5大学生电子设计竞赛系列讲座基础篇1116.ppt

大学生电子设计竞赛基础系列讲座，主讲人：刘，2012年11月。各位领导和老师，早上好！第一部分总结了第二部分的基本知识，第三部分的基本技能，第四部分的设计实例、报告内容和第一部分的概述。大学生电子设计竞赛涵盖了广泛的知识，几乎涵盖了信息技术的所有领域。基础知识和基本技能的特点极其重要，容易被教师和学生忽视。这很重要，因为：1。这是一个以基础知识为主要内容的竞赛试题。例如，2011年以来增加的宽带放大器、功率放大器和综合评估都是基于基础知识。2.基础知识包含在各种主题中。3.基本技能对于参加电子设计竞赛至关重要。这很容易被忽视，因为：这些知识或技能太基础了，还有很多因素，如涉及的内容广泛，培训时间有限，培训过程枯燥等。使大多数参与的学生只知道一点点。结果竞赛过程中，学生思维狭隘、参赛速度慢、设计不合理、无法达到目标，或者在规定时间内完成的作品不稳定、不完整，导致测试失败，甚至完全湮没。因此，在参加比赛的训练过程中，我们必须加强基础知识和技能的训练和训练。虽然这是老生常谈，但必须引起所有教师的重视，他们必须认真准备，扎实训练。综上所述，基础知识应包括以下几个方面：1 .模拟和数字电路的基本知识1。基本放大器2。功率放大器3。过滤器4。基本组合逻辑电路和时序逻辑电路，基础知识的范围，5。FPGA电路6。模拟/数字、数字/模拟电路7。运算放大器应用电路8。常用传感器电路9。电源电路10。简单信息处理知识和算法，基础知识范畴，2。最低系统1。处理器(包括存储一些基本的通用软件模块)2。接口电路3。外围电路，基础知识范畴，基本技能第三部分，1。电路设计的基本技能1。印刷电路板设计通常使用Protel绘图软件，需要了解元器件的规格和尺寸；各电路模块布局合理。2.元件选择熟悉各种基本元件和常用集成电路芯片的特性。基本技能，3。焊接和连接：可靠、规则、方便的连接。4.结构电路的模块化设计有利于调试和故障检测；接口应该方便并且有足够的测试点。系统的每个电路模块应固定在框架(或平板)结构上，以增加电路的可靠性。注意试验台的整洁和标准操作。基本技能，2007年全国大学生电子设计竞赛一等奖，基本技能，2005年全国大学生电子设计竞赛二等奖，基本技能，二等奖，基本仪器使用和电路调试1。常用仪器：万用表、稳压电源、信号发生器、示波器、光谱仪、逻辑分析仪等。2.调试、基本技能、系统设计和生产流程：1。方案设计；2.电路模块设计；3.部件的选择和购买；4.印刷电路板布局设计(元件布局)；5.部件和电路板的检查；6.焊接；7.子模块调试和联合调试。基本技能，特别要提醒在座的各位的是，在训练中应该高度重视学生科研素质的培养。通过培训，初步培养了学生实事求是的原则、一丝不苟的工作态度、勤于思考的工作方法、不屈不挠的工作精神和精益求精的工作作风。3、根据要求编写报告的基本技能，重点是方案比较、电路模块设计、器件选择、理论推导、软件流程图、调试方法、仪器使用、测试结果(数据和波形)、结果分析和参考资料。一般电路图和程序可以作为附录放在后面。然后是标准格式，内容全面，详细适当，围绕写作要求，尽量通情达理或不相干的内容。基本技能，第四2.要求1。基本要求(1)输入阻抗1k；单端输入，单端输出；放大器负载电阻600。(2)3dB通带10kHz6MHz，20kHz5MHz频段增益波动1dB。(3)最大增益40dB，增益调整范围为10dB40dB(增益值为6级可调，步长为6dB，增益预设值与测量值之间的误差绝对值2dB)。应显示预设增益值。(4)输出电压最大有效值3V，输出正弦电压有效值数字显示。(5)自制放大器的稳压电源。例如，宽带放大器(2003)。2.研制部分(1)的输出电压最大有效值6V。(2)应显示最大增益58dB(3dB通带10kHz6MHz，20kHz5MHz频段增益波动1dB)，增益调整范围10dB58dB(增益值9级可调，步长间隔6dB，增益预设值与测量值误差绝对值2dB)，以及预设值。(3)增加自动增益控制功能，自动增益控制范围20dB，自动增益控制稳定范围内的输出电压有效值应稳定在4.5VVo5.5V(详见注4)。(4)输出噪声电压峰峰值 0.5V.(5)进一步扩大通带，增加增益，增加输出电压幅度，扩大自动增益控制范围，减少增益调整的步距。(6)其他。(3)分析设计首先分析问题的检查点。本课题的难点在于，它需要宽带、高增益和步进调节(20kHz-5 MHz频段增益60dB，至少9级可调)、高输出电平(600负载上输出电压有效值达到6V)和自动增益控制(自动增益控制)功能。关键是增益和带宽、可调增益和更高输出电压之间的关系。例如，宽带放大器(2003)。根据课题要求，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的系统，这里不再详细描述，主要是模拟放大关键电路的设计和功能实现。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主要采用后两种方式。例如，宽带放大器(2003)。2.带宽和增益的设计在选择集成运算放大器的方案后，首先选择宽带运算放大器，如AD603和AD818，在较高的增益下，其带宽仍能满足要求。为了满足高增益和可调(自动增益控制功能)的要求，可以：(1)使用继电器(模拟开关)来改变反馈电阻。(2)使用数字电位计改变反馈电阻。(3)利用数模转换器和运算放大器的电阻网络实现增益调节。4.使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。例如，一个宽带放大器(2003)，在2003年的竞争中，AD603被选为最多。AD603有三种工作模式。模式1，90M宽带，增益范围：-10dB-30dB；模式2，30M宽带，增益范围：0dB-40dB；模式3，9MHz带宽，增益范围：10dB - 50dB。各种工作模式都能满足6MHz带宽的要求，但单级放大器的增益不满足60dB的指标，因此需要级联两级放大器AD603构成高增益放大器。例如，宽带放大器(2003)，输入阻抗设计：由于AD603的输入阻抗为100，如果满足Ri1K的要求，前面需要一个缓冲级电路。可以使用独立的晶体管发射极，以及宽带和高速运算放大器，如AD818、OPA642等。也可以使用。例如，一个宽带放大器(2003)，输出电路设计：输出电压的AD603约2V均方根。为了满足输出有效值6V的要求，经过两级放大后，需要增加一级放大。可以选择由两级晶体管组成的对称互补放大器，或者可以选择集成运算放大器，如AD818。对于输入和输出级的电路设计，一般参考成熟电路。如果可能，在培训期间需要实际制造。例如，一个宽带放大器(2003)和一个宽带放大器(2003)，张展，韩雨，张安，电子世界，2004.3。增益调整是通过将模拟控制信号VG施加到AD603的控制电压输入引脚来实现的。当AD603的VG信号在- 500mv - 500mv范围内变化时，可以实现40dB/V(即25mv/dB)的线性增益控制，增益g (db)=40 vg0i (I=1，2，3)。G0i对应三种工作模式。因此，该处理器可用于控制数模转换器输出模拟电压信号，以实现精确的增益控制。例如，宽带放大器(2003)，自动增益控制功能实现放大器的自动增益控制功能。自动增益控制功能可以通过对输出电压信号进行检索和数字化，单片机根据所需的自动增益控制传输特性曲线产生控制信号，通过数模转换器将控制信号转换成模拟信号VG，并将模拟信号VG传输到自动增益控制器的增益控制引脚来实现。例如，一个宽带放大器(2003)，系统的噪声控制措施主要考虑在第一级放大器，低噪声宽带运算放大器，如运算放大器OPA642和AD818可以选择。同时，在本工程的生产过程中，采用同轴电缆传输信号，使用屏蔽箱，数字地和模拟地分开并严格接地，尽量采用短引线的元器件，如贴片封装等措施。这样，放大器的主要部分被设计出来了。从这个设计过程可以看出，如果放大器的输入和输出电路采用分立器件设计，不仅复杂，而且性能一般。然而，如果选择一个适用的集成芯片，它将获得事半功倍的结果。如下所述，这种情况在2009年设计宽带直流放大器时更加明显。(2003)任务：设计和制造一个宽带直流放大器和所用的DC稳定电源。二。要求(1)最大电压增益AV60dB，输入电压有效值Vi10mV。(2)当av=60db时，输出噪声电压的峰峰值von PP0.3v；(3)3dB通带0 10 MHz0 9 MHz通带内增益波动1dB。(4)最大输出电压正弦波有效值Vo10V，输出信号波形无明显失真。(5)放大器输入电阻 50，负载电阻(502)。(6)电压增益可在0 60dB的预设范围内预设显示，步长为5dB(也可连续调整)；放大器的带宽可以预设和显示(至少5兆赫和10兆赫)。(7)其他(如改善放大器性能的其他措施等。)。例如2，宽带直流放大器(2009)，这个问题明显高于2003年的宽带放大器。首先，带宽增加到0-10兆赫兹，它是一个直流放大器。二是对输出电压幅值和负载能力提出了新的要求。其中，带宽和增益可调的指标可以通过采用2003的方法和选择一个宽带增益可控的运算放大器来实现。本课题主要关注50负载下输出电压达到有效值10V(输出功率达到2W)、带宽预置和DC调零。根据主题，系统应包括可调增益放大、程控滤波、功率放大和电源。其中，增益可调放大功能可以参考2003年宽带放大器的思路，采用增益可控的集成运算放大器，如AD603和AD818。由于放大器的输入阻抗要求50，许多运算放大器都能满足要求，输入端只需要阻抗匹配。此外，该放大器的输出功率已达到2W，峰值电流已达到280毫安或更高。分立器件可以用来构成功率放大器，但这很困难。由于许多单片集成芯片的最大输出电流约为200毫安，因此不能满足要求。因此，在2009年的竞争中，宽带功率放大基本上是通过集成电路芯片的并联电流扩展来实现的。带宽预置功能由继电器开关低通滤波器实现。为了设计直流放大器，必须考虑运算放大器的DC零漂移补偿。例2宽带DC放大器(2009)，Vin，数模转换器输出，廖燕宝，唐小青，李刚，电子产品2009年第12期。从2011年开始，大学生电子设计竞赛增加了“综合评价”环节。参赛队伍是竞赛区域国家奖项推荐的优秀队伍，在每个竞赛区域都以封闭的方式进行。国家专家组负责统一制定考试题目和评分标准“综合评价”采用设计制作法，其结果按比例计入总评价得分。图1所示的电路框图是利用通用四运放芯片LM324实现以下功能而形成的：低频信号源产生的正弦波信号加到加法器的输入端，自制振荡器产生的信号uo1加到加法器的另一输入端。uo1如图2所示，T1=0.5ms毫秒，允许T1具有5%的误差。该图要求加法器的输出电压=10UI1UO1。Ui2通过频率选择滤波器滤除uo1频率成分，选择f0信号为uo2，uo2为峰峰值等于9V的正弦信号。示波器没有观察到明显的失真。uo2信号通过比较器后，在1k负载上获得峰峰值为2V的输出电压uo3。电源只能是12V和5V单电源，由稳压电源供电。不要使用额外的电源和其他类型的运算放大器。要求保留ui1、ui2、uo1、uo2和uo3的测试终端。例3集成运算放大器应用(2011)，例3集成运算放大器应用，例3集成运算放大器应用，例3集成运算放大器应用，本主题的考查点：如何使用四个运算放大器构建框图所示的电路。2.单电源运算放大器用于处理正弦波信号。示例3集成运算放大器的应用三角波发生电路的分析和设计通常需要两个运算放大器。加法器、比较器和滤波器都使用一个运算放大器。总共需要5个运算放大器，但问题中只允许4个运算放大器。我们必须想办法节省一个运算放大器。分析表明，三角波发生器的指标要求并不严格。用一个运算放大器产生方波信号，然后用无源积分电路实现三角波信号。2009年所有参赛队伍都采用了这一方案。对于单功率运算放大器的正弦波信号处理，可以通过在输入端增加偏置电路来解决。示例3集成运算放大器的应用如何准备综合评估？请注意以下情况：1。综合评价时间约为7小时。这个时间限制了工作的复杂性和规模。2.评估期间不允许访问互联网，数据资源有限，这限制了作品的知识覆盖和设备覆盖。3.考生是大本钟三年级的学生，他们的知识和技能有限。几条经验和建议，因此，我个人认为综合评价所涉及的知识是基本的；应用的组件应该是基本的和通用的(学生熟悉它们)；主题应该集中在基础知识、基本技能和电路设计技能的结合上。因此，我们应该密切注意模拟电路(特别是运算放大器应用和555电路应用)和数字电路(组合电路和逻辑电路)的知识。如果涉及处理器，将至少提供最小系统的全套组件和电路板。几条经验和建议，总之，综合评价将是一项基本技能的竞赛，不太可能通过短期突击，能掌握这么多内容，需要平时更加努力。学习相关课程时，要学好基本概念和关键知识点，打好基础。还加强了实践和基本技能培训。几条经验和建议，青年教师应该在一两个领域深入学习，铁首有自己的苦衷，自己有足够的技术储备，给予学生指导。教师应该注意新设备和技术的发展。同时，长