《電子設計從零開始(第2版)》是在廣大讀者的幫助與支持下對5年前出版的《電子設計從零開始》一書(目前已經7次印刷)的修訂與補充。這5年無論是電子技術還是計算機技術都有了非常大的進步,第一版中的某些內容需要更新,而且筆者這5年來在英國學習的一些心得也對《電子設計從零開始(第2版)》內容的更新產生了積極的影響。
《電子設計從零開始(第2版)》集模擬電路、數字電路、單片機的基礎知識和設計技能為一體,把初學電子電路設計所需要掌握的內容表現得淋漓盡致。全書沒有過多復雜的計算(只有乘、除法),也沒有生澀的大理論,更沒有讀不懂的過程,只要知道歐姆定律的朋友就可以在《電子設計從零開始(第2版)》的引導下掌握電子電路的設計知識。
《電子設計從零開始(第2版)》適合作為電類本、?茖W生全面掌握電子設計基礎知識的參考書,也可作為電子愛好者的實例參考用書。
本書是在廣大讀者的幫助與支持下對5年前出版的《電子設計從零開始》一書的修訂與補充。這5年無論是電子技術還是計算機技術都有了非常大的進步,所以第1版中的某些內容顯得有些跟不上科技的發(fā)展了。另外,筆者這5年來在英國學習的一些心得也對本書內容的更新產生了積極的影響。
一、特色
本書集模擬電路、數字電路、單片機的基礎知識和設計技能為一體,把初學電子電路設計所需要掌握的內容表現得淋漓盡致。
全書語言生動活潑、平實易懂。沒有過多復雜的計算(只有乘、除法),也沒有生澀的大理論,更沒有讀不懂的過程,只要知道歐姆定律的朋友就可以在本書的引導下掌握電子電路的設計知識。書中插圖豐富,力求用圖讓讀者來形象地理解知識及過程,加深印象。
本書特別注重知識的鋪墊和循序漸進。電子電路的內容多、難度大,沒有基礎的朋友一時可能不知道從哪里開始學習、如何開始學習。我們在全面介紹各種電子元器件、電路結構、工藝技巧的同時,按照科學的學習方法設置章節(jié),使電子電路設計的基礎知識變成了一粒粒珍珠,交給讀者朋友們串起來,既授人以魚,也授人以漁。
全書渾然一體,章節(jié)與章節(jié)之間經過精心設計具有緊密的聯(lián)系。前面章節(jié)講到的一些實例和知識點會被后續(xù)章節(jié)提到,一些學習過程中自然產生的疑問會在后續(xù)章節(jié)中得到解答。這樣就形成了一個立體式的閱讀和學習過程,有利于知識的強化。
二、內容
本書的內容包括模擬電子電路、數字電路基礎和單片機應用基礎并通過“講故事”的形式將這3部分內容逐步展開,而且結合電路仿真軟件Multisim 2001對許多實例進行了演示和驗證。這3大部分內容是我們進行電子系統(tǒng)開發(fā)、電子儀器設計的基礎。本書著眼于技術的應用,并不苛求計算和過于復雜的理論。
本書每一章幾乎都使用了一個實例進行貫穿,實例都是日常生活中經常見到的電子產品中的電路。一章之內把實例中的知識點、設計技巧全面解決,并引出豐富的電子元器件和電路設計知識。
模擬電路是數字電路和單片機應用的基礎。第1章從一個光控報警器實例開始,漸漸引入模擬電子電路中常用元器件的知識及它們的應用范例。Multisim作為學習電路的好幫手也在一開始進行了詳細的介紹。利用實例結合仿真的方法感受三極管開關在光控報警器中的作用。
第2章通過一個單管收音機帶出了電磁波、無線發(fā)射等內容,便于讀者初步了解收音機電路、無線發(fā)射電路的設計方法。第3章中的測謊儀電路帶給我們的是電路實驗和電子工藝方面的知識,比如如何用萬用板和面包板進行實驗、電路如何從設計變成制作、印刷電路板如何設計、電源電路如何設計等都結合實例進行講解。
第4、5章介紹了電路中難但很重要的內容——三極管放大器,其中巧妙地結合實例及仿真介紹了三極管、小信號放大器、功率放大器,最終教會大家如何設計并制作一臺多媒體音箱。
第6章利用振蕩器來鞏固反饋的設計思想,并以幾個實用的例子來解答設計中的問題。第7章以運算放大器及其應用為例,揭示在電路設計中使用集成電路原來如此輕松。第8章把傳感器和其他常用電子元器件作為設計知識的擴充。
第9章至第11章是數字電路部分,開啟了數字電路設計的思考,內容包括邏輯門、布爾代數、組合邏輯、觸發(fā)器、計數器等。
第12章到第17章都在談單片機,通過實例學習單片機控制外設的能力。同時也對單片機應用系統(tǒng)開發(fā)的過程、單片機結構進行簡要介紹。單片機的內容從控制一個發(fā)光二極管開始,慢慢深入并逐步介紹I/O口、中斷、定時/計時器、串口通信等知識。最后還以設計一個在線溫度計為例,對全局的知識進行梳理性應用。
通過對本書的學習,掌握了書中知識后,設計并完成一個綜合性較強、具有一定技術含量的電路系統(tǒng)是沒有問題的。
三、對象
本書可以作為大學、中專院校開展電子制作和科技創(chuàng)新的參考書,也可作為電子愛好者的實例參考書。在學習過程中如果遇到什么問題,可以訪問電路飛翔網(http://www.circuitfly.com),其中有大量翔實的幫助和實驗指導。
想進一步學習Multisim仿真和Protel電路設計的朋友可以參考本書的姊妹書《電路設計與仿真——基于Multisim 8與Protel 2004》;想對單片機及實戰(zhàn)系統(tǒng)應用設計進行更全面扎實了解的朋友可以參考《51單片機應用從零開始》、《51單片機應用實例詳解》等書。
由于水平有限,書中難免有介紹不清楚的地方,歡迎讀者發(fā)電子郵件(E-mail: Eedesign@163.com)來共同探討問題和提出意見,也歡迎企業(yè)界的朋友向我們推薦好的學習產品作為今后寫作的實例。
四、說明
由于本書的電路圖使用Altium Designer 6和Multisim 2001軟件繪制,其中一些電路符號與國內現行的略有差別。為了讀者朋友能對應起來,我們制作了一個簡表如下,其中同一欄中的兩個電路符號等價,左邊的是國內現行的標準,右邊的是本書中使用的。
整流二極管發(fā)光二極管穩(wěn)壓二極管光電二極管隧道二極管肖特基二極管
五、特別感謝
首先要特別感謝被譽為人類B超之父的英國最高級巴思爵士獲得者、英國皇家學會會員、英國皇家工程院院士、英國醫(yī)學科學院院士、英國加的夫大學特聘教授Peter NT Wells為本書作序。同時感謝他以80歲的高齡依然在為人類的健康、醫(yī)用超聲發(fā)展持續(xù)貢獻。筆者為在博士后期間與他一同工作在超聲輔助加速器癌癥治療等課題中感到莫大的榮幸。
另外還要感謝英國帝國勛章獲得者、英國皇家物理學家和科學家、英國加的夫大學特聘教授 John P Woodcock對本書諸多內容的精心指導以及對筆者科研、論文的幫助。
本書的完成,得到了英國加的夫大學電子物理醫(yī)學研究機構首席科學家Len DM Nokes教授的傾力幫助,他在運動損傷的診斷及治療、超聲成像等醫(yī)學工程研究中給筆者許多有益的思路和具體指導。
本書第1、第2版的問世都與北京交通大學的王玉鳳和劉湘黔兩位教授的幫助與支持緊密難分。書中的點點滴滴都在他們長達10年的關懷、支持、鼓勵下得以沉淀,他們在教書育人、科學研究中傾注的畢生精力為社會創(chuàng)造了平凡而偉大的財富。
還要特別感謝北京交通大學生物醫(yī)學工程系主任劉杰教授和北京軍區(qū)總醫(yī)院計量科主任劉文教授,他們多年來在電子物理醫(yī)學領域給予筆者長期精心指導,使筆者在諸多生物醫(yī)學工程項目的合作中迅速成長起來。
本書中許多電路實例、程序設計由北京交通大學的張延強、張鎧麟、支瑞聰、劉長煥、王正浩、陳新、昌文婷等幾位博士共同完成。本書還得到了趙興東、趙東旭、傅予嘉、陳偉、胡文錦、何帥、Alqahtani Mahdi、Hamid Bidi的幫助,在此對他們的辛勤付出表示誠摯的謝意。
此外,還要對北京交通大學計算機學院院長韓臻教授、黨委書記楊曉暉教授、黨委副書記余亞光教授給予的支持與幫助表示極大的感謝。另外對物理系的成正維、牛原、楊甦、蔡天芳、滕永平等幾位教授和“關工委”的岳兆宏教授表示最崇高的敬意。
另外,還要感謝英國加的夫大學臨床醫(yī)院的Dr. Neil Pugh和Dr. Declan Coleman、倫敦帝國理工學院的Dr. Roy Clement、倫敦瑪麗女皇學院的Dr. Deric Jones和Dr. Hazel Screen等的幫助。
特別要感謝深圳職業(yè)技術學院副校長溫希東教授對本書內容的指導和肯定。還要感謝宋榮、賈方亮老師在具體電路、設計思路上給予的大力幫助。
還要由衷地感謝劍橋大學的Dr. Dong F Liang和Dr. Xiao L Wang夫婦的幫助;并對《電子制作》、《電子測試》、《家庭影院技術》和《家電維修》雜志社的總編陳忠、社長陳曉筱、副主編楊來英、編務王雪珍等老師表示最大的感謝;此外還要感激清華大學的韋思健教授和中國科學技術大學的趙文教授及夫人對內容的指導;還要對北京城市學院的汪仁里老師及其夫人表示感謝。同時對本書提供了許多寶貴建議的科學出版社的王淑蘭老師表示感謝。
當然還要感謝梁麗麗、張晟、周萍、趙少云和雷麗明幾位老師,他們對筆者的成長起了至關重要的作用。
最后,要感謝我的父母和祖父母等家人,他們多年來養(yǎng)育了我;另外還要感謝摯友崔捷10多年來給予的莫大幫助。
楊 欣
Cardiff University
United Kingdom
2010年5月
第1章 走進電子技術
1.1 從一個光控報警器的例子開始
1.1.1 電池
1.1.2 電阻器
1.1.3 光敏電阻
1.1.4 電位器
1.1.5 開關
1.1.6 第一次電路分析
1.2 利用計算機學習電子電路
1.2.1 Multisim 2001登場
1.2.2 打開、新建和保存
1.2.3 元器件欄和虛擬儀器欄
1.2.4 繪制第一張電路圖
1.2.5 用Multisim 2001進行簡單分析
1.3 探索半導體器件
1.3.1 二極管
1.3.2 三極管
1.4 例子的最終分析
1.4.1 蜂鳴器
1.4.2 第一個三極管
1.4.3 第二個三極管
1.4.4 “合適”的偏置電壓
1.4.5 例子的擴展
第2章 收音機里蘊含的知識
第3章 制作第一件電子作品
第4章 從擴音機中學小信號放大器
第5章 從多媒體音箱中看功率放大器
第6章 振蕩器的豐富多彩
第7章 集成電路ABC
第8章 傳感器及其他器件
第9章 數字啟航
第10章 邏輯門的應用
第11章 翻轉與計數
第12章 單片機就在我們身邊
第13章 單片機和LED
第14章 給單片機下命令
第15章 跑馬燈
第16章 秒表與時鐘
第17章 在線溫度計
附錄
參考文獻