1、 I 嵌入式技术与应用丛书 电子系统设计 面向嵌入式硬件电路 马洪连 吴振宇 主 编 马艳华 丁 男 朱 明 于 成 Publishing House of Electronics Industry 北京BEIJING 编 著 II 内 容 简 介 本书以培养会设计、能发展、具有创新精神和实践能力的创新型工程实践人才为目的，全面、系统地对嵌入式硬件电路设计技术，以及相关知识和应用实例进行介绍。通过本书的学习，读者能够初步了解并掌握嵌入式硬件电路设计的基本内容及实用技术。全书共 10 章，主要内容包括嵌入式处理器和嵌入式系统简介、基本电路设计、系统前向通道检测与信息获取电路设计、人机交互接口电路
2、设计、系统输出通道电路设计、通信接口电路设计、EDA 与可编程逻辑器件应用、基于 Altium Designer 电路原理图与 PCB 设计、Proteus 仿真技术应用，以及电子系统综合设计实例。各章配有相应的例题和参考练习题，可供教学选用。本书适合作为高等院校嵌入式工程、物联网工程、电子信息工程、自动化、机电一体化等专业的教材，也可供相关工程设计人员在进行电子电路设计与制作时参考。本书配有相关教学资料，读者可登录华信教育资源网（）免费注册后下载。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 电子系统设计：面向嵌入式硬件电路/马洪连，
3、吴振宇主编.北京：电子工业出版社，2018.7（嵌入式技术与应用丛书）ISBN 978-7-121-34612-5.电.马 吴.电子系统系统设计.TN02 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2018）第 142619 号 策划编辑：田宏峰 责任编辑：田宏峰约编辑：方红琴 俞凌娣 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：7871 092 1/16 印张：17.5 字数：448 千字 版 次：2018 年 7 月第 1 版 印 次：2018 年 7 月第 1 次印刷 定 价：68.00 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购
4、买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888，88258888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。本书咨询联系方式：。III 目前，国内高校 IT 相关专业的学生普遍存在一种软件编程能力较强、硬件设计能力偏弱的现象。随着社会对嵌入式系统、物联网工程，以及无线通信设备、智能仪器仪表和智能装置、工业自动化等设计人员需求的日益提高，社会急需能够独立进行现代电子系统设计，尤其是嵌入式硬件系统设计方面的人才。本书从设计和实用的角度出发，首先从构成电子系统的核心部件和相关电路入手，介绍嵌入式处理器及系统的组成，以及常用电子电路的设计；然后讲述常用传感
5、器及应用技术，系统前向通道的信号感知识别和调理电路，A/D 转换器，人机交互接口电路的组成与应用，系统后向输出执行电路，以及现代 EDA 工具，现代电子电路设计与虚拟仿真方面的知识；最后介绍电子系统的设计方法、设计步骤，并给出了典型的电子系统设计实例。本书具有如下特点：（1）本书系统全面，注重理论与实践相结合，针对专业性较强和学生缺乏感性认识的教学内容，辅以图、表、文等并用的教学手段，加深学生对电子系统设计的理解。（2）内容层次清楚、规范，从设计的角度出发，注重学生综合能力的培养。（3）将新理念、先进技术和教学实践相结合，侧重创新型人才的培养。全书共 10 章：分别为嵌入式处理器与嵌入式系统简
6、介，常用电子电路设计与实现，系统前向通道电路设计，人机交互接口电路设计，系统输出通道电路设计，通信接口电路设计，EDA与可编程逻辑器件应用，基于 Altium Designer 电路原理图与印制电路板设计，Proteus 仿真技术应用，电子系统综合设计实例。本书作者多年来一直从事电子技术、嵌入式系统设计与应用等专业的教学和科研工作，主持和参与了多项科研项目的开发和设计方面的工作，所以在本书的编写过程中精选内容，力求符合从事现代电子技术设计与开发的初学者的特点，做到概念清晰、理论联系实际；在叙述方法上，力求由浅入深、通俗易懂、便于学习，以使读者能在较短的时间内迅速掌握相关知识，起到事半功倍的作用
7、。本书适合作为高等院校相关专业的教材，也可供从事现代电子技术开发设计人员及爱好者参考。作者首先感谢电子工业出版社的编辑，是他们的大力支持，才能使本书很快出版发行。本书在编写的过程中参考和引用了相关的参考书、文献和文章，在此向相关作者表示深切的谢意。由于现代电子技术的发展非常迅速，新技术、新成果不断涌现和更新，书中难免存在错误、疏漏和不妥之处，希望广大读者多加谅解，并及时联系作者，以期在后续版本中进行完善。作 者 2018 年 5 月于大连 V 第 1 章 嵌入式处理器与嵌入式系统简介 （1）1.1 概述 （1）1.2 嵌入式处理器 （2）1.2.1 微控制器 （2）1.2.2 微处理器 （8）
8、1.2.3 数字信号处理器 （12）1.2.4 片上系统 （12）1.3 嵌入式系统简介 （14）1.3.1 嵌入式系统结构 （14）1.3.2 嵌入式硬件系统 （15）1.3.3 嵌入式软件系统 （15）1.4 嵌入式系统开发环境与开发技术 （18）1.4.1 嵌入式系统开发流程 （18）1.4.2 嵌入式系统开发技术 （19）1.4.3 嵌入式系统调试技术 （20）1.4.4 IAR 开发环境简介 （20）习题与思考题 （20）第 2 章 常用电子电路的设计与实现 （22）2.1 系统电源部分的设计与实现 （22）2.1.1 直流稳压电源概述 （22）2.1.2 串联型线性直流稳压电源 （
9、23）2.1.3 开关型直流稳压电源 （26）2.1.4 交流电和电池供电切换电路 （34）2.1.5 稳压电源设计实例 （35）2.2 典型信号发生电路设计 （38）2.2.1 函数信号发生器 （38）2.2.2 电压-频率转换电路 （41）2.3 常用控制单元电路的设计 （42）2.3.1 声控电路及其设计 （42）2.3.2 光控电路及其设计 （43）2.3.3 红外遥控电路及其设计 （44）习题与思考题 （46）VI 第 3 章 系统前向通道电路设计 （47）3.1 传感器及应用技术 （47）3.1.1 概述 （47）3.1.2 常用传感器及应用技术 （48）3.2 自动识别技术及应用
10、 （56）3.2.1 概述 （56）3.2.2 条形码及应用 （57）3.2.3 无线射频识别技术及应用 （60）3.3 模拟信号检测电路设计 （65）3.3.1 检测系统结构 （65）3.3.2 多路信号选择电路 （67）3.3.3 信号调理电路设计 （68）3.3.4 模/数转换器及应用（70）3.4 数字信号与非电量参数的检测技术 （78）3.4.1 开关量信号的检测 （78）3.4.2 时间型信号的检测 （79）3.4.3 频率及周期型信号的检测 （79）习题与思考题 （80）第 4 章 人机交互接口电路设计 （82）4.1 按键式接口电路设计 （82）4.1.1 概述 （82）4.1
11、.2 键盘及接口电路设计 （83）4.2 显示器接口电路设计 （84）4.2.1 LED 显示器接口电路设计 （85）4.2.2 液晶显示器接口设计与应用 （89）4.3 触摸屏及接口电路设计 （107）4.3.1 电阻式触摸屏 （107）4.3.2 电容式触摸屏 （109）4.3.3 红外线式触摸屏 （109）4.3.4 触摸屏接口电路设计实例 （111）习题与思考题 （113）第 5 章 系统输出通道电路设计 （114）5.1 模拟量输出通道 （114）5.1.1 概述 （114）5.1.2 D/A 转换器及应用 （115）5.1.3 功率驱动电路设计 （124）5.2 开关量输出及驱动电
12、路设计 （125）5.3 电机驱动电路设计实例 （127）5.3.1 直流电机控制 （127）5.3.2 步进电机控制 （128）VII 习题与思考题 （131）第 6 章 通信接口电路设计 （132）6.1 概述 （132）6.2 有线通信接口电路设计 （134）6.2.1 通用异步收发器 （134）6.2.2 RS-232C 标准串行通信 （136）6.2.3 通用串行总线（USB）（138）6.2.4 单总线串行通信 （140）6.2.5 内部集成电路串行总线通信 （146）6.2.6 串行外围设备接口 （157）6.2.7 控制器局域网总线 （162）6.2.8 RS-485 标准串行
13、通信 （164）6.3 无线通信接口技术 （166）6.3.1 蓝牙无线通信技术 （166）6.3.2 ZigBee 无线通信技术 （168）6.3.3 Wi-Fi 移动通信技术 （170）6.3.4 2G/3G/4G/5G 现代通信技术 （171）习题与思考题 （173）第 7 章 EDA 与可编程逻辑器件应用 （175）7.1 电子设计自动化技术 EDA （175）7.1.1 概述 （175）7.1.2 常用的 EDA 工具 （177）7.2 硬件描述语言 （179）7.2.1 VHDL 描述语言 （179）7.2.2 Verilog HDL 描述语言 （181）7.2.3 Verilog
14、 HDL 和 VHDL 的比较 （182）7.3 可编程逻辑器件简介 （182）7.4 EDA 的设计流程与相关开发环境 （186）7.4.1 EDA 的设计流程 （186）7.4.2 FPGA/CPLD 开发工具软件简介 （188）7.5 微控制器与 FPGA 并行通信接口设计 （192）7.5.1 单片机与 FPGA 并行单向通信 （192）7.5.2 单片机与 FPGA 并行双向通信 （194）习题与思考题 （197）第 8 章 基于 Altium Designer 的电路原理图与印制电路板设计 （198）8.1 Altium Designer 10 开发软件简介 （198）8.2 电路
15、设计基本知识 （199）8.2.1 电路原理图设计要求与元器件库简介 （199）8.2.2 印制电路板设计的基础知识 （201）8.3 电路原理图设计 （204）VIII 8.3.1 电路原理图的设计流程 （204）8.3.2 电路原理图设计注意事项 （205）8.3.3 电路原理图应用设计举例 （205）8.4 印制电路板的设计 （213）8.4.1 印制电路板设计的工作流程 （213）8.4.2 印制电路板的设计实例 （215）习题与思考题 （230）第 9 章 Proteus 电路设计与仿真技术应用 （231）9.1 Proteus 软件概述 （231）9.1.1 Proteus 软件特
16、点 （231）9.1.2 Proteus 元器件资源库 （232）9.2 Proteus ISIS 软件功能简介 （233）9.2.1 Proteus ISIS 的安装与启动 （233）9.2.2 Proteus ISIS 工作界面与菜单功能 （235）9.2.3 Proteus ISIS 交互式仿真软件基础 （239）9.3 基于 Proteus ISIS 的电路设计基础 （241）9.4 Proteus ISIS 电路设计应用实例 （244）9.4.1 运算放大器电路设计应用实例 （244）9.4.2 基于微控制器的流水彩灯设计应用实例 （248）习题与思考题 （254）第 10 章 电子系统设计应用实例 （255）10.1 电子系统设计概述 （255）10.2 多路温度监控报警系统设计应用实例 （257）参考文献 （269）1 嵌入式处理器与嵌入式系统简介 1.1 概述 随着现代计算机技术的飞速发展，计算机系统逐渐形成了通用计算机系统（如个人计算机，Personal Computer，PC）和嵌入式系统两大分支。通用计算机系统的硬件以标准化形态出现，通过安装不同的软件满足不同的要