全国大学生电子设计竞赛培训系列教程.docx

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全国大学生电子设计竞赛培训系列教程

全国大学生电子设计竞赛培训系列教程

《全国大学生电子设计竞赛培训系列教程——基本技能训练与单元电路设计》

内容简介

本书是全国大学生电子设计竞赛培训系列教程之一——《基本技能训练与单元电路设计》分册。

全书共7章，主要介绍了“全国大学生电子设计竞赛”的基本情况、设计竞赛命题原则及要求、历届考题的类型、考题所涉及的知识面和知识点、竞赛培训流程，以及赛前、竞赛期间的注意事项等内容；并较详细地讲解了电子竞赛制作的基础训练、单片机最小系统和可编程逻辑器件系统设计制作；最后介绍了单元电路的工作原理、设计与制作。

本书内容丰富实用，叙述简洁清晰，工程性强，可作为高等学校电子信息科学与工程类专业、电气工程及自动控制类专业的大学生参加“全国大学生电子设计制作竞赛”的培训教材，也可作为各类电子制作、详程设计、毕业设计的教学参考书，以及电子工程技术工程师的参考书。

前言

全国大学生电子设计竞赛是由教育部高等教育司、信息产业部人事司共同主办的面向大学生、大专生的群众性科技活动，目的在于推动普通高等学校的信息电子类学科面向21世纪的课程体系和课程内容改革，引导高等学校在教学中培养大学生的创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的训练和培养，鼓励广大学生踊跃参加课外活动，把主要精力吸引到学习和能力培养上来，促进高等学校形成良好的学习风气，同时也为优秀人才脱颖而出创造条件。

全国大学生电子设计竞赛自1994年至今已成功举办了七届。

深受全国大学生的欢迎和喜爱，参赛学校、队和学生逐年递增。

全国大学生电子设计竞赛组委会为了组织好这项竞赛事，编写了电子设计竞赛获奖作品选编，深受参赛队员的喜爱。

有许多参赛队员和辅导教师反映，若能编写一部从基本技能训练、单元电路设计直至综合设计系列教程，那将是锦上添花。

2006年北京理工大学罗伟雄教授在湖南指导工作时也曾提出这个设想。

当时就得到了国防科技大学的领导和教员响应。

立即组建了“全国大学生电子设计竞赛培训系列教程编写委员会”。

并组织了几十名教员和曾经获得全国大学生电子设计竞赛大奖的在校研究生和博士生对历届的考题（约43题）重新设计制作一次。

为这个系列教程编写奠定了理论和实践的基础。

本系列教程分为五个分册，共23章。

第一分册为《基本技能训练与单元电路设计》；第二分册为《模拟电子线路设计》；第三分册为《高频电子线路设计》；第四分册为《电子仪器仪表设计》；第五分册为《数字电路与自控系统设计》。

第一分册《基本技能训练与单元电路设计》，又称基础分册，共有7章（第1～7章）。

主要介绍了全国大学生电子设计竞赛基本情况，命题原则及要求，竞赛题所涉及的知识面与知识点；全国大学生电子设计竞赛流程；电子设计竞赛制作基本训练；单片机最小系统设计制作；可编程逻辑器件系统设计制作；电子系统设计的基本方法及步骤；常用中小规模集成电路的应用设计课题。

第二分册《模拟电子线路设计》，共有3章（第8～10章）。

主要介绍了交直流、稳压电源设计、放大器设计及信号源设计。

第三分册《高频电子线路设计》，共4章（第11～14章）。

主要介绍了高频电子线路设计基础、无线电发射机的设计、无线电接收机的设计及无线电收发系统设计。

第四分册《电子仪器仪表设计》，共有6章（第15～20章）。

主要介绍时频测量仪设计、电气参数测量仪设计、时域测量仪设计、元器件参数测量仪设计、频域测量仪设计及数据域测试仪设计。

第五分册《数字电路及自控系统设计》，共3章（第21～23章）。

主要介绍数字电路设计、自动控制系统设计、实验箱的组成、原理及应用。

本书是第一分册——《基本技能训练与单元电路设计》，共分为7章。

第1章绪论，介绍了全国大学生电子设计竞赛基本情况，命题原则及要求，历届考题分类及竞赛题所涉及的知识面与知识点。

第2章全国大学生电子设计竞赛培训流程，介绍了赛前的组织、动员与培训，赛前的题目分析和准备及竞赛期间应注意的几个问题。

第3章电子设计竞赛制作基础培训，介绍了常用电子电路的元器件的识别与主要性能参数，印制电路板设计与制作，装配工具及使用方法。

第4章单片机最小系统设计制作，介绍了单片机最小系统设计制作，人机接口技术，A/D、D/A转换电路及程序设计，片外存储器扩展，单片机最小系统与FPGA接口电路及程序设计，单片机最小系统故障分析及处理。

第5章可编程逻辑器件系统设计制作训练，介绍了FPGA最小系

统设计制作，FPGA最小系统配置电路的设计，ModelSim仿真工具的使用，FPGA最小系统板的下载，常见错误及原因分析，编程技巧。

第6章电子系统设计的基本方法及步骤，介绍了电子系统设计的基本方法，电子竞赛作品设计制作步骤及电子设计竞赛总结报告。

第7章常用中大规模集成电路的应用设计课题，介绍了模电、数电、高频电子线路、自动控制、仪器仪表等主要专业基础课程相关的课题，共搜集40道课题，通过对单元电路的设计对综合设计打下牢固坚实基础。

参加本书编写工作的有高吉祥、库锡树、徐欣、关永峰、刘菊荣、吴帅、步凯、翟庆林等人。

第1～3章由库锡树、刘菊荣、高吉祥执笔，第4章由关宇峰执笔，第5章由徐欣、吴帅执笔，第6、7章由高吉祥、步凯、丁文霞、陆珉执笔。

高微为全书的打印、绘图做了大量工作。

全国由高吉祥编稿、定稿，由唐朝京教授主审与策划。

《全国大学生电子设计竞赛培训系列教程——模拟电子线路设计》

著者：

作译者：

高吉祥主编

ISBN号：

978-7-121-04274-4

出版日期：

2007-05

丛书名：

字数：

454千字

定价：

￥29.00元

页码：

307

会员价：

￥23.20元

开本：

16开

内容简介

本书是第二册——《模拟电子线路设计》，共分为3章。

第8章交直流稳压、稳流电源设计，介绍了稳压、稳流电源的设计基础、简易数控直流电源设计、数控恒流源设计、直流稳压源设计、三相正弦变频电源设计及高频大功率感应加热电源设计。

第9章放大器设计，介绍了放大器设计基础、实用低频功率放大器设计、测量放大器设计、宽带放大器设计、高效率音频功率放大器设计及简易心电图仪设计。

第10章信号源设计，介绍了信号源设计基础、实用信号源的设计与制作及波形发生器的设计。

参加本书编写工作的有高吉祥、刘希顺、刘菊荣、高勐等人。

全书由高吉祥主编，负责全书绝大部分的执笔、全书定稿与编校工作。

刘希顺参与了第8章、第9章的编写工作，并负责全书校对。

刘菊荣参与了第10章编写工作。

高勐负责全书各章节的软件设计与编程。

唐朝京教授为主审，负责全书的策划与审查。

因编写时间仓促，难免会出现错误，欢迎读者批评纠正，我们表示万分感谢。

《全国大学生电子设计竞赛培训系列教程——高频电子线路设计》

序言/前言

前言

全国大学生电子设计竞赛是由教育部高等教育司、信息产业部人事司共同主办的面向大学生、大专生的群众性科技活动，目的在于推动普通高等学校的信息电子类学科面向21世纪的课程体系和课程内容改革，引导高等学校在教学中培养大学生的创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的训练和培养，鼓励广大学生踊跃参加课外活动，把主要精力吸引到学习和能力培养上来，促进高等学校形成良好的学习风气，同时，也为优秀人才脱颖而出创造条件。

全国大学生电子设计竞赛自1994年至今已成功举办了七届。

深受全国大学生的欢迎和喜爱，参赛学校、队和学生逐年递增。

全国大学生电子设计竞赛组委会为了组织好这项赛事，编写了电子设计竞赛获奖作品选编，深受参赛队员的喜爱。

有许多参赛队员和辅导教师反映，若能编写一部从基本技能培训、单元电路设计直至综合设计系列教程，那将是锦上添花。

2006年北京理工大学罗伟雄教授在湖南指导工作时也曾提出这个设想。

当时就得到了国防科技大学的领导和教员响应。

立即组建了“全国大学生电子设计竞赛培训系列教程编写委员会”。

并组织了几十名教员和曾经获得全国大学生电子设计竞赛大奖的在校研究生和博士生对历届的考题（约43题）重新设计制作一次。

为这个系列教程编写奠定了理论和实践的基础。

本系列教程分为五册，共23章。

第一分册《基本技能训练与单元电路设计》；第二分册《模拟电子线路设计》；第三分册《高频电子线路设计》；第四分册《电子仪器仪表设计》；第五分册《数字电路与自动控制系统设计》。

第一分册《基本技能训练与单元电路设计》，又称基础篇，共有7章（第1章～第7章）。

主要介绍了全国大学生电子设计竞赛基本情况，命题原则及要求，竞赛题所涉及的知识面与知识点；全国大学生电子设计竞赛流程；电子设计竞赛制作基本训练；单片机最小系统设计制作；可编程逻辑器件系统设计制作培训；电子系统设计的基本方法及步骤；常用中小规模集成电路的应用设计课题。

第二分册《模拟电子线路设计》，共有3章（第8章～第10章）。

主要介绍了交直流稳压电源设计、放大器设计及信号源设计。

第三分册《高频电子线路设计》，共4章（第11章～第14章）。

主要介绍了高频电子线路设计基础、无线电发射机的设计、无线电接收机的设计及无线电收发系统设计。

第四分册《电子仪器仪表设计》，共有6章（第15章～第20章）。

主要介绍时频测量仪设计、电气参数测量仪设计、时域测量仪设计。

元器件参数测量仪设计、频域测量仪设计及数据域测试仪设计。

第五分册《数字电路及自动控制系统设计》，共3章（21～23章）。

主要介绍数字电路设计。

自动控制系统设计、实验箱的组成、原理及应用。

本书包含的4章内容是：

第11章高频电子线路设计基础，主要介绍了频谱变换电路、数字调制与解调电路、频率合成技术、宽带技术、功率合成技术及无线电接收与发射设备的原理及应

用。

第12章无线电发射机的设计，介绍了电压控制LC振荡器设计、简易发射机（AM）电路设计、智能大功率调频发射机设计及正弦信号发生器设计。

第13章无线电接收机设计，介绍了调幅广播收音机设计、短波调频接收机设计和调频收音机设计。

第14章无线电收发系统设计，介绍了简易无线电遥控系统设计、单工无线呼叫系统设计、抗同频干扰的收发系统设计及CDMA数字手机电路剖析。

参加本书编写工作的有高吉祥、吴佳、步凯、翟庆林等人。

本书主要章节由高吉祥执笔，12.4节由步凯执笔，吴佳、翟庆林参与了全书软件设计的部分工作。

本书由唐朝京教授主审。

因编写时间仓促，难免会出现错误，欢迎读者批评纠正。

我们表示万分感谢。

　　《全国大学生电子设计竞赛培训系列教程——电子仪器仪表设计》

著者：

作译者：

高吉祥主编

ISBN号：

978-7-121-04462-5

出版日期：

2007-06

丛书名：

字数：

543千字

定价：

￥36.00元

页码：

368

会员价：

￥28.80元

开本：

16开

内容简介

本书是针对全国大学生电子设计竞赛特点和需要，为高等学校电子信息工程、通信工程、自动化、电气控制、计算机类专业学生编著的培训教材。

全书共有6章，内容包括：

时频测量仪、电气参数测量仪、时域测量仪、元器件参数测量仪、频域测量仪、数据域测量仪的工作原理、设计基础、设计方法及大量的设计举例。

  本书内容丰富实用，叙述条理清晰，工程性强，可以作为全国大学生电子设计竞赛的培训教材，也可以作为参加各类电子制作、课程设计、毕业设计的参考书，以及电子工程技术人员进行电子设计与制作的参考书。

《全国大学生电子设计竞赛培训系列教程——数字系统与自动控制系统设计》

著者：

作译者：

高吉祥主编

ISBN号：

978-7-121-04385-7

出版日期：

2007-06

丛书名：

字数：

408千字

定价：

￥25.00元

页码：

270

会员价：

￥20.00元

开本：

16开

内容简介

　　本书是针对全国大学生电子设计竞赛特点和需要，为高等学校电子信息工程、通信工程、自动化、电气控制、计算机类专业学生编著的培训教材。

本书为第五分册共有3章（第21～23章），内容包括：

数字系统与自动控制系统的设计基础、设计方法及大量的设计举例。

最后介绍了电子技术综合实验箱的组成、主要功能及使用方法，这个实验箱是电子设计制作必备的实验工具，是设计者的好帮手。

  本书内容丰富实用，叙述条理清晰，工程性强，可以作为全国大学生电子设计竞赛的培训教材，也可作为参加各类电子制作、课程设计、毕业设计的有益参考书，以及电子工程技术人员进行电子设备设计与制作的参考书。

图书目录　　

《基本技能训练与单元电路设计》

第1章绪论

1.1全国大学生设计竞赛简介

1.2全国大学生电子设计竞赛命题原则及要求

1.2.1命题范围

1.2.2题目要求

1.2.3命题格式

1.2.4征题办法

1.3历届考题分类

1.4竞赛题所涉及的知识面与知识点

第2章全国大学生电子设计竞赛培训流程

2.1赛前组织与动员

2.2赛前培训

2.2.1理论课培训

2.2.2基本技能培训

2.2.3课程设计培训

2.2.４综合题设计培训

2.2.５队员的组合与分工

2.3赛前题目分析和准备

2.3.1赛前公布的基本仪器和主要元器件清单

2.3.2赛前题目分析

2.3.3赛前准备

2.4竞赛过程中应注意的几个问题

2.4.1注意竞赛纪律

2.4.2竞赛题目的分析

2.4.3方案设计

2.4.4元器件的采购

2.4.5设计装配制作

2.4.6竞赛时间安排

2.4.7注意休息与饮食

第3章电子设计竞赛制作基础训练

3.1常用电子电路元件、器件的识别与主要性能参数

3.1.1电阻器的简单识别与型号命名法

3.1.2电容器的简单识别与型号命名法

3.1.3电感器的简单识别与型号命名法

3.1.4半导体器件的简单识别与型号命名法

3.1.5半导体集成电路型号命名法

3.2印制电路板设计与制作

3.2.1印制电路板的设计

3.2.2印制电路板的制作

3.3装配工具及使用方法

3.3.1装配工具

3.3.2焊接材料

3.3.3焊接工艺和方法

第4章单片机最小系统设计制作

4.1单片机最小系统设计制作

4.1.1单片机最小系统硬件设计

4.1.2单片机最小系统时钟、复位、译码电路简介

4.2人—机接口技术

4.2.1键盘接口电路及程序设计

4.2.2数码管接口电路及程序设计

4.2.3液晶接口电路及程序设计

4.3模/数、数/模变换电路及程序设计

4.3.1串行模/数变换器应用

4.3.2串行数/模变换器应用

4.4片外存储器扩展

4.4.1片外静态RAM扩展及程序设计

4.4.2片外串行EEPROM扩展及程序设计

4.5单片机最小系统与FPGA接口电路及程序设计

4.6单片机最小系统故障分析及处理

第5章可编程逻辑器件系统设计制作训练

5.1FPGA最小系统的设计制作

5.1.1Xilinx公司的FPGA器件

5.1.2FPGA最小系统电路设计

5.1.3FPGA最小系统印制板设计

5.1.4FPGA最小系统电源电路的设计

5.2FPGA最小系统配置电路的设计

5.2.1使用PC并行口配置FPGA

5.2.2使用单片机配置FPGA

5.2.3Spartan-3器件的配置

5.2.4各种模式的配置方式

5.3ModelSim仿真工具的使用

5.3.1设计流程

5.3.2行为仿真和时序仿真

5.3.3行为仿真步骤

5.3.4行为仿真查错分析

5.3.5时序仿真（TimingSimulation）步骤

5.4FPGA最小系统板的下载

5.4.1设计的实现过程

5.4.2使用iMPACT配置FPGA最小系统板的过程

5.5常见错误及其原因分析

5.5.1避免语法错误

5.5.2信号与变量

5.5.3IFELSE语句

5.5.4CASE语句

5.5.5多时钟源的解决方案

5.5.6仿真无波形

5.5.7执行时端口丢失

5.6编程技巧

5.6.1程序优化

5.6.2状态机优化

5.6.3片内资源的开发利用

5.6.4毛刺与抗干扰

5.6.5宏功能模块和IP核复用

第6章电子系统设计的基本方法及步骤

6.1电子系统设计的基本方法

6.1.1概述

6.1.2现代电子系统的设计方法

6.1.3EDA技术

6.2电子竞赛作品设计制作步骤

6.2.1题目选择

6.2.2系统方案论证

6.2.3硬件设计

6.2.4软件设计

6.2.5制板与装配

6.2.6调试与测试

6.3电子设计竞赛设计总结报告写作

6.3.1设计总结报告写作基本要求

6.3.2设计总结报告示例

第7章常用中大规模集成电路的应用设计课题

7.1音响放大器

7.2集成直流稳压电源的设计

7.3函数发生器的设计

7.4语音放大电路

7.5心电波信号放大系统

7.6增益可程控的衰减及放大系统

7.7模拟乘法器应用——功率测量仪

7.8可编程增益放大器设计

7.9宽带放大器设计

7.10数字时钟设计

7.11数字频率计

7.12数字电压表

7.13数字万用表

7.14出租汽车里程计价表

7.15数字电子秤

7.16红外线数字转速表

7.17数字温度计

7.18电容数字测量仪

7.19大电流测量仪

7.20加/减法运算电路

7.21高速并行A/D转换系统

7.22多路数据采集系统

7.23电力电子技术应用之一——晶闸管调速系统

7.24电力电子技术应用之二——双向晶闸管交流调功器

7.25步进电机控制器

7.26自动切换量程峰值检测系统

7.27多踪示波器

7.28自动触发同步扫描系统设计

7.29晶体管图示仪设计

7.30多用信号发生器设计

7.31锁相环应用之一——可编程倍频器

7.32锁相环应用之二——数字显示相位差测量仪

7.33模拟乘法器的应用电路设计

7.34超外差AM收音机设计

7.35FM接收机设计

7.36LC正弦振荡器的设计

7.3750W高频宽带功率放大器的设计

7.38CATV干线放大器设计

7.39频率合成器的设计

7.40小功率调幅高频发射机的设计

参考文献

《模拟电子线路设计》

第8章交直流稳压、稳流电源设计

8.1稳压、稳流电源设计基础

8.1.1直流稳压电源

8.1.2基准电压源

8.1.3直流恒流源

8.1.4开关稳压电源

8.2简易数控直流电源设计（1994年全国大学生电子设计竞赛A题）

8.2.1题目分析

8.2.2方案论证

8.2.3硬件设计

8.2.4软件设计

8.2.5测试结果及结果分析

8.3数控恒流源设计（2005年全国大学生电子设计竞赛F题）

8.3.1题目分析

8.3.2方案论证

8.3.3硬件设计

8.3.4软件设计

8.3.5测试方法及测试结果

8.4直流稳压源设计（1997年全国大学生电子设计竞赛A题）

8.4.1题目分析

8.4.2方案论证

8.4.3硬件设计

8.4.4数据分析及性能指标

8.5三相正弦变频电源设计（2005年全国大学生电子设计竞赛G题）

8.5.1题目分析

8.5.2方案论证

8.5.3硬件设计

8.5.4软件设计

8.5.5系统测试

8.5.6结论

8.6高频大功率感应加热电源设计（来源科研课题）

8.6.1感应加热的特点、机理及负载特性分析

8.6.2整机设计

8.6.3结论

第9章放大器设计

9.1放大器设计基础

9.1.1概述

9.1.2运算放大器

9.1.3功率放大器

9.1.4丁类（D类）功率放大器

9.1.5专用集成放大电路介绍

9.2实用低频功率放大器设计

9.2.1题目分析

9.2.2方案论证

9.2.3硬件设计

9.2.4测试结果及结果分析

9.3测量放大器设计

（1999年全国大学生电子设计竞赛A题）

9.3.1题目分析

9.3.2系统方案论证

9.3.3系统硬件设计及参数计算

9.3.4调试

9.3.5测试数据

9.4宽带放大器设计

（2003年全国大学生电子设计竞赛B题）

9.4.1题目分析

9.4.2方案论证及比较

9.4.3系统硬件设计

9.4.4系统软件设计及流程图

9.4.5系统调试和测试结果

9.5高效率音频功率放大器设计（2001年全国大学生电子设计竞赛D题）

9.5.1题目分析

9.5.2方案论证

9.5.3主要电路工作原理分析与计算

9.5.4系统测试及数据分析

9.5.5进一步改进的措施

9.6简易心电图仪设计（2004年湖北省大学生电子设计竞赛B题）

9.6.1简易心电图仪作品解析

9.6.2系统设计

9.6.3系统软件设计

9.6.4系统测试方法及数据

第10章信号源设计

10.1信号源设计基础

10.1.1正弦波振荡器

10.1.2非正弦波振荡器

10.1.3555电路结构及应用

10.1.4直接数字频率合成技术

10.2实用信号源的设计和制作（1995年全国大学生电子设计竞赛B题）

10.2.1题目分析

10.2.2方案论证

10.2.3系统设计

10.2.4调试过程

10.2.5结束语

10.3波形发生器设计（2001年全国大学生电子设计竞赛A题）

10.3.1题目分析

10.3.2方案论证

10.3.3系统设计

10.3.4调试

10.3.5指标测试

10.3.6结论

参考文献

《高频电子线路设计》

第11章高频电子线路设计基础

11.1频谱变换电路

11.1.1频谱变换电路分类

11.1.2模拟乘法器

11.1.3普通调幅波的产生电路与解调电路

11.1.4抑制载波调幅波的产生电路与解调电路

11.1.5混频电路

11.1.6倍频器

11.1.7调角波的基本性质

11.1.8直接调频电路

11.1.9调频波的解调

11.1.10限幅器

11.2数字调制与解调电路

11.2.1二进制振幅键控（ASK）调制与解调

11.2.2二进制频移键控（FSK）调制与解调

11.2.3二进制相移键控（PSK）调制与解调

11.2.4多进制数字振幅调制（MASK）系统

11.2.5多进制数字频率调制（MFSK）系统

11.2.6多进制数字相位调制（MPSK）系统

11.2.7正交振幅调制（QAM）

11.3无线电技术中的反馈控制电路

11.3.1AGC、A