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现代电子系统设计与实践
作者：李正军
ISBN：978-7-111-78888-1
本书详细讲述了电子电路设计所需掌握的相关内容，涵盖模拟电路、数字电路、通信技术、传感器、微控制器、FPGA的基础知识和设计实例。书中讲述了多种电子电路、微控制器和FPGA仿真与开发工具，并给出了详细的软硬件应用实例，还讲述了国产Wi-Fi MCU芯片及其应用。 全书共分10章，主要内容包括：绪论、电子制作与常用工具、基本电子元器件、串行通信与无线网络、电子电路仿真软件—Multisim、集成运算放大器的应用与Multisim仿真、传感器与电路设计、数字电路、电路设计与数字仿真软件—Proteus及其应用、FPGA可编程逻辑器件及其应用。全书内容丰富，体系完整，结构合理，理论与实践相结合，尤其注重工程应用。 本书可作为高等院校各类自动化、机器人、自动检测、机电一体化、人工智能、电子与电气工程、计算机应用、信息工程、物联网等相关专业的本、专科学生及研究生的电子竞赛、科技创新的参考书，也可作为电子系统和嵌入式系统开发工程技术人员的参考用书。
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装订：平装
编辑：李馨馨
开本：16
出版日期：
2025-09-12
字数：443 千字
最新版印次：1-1
最新印次时间：2025-09-12
定价：69.0
cip：2025C3M671
图书简介
本书详细讲述了电子电路设计所需掌握的相关内容，涵盖模拟电路、数字电路、通信技术、传感器、微控制器、FPGA的基础知识和设计实例。书中讲述了多种电子电路、微控制器和FPGA仿真与开发工具，并给出了详细的软硬件应用实例，还讲述了国产Wi-Fi MCU芯片及其应用。 全书共分10章，主要内容包括：绪论、电子制作与常用工具、基本电子元器件、串行通信与无线网络、电子电路仿真软件—Multisim、集成运算放大器的应用与Multisim仿真、传感器与电路设计、数字电路、电路设计与数字仿真软件—Proteus及其应用、FPGA可编程逻辑器件及其应用。全书内容丰富，体系完整，结构合理，理论与实践相结合，尤其注重工程应用。 本书可作为高等院校各类自动化、机器人、自动检测、机电一体化、人工智能、电子与电气工程、计算机应用、信息工程、物联网等相关专业的本、专科学生及研究生的电子竞赛、科技创新的参考书，也可作为电子系统和嵌入式系统开发工程技术人员的参考用书。
作者信息
李正军：山东大学教授，知名的嵌入式系统、现场总线与工业以太网、自动控制、现场总线与工业以太网专家。1984年毕业于山东大学数学系、同年留山东大学数学系任教。先后担任“211工程”重点建设项目“现场总线技术实验室”负责人、控制科学与工程学院微机原理课程负责人，硕士研究生导师，并获山东大学优秀教师荣誉称号。中国电气工业协会设备网现场总线分会理事、中华人民共和国机械行业标准《低压电气通信规约》审稿人，全国电器设备网络通信接口标准化委员会委员。发表科研与教学论文50余篇，出版著作16部，并获机械工业出版社百佳作者和金牌作者荣誉称号。承担省部级与企业科研课题30余项。主要研究方向包括嵌入式系统、RISC-V开源技术、计算机控制、现场总线与工业以太网应用技术、高端医疗器械、电力网络监测仪表等。
章节目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 电子系统设计概念 1
1.2 电子系统的分类与组成 2
1.3 电子系统设计方法 6
1.3.1 自底向上设计方法 6
1.3.2 自顶向下设计方法 7
1.3.3 数模混合电子系统和模拟电子系统的设计方法 9
1.3.4 电子系统设计自动化 10
1.4 EDA设计流程 10
1.4.1 EDA设计输入 10
1.4.2 EDA设计综合 11
1.4.3 EDA设计仿真 12
1.5 电子系统开发流程 12
1.6 电子系统设计应考虑的主要因素 14
1.7 嵌入式系统 16
1.7.1 嵌入式系统的定义 16
1.7.2 嵌入式系统与通用计算机系统的比较 17
1.7.3 嵌入式系统的特点 17
1.8 嵌入式系统的组成 19
1.9 嵌入式系统的软件 19
1.9.1 无操作系统的嵌入式软件 20
1.9.2 带操作系统的嵌入式软件 20
1.9.3 典型的嵌入式操作系统 20
1.10 嵌入式系统的应用领域 23
习题 24
第2章 电子制作与常用工具 25
2.1 电子制作概述 25
2.1.1 电子制作基本概念 25
2.1.2 电子制作基本流程 25
2.2 电子制作常用工具 28
2.2.1 板件加工工具 28
2.2.2 焊接工具 30
2.2.3 验电笔 33
2.2.4 万用表 33
2.2.5 示波器 35
2.2.6 信号源 35
2.2.7 逻辑分析仪 36
2.2.8 晶体管特性图示仪 39
2.2.9 其他工具与材料 40
2.3 电子制作装配技术 41
2.3.1 电子元器件的安装 41
2.3.2 机械装配、整机连线和束线 44
2.4 电子制作调试与故障排查 46
2.4.1 电子制作测量 46
2.4.2 电子制作调试 47
2.4.3 调试过程中的常见故障 50
2.4.4 调试过程中的故障排查法 51
习题 52
第3章 基本电子元器件 53
3.1 电阻器的简单识别与型号
命名法 53
3.1.1 电阻器的分类 53
3.1.2 电阻器的型号命名法 55
3.1.3 电阻器的主要性能指标 55
3.1.4 电阻器的简单测试 57
3.1.5 选用电阻器常识 58
3.1.6 电阻器和电位器选用原则 58
3.2 电容器的简单识别与型号命名法 59
3.2.1 电容器的分类 59
3.2.2 电容器的型号命名法 60
3.2.3 电容器的主要性能指标 61
3.2.4 电容器质量优劣的简单测试 62
3.2.5 选用电容器常识 62
3.3 电感器的简单识别与型号命名法 63
3.3.1 电感器的分类 63
3.3.2 电感器的型号命名法 64
3.3.3 电感器的主要性能指标 65
3.3.4 电感器的简单测试 65
3.3.5 选用电感器常识 65
3.4 半导体器件的简单识别与型号命名法 65
3.4.1 半导体器件的型号命名法 66
3.4.2 二极管的识别与简单测试 68
3.4.3 晶体管的识别与简单测试 70
3.5 半导体集成电路的型号命名法 72
3.5.1 集成电路的型号命名法 73
3.5.2 集成电路的分类 73
3.5.3 集成电路的生产商和封装形式 74
习题 76
第4章 串行通信与无线网络 77
4.1 串行通信基础 77
4.1.1 串行异步通信数据格式 77
4.1.2 差错检验 78
4.2 RS-232C串行通信接口 78
4.2.1 RS-232C端子 78
4.2.2 通信接口的连接 79
4.2.3 RS-232C电平转换器 80
4.3 RS-485串行通信接口 81
4.3.1 RS-485接口标准 81
4.3.2 RS-485收发器 82
4.3.3 应用电路 82
4.3.4 RS-485网络互联 83
4.4 蓝牙通信技术 85
4.4.1 蓝牙通信技术的发展 85
4.4.2 无线多协议SoC芯片 89
4.4.3 nRF5340简介 89
4.4.4 nRF5340的开发工具 90
4.4.5 低功耗蓝牙芯片nRF51822及其应用电路 91
4.5 ZigBee无线传感器网络 92
4.5.1 ZigBee无线传感器网络通信标准 92
4.5.2 ZigBee开发技术 94
4.6 W601 Wi-Fi MCU芯片及其应用
实例 96
4.6.1 W601/W800/W801/W861概述 96
4.6.2 ALIENTEK W601开发板 99
4.6.3 W601 LED灯硬件设计 100
习题 102
第5章 电子电路仿真软件——
Multisim 103
5.1 Multisim软件简介 103
5.2 Multisim基本功能和主要特点 104
5.3 Multisim的安装 105
5.4 Multisim的基本界面 107
习题 118
第6章 集成运算放大器的应用与Multisim仿真 119
6.1 运算放大器的模型 119
6.1.1 理想运算放大器模型 120
6.1.2 实际运算放大器模型 120
6.2 集成运算放大器 122
6.2.1 集成运算放大器的主要技术参数 123
6.2.2 使用集成运算放大器需要注意的
几个问题 123
6.3 集成运算放大器的线性应用电路设计基础 124
6.3.1 反相放大电路 124
6.3.2 同相放大电路 125
6.3.3 电压跟随器 126
6.3.4 求差电路 126
6.3.5 积分运算电路 127
6.3.6 微分运算电路 128
6.4 实验电路的设计与测试 128
6.4.1 反相放大电路的设计与实现 128
6.4.2 反相加法电路的设计与实现 131
6.4.3 同相放大电路的设计与实现 132
6.4.4 求差电路的设计与实现 133
6.4.5 积分运算电路的设计与实现 134
6.4.6 微分运算电路的设计与实现 135
6.5 集成电压比较器 136
6.5.1 双电压比较器LM393 137
6.5.2 四电压比较器LM339 137
6.6 实验电路的设计与测试 138
6.6.1 RC桥式正弦波振荡电路的设计与测试 138
6.6.2 迟滞电压比较器的设计与测试 140
6.6.3 窗口电压比较器的设计与测试 141
习题 142
第7章 传感器与电路设计 143
7.1 传感器概述 143
7.1.1 传感器的定义、分类及构成 145
7.1.2 传感器的基本性能 146
7.1.3 传感器的应用领域 147
7.2 常见的模拟传感器电路 148
7.2.1 温度传感器 148
7.2.2 流量传感器 153
7.2.3 热释电红外传感器 155
7.2.4 位移传感器 156
7.2.5 PM2.5传感器 157
7.2.6 红外传感器 157
7.2.7 气体传感器 159
7.2.8 压力传感器 160
7.3 常见的数字传感器电路 161
7.3.1 数字式气流传感器 161
7.3.2 数字摄像头电路 163
7.3.3 数字电感传感器LDC1314 167
7.3.4 数字电容传感器FDC2214 169
7.3.5 数字温湿度传感器 171
7.3.6 数字加速度与陀螺仪传感器 174
7.3.7 加速度传感器 175
习题 177
第8章 数字电路 178
8.1 基本逻辑门电路 178
8.1.1 与门 178
8.1.2 或门 180
8.1.3 非门 181
8.1.4 74HC/LS/HCT/F系列芯片的区别 182
8.1.5 布尔代数运算法则 183
8.2 数字电路设计步骤及方法 183
8.2.1 数字电路的设计步骤 183
8.2.2 数字电路的设计方法 185
习题 185
第9章 电路设计与数字仿真软件——
Proteus及其应用 186
9.1 EDA技术概述 186
9.2 Proteus 8体系结构及特点 188
9.2.1 Proteus VSM的主要功能 189
9.2.2 Proteus PCB 191
9.2.3 嵌入式微处理器交互式仿真 191
9.3 Proteus 8的启动和退出 191
9.4 Proteus 8窗口操作 192
9.4.1 主菜单栏 192
9.4.2 主工具栏 194
9.4.3 主页 194
9.5 Schematic Capture 窗口 200
9.6 Schematic Capture 电路设计 200
9.7 STM32F103驱动LED灯仿真实例 201
9.7.1 实例描述 201
9.7.2 硬件绘制 201
9.7.3 STM32CubeMX配置工程 203
9.7.4 编写用户代码 209
9.7.5 仿真结果 210
9.7.6 代码分析 211
习题 213
第10章 FPGA可编程逻辑器件及其应用 214
10.1 可编程逻辑器件概述 214
10.1.1 可编程逻辑器件的发展历史 214
10.1.2 不同类别的可编程逻辑器件 215
10.1.3 IP核 217
10.2 FPGA的内部结构 217
10.3 FPGA的生产厂商 219
10.3.1 Xilinx 220
10.3.2 Altera 220
10.4 Intel 公司的FPGA 220
10.4.1 Cyclone 系列 221
10.4.2 Cyclone Ⅳ系列芯片 221
10.4.3 配置芯片 222
10.5 FPGA的应用领域 222
10.6 FPGA开发工具 224
10.7 基于FPGA的开发流程 224
10.7.1 FPGA设计方法概论 224
10.7.2 典型FPGA开发流程 225
10.7.3 FPGA的配置 226
10.7.4 基于FPGA的SoC设计方法 227
10.8 Verilog HDL 228
10.8.1 Verilog HDL概述 228
10.8.2 Verilog编程基础 229
10.8.3 Verilog 程序框架 233
10.9 FPGA开发板 235
10.10 Quartus Ⅱ软件的安装 236
10.11 Quartus Ⅱ软件的应用实例 238
10.11.1 LED灯硬件设计 239
10.11.2 LED灯程序设计 240
习题 263
参考文献 264
第1章 绪论 1
1.1 电子系统设计概念 1
1.2 电子系统的分类与组成 2
1.3 电子系统设计方法 6
1.3.1 自底向上设计方法 6
1.3.2 自顶向下设计方法 7
1.3.3 数模混合电子系统和模拟电子系统的设计方法 9
1.3.4 电子系统设计自动化 10
1.4 EDA设计流程 10
1.4.1 EDA设计输入 10
1.4.2 EDA设计综合 11
1.4.3 EDA设计仿真 12
1.5 电子系统开发流程 12
1.6 电子系统设计应考虑的主要因素 14
1.7 嵌入式系统 16
1.7.1 嵌入式系统的定义 16
1.7.2 嵌入式系统与通用计算机系统的比较 17
1.7.3 嵌入式系统的特点 17
1.8 嵌入式系统的组成 19
1.9 嵌入式系统的软件 19
1.9.1 无操作系统的嵌入式软件 20
1.9.2 带操作系统的嵌入式软件 20
1.9.3 典型的嵌入式操作系统 20
1.10 嵌入式系统的应用领域 23
习题 24
第2章 电子制作与常用工具 25
2.1 电子制作概述 25
2.1.1 电子制作基本概念 25
2.1.2 电子制作基本流程 25
2.2 电子制作常用工具 28
2.2.1 板件加工工具 28
2.2.2 焊接工具 30
2.2.3 验电笔 33
2.2.4 万用表 33
2.2.5 示波器 35
2.2.6 信号源 35
2.2.7 逻辑分析仪 36
2.2.8 晶体管特性图示仪 39
2.2.9 其他工具与材料 40
2.3 电子制作装配技术 41
2.3.1 电子元器件的安装 41
2.3.2 机械装配、整机连线和束线 44
2.4 电子制作调试与故障排查 46
2.4.1 电子制作测量 46
2.4.2 电子制作调试 47
2.4.3 调试过程中的常见故障 50
2.4.4 调试过程中的故障排查法 51
习题 52
第3章 基本电子元器件 53
3.1 电阻器的简单识别与型号
命名法 53
3.1.1 电阻器的分类 53
3.1.2 电阻器的型号命名法 55
3.1.3 电阻器的主要性能指标 55
3.1.4 电阻器的简单测试 57
3.1.5 选用电阻器常识 58
3.1.6 电阻器和电位器选用原则 58
3.2 电容器的简单识别与型号命名法 59
3.2.1 电容器的分类 59
3.2.2 电容器的型号命名法 60
3.2.3 电容器的主要性能指标 61
3.2.4 电容器质量优劣的简单测试 62
3.2.5 选用电容器常识 62
3.3 电感器的简单识别与型号命名法 63
3.3.1 电感器的分类 63
3.3.2 电感器的型号命名法 64
3.3.3 电感器的主要性能指标 65
3.3.4 电感器的简单测试 65
3.3.5 选用电感器常识 65
3.4 半导体器件的简单识别与型号命名法 65
3.4.1 半导体器件的型号命名法 66
3.4.2 二极管的识别与简单测试 68
3.4.3 晶体管的识别与简单测试 70
3.5 半导体集成电路的型号命名法 72
3.5.1 集成电路的型号命名法 73
3.5.2 集成电路的分类 73
3.5.3 集成电路的生产商和封装形式 74
习题 76
第4章 串行通信与无线网络 77
4.1 串行通信基础 77
4.1.1 串行异步通信数据格式 77
4.1.2 差错检验 78
4.2 RS-232C串行通信接口 78
4.2.1 RS-232C端子 78
4.2.2 通信接口的连接 79
4.2.3 RS-232C电平转换器 80
4.3 RS-485串行通信接口 81
4.3.1 RS-485接口标准 81
4.3.2 RS-485收发器 82
4.3.3 应用电路 82
4.3.4 RS-485网络互联 83
4.4 蓝牙通信技术 85
4.4.1 蓝牙通信技术的发展 85
4.4.2 无线多协议SoC芯片 89
4.4.3 nRF5340简介 89
4.4.4 nRF5340的开发工具 90
4.4.5 低功耗蓝牙芯片nRF51822及其应用电路 91
4.5 ZigBee无线传感器网络 92
4.5.1 ZigBee无线传感器网络通信标准 92
4.5.2 ZigBee开发技术 94
4.6 W601 Wi-Fi MCU芯片及其应用
实例 96
4.6.1 W601/W800/W801/W861概述 96
4.6.2 ALIENTEK W601开发板 99
4.6.3 W601 LED灯硬件设计 100
习题 102
第5章 电子电路仿真软件——
Multisim 103
5.1 Multisim软件简介 103
5.2 Multisim基本功能和主要特点 104
5.3 Multisim的安装 105
5.4 Multisim的基本界面 107
习题 118
第6章 集成运算放大器的应用与Multisim仿真 119
6.1 运算放大器的模型 119
6.1.1 理想运算放大器模型 120
6.1.2 实际运算放大器模型 120
6.2 集成运算放大器 122
6.2.1 集成运算放大器的主要技术参数 123
6.2.2 使用集成运算放大器需要注意的
几个问题 123
6.3 集成运算放大器的线性应用电路设计基础 124
6.3.1 反相放大电路 124
6.3.2 同相放大电路 125
6.3.3 电压跟随器 126
6.3.4 求差电路 126
6.3.5 积分运算电路 127
6.3.6 微分运算电路 128
6.4 实验电路的设计与测试 128
6.4.1 反相放大电路的设计与实现 128
6.4.2 反相加法电路的设计与实现 131
6.4.3 同相放大电路的设计与实现 132
6.4.4 求差电路的设计与实现 133
6.4.5 积分运算电路的设计与实现 134
6.4.6 微分运算电路的设计与实现 135
6.5 集成电压比较器 136
6.5.1 双电压比较器LM393 137
6.5.2 四电压比较器LM339 137
6.6 实验电路的设计与测试 138
6.6.1 RC桥式正弦波振荡电路的设计与测试 138
6.6.2 迟滞电压比较器的设计与测试 140
6.6.3 窗口电压比较器的设计与测试 141
习题 142
第7章 传感器与电路设计 143
7.1 传感器概述 143
7.1.1 传感器的定义、分类及构成 145
7.1.2 传感器的基本性能 146
7.1.3 传感器的应用领域 147
7.2 常见的模拟传感器电路 148
7.2.1 温度传感器 148
7.2.2 流量传感器 153
7.2.3 热释电红外传感器 155
7.2.4 位移传感器 156
7.2.5 PM2.5传感器 157
7.2.6 红外传感器 157
7.2.7 气体传感器 159
7.2.8 压力传感器 160
7.3 常见的数字传感器电路 161
7.3.1 数字式气流传感器 161
7.3.2 数字摄像头电路 163
7.3.3 数字电感传感器LDC1314 167
7.3.4 数字电容传感器FDC2214 169
7.3.5 数字温湿度传感器 171
7.3.6 数字加速度与陀螺仪传感器 174
7.3.7 加速度传感器 175
习题 177
第8章 数字电路 178
8.1 基本逻辑门电路 178
8.1.1 与门 178
8.1.2 或门 180
8.1.3 非门 181
8.1.4 74HC/LS/HCT/F系列芯片的区别 182
8.1.5 布尔代数运算法则 183
8.2 数字电路设计步骤及方法 183
8.2.1 数字电路的设计步骤 183
8.2.2 数字电路的设计方法 185
习题 185
第9章 电路设计与数字仿真软件——
Proteus及其应用 186
9.1 EDA技术概述 186
9.2 Proteus 8体系结构及特点 188
9.2.1 Proteus VSM的主要功能 189
9.2.2 Proteus PCB 191
9.2.3 嵌入式微处理器交互式仿真 191
9.3 Proteus 8的启动和退出 191
9.4 Proteus 8窗口操作 192
9.4.1 主菜单栏 192
9.4.2 主工具栏 194
9.4.3 主页 194
9.5 Schematic Capture 窗口 200
9.6 Schematic Capture 电路设计 200
9.7 STM32F103驱动LED灯仿真实例 201
9.7.1 实例描述 201
9.7.2 硬件绘制 201
9.7.3 STM32CubeMX配置工程 203
9.7.4 编写用户代码 209
9.7.5 仿真结果 210
9.7.6 代码分析 211
习题 213
第10章 FPGA可编程逻辑器件及其应用 214
10.1 可编程逻辑器件概述 214
10.1.1 可编程逻辑器件的发展历史 214
10.1.2 不同类别的可编程逻辑器件 215
10.1.3 IP核 217
10.2 FPGA的内部结构 217
10.3 FPGA的生产厂商 219
10.3.1 Xilinx 220
10.3.2 Altera 220
10.4 Intel 公司的FPGA 220
10.4.1 Cyclone 系列 221
10.4.2 Cyclone Ⅳ系列芯片 221
10.4.3 配置芯片 222
10.5 FPGA的应用领域 222
10.6 FPGA开发工具 224
10.7 基于FPGA的开发流程 224
10.7.1 FPGA设计方法概论 224
10.7.2 典型FPGA开发流程 225
10.7.3 FPGA的配置 226
10.7.4 基于FPGA的SoC设计方法 227
10.8 Verilog HDL 228
10.8.1 Verilog HDL概述 228
10.8.2 Verilog编程基础 229
10.8.3 Verilog 程序框架 233
10.9 FPGA开发板 235
10.10 Quartus Ⅱ软件的安装 236
10.11 Quartus Ⅱ软件的应用实例 238
10.11.1 LED灯硬件设计 239
10.11.2 LED灯程序设计 240
习题 263
参考文献 264
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