电子系统设计精选(九篇)

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第1篇：电子系统设计范文

【关键词】EDA技术；电子系统设计；自顶向下设计方法

EDA技术是计算机技术与电子设计技术相结合的一门崭新的技术，其涉及面广，融合了电路系统、计算机应用、微电子等多个学科。应用EDA技术，电子系统设计的全过程都可依靠计算机来完成，大大缩短了电子电路设计的周期，提升了设计效率，满足了市场需求。因此，分析EDA技术在电子系统设计中的应用，对于基于EDA技术的电子系统设计的长足发展有着非常重要的现实意义。

一、EDA技术简介

EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的英文缩写。EDA技术作为现代电子技术的核心，它以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言HDL为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计开发工具，对设计文件自动完成逻辑化简、逻辑编译、逻辑分割、逻辑综合、布局布线，以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子系统功能。

二、EDA技术的产生背景与内容

在20世纪后半期，随着计算机和集成电路的迅速发展，专用集成电路设计难度不断提升，电子设计周期日益缩短，电子系统设计面临着严峻的考验。为了解决这一问题，电子设计人员需要新的设计方法和高层次的设计工具，而EDA技术就在这一现实背景下产生了。

EDA技术内容丰富，涉及面广。但从应用的角度出发，应了解和掌握以下四个方面的内容：（1）、硬件描述语言；（2）、大规模可编程逻辑器件的原理、结构及应用；（3）、EDA工具软件的使用；（4）、实验开发系统。在电子系统设计的过程当中，EDA技术的这四个内容依次扮演着表达方式、载体、设计工具、下载及硬件验证工具。

三、在电子系统设计中EDA技术的应用

1、在电子系统设计中面向CPLD/FPGA的EDA设计流程

完整地了解利用EDA技术进行电子系统设计开发的流程对于正确地选择和使用EDA软件，优化设计项目，提高设计效率十分有益。一个完整的EDA设计流程其基本步骤如下：第一，用一定逻辑表达手段将设计表达出来，以进行源程序的编辑和编译；第二，对设计输入做逻辑综合和优化，进而使其生成网表文件；第三，在选定的目标器件中应用适配器件完成逻辑映射操作；第四，用下载电缆或编程器将编程文件载入目标芯片中；最后，要进行硬件仿真和硬件测试，验证所设计的系统是否符合设计要求。同时在设计过程中要进行有关软件仿真，模拟有关设计结果与设计构想是否相符。

2、EDA技术与传统电子设计的比较

（1）传统电子设计的弊端

传统电子系统设计方法都是自底向上进行设计的，手工设计占很大比重。设计过程中首先要确定可用的元器件，然后根据这些器件进行逻辑设计，完成各模块后进行连接，最后形成系统。这种设计方法只是在对电路板进行设计，通过设计电路板把具有固定功能的标准集成电路和元器件规划在一起，从而实现系统功能，它存在很多缺点，比如：只有在设计出样机或生产出芯片后才能进行实测；在设计中，如果某处出现错误，查找和修改十分不便；设计成果的可移植性较差；设计过程中将产生大量文档，不易管理；对于复杂电路的设计、调试十分困难等。

（2）现代EDA技术的优越性

采用EDA技术的现代电子产品与传统电子产品的设计有很大区别。基于EDA技术的设计方法是自顶向下进行的。设计工作从高层开始，采用完全独立于目标器件芯片物理结构的硬件描述语言，对设计系统进行基本功能或行为级的描述和定义，逐层描述，逐层仿真，在确保设计的可行性与正确性的前提下，完成功能确认。

在电子技术飞速发展的今天，采用EDA技术进行电子系统的设计，具有很多优势，比如：采用的“自顶向下”设计方法是一种模块化设计方法，对设计的描述从上到下逐步由粗略到详细，符合常规的逻辑思维习惯；采用完全独立于目标器件的硬件描述语言进行设计，因此设计易于在各种集成电路工艺或可编程器件之间移植；由于高层设计同目标器件无关，在设计最初阶段，设计人员可以不受芯片结构的约束，集中精力对产品进行最适应市场需求的设计，从而避免了传统设计方法中的再设计风险，缩短了产品的上市周期；适合多个设计者同时进行设计等。

四、结语

通过论述EDA技术在电子系统设计中的应用，可以看出，EDA技术“自顶向下”的设计理念，使电子设计工程师开始实现“概念驱动工程”的梦想，简化了繁琐的设计工作，极大地提高了系统设计的效率，能够满足现代电子系统的设计要求。21世纪是EDA技术的发展高速期，相信随着科学技术水平的不断进步，在不久的将来，EDA技术必将突破电子设计范畴，进入其他领域，EDA技术设计应用必将取得更辉煌的成绩。

参考文献：

[1] 潘松，黄继业.EDA技术与VHDL（第3版）[M].北京：清华大学出版社，2009.9.

[2] 王平.EDA技术的电子系统设计[J].中国科技博览，2011，（38）.

第2篇：电子系统设计范文

关键词：电子系统设计；教学内容；案例教学；实践科目设计

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）03-0080-02

电子信息工程专业培养从事电子设备和信息系统的设计、应用开发以及技术管理等方面工作的高级专门人才，“电子系统设计”是电子信息工程的核心专业课程，一般包括理论教学和实践教学两部分，是衔接原理性知识与工程设计之间的桥梁。“电子系统设计”不仅要求对前修的电子技术、计算机、信号处理等系列课程融会贯通、综合运用，而且还需要适应现代信息技术的发展和需求，因此教学难度较大，需要进一步改进教学方法，提高教学效果，增强学生的实践创新能力。本文首先详细分析了教学内容、课堂教学、实践教学等环节中存在的主要问题和不足，然后探讨了有针对性的改进方法和措施。

一、主要问题分析

1.教学内容。总的来说，教学内容没有很好体现现代电子系统设计的全局性、新技术与新方法、硬软件结合的特点，与当前技术发展与应用需求存在一定程度的脱节。（1）单元电路设计内容偏多，缺乏“系统级设计”概念。在不少教材及授课中，仍以讲授各种电路的设计方法为主要内容，过于强调“技术级设计”，与前修课程重复性较大。本课程的讲授重点应该是现代电子系统设计的基本方法、基本流程以及怎样用各种单元电路和硬软模块构建高性价比的电子信息系统。（2）传统技术内容偏多，而新器件、新技术和新方法的介绍不足。当前各种新型集成电路和微处理器、PLD和嵌入式技术、EDA方法等已经非常成熟，在现代电子系统和产品中广泛应用。但是在不少教材及授课中，仍以8位单片机为核心、以分立元件或中小规模集成电路为基础讲授电子系统的设计，学生将难以适应信息技术的发展和需求。（3）偏重硬件设计内容，忽略软件在电子系统中的作用。电子系统是由硬件、软件组成的有机整体，缺一不可，但在不少教材及授课中，主要介绍硬件电路和硬件系统，致使学生的（系统）软件设计能力严重不足。

2.课堂教学。教学效果虽然取决于学生和教师两个方面，但归根到底还是看教学方法是否得当。“电子系统设计”课程一般安排在第7学期，此时大部分学生专注于考研和找工作，学习积极性和时间投入不足；本课程涉及面较广，不仅需要灵活运用前修课程的相关知识，而且须加强对实际电子系统（产品）的分析和综合能力，有一定的难度。这些特点对课堂教学方法提出了较高要求。虽然很多教师对多媒体课件制作、双主体课堂教学模式等方面进行了有益的改进和运用，但是在授课的深入浅出、知识的融会贯通、理论联系实际等方面普遍存在不足，难以调动学生的积极性和主动性。

3.实践教学。“电子系统设计”课程的实践性极强，一般配备综合课程设计等实践环节。实践科目的设计是其中的重点和难点，常常存在以下问题，达不到预期训练效果：难度及工作量偏大或便小；覆盖面经常偏小，等同于一个课程实验；趣味性或实用性不够，难以引起学生兴趣；设计及制作成本考虑不足，给学校或学生造成负担；较大的课题以团队形式完成，但任务分工及考核量化不明确，等等。另外，实践教学手段较单一，没有很好体现教学与行业应用、与教师科研的合理结合。

二、改进方法探讨

针对上述教学环节中存在的主要问题，结合笔者多年“电子系统设计”课程的教学实践，提出如下改进方法。

1.合理编排教学内容，既体现课程内涵，又联系当前的技术发展和现实需求。以系统级设计为主线，重点讲解现代电子系统设计的基本方法和基本流程，以及如何利用典型电路和软硬件模块构造高性价比的电子信息系统，而局部环节的“技术级设计”应由前修课程完成[1，2]。例如，电子系统设计的流程包括需求性论证、系统方案设计（含成本、功耗、可靠性分析等）、硬件/软件设计、抗干扰设计、系统仿真、制作/调试、产品化设计等；模拟系统/数字系统/混合系统（智能系统）的重点、难点内容；自顶向下设计方法；CDA和EDA工具的运用；各级仿真在设计中的应用等。充实新器件、新技术及新方法的有关内容。重点以新型集成元器件、PLD器件为基础，以新型单片机、嵌入式或DSP芯片为核心构建现代电子系统，例如程控放大器、程控滤波器在信号调理中的应用、单片机+FPGA的系统设计、多种串行总线及外设接口方法等；无线传感器网络、RFID、物联网等新兴技术在电子系统设计中应用等。加强电子系统软件设计方面的内容和训练。重点讲解接口、通信和上位机应用程序的设计方法。

2.以学生引导为目标、以案例教学方法为手段，提高教学效果。学生是教学的主体，激发他们的学习积极性和主动性是取得良好教学效果的根本保证。但是学生引导不是靠说大道理、做思想工作，而是蕴含在科学合理的教学手段之中。根据该课程的特点，案例教学是最佳的手段[3]。对典型电子系统、电子产品的资料进行搜集、整理，形成5～8个经典案例，在课堂上重点剖析。通过案例这个载体，一方面将相关知识点有机联系起来，容易达到深入浅出和融会贯通，另一方面使学生对实际电子产品和最新发展动态充分了解，增强学习兴趣和热情。例如，在安徽农业大学电子信息工程专业的教学中，以自主研发的农业环境远程监测系统（图1）为案例，详细讲解需求分析、总体设计、各模块设计及实物展示，加深了学生对传感器、数据采集、太阳能供电、远程无线传输、数据中心、应用服务等环节的理解以及对数字农业、精准农业的认识，收到了良好的教学效果。

3.设计科学合理的实践科目，开展形式多样的实践模式，提高实践创新能力。实践科目设计是保证实践教学效果的重点[4，5]。通过对多种实训教材、电子设计竞赛题目的搜集、筛选、整理，并结合学校、学生的特点，设计一套（20个左右）科学、合理的“电子系统设计”实践科目，兼顾难度、工作量、覆盖面、成本、趣味性及实用性等诸多因素。学生在教师的指导下选择合适的题目，通过文献查阅、方案论证、器件选择、电路设计、软件编程、装配调试、系统测试、文档整理等环节，较系统地掌握电子系统设计的全过程，达到实践训练目的。对于能力较突出且有兴趣的学生，可以进一步拓展实践教学形式，鼓励他们参加各种类型的科技创新活动、参与教师科研活动，提高竞争意识、协作精神和创新能力。

电子信息技术的发展日新月异，传统的教学体系和方法面临着严重的挑战。笔者根据多年电子系统设计的教学和科研经验，分析了教学内容、教学方法、实践环节中存在的主要问题，提出了有针对性的改进措施，应用在教学实践中效果较好。再配合考核方法、支撑条件等其他环节的改进，将全面提升“电子系统设计”的教学质量，增强学生的实践及创新能力，更好地满足现代信息产业对高质量人才的需求。

参考文献：

[1]马建国，等.电子系统设计[M].高等教育出版社，2004.

[2]贾立新，等.电子系统设计与实践[M].第2版.清华大学出版社，2011.

[3]赵燕，江国栋.《电子产品的测试与维修技术》项目式教学实例分析[J].教育教学论坛，2012，（5）：161-162.

[4]肖忠.《电子系统设计》课程教学方法的探讨[J].科技信息，2011，（26）：135-137.

[5]余小平，庹先国，奚大顺，等.《电子系统设计实践》教学改革尝试[J].实验科学与技术，2011，9（6）：80-82.

第3篇：电子系统设计范文

将管理、运筹以及控制等方面技术融合在一起，形成系统工程技术。由于该技术涉及领域众多，因此在应用环节中需要根据使用需求做出调整，将不必要的程序省去，有效缩短系统构成所用时间。对电子电路进行设计时，会出现大量不确定因素，需要计算分析，系统工程技术了帮助设计师快速判断需要重点研究的项目，制定出合理的优化方案。电子电路系统设计需要有确定的目标，再对各组成部分优化处理。系统工程技术会将设计中的影响量整理下来，依次做出比较。通过这种方法来确定设计过程中需要加入的抗干扰功能。系统工程还可在电子电路中形成功能网络，传统设计理念只是对局部电路进行加强处理，缺少模块之间的配合，从设计方案分析以及足够成熟，但使用时很容易产生阻碍影响。应用这一技术后可有效解决配合不当的问题，使电路设计方案更具有可行性，电子系统运行控制成本也会有明显减少。

2电子电路设计中体现的系统工程理念相关性

2.1元器件的集合性。

元器件是电路组成的基础部分，在选择准备阶段引入系统工程理念可帮助元件形成一个集合。只有在相互配合的状态下元器件功能才得以实现，这也正是系统性的体现。随着设计工作的深入，一些不必要的元器件会被替代或者省略掉，以此来追求运行环节的简便，系统工程在形成初期会帮助设计人员确定不必要的部件，并对实现功能的模块组成进行简化处理。以电子电路系统设计层面对这种形成进行分析，可以称之为元器件的集合性。

2.2组成要素相关性。

系统是由不用功能设备组成的，根据使用需求这些电气设备在供电环节中会独立存在。明确电路的导通原理后可以对系统进行有效设计，既可以为控制环节提供便捷，又能在使用功能上做出进步，电子元件的导通原理相似，由此可以将系统工程技术中的相关性引入其中。可以确定重要组成模块之间的关联性，以此来降低导通线路的复杂程度。

2.3电路系统层次性。

电子电路运行指令由控制模块发出，信号通过传输与接收装置后被功能模块感知到，并做出相应指令。这一环节中体现出了电路的层次性质，系统工程技术同样具有严谨的层次划分，这一特异性为技术应用提供了空间。系统工程理念引入到设计工作中，可以将设备运行不同阶段产生的参数变化记录下来，明确影响因素后方便技术人员制定出调节方案，电子电路在使用过程中也更安全稳定。

3系统工程技术在电子电路系统设计中的应用

3.1电子电路系统设计总体方案的确定。

开展设计工作前首先要有一个明确的设计方案，作为设计工作进行的理论依据。还要对总电路系统进行划分，根据实现功能的不同来完成，划分后的电路模块称之为单元，是需要单独设计的。为避免工作开展出现混乱，可以借助计算机设备拟定程序框图，将电子元件导通顺序标记在其中。例如电流的放大环节，首先是电流的产生，沿着导通方向流动，进入到放大模块中，设备捕捉到有用功后会选择性放大，在这一环节前会有滤波设备对干扰进行过滤。其次是模拟电路的输出环节，模块将信号转换为系统可以接受的相似电信号，向接受环节传输。从理论层面分析这一流程较为复杂，但制定程序框图后可清晰的呈现在计算机中。

3.2设计任务及目标系统分析。

设计任务的设定要以使用功能为前提，同时还要体现出电力系统的先进性，具有抗干扰和保护能力。系统工程技术可以用来分析目标的可行性，并根据各设计团队的操作能力合理分配设计任务。在对电路导通原理进行分析时要考虑设备安装现场的实际条件，以方案与现实不符，对安装阶段造成影响。确定上述内容后可得出准确的设计目标，设计工作也可以正常开展。

3.3整体方案论证与优化选择。

方案的选择在整体系统设计过程中起到很重要的作用，要求根据自身所掌握的知识和资料，针对系统提出的要求、条件和任务来完成功能设计，最后设计完整的框架。框架图需全面不仅反映系统各组成部分功能和完成的任务，还需要清楚的表示出系统各部分之间的相互关系。具体内容如下：

3.3.1根据系统的要求，可以把电路划分成若干功能块，这样可以粗略得到系统框图。每个框图又可以包含多个单元电路，将总指标分配给每个单元电路，最后根据单元电路的任务来完成电路的总结构。

3.3.2系统的框架图和单元电路的结构呈现多样化的特点，要仔细的比较和研究设计方案，力争使方案的设计做到可靠、合理、经济和技术先进等。依据较高的可靠性和技术可行性来选定最后的方案。

3.4元器件模块的选择

电子电路中出现的各种故障往往表现为元器件的故障和损坏。究其原因往往不是元器件本身所存在的缺陷，而是由于对元器件的选择不当导致的。因此在进行总方案的设计和参数的计算时，要考虑选择合适的元器件。选择元器件主要从以下两方面来考虑：

3.4.1在元器件的选择上需要从电路的总体方案和具体问题上出发，考虑好每个元器件要具备什么功能。单元电路的参数要根据电路的工作环境和指标要求等来计算，以确保元器件参数额定值的准确性，并且要留出足够的富裕量，保证在低于额定值的条件下来工作。

3.4.2在电路设计指标达标的条件下，要尽量减少元器件的种类和规格，提高元器件的重复利用率。最后利用模型分析对构成电子系统各个元器件模块进行性能微调，使其更好的接近理想状态。

3.5整体电路仿真。

Multisim等仿真软件的使用，极大的满足了电子电路系统设计中的仿真要求。其通过使用软件模块库提供的内容，设计电路、修改参数，建立系统动力学模型。通过系统工程动力学数值分析计算。评价其稳定性、可靠性。从而为最终的电子系统性能提供评价，从整体上增加了设计验证的准确性。

3.6电子系统总体价值分析。

经过上述步骤，一个较完备的电子电路系统基本建立。使用系统工程中的决策分析技术，能够通过效用分析、冲突分析等手段分析该系统的成本、风险以及可能存在的隐患。在电子系统形成产品前尽可能完善其功能，得到技术上稳定、安全、可靠的电子电路系统。

4结论

第4篇：电子系统设计范文

【关键词】信息处理 控制子系统 设计

一、信息处理和控制子系统设计过程

信息处理与控制子系统的设计是围绕着执行子系统的功能需求而进行的，信息处理与控制子系统设计的主要内容有：

1.确定控制子系统的整体方案。构思控制子系统的整体方案必须深入了解被控对象的控制要求。关键问题有：（1）控制方式及其与计算机的匹配条件。对于一个机电一体化系统，要实现某些功能可采用多种控制方案、多种控制方法。计算机系统的主要作用是实现一定的控制策略和完成一定的信息处理。当控制系统的功能和主要性能指标确定后，对计算机的基本要求也就随之确定了。由于工业控制计算机有多种类型，每种类型又包含多种产品，往往有多种方案可以实现同一控制目标。（2）应考虑驱动部件的类型和执行部件（机构）的类型。（3）应考虑对可靠性、精度和快速性有什么要求。（4）应考虑微机在整个控制系统中的作用，是设定计算、直接控制还是数据处理。微机应承担哪些任务，为完成这些任务，微机应具备哪些功能，需要哪些输入/输出通道，配备哪些外围设备。（5）画出控制子系统组成的初步框图，作为下一步设计的依据。

2.确定控制算法。应对控制子系统建立数学模型，确定其控制算法。控制算法决定了控制系统的优劣。应根据不同的控制对象、不同的控制指标要求选择不同的控制算法。对于复杂的控制系统，其算法也较复杂，使控制较难实现。为此需进行某些合理简化，忽略某些次要影响因素，使控制算法简化，以获得较好的控制效果。

3.控制子系统总体设计。控制子系统要综合考虑硬件和软件措施，解决微型机、被控对象和操作者三者信息交换的通路和分时控制的时序安排问题，保证系统能正常地运行。通过总体设计，画出系统的具体构成框图。

4.软件设计。微机控制系统的软件主要分为系统软件和应用软件，软件设计主要指应用软件的设计。控制子系统对应用软件的要求是具有实时性、针对性、灵活性和通用性。系统的硬件和软件需合理结合。在机电一体化系统中，哪些功能用硬件实现、哪些功能用软件实现等都是设计时应考虑的重要问题。对于运算与判断、处理等功能适宜用软件来实现，而其余不少的功能既可用硬件来实现，又可用软件来实现。为了合理组成控制系统的硬件和软件，通常根据系统的经济性和可靠性综合最优来确定。

二、信息处理与控制系统硬件设计

1.电子部件设计

电子系统的标准部件设计与机械部件设计过程大为不同。对于简单部件，如电容器、电阻器、电位计和变压器等，可以像机械设计那样，将部件设计理解为确定其所有基本性质的过程。部件完全被单个元件的（机械）结构所定义，每个元件又由其形状、尺寸、材料、表面质量所描述。当然，电磁性质对于材料的选择是非常重要的。对于像半导体和集成电路这样的复杂功能部件，对基本设计性质的确定并不能充分地解释所有可直接处理的设计性质。随着超大规模集成电路部件上晶体管数量的惊人增长，电子部件设计只能在计算机辅助下，采用层次化、面向系统的方法来进行。电子部件主要由专业化公司设计，在许多方面都实现了高度标准化，如部件值及公差、功能说明、机械封装（如双列直插式封装、表面贴装技术封装）、温度范围等。只有在一些特殊情况下，机电设计者才需要自行设计电子部件。

2.电路设计

在电子系统中，可以进行电路的功能设计而几乎独立于其物理实现，其结果就是电路设计（二维）与电子封装设计（三维）的分离。电路基本上是由具有传导联系的功能部件所构成的二维结构。很少从头开始设计一个电路。对于典型的功能需求，在技术资料中存在着大量的概念原理解，如放大器、振荡器、滤波器、模/数转换器、微处理器电路等。电路设计是利用已有元器件创造出新的结构。在设计时，可将设计任务由顶向下地细分为子问题，直至其对应于已知方案解或已知集成部件。电路设计主要基于分析和尺寸确定方法。一旦确定电路图结构，就可详细地计算其性能并进行仿真。因而通常的做法是快速提出一个方案解用于电路分析，然后修改该方案直至满足设计要求。由于一些因素的存在，使得电路功能难以完全独立于电路图的物理实现（即封装），例如：导体尺度限制了能量传输和转换率；电路中的热功耗完全依赖于机械结构；电磁屏蔽对于微处理器的正常运行极其关键；过小的尺寸会引起信号载体间的反馈和串扰；制造公差使得一些规定功能产生了偏差。需要注意的是，以上多数问题都与信号中的能量因素有关，它们实际上是电路设计师和封装、机械设计师的“接口”问题。与机械设计相比，电子系统的功能设计和物理实现相互之间更加独立。在描述电子变换功能、部件结构的图形建模方面，都有相应理论和方法存在，但设计综合理论非常少。在一定程度上，机械设计理论可以应用于电子部件设计和电子封装设计。

三、信息处理与控制系统软件设计

在软件系统方案设计中，主要问题是生成必需的变换和数据的整体结构。对于一个给定的系统，这个结构通常是唯一的，而其中的程序模块（如算法）则往往能够再次应用于其它设计。但是目前，能够明确软件模块的功能和输入输出的标准化方法还不存在，这就意味着难于进行功能的分类，软件模块的重用也极其有限。所以，软件设计中的问题通常是“新”的，需要寻求未知解。软件工程中的设计建模是个薄弱环节。软件设计非常抽象，只有进入编程阶段，设计者才能使用文字和图表来表达设计的结构和功能。即使在编程阶段，设计工作也只能通过程序清单和输入/输出数据来进行追溯和记录。这样就不可避免地在软件设计者和外行之间产生了隔阂，因为只有在设计即将完成、程序即将嵌入硬件中时，才能够对系统的功能进行测试——而这时再想做出任何重大的修改往往就为时已晚了。为了解决这类问题，已经出现了一些方法，例如快速原型设计，即对早期、粗略的程序思想进行功能建模，以期尽快得到用户反馈、及早发现错误，做出修改。但即使应用快速原型设计方法，设计者也有必要大量使用图形，以便与外行就它的程序功能进行交流。

参考文献

第5篇：电子系统设计范文

Electronics System Design

Techniques for Safety

Critical Applications

2009

Hardback

ISBN 9781402089787

Sterpone著

随着社会的发展和科技的进步,信息技术已经深入千家万户,人们周围充斥着各种电子设备。电子设备的误操作或故障时有发生,有时这些会造成对人员的伤害或者环境的破坏,为了避免这些,人们提出了安全性苛求系统的概念。这种系统是指通过各种设计和制造手段保证在其使用寿命范围内,运行过程中不出现任何对使用者和环境造成伤害的错误。本书便是针对这个问题编写的。

本书共分8章。1.介绍了可用于发射环境下的FPGA设计技术,主要包括硬件结构设计的可重构设计技术和冗余技术,还介绍了基于sram的FPGA的软件结构及FPGA线路结构;2.首先介绍了辐射效应包括单粒子反转和单粒子门锁。基于单粒子反转的FPGA内存优化,对SEUS的仿真分析和硬件分析,分析了三重冗余结构及容错系统的约束条件;3.纠错效率分析算法。首先介绍了静态分析算法,然后介绍了该算法的基本原则,并分别介绍了用于SEU分析和MCU静态分析的新算法;4.介绍了一种新的高可靠性的应用于S-RAM FPGA 的算法,该算法从定位和运行两个方面进行了优化,减小了程序出错的可能性,提高了运行可靠性;5.首先介绍了具有容错功能的基于SRAM的FPGA系统设计的新流程,然后介绍了容错线路的设计优化方法,最后进行了实验,验证了新设计的优越性;6.基于FPGA内部降压机制的系统优化,介绍了一种可以用于SRAM-FPGA的减压系统,他不需要外部任何器件,可以完成高效率的减压,该系统在Xilinx SRAM FPGA上实验验后结果良好;7.介绍了一种用于DNA生物芯片的新型硬件结构,它采用双核硬件结构,实现了不同单元的多指令操作,并在一种FPGA系统上采用这种结构制备了DNA芯片,显示出这种优化结构的强大能力;8.首先介绍了RCF器件,然后介绍了ReCoM结构,最后实验显示新型的ReCoM结构性能更为优越。

本书的作者Luca Sterpone目前任教于都灵理工大学(意大利),研究方向为数字系统设计和计算机结构。他2003年毕业于都灵理工大学,获得工程学士学位,之后在该校读博士学位,并于2006年毕业,论文研究方向为“电子系统设计技术的安全关键技术应用”,获得了2007年度欧洲优秀论文奖。

本书内容新颖,针对性强,适合电子工程师、硬件工程师以及计算机专业、电子专业的学生阅读。

刘军涛,博士生

(中国科学院电子学研究所)

第6篇：电子系统设计范文

关键词：电力系统自动化；电磁兼容 ；试验方法；设计

引言：

电磁兼容技术是以解决电气、电子设备间的电磁干扰而出现并发展起来的一门学科。随着电力系统自动化设备的迅猛发展和广泛应用，电力系统自动化设备的电磁兼容问题显得越来越突出。特别是电力系统继电保护、通信、控制和测量领域中应用的计算机系统相互间兼容状态越来越难以获得。在发达国家较早就形成了一套完整的EMC 技术工作体系，包括理论研究、试验与测试、规范标准及抗干扰技术等，近年我国经过广大科技人员的努力EMC技术的研究和技术管理工作方面得到了长足的发展，使EMC 技术标准和技术管理标准与国际标准逐渐接轨，为提高我国电力系统自动化设备在国际市场和国际招标的竞争能力提供了良好的平台。

一、电磁兼容对电力系统自动化设备的几个干扰与破坏问题

由于电力系统本身是众多一次系统设备和二次系统设备的集合体，因此电力系统自动化设备作为二次系统设备的一部分，其电磁干扰的来源十分复杂。外来电磁辐射、一次系统设备、二次系统设备、二次系统设备之间、自动化设备内部元件之间、各传送通道间的电磁干扰均对自动化设备产生干扰与破坏。

1.1电力系统自动化设备均包含有以微机系统为核心的大规模数字电路和模拟电路，其中应用最多的是二极管、集成电路块、A/ D 转换电路等，它们既是干扰源， 又是对干扰敏感的器件， 尤其以CMOS、D/ A 最为敏感。

1.2干扰信号在微机系统表现的形态有差模与共模两种形态。电磁干扰侵入微机系统的主要途径有电源系统、传导通路、对空间电磁波的感应3 方面(包括内部空间的静电场、电磁场的感应) 。其中静电场、电磁场的感应在微机系统内部普遍存在，静电是CMOS 电路的大敌。由于微机系统工作于低电压大电流方式，电源线、输入输出线构成高速大电流回路，故有较强的电磁感应。

1.3微机系统之间的内部传输线有延时、波形畸变、受外界干扰等3 方面问题。

1.4脉冲干扰是研究的重点，因为微机系统是以识别二进制码为前题的，其组成以数字电路为主，数字电路传送的是脉冲信号，同时也易对脉冲干扰敏感。以开关模式工作的开关及开关电源变化频率高达几十万Hz ，容易在内外产生脉冲干扰。

1.5对电源影响比较敏感。电源对电子系统的影响有电源波动影响和系统作用影响两个方面。所谓电源波动影响是指由于电源波动引起的信号紊乱和系统失调。系统作用影响是指因电源是系统所有信号的交叉点而引起的系统各信号之间的相互影响。系统作用的大小与电源功率裕度、滤波能力及电源连线方式、分布形状有关。

二、电磁兼容技术的设计方法

影响微机系统电磁兼容性的因素见下式：

N (ω) = G(ω) C(ω) / I (ω)

式中： N (ω) ―――干扰对系统(或设备) 的影响；

G(ω) ―――干扰的强弱；

C(ω) ―――干扰传输的耦合函数；

I (ω) ―――受干扰系统(或设备) 的抗干扰能力，即敏感度阀值。

显然，影响系统(或设备) 受干扰严重程度的因素有3 个方面，他们都是频率的函数。该数学模型提示了提高抗干扰能力的原理是： ①切断干扰源， 即减小G(ω) ； ②减小耦合， 即减小C(ω) ； ③提高受干扰系统(或设备) 的敏感度阀值，即加大I (ω) 。在实际情况中，往往是3 个因素综合考虑，并按①②③的顺序去采取措施，以获得最佳的效果。

电磁兼容技术的设计要从电磁兼容的3 个基本要素着手，从原理的可行性、元器件的选择、加工生产工艺、安装运行环境等几个方面来考虑。把握不同类型电磁干扰的本质，对不同的干扰频率、频谱采用相应的滤波、隔离、接地、屏蔽等措施。

2.1滤波

滤波是利用滤波器来抑制电磁干扰，滤波器是由集中参数的电阻、电容和电感，或者是分布参数的电阻、电容、电感构成的一种网络，这种网络只允许有用信号的频率分量通过，阻止其他干扰频率通过，使电磁干扰减少到满意的工作电平上。滤波器是防止传导电磁干扰的主要措施。其工作方式有两种：一种是不让无用信号通过，并把它们反射回信号源；另一种是把无用信号在滤波器里消耗掉。在采用滤波方法来抑制传导干扰时，首先要了解干扰源的频谱、干扰源在频带中的分布情况，干扰波幅值等。可以通过干扰仪器来检测，获得干扰源的频带分布和幅值，有针对性地选择滤波器的种类或者设计滤波器电路。

2.2隔离

隔离是干扰线路(馈线) 周围存在干扰电磁场，当其他线路(导线) 在其附近时，由于电磁耦合而形成干扰。防止这种干扰最简单而有效的方法是将干扰线路与其它线路隔离开来，以切断或削弱它们之间的电磁耦合。隔离的原则和方法是：

(1)干扰线路和其他线路尽可能不要平行排列，如必须平行，导线间距L 与导线直径D 之比应不小于40 ( L / D ≥40) ， 在可能情况下导线间距应尽量大些，并且平行部分的长度越小越好；

(2)敏感线路与一般线路如平行排列，其间距应大于50 mm；

(3)电源馈线与信号线应予隔离，当他们平行排列时，其间距应大于50 mm；

(4)高频导线是对其他线路干扰最大的线路，一般都要屏蔽；

(5)有些脉冲线路的脉冲功率较大，对其他线路构成严重干扰，应按干扰线路对待。至于电平较低，功率很低的数字电路可按一般线路处理，原则上按敏感电路对待，也可根据具体情况处理。

2.3接地

接地是指在系统的某个选定点与某个接地面之间建立导电的低电阻的通路，把系统中电子元件的零电位互相连接起来，再把它们同时与某个等价于“地”的参考点连起来。接地的主要目的是防止电磁干扰，消除公共电路阻抗的耦合，也是为了保障人身和设备的安全。基本接地技术有浮地、单点接地、多点接地和混合接地4 种。

(1)浮地常用于电路或设备工作状态不能与公共地或大地相连接，它的原理近似于起到隔离变压器的作用；

(2)单点接地是所有需要接地的引线全部接到一个点，再由这个点直接与地相连接。一般用于抑制频率在1 MHz 以下的干扰信号；

(3)多点接地是指系统或设备中所需接地的引线直接接到离它们最近的地上。一般用于抑制频率在10 MHz 以上的干扰信号；

(4)混合接地是在复杂情况下，设备或单元电路的接地难以通过一个简单的接地形式来解决而采取的混合形式，用于干扰信号频率在1～10 MHz 的情况。

利用接地的方式可以减少或衰减干扰源的能量，但应注意以下几点：

①接地线尽量短；

②接地线阻抗要尽可能小；

③应采用金属材料相同的导线作为接地线；

④接地线的接地点应有良好的导电性能；

⑤接地线的连接点要有足够的机械强度。

2.4屏蔽

屏蔽就是用导电或导磁材料制成的盒、壳、屏、板等将电磁能限制在一定空间范围内，使场的能量从屏蔽体的一面传到另一面时，受到很大衰减而防止电磁干扰的措施。有电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽3 种方法。

电力系统自动化设备的电磁兼容技术也是基于上面的理论，对不同功能、不同安装地点、不同结构的设备应分别有侧重点的采取不同的电磁兼容技术措施。

三、电磁兼容的技术分析

电力系统自动化设备是由微机系统(或单片机系统) ，D/ A 转换电路、A/ D 转换电路、电源回路、驱动电路、电路、通讯电路等构成的一个系统或者一个网络。在研究电力系统自动化设备电磁兼容问题的同时，也要对其各个构成电路或系统的电磁兼容性加以重点研究。目前，我国电力系统自动化设备电磁兼容技术主要有以下几种：

3.1频率设计技术

频率设计技术要解决的是频率兼容的问题，也是微机系统设计中的比较复杂的技术之一。频率设计包括电平(幅度边沿和频率) 核实、最高工作频率设计以及降频和谐波分离(低频信号的频率不与高频信号成整倍数，特别是A/ D 转换的速率) 技术；

3.2接地技术

接地技术包括两个方面，一方面是电源内阻分析技术，另一方面是接地点和地线设计技术。电源内阻的分析实际上就是对电源最大瞬时功率的分析。接地点和地线分析设计的原则是做到频率隔离、功率隔离。频率隔离是指高低频系统分开， 功率隔离是指弱功率和大功率分开；

3.3电源技术

电源技术一方面包括了电源特性的设计，例如电源要保证有适当的容性电流吸收能力和一定的功率裕度，另一方面还包括系统电源性质的选择，如使用电池还是使用整流电源，所有电源的种类，电源之间是否需要交换，集中供电还是分布式供电等；

3.4布线技术

要降低各管脚和连线之间的相互影响，必须对分布参数加以限制。分布参数主要由系统的布线所决定，因此，布线是系统或设备电磁兼容技术的关键，也是系统或设备电磁兼容技术设计的基本体现。布线技术包括环绕布线、线径选择、分层处理等；

3.5降频控制技术

对输出的高频信号，在保证系统正常工作的情况下尽量降低频率，对某些输出信号采取平滑措施(例如L ED 驱动电路中加入适当的电阻和电容) 。对功率较大的输出信号(包括低频阶跃信号， 如PWM 输出等) 尤其要考虑降频处理；

3.6多层板去耦技术

随着微机系统的频率越来越高以及电路的几何尺寸不断缩小，多层板电路已成为印制电路板的主要模式。多层板的一个重要功能就是可以大大地降低系统各连线之间的分布参数影响；

3.7表面贴片技术

表面贴片是一种使集成电路与印制电路板形成一体的电路制作技术。集成电路出厂时不加封装，而是直接出厂裸芯片。电路制作时利用焊接技术把裸芯片粘贴到印制电路板表面，这种电路不仅体积小，而且电磁兼容的性能大为提高；

3.8软件技术方法

(1)当外界干扰窜入并破坏了程序的正常运行时，就会产生程序“跑飞”，程序走，中断不响应和芯片内信息发生变化，从而产生误动作等。通常可以通过如下几种方法实现软件抗干扰：

①加入空指令，目的是使微机的指令地址纳入正规，以便执行下面的指令；

②收留井法，即在空指令后再增加处理“跑飞”的程序；

③定时监视主程序

④由主程序监视中断运行情况

⑤采取容错技术，用时间冗余或信息冗余方法进行抗干扰和提高可靠性。

(2)由于电力系统自动化设备运行的电磁环境十分恶劣，因此，必须对其安装运行环境采取相应的抗干扰措施。目前，工程上采取的方法如下：

①良好导磁材料机箱的选用及合理设计(机箱的尺寸大小，接插件的合理布置，接线端子的引出方式等)；

②设备安装环境应采取的措施(主控室应采取屏蔽、接地等措施)；

③设备运行和管理人员必要的电磁兼容知识的培训；

④其他措施。

四、电磁兼容的试验方法

检验电磁兼容措施实施的效果要通过一些必要的试验，常用的电磁兼容试验有：谐波试验、间谐波试验、信号系统干扰试验、阻尼振荡试验、快速瞬变试验、静电放电试验等。

五、电磁兼容问题的新动向

微机系统是电力系统自动化设备的核心部分。随着计算机技术的高速发展，电力系统自动化设备必将向着高速度、高灵敏度、小型化、多功能、大系统的方向发展，这就使电力系统自动化设备电磁兼容问题有了一定的新内容。例如，高速度带来宽带噪声，高灵敏度使原可略去的弱小干扰信号不可忽略，小型化增加了内部的耦合干扰，大系统使干扰源增多，干扰问题更为恶化。预计今后的电磁兼容性将涉及如下问题：

(1)集成电路元件的封装材料含有微量的天然放射性同位素钍和铀，它们的原子裂变将产生α射线，使存储器误动作。因此，要从元器件的制造技术和系统的制造两个方面考虑电磁兼容的设计问题；

(2)数字逻辑电路与软件技术的微妙结合，正成为抑制干扰的有力武器。软件的应用将占越来越大的比重。例如，利用错误纠正码的软件手段检查并纠正错误，是去掉进入系统后的干扰的危害或切断干扰的有力手段；

(3)在抗静电干扰措施中，用“分布式的静电保护涂覆”弥补静电保护的不足。在CMOS ，A/ D等芯片板及印制电路板的接头上作静电涂覆，取得了很好的效果；

(4)随着干扰情况的复杂化，统计处理的方法将得以充分利用；

(5)采用光纤电路抗电磁脉冲干扰被认为是最理想的途径。目前，光纤通讯已进入电力系统自动化设备的实用阶段，随着纤维光学和光计算机技术的发展，电力系统自动化设备的电磁兼容技术必将提高到一个新的阶段。

第7篇：电子系统设计范文

方案的主要任务是利用MCUMSP430F149实时接收控制和显示终端或者上位PC传输的控制命令和数据，启动TLV5618DAC电路产生相应的工作模式所需电压送至电压电流PI调节器，PI调节器的输出信号控制MOSFET驱动电路，使电子负载工作在所设定的模式和所设定的参数状态；单片机通过外接TLV2542ADC电路，完成各个工作模式电压的采样并送至显示终端或者上位PC机界面实时显示；系统具有过压自关断保护电路、过流软件自关断电路、锂电池充电电路保护电路和过压过流报警功能。

2硬件电路设计

2.1硬件总体设计

整个系统主要由单片机控制电路、电压采样电路、电压电流PI调节电路、MOSFET驱动电路、控制和显示终端电路、串口通信电路、系统供电电路和过压过流保护电路组成。其中考虑到系统的便携式和低功耗特性，供电系统采用3.7V可充电锂电池供电，通过CS5171构成的单端初级电感转换器[3]（SEPIC）电路升压到8V，采用三片可调输出DC/DC电源ICLM2596-ADJ转换为±5V和+3.3V给系统供电；电压电流PI调节电路用来控制MOS管的导通量，使其导通角能够在可承受电压范围内，对实测值与给定值的偏差进行比例和积分运算，用以控制调节导通角的增大或缩小达到设定值等于实际值，其中，电压设定值由单片机控制DACTLV5618给定；电压采样电路主要完成电子负载各个工作模式下，待测电源系统输入电压或者MOSFET两端电压的采样；单片机控制电路完成ADC和DAC电路的控制、UART通信控制、控制和显示终端的输入和输出等功能；过压过流保护电路实现待测电源系统的输入电压电流的幅度保护功能和报警功能。

2.2系统电源模块

SEPIC电路用于功率因数校正（PFC）有着独特的优势，由于其前级类似于Boost变换器因此可保证输入电流的连续性并减少EMI而其输出级又类似于反激电路易于实现电气隔离，为此基于SEPIC的PFC电路正受到越来越多的关注[4,5]。电子负载系统由可充电锂电池供电，所以采用由CS5171构成的SEPIC电路升压到8V。LM2596-ADJ是美国国家半导体公司推出的可调输出电压的电源管理单片集成电路，内部集成固定频率发生电路以及频率补偿电路，最大输出电流可达3A，具有功耗小、效率高、过热保护和限流保护功能、很好的线性和负载调节、电路简单等特性[6]。因此采用三片LM2596-ADJ转换为系统所需电压±5V和+3.3V。考虑到系统可充电锂电池的需要，采用拓微的TP4054线性锂离子电池充电IC，充电电压取自USB接口。TP4054是一款采用恒定电流/恒定电压算法的单节锂离子电池充电器，它能够提供800mA的充电电流和一个内部P沟道功率MOSFET和热调节电路，无需隔离二极管或外部电流检测电阻器，因此，基本充电器电路仅需要两个外部元件。

2.3电压电流PI调节电路

PI调节器是一种线性控制器[7]，它根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差将偏差的比例（P）和积分（I）通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，其控制规律为其中，u(t)为PI控制器的输出，e(t)为PI调节器的输入，Kp为比例系数，TI为积分时间常数。电子负载的核心实质是一个电压电流取样PI控制器组成的负反馈控制环路，也是电子负载的功率控制电路，MOSFET在这里既作为电流的控制器件同时也作为被测电源的负载。在CC、CR、CP模式下，电流采样电阻RISAM上的电压降通过PI调节器与由单片机控制的TLV5618给定电压设定值比较，控制MOS管的导通与截止，从而达到保持电流恒定的目的。在CV模式下，电压采样电阻RVSAM上的电压通过PI调节器与电压设定值比较，达到系统恒压的目的。电压电流PI调节器电路如图2所示，其中IREF为DACTLV5618给定的电压设定值，IVSAM为电压或者电流采样电阻上的实际电压值。对于本系统经过实际电路调试，为了较快且更加精确的消除误差，取Kp=1.5，TI=RC=2ms。Fig.2PIadjustmentcircuit

2.4串口通信电路

系统采用了一种基于PL2303HX芯片的USB转串口的方法[8]。PL2303HX是Prolific公司推出的USB转RS232接口的转换芯片，能解决RS232全双工异步串行通信与USB功能接口的连接，支持完整的RS232接口，可编程波特率，并可为外部串行口提供电源，且低功耗，低成本。单片机通过使能UART0，并通过交叉开关将TXD和RXD配置在P3.4和P3.5完成与上位PC机的数据和控制命令传输，该USB接口也用于锂电池充电接口。

2.5MOSFET驱动电路

电子负载系统采用场效应管式电子模拟负载，利用场效应晶体管（MOSFET）工作在不饱和区时，漏极与源极之间的伏安特性可以看作是一个受栅一源电压控制的可变电阻。用MOSFET作可变电阻具有工作速度快、可靠性高、控制灵敏等优点，而且既无机械触点，也无运动部件，噪声低、寿命长。IRF540为N沟道增强型MOSFET[9]，所以整个设计的技术指标是根据IRF540管的参数进行选定的。由IRF540MOS管的饱和漏源电流Id=30A取整个电子负载设计的电流范围为0~20A，根据锰铜采样电阻的阻值0.25Ω，可算出功率的最大值为100W，故整个设计的功率范围为0~100W。考虑到有时候被测电源电压较大，在漏极-源极击穿电压Vdss=100V的基础上，整个设计的电压范围设为0~30V。

2.6单片机控制电路

单片机控制电路[10]主要实现如下功能：（1）接收控制和显示终端或者上位PC机传输的控制命令和设定参数值，通过计算并控制DACTLV5618给定电压或者电流设定值。TLV5618的端口DIN、SCLK、/CS分别配置在P2.0、P2.1和P2.2，DAC的参考电压由REF3020A给定，最小步进0.5mv。（2）通过配置在P2.3、P2.4和P2.5端口实时控制ADCTLV2542，采样待测电源输入电压或者降在MSOFET两端的电压。ADC的参考电压由REF3020A给定，最小采样分辨率0.5mv。（3）控制和显示终端电路配置在P1、P4、P5端口，单片机主要完成SSD1289控制器的读写控制，从而实现3.2寸TFT+TP液晶屏的触摸按键输入和电子负载系统数据实时显示。（4）通过配置在P3.4、P3.5端口的PL2303USBTOUART接口模块，实现电子负载系统与上位PC机的控制和数据传输。（5）单片机通过端口配置，实现软件过流保护、电池电压检测及过压过流报警功能。

3软件设计

系统的软件部分主要包括单片机控制系统软件设计和上位PC软件界面设计。单片机控制系统部分软件完成：系统初始化（I/O端口、SSD1289和UART初始化）、等待控制和显示终端或者上位PC机命令和数据并处理、启动DAC转换产生电压设定值、启动ADC实时采样降在MOSFET驱动电路上的电压，将采样数据进行实时处理并实时显示或者送到上位机等。单片机控制系统部分软件流程图如图3所示。例如，当用户选择CC模式，并要求设定电流为2.000A时，则单片机通过计算可得采样电阻上的电压应该为0.5V，启动TLV5618产生0.5V的设定电压值到PI调节器，PI调节器的输出控制MOSFET驱动电路工作在CC恒流模式下，并保持电子负载的电流在输入电压可调节范围内保持在2.000A。上位PC机界面采用采用VB实现软件实现，用户通过选择界面上串口配置按钮，打开串行端口；选择相应的电子负载工作模式和设定相应模式下的参数，点击启动按钮即可启动直流电子负载工作，并将采集数据图形显示。实际采集效果如图4所示。

4结论

第8篇：电子系统设计范文

【关键词】电子信息系统 机房 防静电 防雷 设计

某煤矿办公生活区有建筑单体若干，对于其电子信息系统机房而言，则位于此办公楼第四层，不仅为生活区设施、建筑提供相应通信服务，而且还为日常办公及生产性调度提供具体的通信服务，雷电防护等级的C级。本文以此机房为例，探讨具体的防雷与防静电设计策略。

1 构建完备的共用接地系统

对于机房接地而言，通常情况下，有着多种类型的划分，即防雷保护、直流与交流工作及安全工作等接地保护方式。结合《建筑物防雷设计规范》当中的相关规定与要求，当选用共用接地系统来进行防雷设计时，各个接地系统共用一组接地装置为宜。

对于此工程而言，骑在防雷以及安保方面所采用的接地方式，则为共用接地，将桩基内主钢筋（2根，≥16mm）及地层底板当作联合接地体，接地电阻≤1Ω。该建筑地域内的年雷暴日达31.0d，依据第3类防雷建筑开展设计。将屋面顶部周围明敷的避雷带、屋角及女儿墙当作接闪器，且于整个屋面设置避雷网格，其大小控制在≤24×16m或20×20m，只要是高出屋面的物件，如各种支架及金属管道等，均需设置有可连接接闪器的可靠电气。把外侧柱内主钢筋（规格同主钢筋）当作防雷接地引下线，且将1块热镀锌钢板分别预埋于室外地坪的-0.5m处与0.5m处，此钢板的规格为100mm×100mm×8mm，将其用于测试与补打接地极，三者间都需要连通于联合接地体。无论是进建筑物金属管道，还是出建筑物的各类型管道，在支架相应底端位置，或者是其顶端位置，在或者是进出处，都需要有防雷接地装置，使之形成可靠的电气连通。针对此工程而言，其选用的乃为TN-C-S制电源。于进线位置（电源），实施反复性的接地，而在系统的相应联合接地置处，则需要较好的将接地线引出（~排50mm×35mm或热镀锌扁钢40mm×4mm），另外，还需进行总等电位联结，于浴室、卫生间内进行局部性的等电位联结，只要是正常情况下诸如桥架、电缆金属包皮、电气设备金属外壳及金属线槽等不带电的金属部分，经专用接地线，都能够与局部等电位联结，或者总等电位联结，电气连通可靠。针对此工程来讲，其所采用的是比较常见的弱电接地，从联合接地体处，引出所需要的接地线，针对此接地线来讲，其与保安接地系统之间，或者是与防雷接地系统之间，在具体的接地于主通道上，均呈相应分隔状态。无论何种形式的弱电设备接地，都需要有与此接地间有比较可靠的的电气连通。

2 高效、充分的等电位联结

针对等电位联结来讲，其作为整个接地系统的核心环节，无论是对人员设备的防护，还是机房环境的相应静电净化，均有着关键性作用，因此，在系统机房中，需尽可能将地绝缘孤立导体予以规避

针对电子信息系统机房，在其内部所设置的各类型性电子信息设备，在选择相应等电位联结方式上，需结合电子信息系统机房的规模与等级，以及电子信息设备容易受到干扰的频率来确定，通常情况下，主要选用M型、S型或SM混合型等形式。此机房选用M型的等电位联结网络，于机房内，即活动地板的下方位置，做一环状M形等电位接地网格，所用材料为30mm×3mm铜带，控制矩形网格的边长，即0.6～3m，而在各个交叉点，则实施电气联结，于网格的周围，布设与之对应的等电位联结带，且经等电位联结导体，把等电位联结带连接于建筑物金属结构、各类金属管道、就近接地汇流排及金属线槽等。对于各台电子信息设备而言，在选用等电位联结导体，并且其在长度上并不相同，采取就近方式，与系统的等电位联结网格形成相应连接状态。此外，对于系统内部的等电位联结导体，或者是等电位联结带的最小截面积与材料而言，需满足《电子信息系统机房设计规范》相关要求。实施接地操作过程中，对于各台计算机而言，需以单独的方式，与防静电接地体形成有效连接，而针对各防静电装置而言，与之相配套的单独接地线，在设置其截面时，需使其≥2mm，如若静电装置不止一个时，那么需要控制导电线相应直径，即使其≥3mm。在接地线埋设过程中，需使接地桩与接地线牢固连接，除此之外，在相应机械强度方面，需做到全面、充分，而针对防静电接地线来考量，一些线路上不可连接，如电源中性线上便需禁止，除此之外，还不能与个别线路公用，如防雷地线，在供电方式上，可选用三相五线制来实现。将保护屏装在显示器上，此装置能够较好规避静电伤害，防止辐射。将一根引线与显示器保护屏形成连接状态，另外，把引线一头，以一种比较合理的方式，与静电接地线形成连接状态，通过进行这样的操作，对于存在于显示器保护屏上的静电，则可使其向大地倾泻。机房内全部外露金属，如金属吊顶、暖气管道、配电管线及设备外壳等，都需要就近连接于等电位铜带用BVR-6塑铜线；采用BVR-6塑铜线，将等电位铜带与地板支托相连接，以每5m连接1点；针对地板下等电位联结铜带言，需将其以一种有效、合理方式，连接于自然接地体（建筑柱筋）连点以上。

3 合理配置浪涌保护器

针对此工程来讲，其所选用的即为三级电源浪涌防护，各个位置均安装有浪涌保护器，比如重要设备的用电处有安装，在变电所总配电室内也有安装，对于其所持有的标称放电电流，则依次是20kA、80kA，这样操作，能够避免雷击电磁脉冲对机房供电电源造成的断电威胁。另外，对于系统核心部件的主机部分而言，尤其是其中的关键通信电缆，需对其实施SPD保护。通常情况下，因具有较多的通信电缆数，所以在设置通信线的保护时，可结合实况进行合理化设置。

4 结语

综上，防静电、防雷乃是一项庞大的系统性工程，不仅要将建筑物外部相应防雷接地基础工作做好，还需注重机房内部的接地系统、防雷、防静电设计。本文通过设计、分析此煤矿电子信息系统机房的防静电与防雷设计思路，从中汇总了有效的防静电与防雷措施，以此为今后其它方面的此类设计提供实践依据，望能为此领域的设计研究提供些许指导。

参考文献

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[2]张金琼，彭自强，章鹰，等.信息系统机房防雷设计的基本原则和方法[J].黑龙江科技信息，2012（09）：47-47.

[3]唐冬慧，罗瑜，陈贻亮，等.某局业务楼电子信息系统雷击风险评估与防雷建议[J].气象研究与应用，2013，34（a02）：233-234.

第9篇：电子系统设计范文

关键词：建筑设备；自动化；技术；设计

中图分类号：TU8 文献标识码：A 文章编号：

建筑设备自动化系统是现代智能建筑发展的关键技术，也是当前智能建筑实施的重要内容，随着建筑智能化和建筑节能技术的发展，对建筑设备自动化技术的要求也越来越高，现代智能建筑很多功能都是基于建筑设备自动化系统的基础上实现的。

一、建筑设备自动化系统概述

1.系统组成和工作原理

建筑设备自动化系统对现场控制器的控制是通过中央监控计算机进行交流的。两级网络是由局域网的一级网络由工业控制总线的二级网共同构成的，中央监控计算机为第一级控制装置，连接一级网络和二级网络的现主控制器是二级控制装置，在二级网络上有现场控制器连接着，它负责对现场的设备进行控制，从而构成了三级控制装置。第四级的控制装置是安装在建筑设备基础上的传感器和执行器，这样的连接形式对现场控制器的独立工作能力有了很好的保护作用。

建筑设备自动化系统可以实现自动控制、监视、显示各种机电设备的启动和停止、自动检测、对各种设备的运行参数进行显示等多项功能，通过这些功能的实现，可以对一些设备的变化趋势和历史数据有清晰的掌握，同时对检测到的意外和突发事件可以及时的采取处理措施。还可以根据外界的环境变化对各种设备的运行状态进行调节，使其始终处于最优状态。通过上述部分功能，可以对建筑物内的各种机电设备进行统一的管理和协调控制，实现对能源的自动化管理和对建筑设备的维护管理。

2.常见的系统设备和元件

在建筑设备自动化系统中，比较重要的元件有现场控制器、执行器和传感器。其中，对智能建筑中的相关设备进行控制作用的是现场控制器，该元件既可以接受中央监控计算机的管理控制，还可以脱离故障了的中央监控计算机独立运行；执行传感器是智能控制系统的末端主控元件，一般采用DDC与其进行直接的连接控制，输入信号形式有模拟量和开关量两种，输出信号形式也有模拟量和开关量两种，一般使用的有电磁阀、电动调节阀和电动风门等，其中电磁阀是电动执行器，使用原理是利用线圈通电产生的磁动力来带动阀门的开闭，电动调节阀的动力元件是电动机，用来控制控制器输出信号转换阀门的开度，而电动风门则多用于通风系统中，改变风量的执行器是通过叶片的面积实现的；传感器有多种类别，常用的有温度传感器、湿度传感器、压力传感器、流量传感器和变送器等。

二、建筑设备自动化系统的设计

设备控制子系统主要有四个，分别是给水排水系统、变配电控制系统、照明与动力控制系统和通风与空调控制系统。

1.给水排水系统

一般的建筑物中的给水系统是采用水泵直接给水、高位水箱给水和气压罐给水的形式，而室内的排水方式则是采用重力直接排放，设置有集水坑，通过潜污泵排出的方式。为了检测溢流、最低报警水位和可允许启泵液位，在水泵直接给水控制系统中的缓冲池安装有三个液位传感器，检测水压的传感器主要实现的是完成恒压供水、控制工频泵、检测和报警、管理运行设备的功能，同时气压罐给水控制系统同样实现生活泵的上述功能，而排水系统主要依靠排水泵、生活水池、污水池和集水坑等设备实现潜水泵的上述功能。

2.变配电控制系统

建筑设备自动化系统需要要求很高的供电系统，同时需要设置备用电源对突发停电事件的发生进行预防。智能建筑的变配电系统还可以实现参数检测、监视设备状态、故障报警和电量计量等多种功能。

3.照明与动力控制系统

在智能建筑物中会产生很大的照明用电量需求，因此，节能设计控制系统的关键就是保证照明质量的同时又做到节能的设计。一般的智能建筑多是高层建筑，因此还需要将电梯等动力系统的安全性进行考虑，为了对动力系统实现完好的控制，一般的动力系统都自带一个完善的计算机控制系统。对于照明系统还应实现下班时间关掉走廊、楼梯等处的照明设备，而动力系统依靠DDC和电梯控制箱的电气触点进行连接，来实现对系统运行状态和故障情况的监视功能。

4.通风和空调控制系统

按照空气处理设备的不同将空调系统分为了三类，分别是集中式空调系统、半集中式空调系统和局部空调系统。无论哪种空调都是由冷源、热源和前端设备三部分组成的。通风系统分为局部通风和全面通风两种，其主要作用是净化排除室内的污染空气；空调控制系统实现对设备的启动控制、冷水机组开启台数控制、压差旁通控制、水流检测水泵控制、冷却水温度控制和水箱补水等控制功能；热水控制系统实现对交换器二次热水出口温度控制、热水泵及其连锁控制等功能；空气处理监控系统实现对回风温度控制、回风湿度控制等控制功能；通过风机盘管监控系统实现对风机风速的控制及定时启停控制能功能。通过通风系统对空气中CO、CO2等浓度的检测来运行风机的启停，可以有效的保证了空气质量。

三、系统设计流程

在建筑设备自动化系统设计过程中，一般分为用户需求分析、功能子系统方案设计、BA系统监控点数表编制和系统设备配置及施工图纸绘制四个步骤。其中，设计系统的首要步骤就是用户需求分析，该阶段要求设计人员对建筑物内部设备及其自动化系统方案进行仔细研究；在功能子系统方案设计阶段，是设计人员通过前期的调查结果对控制方案进行设计，然后对各个子系统的数量及其所应实现的控制功能设计相关的控制方案；在BA系统监控点数表编制阶段实现对控制设备的选配进行列表之后进行统计汇总的工作，最后的阶段就是配置系统设备和绘制施工图纸了。

在设计过程中应保证中央监控室在系统负荷中心的周围附近，但是对于一些噪音大、电磁干扰较强和较潮湿的地方应尽量的远离。将系统的调试、维护、管理方便性和布线的经济性充分考虑到现场控制器的设置当中，坚持以相对集中和靠近现场传感器及执行器为原则，在接口处留有15%的剩余量。传感器一般情况下选用的是电压型传感器，一旦遇到周围电磁干扰较强的情况，应采用电流型传感器。对于现场的通信线路和信号线应将屏蔽考虑在内，设置软线并用金属线管和线槽进行敷设。对于供电系统，则应使用专用的回路，采用最高等级的负荷等级同时设有备用电源来保障故障时的不间断供电。

四、结语

建筑设备自动化系统设计的关键是保证系统的低碳、环保和节能功能，同时采用智能管理代替人工管理的方式对管理进行自动控制系统控制。该体系通过对各子系统的监控管理，在设备运行过程中提供了全程的监控和管理，使得设备的寿命得到了延长，设备运行的可靠性和舒适性也得到了有效提高。

参考文献：

[1]许卫国.建筑设备电气自动化系统设计的关键[J].中国科技财富,2010(14).

[2]王春.关于建筑设备电气自动化系统研究[J].商品与质量：建筑与发展,2012(1).