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全国大学生电子设计竞赛“十二五”规划教材 全国大学生电子设计竞赛 常用电路模块制作 黄智伟编著 地京航空航无头爹出社 内容简介 本书是为高等院校电子信息工程、通信工程、自动化和电气控制类专业学生編写的全国大学生电子设计 竟赛常用电路模块制怍训练的培训教材。全书共8章,内容包括:微控制器电路模块制作,微控制器外围电路 模块制作,放大器电路模块制作,传感器电路模块制作,电机控制电路模块制作,信号发生器电路模块制作,电 源电路模块制作,系统设计与制作;所有电路模块都提供电路图和PCB图,以及元器件布局图。 木书的特点是以全国大学生电子设计竞賽中所需要的常用电路模块为基础,以实际电路模块为模板,突 出了电路模块的制作;叙述简洁清晰,工程性强,可以作为高等院校电子信息、通信工程、自动化和电气控制类 等专业学生参加全国大学生电子设计竞赛的培训教材,也可以作为参加各类电子制作、课程设计、毕业设计的 教学参考书,以及电子工程技术人员进行电子电路设计与制作的参考书 图书在版编目(CIP)数据 全国大学生电子设计竞赛常用电路模块制作′黄智 伟编著.-北京:北京航空航天大学出版社,2011.1 ISBN978-7-5124-0336-9 I.①全…Ⅱ.①黄…Ⅲ.①电子电路制作-高等 学校-教学参考资料Ⅳ.①TN710.05 中国版本图书馆CIP数据核字(2011)第011915号 版权所有,侵权必究。 全国大学生电子设计竞赛常用电路模块制作 黄智炜编著 责任编辑李青李冠咏李徐心 北京航空航天大学出版社出版发行 北京市海淀区学院路37号(邮编100191)http://www.buaapress.com.en 发行部电话:(010)82317024传真:(010382328026 读者信箱: ebook@gma.wm邮购电话:(010)82316936 北京时代华都印刷有限公司印装各地书店经销 开本:787×9601/15印张:24.25字数:543千字 2011年1月第1版2011年1月第1次印刷印数:5000册 ISBN978-7-5124-336-9定价:42.00元 序 全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的四大学科竞赛之一,是面向大学生的群众性科 技活动,目的在于促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革,促进高等学校实施素质 教育以及培养大学生的创新能力、协作精神和理论联系实际的学风,促进大学生工程实践素质 的培养,提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力。 全国大学生电子设计竞赛既不是单纯的理论设计竟赛,也不仅仅是实验竞赛,而是在一个 半封闭、相对集中的环境和限定的时间内,由一个参赛队共同设计、制作完成一个有特定工程 背景的作品。作品成功与否是竞赛能否取得好的成绩的关键。竞赛有其内在的规律和特点。 为满足高等院校电子信息工程、通信工程、自动化、电气控制类等专业学生参加全国大学 生电子设计竞赛的需要,我们修订并编写了这套系列丛书:《全国大学生电子设计竞赛系统设 计(第2版)》、《全国大学生电子设计竞赛电路设计(第2版)》、《全国大学生电子设计竞赛技能 训练(第2版)》、《全国大学生电子设计竞赛制作实训(第2版)》、《全国大学生电子设计竞赛常 用电路模块制作》、《全国大学生电子设计竞赛ARM嵌人式系统应用设计与实践》。该系列丛 书从2006年出版以来,已多次印刷,一直是全国高等院校大学生电子设计竟赛训练的首选教 材之一。随着全国大学生电子设计竞赛的深入和发展,近几年来,特别是2007年以来,电子设 计竞赛题目要求的深度、难度都有很大的提高。2009年对竞赛规则与要求也出现了一些变 化,如对“最小系统”的定义、“性价比”与“系统功耗”指标要求等。为适应新形势下全国大学生 电子设计竞赛的要求与特点,对该系列丛书的内容进行了修订与补充。 《全国大学生电子设计竟赛系统设计(第2版)》在详细分析了历届全国大学生电子设计竞 赛题目类型与特点的基础上,通过47个设计实例,系统介绍了电源类、信号源类、高频无线电 类、放大器类、仪器仪表类数据釆集与处理类以及控制类7大类作品的设计要求、系统方案 电路设计、主要芯片、程序设计等内容。通过对这些设计实例进行系统方案分枥、单元电路设 计、集成电路芯片选择,可使学生全面、系统地掌握电子设计竞赛作品系统设计的基本方法,培 养学生系统分析、开发创新的能力。 《全国大学生电子设计竞赛电路设计(第2版)》在详细分析了历届全国大学生电子设计竞 赛题日的设计要求及所涉及电路的基础上,精心挑选了传感器应用电路、信号调理电路、放大 器电路、信号变换电路、射频电路、电机控制电路、测量与显示电路、电源电路、ADC驱动和 DAC输出电路9类共180多个电路设计实例,系统介绍了每个电路设计实例所采用的集成电 路芯片的主要技术性能与特点、芯片封装与引脚功能、内部结构、工作原理和应用电路等内容 序 全通过这些电路设计实例的学习,学生可全面、系统地掌握电路设计的基本方法,培养电路分析、 国设计和制作的能力。出于各公司生产的集成电路芯片类型繁多,限于篇幅,本书仅精选了其中 大很少的部分以“抛砖引玉”。读者可根据电路设计实例举一反三,并利用在参考文献中给出的 生天量的公司网址,查询到更多的电路设计应用资料。 电 《全国大学生电子设计竞赛技能训练(第2版)》从7个方面系统介绍了元器件的种类、特 性、选用原则和需注意的问題;印制电路板设计的基本原则、工具及其制作;元器件、导线.电 没线扎和绝缘套管的安装工艺和焊接工艺;电阻电容电感、品体管等基本元器件的检测,电 计压和电平的测量,信号参数的测量,时间和频率的测量,电路性能参数的测量,噪声和接地对测 竞量的影响;电子产品调试基本方法,故障检测的一般方法,模拟电路的调试与故障检测,数字电 赛 常/路的故障检测,整机的调试与故障检测:设计总结报告写作的基本格式、写作要求与示例赛前 用培训赛的目分析和赛前准备等内容,通过上述内容的学习,学生可全而,系统地紫握在电子 电竞赛作品制作过程中必需的一些基本技能 路 《全国大学生电子设计竟赛制作实训(第2版)》指导学生完成SPCE061A16位单片机、 模AT8952单片机、ADC845单片数据采集等最小系统的制作;系统可编程模拟放大器系统 块」可编程低通滤波器、单通道音频功率放大器、双通道音频功率放大器、语音录放器、语音解说文 彻字显示系统等模拟电路的制作;GA最小系统、彩灯控制器等数字电路的制作射频小信号 作放大器、射频功率放大器、vCO(压控振荡器、PL-VO环路调频发射器调频接收机等高 频电路的制作; DDS AD9852信号发生器、MAX038函数信号发生器等信号发生器的制作;DC DC升压变换器、开关电源、交流固态继电器等电源电路的制作。介绍了电路组成、元器件清 单、元器件清单安装步骤调试方法、性能测试方法等内容,可使学生提高实际制作能力 《全国大学生电子设计竞赛常用电路模块制作》以全国大学生电子设计克赛中所需要的常 用电路模块为基础,介绍了AT89S52、 ATmega128、 ATmega8、C8051F330/1单片机, LM3S615 ARM Cortex-M3微控制器、LPC103ARM7微控制器PACK板的设计与制作; 键盘及LED数码管显示器模块、RS-485总线通信模块、CAN总线通信模块、ADC模块和 DAC模块等外围电路模块的设计与制作;放大器模块、信号调理模块、宽带可控增益直流放大 器模块、音频放大器模块、D类放大器模块、菱形功率放大器模块、宽带功率放大器模块、滤波 器模块的设计与制作;反射式光电传感器模块、超声波发射与接收模块、温湿度传感器模垬、阻 抗测量模埉、音频信号检測模块的设计与制作;直流电机驱动模块、步进电机驱动模块、函数信 号发生器模块、DDS信号发生器模块、压频转换模块的设计与制作;线性稳压电源模块、DC DC电路模块、 boost升压模块,DC/AC/DC升压电源模块的设计与制作;介绍了电路模块在 随动控制系统、基于红外线的目标跟踪与无线测温系统、声音导引系统、单相正弦波逆变电源 无线环境监测模拟装置中的应用。夲书以实用电路模块为模板,叙述简洁清晰,工程性强 使学生提高常用电路模块的制作能力。所有电路模块都提供电路图、PCB图和元器件布局 图 《全国大学生电子设计竞赛ARM嵌入式系统应用设计与实践》以ARM嵌人式系统在全 序 国大学生电子设计竞赛应用所需要的知识点为基础,介绍了LPC24xARM微控制器最小系全 统的设计与制作;键盘及LED数码管显示器电路、汉字图形液晶显示器模块、触模屏模块、国 LPC214×的ADC和DAC,定时器/计数器和脉宽调制器(PWM,直流电机、步进电机和舵机大 驱动电路、光电传感器、超声波传感器、图像识别传感器、色彩传感器电子软盘、倾角传感器、|学 角度传感器、 EPROM24LC256和SK-SDMP3模块、RF905无线收发器电路模块、CAN总 线模块电路与LPC214XARM微控制器的连接应用与编程基于ARM微控制器的随动控制子 系统、音频信号分析仪、信号发生器和声音导引系统的没计要求、总体方案设计、系统各模块方设 案论证与选择理论分析及计算、系统主要单元电路设计和系统软件设计;ADS1.2和MDK计 集成开发环境工程的建立程序的编译、HEX文件的生成以及ISP下载。该书突出了ARM竟 嵌人式系统应用的基木方法;以实例为模板,可使学生提商ARNM散人式系统在电子设计瓷赛|赛 中的应用能力。本书所有实例程序都通过验证,相关程序清单可以在北航出版社网站“下载中 心”下载 电 本系列从书的特点;以全国大学生电子设计竞赛所需要的知识点和技能为基础,内容丰富路 实用叙述简洁清晰,工程性强,突出了设计制作竞赛作品的方法与技巧。“系统设计”、“电路核 设计”、“技能训练”“制作实训”“常用电路模块制作”和“ARM嵌入式系统应用设计与实践”块 这6个主题互为补充,构成一个完整的训练体系 制 《全国大学生电子设计竞赛系统设计(第2版)》通过对历年的竞赛设计实例进行系统方案/1 分析、单元电路设计和集成电路芯片选择,全面、系统地介绍电子设计竞赛作品的基本设计方 法,目的是使学生建立一个“系统概念”在电子设计竞赛中能够尽快提出系统设计方案。 《全国大学生电子设计竞赛电路设计(第2版)》通过对9类共180多个电路设计实例所采 用的集成电路芯片的主要技术性能与特点、芯片封装与引脚功能、内部结构、工作原理和应用 电路等内容进行介绍,目的是使学生全面、系统地掌握电路设计的基本方法,以便在电子设计 竞赛中尽快“找到”和“设计”出适用的电路。 《全国大学生电子设计竞赛ARM嵌入式系统应用设计与实践》以ARM嵌入式系统在全 国大学生电子设计竞赛应用所需要的知识点为基础,以LPC214xARM微控制器最小系统为 核心,以LED、LCD和触摸屏显示电路,ADC和DAC电路,直流电机、步进电机和舵机的驱动 电路,光电、超声波、图像识别、色彩识别、电子罗盘、倾秀传感器、角度传感器,E2PROM,SD 卡,无线收发器模块,CAN总线模块的设计制作与编程实例为模板,目的是使学生能够简单、 快捷地掌握ARM系统,并且能够在电子设计竞赛中熟练应用。 《全国大学生电子设计竞赛技能训练(第2版)》通过对元器件的选用、印制电路板的设计 与制作、元器件和导线的安装和焊接、元器件的检测、电路性能参数的测量、模拟/数字电路和 整机的调试与故障检测、设计总结报告的写作,培训学生全面、系统地掌握在电子竞赛作品制 作过程中必需的一些基本技能。 《全国大学生电子设计竞赛制作训练(第2版)》与《全国大学生电子设计竞赛技能实训(第 2版)》相结合,通过单片机最小系统、FPGA最小系统、模拟电路、数字电路、数字电路、高频电 序 全路、电源电路等30多个制作实例,掌握主要元器件特性、电路结构、印制电路板制作步骤、调 国试方法、性能测试方法等内容,培养学生制作、装配调试与检测等实际动手能力,使其能够顺 大利地完成电了设计竞赛作品的制作。 生 《全国大学生电子设计竞赛常用电路模块制作》指导学生完成电子设计竞赛中常用的微控 电}制器电路模块、微控制器外围电路模块、放大器电路模块传感器电路模块电机控制电路模 于块,信号发生器电路模块和电源电路模块的制作,所制作的模块可以直接在竞赛中使用。 设 本系列丛书可作为电子设计竞赛参赛学生的训练教材,也可作为高等院校电子信息工程、 计通信工程、自动化、电气控制类等专业学生参加各类电子制作、课程设计和毕业设计的教学参 党考书还可作为电子工程技术人员和电子爱好者进行电子电路和电子产品设计与制作的参 赛考书 常 用 作者在本系列丛书的编写过程中,参考了国内外的大量资料,得到了许多专家和学者的大 电力支持,其中,北京理工大学、北京航空航天大学、国防科技大学中南大学,湖南大学南华大 路学等院校的指导老师和电子参赛队员提出了些宝贵意见和建议,并为本系列丛书的编写做 模了大量的工作,在此一并表示衷心的感谢 块制作 由于作者水平有限,本系列丛书的错误和不足之处在所难免,敬请各位读者批评斧正。 黄智伟 2011年1月 于南华大学 4 前言 随着全国大学生电子设计竞赛的深入和发展,电子设计竞赛在题目要求的深度、难度上都 有很大的提高,在竞赛规则中对微控制器选型、电路模坎采用的限制、“最小系统”的定义、“性 价比”与“系统功耗”指标要求等也出现了一些变化。本书是针对新形势下全国大学生电子设 计竞赛的特点和需要,为高等院校电子信息工程、通信工程、自动化和电气控制类专业学生编 写的在电子设计竞赛中常用电路模块制作的培训教材。 本书的特点是以全国大学生电子设计竞赛中所需要的常用电路模块为基础,以实际电路 模块为模板,突出了电路模块的制作,叙述简洁清晰,工程性强,可以培养学生的设计与制作 综合分析与开发创新的能力。本书也可以作为参加各类电子制作、课程设计、毕业设计的教学 参考书,以及电子工程技术人员进行电子电路设计与制作的参考书。 全书共分8章:第1章为微控制器电路模块制作,介绍了AT89S52单片机PACK板,AT megal28单片机PACK板, ATmega8单片机PACK板,C8O51F330/1单片机PACK板, LM3S65 ARM CorterTM-M3微控制器PACK板,LPC2103ARM7微控制器PACK板的设 计与制作;第2章为微控制器外围电路模块制作,介绍了键盘及I.FD数码管显示器模块,RS 485总线通信模块,CAN总线通信模块,基于ADS930的8位30MHz采样速率的ADC模 块,基于MCP3202的12位ADC模块,基于DAC9014位165MSPS的DAC模块,基于 THS566112位100MSPS的DAC模块,基于TLV5618双12位DAC模块的设计与制作;第 3章为放大器电路模块制作,介绍了基于MAX4016+THS3902的放大器模块,基于AD624 的信号调理模块,基于AD603的放大器模块,基于AD8055的放大器模块,基于AD811的放 大器模坎,基于ICL7650/53的放大器模块,宽带可控增益直流放大器模块,基于IM386的音 频放大器模块,基于TEA2025的音颚功率放大器模块、D类放大器模块、菱形功率放大器模 块,基于BUF634宽带功率放大器模块、滤波器模块的设计与制作;第4章为传感器电路模块 制作,介绍了反射式光电传感器模块,超声波发射与接收模块,温湿度传感器模块,基于 AD5933的阻抗测量模块,音频信号检测模块的设计与制作;第5章为电机控制电路模块制 作,介绍了基于L298N的直流电机驱动模块,基于L.297+1298N的步进电机驱动模块,基于 TA8435H的步进电机驱动模块的设计与制作;第6章为信号发生器电路模块制作,介绍了基 于MAX038的函数信号发生器模块,基于AD9850的信号发生器模块,基于AD652的压频转 换模块的设计与制作;第?章为电源电路模块制作,介绍了线性稳压电源模块,基于MAX887 前言 全的3.3vDC-DC电路模块,基于MAx171的Boot升压模块,基于Uc3843的Bot升压 国模块,DC-AC-DC升压电源模块的设计与制作;第8章为系统设计与制作,介绍了随动控制 大系统,基于红外线的目标眼踪与无线測温系统,声音导引系统,单相正弦波逆变电源,无线环境 生蓝测模拟装置的系统设计方法,以及电路模块在系统设计中的应用。所有电路模块都提供电 电路图FCB图和元器件布局图。 本书在编写过程中,参考了大量的国内外著作和资料,得到了许多专家和学者的大力支 设持,听取了多方面的意见和建议。李富英高级工程师对本书进行了审阅,南华大学王彦副教 计授、朱卫华副教授陈文光副教授、李圣老师,潮南理工学院陈松胡文静刘翔老师,湖南师范 2 赛人学邓月明老师、张翼、李军、戴焕昌、汤玉平、金海铬、李林春、谭仲书、彭湃、尹晶晶、全猛、周 常到杨乐黄俊,伍云政李维、周望,李文玉、方果、许超龙姚小明、马明、黄政中邱海枚、欧俊 用希陈杰彭波许俊杰、李扬宗、肖志刚刘聪汤柯夫樊亮、曾力潘策荣、赵俊、王水栋晏子 电凯何超,湖南理工学院的尹慧、王立、何华梁等为本书的编写也做了大量的L作,在此表示衷 路心的感谢 模 块 由于作者水平有限,不足之处在所难免,敬请各位读者批评斧正 制 作 黄智伟 2010年9月于南华大学