描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787121294976
内容简介
本书是全国大学生电子设计竞赛培训教程第1分册，是针对全国大学生电子设计竞赛的特点和需求编写的。全书共7章，内容包括绪论、电子设计竞赛制作基础训练、基本单元电路的设计与制作、单片机系统的设计与制作、可编程逻辑器件系统的设计与制作、电子设计竞赛作品设计与制作的方法和步骤、全国大学生电子设计竞赛综合测评。本书内容丰富实用，叙述条理清楚、工程性强，可作为高等学校电子信息、自动化类、电气类、计算机类专业的大学生参加全国及省级电子设计竞赛、课程设计与制作、毕业设计的参考书，以及电子工程各类技术人员的参考书。
目 录
第1章 绪论 1
1.1 全国大学生电子设计竞赛的目的和意义 1
1.2 竞赛的命题原则与要求 1
1.3 竞赛题涉及的知识面与知识点 3
1.4 出题趋势 4
第2章 电子设计竞赛制作基础训练 5
2.1 常用电子电路元器件的识别与主要性能参数 5
2.1.1 电阻器的简单识别与型号命名法 5
2.1.2 电容器的简单识别与型号命名法 10
2.1.3 电感器的简单识别与型号命名法 15
2.1.4 半导体器件的简单识别与型号命名法 16
2.1.5 半导体集成电路型号命名法 22
2.2 装配工具及使用方法 25
2.2.1 装配工具 25
2.2.2 焊接材料 26
2.2.3 焊接工艺和方法 27
2.3 印制电路板的设计与制作 31
2.3.1 印制电路板设计 31
2.3.2 电路板简介 32
2.3.3 使用Create-SEM高精度电路板制作仪制板 34
第3章 基本单元电路的设计与制作 40
3.1 集成直流稳压电源 40
3.1.1 直流稳压电源的基本原理 40
3.1.2 三端固定式正压稳压器 41
3.1.3 三端固定式负压稳压器 42
3.1.4 三端可调式稳压器 42
3.1.5 正、负输出稳压电源 43
3.1.6 斩波调压电源电路 44
3.2 运算放大器电路 46
3.2.1 运算放大器的基本特性 46
3.2.2 基本运算放大器应用电路 48
3.2.3 测量放大电路 50
3.3 信号产生电路 52
3.3.1 分立模拟电路构成矩形波产生电路 52
3.3.2 正弦波产生电路 53
3.3.3 三角波产生电路 54
3.3.4 多种信号产生电路 54
3.4 信号处理电路 55
3.4.1 有源滤波电路 55
3.4.2 电压-频率、频率-电压变换电路 56
3.4.3 电流-电压变换电路 58
3.5 声音报警电路 58
3.5.1 采用分立元件制作的声音报警电路 58
3.5.2 与单片机接口的声音报警电路与程序 59
3.5.3 与可编程逻辑器件接口的声音报警电路和程序 60
3.6 传感器及其应用电路 61
3.6.1 传感器种类介绍 61
3.6.2 霍尔传感器与应用电路 61
3.6.3 金属传感器与应用电路 63
3.6.4 温度传感器与应用电路 65
3.6.5 光电传感器与应用电路 70
3.6.6 超声波传感器与应用电路 72
第4章 单片机系统的设计与制作 78
4.1 单片机系统的设计与制作 78
4.1.1 单片机系统硬件设计 78
4.1.2 单片机系统时钟电路和复位电路简介 79
4.2 人机接口技术 83
4.2.1 A/D采样键盘电路及其程序设计 83
4.2.2 矩阵式4×4键盘电路及其程序设计 85
4.2.3 专用按键显示芯片电路及其程序设计 87
4.2.4 汉字液晶接口电路及程序设计 95
4.3 模数、数模转换电路及其程序设计 105
4.3.1 STC12C5A60S2单片机内部的10位ADC简介及其程序设计 105
4.3.2 串行模数转换电路及其程序设计 108
4.3.3 串行数模转换电路及其程序设计 110
4.4 片外存储器扩展 114
4.4.1 片外静态RAM扩展电路及其程序设计 114
4.4.2 单片机STC12C5A60S2内部E2PROM程序设计 116
4.4.3 片外串行E2PROM扩展电路及程序设计 120
4.5 单片机系统与FPGA接口电路及其程序设计 129
4.6 单片机系统故障分析与处理 132
第5章 可编程逻辑器件系统的设计与制作 134
5.1 FPGA的发展与基本概念 134
5.1.1 FPGA发展简史 134
5.1.2 FPGA的基础概念 136
5.1.3 FPGA与嵌入式系统 138
5.2 FPGA开发系统结构 140
5.2.1 基于FPGA开发的优势 140
5.2.2 FPGA最小系统的核心电路 140
5.2.3 FPGA最小系统的外围扩展电路 142
5.2.4 FPGA调试及下载电路 142
5.3 Verilog HDL基础 143
5.3.1 硬件描述语言概述 143
5.3.2 Verilog HDL基本语法 143
5.3.3 组合逻辑电路的HDL建模 147
5.3.4 锁存器与触发器的HDL建模 152
5.3.5 时序逻辑电路的HDL建模 156
5.3.6 复杂有限状态机的HDL建模 158
5.4 基于Vivado的FPGA开发 160
5.4.1 Vivado简介 160
5.4.2 使用Vivado构建一个最简单的“3-8译码器” 160
5.4.3 使用Vivado驱动动态数码管扫描 169
5.4.4 使用Vivado构建复杂有限状态机 171
5.4.5 使用Vivado烧录FPGA的配置Flash 175
第6章 电子设计竞赛作品设计与制作的方法和步骤 178
6.1 电子设计竞赛作品设计与制作的步骤 178
6.1.1 现代电子系统的设计方法 178
6.1.2 EDA技术 180
6.2 电子设计竞赛作品的设计与制作方法 182
6.2.1 题目选择 182
6.2.2 题目分析 183
6.2.3 系统方案论证 184
6.2.4 电子设计竞赛作品设计与制作的全过程 185
6.2.5 子系统的设计与制作步骤 185
6.2.6 仿真模拟 188
6.2.7 PCB绘图及制板 189
6.2.8 装配、调试与测试 190
6.2.9 电子设计竞赛总结报告写作 190
第7章 全国大学生电子设计竞赛综合测评 192
7.1 2011年全国大学生电子设计竞赛综合测评
—集成运算放大器的应用 192
7.1.1 任务与要求 192
7.1.2 LM324集成运算放大器简介 193
7.1.3 单元电路设计 193
7.2 2013年全国大学生电子设计竞赛综合测评
—波形生成器 196
7.2.1 任务与要求 196
7.2.2 555集成芯片介绍 197
7.2.3 单元电路设计 198
7.3 2015年全国大学生电子设计竞赛综合测评
—多种波形产生电路 201
7.3.1 任务与要求 201
7.3.2 74LS74集成芯片介绍 202
7.3.3 单元电路设计 203
7.4 2017年全国大学生电子设计竞赛综合测评
—复合信号生成器 206
7.4.1 任务与要求 206
7.4.2 READ2302G集成芯片介绍 207
7.4.3 单元电路设计 208
参考文献 211
1.1 全国大学生电子设计竞赛的目的和意义 1
1.2 竞赛的命题原则与要求 1
1.3 竞赛题涉及的知识面与知识点 3
1.4 出题趋势 4
第2章 电子设计竞赛制作基础训练 5
2.1 常用电子电路元器件的识别与主要性能参数 5
2.1.1 电阻器的简单识别与型号命名法 5
2.1.2 电容器的简单识别与型号命名法 10
2.1.3 电感器的简单识别与型号命名法 15
2.1.4 半导体器件的简单识别与型号命名法 16
2.1.5 半导体集成电路型号命名法 22
2.2 装配工具及使用方法 25
2.2.1 装配工具 25
2.2.2 焊接材料 26
2.2.3 焊接工艺和方法 27
2.3 印制电路板的设计与制作 31
2.3.1 印制电路板设计 31
2.3.2 电路板简介 32
2.3.3 使用Create-SEM高精度电路板制作仪制板 34
第3章 基本单元电路的设计与制作 40
3.1 集成直流稳压电源 40
3.1.1 直流稳压电源的基本原理 40
3.1.2 三端固定式正压稳压器 41
3.1.3 三端固定式负压稳压器 42
3.1.4 三端可调式稳压器 42
3.1.5 正、负输出稳压电源 43
3.1.6 斩波调压电源电路 44
3.2 运算放大器电路 46
3.2.1 运算放大器的基本特性 46
3.2.2 基本运算放大器应用电路 48
3.2.3 测量放大电路 50
3.3 信号产生电路 52
3.3.1 分立模拟电路构成矩形波产生电路 52
3.3.2 正弦波产生电路 53
3.3.3 三角波产生电路 54
3.3.4 多种信号产生电路 54
3.4 信号处理电路 55
3.4.1 有源滤波电路 55
3.4.2 电压-频率、频率-电压变换电路 56
3.4.3 电流-电压变换电路 58
3.5 声音报警电路 58
3.5.1 采用分立元件制作的声音报警电路 58
3.5.2 与单片机接口的声音报警电路与程序 59
3.5.3 与可编程逻辑器件接口的声音报警电路和程序 60
3.6 传感器及其应用电路 61
3.6.1 传感器种类介绍 61
3.6.2 霍尔传感器与应用电路 61
3.6.3 金属传感器与应用电路 63
3.6.4 温度传感器与应用电路 65
3.6.5 光电传感器与应用电路 70
3.6.6 超声波传感器与应用电路 72
第4章 单片机系统的设计与制作 78
4.1 单片机系统的设计与制作 78
4.1.1 单片机系统硬件设计 78
4.1.2 单片机系统时钟电路和复位电路简介 79
4.2 人机接口技术 83
4.2.1 A/D采样键盘电路及其程序设计 83
4.2.2 矩阵式4×4键盘电路及其程序设计 85
4.2.3 专用按键显示芯片电路及其程序设计 87
4.2.4 汉字液晶接口电路及程序设计 95
4.3 模数、数模转换电路及其程序设计 105
4.3.1 STC12C5A60S2单片机内部的10位ADC简介及其程序设计 105
4.3.2 串行模数转换电路及其程序设计 108
4.3.3 串行数模转换电路及其程序设计 110
4.4 片外存储器扩展 114
4.4.1 片外静态RAM扩展电路及其程序设计 114
4.4.2 单片机STC12C5A60S2内部E2PROM程序设计 116
4.4.3 片外串行E2PROM扩展电路及程序设计 120
4.5 单片机系统与FPGA接口电路及其程序设计 129
4.6 单片机系统故障分析与处理 132
第5章 可编程逻辑器件系统的设计与制作 134
5.1 FPGA的发展与基本概念 134
5.1.1 FPGA发展简史 134
5.1.2 FPGA的基础概念 136
5.1.3 FPGA与嵌入式系统 138
5.2 FPGA开发系统结构 140
5.2.1 基于FPGA开发的优势 140
5.2.2 FPGA最小系统的核心电路 140
5.2.3 FPGA最小系统的外围扩展电路 142
5.2.4 FPGA调试及下载电路 142
5.3 Verilog HDL基础 143
5.3.1 硬件描述语言概述 143
5.3.2 Verilog HDL基本语法 143
5.3.3 组合逻辑电路的HDL建模 147
5.3.4 锁存器与触发器的HDL建模 152
5.3.5 时序逻辑电路的HDL建模 156
5.3.6 复杂有限状态机的HDL建模 158
5.4 基于Vivado的FPGA开发 160
5.4.1 Vivado简介 160
5.4.2 使用Vivado构建一个最简单的“3-8译码器” 160
5.4.3 使用Vivado驱动动态数码管扫描 169
5.4.4 使用Vivado构建复杂有限状态机 171
5.4.5 使用Vivado烧录FPGA的配置Flash 175
第6章 电子设计竞赛作品设计与制作的方法和步骤 178
6.1 电子设计竞赛作品设计与制作的步骤 178
6.1.1 现代电子系统的设计方法 178
6.1.2 EDA技术 180
6.2 电子设计竞赛作品的设计与制作方法 182
6.2.1 题目选择 182
6.2.2 题目分析 183
6.2.3 系统方案论证 184
6.2.4 电子设计竞赛作品设计与制作的全过程 185
6.2.5 子系统的设计与制作步骤 185
6.2.6 仿真模拟 188
6.2.7 PCB绘图及制板 189
6.2.8 装配、调试与测试 190
6.2.9 电子设计竞赛总结报告写作 190
第7章 全国大学生电子设计竞赛综合测评 192
7.1 2011年全国大学生电子设计竞赛综合测评
—集成运算放大器的应用 192
7.1.1 任务与要求 192
7.1.2 LM324集成运算放大器简介 193
7.1.3 单元电路设计 193
7.2 2013年全国大学生电子设计竞赛综合测评
—波形生成器 196
7.2.1 任务与要求 196
7.2.2 555集成芯片介绍 197
7.2.3 单元电路设计 198
7.3 2015年全国大学生电子设计竞赛综合测评
—多种波形产生电路 201
7.3.1 任务与要求 201
7.3.2 74LS74集成芯片介绍 202
7.3.3 单元电路设计 203
7.4 2017年全国大学生电子设计竞赛综合测评
—复合信号生成器 206
7.4.1 任务与要求 206
7.4.2 READ2302G集成芯片介绍 207
7.4.3 单元电路设计 208
参考文献 211
前 言
全国大学生电子设计竞赛是由教育部高等教育司、工业和信息化部人事教育司共同主办的，面向全国高等学校本科、专科学生的一项群众性科技活动，目的在于推动普通高等学校在教学中培养大学生的创新意识、协作精神和理论联系实际的能力，加强学生工程实践能力的训练和培养；鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，把主要精力吸引到学习和能力培养上来，促进高等学校形成良好的学习风气；同时，也为优秀人才脱颖而出创造条件。
全国大学生电子设计竞赛自1994年至今已成功举办13届，深受全国大学生的欢迎和喜爱，参赛学校、参赛队和参赛学生的数量逐年增加。对参赛学生而言，电子设计竞赛和赛前系列培训，使他们获得了电子综合设计能力，巩固了所学知识，培养了他们用所学理论指导实践，团结一致，协同作战的综合素质；通过参加竞赛，参赛学生可以发现学习过程中的不足，找到努力的方向，为毕业后从事专业技术工作打下更好的基础，为将来就业做好准备。对指导老师而言，电子设计竞赛是新、奇、特设计思路的充分展示，更是各高等学校之间电子技术教学、科研水平的检验，通过参加竞赛，可以找到教学中的不足之处。对各高等学校而言，全国大学生电子设计竞赛现已成为学校评估不可缺少的项目之一，这种全国大赛是提高学校整体教学水平、改进教学的一种好方法。
全国大学生电子设计竞赛只在单数年份举办。然而，近年来，许多地区、省、市在双数年份也单独举办地区性或省内电子设计竞赛，许多学校甚至每年举办多次电子设计竞赛，目的在于通过这类电子设计大赛，让更多的学生受益。
全国大学生电子设计竞赛组委会为组织好这项赛事，于2005年编写了《全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2005）》。我们在组委会的支持下，从2007年开始至今，编写了“全国大学生电子设计竞赛培训教程”（共14册），深受参赛学生和指导教师的欢迎与喜爱。
据不完全统计，培训教程出版发行后，已被数百所高校采用为全国大学生电子设计竞赛及各类电子设计竞赛培训的主要教材或参考教材。读者纷纷来信、来电表示，这套教材写得很成功、很实用，同时也提出了许多宝贵的意见。因此，从2017年开始，我们对培训教程进行了整编。新编写的5本培训教程包括《基本技能训练与综合测评》《模拟电子线路与电源设计》《数字系统与自动控制系统设计》《高频电子线路与通信系统设计》《电子仪器仪表与测量系统设计》。
《基本技能训练与综合测评》是新编培训教程的第1分册，是在前几版的基础上撰写而成的，删除了一些陈旧的内容，新增了基本单元电路设计和历届综合测评的内容。全书共7章，内容包括绪论、电子设计竞赛制作基础训练、基本单元电路的设计与制作、单片机系统的设计与制作、可编程逻辑器件系统的设计与制作、电子设计竞赛作品设计与制作的方法和步骤、全国大学生电子设计竞赛综合测评。
本书由高吉祥、苏钢担任主编，王彦担任副主编；黄国玉、冯璐、曾玫贞、王明华、邓蓉、张涛等人参加了部分章节的编写；西安电子科技大学傅丰林教授在百忙之中对本书进行了主审；长沙学院电子信息与电气工程学院院长刘光灿教授为本书的立项和组织做了大量工作；北京理工大学罗伟雄教授、武汉大学赵茂泰教授等为本书的编写出谋划策，对本书的修订提出了宝贵意见，在此表示衷心的感谢。
由于时间仓促，本书难免存在疏漏和不足之处，欢迎广大读者和同行批评指正。
全国大学生电子设计竞赛自1994年至今已成功举办13届，深受全国大学生的欢迎和喜爱，参赛学校、参赛队和参赛学生的数量逐年增加。对参赛学生而言，电子设计竞赛和赛前系列培训，使他们获得了电子综合设计能力，巩固了所学知识，培养了他们用所学理论指导实践，团结一致，协同作战的综合素质；通过参加竞赛，参赛学生可以发现学习过程中的不足，找到努力的方向，为毕业后从事专业技术工作打下更好的基础，为将来就业做好准备。对指导老师而言，电子设计竞赛是新、奇、特设计思路的充分展示，更是各高等学校之间电子技术教学、科研水平的检验，通过参加竞赛，可以找到教学中的不足之处。对各高等学校而言，全国大学生电子设计竞赛现已成为学校评估不可缺少的项目之一，这种全国大赛是提高学校整体教学水平、改进教学的一种好方法。
全国大学生电子设计竞赛只在单数年份举办。然而，近年来，许多地区、省、市在双数年份也单独举办地区性或省内电子设计竞赛，许多学校甚至每年举办多次电子设计竞赛，目的在于通过这类电子设计大赛，让更多的学生受益。
全国大学生电子设计竞赛组委会为组织好这项赛事，于2005年编写了《全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2005）》。我们在组委会的支持下，从2007年开始至今，编写了“全国大学生电子设计竞赛培训教程”（共14册），深受参赛学生和指导教师的欢迎与喜爱。
据不完全统计，培训教程出版发行后，已被数百所高校采用为全国大学生电子设计竞赛及各类电子设计竞赛培训的主要教材或参考教材。读者纷纷来信、来电表示，这套教材写得很成功、很实用，同时也提出了许多宝贵的意见。因此，从2017年开始，我们对培训教程进行了整编。新编写的5本培训教程包括《基本技能训练与综合测评》《模拟电子线路与电源设计》《数字系统与自动控制系统设计》《高频电子线路与通信系统设计》《电子仪器仪表与测量系统设计》。
《基本技能训练与综合测评》是新编培训教程的第1分册，是在前几版的基础上撰写而成的，删除了一些陈旧的内容，新增了基本单元电路设计和历届综合测评的内容。全书共7章，内容包括绪论、电子设计竞赛制作基础训练、基本单元电路的设计与制作、单片机系统的设计与制作、可编程逻辑器件系统的设计与制作、电子设计竞赛作品设计与制作的方法和步骤、全国大学生电子设计竞赛综合测评。
本书由高吉祥、苏钢担任主编，王彦担任副主编；黄国玉、冯璐、曾玫贞、王明华、邓蓉、张涛等人参加了部分章节的编写；西安电子科技大学傅丰林教授在百忙之中对本书进行了主审；长沙学院电子信息与电气工程学院院长刘光灿教授为本书的立项和组织做了大量工作；北京理工大学罗伟雄教授、武汉大学赵茂泰教授等为本书的编写出谋划策，对本书的修订提出了宝贵意见，在此表示衷心的感谢。
由于时间仓促，本书难免存在疏漏和不足之处，欢迎广大读者和同行批评指正。
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