象，不仅要求电路系统的幅频特性为恒定不变的直线，而且要求电路系统的相频特性为斜的直线。,7,1.2 现代电子信息系统主要技术指标,四、输入输出阻抗 电路的输入和输出阻抗主要影响电路之间、电路和传感器之间以及电路和执行器之间的阻抗匹配。 电路的输入阻抗和传感器的输出阻抗匹配，后级电路的输入阻抗和前级电路的输出阻抗匹配，电路的输出阻抗和执行器的输入阻抗匹配。 电路的输入阻
4、抗为无穷大，以便电路的加入不影响原来信号的大小。但输入阻抗大，输入端产生的噪声就大。 为了获得最大功率输出，要求后级的输入阻抗等于前级输出阻抗。 电路的输出阻抗越小越好，以便其后面接入负载时，不影响其输出信号大小，有更强的驱动能力。,8,1.2 现代电子信息系统主要技术指标,五、响应速度 被测对象的信号频率越来越高，而且动态测量和快速控制是现代电子仪器发展的方向，这就要求处理电路有较快的响应速度，以便进行实时测量和控制。 如果电路的响应速度太低，会导致信号失真和回路振荡等现象，使测量精度减低或控制系统不稳定。,9,1.3 现代电子信息系统设计方法,一、总体方案设计 处理器选择。处理器主要类型有
5、单片机、DSP、CPLD/FPGA、ARM和嵌入式计算机主板等。 软件、硬件功能分配。为降低产品成本和提高系统可靠性和稳定性，尽量考虑用软件实现系统的功能。在实时性要求高的场合下考虑选择硬件实现方式。 低功耗设计。尽量采用低电压供电方式和低功耗电子元件。 信号传输方式。有线通讯方式具有信号传输可靠、传输速度快等特点，但在布线困难和有线方式使用不便等场合下，考虑采用无线通讯方式。,10,1.3 现代电子信息系统设计方法,二、单元电路方案设计 根据单元电路实现的功能、性能指标、单元电路输入和输出接口、工作环境等因素设计单元电路方案。 应该尽量选择成熟的单元电路方案和高集成度芯片，保证所设计电路的可
6、靠性。 在确定单元电路方案时，要考虑各个单元电路之间的接口，模拟电路之间的连接要考虑信号大小匹配和相互影响，而数字电路之间连接要考虑电平高低、驱动能力和时序的匹配。 数字电路采用CPLD和FPGA实现可以提高可靠性和减小体积。,11,1.3 现代电子信息系统设计方法,三、单元电路设计 模拟电路的设计需要计算电路参数、选择元器件。若单元电路采用高集成度芯片，则单元电路的指标主要由芯片的性能决定，电阻和电容等元件参数根据单元电路的指标要求和集成芯片使用手册确定。 数字电路的实现可以采用数字集成芯片或可编程器件。可编程器件的设计依靠VHDL和Verilog等硬件描述语言以及可编程器件编程环境。 考虑
7、到电阻噪声的影响和导线电阻存在等因素，电阻值不能选择太大和太小，一般在几百欧以上到几兆欧以下。还要考虑电阻功率和其电感量大小。 电容选择主要考虑信号的频带范围和电容标称值，还要考虑其耐压、泄漏电阻和极性要求。,12,1.3 现代电子信息系统设计方法,四、现代电子信息系统电子电路调试与功能测试 现代电子信息系统调试包括电子电路调试与系统功能测试。 电子电路调试一般按照信号流向分单元调试，大部分模拟电路、数字电路和模数混合电路都可以用仿真软件进行模拟仿真，对设计电路进行验证和调试。 系统功能测试需要对系统实现的各个功能进行测试，系统若实现较复杂的功能，一般需要软件编程，这部分工作一般是硬件和软件联
8、合调试，发现问题，判断问题所在。,13,1.4 现代电子技术研究热点及趋势,EDA技术 。 微电子技术 。 机电一体化技术 。 嵌入式技术 。 现代电力电子技术 。 虚拟仪器技术 。,14,1.5 本课程主要内容,波形发生原理、实现方法和典型应用。 信号预处理单元，包括各种传感器接口电路、微弱信号处理技术和模数转换技术。 信号处理单元，包括普通集成运算放大器和各种特殊放大器的应用、信号运算和特征提取电路、信号滤波电路和信号转换电路。 信号传输技术和计算机接口技术。 信号输出通道，包括D/A转换电路、LED和LCD接口电路、电机原理和驱动、继电器驱动和功率放大器等。 集成稳压电源。,15,1.6
9、 教材和参考资料,刘国忠. 现代电子技术及应用. 北京：机械工业出版社，2010. 塞尔吉欧佛朗哥. 基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计. 刘树棠等译. 第3版. 西安: 西安交通大学出版社, 2004. 孙肖子, 邓建国等. 电子设计指南. 第1版. 北京: 高等教育出版社, 2006. 李刚, 林凌. 现代测控电路. 北京: 高等教育出版社, 2004. 王志刚. 现代电子线路. 第1版. 北京: 北方交通大学出版社, 2003. 吕俊芳. 传感器接口与检测仪器电路. 北京: 北京航空航天大学出版社, 1994.,16,1.7 实验和考核,一、实验（16学时） 低通滤波 相敏检波 光电检测 电机控制 二、考核 总成绩=平时成绩30% + 考试成绩70% 平时成绩包括：实验、作业、考勤。,
