Click to edit Master title style,,Click to edit Master text styles,,Second level,,Third level,,Fourth level,,Fifth level,,*,,*,,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,,,Tianjin University,56,大学生电子设计竞赛系列讲座,,基础篇,报告人：刘开华,2012,年,11,月,各位领导、,老师上午好！,第一部分 概述,第二部分 基础知识,第三部分 基本技能,第四部分 设计举例,报 告 内 容,第一部分 概 述,大学生电子设计竞赛题目涉及的知识面很广，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特点是极其,重要,，又非常容易被老师和同学们,忽略,重要是因为：,1,、是有以基础知识为主要内容的竞赛试题像,宽带放大器、功率放大器,和从,2011,年开始增加的,综合测评,都是以基础知识为主；,2,、是各类题目中均包含基础知识的内容；,3,、基本技能是参加电子设计竞赛的必备能力。
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成的作品不稳定、不完整，造成测试失败，甚至全军覆没因此，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、扎扎实实的训练第二部分 基础知识,,,归纳起来，基础知识应包含以下几方面的内容：,一、模拟与数字电路的基本知识,1.,基本放大器,2.,功率放大器,3.,滤波器,4.,基本组合逻辑电路与时序逻辑电路,基础知识的范畴,5.FPGA,电路,6.A/D,D/A,电路,7.,运算放大器应用电路,8.,常用传感器电路,9.,电源电路,10.,简单的信息处理知识与算法,,基础知识的范畴,二、最小系统,,1.,处理器（包含储备一些基本的通用软件模块）,2.,接口电路,3.,外设电路,基本知识的范畴,第三部分 基本技能,一、电路设计基本技能,1.,印刷电路板设计,通常采用,Protel,绘图软件，需要了解元件器的规格、尺寸；对各电路模块合理布局。
2.,元器件选择,熟悉各种基本元器件和常用的集成电路芯片的特性基本技能,3.,焊接,焊接和连线：可靠、规整、方便连接4.,结构,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；应将系统的各个电路模块固定在一个框架（或平板）结构上，增加电路的可靠性；注意试验台的整洁，规范操作基本技能,电动车跷跷板,2007,年大学生电子设计竞赛全国一等奖,基本技能,单工无线呼叫系统,2005,年大学生电子设计竞赛全国二等奖,基本技能,二、基本仪器使用与电路调试,,1,．常用仪器：万用表、稳压电源、信号发生器、示波器、频谱仪、逻辑分析仪等仪器的使用2,．调试,基本技能,系统设计与制作的过程：,1.,方案设计；,2.,电路模块设计；,3.,元器件选择与购买；,4.PCB,版图设计（元器件布局）；,5.,元器件、电路板检查；,6.,焊接；,7.,分模块调试，联调基本技能,,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通过培训使学生初步养成：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、百折不饶的工作精神和精益求精的工作作风基本技能,三、报告撰写,,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、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，详略得当，围绕要求下笔，常识性或无关紧要的内容尽量简述基本技能,第四部分 设计举例,一、任务,设计并制作一个宽带放大器二、要求,1,、基本要求,（,1,）输入阻抗≥,1kΩ,；单端输入，单端输出；放大器负载电阻,600Ω,2,）,3dB,通频带,10kHz,～,6MHz,，在,20kHz,～,5MHz,频带内增益起伏≤,1dB,3,）最大增益≥,40dB,，增益调节范围,10dB,～,40dB,（增益值,6,级可调，步进间隔,6dB,，增益预置值与实测值误差的绝对值≤,2dB,），需显示预置增益值4,）最大输出电压有效值≥,3V,，数字显示输出正弦电压有效值5,）自制放大器所需的稳压电源例一 宽带放大器（,2003,年）,2,、发挥部分,（,1,）最大输出电压有效值≥,6V,2,）最大增益≥,58dB (3dB,通频带,10kHz,～,6MHz,，在,20kHz,～,5MHz,频带内增益起伏≤,1dB),，增益调节范围,10dB,～,58dB,（增益值,9,级可调，步进间隔,6dB,，增益预置值与实测值误差的绝对值≤,2dB,），需显示预置增益值。
3,）增加自动增益控制（,AGC,）功能，,AGC,范围≥,20dB,，在,AGC,稳定范围内输出电压有效值应稳定在,4.5V≤Vo≤5.5V,内（详见说明,4,）4,）输出噪声电压峰,-,峰值,VoN ≤0.5V,5,）进一步扩展通频带、提高增益、提高输出电压幅度、扩大,AGC,范围、减小增益调节步进间隔6,）其它例一 宽带放大器（,2003,年）,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时要求宽带、高增益且步进可调（,20KHz—5MHz,频段内增益≥,60dB,，至少,9,级可调）和高输出电平（,600Ω,负载上的输出电压有效值达到,6V,），以及自动增益控制（,AGC,）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例一 宽带放大器（,2003,年）,,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,、方案设计,分立器件,集成运算放大器,集成运算放大器,+,分立器件,目前基本以采用后两种方式为主例一 宽带放大器（,2003,年）,2,、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,AD603,、,AD818,等，其带宽在较高增益时，仍满足要求。
实现增益高且可调（,AGC,功能）的要求，可以：,（,1,）利用继电器（模拟开关）改变反馈电阻2,）利用数字电位器改变反馈电阻3,）利用,DA,转换器的电阻网络，结合运放实现增益可调4,．采用集成可变增益运算放大器芯片，如,AD603,5,．采用数字可变增益放大器,例一 宽带放大器（,2003,年）,在,03,年的竞赛中，选择最多的是,AD603,AD603,有三种工作模式模式一，,90M,宽带， 增益范围：,-10dB--+30dB,；,模式二，,30M,宽带， 增益范围：,0dB--+40dB,；,模式三，,9MHz,带宽，增益范围：,10dB--+50dB,各种工作方式均可满足,6MHz,带宽的要求，但是单级放大器的增益不满足≥,60dB,的指标，需要采用两级,AD603,级联的方式构成高增益放大器例一 宽带放大器（,2003,年）,,输入阻抗设计：,由于,AD603,的输入阻抗为,100Ω,，如达到,Ri,≥,1KΩ,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，也可以采用宽带、高速运算放大器，如,AD818,，,OPA642,等例一 宽带放大器（,2003,年）,输出电路设计：,,AD603,的输出电压为有效值,2V,左右。
为了达到输出有效值,6V,的要求，在两级,AD603,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补放大器，也可以选择集成运放，如,AD818,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例一 宽带放大器（,2003,年）,例一 宽带放大器（,2003,年）,张 展，余 涵，张安安，电子世界，,2004.3,增益调整实现,通过在,AD603,的控制电压输入管脚施加模拟控制信号,VG,可实现其增益调整AD603,的,VG,信号在,-500mv--+500mv,范围内变化时，可实现,40dB/V(,即,25mv/dB),线性增益控制，增益,G,（,dB,）,=40VG+G0i(i=1,2,3),G0i,对应三种工作模式所以可利用处理器控制一只,DAC,输出模拟电压信号，实现精确的增益控制例一 宽带放大器（,2003,年）,,AGC,功能实现,,,放大器的,AGC,功能可通过将输出电压信号取回并数字化，由单片机按照要求的,AGC,传输特性曲线生成控制信号，经,DAC,转换成模拟信号,VG,，输送给,AD603,的增益控制脚，实现,AGC,功能。
例一 宽带放大器（,2003,年）,,系统噪声控制措施主要是在第一级放大器考虑，可选择低噪声的宽带运放，如,OPA642,、,AD818,同时在作品制作过程中，采用同轴电缆传输信号、采用屏蔽盒，数字地和模拟地分离且严格一点接地，尽量采用引线短的元器件，如贴片封装等措施例一 宽带放大器（,2003,年）,这样，放大器的主要部分设计完成从该设计过程可以感受到，放大器的输入与输出电路，如采用分立器件设计，不但复杂，性能也一般而若选择适用的集成芯片，会收到事半功倍的效果下面会看到，在,09,年宽带直流放大器设计过程中，这种情况更加明显例一 宽带放大器（,2003,年）,一、任务： 设计并制作一个宽带直流放大器及所用的直流稳压电源二、要求,（,1,）最大电压增益,AV≥60dB,，输入电压有效值,Vi≤10 mV,2,）在,AV,＝,60dB,时，输出噪声电压的峰－峰值,VONPP≤0.3V,3,）,3dB,通频带,0,～,10MHz,；在,0,～,9MHz,通带内增益起伏≤,1dB,4,）最大输出电压正弦波有效值,Vo≥10V,，输出信号波形无明显失真5,）放大器的输入电阻≥,50,,，负载电阻（,50±2,）,,。
6,）电压增益,AV,可预置并显示，预置范围为,0,～,60dB,，步距为,5dB,（也可以连续调节）；放大器的带宽可预置并显示（至少,5MHz,、,10MHz,两点）7,）其他（例如改善放大器性能的其它措施等）例二 宽带直流放大器（,2009,年）,该题明显比,03,年的宽带放大器提高了要求，一是带宽提高到了,0-10MHz,，且是直流放大器二是对输出电压幅度和带负载能力提出新的要求其中带宽和增益可调的指标可采用,03,年的方法，选择宽带增益可控运算放大器实现该题主要需要关注的是,在,50Ω,负载条件下，输出电压达到有效值,10V,（输出功率达到了,2W,,）、带宽预置和直流调零例二 宽带直流放大器（,2009,年）,根据题意，该系统应包括可调增益放大、程控滤波、功率放大和电源等几部分其中，增益可调放大功能可参考,03,年宽带放大器的思路，采用,AD603,、,AD818,等增益可控集成运放由于该放大器的输入阻抗要求≥,50Ω,，多种运放可满足要求，仅需要在输入端做好阻抗匹配即可例二 宽带直流放大器（,2009,年）,另外，该放大器输出功率达到了,2W,，峰值电流达到,280mA,以上。
可以采用分立器件构成功率放大器，但是难度较大又因为许多单片集成芯片最大输出电流在,200mA,左右，不能满足要求所以在,09,年竞赛中，基本上是采用集成电路芯片并联扩流的方式实现宽带功率放大带宽预置功能由继电器切换低通滤波器实现例二 宽带直流放大器（,2009,年）,设计直流放大器，需要考虑运放直流零点漂移补偿例二 宽带直流放大器（,2009,年）,Vin,DAC,输出,廖艳闺，唐晓庆，李刚，电子制作,2009,年,12,期,从,2011,年开始，大学生电子设计竞赛增加了 “综合测评”环节，参加对象为赛区推荐报全国评奖的优秀参赛队，并在各赛区以封闭方式进行测试题目与评分标准由全国专家组负责统一制定，并委托各赛区在当地组织，赛区专家组完成相应测试工作全国专家组将排遣专家参加综合测评综合测评”采用设计制作方式，其成绩按比例计入评审总分使用一片通用四运放芯片,LM324,组成图,1,所示电路框图，实现下述功能：使用低频信号源产生的正弦波信号， 加至加法器的输入端，加法器的另一输入端加入由自制振荡器产生的信号,uo1,，,uo1,如图２所示，,T1=0.5ms,，允许,T1,有,±5%,的误差。
图中要求加法器的输出电压,ui2=10ui1+uo1,ui2,经选频滤波器滤除,uo1,频率分量，选出,f0,信号为,uo2,，,uo2,为峰峰值等于,9V,的正弦信号，用示波器观察无明显失真uo2,信号再经比较器后在,1kΩ,负载上得到峰峰值为,2V,的输出电压,uo3,电源只能选用,+12V,和,+5V,两种单电源，由稳压电源供给不得使用额外电源和其它型号运算放大器要求预留,ui1,、,ui2,、,uo1,、,uo2,和,uo3,的测试端子例三 集成运算放大器应用（,2011,年）,例三 集成运算放大器应用,例三 集成运算放大器应用,,该题目的考核点：,怎样利用四只运算放大器构建框图所示电路2.,采用单电源供电运放处理正弦波信号例三 集成运算放大器应用,,分析与设计,通常三角波发生电路需要两只运放，加法器、比较器和滤波器各用一只运放，共需,5,只运放，但题目仅容许使用,4,只运放必须寻找节省一只运放的方案分析发现，三角波发生器的指标要求不严格，可以采用一只运放产生方波信号，然后利用无源积分器电路实现三角波信号例三 集成运算放大器应用,例三 集成运算放大器应用,,,09,年制作较好的参赛队均采用该种方案。
对于单电源运放处理正弦波信号，可通过在输入端加偏置电路的方法解决例三 集成运算放大器应用,,怎样准备综合测评？请注意以下情况：,1.,综合测评的时间是,7,个小时左右该时间限制了作品的复杂度与规模2.,测评期间不容许上网，资料资源有限，限制了作品的知识覆盖面和器件覆盖面3.,考核对象是大本三年级的学生，知识面和技能水平有限几点体会与建议,,因此，我个人认为综合测评涉及的知识是基础的；应用的元器件应是基本、通用的（学生比较熟悉）；出题应侧重基础知识、基本技能和电路设计技巧的结合所以要重点关注：模拟电路知识（特别是运算放大器应用，,555,电路应用）、数字电路知识（组合电路、逻辑电路）如果涉及处理器，至少会提供最小系统的全套元器件和电路板几点体会与建议,,总之，综合测评将是基本功的比拼，不大可能通过短期突击，就能掌握这么多的内容，需要在平时多加努力在学习相关课程时，就要将基本概念和关键知识点学好，并打牢基础还有就是加强实践和基本技能的训练几点体会与建议,,年轻的指导教师应该在一、两个领域深入钻研，打铁先得自身硬，你有足够的技术储备，才能给学生做好指导指导教师应关注新器件、新技术的发展同时，长期积累，不断总结，特别是在竞赛指导中，尽量采用使用过的器件与方案。
所以，在竞赛过程中选题应选择最熟悉的类型，器件也应尽量采用培训过程中使用过的器件与芯片几点体会与建议,,电子设计竞赛的特点是最终将设计实际做出来，并需要系统能运行、演示因此竞赛对学生的培养是多方面的，不仅可以有效的培养学生的实际动手能力和创新能力；还因完成课题需要理论分析与系统设计相结合，可引导学生将之前学习的知识串起来，形成系统的概念几点体会与建议,,全国大学生电子设计竞赛经过了,18,年的积累与沉淀，为在校学生搭建了开拓视野、促进理论和实践的结合的平台，也为电子信息产业搭建了人才储备的平台并成为目前最受大学生欢迎、最受政府重视、最受社会与企业认可的学生科技活动与竞赛希望报告对大家能有所帮助，也希望大家能在竞赛中取得好的成绩！,谢 谢 大 家！,,谢谢观看,/,欢迎下载,BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH,内容总结,大学生电子设计竞赛系列讲座。
像宽带放大器、功率放大器和从2011年开始增加的综合测评都是以基础知识为主4.基本组合逻辑电路与时序逻辑电路6.A/D,D/A电路2）3dB通频带10kHz～6MHz，在20kHz～5MHz频带内增益起伏≤1dB通过在AD603的控制电压输入管脚施加模拟控制信号VG可实现其增益调整所以可利用处理器控制一只DAC输出模拟电压信号，实现精确的增益控制一、任务： 设计并制作一个宽带直流放大器及所用的直流稳压电源1）最大电压增益AV≥60dB，输入电压有效值Vi≤10 mV4）最大输出电压正弦波有效值Vo≥10V，输出信号波形无明显失真该题主要需要关注的是在50Ω负载条件下，输出电压达到有效值10V（输出功率达到了2W ）、带宽预置和直流调零设计直流放大器，需要考虑运放直流零点漂移补偿指导教师应关注新器件、新技术的发展谢谢观看/欢迎下载,。
