1.1 现代电子设计技术概述

电子系统，泛指由各类电子器件，如电子管、晶体管、集成电路芯片和其他的电非电转换器件构成的，能完成特定功能的电子装置，如手机、出租车计价器等，遍及当今人类社会的各方面。为了设计和分析的需要，电子系统的类型可做不同的划分。本书按电路的组成分类，将系统分为模拟系统（Analog System）、数字系统（Digital System）、模数混合系统、微控制器单元（Microcontroller Unit， MCU）系统和片上系统（System on Chip，SOC）。片上系统的一个发展分支是基于可编程器件的片上系统（System on Programmable Chip，SOPC）。之所以把上述几个部分称为系统，是因为它们本身具有某种特定功能，并且是相对完整的。

电子系统设计的发展是一个从模拟系统向数字系统发展的过程。

模拟系统是指基于模拟电路来处理信号的系统。它要处理的信号为模拟信号，并要求系统能实时工作，主要是由模拟电路和模拟器件来实现的。早期的设计主要是靠手工绘制电路图来进行的。用于实现模拟系统（电路）的模拟器件也有集成化的发展过程，但没有得到革命性的突破，至今尚无与数字器件或微控制器单元媲美的产品问世。另外，用于模拟电路设计的工具软件还仍止于板级（Printed Circuit Board，PCB）设计的层次，而数字电路的设计软件已进入芯片级（Chip-Level）的层次，因而，现代大多数电子系统的主体功能多依赖于数字器件和软件算法来实现，模拟电路的成分越来越少（主要集中在系统的前、后端接口电路以及射频信号的处理电路中）。数字系统及其设计手段已成为一般现代电子系统设计的核心概念。

与反映该领域现状和发展趋势的实践教学相结合，本实验教材将重点放在可编程数字逻辑电路系统、MCU系统和SOPC系统上，因为这3部分的设计涵盖了现代电子技术设计的主要部分。而与模拟系统相关的内容，在部分实验系统项目中有所介绍，读者可根据自身兴趣参阅其他书籍或资料。

1.1.1 数字系统及其一般结构

在数字技术领域，由各种逻辑器件构成的能够实现某种特定功能的电路称为功能部件级电路，如计数器、加法器和存储器等就是典型的功能部件级电路，它们只能完成计数、加法运算和数据存储等单一功能。而由若干数字电路和逻辑部件构成的、能够实现数据存储、传送和处理等复杂功能的数字设备，则称为数字系统。电子计算机就是一个典型的复杂数字系统。数字系统在结构上可以划分为数据系统（Data System）和控制系统（Control System）两部分，如图1-1所示。

图1-1 数字系统的一般结构

在上述划分方式中，有无控制器是区分系统级设备和功能部件级电路的一个重要标志。凡是有控制器且能按照一定程序进行操作的，不管其规模大小，均称为数字系统；反之，不论其规模多大，均不能称为一个独立的数字系统，至多只能算一个子系统。如数字交通灯控制器，虽然仅由几片中等规模集成器件构成，但因其中有控制电路，则应该称之为数字系统。而大容量存储器，尽管其规模很大，但因其功能单一、无控制器，只能称之为功能部件。表1-1列出了数据系统和控制系统的特点和功能。

表1-1 数据系统和控制系统的特点和功能表

1.1.2 数字系统设计的一般过程

表1-2列出了数字系统设计的一般流程和每一步骤中的工作任务。

表1-2 数字系统设计流程中的任务表

一般来讲，数据系统通常为人们熟悉的各种功能电路。无论是采用现成的模块还是自行设计，都有一些固定的方法可循，不用花费太多精力，而控制系统的设计要复杂得多。因此，可以认为数字系统设计的主要任务是设计一个良好的控制系统。