全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽題目與分析PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽題目與分析全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽題目與分析理論學(xué)時(shí)：理論學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)教學(xué)目標(biāo)：教學(xué)目標(biāo)：1、介紹全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的基本情況、介紹全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的基本情況2、競賽命題原則及要求、競賽命題原則及要求3、題目分析、題目分析教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：對試題的分析，掌握電子設(shè)計(jì)競賽試題的特對試題的分析，掌握電子設(shè)計(jì)競賽試題的特點(diǎn)與要求。點(diǎn)與要求。第1頁/共78頁6.1 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽簡介全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽簡介1指導(dǎo)思想與目的指導(dǎo)思想與目的 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)生學(xué)科競賽之一，是面向大學(xué)生的群

2、眾性科技活動生學(xué)科競賽之一，是面向大學(xué)生的群眾性科技活動，目的在于推動高等學(xué)校促進(jìn)信息與電子類學(xué)科課，目的在于推動高等學(xué)校促進(jìn)信息與電子類學(xué)科課程體系和課程內(nèi)容程體系和課程內(nèi)容 的改革，有助于高等學(xué)校實(shí)施素的改革，有助于高等學(xué)校實(shí)施素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新意識與基本能力、質(zhì)教育，培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新意識與基本能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神和理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)；有助團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神和理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)；有助于學(xué)生工程實(shí)踐素質(zhì)的培養(yǎng)、提于學(xué)生工程實(shí)踐素質(zhì)的培養(yǎng)、提 高學(xué)生針對實(shí)際問高學(xué)生針對實(shí)際問題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力；有助于吸引、鼓勵廣題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力；有助于吸引、鼓勵廣大青年學(xué)生踴

3、躍參加課外科技活動，為優(yōu)秀人才的大青年學(xué)生踴躍參加課外科技活動，為優(yōu)秀人才的脫穎而出創(chuàng)造條件。脫穎而出創(chuàng)造條件。第2頁/共78頁2競賽特點(diǎn)與特色競賽特點(diǎn)與特色 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的特點(diǎn)是全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的特點(diǎn)是與高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)的課程體系和課程與高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)的課程體系和課程內(nèi)容改革密切結(jié)合，以推動其課程教學(xué)內(nèi)容改革密切結(jié)合，以推動其課程教學(xué)、教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作。競賽的、教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作。競賽的特色是與理論特色是與理論 聯(lián)系實(shí)際學(xué)風(fēng)建設(shè)緊密結(jié)聯(lián)系實(shí)際學(xué)風(fēng)建設(shè)緊密結(jié)合，競賽內(nèi)容既有理論設(shè)計(jì)，又有實(shí)際合，競賽內(nèi)容既有理論設(shè)計(jì)，又有實(shí)際制作，以全面檢驗(yàn)和加強(qiáng)參賽學(xué)生的理制作

4、，以全面檢驗(yàn)和加強(qiáng)參賽學(xué)生的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐創(chuàng)新能力。論基礎(chǔ)和實(shí)踐創(chuàng)新能力。第3頁/共78頁3組織運(yùn)行模式組織運(yùn)行模式 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的組織運(yùn)全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的組織運(yùn)行模式為：行模式為：“政府主辦、專家主導(dǎo)、學(xué)政府主辦、專家主導(dǎo)、學(xué)生主體、社會參與生主體、社會參與”十六字方針，以充十六字方針，以充分調(diào)動各方面的參與積極性。分調(diào)動各方面的參與積極性。第4頁/共78頁4領(lǐng)導(dǎo)領(lǐng)導(dǎo) 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽由教育部高全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽由教育部高等教育司和信息產(chǎn)業(yè)部人事司共同主辦等教育司和信息產(chǎn)業(yè)部人事司共同主辦，負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)全國范圍內(nèi)的競賽工作。各，負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)全國范圍內(nèi)的競賽工作。各地競賽事宜

5、由地方教委（廳、局）統(tǒng)一地競賽事宜由地方教委（廳、局）統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)。為保證競賽順利開展，組建全國領(lǐng)導(dǎo)。為保證競賽順利開展，組建全國及各賽區(qū)競賽組織委員會和專家組。及各賽區(qū)競賽組織委員會和專家組。第5頁/共78頁5組織委員會組織委員會（1）全國競賽組織委員會由教育部、信息產(chǎn)）全國競賽組織委員會由教育部、信息產(chǎn)業(yè)部、部分參賽省市教育主管部門負(fù)責(zé)人或有業(yè)部、部分參賽省市教育主管部門負(fù)責(zé)人或有關(guān)學(xué)校專家組成，組委會成員由教育部高等教關(guān)學(xué)校專家組成，組委會成員由教育部高等教育司以文函形式任命，每屆全國競賽組織委員育司以文函形式任命，每屆全國競賽組織委員會和賽區(qū)組委會任期四年。會和賽區(qū)組委會任期四年。全國競賽

6、組委會設(shè)立秘書處，設(shè)秘書長一人，全國競賽組委會設(shè)立秘書處，設(shè)秘書長一人，常務(wù)副秘書長一人，副秘書長若干人，主持全常務(wù)副秘書長一人，副秘書長若干人，主持全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的日常工作。國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的日常工作。第6頁/共78頁（2）各賽區(qū)競賽組委會由?。ㄗ灾螀^(qū)）各賽區(qū)競賽組委會由?。ㄗ灾螀^(qū)）、直轄市教委（廳、局）、高校代表及、直轄市教委（廳、局）、高校代表及電子類專家、企事業(yè)代表組成，負(fù)責(zé)本電子類專家、企事業(yè)代表組成，負(fù)責(zé)本賽區(qū)的競賽組織領(lǐng)導(dǎo)工作。賽區(qū)的競賽組織領(lǐng)導(dǎo)工作。（3）原則上以省（自治區(qū)）、直轄市獨(dú)）原則上以省（自治區(qū)）、直轄市獨(dú)立組成一個(gè)賽區(qū)。若參賽學(xué)校少于立組成一個(gè)賽區(qū)。若參

7、賽學(xué)校少于3所或所或參賽隊(duì)少于參賽隊(duì)少于20個(gè)隊(duì)時(shí)，可與鄰近省市聯(lián)個(gè)隊(duì)時(shí)，可與鄰近省市聯(lián)合組成一個(gè)賽區(qū)。合組成一個(gè)賽區(qū)。第7頁/共78頁6專家組專家組（1）全國只組建一個(gè)全國專家組，主要由）全國只組建一個(gè)全國專家組，主要由來自高等學(xué)校電子及其相關(guān)專業(yè)的專家組成來自高等學(xué)校電子及其相關(guān)專業(yè)的專家組成，全國專家組由責(zé)任專家、專家和專家?guī)斐?，全國專家組由責(zé)任專家、專家和專家?guī)斐蓡T三個(gè)人員層面構(gòu)成，全國競賽的命題和評員三個(gè)人員層面構(gòu)成，全國競賽的命題和評審工作以責(zé)任專家為主體。審工作以責(zé)任專家為主體。（2）各賽區(qū)成立賽區(qū)專家組，由賽區(qū)內(nèi)高）各賽區(qū)成立賽區(qū)專家組，由賽區(qū)內(nèi)高校電子及其相關(guān)專業(yè)的專家組成，

8、負(fù)責(zé)本賽校電子及其相關(guān)專業(yè)的專家組成，負(fù)責(zé)本賽區(qū)的競賽征題、評審工作。區(qū)的競賽征題、評審工作。第8頁/共78頁7參賽單位參賽單位 以高等學(xué)校為基本參賽單位，參賽學(xué)以高等學(xué)校為基本參賽單位，參賽學(xué)校應(yīng)成立電子競賽工作領(lǐng)導(dǎo)小組，負(fù)責(zé)本校應(yīng)成立電子競賽工作領(lǐng)導(dǎo)小組，負(fù)責(zé)本校學(xué)生的參賽事宜，包括組隊(duì)、報(bào)名、賽校學(xué)生的參賽事宜，包括組隊(duì)、報(bào)名、賽前準(zhǔn)備、賽期管理和賽后總結(jié)等。前準(zhǔn)備、賽期管理和賽后總結(jié)等。8參賽隊(duì)和參賽學(xué)生參賽隊(duì)和參賽學(xué)生 每支參賽隊(duì)由三名學(xué)生組成，具有正每支參賽隊(duì)由三名學(xué)生組成，具有正式學(xué)籍的全日制在校本、?？粕匈Y格式學(xué)籍的全日制在校本、?？粕匈Y格報(bào)名參賽。報(bào)名參賽。第9頁/共

9、78頁6.2 競賽命題原則及要求1、競賽內(nèi)容、競賽內(nèi)容 （1）以電子電路（含模擬和數(shù)字電路）應(yīng)用）以電子電路（含模擬和數(shù)字電路）應(yīng)用設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容，可以涉及模設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容，可以涉及模-數(shù)混合電路、單數(shù)混合電路、單片機(jī)、可編程器件、片機(jī)、可編程器件、EDA軟件工具和軟件工具和PC機(jī)（機(jī)（主要用于開發(fā)）的應(yīng)用。題目包括主要用于開發(fā)）的應(yīng)用。題目包括“理論設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)”和和“實(shí)際制作與調(diào)試實(shí)際制作與調(diào)試”兩部分。競賽題目應(yīng)兩部分。競賽題目應(yīng)具有實(shí)際意義和應(yīng)用背景，并考慮到目前教學(xué)具有實(shí)際意義和應(yīng)用背景，并考慮到目前教學(xué)的基本內(nèi)容和新技術(shù)的應(yīng)用趨勢，同時(shí)對教學(xué)的基本內(nèi)容和新技術(shù)的應(yīng)用趨勢，同時(shí)對教學(xué)

10、內(nèi)容和課程體系改革起一定的引導(dǎo)作用。內(nèi)容和課程體系改革起一定的引導(dǎo)作用。第10頁/共78頁（2）題目著重考核學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)）題目著重考核學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識進(jìn)行理論設(shè)計(jì)的能力，考核學(xué)生的知識進(jìn)行理論設(shè)計(jì)的能力，考核學(xué)生的創(chuàng)新精神和獨(dú)立工作能力，考核學(xué)生的創(chuàng)新精神和獨(dú)立工作能力，考核學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能實(shí)驗(yàn)技能(制作、調(diào)試制作、調(diào)試)。（3）題目在難易程度方面，既要考慮）題目在難易程度方面，既要考慮使一般參賽學(xué)生能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成使一般參賽學(xué)生能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成基本要求，又能使優(yōu)秀學(xué)生有發(fā)揮與創(chuàng)基本要求，又能使優(yōu)秀學(xué)生有發(fā)揮與創(chuàng)新的余地。新的余地。第11頁/共78頁2、競賽題目、競賽題目 競賽題

11、目是保證競賽工作順利開展競賽題目是保證競賽工作順利開展的關(guān)鍵，應(yīng)由全國專家組制定命題原則的關(guān)鍵，應(yīng)由全國專家組制定命題原則，賽前發(fā)至各賽區(qū)。全國競賽命題應(yīng)在，賽前發(fā)至各賽區(qū)。全國競賽命題應(yīng)在廣泛開展賽區(qū)征題的基礎(chǔ)上由全國競賽廣泛開展賽區(qū)征題的基礎(chǔ)上由全國競賽命題專家統(tǒng)一進(jìn)行命題。全國競賽命題命題專家統(tǒng)一進(jìn)行命題。全國競賽命題專家組以責(zé)任專家為主體，并與部分全專家組以責(zé)任專家為主體，并與部分全國專家組專家和高職高專學(xué)校專家組合國專家組專家和高職高專學(xué)校專家組合而成。而成。第12頁/共78頁 全國競賽采用兩套題目，即本科生組全國競賽采用兩套題目，即本科生組題目和高職高專學(xué)生組題目，參賽的本題目和高

12、職高專學(xué)生組題目，參賽的本科生只能選本科生組題目；高職高專學(xué)科生只能選本科生組題目；高職高專學(xué)生原則上選擇高職高專學(xué)生組題目，但生原則上選擇高職高專學(xué)生組題目，但也可選擇本也可選擇本 科生組題目，并按本科生組科生組題目，并按本科生組題目的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評審。只要參賽隊(duì)中有題目的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評審。只要參賽隊(duì)中有本科生，該隊(duì)只能選擇本科生組題目，本科生，該隊(duì)只能選擇本科生組題目，并按本科生組題目的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評審。凡并按本科生組題目的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評審。凡不符合上述選題規(guī)定不符合上述選題規(guī)定 的作品均視為無效的作品均視為無效，賽區(qū)不予以評審。，賽區(qū)不予以評審。 第13頁/共78頁第14頁/共78頁第15頁/共78頁第

13、16頁/共78頁六屆）。六屆）。第17頁/共78頁 電子設(shè)計(jì)競賽既不是單純的理論設(shè)計(jì)競賽也不電子設(shè)計(jì)競賽既不是單純的理論設(shè)計(jì)競賽也不僅僅是實(shí)驗(yàn)競賽，而是由一個(gè)參賽隊(duì)共同設(shè)計(jì)、制僅僅是實(shí)驗(yàn)競賽，而是由一個(gè)參賽隊(duì)共同設(shè)計(jì)、制作完成一個(gè)特定工程背景的題目的優(yōu)劣與快慢的競作完成一個(gè)特定工程背景的題目的優(yōu)劣與快慢的競賽。它既強(qiáng)調(diào)理論設(shè)計(jì)，更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。它考核賽。它既強(qiáng)調(diào)理論設(shè)計(jì)，更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。它考核了學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識的能力，更注重考察學(xué)生了學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識的能力，更注重考察學(xué)生的創(chuàng)新意識。題目涉及的內(nèi)容是一個(gè)課程群，而非的創(chuàng)新意識。題目涉及的內(nèi)容是一個(gè)課程群，而非單一的一門課程。因此，競賽的

14、形式與內(nèi)容基本上單一的一門課程。因此，競賽的形式與內(nèi)容基本上符合面向符合面向21世紀(jì)人才培養(yǎng)的目標(biāo)和需求，是對傳統(tǒng)世紀(jì)人才培養(yǎng)的目標(biāo)和需求，是對傳統(tǒng)教學(xué)方法的一個(gè)挑戰(zhàn)，同時(shí)，競賽成績也能從一個(gè)教學(xué)方法的一個(gè)挑戰(zhàn)，同時(shí)，競賽成績也能從一個(gè)側(cè)面反映了這個(gè)課程群的教學(xué)水平和教學(xué)改革的成側(cè)面反映了這個(gè)課程群的教學(xué)水平和教學(xué)改革的成敗。敗。第18頁/共78頁6.1.1 電源類題目分析電源類題目分析 電源類題目有電源類題目有“簡易數(shù)控直流電源（簡易數(shù)控直流電源（第一屆），第一屆），1994年）年）”和和“直流穩(wěn)壓直流穩(wěn)壓電源（第三屆，電源（第三屆，2019年）年）”。 “簡易數(shù)控直流電源簡易數(shù)控直流電源”

15、要求設(shè)計(jì)制作要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)輸出電壓數(shù)控可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。一個(gè)輸出電壓數(shù)控可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。涉及到的基礎(chǔ)知識與制作能力包含：交涉及到的基礎(chǔ)知識與制作能力包含：交流電源降壓和整流，直流電壓穩(wěn)壓和調(diào)流電源降壓和整流，直流電壓穩(wěn)壓和調(diào)節(jié)，單片機(jī)，數(shù)字顯示與控制等。節(jié)，單片機(jī)，數(shù)字顯示與控制等。第19頁/共78頁 “直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源”要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)交流變換為直流的穩(wěn)定電源。涉及到的交流變換為直流的穩(wěn)定電源。涉及到的基礎(chǔ)知識與制作能力包含：交流電源降基礎(chǔ)知識與制作能力包含：交流電源降壓和整流，直流電壓穩(wěn)壓和調(diào)節(jié)，恒流壓和整流，直流電壓穩(wěn)壓和調(diào)節(jié)，恒流電流源，電流源，DCDC變換

16、器，單片機(jī)，數(shù)變換器，單片機(jī)，數(shù)字顯示與控制等。字顯示與控制等。 各題目具體要求如下。各題目具體要求如下。 第20頁/共78頁第21頁/共78頁二、設(shè)計(jì)要求二、設(shè)計(jì)要求1基本要求基本要求 （1）輸出電壓：范圍）輸出電壓：范圍09.9V，步進(jìn)步進(jìn)0.1V，紋波不大于，紋波不大于10mV （2）輸出）輸出電流：電流：500mA； （3）輸出電壓值由數(shù)碼管顯示；）輸出電壓值由數(shù)碼管顯示； （4）由）由“”、“”兩鍵分別控兩鍵分別控制輸出電壓步進(jìn)增減；制輸出電壓步進(jìn)增減； （5）為實(shí)現(xiàn)上述幾部件工作，自制）為實(shí)現(xiàn)上述幾部件工作，自制一穩(wěn)壓直流電源，輸出一穩(wěn)壓直流電源，輸出15V，5V。 ；第22頁/共

17、78頁2發(fā)揮部分發(fā)揮部分 （1）輸出電壓可預(yù)置在）輸出電壓可預(yù)置在09.9V之之間的任意一個(gè)值；間的任意一個(gè)值； （2）用自動掃描代替人工按鍵，）用自動掃描代替人工按鍵，實(shí)現(xiàn)輸出電壓變化（步進(jìn)實(shí)現(xiàn)輸出電壓變化（步進(jìn)0.1V不變）；不變）； （3）擴(kuò)展輸出電壓種類（比如三）擴(kuò)展輸出電壓種類（比如三角波等）。角波等）。第23頁/共78頁20%下，空載到滿載）下，空載到滿載）第24頁/共78頁 d負(fù)載調(diào)整率負(fù)載調(diào)整率1%（最低輸入電壓（最低輸入電壓下，滿載）下，滿載）e紋波電壓（峰紋波電壓（峰-峰值）峰值）5mV（最低輸入電壓下，滿載）最低輸入電壓下，滿載）f效率效率40%（輸出電壓（輸出電壓9V、

18、輸入、輸入電壓電壓220V下，滿載）下，滿載）g具有過流及短路保護(hù)功能具有過流及短路保護(hù)功能 第25頁/共78頁（2）穩(wěn)流電源）穩(wěn)流電源 在輸入電壓固定為在輸入電壓固定為12V的條件下：的條件下：a輸出電流：輸出電流：420mA可調(diào)可調(diào)b負(fù)載調(diào)整率負(fù)載調(diào)整率1%（輸入電壓（輸入電壓12V、負(fù)載電、負(fù)載電阻由阻由200300變化時(shí)，輸出電流為變化時(shí)，輸出電流為20mA時(shí)的相時(shí)的相對變化率）對變化率）（3）DC-DC變換器變換器 在輸入電壓為在輸入電壓為+9V+12V條件條件下：下：第26頁/共78頁第27頁/共78頁2發(fā)揮部分發(fā)揮部分（1）擴(kuò)充功能）擴(kuò)充功能a排除短路故障后，自動恢復(fù)為正常狀態(tài)排

19、除短路故障后，自動恢復(fù)為正常狀態(tài)b過熱保護(hù)過熱保護(hù)c防止開、關(guān)機(jī)時(shí)產(chǎn)生的防止開、關(guān)機(jī)時(shí)產(chǎn)生的“過沖過沖”（2）提高穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)）提高穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)a提高電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率提高電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率b擴(kuò)大輸出電壓調(diào)節(jié)范圍和提高最大輸出電流值擴(kuò)大輸出電壓調(diào)節(jié)范圍和提高最大輸出電流值（3）改善）改善DC-DC變換器變換器a提高效率（在提高效率（在100V、100mA下）下）b提高輸出電壓提高輸出電壓（4）用數(shù)字顯示輸出電壓和輸出電流）用數(shù)字顯示輸出電壓和輸出電流 第28頁/共78頁第29頁/共78頁 輸出部分采用輸出部分采用D/A 0832及運(yùn)算放大器及運(yùn)算放大器OP07輸出電壓波形與

20、輸出電壓波形與D/A變換輸出波形變換輸出波形相同，不僅可以輸出直流電平，而且只相同，不僅可以輸出直流電平，而且只要預(yù)先生成波形的量化數(shù)據(jù)，就可以產(chǎn)要預(yù)先生成波形的量化數(shù)據(jù)，就可以產(chǎn)生多種波形輸出。顯示部分采用生多種波形輸出。顯示部分采用3位半的位半的數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表(DVM)直接對輸出電壓進(jìn)行直接對輸出電壓進(jìn)行采樣并顯示輸出實(shí)際電壓值，一旦系統(tǒng)采樣并顯示輸出實(shí)際電壓值，一旦系統(tǒng)工作異常，出現(xiàn)預(yù)置值與輸出值偏差過工作異常，出現(xiàn)預(yù)置值與輸出值偏差過大，用戶可以根據(jù)該信息予以處理。大，用戶可以根據(jù)該信息予以處理。第30頁/共78頁鍵盤鍵盤數(shù)碼顯示數(shù)碼顯示鍵盤鍵盤/顯示器顯示器接口接口8279電壓

21、電壓預(yù)置預(yù)置8031基本基本系統(tǒng)系統(tǒng)DCA0832基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓輸出輸出圖圖6.3.1 采用單片機(jī)的簡易數(shù)控直流電源設(shè)計(jì)方案采用單片機(jī)的簡易數(shù)控直流電源設(shè)計(jì)方案第31頁/共78頁（2）采用中小規(guī)模集成電路的簡易數(shù)控）采用中小規(guī)模集成電路的簡易數(shù)控直流電源設(shè)計(jì)方案直流電源設(shè)計(jì)方案 采用中小規(guī)模集成電路的簡易數(shù)控直采用中小規(guī)模集成電路的簡易數(shù)控直流電源設(shè)計(jì)方案如圖流電源設(shè)計(jì)方案如圖6.3.2所示。系統(tǒng)由所示。系統(tǒng)由數(shù)字控制部分、數(shù)字控制部分、D/A變換部分及可調(diào)穩(wěn)壓變換部分及可調(diào)穩(wěn)壓部分三部分組成。除了上述的三大部分部分三部分組成。

22、除了上述的三大部分之外，還包括一些附加的功能電路，如之外，還包括一些附加的功能電路，如電壓顯示、控制、防止誤操作、波形發(fā)電壓顯示、控制、防止誤操作、波形發(fā)生器電路等。生器電路等。第32頁/共78頁 系統(tǒng)中數(shù)字控制部分用系統(tǒng)中數(shù)字控制部分用+/-按鍵控制產(chǎn)按鍵控制產(chǎn)生可增加或減少生可增加或減少BCD碼，碼，BCD碼輸入到碼輸入到D/A變換，變換成相應(yīng)的電壓，此電壓通變換，變換成相應(yīng)的電壓，此電壓通過放大到合適的電平后加到可調(diào)穩(wěn)壓部分過放大到合適的電平后加到可調(diào)穩(wěn)壓部分，控制輸出電壓以手動，控制輸出電壓以手動0.1V的電壓步進(jìn)或的電壓步進(jìn)或步減，或自動連續(xù)步進(jìn)（減），或直接變步減，或自動連續(xù)步進(jìn)（

23、減），或直接變化到某一設(shè)定的電壓值?；侥骋辉O(shè)定的電壓值。第33頁/共78頁電源電源單穩(wěn)消顫單穩(wěn)消顫頻率源頻率源 CD4060顯示電路顯示電路CD4511數(shù)字控制數(shù)字控制D/A交換交換可調(diào)穩(wěn)壓可調(diào)穩(wěn)壓信號發(fā)生器信號發(fā)生器電壓輸出電壓輸出波形輸出波形輸出圖圖6.3.2 采用中小規(guī)模集成電路的簡易數(shù)控直流電源設(shè)計(jì)方案采用中小規(guī)模集成電路的簡易數(shù)控直流電源設(shè)計(jì)方案第34頁/共78頁可調(diào)點(diǎn)位器，單片機(jī)，數(shù)字顯示可調(diào)點(diǎn)位器，單片機(jī)，數(shù)字顯示與控制等。與控制等。第35頁/共78頁 “波形發(fā)生器波形發(fā)生器”要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)能產(chǎn)生正弦波、要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和由用戶編輯的特定形狀波形的波

24、形發(fā)方波、三角波和由用戶編輯的特定形狀波形的波形發(fā)生器，頻率范圍生器，頻率范圍100Hz20kHz，低頻信號源，涉及，低頻信號源，涉及到的基礎(chǔ)知識與制作能力包含：單片機(jī)或者可編程邏到的基礎(chǔ)知識與制作能力包含：單片機(jī)或者可編程邏輯器件，存儲器，數(shù)字顯示與控制，濾波器等。輯器件，存儲器，數(shù)字顯示與控制，濾波器等。 “電壓控制電壓控制LC振蕩器振蕩器”要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)電壓控要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)電壓控制制LC振蕩器，頻率范圍振蕩器，頻率范圍15MHz35MHz，高頻信號，高頻信號源。涉及到的基礎(chǔ)知識與制作能力包含：單片機(jī)或者源。涉及到的基礎(chǔ)知識與制作能力包含：單片機(jī)或者可編程邏輯器件，可編程邏輯器件，PL

25、L，LC振蕩器，數(shù)字顯示與控振蕩器，數(shù)字顯示與控制，濾波器，高頻功率放大器等。制，濾波器，高頻功率放大器等。 各題目具體要求如下。各題目具體要求如下。第36頁/共78頁第37頁/共78頁（2）脈沖波信號源）脈沖波信號源 信號頻率：信號頻率：20Hz20kHz步進(jìn)調(diào)整，步進(jìn)調(diào)整，步長為步長為5Hz 上升時(shí)間和下降時(shí)間：上升時(shí)間和下降時(shí)間：1s 平頂斜降：平頂斜降：5% 脈沖占空比：脈沖占空比：2%98%步進(jìn)可調(diào)，步步進(jìn)可調(diào)，步長為長為2%（3）上述兩個(gè)信號源公共要求）上述兩個(gè)信號源公共要求 頻率可預(yù)置。頻率可預(yù)置。 在負(fù)載為在負(fù)載為600時(shí)，輸出幅度為時(shí)，輸出幅度為3V。 完成完成5位頻率的數(shù)字

26、顯示。位頻率的數(shù)字顯示。 第38頁/共78頁2發(fā)揮部分發(fā)揮部分（1）正弦波和脈沖波頻率步長改）正弦波和脈沖波頻率步長改為為1Hz。（2）正弦波和脈沖波幅度可步進(jìn)）正弦波和脈沖波幅度可步進(jìn)調(diào)整，調(diào)整范圍為調(diào)整，調(diào)整范圍為100mV3V，步長，步長為為100mV。（3）正弦波和脈沖波頻率可自動）正弦波和脈沖波頻率可自動步進(jìn)，步長為步進(jìn)，步長為1Hz。（4）降低正弦波非線性失真系數(shù)）降低正弦波非線性失真系數(shù)。 第39頁/共78頁第40頁/共78頁二、要求二、要求1基本要求基本要求（1）具有產(chǎn)生正弦波、方波、三角）具有產(chǎn)生正弦波、方波、三角波三種周期性波形的功能。波三種周期性波形的功能。（2）用鍵盤輸

27、入編輯生成上述三種）用鍵盤輸入編輯生成上述三種波形（同周期）的線性組合波形，以及波形（同周期）的線性組合波形，以及由基波及其諧波（由基波及其諧波（5次以下）線性組合的次以下）線性組合的波形。波形。（3）具有波形存儲功能。）具有波形存儲功能。第41頁/共78頁 4）輸出波形的頻率范圍為）輸出波形的頻率范圍為100Hz20kHz（非正弦波頻率按（非正弦波頻率按10次諧波計(jì)次諧波計(jì)算）；重復(fù)頻率可調(diào)，頻率步進(jìn)間隔算）；重復(fù)頻率可調(diào)，頻率步進(jìn)間隔100Hz。（5）輸出波形幅度范圍）輸出波形幅度范圍05V（峰（峰-峰值），可按步進(jìn)峰值），可按步進(jìn)0.1V（峰（峰-峰值）調(diào)峰值）調(diào)整。整。（6）具有顯示輸

28、出波形的類型、）具有顯示輸出波形的類型、重復(fù)頻率（周期）和幅度的功能。重復(fù)頻率（周期）和幅度的功能。 第42頁/共78頁2發(fā)揮部分發(fā)揮部分（1）輸出波形頻率范圍擴(kuò)展至）輸出波形頻率范圍擴(kuò)展至100Hz200kHz。（2）用鍵盤或其他輸入裝置產(chǎn)生任意波形。）用鍵盤或其他輸入裝置產(chǎn)生任意波形。（3）增加穩(wěn)幅輸出功能，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，輸出）增加穩(wěn)幅輸出功能，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓幅度變化不大于電壓幅度變化不大于3%（負(fù)載電阻變化范圍：（負(fù)載電阻變化范圍：100）。）。（4）具有掉電存儲功能，可存儲掉電前用戶編）具有掉電存儲功能，可存儲掉電前用戶編輯的波形和設(shè)置。輯的波形和設(shè)置。（5）可產(chǎn)生單次或多次（

29、）可產(chǎn)生單次或多次（1000次以下）特定次以下）特定波形（如產(chǎn)生波形（如產(chǎn)生1個(gè)半周期三角波輸出）。個(gè)半周期三角波輸出）。 （6）其它（如增加頻譜分析、失真度分析、）其它（如增加頻譜分析、失真度分析、頻率擴(kuò)展頻率擴(kuò)展200kHz、掃頻輸出等功能）。、掃頻輸出等功能）。 第43頁/共78頁(1)基于單片機(jī)和基于單片機(jī)和FPGA的波形發(fā)生器的波形發(fā)生器基于單片機(jī)和基于單片機(jī)和FPGA的波形發(fā)生器（方案的波形發(fā)生器（方案1）方框圖如圖）方框圖如圖6.3.6所示。系統(tǒng)以單片機(jī)所示。系統(tǒng)以單片機(jī)89C52位核心。位核心。89C52完成處理鍵盤數(shù)據(jù)完成處理鍵盤數(shù)據(jù)、生成波形表存儲于雙口、生成波形表存儲于雙

30、口RAM中、控制中、控制LED顯示、控制顯示、控制DAC0832進(jìn)行幅值轉(zhuǎn)換進(jìn)行幅值轉(zhuǎn)換、傳送頻率控制字、傳送頻率控制字K值給值給FPGA處理等功處理等功能。雙口能。雙口RAM的使用減少了單片機(jī)和的使用減少了單片機(jī)和FPGA之間的的通信，從而節(jié)省了單片機(jī)之間的的通信，從而節(jié)省了單片機(jī)的資源，也使系統(tǒng)更為可靠。的資源，也使系統(tǒng)更為可靠。 第44頁/共78頁FPGA主要用于實(shí)現(xiàn)主要用于實(shí)現(xiàn)DDFS技術(shù)中累加器的功技術(shù)中累加器的功能，一方面在很大程度上提高了系統(tǒng)的速度，能，一方面在很大程度上提高了系統(tǒng)的速度，另一方面可以將單片機(jī)的外圍芯片另一方面可以將單片機(jī)的外圍芯片74LS377、74TH373、

31、74LS138、74IS02都集成在都集成在FPGA內(nèi)，既充分利用了內(nèi)，既充分利用了FPGA的資源，又減的資源，又減少了單片機(jī)與外部的接口，提高了系統(tǒng)的可靠少了單片機(jī)與外部的接口，提高了系統(tǒng)的可靠性。雙口性。雙口RAM中傳輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)中傳輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)DAC08完成完成數(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，由模轉(zhuǎn)換，由DAC032內(nèi)部的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)幅度控制，繼而經(jīng)過二階巴特沃思低通濾實(shí)現(xiàn)幅度控制，繼而經(jīng)過二階巴特沃思低通濾波器進(jìn)行濾波，經(jīng)過運(yùn)放和三極管進(jìn)行擴(kuò)流，波器進(jìn)行濾波，經(jīng)過運(yùn)放和三極管進(jìn)行擴(kuò)流，從而得到任意一種具有一定帶載能力的所需波從而得到任意一種具有一定帶載能力的所需波形。形。第45頁/

32、共78頁EEPROM雙口RAM單片單片機(jī)機(jī)89C52顯顯示示FPGA數(shù)數(shù)/模模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 幅度幅度 控制控制低通低通濾波濾波擴(kuò)流擴(kuò)流鍵鍵盤盤輸出輸出圖圖6.3.3 基于單片機(jī)和基于單片機(jī)和FPGA的波形發(fā)生器的波形發(fā)生器第46頁/共78頁第47頁/共78頁 “測量放大器測量放大器”要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)測量放要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)測量放大器及所用的直流穩(wěn)壓電源。差模電壓放大大器及所用的直流穩(wěn)壓電源。差模電壓放大倍數(shù)倍數(shù)AVD=1500。涉及到的基礎(chǔ)知識包含有。涉及到的基礎(chǔ)知識包含有：電源整流和穩(wěn)壓，信號變換放大器，測量：電源整流和穩(wěn)壓，信號變換放大器，測量放大器等。放大器等。 “高效率音頻功率放大器高效率音

33、頻功率放大器”要求設(shè)計(jì)制作要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)高效率音頻功率放大器及其參數(shù)的測量一個(gè)高效率音頻功率放大器及其參數(shù)的測量，顯示安裝，顯示安裝，3dB通頻帶為通頻帶為300HZ3400HZ，第48頁/共78頁第49頁/共78頁第50頁/共78頁二、要求二、要求1基本要求基本要求（1）在放大通道的正弦信號輸入電壓幅度為（）在放大通道的正弦信號輸入電壓幅度為（5700）mV，等效負(fù)載電阻，等效負(fù)載電阻RL為為8下，放大通道應(yīng)滿下，放大通道應(yīng)滿足：足： 額定輸出功率額定輸出功率POR10W； 帶寬帶寬BW（5010000）Hz； 在在POR下和下和BW內(nèi)的非線性失真系數(shù)內(nèi)的非線性失真系數(shù)3%； 在在POR下

34、的效率下的效率55%； 在前置放大級輸入端交流短接到地時(shí)，在前置放大級輸入端交流短接到地時(shí)，RL=8上的交流聲功率上的交流聲功率10mW。（2）自行設(shè)計(jì)并制作滿足本設(shè)計(jì)任務(wù)要求的穩(wěn)壓電源）自行設(shè)計(jì)并制作滿足本設(shè)計(jì)任務(wù)要求的穩(wěn)壓電源。第51頁/共78頁2發(fā)揮部分發(fā)揮部分（1）放大器的時(shí)間響應(yīng)）放大器的時(shí)間響應(yīng) 方波產(chǎn)生：由外供正弦信號源經(jīng)變換電路產(chǎn)生正、方波產(chǎn)生：由外供正弦信號源經(jīng)變換電路產(chǎn)生正、負(fù)極性的對稱方波：頻率為負(fù)極性的對稱方波：頻率為1000Hz、上升時(shí)間、上升時(shí)間1s、峰、峰-峰值電壓為峰值電壓為200mVpp。用上述方波激勵放大通道時(shí)，在用上述方波激勵放大通道時(shí)，在RL=8下，放大

35、通道下，放大通道應(yīng)滿足：應(yīng)滿足： 額定輸出功率額定輸出功率POR10W；帶寬；帶寬BW（5010000）Hz； 在在POR下輸出波形上升時(shí)間和下降時(shí)間下輸出波形上升時(shí)間和下降時(shí)間12s； 在在POR下輸出波形頂部斜降下輸出波形頂部斜降2%； 在在POR下輸出波形過沖量下輸出波形過沖量5%。（2）放大通道性能指標(biāo)的提高和實(shí)用功能的擴(kuò)展（例如提）放大通道性能指標(biāo)的提高和實(shí)用功能的擴(kuò)展（例如提高效率、減小非線性失真等）。高效率、減小非線性失真等）。第52頁/共78頁第53頁/共78頁 （3）最大增益）最大增益40dB，增益調(diào)節(jié)范，增益調(diào)節(jié)范圍圍10dB40dB（增益值（增益值6級可調(diào)，步進(jìn)級可調(diào)，步

36、進(jìn)間隔間隔6dB，增益預(yù)置值與實(shí)測值誤差的，增益預(yù)置值與實(shí)測值誤差的絕對值絕對值2dB），需顯示預(yù)置增益值。），需顯示預(yù)置增益值。 （4）最大輸出電壓有效值）最大輸出電壓有效值3V，數(shù)，數(shù)字顯示輸出正弦電壓有效值。字顯示輸出正弦電壓有效值。 （5）自制放大器所需的穩(wěn)壓電源。）自制放大器所需的穩(wěn)壓電源。 第54頁/共78頁2、發(fā)揮部分、發(fā)揮部分 （1）最大輸出電壓有效值）最大輸出電壓有效值6V。 （2）最大增益）最大增益58dB (3dB通頻帶通頻帶10kHz6MHz，在，在20kHz5MHz頻帶內(nèi)增益起伏頻帶內(nèi)增益起伏1dB)，增益調(diào)節(jié)范圍，增益調(diào)節(jié)范圍10dB58dB（增益（增益值值9級可調(diào)

37、，步進(jìn)間隔級可調(diào)，步進(jìn)間隔6dB，增益預(yù)置值與，增益預(yù)置值與實(shí)測值誤差的絕對值實(shí)測值誤差的絕對值2dB），需顯示預(yù)置），需顯示預(yù)置增益值。增益值。 第55頁/共78頁第56頁/共78頁3.例：測量放大器例：測量放大器（1）測量放大器（方案）測量放大器（方案1） 測量放大器（方案測量放大器（方案1）方框如圖）方框如圖6.3.4所示。所示。系統(tǒng)由前級高共模抑制比儀器放大器、系統(tǒng)由前級高共模抑制比儀器放大器、AD7520衰減器和單片機(jī)鍵盤顯示處理模塊衰減器和單片機(jī)鍵盤顯示處理模塊3個(gè)模塊電路組成。在前級高共模抑制比儀器個(gè)模塊電路組成。在前級高共模抑制比儀器放大器中還將輸出共模電壓反饋到正負(fù)電源放大器

38、中還將輸出共模電壓反饋到正負(fù)電源的公共端，使運(yùn)算放大器電源電壓隨共模輸?shù)墓捕?，使運(yùn)算放大器電源電壓隨共模輸入電壓浮動，各級偏置電壓都跟蹤共模輸入入電壓浮動，各級偏置電壓都跟蹤共模輸入電壓，從而提高了共模抑制比。電壓，從而提高了共模抑制比。由由4片運(yùn)放片運(yùn)放構(gòu)成的前級高共模輸入的儀表差帶動放構(gòu)成的前級高共模輸入的儀表差帶動放大器，大器， 第57頁/共78頁對不同的差模輸入信號電壓進(jìn)行不同倍對不同的差模輸入信號電壓進(jìn)行不同倍數(shù)的放大，再經(jīng)后級數(shù)控衰減器得到要數(shù)的放大，再經(jīng)后級數(shù)控衰減器得到要求放大倍數(shù)的輸出信號。求放大倍數(shù)的輸出信號。AD7520衰減衰減器利用電阻網(wǎng)絡(luò)的可編程性，實(shí)現(xiàn)衰減器利用電

39、阻網(wǎng)絡(luò)的可編程性，實(shí)現(xiàn)衰減器衰減率的數(shù)字編程。單片機(jī)鍵盤顯示器衰減率的數(shù)字編程。單片機(jī)鍵盤顯示處理模塊除可以對處理模塊除可以對8279進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控外進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控外，還可進(jìn)行數(shù)字處理和對繼電器及，還可進(jìn)行數(shù)字處理和對繼電器及AD7520的控制。的控制。8位位LED顯示電路顯示顯示電路顯示提示符及放大倍數(shù)。單獨(dú)設(shè)置的提示符及放大倍數(shù)。單獨(dú)設(shè)置的“+”、“”鍵，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)。鍵，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)。第58頁/共78頁圖圖6.3.4測量放大器（方案測量放大器（方案1）方框圖）方框圖第59頁/共78頁圖圖6.3.5測量放大器（方案測量放大器（方案2）方框圖）方框圖第60頁/共78頁2019年）年）”。第61頁/共78

40、頁第62頁/共78頁二、要求二、要求1基本要求基本要求（1）測量范圍：電阻）測量范圍：電阻1001M；電容；電容100pF10000pF；電感；電感100H10mH。（2）測量精度：）測量精度：5% 。（3）制作）制作4位數(shù)碼管顯示器，顯示位數(shù)碼管顯示器，顯示測量數(shù)值，并用發(fā)光二極管分別指示所測量數(shù)值，并用發(fā)光二極管分別指示所測元件的類型和單位。測元件的類型和單位。第63頁/共78頁2發(fā)揮部分發(fā)揮部分（1）擴(kuò)大測量范圍。）擴(kuò)大測量范圍。（2）提高測量精度。）提高測量精度。（3）測量量程自動轉(zhuǎn)換。）測量量程自動轉(zhuǎn)換。 第64頁/共78頁第65頁/共78頁 （3）脈沖寬度測量）脈沖寬度測量 a測量范圍測量范圍 信號：脈沖波；幅度：信號：脈沖波；幅度：0.5V5V；脈沖寬度；脈沖寬度100sb測量誤差測量誤差1%（4）顯示器）顯示器 十進(jìn)制數(shù)字顯示，顯示刷新時(shí)間十進(jìn)制數(shù)字顯示，顯示刷新時(shí)間110秒秒連續(xù)可調(diào)，對上述三種測量功能分