電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐（第4版）內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書(shū)由模擬電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和綜合電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)四部分組成，包括基于放大電路設(shè)計(jì)、模擬濾波器設(shè)計(jì)、直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)、CPLD/FPGA應(yīng)用基礎(chǔ)、STM32F407單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)、單片機(jī)的串行擴(kuò)展技術(shù)、單片機(jī)的并行擴(kuò)展技術(shù)、語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)、DDS信號(hào)發(fā)生器、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、CAN總線通信系統(tǒng)等12章內(nèi)容。內(nèi)容編排循序漸進(jìn)，從器件、單元電路設(shè)計(jì)，再到以STM32F407單片機(jī)和Cyclone IV系列FPGA為核心器件、配以高性能模擬器件的綜合電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

第1章基于集成運(yùn)放的放大電路設(shè)計(jì)

1.1運(yùn)算放大器的模型

1.2集成運(yùn)放構(gòu)成的基本放大電路

1.3集成運(yùn)放的參數(shù)

1.4運(yùn)放應(yīng)用電路設(shè)計(jì)舉例

1.5單電源放大電路設(shè)計(jì)

思考題

設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第2章濾波器設(shè)計(jì)

2.1概述

2.2無(wú)限增益多重反饋濾波器設(shè)計(jì)

2.2.1二階MFB低通濾波器設(shè)計(jì)

2.2.2二階MFB高通濾波器設(shè)計(jì)

2.2.3二階MFB帶通濾波器設(shè)計(jì)

2.2.4二階MFB帶阻濾波器設(shè)計(jì)

2.2.5有源濾波器的級(jí)聯(lián)

2.3開(kāi)關(guān)電容濾波器

2.3.1開(kāi)關(guān)電容濾波器的基本原理

2.3.2單片集成開(kāi)關(guān)電容濾波器的應(yīng)用

思考題

設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第3章直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

3.1概述

3.2線性直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

3.3開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

3.3.1降壓型DC/DC變換電路設(shè)計(jì)

3.3.2升壓型DC/DC變換電路設(shè)計(jì)

3.3.3極性反轉(zhuǎn)型DC/DC變換電路設(shè)計(jì)

思考題

設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第4章FPGA/CPLD應(yīng)用基礎(chǔ)

4.1FPGA/CPLD的結(jié)構(gòu)和原理

4.1.1概述

4.1.2FPGA基本結(jié)構(gòu)和原理

4.1.3CPLD基本結(jié)構(gòu)和原理

4.2FPGA最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.2.1設(shè)計(jì)方案

4.2.2硬件電路設(shè)計(jì)

4.2.3硬件電路測(cè)試

4.3數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例——信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

4.3.1設(shè)計(jì)題目

4.3.2方案設(shè)計(jì)

4.3.3單元電路設(shè)計(jì)

4.3.4QuartusⅡ 13.0的操作流程

4.3.5SignalTapⅡ調(diào)試工具的使用

4.3.6JTAG間接模式編程配置器件

思考題

設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第5章STM32F407單片機(jī)的基本原理

5.1概述

5.2時(shí)鐘系統(tǒng)

5.3通用輸入/輸出端口

5.4定時(shí)器

5.5中斷系統(tǒng)

思考題

第6章單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6.1方案設(shè)計(jì)

6.2硬件電路設(shè)計(jì)

6.3CPLD內(nèi)部邏輯電路設(shè)計(jì)

6.3.14×4鍵盤(pán)接口設(shè)計(jì)

6.3.2TFT模塊接口設(shè)計(jì)

6.3.3地址譯碼器的設(shè)計(jì)

6.4最小系統(tǒng)測(cè)試程序設(shè)計(jì)

思考題

設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第7章單片機(jī)串行總線擴(kuò)展技術(shù)

7.1概述

7.2SPI總線擴(kuò)展技術(shù)

7.2.1SPI總線及軟件模擬

7.2.2STM32F407單片機(jī)的SPI總線接口

7.2.3SPI總線擴(kuò)展實(shí)例——程控放大器設(shè)計(jì)

7.3I2C總線擴(kuò)展技術(shù)

7.3.1I2C總線及軟件模擬

7.3.2STM32F407單片機(jī)的I2C總線接口

7.3.3I2C總線擴(kuò)展實(shí)例——基于ADS1100的電阻測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

思考題

設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第8章單片機(jī)并行總線擴(kuò)展技術(shù)

8.1概述

8.2STM32F407單片機(jī)的并行總線接口

8.3STM32F407單片機(jī)與FPGA的并行接口設(shè)計(jì)

8.4并行總線擴(kuò)展實(shí)例——等精度頻率計(jì)設(shè)計(jì)

8.5并行總線擴(kuò)展實(shí)例——簡(jiǎn)易16位SPI接口設(shè)計(jì)

思考題

設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第9章數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)

9.1設(shè)計(jì)題目

9.2方案設(shè)計(jì)

9.3STM32F407單片機(jī)的ADC

9.4STM32F407單片機(jī)的DAC

9.5模擬子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

9.6M25P16的接口設(shè)計(jì)

9.7系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

9.8系統(tǒng)調(diào)試

思考題

設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第10章DDS信號(hào)發(fā)生器

10.1設(shè)計(jì)題目

10.2方案設(shè)計(jì)

10.3DDS子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

10.4模擬量輸出通道設(shè)計(jì)

10.4.1高速DAC電路設(shè)計(jì)

10.4.2放大濾波電路設(shè)計(jì)

10.5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

10.6系統(tǒng)調(diào)試

思考題

設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第11章高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

11.1設(shè)計(jì)題目

11.2方案設(shè)計(jì)

11.3模擬量輸入通道設(shè)計(jì)

11.3.1高速ADC電路設(shè)計(jì)

11.3.2信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

11.4FIFO數(shù)據(jù)緩沖電路設(shè)計(jì)

11.5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

11.6系統(tǒng)調(diào)試

思考題

設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第12章CAN總線通信系統(tǒng)

12.1CAN總線簡(jiǎn)介

12.2CAN總線協(xié)議

12.3STM32F407單片機(jī)的CAN控制器

12.4CAN通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例

12.4.1設(shè)計(jì)題目

12.4.2方案設(shè)計(jì)

12.4.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

12.4.4系統(tǒng)調(diào)試

思考題

設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

參考文獻(xiàn)

第1章基于集成運(yùn)放的放大電路設(shè)計(jì)

1.1運(yùn)算放大器的模型

1.2用集成運(yùn)放構(gòu)成的基本放大電路

1.3集成運(yùn)放的主要參數(shù)

1.4集成運(yùn)放的分類及選擇

1.5正確使用集成運(yùn)算放大器

1.6設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第2章模擬濾波器設(shè)計(jì)

2.1模擬有源濾波器設(shè)計(jì)

2.1.1概述

2.1.2無(wú)限增益多重反饋濾波器設(shè)計(jì)

2.2開(kāi)關(guān)電容濾波器原理及應(yīng)用

2.2.1開(kāi)關(guān)電容濾波器的基本原理

2.2.2單片集成開(kāi)關(guān)電容濾波器應(yīng)用

2.3設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第3章直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

3.1概述

3.2固定式線性直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

3.3可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

3.4開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

3.4.1降壓型DC/DC變換電路設(shè)計(jì)

3.4.2升壓型DC/DC變換電路設(shè)計(jì)

3.4.3極性反轉(zhuǎn)型DC/DC變換電路設(shè)計(jì)

3.5設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第4章CPLD和FPGA的基本結(jié)構(gòu)和原理

4.1概述

4.2CPLD的基本結(jié)構(gòu)和原理

4.3FPGA的基本結(jié)構(gòu)和原理

4.4FPGA最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.4.1設(shè)計(jì)方案

4.4.2硬件電路設(shè)計(jì)

4.4.3硬件電路測(cè)試

4.4.4JTAG間接模式編程配置器件

4.5FPGA最小系統(tǒng)應(yīng)用舉例——正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

4.6設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第5章基于CPLD/FPGA的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1概述

5.2硬件描述語(yǔ)言VHDL基礎(chǔ)

5.2.1VHDL的語(yǔ)言要素

5.2.2VHDL程序的基本結(jié)構(gòu)

5.2.3VHDL程序的句法

5.2.4常量、變量與信號(hào)

5.2.5VHDL結(jié)構(gòu)體的三種描述方法

5.34位數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)

5.3.1設(shè)計(jì)題目

5.3.2工作原理

5.3.3硬件電路設(shè)計(jì)

5.3.4頂層設(shè)計(jì)和底層模塊設(shè)計(jì)

5.3.5設(shè)計(jì)項(xiàng)目的QuartusⅡ操作流程

5.44×4矩陣鍵盤(pán)編碼器設(shè)計(jì)

5.4.1設(shè)計(jì)題目

5.4.2頂層原理圖設(shè)計(jì)

5.4.3底層模塊設(shè)計(jì)

5.4.4設(shè)計(jì)項(xiàng)目的輸入和編譯

5.4.5功能測(cè)試

5.5設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第6章SoC單片機(jī)C8051F360的基本原理

6.1C8051F360單片機(jī)的組成

6.1.1C8051F360單片機(jī)簡(jiǎn)介

6.1.2輸入輸出端口

6.1.3振蕩器

6.1.410位A/D轉(zhuǎn)換器

6.1.510位D/A轉(zhuǎn)換器

6.1.6中斷系統(tǒng)

6.1.7可編程計(jì)數(shù)器陣列

6.1.8外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口

6.1.9異步串行通信接口

6.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6.2.1方案設(shè)計(jì)

6.2.2鍵盤(pán)顯示模塊設(shè)計(jì)

6.2.3MCU模塊電路設(shè)計(jì)

6.3C8051F360單片機(jī)基本程序設(shè)計(jì)

6.3.1單片機(jī)初始化程序設(shè)計(jì)

6.3.2LCD顯示程序設(shè)計(jì)

6.3.3鍵盤(pán)中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)

6.3.4異步串行通信程序設(shè)計(jì)

6.4設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第7章SoC單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)

7.1概述

7.2I/O擴(kuò)展技術(shù)

7.2.1由三極管構(gòu)成的開(kāi)關(guān)量驅(qū)動(dòng)電路

7.2.2由達(dá)林頓管構(gòu)成的開(kāi)關(guān)量驅(qū)動(dòng)電路

7.2.3采用LT1162構(gòu)成的H橋驅(qū)動(dòng)電路

7.2.4采用DRV8812構(gòu)成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

7.3SPI總線擴(kuò)展技術(shù)

7.3.1SPI總線

7.3.2C8051F360單片機(jī)的增強(qiáng)型SPI接口

7.3.3SPI總線擴(kuò)展實(shí)例——數(shù)控電流源設(shè)計(jì)

7.3.4SPI總線擴(kuò)展實(shí)例——程控放大器設(shè)計(jì)

7.3.5SPI總線擴(kuò)展實(shí)例——基于AD9833的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

7.4I2C總線擴(kuò)展技術(shù)

7.4.1I2C總線

7.4.2I2C總線數(shù)據(jù)傳送軟件模擬

7.4.3C8051F360單片機(jī)的SMBus（I2C）總線接口

7.4.4I2C總線擴(kuò)展實(shí)例——基于ADS1100的電阻測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

7.4.5I2C總線擴(kuò)展實(shí)例——基于M41T0的可校時(shí)數(shù)字鐘設(shè)計(jì)

7.5設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第8章數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)

8.1設(shè)計(jì)題目

8.2方案設(shè)計(jì)

8.3模擬子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

8.4大容量存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)

8.4.1并行大容量存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)

8.4.2串行大容量存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)

8.5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

8.6系統(tǒng)調(diào)試

8.7DPCM語(yǔ)音壓縮算法

8.8設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第9章DDS信號(hào)發(fā)生器

9.1設(shè)計(jì)題目

9.2直接數(shù)字頻率合成的原理

9.3方案設(shè)計(jì)

9.4模擬量輸出通道設(shè)計(jì)

9.4.1高速D/A電路設(shè)計(jì)

9.4.2濾波放大驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

9.5DDS子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

9.6系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

9.7系統(tǒng)調(diào)試

9.8設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第10章高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

10.1設(shè)計(jì)題目

10.2方案設(shè)計(jì)

10.3模擬量輸入通道設(shè)計(jì)

10.3.1高速A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

10.3.2信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

10.4FIFO數(shù)據(jù)緩沖電路設(shè)計(jì)

10.5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

10.6系統(tǒng)調(diào)試

10.7鎖相環(huán)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

10.8設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

第11章基于CAN總線的溫度檢測(cè)系統(tǒng)

11.1設(shè)計(jì)題目

11.2CAN總線接口設(shè)計(jì)

11.2.1CAN總線簡(jiǎn)介

11.2.2CAN總線硬件接口

11.2.3CAN控制器SJA1000

11.2.4SJA1000內(nèi)部寄存器功能說(shuō)明

11.3數(shù)字溫度傳感器DS18B20原理

11.3.1單總線與DS18B20簡(jiǎn)介

11.3.2DS18B20的操作命令

11.3.3DS18B20的操作時(shí)序

11.3.4DS18B20程序設(shè)計(jì)

11.4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

11.5系統(tǒng)調(diào)試

11.6設(shè)計(jì)訓(xùn)練題

參考文獻(xiàn) 2100433B

該教材是在董景新、趙長(zhǎng)德、郭美鳳、陳志勇、李冬梅編著的《控制工程基礎(chǔ)》第3版的基礎(chǔ)上重新編寫(xiě)的?！犊刂乒こ袒A(chǔ)》第3版自2009年6月正式出版已五年多。自第1、2、3版教材相繼出版以來(lái)，該教材隨著“控制工程基礎(chǔ)”課程在全國(guó)各高等院校的機(jī)械類、儀器類等非控制專業(yè)逐漸普遍開(kāi)設(shè)，以及本教材聲譽(yù)的不斷提升，對(duì)教材的需求量也穩(wěn)步增加。自出版以來(lái)根據(jù)需求該教材多次重新印刷，第1版11年時(shí)間累計(jì)印刷11次，總印數(shù)達(dá)53000冊(cè)；第2版5年多時(shí)間累計(jì)印刷10次，總印數(shù)達(dá)60000冊(cè)；第3版不到5年時(shí)間就累計(jì)12次印刷，總印數(shù)已達(dá)62500冊(cè)。

本課程相繼被評(píng)為清華大學(xué)、北京市和國(guó)家級(jí)精品課程，國(guó)家級(jí)精品資源共享課；清華大學(xué)等院校也將本課程確定為機(jī)械學(xué)院平臺(tái)課。除本校使用該教材外，另有約100所兄弟院校的儀器儀表類和機(jī)械類專業(yè)將我們編著的教材選為使用教材和研究生入學(xué)考試參考書(shū)。隨著需求量的增加，我們深感責(zé)任的加重，促使我們對(duì)于教材的編寫(xiě)精益求精、與時(shí)俱進(jìn)，于是由目前在教學(xué)第一線的教師進(jìn)一步編寫(xiě)了第4版教材。

第4版教材在以前各版的基礎(chǔ)上各章都作了或多或少的補(bǔ)充和修改。鑒于LabVIEW是更加直觀方便的圖形化程序編譯平臺(tái)，在控制工程中得到越來(lái)越多的應(yīng)用，增加了LabVIEW工具在控制工程應(yīng)用的內(nèi)容，獨(dú)立成章，該章節(jié)由劉云峰副教授完成。該章介紹了借助LabVIEW，進(jìn)行控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模、時(shí)間響應(yīng)分析、頻域響應(yīng)分析、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和系統(tǒng)綜合校正設(shè)計(jì)等。同時(shí)，為了方便更好地理解掌握教材其他章節(jié)論述的概念和方法，特基于LabVIEW設(shè)計(jì)編寫(xiě)了配合教材使用的控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真、分析、演示軟件，不僅可以完成對(duì)控制系統(tǒng)在時(shí)域和頻域進(jìn)行特性仿真分析，還可以動(dòng)態(tài)地分析和演示控制系統(tǒng)中不同參數(shù)及參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)特性的影響。

另外，根據(jù)實(shí)際工程和科研的基本需求和多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在各章節(jié)內(nèi)容論述上力求概念表達(dá)清楚準(zhǔn)確，加強(qiáng)對(duì)問(wèn)題的歸納說(shuō)明，同時(shí)也適當(dāng)增加了一些諸如內(nèi)模原理和內(nèi)模控制簡(jiǎn)要介紹的內(nèi)容。

全書(shū)由董景新教授整理統(tǒng)編。

該教材廣泛參考了國(guó)內(nèi)外同類教材和其他有關(guān)文獻(xiàn)，保持并突出以下特點(diǎn):第4版前言控制工程基礎(chǔ)（第4版）(1) 突出機(jī)械運(yùn)動(dòng)作為主要受控對(duì)象，并對(duì)其數(shù)學(xué)模型和分析綜合重點(diǎn)研究;

(2) 對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)原理基本內(nèi)容表達(dá)清楚，著重基本概念的建立和解決機(jī)電控制問(wèn)題的基本方法的闡明，并簡(jiǎn)化或略去與機(jī)電工程距離較遠(yuǎn)、較艱深的嚴(yán)格數(shù)學(xué)推導(dǎo)內(nèi)容;

(3) 引入和編寫(xiě)較多的例題與習(xí)題，便于自學(xué);

(4) 反映機(jī)電一體化新技術(shù)和新分析方法。

對(duì)于屬于該書(shū)領(lǐng)域的非基本內(nèi)容，但在本領(lǐng)域文獻(xiàn)中時(shí)有出現(xiàn)的較為繁難的部分，該教材中也作了一定介紹，其有關(guān)章節(jié)前注以“”號(hào)。

在有關(guān)LabVIEW章節(jié)的編寫(xiě)中，得到NI公司中國(guó)區(qū)劉洋工程師在實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)方面的支持幫助，并提供了部分素材，在此致謝！

該教材的編寫(xiě)得到了國(guó)家高等教育精品課建設(shè)項(xiàng)目、北京市高等教育精品教材建設(shè)項(xiàng)目和清華大學(xué)精品課建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的支持，納入985清華大學(xué)名優(yōu)教材立項(xiàng)資助，在此表示衷心感謝。

編者2014年10月

理論力學(xué)（第4版）修訂背景

《理論力學(xué)（第1版）》于2002年出版，被評(píng)為普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材?！独碚摿W(xué)（第2版）》于2007年出版，被評(píng)為“十二五”普通高等教育本科國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材?！独碚摿W(xué)（第3）》于2014年出版，增加了部分內(nèi)容，擴(kuò)展了教材的使用范圍。為適應(yīng)教學(xué)發(fā)展的需要，編者編寫(xiě)了《理論力學(xué)（第4版）》。

理論力學(xué)（第4版）修訂情況

《理論力學(xué)（第4版）》在文字方面保留了《理論力學(xué)（第3版）》的體系和風(fēng)格，對(duì)教材的內(nèi)容和習(xí)題做了增刪和修改，同時(shí)修正了第3版中的錯(cuò)誤。該教材的修改工作和二維碼內(nèi)容是由劉習(xí)軍執(zhí)筆和完成的。教研室的張素俠等部分教師參加了對(duì)修改內(nèi)容的討論。

理論力學(xué)（第4版）出版工作

2019年5月20日，《理論力學(xué)（第4版）》由機(jī)械工業(yè)出版社出版。