前言
目前已出版的适合电子工程师阅读的书籍，有些内容不够全面系统，有些知识较陈旧，尤其是在嵌入式系统设计方面，不能完全满足学生学习和电子工程师工作的需要。

在学生刚接触电子系统时，有一些基础知识和工具需要掌握，比如电子元器件、常用的模拟集成电路和数字集成电路、电源电路、常用的单片机及嵌入式芯片选型、常用的测量仪器、仪表、耗材、辅材等。还有很多电子爱好者、发烧友也需要掌握这些技术和工具。

在这样的背景下，作者受邀写一本比较全面、能成为这个领域的入门工具书——《电子爱好者手册》。尽管完成该项任务面临着很多挑战和困难，为了满足学生学习和电子工程师工作之需，作者欣然接受了邀请。在当前海量的信息和资料，同时伴随着知识和技术碎片化的情况下，本书的出版旨在节省读者的学习与项目开发时间，做到有的放矢，提高读者的学习和工作效率。

现在的电子系统设计越来越复杂，难度越来越大，要求设计者要掌握多学科知识。本书旨在介绍电子工程师需要掌握的基础知识和设计技能，全面展现初学电子线路设计所需掌握的知识和技巧。本书是多门课程内容的集成。通过本书的学习，可以全面掌握电子系统设计的知识和技术。

本书语言生动活泼、平实易懂、资料手册化； 没有过多复杂的计算，也没有生涩的大理论，更没有读不懂的过程，只要知道欧姆定律就可以在本书的引导下掌握电子电路的设计知识。书中插图丰富，其中部分插图(如仪器仪表工具的测试方法和步骤，嵌入式系统学习调试用开发板)均为实物照片，力求通过图片让读者形象地理解知识及过程，加深印象。

本书特别注重知识的铺垫和循序渐进。电子电路的内容多、难度大，没有基础的朋友一时可能不知道从哪里开始学习、如何开始学习。我们在全面介绍各种电子元器件、电路结构、工艺技巧的同时，按照科学的学习方法设置章节，使电子电路设计的基础知识变成了一粒粒珍珠，交给读者朋友们串起来，既授人以鱼，也授人以渔。

电子工程师的工作就是进行电子系统产品的设计，可以从事的行业或领域主要包括通信、电子消费品、电力、汽车、医疗、工业自动化、军事、航空航天、环境监测以及研究与开发机构。

这些只是电子工程师可能从事的部分行业或领域，实际上，电子工程师的工作领域非常广泛，涵盖了几乎所有需要电子技术的领域，而不同的行业或领域对电子工程师的技术要求是不同的。

在一本书里，不可能把不同行业或领域的电子工程师应该掌握的知识讲清楚，或者讲得十分详细。但对于电子工程师的初学者，当要从事一个项目的设计、开发、组装和调试时，面对浩瀚的知识海洋，会感到无从下手，甚至会心生怯意。

编写本书的目的，是让电子工程师在面对工作的巨大困难时，对当前的任务能有一个切入点，起到举一反三、抛砖引玉的作用，以确保电子工程师顺利完成工作任务。

因此，本书在有限的篇幅内，主要讲述电子工程师应该掌握的共同知识点和设计思路，讲述的内容重点在面，而不是点。要获取更详细的知识、本行业或领域的专业知识，可进一步阅读相关书籍和资料。

关于分立电子元器件、模拟和数字集成电路、单片机、MCU、Arm、DSP、FPGA、物联网等芯片的更详细的应用电路及程序例程可以到各元器件生产公司的官网或网络上下载资料，也可以咨询各元器件生产公司的现场应用工程师(Field Application Engineer，FAE)，这样可以少走弯路，达到事半功倍的效果。

全书共24章，主要讲述了电子工程师所需的元器件、常用测量仪器仪表工具(包括指针式万用表、数字万用表、数字示波器、逻辑分析仪、波形发生器和晶体管特性图示仪)、电路分析基础、模拟集成电路仿真、数字集成电路仿真、主流的8位单片机/微控制器和32位微控制器及嵌入式系统设计、物联网与无线传感器网络、微控制器及元器件生产商、传感器与自动检测技术、PID控制算法、数字滤波算法与标度变换、电子系统的电磁兼容与抗干扰设计等知识和技术。同时，讲述了多种电子电路、微控制器和FPGA仿真与开发工具，并给出了详细的软硬件应用实例。

集成电路在各行各业都发挥着非常重要的作用，是现代信息社会的基石。集成电路广泛应用于电子测量、自动控制、通信、计算机等信息科技领域。

本书讲述了常用模拟集成电路和数字集成电路的使用方法，由大量的经典应用实例组成。

本书采用Proteus软件对每一个模拟集成电路和数字集成电路应用实例进行仿真，这种分析方法比传统的调试方法优越得多。传统方法是用实际的集成电路和电阻器、电容器等连接起来进行调试，而本书采用的方法是： 先用Proteus软件绘制电路原理图，然后进行仿真调试，调试好后再按照调试结果将实际的集成电路和电阻器、电容器等元器件焊接起来。这种先进的软件仿真调试方法可大大加快开发进度，降低开发成本。

在用Proteus软件绘制的电路原理图中，电容的单位μF、nF、pF分别写为u、n、p，如10u表示10μF、100n表示100nF、1000p表示1000pF。当电阻的单位是kΩ和MΩ时，对应的表示法是k和M，如3.6k表示3.6kΩ、1M表示1MΩ； 当电阻的单位是Ω时，只用纯数字表示，如100表示100Ω。此外，符号不能使用下标，如R1只能写为R1、C1只能写为C1等。一些电气图形也未使用国标符号表示。为使用方便，本书中涉及软件绘制的电路图不做规范化处理。

本书讲述了电子工程师需要掌握的主流电路设计与仿真软件，内容涉及单片机、MCU、Arm、DSP和FPGA的仿真开发环境： 

(1) Altium Designer 20电路设计与仿真软件。

Altium Designer 20是第29次升级后的软件，整合了已发布的一系列更新，包括新的PCB特性、核心PCB和原理图工具更新。作为新一代的板卡级设计软件，其独一无二的DXP技术集成平台为设计系统提供了所有工具和编辑器的兼容环境。

(2) Proteus电子电路和微控制器仿真软件。

Proteus是英国Labcenter公司研发的目前世界上最完善、最优秀的EDA软件之一。它具有四十多年的发展历程，引入国内后，得到了各界的一致好评。

(3) IAR Embedded Workbench(简称IAR EW)开发环境。

IAR Embedded Workbench 是瑞典IAR Systems公司的嵌入式软件系列开发工具的总称，该系列的各款产品可分别支持不同架构的8位、16位或32位单片机或微处理器。例如，IAR Embedded Workbench for Arm、IAR Embedded Workbench for Atmel AVR、IAR Embedded Workbench for TI MSP430等。





(4) STM32Cube生态系统。

STM32Cube 生态系统的两个核心软件是 STM32CubeMX和STM32CubeIDE，且都是由意法半导体官方免费提供的。使用STM32CubeMX可以进行MCU的系统功能和外设图形化配置，可以生成MDKArm或STM32CubeIDE项目框架代码，包括系统初始化代码和已配置外设的初始化代码。

(5) DSP集成开发环境CCS。

CCS是TI公司推出的用于开发TMS320系列DSP芯片的集成开发环境。在Windows操作系统下，采用图形接口界面，提供环境配置、源程序编辑、程序调试、跟踪和分析等工具，使用户能够在一个软件环境下完成编辑、编译、链接、调试和数据分析等工作，从而加快开发进程，提高工作效率。

(6) FPGA开发软件Quartus Ⅱ。

一个完整的FPGA开发环境主要包括运行于PC上的FPGA开发工具、编程器或编程电缆、FPGA开发板。Altera公司的开发工具包括早先版本的MAX+plus Ⅱ
、Quartus Ⅱ
以及目前推广的Quartus Prime。Quartus Prime支持绝大部分Altera公司的产品，集成了全面的开发工具、丰富的宏功能库和IP核，因此该公司的PLD产品获得了广泛的应用。

选取何种单片机、MCU、Arm、DSP和FPGA能满足项目的需要，实现最佳性价比？面对这个问题，初学者往往感到不知所措、无从下手。本书非常精练地、重点突出地讲述了国内外主流单片机、MCU、Arm、DSP和FGPA及其开发案例，具体包括如下内容： 

(1) STM32系列微控制器与开发。

主要讲述了意法半导体公司的STM32系列32位Arm微控制器、STM32F103VET6 最小系统设计、野火F103霸道开发板，同时介绍了所用仿真器，包括野火fireDAP高速仿真器、JLink仿真器和STLink V2仿真器。

(2) GD32微控制器与开发。

主要讲述了国内GigaDevice公司的GD32系列32位Arm微控制器，并在乐育科技(Leyutex)的GD32F4蓝莓派开发板上，以GD32F470IIH6为例讲述了国产Arm的应用实例，同时介绍了所用仿真器GDLink和GD32F4 蓝莓派串口下载软件GigaDevice ISP Programmer 3.0.2.5782的使用方法。

(3) STC系列单片机与开发。

主要讲述了深圳国芯人工智能有限公司的STC系列51单片机，并在STC大学计划实验箱电路板9.6上，以STC8H8K64U微控制器为例讲述了国产51单片机的应用实例，同时介绍了所用仿真器STCUSB Link1D，并详细讲述了STCISP(V6.92)程序下载软件的使用方法。

(4) SC系列单片机与开发。

主要讲述了深圳市赛元微电子股份有限公司的SC95F系列51单片机，并在NBK系列开发板上，以SC95F8617B微控制器为例讲述了国产51单片机的应用实例，同时介绍了所用仿真器SC LINK PRO，并详细讲述了SOC Programming Tool程序下载软件的使用方法。

(5) MSP430系列单片机与开发。

主要讲述了TI公司生产的MSP430系列单片机，并在德飞莱MSP430F149开发板上，以MSP430F149单片机为例讲述了MSP430单片机的应用实例，同时介绍了所用仿真器MSPFET430UIF，并详细讲述了在IAR EW开发环境下的软件调试过程。

(6) STM8S系列微控制器与开发。

主要讲述了意法半导体公司生产的8位MCU芯片STM8S系列微控制器，并在科嵌微控制器科技公司的STM8S105C6开发板上，以STM8S105C6微控制器为例讲述了STM8S系列微控制器的应用实例、所用仿真器STLink V2，并详细讲述了在IAR EW开发环境下的软件调试过程。

(7) TMS320数字信号处理器与开发。

主要讲述了TI公司推出的TMS320x280xx 32位浮点DSP处理器并在普中公司推出的PZDSP28335L开发板上，以TMS320F28335单片机为例讲述了TMS320x280xx系列DSP的应用实例，同时介绍了所用仿真器XDS100V1，并详细讲述了在CCS12开发环境下的软件调试。

(8) FPGA可编程逻辑器件与开发。

主要对可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)进行了全面的介绍，讲述了Altera(阿尔特拉)公司推出的FPGA芯片EP4CE10，并讲述了正点原子推出的新起点 FPGA 开发板，同时介绍了USB Blaster下载器的使用方法。

本书还讲述了物联网通信技术，包括串行通信基础、RS232C串行通信接口、RS485串行通信接口、蓝牙通信技术、ZigBee无线传感网络和W601 WiFi MCU芯片及正点原子推出的 ALIENTEK W601 开发板。

限于篇幅，本书没有讲述STM32的应用实例、FPGA开发板的应用实例和ALIENTEK W601 开发板的应用实例。另外，电子电路仿真软件——Multisim也是很好的仿真软件，有兴趣的读者可以参考作者在清华大学出版社出版的《零基础学电子系统设计——从元器件、工具仪表、电路仿真到综合系统设计》一书。

在一个加热炉温度自动控制系统中，通过调节天然气的流量阀门，目的是使炉温保持稳定。温度检测需要温度传感器(如热电偶)把非电物理量变成电信号(模拟量，如电流、电压)，模拟量需要通过模/数转换器转换成数字量送入单片机、微控制器等。模/数转换后的数字量又需要变成人容易识别的物理量(温度)，这需要进行标度变换与数据处理，为了抗干扰，还要进行数字滤波。为了实现自动控制，需要PID控制算法(该算法能满足85%以上的自动控制系统)，PID控制器为数字控制器，其输出为数字量，为了调节天然气的流量阀门，需要将数字量转换成模拟量(如电流、电压)，因此需要数/模转换器。为了完成上述任务，本书讲述了传感器与自动检测技术、PID控制算法和数字滤波与标度变换、电子系统的电磁兼容与抗干扰设计。

本书结合作者多年的科研和教学经验，同时参考了大量的书籍、网络上的电子资源，遵循循序渐进、理论与实践并重、共性与个性兼顾的原则，将理论实践一体化的教学方式融入其中。本书配有仿真代码、程序代码和电子配套资源。

对本书中所引用的参考文献的作者，在此一并表示真诚的感谢。

由于作者水平有限，加上时间仓促，书中错误和不妥之处在所难免，敬请广大读者不吝指正。


作者
2024年12月