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內容簡介

　　　　本書從電子設計競賽培訓和電子綜閤類課程的教學實際情況齣發，具體分析瞭電子綜閤實驗項目教學中的元器件、電路、算法等知識內容，詳細介紹瞭電子設計競賽培訓的典型案例，對曆年的電子設計競賽真題進行瞭深入剖析，給齣瞭詳細的設計方案、典型電路、關鍵算法以及測試方法，設計實例均附有完整的電路結構和具體參數，同時付上國賽的最終提交報告，凝結瞭武漢大學電子設計競賽教練組十餘年的培訓經驗，所有方案和電路均經過實驗驗證並製作成實物，具有很強的實用性。

作者簡介

　　　　周立青，武漢大學電子信息學院實驗教學中心副主任，武漢大學電子設計競賽教練，湖北省精品課程《電子係統綜閤設計》負責人。主要從事探地雷達係統研究工作。2011年編寫《全國大學生電子設計競賽教程：基於TI器件設計方法》由電子工業齣版社齣版，發錶學術論文二十餘篇。

目錄

目 錄

第1章 電路仿真軟件 （1）

1.1 Multisim （1）

1.1.1 軟件界麵 （1）

1.1.2 電路構建 （2）

1.2 TINA-TI （4）

1.2.1 電路搭建示例 （5）

1.2.2 仿真 （8）

1.2.3 TINA用於運放參數仿真 （12）

1.2.4 濾波器仿真 （14）

1.2.5 小結 （16）

第2章 元器件 （17）

2.1 無源器件 （17）

2.1.1 電阻 （17）

2.1.2 電容 （18）

2.1.3 電感 （19）

2.2 運算放大器 （20）

2.2.1 運算放大器簡介 （20）

2.2.2 運算放大器參數詳述 （22）

2.2.3 精密型運放 （27）

2.2.4 高速型運放 （28）

2.2.5 儀錶放大器 （30）

2.2.6 全差分放大器 （31）

2.2.7 射頻寬帶放大器 （32）

2.3 A/D轉換器 （33）

2.3.1 A/D轉換器的參數介紹 （33）

2.3.2 A/D轉換器的選擇和使用 （34）

2.3.3 A/D轉換器的選擇 （37）

2.3.4 A/D轉換器的使用注意事項 （38）

2.3.5 高精度A/D轉換器 （39）

2.4 D/A轉換器 （59）

2.4.1 D/A轉換器的選擇與使用 （59）

2.4.2 常用DAC （63）

2.5 集成DDS芯片AD9854 （70）

2.5.1 AD9854概述 （70）

2.5.2 AD9854引腳說明 （70）

2.5.3 AD9854應用 （71）

2.6 電壓控製增益（VCA）芯片 （72）

2.6.1 VCA824 （74）

2.6.2 AD8367 （75）

2.7 集成濾波器芯片 （76）

2.7.1 開關電容原理 （77）

2.7.2 LTC1068 （77）

2.7.3 MAX29X （78）

第3章 電路 （81）

3.1 運算放大器基本電路 （81）

3.1.1 基本放大電路 （81）

3.1.2 基本運算電路 （83）

3.2 限幅放大電路 （86）

3.2.1 限幅電路 （86）

3.2.2 限幅放大電路 （87）

3.3 鎖相環電路 （87）

3.3.1 鎖相環概述 （87）

3.3.2 鎖相環應用舉例 （88）

3.3.3 集成鎖相環芯片介紹 （89）

3.4 峰值、有效值測量的模擬電路實現 （94）

3.4.1 峰值檢測電路 （94）

3.4.2 真有效值檢波 （96）

3.4.3 真功率檢測芯片 （98）

3.5 AGC電路 （99）

3.5.1 場效應管和運放實現 （100）

3.5.2 CPU控製實現 （100）

3.5.3 AD603實現 （101）

3.5.4 AD8367實現 （102）

3.6 功率放大器 （102）

3.6.1 功率放大器的工作狀態 （103）

3.6.2 具體電路實現 （104）

3.7 恒流源電路 （111）

3.7.1 三極管型恒流源 （112）

3.7.2 雙運放恒流源電路 （112）

3.7.3 可調三端穩壓芯片型 （113）

3.7.4 開關電源型 （114）

3.8 濾波電路 （114）

3.8.1 有源濾波器的電路實現與分析 （115）

3.8.2 無源濾波器的電路實現與分析 （127）

3.8.3 無源濾波器的電路實現與分析 （143）

3.9 采樣保持電路 （144）

3.9.1 采樣保持電路的主要技術指標 （144）

3.9.2 采樣保持電路的實現 （145）

3.10 信號發生電路 （148）

3.10.1 通用元器件實現 （148）

3.10.2 直接數字頻率閤成技術（DDS）實現 （153）

3.10.3 數字鎖相環（PLL）頻率閤成技術 （154）

3.11 阻抗匹配電路 （155）

3.11.1 L形匹配網絡 （155）

3.11.2 π形匹配網絡 （156）

3.11.3 T形匹配網絡 （156）

3.11.4 傳輸綫變壓器 （157）

3.11.5 軟件仿真 （157）

第4章 典型應用技術 （159）

4.1 頻率閤成與DDS （159）

4.1.1 信號産生方案與原理 （159）

4.1.2 DDS理論設計 （160）

4.1.3 DDS實現 （161）

4.2 等精度頻率計的實現 （161）

4.2.1 頻率測量方案 （162）

4.2.2 相關計數測頻法的實現 （163）

4.2.3 寬帶高精度測頻的實現 （163）

4.3 快速傅裏葉變換（FFT） （164）

4.3.1 FFT結果分析 （164）

4.3.2 FFT算法實現 （166）

4.4 數字濾波器 （170）

4.4.1 數字濾波器基本結構 （171）

4.4.2 數字濾波器的設計實現 （172）

4.4.3 其他數字濾波器 （177）

4.5 數字鎖相環 （180）

4.5.1 DPLL的原理 （180）

4.5.2 DPLL的實現 （181）

第5章 基礎算法 （184）

5.1 數字PID控製算法 （184）

5.1.1 PID控製係統簡介 （184）

5.1.2 PID參數控製效果分析 （185）

5.1.3 數字PID控製的實現 （185）

5.1.4 PID算法的飽和特性 （186）

5.1.4 PID參數整定方法 （187）

5.2 大林算法 （190）

5.3 模糊控製算法 （191）

5.3.1 模糊控製概述 （191）

5.3.2 模糊控製原理 （192）

5.3.3 模糊控製器設計 （192）

5.3.4 小結 （193）

5.4 運動控製算法 （193）

5.4.1 産生綫段的整數Bresenham算法 （193）

5.4.2 産生圓的整數Bresenham算法 （195）

5.5 其他控製算法 （198）

5.6 壓縮算法 （199）

5.6.1 無損壓縮 （199）

5.6.2 有損壓縮 （200）

5.6.3 壓縮算法應用 （201）

第6章 電子設計競賽真題解析 （203）

6.1 頻率特性測試儀（1999-C） （203）

6.1.1 國賽要求 （203）

6.1.2 優秀報告 （204）

6.2 低頻數字式相位測量儀（2003-C） （204）

6.2.1 國賽要求 （204）

6.2.2 優秀報告 （206）

6.3 音頻信號分析儀（2007-A） （206）

6.3.1 國賽要求 （206）

6.3.2 優秀報告 （208）

6.4 數字示波器（2007-C） （208）

6.4.1 國賽要求 （208）

6.4.2 優秀報告 （209）

6.5 數字頻率計（2015-F） （209）

6.5.1 國賽要求 （209）

6.5.2 優秀報告 （211）

6.6 80MHz～100MHz頻譜分析儀（2015-E） （211）

6.6.1 國賽要求 （211）

6.6.2 優秀報告 （213）

6.7 增益可調射頻放大器（2015-D） （213）

6.7.1 國賽要求 （213）

6.7.2 優秀報告 （214）

6.8 簡易電子稱（2012年TI杯模擬電子係統專題邀請賽-B） （214）

6.8.1 題目要求 （214）

6.8.2 優秀報告 （215）

第7章 武漢大學2015年參賽選手總結 （216）

7.1 武漢大學王帥、王雷、曹建發組總結 （216）

7.2 武漢大學程宇、盧雲成、劉同同組總結 （217）

7.3 武漢大學宋洪亞、甘文霜、祁發瑞組總結 （219）

7.4 武漢大學謝德強、趙久瑞、姚彤彤組總結 （223）

7.5 武漢大學田震、項進喜、詹偉傑組總結 （225）

7.6 武漢大學王思捷、陳銳、馬玉爽組總結 （228）

7.7 武漢大學張令、李俊、陳慧組總結 （231）

7.8 武漢大學李卓、李哲、李希希組總結 （232）

7.9 武漢大學唐海亮、魏佳琦、張賞月組總結 （234）

附錄A 頻率特性測試儀 （237）

附錄B 低頻數字式相位測量儀 （246）

附錄C 音頻信號分析 （255）

附錄D 數字示波器 （266）

附錄E 數字頻率計 （274）

附錄F 80MHz～100MHz頻譜分析儀 （283）

附錄G 增益可調射頻放大器 （291）

附錄H 簡易電子稱 （301）

附錄I 電設培訓推薦書籍 （307）

前言/序言

　　本書是針對電子綜閤實驗教學、電子設計競賽培訓等帶有綜閤型、自主設計特點課程的實驗教材。編寫的初衷就是讓低年級的學生藉助本書可以逐步開始電子設計的學習之路，從基礎的元器件認識到簡單的單路，再到一些實用的功能模塊，最後結閤算法實現一個完整的係統。希望這樣的安排能夠陪伴每一位愛好電子設計的同學從入門到提高，最後到精通，為大傢在設計電子係統時提供設計思路和知識參考。教材從元件、電路、模塊、算法、係統五個層次，分彆介紹瞭常用的知識點和主要的設計方法，這一編寫思路也體現瞭一個通用電子係統設計的層級概念。
　　本書共七章。除瞭之前介紹的元件、電路、模塊、算法和係統外，在第一章介紹瞭電路設計中一個重要的環節——仿真，鑒於篇幅限製，該章簡單地介紹瞭Multisim和TINA-TI兩種常用的電路仿真軟件的使用，以具體的實例設計仿真為例，介紹瞭軟件使用、電路設計及仿真方法。雖然未能詳盡說明，但是引導讀者重視並養成設計仿真的習慣，避免一些電路設計中的低級錯誤，提高係統設計的效率。
　　第二章至第六章分彆就元件、電路、模塊、算法和係統五個層次，介紹瞭電子係統中常見的層級結構以及每個層次結構的常用知識點，更重要的是幫助讀者樹立起明確的係統層次觀念，閤理規劃係統結構和功能框架，並逐步填充內容直至整個方案細化。第二章以元器件為主要內容，重點介紹瞭電子係統中的常用元器件及其電氣特性、物理構造、分類、參數等，尤其突齣瞭不同分類的元件在不同場閤的應用特點。這一章內容從最基礎的電阻、電容、電感的認知，到各種不同分類的運算放大器的特點，再到AD、DA以及部分集成專用芯片，為入門初學者提供瞭清晰的認知素材和使用指導，對初學者具有重要的參考作用。
　　第三章內容在基礎元件的基礎上，介紹瞭設計諸如放大、鎖相、檢波、濾波、匹配等常用電路。這部分內容是電子係統的基本積木單元，也是一個經驗豐富的設計工程師和初級設計者之間差彆較大的部分，該章內容介紹的電路將為係統設計提供直接的積木單元，可以直接應用於開發者的係統設計中。
　　第四章重點介紹瞭一些常用的功能模塊設計，包括信號發生、頻率測量、頻譜測量、數字濾波等。作為電子係統中常用的功能模塊，在具體的實現方法上一般會有多種途徑，本章選擇瞭目前主流的設計方法加以介紹，內容包括方法原理和具體實現技術，可以作為係統設計的重要參考。
　　第五章介紹瞭幾種常見的算法，由於算法涵蓋的範圍很廣、內容繁雜、應用多變，因此本章無法一一羅列，這裏重點介紹瞭電子設計競賽往年真題中常用的幾種控製算法來作為係統中算法的代錶，其作用更多的是體現算法在係統中的功能和角色。
　　作為針對電子係統綜閤設計的教材，第六章內容就曆年來電子設計競賽真題詳細地介紹瞭係統的設計分析、總體框架、具體設計以及實現報告。案例賽題選擇經過精心斟酌，既具有典型的電子係統結構，又要包含吩咐的經典電路知識；既有最新一屆的比賽題目，又有過去十幾年期間的經典真題；既有功能豐富、電路復雜的真題，也有電路相對簡單、算法性能要求較高的真題，還有功能、電路和算法都較為適中的真題。因此從內容上既適閤初學者入門學習使用，也可作為後期的培訓指導。
　　本書在第6章和第7章分彆介紹瞭武漢大學電子設計競賽的部分優秀作品報告以及部分同學的實驗室學習總結，這兩項內容是參加2015年電子設計競賽的武漢大學同學經過瞭兩年的實驗室培訓，用自己的體會和經驗凝結成文字，告訴後來的學習者他們是怎麼度過這兩年的，這一內容對於還處在大學迷茫期的同學，具有切身的指導意義。同樣，由他們完成的優秀作品報告，在徵得他們的許可後原文引用，作為後麵學習者的參考學習之用。
　　本書在編寫期間，得到瞭田震、王思捷、李卓、王帥等同學的大力支持，完成瞭大量的電路驗證和資料整理工作。同時也感謝劉鑫、陳偉、張強、何明、許朋、喬龍飛、柳劍飛、劉鞦明、李旭旭、占偉傑、田震、項進喜、王思捷、陳銳、馬玉爽、李卓、李哲、李希希、張賞月、魏佳琦、唐海亮等同學提供的優秀作品報告。感謝王帥、王雷、曹建發、程宇、盧雲成、劉同同、宋洪亞、甘文霜、祁發瑞、謝德謙、趙久瑞、姚彤彤、田震、占偉傑、項進喜、王思捷、陳銳、馬玉爽、張令、李俊、陳慧、李卓、李哲、李希希、唐海亮、魏佳琦、張賞月等同學給齣的實驗室學習心得總結，這些報告和總結相信會對在校的大學生具有非常重要的指導價值。
　　本書的編寫得到瞭武漢大學電子信息學院相關領導的支持、關心與指導，得到瞭電子信息學院實驗中心全體老師的大力支持與幫助，在此一並錶示感謝。
　　本書可以作為電子綜閤實驗和電子設計競賽培訓的教材，也可以作為大學生科研、課外設計的重要參考資料。書中所有的電路均是老師和同學在設計中真實使用、經過驗證的電路，對讀者的設計具有直接的藉鑒和參考價值，可以作為電子工程師的參考手冊。



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