电子系统基本组成

　　通常将由电子元器件或部件组成的能够产生、传输或处理电信号及信息的客观实体称为电子系统，如通信系统、雷达系统、计算机系统、电子测量系统、自动控制系统等，它们都是能够完成某种任务的电子设备。一般把规模较小、功能单一的称为单元电路；把功能复杂，由若干个单元电路（功能块）组成规模较大的电子电路称为电子系统。电子系统一般包括输入/输出、信息处理和控制三大部分，可实现信号的处理、变换、控制或负载驱动。如图1-1所示为电子系统的基本组成框图。
　　以标准数字集成电路为核心的电子系统设计流程如图1-4所示。
　　系统描述和分析这一步与模拟电子系统设计是一致的，只是教字电子系统是以逻辑关系进行系统描述的。常用的描述方式有自然语言、逻辑流程图、时序图，或者是这几种方式的结合。当系统较大或逻辑关系复杂时，系统描述和分析不是一件容易的工作，所以分析系统的任务必须仔细、全面，不能有理解上的偏差和疏漏。
　　选择总体方案并确定逻辑算法这一步要选择和比较各种实现方案，并确定逻辑算法。一个数字电子系统的逻辑运算往往有多种算法，设计者不但要找出各种算法，还必须比较它们的优劣，取长补短，从中确定最合理的一种。数字电子系统的算法是逻辑设计的基础，算法不同，则系统的结构也不同，算法的合理与否直接影响系统结构的合理性。确定算法是数字电子系统设计中最具创造性的一环，也是最难的一步。
　　系统模块划分当算法明确后，应根据算法构造系统的硬件框架（也称为系统框图）。将系统划分为若干部分，每部分分别承担算法中不同的逻辑功能。同模拟电子系统一样，如果某一部分的规模太大，则需要进一步划分。其要求是，划分后的各个部分的逻辑功能清楚，规模大小合适，便于进行电路级的设计。
　　系统逻辑描述当系统中每个子系统和模块的逻辑功能及结构确定后，则需要采用比较规范的形式来描述系统的逻辑功能。对系统的逻辑描述可先采用较粗略的逻辑流程图，再将逻辑流程图逐步细化为详细逻辑流程图，最后将详细逻辑流程图表示成与硬件有对应关系的形式，为下一步的电路设计提供依据。
　　设计单元电路和选择元器件对于以标准数字集成电路为核心的电子系统而言，设计单元电路就是按照逻辑和算法要求，选择合适的元器件和连接关系，以实现系绕各单元电路的功能。元器件的选择可以查阅标准数字集成电路手册及相关资料。
　　单元电路校验当单元电路设计完成后必须验证其正确性，即需要进行单元电路的时序和功能校验。目前，数字电路设计的eda软件很多，如pspice、ewb、multisim等都具有验证（也称为仿真、电路模拟）功能，包括时序和功能校验。当验证结果正确后，再进行实际电路的安装与测试。由于eda软件的验证结果十分接近实际结果，因此运用eda软件可以极大地提高电路设计的效率。
　　系统总体调试将单元电路组合在一起，进行系统级的调试。调试时主要观察时序和功能是否满足设计要求。
　　．模拟电子系统模拟电路是构成各种电子系统的基础，模拟电子系统是将各类待处理的物理量通过不同种类传感器辖换为电信号，使电信号的电压、电流、相位、频率等参数与某物理量具有直接的对应关系。经过处理的电信号有的需要还原成模拟量，如电视系统将光信号转换成电信号，再将电信号转换成光信号；有的则转换成其他物理量，如测量温度的仪表将温度转换成电信号后经处理再转换成磁信号，通过指针表示温度值。
　　模拟电子系统的主要优点是在整个处理过程中电信号的有关参数始终与原始的物理量有着直接的对应关系——模拟关系。放大、滤波、信号调理、驱动是组成模拟电子系统的主要单元电路。一般来讲，模拟电子系统输入电路主要完成系统与信号源的阻抗匹配、信号幅度的变换等功能，输出电路则主要起到与负载或被控对象的阻抗匹配、负载驱动等作用。不管是模拟电子系统还是数字电子系统都要用到模拟电子电路。切不可将模拟电子系统与数字电子系统混为一谈，认为在某个领域中模拟电子系统将被取代，或是模拟电路将被数字电路取代。
　　目前，模拟电路的设计有两种方法：人工设计与计算机辅助设计( cad)。
　　．数字电子系统数字电子系统主要用来对不随时间做连续变化的数字信号进行传输、处理和控制。数字电子系统一般由控制器和若干逻辑功能较单一的子系统构成，如存储器、译码器、比较器、计数器等。控制器是数字电子系统中必需的，也是区别系统和功能部件的标志。凡是有控制器的数字电路，不管规模大小都称为数字电子系统，否则只能称为部件。数字电子系统的规模大小不一，有的内部逻辑关系复杂，若直接对这样大的系统进行逻辑电路级的设计是十分困难的，因此往往需要把较大规模的系统划分为若干较小规模的小型数字电子系统（或称子系统），再对各个小型数字电予系统进行逻辑电路级的设计（逻辑电路级的设计是指选用具体的集成元器件并设计出正确的连接关系，以实现逻辑要求）。
　　数字电子系统可分为两大类——同步数字电子系统和异步数字电子系统。目前异步数字电子系统还没有统一规范的设计方法，主要采用模块设计法，即依靠经验，采用试凑的方法。此外，还包括寄存器传输语言rtl (register transfer language)设计法、asm(algorithmic statemachine)图设计法、mds (menmonic documented stale)图设计法、mcu图设计法等。
　　．模拟一数字混合电子系统包含模拟电路和数字电路的系统称为混合型电子系统。目前，在大多数仪器仪表和过程控制中，都采用模拟一数字混合电子系统实现其功能。利用集成电路，如集成运算放大器、比较器、a/d转换器、d/a转换器、f/v转换器、v/f转换器等，并采用微处理器，组成功能强大的应用系统。
　　．微处理器（单片机、嵌入式）系统嵌入式系统源于计算机的嵌入式应用，早期嵌入式系统是通用计算机经改装后嵌入到对象体系中的各种电子系统，如舰船的自动驾驶仪，轮机监测系统等。嵌入式系统首先是一个计算机系统，其次它被嵌入到对象体系中，在对象体系中实现对象要求的数据采集、处理、状态显示、输出控制等功能。由于是嵌入在对象体系中，因此嵌入式系统的计算机没有计算机的独立形式及功能。单片机完全是按照嵌入式系统要求设计的，因此单片机是最典型的嵌入式系统。早期的单片机只是按嵌入式应用技术要求设计的计算机单芯片集成，故名单片机。随后，单片机为满足嵌入式应用要求，不断增强其控制功能与外围接口功能，尤其突出控制功能，因此国际上已将单片机正名为微控制器(microcontrollerunit，mcu)。
　　．dsp（数字信号处理）系统现代大型、复杂的电子系统一般总是上述5种类型或前4种类型的集成，而一些简单的系统，可能就是其中的某一种。以硬件实现的dsp系统的设计可在掌握dsp的理论和算法的前提下，借助数字电子系统的设计方法完成；以软件实现的dsp系统的设计可在掌握dsp的理论和算法的前提下，借助微型计算机系统的程序设计方法和硬件配置方法完成；混合系统的设计可将模拟电子系统与数字电子系统的设计方法结合起来完成。从设计的角庋来说，掌握了模拟电子系统、数字电子系统、微处理器系统的基本设计方法，就能够设计出现代复杂的电子系统。
　　设计是构思和创造以最佳方式将设想向现实转化的活动过程，一般指根据已经提出的技术设想，制订出具体、明确并付诸实施的方案，在一定条件下以当代先进技术满足社会需求为目标，寻求高效率、高质量完成产品研制的方法。