电子设计大赛培训

电子设计大赛培训2013.1.14物理与电子工程学院一、学生感言

热情是保持一个人对一件事物的热忠程度，它可以引导你，为你注入强大的动力。相信很多人参加国赛纯粹是为了将来找工作时可以在自己的简历上填上这个经历，这就不是一种热情了。其次，我看到好多人都站在考研和参赛的抉择口，在此我额外补充一点。我觉得这种情况最好要不要迟疑太久，要明确自己的方向，当机立断，免得两头分心，吃力又不合算（毕竟一个人精力有限）。收集竞赛信息

如果你有意参加的话，平时就要多关注全国电子竞赛信息，收集一些往年竞赛资料，了解评分规则，这些都是很有必要的。 团队

一个能在全国大学生电子竞赛中得奖的团队必须具备这么几个特征：绝对喜欢电子开发。在软件、硬件、论文写作中各有所长。你想想3个只会C语言的家伙合一起能干什么。选好团队后就要确定团队核心人物。大家一定都能想得到，一旦进入备战阶段，组员间的探讨是必然的，各抒己见固然好，但往往也比较容易起争执。这时如果有个核心人物，他的话在非常时期大家必须绝对服从，他说了算。 要想获得成功，就必须认清自己团队的优势，充分调用组员中的优势资源，比如：某个组员在编程方面有优势，那么就应该合理分配编程工作给他，这样大家分工也就相对明确了，也都能充分发挥自己的所长，将团对协作的力量发挥到最大。根基磨刀不误砍材功，根基不牢就不要往上爬，爬得越高，摔得越重。这个方面，你需要连接常用的电路，如高增益放大电路，跟随电路，滤波电路的设计，学习protel制图软件，会画电路原理图，会PCB制板。在准备期间一定要学会用万用板焊接电路，或者用三氯化铁腐蚀电路，这个效果非常好。在正式比赛前，一定要于团队在4天内练习做一个完整的电子系统，时间安排在8月初最好，不要以为你能做好各个模块，但是联机调试你就不一定成功，总是会缺点什么，事实证明，大部分的竞赛队就失败在最后的联机。 电子设计竞赛的核心器件的选择(单片机)选型：CPU是电子设计竞赛的核心器件。现在的微处理器很多，如比较古老的8051单片机，AVR单片机，PIC单片机，MSP430单片机。现在也出了很多新型单片机，这类单片机含有很多的扩充资源，如大量的FLASH(这些FLASH对LCD字库很有帮助)、中速AD,D\A、多定时器、PWM，语音功能等等，这些资源会给开发带来很多的方便。从个人经验看，竞赛一定要用自己擅长的单片机，但根据题目的不同，不同的单片机实现起来难度也不一样。现在很多人都喜欢上了嵌入式和DSP。根据09年竞赛的精神利用嵌入式与DSP参加电子竞赛也会逐渐提到日程上来，如果做的是关于高速数据处理的的题目，比如高速数据采集，高速数据传输等等，这样这两个东西会有用武之地。基本模块参加电子设计竞赛，离不开一些基本模块。如LED、LCD子电路，子程序。AD、DA电路，搞控制的总得选好步进电机的型号，驱动电路，驱动程序吧，那搞无线的应该准备什么呢？自己去想吧！有一个一等奖选手告诉过我，“在竞赛前我就知道我会得奖，因为我把该准备的东西都准备了，而且在比赛前几天都梦到了比赛题目”，他说得有点夸张，但是也很可信，足以证明这个准备对整个比赛有举足轻重的作用。 全国大学生电子设计竞赛试题每年的竞赛试题都有很多相似的地方，控制类的如简单的工业控制、小车；传统题目如数据调理、数据采集、无线传输系统；电源设计；简单仪器、仪表设计（每年必要一题）。建议为了夺奖的朋友专注自己的强项。 身体是革命的本钱这也是很容易忽略的一点。4天3夜是个什么概念，我想大家都要清楚点。既然下定决心参赛，就要调理好身体，以最佳的状态来迎接挑战。否则，千载难逢的机会就可能擦肩而过，留下的就将会是遗憾。 良好心态竞赛不仅仅是技能的竞争，更是良好心态的比拼。比赛期间，肯定都会遇到这样那样的问题，如果没有善始善终，持之以恒的决心，三天打鱼，两天晒网，是走不到最后的。要切切实实按照制定好的进程走，该做哪项任务，就要尽量克服一切困难做完，该今天做的，就不能留到明天。具备以上条件后，你还应该做的就是自信了。 论文的书写一个获得一等奖的团队，必然有文笔不错善于表达的人物。一个团队的设计理念和思想需要通过他公布于众，让评委团了解和认同你们的观点，论文的书写也是考察写作基本功的关键要素。切记现在不是酒香不怕巷子深的年代了，因为可以选择的对象太多，要学会主动出击。所以说一个好的团队是成功的一半！ 近年来新动向性价比：第一个就是做出来的产品的性能价格比应该是比较好的。不能为完成一个比较简单的任务，用一个非常复杂，非常昂贵的小系统合和方法去完成。这是不符合社会发展需要的。节能性：为了维持社会的可持续性发展，我们的产品必须尽可能的节能。不能为完成某一功能我们就耗电、耗损很大，甚至于造成其它的污染。这是不行的。二、竞赛时间竞赛时间定于竞赛举办年度的9月份，赛期四天（具体日期届时通知）。从1997年开始，每二年举办一届全国大学生电子设计竞赛，即凡逢单数年号时举办全国竞赛。三、竞赛采用全国统一命题、分赛区组织的方式竞赛采用“半封闭、相对集中”的组织方式进行。竞赛期间学生可以查阅有关文献资料，队内学生集体商讨设计思想，确定设计方案，分工负责、团结协作，以队为基本单位独立完成竞赛任务；竞赛期间不允许任何教师或其他人员进行任何形式的指导或引导；竞赛期间参赛队员不得与队外任何人员讨论商量。参赛学校应将参赛学生相对集中在一个或几个实验室内进行竞赛，便于组织人员巡查。为保证竞赛工作，竞赛所需设备、元器件等均由各参赛学校负责提供。四、命题范围

应以电子技术（包括模拟低频、高频和数字电路）应用设计为主要内容。可以涉及单片机、可编程逻辑器件、EDA软件工具和PC机（主要用于开发）的应用。题目包括“理论设计”和“实际制作与调试”两部分。竞赛题目应具有实际意义和应用背景，并考虑到目前教学基本内容和新技术应用趋势。五、题目要求

竞赛题目应能测试学生运用基础知识的能力、实际设计能力和独立工作能力。题目原则上应包括基本要求部分和发挥部分，从而使绝大多数参赛学生能在规定时间内完成基本要求部分的设计工作，又能便一部分优秀学生有发挥与创新的余地。

六、命题格式1.题目名称

题目名称要求简明扼要。2.设计任务和要求

设计任务和要求需对题目作必要说明，明确提出设计任务和功能指标的要求，文字描述准确，避免含混不清；3.评分标准

评分标准按设计报告、实际制作两部分提出具体评分细则，实际制作又分基本要求和发挥部分。总分一般是150分，其中设计报告占50分，基本要求占50分和发挥部分占50分。4.命题说明

命题人应对命题的意图、涉及的主要知识范围及其它问题予以必要的说明，供全国专家组选题时参考。七、题目类型1.综合题综合题应涵盖模-数混合电路，可涉及单片机和可编程逻辑器件的应用，并尽可能适合不同类型学校和专业的学生选用；2.专业题专业题是侧重于某一专业（如计算机、通信、自控、电子技术应用等）的题目；3.电路题电路题是侧重于模电、数电、电力电子线路等的题目；4.新型器件和集成电路应用题新型器件和集成电路应用题侧重于新型器件的应用、新型集成电路的应用；5.电子产品和仪器初步设计题常用电子产品和电子仪器初步设计的题目侧重于某一产品的初步设计。

八、电子设计竞赛的题目分析全国大学生电子设计竞赛从1994年的首届试点到如今电子设计竞赛的试题来看，可以归纳成7类，即：（1）电源类：简易数控直流电源，直流稳压电源（2）信号源类：实用信号源的设计和制作，波形发生器，电压控制LC振荡器（A题）；（3）高频无线电类：简易无线电遥控系统，调幅广播收音机，短波调频接收机，调频收音机，（4）放大器类：实用低频功率放大器，高效率音频功率放大器，宽带放大器（B题)（5）仪器仪表类：简易电阻、电容和电感测试仪，简易数字频率计，频率特性测试仪，数字式工频有效值多用表，简易数字存储示波器，低频数字式相位测量仪（C题），简易逻辑分析仪（D题）（6）数据采集与处理类：多路数据采集系统，数字化语音存储与回放系统，数据采集与传输系统。（7）控制类：水温控制系统，自动往返电动小汽车，简易智能电动车（E题），液体点滴速度监控装置（F题）试题具有实用性强、综合性强、技术水平发挥余地大的特点。涉及到的电子信息类专业的课程有：低频电路、高频电路、数字电路、微机原理、电子测量、单片机、可编程逻辑器件、EDA设计等；实践性教学环节有：电子线路实验课、微机原理实验课、课程设计、生产实习等；可选用的器件有：晶体管、集成电路、大规模集成电路、单片机、可编程逻辑器件等；设计手段必须采用现代电子设计方法与开发工具，如VHDL语言、XilinxFoundationSeriesEDA工具、单片机编程器等。电子设计竞赛的试题既反映了电子技术的先进水平，又引导高校在教学改革中应注重培养学生的工程实践能力和创新设计能力。传统的电子信息类专业教学内容，重理论、轻实践；重分析、轻综合；重个体、轻协作。实验内容及实验方法上所存在的内容陈旧、形式呆板、方法单一。按传统方法培养的学生，在参加电子设计竞赛时，就会发生诸多的问题。如：理论设计正确却无法在工程上实现；单元电路正确却无法实现系统联调；个人能力很强却各自为政，不能实现强强联合等等。电子设计竞赛既不是单纯的理论设计竞赛也不仅仅是实验竞赛，而是由一个参赛队共同设计、制作完成一个有特定工程背景的题目的优劣与快慢的竞赛。它既强调理论设计，更强调系统实现。它考核了学生综合运用基础知识的能力，更注重考察学生的创新意识。题目涉及的内容是一个课程群，而非单一的一门课程。因此竞赛的形式与内容基本上符合面向21世纪人才培养的目标和需求，是对传统教学方法的一个挑战，同时，竞赛成绩也能从一个侧面反映了这个课程群的教学水平和教学改革的成败。电源类题目分析电源类题目有简易数控直流电源（1994年）和直流稳压电源（1997年）、数控直流电流源（F题2005年）、开关稳压电源（E题2007年）、电能收集充电器2009年、A题--光伏并网发电模拟装置2009年。简易数控直流电源（第一届，1994年）要求设计制作一个输出电压数控可调直流稳压电源。涉及到的基础知识与制作能力包含：交流电源降压和整流，直流电压稳压和调节，单片机，数字显示与控制等。直流稳压电源（第三届，1997年）要求设计制作一个交流变换为直流的稳定电源。涉及到的基础知识与制作能力包含：交流电源降压和整流，直流电压稳压和调节，恒流电流源，DC-DC变换器，单片机，数字显示与控制等。信号源类题目分析信号源类有实用信号源的设计和制作（1995年）、波形发生器（2001年）和电压控制LC振荡器（2003年）正弦信号发生器（A题）2005年、音频信号分析仪（A题2007年）。实用信号源的设计和制作（第二届，1995年）要求设计制作一个正弦波和脉冲波信号源，频率范围20Hz～20kHz，低频信号源。涉及到的基础知识与制作能力包含：RC振荡器，脉冲振荡器，数字可调电位器，单片机，数字显示与控制等。波形发生器（第五届，2001年）要求设计制作一个能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形的波形发生器，频率范围100Hz～20kHz，低频信号源。涉及到的基础知识与制作能力包含：单片机或者可编程逻辑器件，存储器，数字显示与控制，滤波器等。电压控制LC振荡器（第六届，2003年）要求设计制作一个电压控制LC振荡器，频率范围15MHz～35MHz，高频信号源。涉及到的基础知识与制作能力包含：单片机或者可编程逻辑器件，PLL，LC振荡器，数字显示与控制，滤波器，高频功率放大器等。放大器类题目分析放大器类的题目有实用低频功率放大器（1995年）、测量放大器（1999年）、高效率音频功率放大器（2001年）和宽带放大器（2003年）。集成运放参数测试仪（B题2005年）、宽带直流放大器（C题2009年）数字幅频均衡的功率放大器2009年实用低频功率放大器（第二届，1995年）要求设计制作一个具有弱信号放大能力的低频功率放大器，额定输出功率POR≥10W，带宽BW≥（50～10000）Hz。涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，方波信号发生器，低频功率放大器等。测量放大器（第四届，1999年）要求设计制作一个测量放大器及所用的直流稳压电源。差模电压放大倍数AVD＝1～500。涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，信号变换放大器，测量放大器等。高效率音频功率放大器（第五届，2001年）要求设计制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量、显示装置，3dB通频带为300Hz～3400Hz，最大不失真输出功率≥1W。涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，音频功率放大器等。宽带放大器（第六届，2003年）要求设计并制作一个3dB通频带10kHz～6MHz，最大增益≥40dB的宽带放大器。涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，AGC，宽带放大器等。无线电类题目分析无线电类题目有简易无线电遥控系统（1995年）、调幅广播收音机（1997年）、短波调频接收机（1999年）和调频收音机（2001年）。单工无线呼叫系统（D题2005年）、无线识别装置（B题2007年）无线环境监测模拟装置2009年简易无线电遥控系统（第二届，1995年）要求设计制作一个无线电遥控发射机和接收机，频率范围6～10MHz。涉及到的基础知识包含有：无线电发射与接收，编码与解码，单片机，数字显示等。调幅广播收音机（第三届，1997年）要求设计制作一个中波广播收音机，接收频率范围540kHz～1600kHz，材料由SONY公司提供。涉及到的基础知识包含有：无线电调幅接收，变容二极管控制，单片机，数字显示等。短波调频接收机（第四届，1999年）接收频率范围：8MHz～10MHz。涉及到的基础知识包含有：无线电调频接收，变容二极管控制，单片机，数字显示等。调频收音机（第五届，2001年）用SONY公司提供的FM/AM收音机集成芯片CXA1019和锁相频率合成调谐集成芯片BU2614，制作一台调频收音机,接收FM信号频率范围88MHz～108MHz。涉及到的基础知识包含有：无线电调频接收，PLL，变容二极管控制，单片机，数字显示等。仪器仪表类题目分析仪器仪表类有简易电阻、电容和电感测试仪（第二届，1995年）、简易数字频率计（第三届，1997年）、频率特性测试仪（第四届，1999年）、数字式工频有效值多用表（第四届，1999年）、简易数字存储示波器（第五届，2001年）、低频数字式相位测量仪（第六届，2003年），简易逻辑分析仪（第六届，2003年）。简易频谱分析仪（C题2005年）、数字示波器（C题2007年）程控滤波器（D题2007年）简易电阻、电容和电感测试仪（第二届，1995年）要求设计制作一个测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH），测量精度：±5%的电阻、电容和电感测试仪。涉及到的基础知识包含有：电阻、电容和电感参数变换，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。简易数字频率计（第三届，1997年）要求设计制作一个测量范围信号：方波、正弦波；幅度：0.5V～5V；频率：1Hz～1MHz；测量误差≤0.1%数字频率计。涉及到的基础知识包含有：信号变换与检测，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。频率特性测试仪（第四届，1999年）要求设计制作一个频率范围100Hz～100kHz；频率步进：10Hz；频率稳定度：10-4；测量精度：5％；能在全频范围和特定频率范围内自动步进测量的频率特性测试仪。涉及到的基础知识包含有：信号变换与检测，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。数字式工频有效值多用表（第四届，1999年）要求设计制作一个能同时对一路工频交流电（频率波动范围为50±1Hz、有失真的正弦波）的电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数进行测量的数字式多用表。涉及到的基础知识包含有：电压电流变换与检测，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。简易数字存储示波器（第五届，2001年）要求设计制作一个一台用普通示波器显示被测波形的简易数字存储示波器，频率范围为DC～50kHz，误差≤5%。涉及到的基础知识包含有：A/D和D/A变换，单片机或者可编程逻辑器件，存储器，数字显示等。低频数字式相位测量仪（第六届，2003年）要求设计制作一个低频相位测量系统，包括相位测量仪、数字式移相信号发生器和移相网络三部分。频率范围：20Hz～20kHz，相位测量绝对误差≤2°。涉及到的基础知识包含有：相位检测，A/D和D/A变换，单片机或者可编程逻辑器件，存储器，RC移相网络，数字显示等。简易逻辑分析仪（第六届，2003年）要求设计制作一个8路数字信号发生器与简易逻辑分析仪，能产生8路可预置的循环移位逻辑信号序列，输出信号为TTL电平，序列时钟频率为100Hz，并能够重复输出。涉及到的基础知识包含有：单片机或者可编程逻辑器件，存储器，数字显示等。数据采集与处理类题目分析数据采集与处理类题目有多路数据采集系统（第一届，1994年），数字化语音存储与回放系统（第四届，1999年），数据采集与传输系统（第五届，2001年）声音导引系统2009年。多路数据采集系统（第一届，1994年）要求设计制作一个八路数据采集系统，对50米以外的各路数据，通过串行传输线进行采集和显示。涉及到的基础知识包含有：A/D变换，单片机或者可编程逻辑器件，存储器，数字显示等。数字化语音存储与回放系统（第四届，1999年）要求设计制作一个数字化语音存储与回放系统。通带为300Hz～3.4kHz；ADC采样频率fs＝8kHz，字长＝8位；DAC：变换频率fc＝8kHz，字长＝8位；语音存储时间≥10秒。涉及到的基础知识包含有：A/D和D/A变换、单片机或者可编程逻辑器件、存储器和数字显示等。数据采集与传输系统（第五届，2001年）设计制作一个用于8路模拟信号采集与单向传输系统，被测电压为8路0～5V分别可调的直流电压。采用8位A/D变换器。涉及到的基础知识包含有：A/D变换、噪声模拟发生器、调制与解调、单片机或者可编程逻辑器件、存储器和数字显示等。控制类题目分析控制类题目有水温控制系统（1997年）、自动往返电动小汽车（2001年）、简易智能电动车（2003年）、液体点滴速度监控装置（第六届，2003年）。电动车跷跷板（F题2007年）、悬挂运动控制系统（E题2005年）、电动车跷跷板（F题2007年）水温控制系统（1997年）控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。温度设定范围为40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。涉及到的基础知识包含有：温度检测电路，加热器控制电路，A/D和D/A变换，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。自动往返电动小汽车（2001年）设计并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽车。车辆从起跑线出发（出发前，车体不得超出起跑线），到达终点线后停留10秒，然后自动返回起跑线（允许倒车返回）。到达终点线和返回起跑线时，停车位置离起跑线和终点线偏差应最小。在限速区，车辆往返均要求以低速通过，通过时间不得少于8秒。涉及到的基础知识包含有：光电检测电路，电机控制电路，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。简易智能电动车（2003年）电动车从起跑线出发（车体不得超过起跑线），沿引导线到达B点。在“直道区”电动车检测到薄铁片时需立即发出声光指示信息，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。电动车到达B点以后进入“弯道区”，沿圆弧引导线到达C点。C点下埋有边长为15cm的正方形薄铁片，要求电动车到达C点检测到薄铁片后在C点处停车5秒，停车期间发出断续的声光信息。电动车在光源的引导下，通过障碍区进入停车区并到达车库。电动车必须在两个障碍物之间通过且不得与其接触。电动车完成上述任务后应立即停车，但全程行驶时间不能大于90秒，行驶时间达到90秒时必须立即自动停车。涉及到的基础知识包含有：光电、金属、超声波检测电路，电机控制电路，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。液体点滴速度监控装置（2003年）在滴斗处检测点滴速度，并制作一个数显装置，能动态显示点滴速度（滴/分）。通过改变高度h2控制点滴速度；也可以通过控制输液软管夹头的松紧等其它方式来控制点滴速度。点滴速度可用键盘设定并显示，设定范围为20~150(滴/分)，控制误差范围为设定值10%1滴。当高度h1降到警戒值（2~3cm）时，能发出报警信号。涉及到的基础知识包含有：光电检测电路，步进电机控制电路，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。九、印制电路板设计印刷电路板设计是电子设计制作中很关键的一步。印制电路板的设计软件目前主要有Protel99、Orcad等。设计步骤①设计好电路原理图；②根据所设计的原理图准备好所需要的元器件；③根据实物给原理图中的元器件制作或调用封装形式；④形成网络表连接文件；⑤在PCB设计环境下，规划电路板的大小、板层数量等；⑥调用网络表连接文件，并布局元器件的位置（自动加手工布局）；⑦设置好自动布线规则，并自动布线；⑧形成第二个网络表连接文件，并比较两个网络表文件，若相同则说明没有问题，否则要查找原因；⑨手工布线并优化处理⑩输出PCB文件并制版。十、单元电路训练介绍电子设计用到的基本单元电路设计与制作。内容：集成直流稳压电源电路信号放大电路信号产生电路信号处理电路声音报警电路传感器及其应用电路功率驱动电路显示电路A/D与D/A电路。典型的工业过程控制环路测控系统功能块分析中央处理单元人机交互界面/通信模拟信号前向通道数字信号模拟输出后向通道数字信号系统总体方案设计1、根据输入类型确定前向通道电路方案2、根据输出类型确定后向通道电路方案3、根据输入、输出的数量、类型和数据流量确定所使用的中央处理器。典型测、控系统涉及的技术传感器技术智能传感器(SmartSensor)微处理器和传感器得以结合，产生了具有一定数据处理能力，并能自检、自校、自补偿的新一代传感器——智能传感器网络化传感器(NetworkedSensor)将网络接口芯片与智能传感器集成起来并使通信协议固化到智能传感器的ROM中时，就产生子网络传感器。为解决现场总线的多样性问题，IEEEl451．2工作组建立了智能传感器接口模块(STIM)标准，该标准描述了传感器网络适配器或微处理器之间的硬件和软件接口，是IEEEl451网络传感器标准的重要组成部分，为使传感器能与各种网络连接提供了条件和方便。重要组成部分，为使传感器能与各种网络连接提供了条件和方便。另外802．15．4无线发射／接收网络也为低成本的无线传感器网络互连提供了协议支持。A/D等新器件的发展将显著增强仪器的功能与测量范围单片机、DSP等嵌入式处理器的广泛应用

ASIC、FPGA／CPLD技术

LabVlEW等图形化软件技术网络与通信技术电力电子技术电器控制微电机及电机拖动前向通道设计分析典型的前向通道1．传感器——将被测的量由非电量转换为电量（电压或电流等电信号）。2．放大器——若电信号太小，则需用放大器放大，以便使其幅值与A/D转换器的转换范围相匹配，以充分发挥模数转换器的功能。3．有源滤波器——在A/D转换前，尽可能地滤除信号中不希望的频率分量（用的较多的是低通滤波器）。4．采样和保持器——简称采保器。它的主要作用是将被测电平采集并保持下来，使连续模拟量离散化（特别是对于快速变化的信号它是必须的，直流及变化缓慢的信号它可省去）。5．A/D转换器——对采样信号进行量化，转变为数字信号，送往计算机保存与处理。如果需要信号的远距离传输，需要增加变送器

前、后向通道信号类型确定输入、输出类型：几何量：长度、角度、相互位置、位移、距离机械量：力、力矩、硬度、加速度与速度、振动热工量：温度、湿度、流量光学参数：光度、光谱、色度、激光测量时间频率：时间、频率、相位电磁量：交、直流电流、电压、功率、RLC参数、静电、磁参数电子参数：有源器件参数、无线电参数、频谱分析、动态信号等。前向通道信号转换模拟信号采集电路电压/时间电阻-电容-电压-电感-电压-电流-时间声光磁电压力加速度温度湿度模拟信号信号调理电路大多数传感器的满度输出都是相当小的电压、电流、电阻、电容变化。因此在作进一步处理之前，必须对它们的输出作适当调理。在一般测量系统中信号调理的任务较复杂，除了实现物理信号向电信号的转换、小信号放大、滤波外，还有诸如零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正和量程切换等，这些操作统称为信号调理（SignalConditioning），相应的执行电路统称为信号调理电路。信号调理电路的主要作用：放大、电平变换、零点校正、电隔离、阻抗变换、线性化、滤波。多数传感器输出信号都比较小，必须选用前置放大器进行放大。判断传感器信号“大”还是“小”和要不要进行放大的依据又是什么？放大器为什么要“前置”,即设置在调理电路的最前端？前置放大器的放大倍数应该多大？运用前置放大器的依据信号调理通道中的常用放大器

在信号调理通道中，针对被放大信号的特点，并结合数据采集电路的现场要求，目前使用较多的放大器有仪用放大器、程控增益放大器以及隔离放大器等。

在实际的设计过程中，可根据模拟信号调理通道的设计要求，并结合仪用放大器的以下主要性能指标确定具体的放大电路。

前后向通道与CPU的接口关系串行接口：UART,SPI,IIC,IIS,1-Wire协议串行接口的速度串行接口的抗干扰能力并行接口：输入、输出数量：输入、输出数据流量：模拟前端设计要点1234电路结构合理正确选用元件合理布局布线注意接地关系信号调理电路关系到整体电路的精度和性能灵敏度、线性度、精度、响应速度、测量范围、长期稳定性（失调、漂移）现代电子系统的设计方法传统的电子系统设计采用（自底向上）设计方法，设计步骤如图现代电子系统的设计采用（自顶向下）设计方法，设计步骤如图设计中应注意的一些问题（自顶向下)设计方法必须注意以下问题：①在设计的每一个层次中，必须保证所完成的设计能够实现所要求的功能和技术指标,注意功能上不能够有残缺，技术指标要留有余地。②注意设计过程中问题的反馈。解决问题采用“本层解决，下层向上层反馈”的原则，遇到问题必须在本层解决，不可以将问题传向下层。如果在本层解决不了，必须将问题反馈到上层，在上一层中解决。完成一个设计，存在从下层向上层多次反馈修改的过程。③功能和技术指标的实现采用子系统、部件模块化设计。要保证每个子系统、部件都可以完成明确的功能，达到确定的技术指标。输入输出信号关系应明确、直观、清晰。应保证可以对子系统、部件进行修改与调整以及替换，而不牵一发动全身。④软硬件协同设计，充分利用微控制器和可编程逻辑器件的可编程功能，在软件与硬件利用之间寻找一个平衡。软件、硬件协同设计的一般流程如图电子竞赛作品设计制作步骤与一般的电子产品设计制作不同的是，电子设计竞赛作品的设计制作一方面需要遵守电子产品设计制作的一般规律，另一方面要在限定时间、限定人数、限制设计制作条件、限制交流等情况下完成作品的设计制作，电子竞赛作品设计制作有自己的规律。电子竞赛作品设计制作大约需经过题目选择、系统方案论证、子系统、部件设计与制作、系统综合、调试与测量等步骤，最后完成作品和设计总结报告。1、题目选择正确地选择竞赛题目是保证竞赛成功的关键。参赛队员应仔细阅读所有的竞赛题目，根据自己组3个队员的训练情况，选择相应的题目进行参赛制作。选择题目按照如下原则进行：①明确设计任务，即“做什么?”。选择题目应注意题目中不应该有知识盲点，即要能够看懂题目要求。如果不能看懂题目要求，原则上该题目是不可选择的。因为时间是非常紧张的，没有更多的时间让你去重新学习，另外根据竞赛纪律，是不可以去请教老师的。②明确系统功能和指标，即“做到什么程度?”。注意题目中的设计要求，一般情况分基本要求和发挥部分两部分，各占50分。应注意的是基本部分的各项分值题目中是没有给出的，但在发挥部分往往会给出各小项的分值。选择时要仔细分析各项要求，综合两方面的要求，以取得较好的成绩。③要确定是否具有完成该设计的元器件、最小系统、开发工具、测量仪器仪表等条件。在没有对竞赛题目进行充分地分析之前，一定不能够进行设计。题目一旦选定，原则上是应保证不要中途更改。因为竞赛时间是有限的，时间上不允许返工重来。2、系统方案论证题目选定后，需要考虑的问题是如何实现题目的各项要求，完成作品的制作，即需要进行方案论证。方案论证可以分为总体实现方案论证、子系统实现方案论证、部件实现方案论证几个层次进行。1.确定设计的可行性方案论证最重要的一点是要确定设计的可行性①原理的可行性？解决同一个问题，可以有许多种方法，但有的方法是不能够达到设计要求的，千万要注意。②元器件的可行性？如采用什么器件？微控制器？可编程逻辑器件？能否采购得到？③测试的可行性？有无所需要的测量仪器仪表？④设计、制作的可行性？如难度如何？本组队员是否可以完成？⑤时间的可行性？ 4天3晚能否完成？2、明确方案的内容拟订的方案要明确以下内容：（1）系统的外部特性①系统具有的主要功能？②引脚数量？功能？③输入信号和输出信号形式（电压？电流？脉冲？）、大小（量级？）、相互之间的关系？④输入信号和输出信号相互之间的关系？函数表达式？线性？非线性？⑤测量仪器仪表与方法？（2）系统的内部特性①系统的基本工作原理？②系统的实现方法？数字方式？模拟方式？数字模拟混合方式？③系统的方框图？④系统的控制流程？⑤系统的硬件结构？⑥系统的软件结构？⑦系统中各子系统、部件之间的关系？接口？尺寸？安装方法？（3）系统的测量方法和仪器仪表作品设计制作是否成功是通过能够实现的功能和达到的技术性能指标来表现的。在拟订方案时，应认真讨论系统功能和技术性能指标的测量方法和测量用仪器仪表。需要考虑的问题有：①仪器仪表的种类？②仪器仪表的精度？③测量参数形式？④测量方法？⑤测试点？⑥测量数据的记录与处理？表格形式？数据处理工具？MATLAB?3、安装制作与调试安装制作与调试是保证设计是否成功的重要环节。竞赛成绩总共有150分，其中的100分取决于作品的实测结果，50分取决于设计总结报告。（1）安装制作需要考虑的问题①安装工具？②元器件选择与采购？③最小系统的采用？微控制器？可编程逻辑器件？④印制板设计与制作？低频？高频？数字？模拟？数模混合？地？⑤子系统、部件安装制作的顺序？(3)调试需要考虑的问题①调试参数？②调试方法？③调试需要的仪器与仪表？④软件硬件的协同？修改软件？修改硬件？⑤测量数据的记录与处理？建议的安装制作与调试步骤如图4、电子设计竞赛作品设计制作的全过程子系统的设计制作步骤1、单片机与可编程逻辑器件子系统设计步骤在电子设计竞赛中，作为控制器，单片机与可编程逻辑器件应用非常普遍，其设计过程如图所示，可以分为明确设计要求、系统设计、硬件设计与调试、软件设计与调试、系统集成等步骤。设计的第1步是明确设计要求，确定系统功能与性能指标。一般情况下，单片机与可编程逻辑器件最小系统是整个系统的核心，需要确定最小系统板的功能、输入输出信号特征等；需要考虑与信号输入电路、控制电路、显示电路、键盘等电路的接口和信号关系。最小系统板在竞赛中可以采用成品，但接口电路，功率控制电路，AD与DA电路，信号调理等电路需要自己设计制作。为了使作品的整体性更好一点，建议将控制器与外围电路设计在一块电路板上，这一部分内容可以在竞赛前进行设计与制作，在竞赛中根据需要进行修改。软件开发工具需要与所选择的硬件配套，软件设计需要对软件功能进行划分，需要确定数学模型，算法、数据结构、子程序等程序模块。软件开发工具的使用需要在竞赛前进行培训。常用的一些程序如系统检测、显示器驱动、AD与DA、接口通信、延时等程序，可以在竞赛前进行编程和调试，在竞赛中根据需要进行修改。系统集成完成软件与硬件联调与修改。在软件与硬件联调过程中，需要认真分析出现的问题，软件设计人员与硬件设计人员需要进行良好的沟通，一些问题如非线性补偿、数据计算、码型变换等用软件解决问题会容易很多。采用不同的硬件电路，软件编程将会完全不同，在软件设计与硬件设计之间需要寻找一个平衡点。2、数字/模拟子系统设计步骤数字、模拟子系统的设计过程的步骤大致分为：明确设计要求，确定设计方案和进行电路设计制作、调试等步骤。在电子设计竞赛中，数字子系统多采用单片机或者大规模可编程逻辑器件实现，但也可以74/40等系列的数字集成电路实现，本节讨论的数字子系统是基于74/40等系列数字集成电路的。从前面的题目分析可见，模拟与数字混合的题目占多数。模拟子系统也是作品的重要组成部分，设计制作通常包含有模拟输入信号的处理，模拟输出信号、与数字子系统、单片机、可编程器件子系统之间的接口等电路。1.明确设计要求(1)对于数字子系统，需要明确的设计要求有：①子系统的输入和输出？数量？②信号形式？模拟？TTL？CMOS？③负载？微控制器？可编程器件？功率驱动？输出电流？④时钟？毛刺？冒险竞争？⑤实现器件？(2)对于模拟子系统，需要明确的设计要求有：①输入信号的波形和幅度、频率等参数？②输出信号的波形和幅度、频率等参数？③系统的功能和各项性能指标？如增益、频带、宽度、信噪比、失真度等？④技术指标的精度、稳定性？⑤测量仪器？⑥调试方法？⑦实现器件？2、确定设计方案对于数字电路占主体的系统，我们的建议是采用单片机或者可编程逻辑器件，不要大量地采用中、小规模的数字集成电路，中、小规模数字集成电路制作作品时非常麻烦，可靠性也差。模拟子系统的设计方案与所选择的元器件有很大关系。我的建议是：①根据技术性能指标、输入输出信号关系等确定系统方框图。②在子系统中，合理的分配技术指标，如增益、噪声、非线性等。将指标分配到方框图中的各模块，技术参数指标要定性和定量。③要注意各功能单元的静态指标与动态指标、精度及其稳定性，应充分考虑元器件的温度特性、电源电压波动、负载变化及干扰等因素的影响。④要注意各模块之间的耦合形式、级间的阻抗匹配、反馈类型、负载效应及电源内阻、地线电阻、温度等对系统指标的影响。⑤合理地选择元器件，应尽量选择通用、新型、熟悉的元器件。应注意元器件参数的分散性，设计时应留有余地。⑥要事先确定参数调试与测试方法、仪器仪表、调试与测试点，以及相关的数据记录与处理方法。3、设计制作设计主要包括电路设计与印制板设计。（1）电路设计电路设计建议根据所确定的设计方案，选择好元器件，按照技术指标要求，参考元器件厂商提供的设计参考（评估板0以及参考资料提供的电路，完成设计。（2）印制板设计设计时应遵守设计的基本规则，注意数字电路与模拟电路的分隔、高频电路与低频电路的分隔、电源线与接地板的设计等问题。元器件布置不以好看为要求，而以满足性能指标为标准，特别是在高频电路设计时要注意。为了方便测试，PCB设计时应设置相关的测试点。(3)工具的使用在设计过程中，EDA工具是必不可少的。①对于数字子系统，采用单片机或可编程逻辑器件，配套的开发工具是不可缺少的。②对于模拟子系统，仿真软件可以选择mulitisim、pspice等。③如果设计中用到了在系统可编程模拟器件，配套的开发工具也是不可缺少的。④印制板设计可以采用protel等计算机绘图排版软件。在竞赛中作品的制作主要通过手工装配进行，采用合适的工具，按照装配工艺的要求完成作品的制作。ThankYou!集成直流稳压电源的设计直流稳压电源是电子设备的能源电路，关系到整个电路设计的稳定性和可靠性，是电路设计中非常关键的一个环节。本节重点介绍三端固定式（正、负压）集成稳压器、三端可调式（正、负压）集成稳压器以及DC-DC电路等组成的典型电路设计。电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。滤波电路:将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。直流电源的组成及各部分的作用整

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路u1u2u3u4uo三端固定式正压稳压器

国内外各厂家生产的三端（电压输入端、电压输出端、公共接地端）固定式正压稳压器均命名为78系列，该系列稳压器有过流、过热和调整管安全工作区保护，以防过载而损坏。其中78后面的数字代表稳压器输出的正电压数值（一般有05、06、08、09、10、12、15、18、20、24伏共9种输出电压），各厂家在78前面冠以不同的英文字母代号。78系列稳压器最大输出电流分100mA、500mA、1.5A三种，以插入78和电压数字之间的字母来表示。插入L表示100mA、M表示500mA，如不插入字母则表示1.5A。此外，78（L、M）××的后面往往还附有表示输出电压容差和封装外壳类型的字母。常见的封装形式有TO-3金属和TO-220的塑料封装。三端固定式稳压器的基本应用电路如图所示，只要把正输入电压UI加到MC7805的输入端，MC7805的公共端接地，其输出端便能输出芯片标称正电压UO。实际应用电路中，芯片输入端和输出端与地之间除分别接大容量滤波电容外，通常还需在芯片引出脚根部接小容量（0.1µF～10µF）电容Ci、Co到地。Ci用于抑制芯片自激振荡，Co用于压窄芯片的高频带宽，减小高频噪声。Ci和Co的具体取值应随芯片输出电压高低及应用电路的方式不同而异。78系列三端稳压器基本应用电路三端固定式负压稳压器

三端固定式负压稳压器命名为79系列，79前、后的字母、数字意义与78系列完全相同。图3.1.5所示为79的基本应用电路（以MC7905为例）。图中芯片的输入端加上负输入电压UI，芯片的公共端接地，在输出端得到标称的负输出电压UO，电容Ci用来抑制输入电压UI中的纹波和防止芯片自激振荡，Co用于抑制输出噪声。D为大电流保护二极管，防止在输入端偶然短路到地时，输出端大电容上储存的电压反极性加到输出、输入端之间而损坏芯片。79系列三端稳压器基本应用电路

三端可调式稳压器

三端（输入端、输出端、电压调节端）可调式稳压器品种繁多，如正压输出的317（217/117）系列、123系列、138系列、140系列、150系列；负压输出的337系列等。LM317和LM337的封装形式和引脚如图3.1.6所示。LM317系列稳压器能在输出电压为1.25V～37V的范围内连续可调，外接元件只需一个固定电阻和一个电位器。其芯片内也有过流、过热和安全工作区保护。最大输出电流为1.5A。其典型电路如图（a）所示。其中电阻R1与电位器RP组成电压输出调节电位器，输出电压UO的表达式为：UO=1.25（1+Rp/Rl）式中，R1一般取值为（120～240Ω），输出端与调整压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V），所以流经电阻R1的泄放电流为5～10mA。与LM317系列相比，负压输出的LM337系列除了输出电压极性、引脚定义不同外、其他特点都相同,典型电路如图3.1.7（b）。（a）LM317塑料封装形式（b）LM337塑料封装形式图3.1.6常见三端可调稳压器的封装形式可调式三端稳压器的应用电路正、负输出稳压电源

正、负输出稳压电源能同时输出两组数值相同、极性相反的恒定电压。图3.1.8所示为正、负输出电压固定的稳压电源。它由输出电压极性不同的两片集成稳压器MC7815和MC7915构成，电路十分简单。两芯片输入端分别加上±20V的输入电压，输出端便能输出±15V的电压，输出电流为1A。图中D1、D2为集成稳压器的保护二极管。当负载接在两输出端之间时，如工作过程中某一芯片输入电压断开而没有输出，则另一芯片的输出电压将通过负载施加到没有输出的芯片输出端，造成芯片的损坏。接入D1、D2起的箝位作用，保护了芯片。图3.1.8正、负输出固定稳压电源图3.1.9所示是由LM317和LM337组成的正、负输出电压可调稳压电源，输出电压调节范围为±1.2V～±20V，输出电流为1A。图3.1.8正、负输出固定稳压电源图3.1.9正、负输出可调稳压电源斩波调压电源电路

MC33063A/MC34063A/MC35063A是单片DC/DC变换器控制电路，只需配用少量的外部元件，就可以组成升压、降压、电压反转DC/DC变换器。该系列变换器的电压输入范围为3～40V，输出电压可以调整，输出开关电流可达1.5A；工作频率可达100kHz，内部参考电压精度为2％。本系列电路还有电流限制功能，以下是MC34063A的几种使用方法。MC34063A组成的升压式DC／DC变换器

电路的输入电压为+12V，输出电压为+28V，输出电流可达175mA。电路中的电阻Rsc为检测电流，由它产生的信号控制芯片内部的振荡器，可达到限制电流的目的。输出电压经R1、R2组成的分压器输入比较器的反相端，以保证输出电压的稳定性。本电路的效率可达89．2％。如果需要，本电路在加入扩流管后输出电流可达1.5A以上。电路的输入电压为25V，输出电压为5V／500mA。电路将1、8脚连接起来组成达林顿驱动电路，如果外接扩流管，则可把输出电流增加到1.5A。当电路中的电阻Rsc选择0.1Ω时，其限制电流为1.1A。本电路的效率为82。5％。

MC34063A组成的降压式DC／DC变换器电路MC34063A组成的电压反转式DC／DC变换器输入电压为4.5～6.0V，输出电压为-12V／100mA。此电路的限制电流为910mA。外接扩流管可将输出电流增加到1.5A以上。电路效率为64.5％。它的输出电压决定于：

1.25为芯片内部产生的参考电压。通过计算，选取适当的R1和R2值，就可得到不同的电压输出范围。精密稳压电源电路

利用三端稳压器MC7805，配合可编程精密电压基准TL431,可以组成简单的精密稳压可调压电路。这个电路的输出电压可以用下式计算：UO=（1+R1/R2）×2.5V。最小输出电压2.5V，最大输出电压40V。从电路输出电压表达式可以看到：当电路中可调电阻R1为零时，即TL431的参考端与阴极相接时，输出电压为2.495V。DC-DC电源电压

利用单位增益缓冲器BUF634，可以组成+24V变成±12V的对称电源。由于BUF634的供电范围为±2.25V～±18V，故该电路可将+4.5～+36V电源电压转换为上述电压。两个10KΩ电阻要精密匹配。在正负负载不对称时，在输入电压过高的应用中，正负输出电流之差不应超过250mA。受控稳压电源

集成稳压器外接各种形式的开关电路可构成各种类型的受控稳压电源。图所示为LM117和模拟开关CC4051构成的程控电源。设LM117的基准电压Vr=1.25V,CC4051的导通电阻为400Ω，关断电阻为无穷大，其它元件参数如图所示，因而三位并行数字码取不同值时，电源可输出2V、5V、12V、15V、18V、24V、30V等8种电压值。LCD显示器用负压电源介绍一种用MAX749来产生LCD负电压的方法。MAX749是美国MAXIM公司生产的数字调节LCD负偏压发生器，仅需2V～6V的输入，就可以输出－100V甚至更低，且可进行数字调节或电位计调节。运算放大器电路

1.常用运算放大器类型运算放大器一般可分为通用型、精密型、低噪声型、高速型、低电压低功率型、单电源型等几种。本节以美国TI公司的产品为例，说明其各类的主要特点。

(1)通用型运算放大器通用型运算放大器的参数是按工业上的普通用途设定的，各方面性能都较差或中等，价格低廉，其典型代表是工业标准产品μA741、LM358、OP07、LM324、LF412等。

(2)精密型运算放大器要求运算放大器有很好的精确度，特别是对输入失调电压UIO、输入偏置电流IIB、温度漂移系数、共模抑制比KCMR等参数有严格要求。如UIO不大于lmV，高精密型运算放大器的UIO只有几十微伏，常用于需要精确测量的场合。其典型产品有TLC4501／TLC4502、TLE2027／TLE2037、TLE2022、TLC2201、TLC2254等。

(3)低噪声型运算放大器也属于精密型运算放大器，要求器件产生的噪声低，即等效输入噪声电压密度σVn≤15nV／，另外需要考虑电流噪声密度，它跟输入偏流有关。双极型运算放大器通常具有较低的电压噪声，但电流噪声较大，而CMOS运算放大器的电压噪声较大，但电流噪声很小。低噪声型运算放大器的产品有TlE2027／TLE2037、TLE2227／TLE2237、TlC2201、TLV2362／TLV2262等。(4)高速型运算放大器要求运算放大器的运行速度快，即增益带宽乘积大、转换速率快，通常用于处理频带宽、变化速度快的信号。双极型运算放大器的输入级是JFET的运算放大器，通常具有较高的运行速度。典型产品有TlE2037／TLE2237、TLV2362、TLE2141／TLE2142／TLE2144、TLE2071、TLE2072／TLE2074、TLC4501等。(5)低电压、低功率型运算放大器用于低电压供电，如3V电源电压运行的系统或电池供电的系统。要求器件耗电小(500μA)，能低电压运行(3V)，最好具有轨对轨（railtorail）性能，可扩大动态范围。主要产品有TLV2211、TLV2262、TLV2264、TLE2021、TLC2254、TLV2442、TLV2341等。(6)单电源型运算放大器单电源运算放大器要求用单个电源电压(典型电压为5V)供电，其输入端和输出端的电压可低达0V。多数单电源型运算放大器是用CMOS技术制造的。单电源型运算放大器也可用于对称电源供电的电路，只要总电压不超过允许范围即可。另外，有些单电源型运算放大器的输出级不是推挽电路结构，当信号跨越电源中点电压时会产生交越失真。运算放大器的基本参数表示运算放大器性能的参数有：单/双电源工作电压、电源电流、输入失调电压、输入失调电流、输入电阻、转换速率、差模输入电阻、失调电流温漂、输入偏置电流、偏置电流温漂、差模电压增益、共模电压增益、单位增益带宽、电源电压抑制、差模输入电压范围、共模输入电压范围、输入噪声电压、输入噪声电流、失调电压温漂、建立时间、长时间漂移等。不同的运算放大器参数差别很大，使用运算放大器前需要对参数进行仔细的分析。运算放大器选用时注意事项

（1）若无特殊要求，应尽量选用通用型运放。当一个电路中有多个运放时，建议选用双运放（如LM358）或四运放（如LM324等）。（2）应正确认识、对待各种参数，不要盲目片面追求指标的先进，例如场效应管输入级的运放，其输入阻抗虽高，但失调电压也较大，低功耗运放的转换速率必然也较低；各种参数指标是在一定的测试条件下测出的，如果使用条件和测试条件不一致，则指标的数值也将会有差异。（3）当用运放作弱信号放大时，应特别致意选用失调以及噪声系数均很小的运放，如ICL7650。同时应保持运放同相端与反相端对地的等效直流电阻等。此外，在高输入阻抗及低失调、低漂移的高精度运放的印刷底板布线方案中，其输入端应加保护环。（4）当运放用于直流放大时，必须妥善进行调零。有调零端的运放应按标准推荐的调零电路进行调零；若没有调零端的运放，则可参考图3.2.1进行调零。（5）为了消除运放的高频自激，应参照推荐参数在规定的消振引脚之间接入适当电容消振，同时应尽量避免两级以上放大级级连，以减小消振困难。为了消除电源内阻引起的寄生振荡，可在运放电源端对地就近接去耦电容，考虑到去耦电解电容的电感效应，常常在其两端在并联一个容量为0.01~0.1µF的瓷片电容。一.反相比例运算电路虚地点电压并联负反馈为保证集成运放输入级差分放大电路的对称性，令：1。基本电路缺点？基本运放应用电路实际应用时还应注意以下几点：

（1）本电路的电压放大倍数不宜过大。通常Rf宜小于1MΩ，因Rf过大会影响阻值的精度；R1不宜过小，R1过小将要从信号源或前级吸取较大的电流。（2）作为闭环负反馈工作的放大器，其小信号上限工作频率fH受运放增益带宽积GWB=Avd∙fH的限制。以µA741为例，其开环差模电压放大倍数Aud=105倍，开环fH=10Hz，故运放的单位增益上限频率fT=1MHz，即作为电压跟随器或反相器工作时的最高工作频率为1MHz。若用µA741设计Auf为20dB即便10倍的放大电路，则电路允许的上限频率为100kHz。（3）如果运放工作于大信号输入状态，则此时电路的最大不失真输入幅度Vim及信号频率将受运放转换速率SR的制约。仍以µA741为例，其SR=0.5V/µs,若输入信号的最高频率为100kHz，则其不失真最大输入电压Vim<=(SR)/(2fmax)=0.5106/2105=0.8V。同相比例运算电路R‘=Rf//R电压串联负反馈优点：输入电阻高缺点：存在共模输入电压uP=uN=ui分析：（虚短）（虚断）变化一下电压跟随器特点：输入电阻大，输出电阻小、电压放大倍数近似1。在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。加减运算电路输出电压与同相输入端信号电压相同,与反相输入端信号电压相反.因而如果多个信号同时作用于两个输入端时,可以实现加减运算.?差动放大电路

其输出电压为：Vo=(Rf/R1)∙V1+(1+Rf/R1)·(1+R3/(R2+R3))·V2三运放构成的精密放大器应用：仪表用放大器测量放大器又称数据放大器、仪表放大器。其主要特点是：输入阻抗高、输出阻抗低，失调及零漂很小，放大倍数精度可调，具有差动输入、单端输出，共模抑制比很高。适用于大的共模电压背景下对缓变微弱的差值信号进行放大，常用于热电偶、应变电桥、生物信号等的放大。市场上测量放大器品种繁多，有通用型如INAll0、INAll4／115、INAl31等；有高精度型如AD522、AD524、AD624等；有低噪声低功耗型如INAl02、INAl03等及可编程型如AD526。下面介绍高精度型单片集成测量放大器AD522。数字式温度计电路电压比较器驱动电压表，实现数字化显示积分运算电路应用:调节环节、波形的产生和变换、仪器仪表应用举例：输入方波，输出是三角波。tui0tuo0积分运算电路在不同输入情况下的波形微分运算电路微分运算电路作用：三角波方波方波尖脉冲正弦波正弦波移相－90实用微分运算电路PID调节器称为比例积分微分调节器信号产生电路

在各种电子设计制作过程中，需要产生各种波形，如矩形波，正弦波，三角波，单脉冲波等。产生的方法主要利用运算放大器或专用模拟集成电路，配以少量的外接元件可以构成各种类型的信号发生器。信号发生器又可分为正弦波发生器（又称为张弛振荡器）和非正弦波发生器两大类。由模拟集成电路构成的正弦波发生器，其工作频率多是1MHz以下，其电路通常由工作于线性状态的运算放大器和外接移相选频网络构成。选用不同的移相选频网络便构成不同类型的正弦波发生器。非正弦波发生器通常由运放构成的滞回比较器（又称施密特触发器）和有源或无源积分电路构成。不同形式的积分电路便构成各种不同类型的非正弦波发生器，如方波发生器、三角波发生器、锯齿波发生器、单稳态及双稳态触发脉冲发生器及阶梯波发生器等。此外，用模拟集成电路构成的信号发生器均需附设非线性稳幅或限幅电路，以确保信号发生器产生信号的频率及幅度的高稳定度。下面以具体电路举例简要说明。分立模拟电路构成矩形波产生电路

由运算放大器组成的矩形波产生电路如电路图，图中参数R1，R2，R3可根据具体应用情况调整，而振荡频率取决于R，C的大小。频率计算公式为图由与非门组成的矩形波产生电路图中7400构成高频振荡器，其频率决定于RPC，最后一个7400用作隔离级。图中的输出信号频率决定于晶振的频率，其中电阻用来用作运算放大器输出级集电极开路的负载。晶振和运放组成的矩形波产生电路555电路组成的矩形波产生电路P、B间的电阻记为RBP，则充电时间为0.693RAPC1，放电时间为0.693RBPC1，占空比D和频率f为：

A、P间的电阻为正弦波产生电路自激式的等效电感振荡器振荡频率。

三角波产生电路是用于幅度调节，用于控制的充电电流，进行频率的调节。是一个积分器；是一个门限检测器；图示电路中R1/R2决定三角波输出幅度，振荡频率为由运放组成的三角波和方波发生器多种信号发生电路单片集成电路函数发生器IC8038

工作频率为几Hz至几百千Hz之间，它可以同时输出方波、三角波、正弦波等信号。调节频率范围，其范围值为20Hz—20KHz信号处理电路

信号处理电路主要利用集成运算放大器或专用模拟集成电路，配以少量的外接元件可以构成各种功能的处理电路。主要功能有信号放大、信号滤波、阻抗匹配、电平变换、非线性补偿、电流/电压转换、电压/频率转换等。有源滤波电路

滤波电路的作用实质上是“选频”，即允许某一部分频率的信号顺利通过，而使另一部分的频率的信号被急剧衰减（即被滤掉）。在无线电通讯，自动测量及控制系统中，常常利用滤波电路进行模拟信号的处理，如用于数据传送，抑制干扰等。滤波电路的种类很多，这里主要介绍集成运算放大器和RC网络组成的有源滤波电路。根据其工作信号的频率范围，滤波器可以分为四大类，它们是低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）和带阻滤波器（BEF）。由运放组成的有源低通滤波器截止频率为由运放组成的多功能有源滤波电路电路能提供低通、带通、高通三种滤波特性。当信号从反相端输入时，高通、低通输出端信号的截止频率均为，当信号从同相端输入时，带通中心频率为：，。

电压/频率、频率/电压变换电路电压—频率变换电路（VFC）能把输入信号电压变换成相应的频率信号，既它的输出信号频率与输入信号的电压值成正比例，故又称之为电压振荡器（VCO）。VFC广泛的应用于调频、调相、模/数变换（A/D）、数字电压表、数据测量仪器及远距离遥测遥控设备中。由通用模拟集成电路组成的VFC电路，尤其是专用模拟集成V/F转换器，其性能稳定、灵敏度高、非线性误差小。VFC电路通常主要由积分器、电压比较器、自动复位开关电路等三部分组成。各种类型VFC电路的主要区别在于复位方法及复位时间不同而已。模拟集成V/F、F/V转换器，具有精度高、线性度高，温度系数低、功耗低、动态范围宽等一系列优点，目前已广泛地应用与数据采集，自动控制和数字化及智能化测量仪器中。集成V/F、F/V转换器大多采用恒流源复位型VFC电路作基本电路。电压-频率转换器电路电路采用多谐振荡器CA3130，产生恒定幅度和宽度的脉冲。输出电压经积分电路（R3、C2）加到比较器的同相输入端，比较器输出经R4、D4反馈至A1的反相输入端。输入电压范围在0~10V输出频率在0~10KHz，转换灵敏度为1KHz/1V用比较器组成的压控振荡器电路为利用比较器SF339（或LM339）组成压控振荡器。电路由三个部分组成，A比较器构成积分器，控制电压UC对电容充电；B比较器接成施密特触发器，实现三角波到方波的转换；C比较器接为控制开关，控制电容器的放电。频率-电压转换器施密特反相器CC40106的USS端接至运放的“虚地”端。输入为低电平时，反相器输出为高电平对C1充电；输入为高电平时，C1放电。在一个周期内平均放电电流为I=Q/T=UDDC1f，输出电压UO=-IR=-UDDRC1f，电容C2、C3有抑制开关尖峰，起平滑滤波的作用。电流-电压变换电路将微小电流转换成电压的变换器，图中的参数可以将5pA的电流变换成5V电压输出。若将图中的有关电阻减小则可以将毫安级的电流变换成几伏级电压。声音报警电路

声音报警电路通常可以有两种方法实现一是采用单片机或可编程逻辑器件完成二是采用分立元件实现。分立元件制作的声音报警电路LM555电路构成的高频多谐振荡器由启动信号启动后，使LM555的第4脚为高电平，可以产生音频信号，Q2则用作音频放大器和扬声器的驱动；实际应用时，也可以将扬声器的电容隔离后接在第3脚的电阻上。或非门CD4001A和B构成低频振荡器在启动信号（低电平有效）触发下，使或非门A的一个输入端为逻辑“0”，振荡器从而被激发，它产生的低频（约10Hz）方波对高频振荡器（由C、D门组成）进行门控制，产生大约1KHz的信号。调整低频信号的频率，调整可以改变音调。与单片机接口的声音报警电路与可编程逻辑器件接口的声音报警电路与程序通过FPGA进行预分频产生两种声音的频率每隔0.5秒交替输出一个高电平，编辑程序模块实现声音报警功能，按下button键后产生报警信号通过alarm输出到上图所示的报警电路可以得到蜂鸣报警声。传感器及其应用电路

1.传感器定义传感器是能感受（或响应）规定的被测物理量，并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子电路所组成。2.传感器分类（1）按传感器的机理及转换形式分类有结构型、物性型、数字（频率）型、量子型、信息型和智能型。（2）按敏感材料分类有半导体型（如元素硅或Ⅲ—V族、Ⅱ—VI族化合物）、功能陶瓷型（如电子型半导体瓷、压电瓷）、功能高聚物型（如各种高分子有机半导体、压电体）等。（3）按测量对象参数分类有光传感器、湿度传感器、温度传感器、磁传感器、压力（压强）感器、振动传咸器、超声波传感器等。（4）按应用领域分类有机器人传感器、医用（生物）感器、环保传感器、各种过程和检测传感器等。霍尔传感器

基本原理霍尔传感器是利用半导体的磁电效应中的霍尔效应，将被测量转换成霍尔电势。霍尔效应：将一载流体置于磁场中静止不动，若此载流体中的电流方向与磁场方向不相同时，则在此载流体中平行于由电流方向和磁场方向所组成的平面上将产生电势，此电势称为霍尔电势，此现象称为霍尔效应。温度传感器

1.分类 温度传感器的数量在各种传感器中占据首位。其中将温度转换为电阻变化的称为热电阻和热敏电阻传感器；将温度转换成电势变化的称为热电偶传感器。2.热电偶温度传感器基本原理热电偶传感器能将温度变化量转换为热电势，理论是建立在热电效应基础上。热电效应：将两种不同材料的导体组成一个闭合回路，如果两个结点的温度不同，则回路中将产生一定的电流（电势），其大小与材料性质及结点温度有关，这种物理现象即为热电效应。金属传感器光电传感器超声波传感器功率驱动电路

直流电机驱动接口电路直流电动机驱动电路主要用来控制直流电动机的转动方向和转动速度。改变直流电动机两端的电压可以控制电动机的转动方向。控制直流电动机的转速，有不同的方案。竞赛中对玩具电机控制，可以采用由小功率三极管8050和8550组成的H型PWM电路。直流电动机PWM驱动电