電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例.ppt

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1、所謂智能型電子系統(tǒng)，是指具有一定智能行為的系統(tǒng)。具體地說，若對于一個(gè)問題的激勵(lì)輸入，系統(tǒng)能夠產(chǎn)生適合求解問題的響應(yīng)，這樣的系統(tǒng)稱為智能系統(tǒng)；以上雖然給出了智能系統(tǒng)的定義，但沒有提出一個(gè)明確的界限，規(guī)定什么樣的系統(tǒng)才算是智能系統(tǒng)。事實(shí)上，即使是智能系統(tǒng)，其智能程度也有高低；一般認(rèn)為，一個(gè)智能型電子系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)據(jù)采集、處理、判斷、分析和控制輸出的能力，在智能化程度較高的電子系統(tǒng)中，還應(yīng)該具備預(yù)測、自診斷、自適應(yīng)、自組織和自學(xué)習(xí)控制功能；以微處理器為核心的電子系統(tǒng)，可以很容易地將計(jì)算技術(shù)與實(shí)用技術(shù)結(jié)合在一起，組成新一代的“智能型電子系統(tǒng)”。第五章智能電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例5.1概述5.

2、2智能電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與過程智能電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程應(yīng)包括總體論證、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟、硬件開發(fā)、聯(lián)機(jī)調(diào)試和產(chǎn)品定型等幾個(gè)步驟。設(shè)計(jì)過程智能電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包含對系統(tǒng)硬件和軟件的綜合設(shè)計(jì)；一個(gè)科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，一般都具有以下的內(nèi)容和步驟：總體論證、系統(tǒng)功能劃分、指標(biāo)分配與框圖構(gòu)成。設(shè)計(jì)方法總體論證總體論證包括系統(tǒng)性能指標(biāo)的論證和系統(tǒng)組成的論證兩個(gè)方面；總體論證的方法是通過大量的調(diào)查研究，對系統(tǒng)具有的功能、性能指標(biāo)以及可能的組成方案進(jìn)行綜合考慮；經(jīng)過總體論證之后得到的系統(tǒng)總體方案應(yīng)能解決以下問題：了解國內(nèi)外相似產(chǎn)品的開發(fā)水平、器材設(shè)備技術(shù)水平和供應(yīng)狀態(tài)。對所接受委托項(xiàng)目，還應(yīng)充分了解對方

3、技術(shù)要求、環(huán)境狀況、技術(shù)水平，明確設(shè)計(jì)內(nèi)容；了解可移植的軟、硬件技術(shù)。能移植的盡量移植，以防大量的低水平重復(fù)勞動(dòng)；摸清軟、硬件技術(shù)難度，明確技術(shù)主攻方向。系統(tǒng)功能劃分一個(gè)智能電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，既有硬件設(shè)計(jì)任務(wù)，也有軟件設(shè)計(jì)任務(wù)。系統(tǒng)功能的劃分既包括應(yīng)用系統(tǒng)的軟、硬件劃分，也包括軟、硬件系統(tǒng)內(nèi)各模塊之間的功能劃分；智能型電子系統(tǒng)的硬件與軟件之間有密切的相互制約的聯(lián)系，硬件和軟件具有一定的互換性；由硬件來完成一些功能可以提高工作速度，減少軟件工作量；由軟件來完成某些功能，可降低硬件成本、簡化電路，提高系統(tǒng)可靠性；可根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行速度、成本、可靠性和研制周期等要求來確定軟、硬件功能

4、的劃分。根據(jù)運(yùn)行速度要求在絕大多數(shù)智能電子系統(tǒng)中，劃分軟、硬件功能往往是由系統(tǒng)的運(yùn)行速度決定；例如，單片機(jī)的時(shí)鐘頻率一般在6～12MHz左右，執(zhí)行一條指令至少需要1μs，而完成任何一項(xiàng)工作需要若干條指令，因此比數(shù)字邏輯電路(無論是組合電路還是時(shí)序電路)都慢得多；如果某一任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間要求少于10μs，就必須采用硬件電路實(shí)現(xiàn)。否則，如采用確能完成此項(xiàng)任務(wù)的高速微處理器系統(tǒng)，則會(huì)造成浪費(fèi)。根據(jù)成本要求智能電子系統(tǒng)研制費(fèi)用包括硬件和軟件費(fèi)用，軟件的費(fèi)用不僅是設(shè)計(jì)師所花費(fèi)的腦力勞動(dòng)，還有各種調(diào)試工具、消耗品的費(fèi)用；軟件費(fèi)用的特點(diǎn)是研制費(fèi)用昂貴，復(fù)制費(fèi)用低廉；在批量生產(chǎn)的產(chǎn)品研制中，

5、應(yīng)盡可能利用軟件代替硬件，降低成本；小批量或單件產(chǎn)品不宜采用軟件代替硬件辦法，這會(huì)增加軟件研制費(fèi)用；直接利用已成熟原理或軟件來替代硬件不受此限。根據(jù)可靠性要求硬件線路越復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性就越差；采用軟件替代硬件功能，是提高可靠性的一個(gè)好辦法；在一些特殊場合，如軍用及各種惡劣環(huán)境中，往往采用硬件冗余線路來提高系統(tǒng)可靠性。根據(jù)研制周期要求為了加快智能型電子系統(tǒng)的研制速度，應(yīng)盡量考慮采用各種標(biāo)準(zhǔn)軟硬件或利用已有成熟的軟硬件來完成系統(tǒng)的功能，而不必拘泥于前面所述細(xì)節(jié)。指標(biāo)分配與框圖構(gòu)成針對總體方案所提出的任務(wù)、要求和條件，就可以用具有一定功能的若干單元方框圖構(gòu)成一個(gè)總方框圖，并將系統(tǒng)

6、的性能指標(biāo)分配到各單元方框中去；對于較粗的方框還可以作進(jìn)一步分解，直到每一個(gè)子方框至少可用一個(gè)能滿足其功能的方案去實(shí)現(xiàn)為止；將每個(gè)方案的可行性和優(yōu)缺點(diǎn)逐一進(jìn)行分析，再加以比較、優(yōu)化篩選，就可得到較理想的系統(tǒng)方案。5.3智能電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例設(shè)計(jì)一個(gè)水溫控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)任務(wù)一升水由1kW的電爐加熱，要求水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變?；疽笾饕阅苤笜?biāo)溫度設(shè)定范圍：40～90℃，最小區(qū)分度為1℃；控制精度：溫度控制的靜態(tài)誤差≤1℃；用十進(jìn)制數(shù)碼顯示實(shí)際水溫；能打印實(shí)測水溫值。擴(kuò)展功能具有通信能力，可接收其

7、他數(shù)據(jù)設(shè)備發(fā)來的命令，或?qū)⒔Y(jié)果傳送到其他數(shù)據(jù)設(shè)備；采用適當(dāng)?shù)目刂品椒ǎ?dāng)設(shè)定溫度或環(huán)境溫度突變時(shí)，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量；溫度控制的靜態(tài)誤差≤0.2℃；能自動(dòng)顯示水溫隨時(shí)間變化的曲線?？傮w論證控制方法選擇水溫控制系統(tǒng)的控制對象具有熱儲(chǔ)存能力大，慣性也較大的特點(diǎn)，水在容器內(nèi)的流動(dòng)或熱量傳遞都存在一定的阻力，因而可以歸于具有純滯后的一階大慣性環(huán)節(jié)；對于大慣性系統(tǒng)的過渡過程控制，一般可采用以下幾種控制方案：開關(guān)量控制這種方法通過比較給定值與被控參數(shù)的偏差來控制輸出的狀態(tài)：開通或關(guān)斷，因此控制過程十分簡單，也容易實(shí)