大学生电子设计竞赛系列讲座基础篇.ppt
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1、Tianjin University1大学生电子设计竞赛系列讲座大学生电子设计竞赛系列讲座 基础篇基础篇报告人:刘开华报告人:刘开华20122012年年11 11月月Tianjin University2各位领导、各位领导、老师上午好!老师上午好!Tianjin University3第一部分第一部分 概述概述第二部分第二部分 基础知识基础知识第三部分第三部分 基本技能基本技能第四部分第四部分 设计举例设计举例报报 告告 内内 容容Tianjin University4第一部分第一部分 概概 述述Tianjin University5 大学生电子设计竞赛题目涉及的知大学生电子设计竞赛题目涉及的
2、知识面很广,几乎涵盖了信息技术类各领识面很广,几乎涵盖了信息技术类各领域的内容。其中基础知识和基本技能的域的内容。其中基础知识和基本技能的特点是极其特点是极其重要重要,又非常容易被老师和,又非常容易被老师和同学们同学们忽略忽略。Tianjin University6重要是因为:重要是因为:1 1、是有以基础知识为主要内容的竞赛试题。、是有以基础知识为主要内容的竞赛试题。像像宽带放大器、功率放大器宽带放大器、功率放大器和从和从20112011年开年开始增加的始增加的综合测评综合测评都是以基础知识为主;都是以基础知识为主;2 2、是各类题目中均包含基础知识的内容;、是各类题目中均包含基础知识的内容
3、;3 3、基本技能是参加电子设计竞赛的必备能、基本技能是参加电子设计竞赛的必备能力。力。Tianjin University7 容易被忽略是因为:这些知识或技能太容易被忽略是因为:这些知识或技能太基础了,加之涉及的内容宽泛、培训时间基础了,加之涉及的内容宽泛、培训时间有限、训练过程枯燥乏味等诸多因素使多有限、训练过程枯燥乏味等诸多因素使多数参赛学生们只能做到一知半解。结果竞数参赛学生们只能做到一知半解。结果竞赛时,学生们思路窄、入门慢,设计不尽赛时,学生们思路窄、入门慢,设计不尽合理,指标上不去,或在规定的时间内完合理,指标上不去,或在规定的时间内完成的作品不稳定、不完整,造成测试失败,成的作
4、品不稳定、不完整,造成测试失败,甚至全军覆没。甚至全军覆没。Tianjin University8 因此,在参加竞赛的培训过程中,一定因此,在参加竞赛的培训过程中,一定要加强对基础知识和基本技能的培训和训要加强对基础知识和基本技能的培训和训练。虽然这是老生常谈,但一定要引起各练。虽然这是老生常谈,但一定要引起各位指导教师的重视,认认真真的准备、扎位指导教师的重视,认认真真的准备、扎扎实实的训练。扎实实的训练。Tianjin University9第二部分第二部分 基础知识基础知识 Tianjin University10 归纳起来,基础知识应包含以下几归纳起来,基础知识应包含以下几方面的内容:
5、方面的内容:一、模拟与数字电路的基本知识一、模拟与数字电路的基本知识1.1.基本放大器基本放大器2.2.功率放大器功率放大器3.3.滤波器滤波器4.4.基本组合逻辑电路与时序逻辑电路基本组合逻辑电路与时序逻辑电路基础知识的范畴Tianjin University115.FPGA5.FPGA电路电路6.A/D,D/A6.A/D,D/A电路电路7.7.运算放大器应用电路运算放大器应用电路8.8.常用传感器电路常用传感器电路9.9.电源电路电源电路10.10.简单的信息处理知识与算法简单的信息处理知识与算法 基础知识的范畴Tianjin University12二、最小系统二、最小系统1.1.处理器
6、(包含储备一些基本的通用软件模处理器(包含储备一些基本的通用软件模块)块)2.2.接口电路接口电路3.3.外设电路外设电路基本知识的范畴Tianjin University13第三部分第三部分 基本技能基本技能Tianjin University14一、电路设计基本技能一、电路设计基本技能1.1.印刷电路板设计印刷电路板设计 通常采用通常采用ProtelProtel绘图软件,需要了绘图软件,需要了解元件器的规格、尺寸;对各电路模块解元件器的规格、尺寸;对各电路模块合理布局。合理布局。2.2.元器件选择元器件选择 熟悉各种基本元器件和常用的集成熟悉各种基本元器件和常用的集成电路芯片的特性。电路芯
7、片的特性。基本技能Tianjin University153.3.焊接焊接 焊接和连线:可靠、规整、方便连接。焊接和连线:可靠、规整、方便连接。4.4.结构结构 电路模块化设计,利于调试与故障电路模块化设计,利于调试与故障检查;接口要方便且留有足够的测试点;检查;接口要方便且留有足够的测试点;应将系统的各个电路模块固定在一个框应将系统的各个电路模块固定在一个框架(或平板)结构上,增加电路的可靠架(或平板)结构上,增加电路的可靠性;注意试验台的整洁,规范操作。性;注意试验台的整洁,规范操作。基本技能Tianjin University16电动车跷跷板电动车跷跷板20072007年大学生电子设计竞
8、赛全国一等奖年大学生电子设计竞赛全国一等奖基本技能Tianjin University17单工无线呼叫系统单工无线呼叫系统20052005年大学生电子设计竞赛全国二等奖年大学生电子设计竞赛全国二等奖基本技能Tianjin University18二、基本仪器使用与电路调试二、基本仪器使用与电路调试1 1常用仪器:万用表、稳压电源、常用仪器:万用表、稳压电源、信号发生器、示波器、频谱仪、逻信号发生器、示波器、频谱仪、逻辑分析仪等仪器的使用。辑分析仪等仪器的使用。2 2调试调试基本技能Tianjin University19 系统设计与制作的过程:系统设计与制作的过程:1.1.方案设计;方案设计;
9、2.2.电路模块设计;电路模块设计;3.3.元器件选择与购买;元器件选择与购买;4.PCB4.PCB版图设计(元器件布局);版图设计(元器件布局);5.5.元器件、电路板检查;元器件、电路板检查;6.6.焊接;焊接;7.7.分模块调试,联调。分模块调试,联调。基本技能Tianjin University20 这里特别要提醒大家的是,在培训中应这里特别要提醒大家的是,在培训中应高度注意学生科学研究素质的培养。高度注意学生科学研究素质的培养。通过培通过培训使学生初步养成:实事求是的工作原则、训使学生初步养成:实事求是的工作原则、一丝不苟的工作态度、勤于思考的工作方法、一丝不苟的工作态度、勤于思考的
10、工作方法、百折不饶的工作精神和精益求精的工作作风。百折不饶的工作精神和精益求精的工作作风。基本技能Tianjin University21三、报告撰写三、报告撰写 按照要求,重点介绍方案比较、电路模按照要求,重点介绍方案比较、电路模块设计、器件选择、理论推导、软件流程图、块设计、器件选择、理论推导、软件流程图、调试方法、使用仪器、测试结果(数据和波调试方法、使用仪器、测试结果(数据和波形)、结果分析、参考资料。一般电路图和形)、结果分析、参考资料。一般电路图和程序可作为附录放在后面。程序可作为附录放在后面。再有就是格式规范,内容全面,详略得再有就是格式规范,内容全面,详略得当,围绕要求下笔,常
11、识性或无关紧要的内当,围绕要求下笔,常识性或无关紧要的内容尽量简述。容尽量简述。基本技能Tianjin University22第四部分第四部分 设计举例设计举例Tianjin University23一、任务一、任务 设计并制作一个宽带放大器。设计并制作一个宽带放大器。二、要求二、要求 1 1、基本要求、基本要求 (1 1)输入阻抗)输入阻抗1k1k;单端输入,单端输出;放大器负载电阻;单端输入,单端输出;放大器负载电阻600600。(2 2)3dB3dB通频带通频带10kHz10kHz6MHz6MHz,在,在20kHz20kHz5MHz5MHz频带内增益起伏频带内增益起伏1dB1dB。(3
12、 3)最大增益)最大增益40dB40dB,增益调节范围,增益调节范围10dB10dB40dB40dB(增益值(增益值6 6级可级可调,步进间隔调,步进间隔6dB6dB,增益预置值与实测值误差的绝对值,增益预置值与实测值误差的绝对值2dB2dB),),需显示预置增益值。需显示预置增益值。(4 4)最大输出电压有效值)最大输出电压有效值3V3V,数字显示输出正弦电压有效值。,数字显示输出正弦电压有效值。(5 5)自制放大器所需的稳压电源。)自制放大器所需的稳压电源。例一 宽带放大器(2003年)Tianjin University242 2、发挥部分、发挥部分 (1 1)最大输出电压有效值)最大输
13、出电压有效值6V6V。(2 2)最大增益)最大增益58dB(3dB58dB(3dB通频带通频带10kHz10kHz6MHz6MHz,在,在20kHz20kHz5MHz5MHz频带内增益起伏频带内增益起伏1dB)1dB),增益调节范围,增益调节范围10dB10dB58dB58dB(增益值(增益值9 9级级可调,步进间隔可调,步进间隔6dB6dB,增益预置值与实测值误差的绝对值,增益预置值与实测值误差的绝对值2dB2dB),),需显示预置增益值。需显示预置增益值。(3 3)增加自动增益控制()增加自动增益控制(AGCAGC)功能,)功能,AGCAGC范围范围20dB20dB,在,在AGCAGC稳稳
14、定范围内输出电压有效值应稳定在定范围内输出电压有效值应稳定在 4.5VVo5.5V4.5VVo5.5V内(详见说内(详见说明明4 4)。)。(4 4)输出噪声电压峰)输出噪声电压峰-峰值峰值VoN 0.5VVoN 0.5V。(5 5)进一步扩展通频带、提高增益、提高输出电压幅度、扩大)进一步扩展通频带、提高增益、提高输出电压幅度、扩大AGCAGC范围、减小增益调节步进间隔。范围、减小增益调节步进间隔。(6 6)其它。)其它。例一 宽带放大器(2003年)Tianjin University25三、分析与设计三、分析与设计 首先分析题目的考核点。该题目的难点在于同首先分析题目的考核点。该题目的难
15、点在于同时要求宽带、高增益且步进可调(时要求宽带、高增益且步进可调(20KHz5MHz20KHz5MHz频频段内增益段内增益60dB60dB,至少,至少9 9级可调)和高输出电平级可调)和高输出电平(600600负载上的输出电压有效值达到负载上的输出电压有效值达到6V6V),以及),以及自动增益控制(自动增益控制(AGCAGC)功能。关键是增益与带宽的)功能。关键是增益与带宽的关系、增益可调和较高的输出电压。关系、增益可调和较高的输出电压。例一 宽带放大器(2003年)Tianjin University26 根据题目要求,系统应采用处理器加模拟放大器的技术方案。由于处理器电路属于最小系统,这
16、里不再详细介绍,而主要介绍模拟放大关键电路设计与功能实现。1 1、方案设计、方案设计 分立器件分立器件 集成运算放大器集成运算放大器 集成运算放大器集成运算放大器+分立器件分立器件 目前基本以采用后两种方式为主。目前基本以采用后两种方式为主。例一 宽带放大器(2003年)Tianjin University272 2、带宽和增益设计、带宽和增益设计 选择集成运放的方案之后,首先挑选宽带运放,如选择集成运放的方案之后,首先挑选宽带运放,如AD603AD603、AD818AD818等,其带宽在较高增益时,仍满足要求。等,其带宽在较高增益时,仍满足要求。实现增益高且可调(实现增益高且可调(AGCAG
17、C功能)的要求,可以:功能)的要求,可以:(1 1)利用继电器(模拟开关)改变反馈电阻。)利用继电器(模拟开关)改变反馈电阻。(2 2)利用数字电位器改变反馈电阻。)利用数字电位器改变反馈电阻。(3 3)利用)利用DADA转换器的电阻网络,结合运放实现增益可调。转换器的电阻网络,结合运放实现增益可调。4 4采用集成可变增益运算放大器芯片,如采用集成可变增益运算放大器芯片,如AD603AD603。5 5采用数字可变增益放大器采用数字可变增益放大器。例一 宽带放大器(2003年)Tianjin University28 在在0303年的竞赛中,选择最多的是年的竞赛中,选择最多的是AD603AD60
18、3。AD603AD603有三种工作模式。有三种工作模式。模式一,模式一,90M90M宽带,宽带,增益范围:增益范围:-10dB-+30dB-10dB-+30dB;模式二,模式二,30M30M宽带,宽带,增益范围:增益范围:0dB-+40dB0dB-+40dB;模式三,模式三,9MHz9MHz带宽,增益范围:带宽,增益范围:10dB-+50dB10dB-+50dB。各种工作方式均可满足各种工作方式均可满足6MHz6MHz带宽的要求,但带宽的要求,但是单级放大器的增益不满足是单级放大器的增益不满足60dB60dB的指标,需要的指标,需要采用两级采用两级AD603AD603级联的方式构成高增益放大器
19、。级联的方式构成高增益放大器。例一 宽带放大器(2003年)Tianjin University29 输入阻抗设计:输入阻抗设计:由于由于AD603AD603的输入阻抗为的输入阻抗为100100,如达到,如达到RiRi1K1K的要求,前面需要加缓冲级电路。的要求,前面需要加缓冲级电路。可以采用分立的晶体管射随器,也可以采可以采用分立的晶体管射随器,也可以采用宽带、高速运算放大器,如用宽带、高速运算放大器,如AD818AD818,OPA642OPA642等。等。例一 宽带放大器(2003年)Tianjin University30输出电路设计:输出电路设计:AD603AD603的输出电压为有效值
20、的输出电压为有效值2V2V左右。为了达到左右。为了达到输出有效值输出有效值6V6V的要求,在两级的要求,在两级AD603AD603之后,需要增之后,需要增加一级放大。可以选择两级晶体管构成的对称互加一级放大。可以选择两级晶体管构成的对称互补放大器,也可以选择集成运放,如补放大器,也可以选择集成运放,如AD818AD818 。输入和输出级电路设计,一般均参考成熟电输入和输出级电路设计,一般均参考成熟电路,如有可能,在培训时要实际制作一下。路,如有可能,在培训时要实际制作一下。例一 宽带放大器(2003年)Tianjin University31例一 宽带放大器(2003年)张 展,余 涵,张安安
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- 大学生 电子设计 竞赛 系列 讲座 基础
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