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电子设计一般方法

电子系统设计一般方法

这里我们以2005年全国大学生电子设计竞赛A题目来给大家展开讲解以下。

正弦信号发生器(A题)

一、任务

设计制作一个正弦信号发生器。

二、要求

1、基本要求

(1)正弦波输出频率范围:1kHz~10MHz;

(2)具有频率设置功能,频率步进:100Hz;

(3)输出信号频率稳定度:优于10-4;

(4)输出电压幅度:在 负载电阻上的电压峰-峰值Vopp≥1V;

(5)失真度:用示波器观察时无明显失真。

2、发挥部分

在完成基本要求任务的基础上,增加如下功能:

(1)增加输出电压幅度:在频率范围内负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值Vopp=6V±1V;

(2)产生模拟幅度调制(AM)信号:在1MHz~10MHz范围内调制度ma可在10%~100%之间程控调节,步进量10%,正弦调制信号频率为1kHz,调制信号自行产生;

(3)产生模拟频率调制(FM)信号:在100kHz~10MHz频率范围内产生10kHz最大频偏,且最大频偏可分为5kHz/10kHz二级程控调节,正弦调制信号频率为1kHz,调制信号自行产生;

(4)产生二进制PSK、ASK信号:在100kHz固定频率载波进行二进制键控,二进制基带序列码速率固定为10kbps,二进制基带序列信号自行产生;

(5)其他。

三、评分标准


项目
满分

基本要求
设计与总结报告:方案比较,理论分析与计算,电路图及有关设计文件,测试方法与仪器,测试数据及测试结果分析
50

实际制作完成情况
50

发挥部分
完成第(1)项
12

完成第(2)项
10

完成第(3)项
13

完成第(4)项
10

其他
5




(一) 赛题分析

1. 即明确所要设计系统的功能、性能、技术指标及要求、注意事项等,我们推荐尽量把任务书的基本部分和发挥部分一起来考虑。

功能:产生频率、幅度 产生的AM、FM信号、产生PSK、ASK信号

精度要求: 波形无明显失真、频率稳定度〉10-4

主要技术指标:频率1K—10MHz 步进值:100Hz Vp-p>=1V等等。

注意事项:如实现某功能时规定不用的方法或芯片等等。

发挥部分其他部分:即题目的创新点需注意。

2. 明确所要测量或实现参数的物理意义,对不明者应迅速查找有关资料。

3. 明确所实现参数的值或精度范围的理论计算方法、实际测量的方法(包括测量值的有效数字位数、次数的确定)及测量仪器类型,以便使指标与测量结果进行比较,来表明所完成任务的优劣度。

比如怎样用实际测量数据来说明输出频率的稳定度符合指标的要求。

(二) 方案论证与比较

即采用什么样的系统框架来实现我们的设计要求,及方案的优缺点

比较。(模仿历届竞赛作品选编)

我们选取设计方案的原则有下面几点:

1. 总的原则是使用实验室条件允许的、自己熟悉、易于实现、硬件调试少、测试效果好、稳定性高的方法和手段来实现设计。

2. 确定所设计题目的系统实现技术。用模拟技术实现,还是用数字技术实现,如果都可以得话,我们推荐用数字技术来实现(在个人的实现能力允许的情况下)。

3.对于只能用模拟技术实现的题目,在硬件芯片选择上我们的原则是:

① 尽量选取易于调试的器件;

2 尽量选取自己曾经使用过的器件,因为有些器件在使用时有些特点需要一段时间摸索才能熟悉。

3 在赛题允许的情况下,一般优先选择专用集成电路芯片,其次尽量使用运算放大器,最后在选择使用晶体管等分立元件,这样一方面会减小调试的工作量,另一方面提高测试结果的准确度。

系统框架一般大致以下几种:

1. 以51系列、PIC系列、凌阳系列、AVR系列、ARM单片机为核心控制模块,辅以传感器、液晶显示、步进电机、数码管显示、外部存储器、键盘等实现的偏控制的系统框架。如悬挂运动控制系统

2. 以Lattice 、Altera、xilinx等厂家的FPGA可编程器件所建立的片上可变成系统(SOPC)为核心,辅以必要的显示、键盘、数模转换、直接数字频率合成专用芯片DDS等组成的偏波形处理的系统构架。此构架对FPGA的门数要求相对高一些。

3. 以单片机控制、FPGA可编程器件处理为核心模块偏功能实现的系统构架。此构架对FPGA的门数要求相对低一些。

4. 以硬件实现为主,单片机控制兼有的偏功能实现的系统构架。如集成运放参数测定仪。

5. 以单片机、调制芯片、采样电路、频率合成DDS电路、FPGA系统、发射接受模块中的几个部分组成的偏通信传输的系统构架。如单工无线呼叫系统。 (三) 单元设计

即设计系统各个功能模块的具体设计方案。一般有三种类型分为:基于硬件的数字子系统的设计、模拟子系统的设计、单片机子系统的设计。

1. 基于硬件的数字子系统的设计

设计在开发软件平台上Maxplus 进行。设计完毕(编译通过)就利用开发平台上的Maxplus进行仿真,然后烧录(下载)到芯片中。

目前PLD开发软件设计数字子系统的方法有原理图输人法和语言输入法。这里需要特别提到的是VHDL或Verilog等高级硬件描述语言的使用。所以建议参加电子设计竞赛的学生应认真学习,熟练掌握VHDL或Verilog,以便在设计过程中能很好地运用。一般我们用VHDL或Verilog设计控制器和某些较特殊的模块.而一般的模块仍然采用原理图输人方式,尽量利用前人

的成果并最终用原理图输入法完成顶层设计。这种安排比较直观,便于调试和检查,是一种较好的方法。

关键是使用者是否能较熟练地掌挥这些器件及其开发软件的使用.因为,这些开发软件的使用通常需要一段熟悉的过程,如在相当生疏的情况下使用它们,则此法有可能成为完成设计工作的瓶颈。

2. 模拟子系统的设计

我们一般做的工作有设计功能电路、仿真电路、绘制PCB板图。我们用的软件是Protel99se。有余力的同学可以学习Multism 2001进行电路的仿真。(回答protel99se方面的问题)。

3、单片机子系统的设计

我们主要用的是凌阳单片机进行其软件的设计,可以参照凌阳单片机参考书,实现控制液晶、点阵数码管、数码管、步进电机、键盘、外部存储器等等。具体参看图书馆电子图书数据库。

(四) 组装调试

1. 设计系统的物理外观尽量美观、位置合理。

2. 仔细组装电路,避免手直接接触芯片管脚,牢固固定PCB板防止震动,引起系统工作不正常。

3. 调试要仔细,仔细检查电路后在通电源,防止因电源反接烧毁电路。

4. 系统调试通过后,如有富余是需通电是系统工作至少半个小时以上。

5. 确保计算机处于正常工作状态(无病毒),做好设计软件程序的备份工作,以防误删或感染病毒。

6. 防止意外事情造成设计硬件的损坏。比如饮用水流入设计好的电路板中。

(五) 撰写设计论文

具体参照全国大学生电子设计竞赛获奖作品选集(2005) TN02 8649b

附录

参考书目:

1.振荡电路实用设计手册 TN710.2-62/7743

2.新型集成器件实用电路 TN4 4750a

3.一次集成电路适用手册 TN4-62/4750

4.锁相环电路设计与应用 TN911.8/3426

5.实用电子电路设计与调试 TN702/7444

6.通用电子电路应用400例 TN710/2144

7.实用电源电路设计 TN710/3233

8.电源集成电路手册 TN86-62/4426

9.实用电子电路精选 TN710/4744

10.运算放大器应用技巧100例 TN722.7/4550

11.无线发射与接受电路系统 TN839/4482

12.VHDL数字电路设计与应用实践教程 TN79/1052

13.控制专用集成电路及应用 TN4/0725

14 集成电路应用500例 TN4/6001

主要仪器:

数字和模拟示波器 万用表 稳压电源 频率计 DDS芯片 液晶 数码管 外部ROM 语音芯片 步进电机

基本电子元器件的识别和使用方法

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