第一章 超低功耗单片MSP430B - 11 - 1.1 单片机概述 - 11 - 1.1.1 MSP430系列单片机的特点 - 11 - 1.1.2 MSP430操作简介 - 11 - 1.1.3 MSP430系列单片机在系统中的应用 - 12 - 1.2 片内主要模块介绍 - 12 - 1.2.1时钟模块 - 13 - 1.2.1.1 MSP430F449的三个时钟源可以提供四种时钟信号 - 13 - 1.2.1.2 MSP430F449时钟模块寄存器 - 14 - 1.2.1.3 FLL+模块应用举例 - 16 - 1.2.2 低功耗结构 - 17 - 1.2.2.1 系统工作模式 - 17 - 1.2.2.2 低功耗应用原则 - 18 - 1.2.3 I/O端口 - 18 - 1.2.3.1 MSP430的端口 - 18 - 1.2.3.2.端口数据输出特性 - 18 - 1.2.3.3端口P1和P2 - 19 - 1.2.3.4端口P3、P4、P5和P6 - 20 - 1.2.3.5端口COM和S - 20 - 1.2.4定时器A - 22 - 1.2.4.1 Timer_A的结构 - 23 - 1.2.4.2寄存器 - 24 - 1.2.4.3 计数模块 - 28 - 1.2.4.4 捕获/比较模块 - 30 - 1.2.4.5 应用实例 - 31 - 1.2.5液晶驱动 - 36 - 1.2.6串行通信模块的异步模式 - 37 - 1.2.6.1MSP430串行通信概述 - 37 - 1.2.6.2异步操作 - 38 - 1.2.6.3异步通信寄存器 - 40 - 1.2.6.4异步操作应用举例 - 42 - 1.2.7 模数转换 - 43 - 1.2.7.1 ADC12结构 - 43 - 1.2.7.2 ADC12寄存器 - 44 - 1.2.7.3 ADC12转换模式 - 47 - 1.2.8 FLASH存储器模块 - 50 - 1.2.8.1FLASH存储器结构 - 51 - 1.2.8.2FLASH存储器的寄存器及操作 - 51 - 1.3 典型问题分析 - 55 - 1.3.1 关于430的时钟系统分析： - 55 - 1.3.2 看门狗： - 56 - 1.3.3 按键： - 56 - 1.3.4 FLASH： - 56 - 1.3.5 头文件： - 56 - 1.3.6 一种理解： - 57 - 1.3.7 变量命名： - 57 - 1.3.8 I/O口的复位： - 57 - 1.3.9 I/O口的复位： - 57 - 第二章 电源 - 57 - 2.1电源类技术指标与名词解释 - 57 - 2.1.1 技术指标与名词解释 - 57 - 2.1.1.1指标解释 - 57 - 2.1.1.2 测量名词解释 - 58 - 2.1.1.3 三相电压、电流 - 59 - 2.1.1.4 使用调制方式 - 59 - 2.1.2常用元器件介绍 - 59 - 2.1.2.1 电阻分类 - 59 - 2.1.2.2 电容分类 - 60 - 2.1.2.3电感介绍 - 60 - 2.1.2.4变压器介绍 - 61 - 2.1.2.5半导体二极管介绍 - 61 - 2.1.2.6半导体三极管介绍 - 61 - 2.1.2.7场效应管介绍 - 62 - 2.1.2.8晶闸管介绍 - 62 - 2.1.2.9绝缘栅双极晶体管（IGBT）介绍 - 62 - 2.2 直流线性电源 - 62 - 2.2.1 AC-DC变换整流 - 63 - 2.2.1.1 AC-DC变换概述 - 63 - 2.2.1.2按照采用器件的可控性分类介绍 - 63 - 2.2.1.3电子设计竞赛常用整流电路 - 63 - 2.2.1.4相控整流电路应用前景 - 64 - 2.2.2线性直流稳定电源介绍 - 64 - 2.2.2.1线性直流稳定电源概述 - 64 - 2.2.2.2串联型稳压电路 - 64 - 2.2.2.3串联型稳压电路应用 - 66 - 2.2.2.4串联型集成稳压电路 - 66 - 2.2.3串联型集成稳压器应用 - 66 - 2.2.3.1固定三端集成稳压器的应用 - 66 - 2.2.3.2.输出可调三端集成稳压器的应用 - 67 - 2.2.3.3低压差线性稳压器（LDO）的应用 - 68 - 2.2.4 数控直流电流源设计 - 68 - 2.2.4.1数控直流电流源要求 - 68 - 2.2.4.2数控直流电流源设计方案 - 69 - 2.2.4.3数控直流电流源测试方案设计与误差分析 - 72 - 2.3 开关电源（DC-DC变换技术） - 73 - 2.3.1 开关电源控制技术介绍 - 74 - 2.3.1.1 脉宽调制技术（PWM） - 74 - 2.3.2非隔离型DC-DC变换 - 74 - 2.3.2.1 降压Buck电路 - 74 - 2.3.2.2 集成降压Buck电路调节器 - 76 - 2.3.2.3 升压型Boost电路 - 77 - 2.3.2.4 集成Boost升压型电路调节器 - 79 - 2.3.2.5升压-降压型Boost-Buck电路 - 80 - 2.3.3 隔离型DC-DC变换 - 80 - 2.3.3.1正激式变换器 - 81 - 2.3.3.2反激式变换器 - 82 - 2.3.3.3推挽式变换器 - 82 - 2.3.3.4半桥式变换器 - 83 - 2.3.3.5全桥式变换器 - 84 - 2.3.4 典型集成开关电源控制器介绍 - 84 - 2.3.4.1 UC3842开关电源控制器 - 84 - 2.3.4.2 SG3525A开关电源控制器 - 85 - 2.3.5开关稳压电源（2007年大赛题） - 86 - 2.3.5.1题目分析 - 86 - 2.3.5.2系统总体设计方案及实现方框图 - 87 - 2.3.5.3硬件电路设计和理论计算 - 87 - 2.3.5.4软件设计 - 91 - 2.3.5.5测试方法与数据 - 92 - 2.3.5.6结束语 - 93 - 2.3.6高功率因数电源(2008年湖北省赛题) - 93 - 2.3.6.1题目分析 - 93 - 2.3.6.2方案论证 - 94 - 2.3.6.3总体方案设计 - 96 - 2.3.6.4电路设计与参数计算 - 97 - 2.3.6.5软件设计与流程图 - 100 - 2.3.6.6测试方法与数据 - 100 - 2.3.6.7测试结果分析 - 101 - 2.3.7直流电源的均流 - 102 - 2.3.7.1系统指标分析 - 102 - 2.3.7.2系统整体框图 - 102 - 2.3.7.3系统方案论证 - 102 - 2.3.7.4理论分析 - 106 - 2.3.7.5硬件电路设计 - 107 - 2.3.7.6软件设计流程图 - 108 - 2.3.7.7系统测试方法和测试数据 - 109 - 2.4 逆变电源（DC-AC变换技术） - 111 - 2.4.1SPWM控制技术介绍 - 112 - 2.4.1.1单极性正弦脉宽调制 - 112 - 2.4.1.2双极性正弦脉宽调制 - 113 - 2.4.1.3三相正弦脉宽调制 - 114 - 2.4.1.4正弦脉宽调制（SPWM）控制信号的生成 - 114 - 2.4.2三相正弦波变频电源（2005年国赛G题） - 115 - 2.4.2.1 题目分析 - 115 - 2.4.2.2系统总体实现方案及设计框图 - 116 - 2.4.2.3方案论证与选取 - 117 - 2.4.2.4理论分析与计算 - 120 - 2.4.2.5硬件电路的设计与实现 - 122 - 2.4.2.6系统软件设计 - 125 - 2.4.2.7系统测试与分析 - 126 - 2.4.2.8总结分析与结论 - 127 - 2.4.3 UPS（不间断电源）介绍 - 127 - 2.4.3.1后备式UPS - 127 - 2.4.3.2在线式UPS - 128 - 2.4.4 24V交流单相在线式不间断电源(黑龙江08年省赛) - 129 - 2.4.4.1题目要求 - 129 - 2.4.4.2系统介绍 - 130 - 2.4.4.3方案论证与选择 - 130 - 2.4.4.4系统整体方案设计 - 132 - 2.4.4.5理论分析 - 132 - 2.4.4.6硬件计算和设计 - 134 - 2.4.4.7程序设计 - 135 - 2.4.4.8测试方法和数据 - 136 - 2.4.4.9附录 - 137 - 2.5 光复并网专题介绍 - 140 - 2.5.1 背景介绍 - 140 - 2.5.2 光伏并网发电原理 - 140 - 2.5.2.1并网动作方式分析 - 141 - 2.5.2.2并网功率控制理论分析 - 141 - 2.5.2.3同频同相控制方法 - 142 - 2.5.3 光复并网MPPT(最大功率点跟踪)介绍 - 143 - 2.5.3.1 MPPT内阻与负载关系分析 - 143 - 2.5.3.2最大功率点跟踪（MPPT）实现方案分析 - 143 - 2.5.3.3 MPPT控制方法流程 - 144 - 2.5.4 光复并网发电模拟装置（09年国赛A题） - 145 - 2.5.4.1题目要求及任务 - 145 - 2.5.4.2系统及功能介绍 - 146 - 2.5.4.3方案论证 - 147 - 2.5.4.4系统整体方案框图 - 148 - 2.5.4.5理论分析与计算 - 148 - 2.5.4.6电路与程序设计 - 150 - 2.5.4.7测试方案与测试结果 - 153 - 2.5.4.8附录 155 2.5.5 小功率光伏发电并网系统 159 2.5.5.1 系统任务及要求 159 2.5.5.2 题目分析与对比 160 2.5.5.3 系统简介 161 2.5.5.4方案论证 161 2.5.5.5系统整体设计 163 2.5.5.6电路设计和参数计算 163 2.5.5.7测试方法与数据 166 2.5.5.8测试结果分析 167 2.6.1 电池简介 167 2.6.1.1 铅酸蓄电池 167 2.6.1.2 镉镍、镍氢蓄电池 168 2.6.1.3 锂离子电池 169 2.6.2 电能收集充电器（09年国赛E题） 169 2.6.2.1系统任务及要求 169 2.6.2.2 系统介绍 170 2.6.2.3方案选择与论证 171 2.6.2.4理论分析与计算 172 2.6.2.5电路与程序设计 174 2.6.2.6测试条件与测试结果 176 2.6.2.7实验分析与结论 177 2.6.2.8附录 178 2.6.3 蓄电池充电管理集成芯片 178 2.6.3.1镉镍、镍氢电池集成管理芯片 178 2.6.3.2铅酸蓄电池管理集成芯片 179 2.7 D类功率放大器和AC-AC变换 181 2.7.1 D类功率放大器 181 2.7.1.1 D类功率放大器简介 181 2.7.1.2 D类功率放大器的PWM方式 182 2.7.1.3 D类功率放大器的开关频率和滤波器频率 184 2.7.1.4桥式开关电路 184 2.7.1.5 集成的D类功率放大电路 185 2.7.2 AC-AC变换 185 2.7.2.1交流稳压源方案论证 186 2.7.2.2 BUCK-BOOST电路的理论分析与计算 186 2.7.2.3主电路拓扑原理分析 187 2.7.2.4主回路器件选择与参数设计 188 第三章 控制系统 189 3.1 传感器 189 3.1.1传感器分类 189 3.1.2 霍尔传感器 190 3.1.3 温度传感器 191 3.1.4 光电传感器 192 3.1.5 红外传感器 192 3.1.6 超声传感器 193 3.1.6.1 基本原理 193 3.1.6.2 超声测距原理 194 3.1.6.3 误差来源和分析 195 3.1.6.4 注意事项 196 3.1.7金属应变片式传感器 196 3.1.8 接近开关 197 3.1.9 小结 198 3.2 控制系统的组成 198 3.2.1 超声测距 198 3.2.1.1发射部分 198 3.2.1.2 接收部分电路 199 3.2.2 红外传感器的应用 200 3.2.2.1 探测黑线 200 3.2.2.2 检测点滴速度 201 3.2.3 光敏电阻探测光源 202 3.2.4 温度传感器的应用 202 3.2.5 角度测量模块 206 3.2.5.1 角度测量方案 206 3.2.5.2 角度测量电路 206 3.2.6 直流电机的控制和驱动 208 3.2.6.1 电源方案 208 3.2.6.2 电机的驱动电路 208 3.2.7 步进电机的控制和驱动 210 3.2.7.1 步进电机控制原理 210 3.2.7.2 步进电机的的驱动电路 211 3.2.8 语音模块 214 3.2.8.1 前级通道 214 3.2.8.2 后向通道 216 3.2.9 无线收发模块 219 3.3 算法简介 220 3.3.1数字PID 控制算法 220 3.3.1.1 PID控制系统简介 220 3.3.1.2 PID参数控制效果分析 221 3.1.1.3数字PID控制的实现 221 3.3.1.4PID算法的饱和特性 222 3.3.1.5 PID参数整定方法 223 3.3.2大林算法 226 3.3.3模糊控制算法 228 3.3.3.1 模糊控制概述 228 3.3.3.2 模糊控制原理 228 3.3.3.3 模糊控制器设计 229 3.3.3.4 小结 229 3.3.4 运动控制算法 230 3.3.4.1产生线段的整数Bresenham算法 230 3.3.4.2产生圆的整数Bresenham算法 232 3.3.5 其它控制算法 235 3.3.6 压缩算法 236 3.3.6.1 无损压缩 236 3.3.6.2 有损压缩 237 3.3.6.3 压缩算法应用 239 3.3.7 软件滤波 239 3.3.7.1 限幅滤波 240 3.3.7.2 中值滤波 240 3.3.7.3 算术平均滤波 240 3.3.7.4 递推平均滤波 240 3.3.7.5 中值平均滤波 241 3.3.7.6 限幅平均滤波 241 3.3.7.7 一阶滞后滤波 241 3.3.7.8 加权递推平均滤波 241 3.3.7.9 消抖滤波 242 3.3.7.10 限幅消抖滤波 242 3.3.8 曲线拟合 242 3.3.9 控制算法的实际应用 243 3.3.9.1悬挂运动控制系统算法分析 243 3.3.9.2 水温控制系统中的控制算法 245 3.4 MSP430新版使用说明 247 3.4.1 MSP430新版描述 247 3.4.2 MSP430F449系列单片机工作原理和资源配置 247 3.4.3 常用底层模块实例 250 3.5 控制类系统设计 254 3.5.1 简易智能小车 254 3.5.1.1 电动车具体功能阐述 254 3.5.1.2 系统整体设计方案 254 3.5.1.3 理论分析与计算 254 3.5.1.4 系统设计实现 255 3.5.1.5 系统软件设计 256 3.5.1.6 测试结果 258 3.5.1.7总结 258 3.5.2 悬挂运动控制系统 258 3.5.2.1 系统设计指标 258 3.5.2.2方案论证 259 3.5.2.3 系统的总体设计 261 3.5.2.4 算法分析 262 3.5.2.5系统硬件实现 262 3.5.2.6 系统软件设计 263 3.5.2.7 系统调试 264 3.5.3 位移测量装置 264 3.5.3.1题目要求 264 3.5.3.2 方案论证 264 3.5.3.3系统总体方案设计及实现框图 266 3.5.3.4 理论分析与计算 266 3.5.3.5 主要功能电路设计 267 3.5.3.6 软件部分设计 270 3.5.3.7 测试与分析 271 3.5.3.8 总结 271 3.5.4 电梯控制模型 272 3.5.4.1 题目任务要求与相关指标分析 272 3.5.4.2 方案论证 273 3.5.4.3 系统总体方案与实现框图 273 3.5.4.4 主要功能电路的设计 274 3.5.4.5 系统软件的设计 274 3.5.4.6 测试数据与分析 275 3.5.4.7 总结 277 3.6.1 位移测量装置—2008年湖北省“TI”杯电子设计竞赛（本科组A题） 277 3.6.2 温度自动控制系统—2008年湖北省“TI”杯电子设计竞赛（本科组D题） 278 3.6.3 电动车跷跷板—2007年全国大学生电子设计竞赛F题 280 3.6.4 液体点滴速度监控装置 （F题） 281 3.6.5 简易智能电动车（E题） 283 3.6.6 悬挂运动控制系统（E题） 284 第四章 通信类 286 4.1通信系统基本知识 286 4.1.1 调制与解调原理 288 4.1.1.1模拟调制与解调 288 4.1.1.2数字调制与解调 293 4.1.2 信道 294 4.1.2.1自由空间电波的传播损耗 295 4.1.2.2信道容量 295 4.1.3 差错控制编码 296 4.1.4 同步原理 298 4.1.4.1载波同步 298 4.1.4.2码元同步 299 4.1.5 通信协议 299 4.2 通信系统典型电路设计 300 4.2.1载波发生电路 300 4.2.1.1锁相频率合成 300 4.2.1.2单片载波发生电路 302 4.2.2 调制解调电路 304 4.2.2.1 AM（ASK）的产生及解调电路 304 4.2.2.2 FM（FSK）的产生及解调电路 305 4.2.2.3 PSK的产生及解调电路 311 4.2.3 功率放大电路 312 4.2.4阻抗匹配网络 313 4.2.4.1 L形匹配网络 313 4.2.4.2 π形匹配网络 314 4.2.4.3 T形匹配网络 314 4.2.4.4传输线变压器 315 4.2.4.5软件仿真 315 4.2.5滤波器电路 317 4.2.6 电源电压转换电路 318 4.2.7 数字锁相环提取位同步信号电路 319 4.3通信系统设计实例 321 4.3.1单工无线通信系统 322 4.3.1.1系统设计指标 322 4.3.1.2系统设计及方案确定 322 4.3.1.3系统实现 325 4.3.1.4小结 329 4.3.2调频收音机 330 4.3.2.1系统设计指标 330 4.3.2.2系统设计及方案确定 330 4.3.2.3系统实现 332 4.3.2.4小结 334 4.3.3无线识别装置 334 4.3.3.1系统设计指标 334 4.3.3.2系统设计及方案确定 335 4.3.3.3系统实现 337 4.3.3.4小结 339 4.3.4超声数据传输系统 339 4.3.4.1系统设计指标 339 4.3.4.2系统设计及方案确定 340 4.3.4.3理论分析与计算 341 4.3.4.4系统实现 342 4.3.4.5小结 344 4.3.5单路语音处理与传输系统设计 344 4.3.5.1系统设计指标 345 4.3.5.2系统设计及方案确定 345 4.3.5.3理论分析 347 4.3.5.4系统实现 350 4.3.5.5小结 352 第五章 仪器仪表类 352 5.1滤波器 352 5.1.1有源滤波器 352 5.1.1.1 RC有源滤波器 352 5.1.1.2状态变量型有源滤波器 355 5.1.1.3UAF42的使用和性能分析 356 5.1.2无源滤波器 361 5.1.3开关电容滤波器 363 5.2 常用比较器 366 5.2.1比较器的选择和使用 366 5.2.2低频比较器——LM311 368 5.2.3双路低频比较器TLC372 370 5.2.4高频比较器TL3016 TL3116 372 5.3 功率放大器 373 5.3.1功率放大器的工作状态 374 5.3.1.1甲类功率放大器 375 5.3.1.2乙类功率放大器——互补推挽输出 375 5.3.1.3甲乙类功率放大器——准互补推挽输出 377 5.3.2集成运放THS3091实现功率放大 378 5.3.3集成功率放大器TDA2000DX实现音频功率放大 379 5.4 常用A/D转换芯片 383 5.4.1 A/D转换器的选择和使用 383 5.4.2 高精度A/D转换器——ADS1286 384 5.4.3高精度A/D转换器——ADS8505 387 5.4.4高速A/D转换器——ADS803/ADS805 391 5.5 常用D/A转换芯片 395 5.5.1 D/A转换器的分类和应用 395 5.5.2高精度D/A转换芯片——TLV5616 396 5.5.3高精度D/A转换芯片——TLV5618 398 5.5.4高速D/A转换器——DAC90X 401 5.6 相位测量 404 5.6.1移相信源的实现 405 5.6.1.1直接数字频率合成（DDS）技术实现移相信源 405 5.6.1.2移相网络实现移相信源 405 5.6.2相位测量 407 5.6.2.1相位—电压转换法 407 5.6.2.2计数法 408 5.6.2.3DFT相位测量 408 5.7.1频率测量的常用方式 410 5.7.1.1直接测频法 410 5.7.1.2测周法 411 5.7.1.3等精度测频法(相关计数测频法) 411 5.7.2提高频率测量精度 412 5.7.2.1比较器输出影响前级信号的解决方法 412 5.8 峰值、有效值测量的模拟实现 417 5.8.1模拟峰值检波电路 417 5.8.2模拟有效值检波 418 5.8.3数值峰值测量 419 5.8.4数字有效值测量 424 5.9 压缩编码 425 5.9.1无损压缩 425 5.9.2有损压缩 426 5.9.3 ADPCM——自适应差分脉冲编码调制 427 5.10 频谱分析 429 5.10.1频谱分析的常用方法 429 5.10.2基于FFT的音频信号分析仪 430 5.10.2.1 方案论证与比较 431 5.10.2.2系统总体框图 431 5.10.2.3理论分析与计算 432 5.10.2.4 功能电路分析 441 5.10.2.5系统软件设计 444 5.10.2.6总结 445 5.10.3基于扫频外差法的简易频谱分析仪 445 5.10.3.1方案论证与选择 445 5.10.3.2系统总体框图 446 5.10.3.3系统重要模块的理论分析与实际设计 447 5.10.3.4软件设计 450 5.11 自动增益控制电路 456 5.11.1场效应管和运放实现 456 5.11.2 CPU控制实现 457 5.11.3 VGA芯片（AD603）实现 457 5.12程控放大电路 461 5.12.1 VGA芯片（AD603）实现 461 5.12.2乘法器AD835实现 461 5.12.3 VCA芯片（VCA822、VCA824、VCA801）实现 462 5.12.4 PGA芯片（THS7001、THS7002）实现 463 5.13 集成运算放大器的使用 464 5.13.1运算放大器的结构分析 465 5.13.2精密型集成运算放大器 466 5.13.3宽带集成运算放大器 467 5.13.4 AD620的使用及其性能分析 467 5.13.4.1 AD620内部结构 468 I/O端口 - 18 - 1.2.3.1 MSP430的端口 - 18 - 1.2.3.2.端口数据输出特性 - 18 - 1.2.3.3端口P1和P2 - 19 - 1.2.3.4端口P3、P4、P5和P6 - 20 - 1.2.3.5端口COM和S - 20 - 1.2.4定时器A - 22 - 1.2.4.1 Timer_A的结构 - 23 - 1.2.4.2寄存器 - 24 - 1.2.4.3 计数模块 - 28 - 1.2.4.4 捕获/比较模块 - 30 - 1.2.4.5 应用实例 - 31 - 1.2.5液晶驱动 - 36 - 1.2.6串行通信模块的异步模式 - 37 - 1.2.6.1MSP430串行通信概述 - 37 - 1.2.6.2异步操作 - 38 - 1.2.6.3异步通信寄存器 - 40 - 1.2.6.4异步操作应用举例 - 42 - 1.2.7 模数转换 - 43 - 1.2.7.1 ADC12结构 - 43 - 1.2.7.2 ADC12寄存器 - 44 - 1.2.7.3 ADC12转换模式 - 47 - 1.2.8 FLASH存储器模块 - 50 - 1.2.8.1FLASH存储器结构 - 51 - 1.2.8.2FLASH存储器的寄存器及操作 - 51 - 1.3 典型问题分析 - 55 - 1.3.1 关于430的时钟系统分析： - 55 - 1.3.2 看门狗： - 56 - 1.3.3 按键： - 56 - 1.3.4 FLASH： - 56 - 1.3.5 头文件： - 56 - 1.3.6 一种理解： - 57 - 1.3.7 变量命名： - 57 - 1.3.8 I/O口的复位： - 57 - 1.3.9 I/O口的复位： - 57 - 第二章 电源 - 57 - 2.1电源类技术指标与名词解释 - 57 - 2.1.1 技术指标与名词解释 - 57 - 2.1.1.1指标解释 - 57 - 2.1.1.2 测量名词解释 - 58 - 2.1.1.3 三相电压、电流 - 59 - 2.1.1.4 使用调制方式 - 59 - 2.1.2常用元器件介绍 - 59 - 2.1.2.1 电阻分类 - 59 - 2.1.2.2 电容分类 - 60 - 2.1.2.3电感介绍 - 60 - 2.1.2.4变压器介绍 - 61 - 2.1.2.5半导体二极管介绍 - 61 - 2.1.2.6半导体三极管介绍 - 61 - 2.1.2.7场效应管介绍 - 62 - 2.1.2.8晶闸管介绍 - 62 - 2.1.2.9绝缘栅双极晶体管（IGBT）介绍 - 62 - 2.2 直流线性电源 - 62 - 2.2.1 AC-DC变换整流 - 63 - 2.2.1.1 AC-DC变换概述 - 63 - 2.2.1.2按照采用器件的可控性分类介绍 - 63 - 2.2.1.3电子设计竞赛常用整流电路 - 63 - 2.2.1.4相控整流电路应用前景 - 64 - 2.2.2线性直流稳定电源介绍 - 64 - 2.2.2.1线性直流稳定电源概述 - 64 - 2.2.2.2串联型稳压电路 - 64 - 2.2.2.3串联型稳压电路应用 - 66 - 2.2.2.4串联型集成稳压电路 - 66 - 2.2.3串联型集成稳压器应用 - 66 - 2.2.3.1固定三端集成稳压器的应用 - 66 - 2.2.3.2.输出可调三端集成稳压器的应用 - 67 - 2.2.3.3低压差线性稳压器（LDO）的应用 - 68 - 2.2.4 数控直流电流源设计 - 68 - 2.2.4.1数控直流电流源要求 - 68 - 2.2.4.2数控直流电流源设计方案 - 69 - 2.2.4.3数控直流电流源测试方案设计与误差分析 - 72 - 2.3 开关电源（DC-DC变换技术） - 73 - 2.3.1 开关电源控制技术介绍 - 74 - 2.3.1.1 脉宽调制技术（PWM） - 74 - 2.3.2非隔离型DC-DC变换 - 74 - 2.3.2.1 降压Buck电路 - 74 - 2.3.2.2 集成降压Buck电路调节器 - 76 - 2.3.2.3 升压型Boost电路 - 77 - 2.3.2.4 集成Boost升压型电路调节器 - 79 - 2.3.2.5升压-降压型Boost-Buck电路 - 80 - 2.3.3 隔离型DC-DC变换 - 80 - 2.3.3.1正激式变换器 - 81 - 2.3.3.2反激式变换器 - 82 - 2.3.3.3推挽式变换器 - 82 - 2.3.3.4半桥式变换器 - 83 - 2.3.3.5全桥式变换器 - 84 - 2.3.4 典型集成开关电源控制器介绍 - 84 - 2.3.4.1 UC3842开关电源控制器 - 84 - 2.3.4.2 SG3525A开关电源控制器 - 85 - 2.3.5开关稳压电源（2007年大赛题） - 86 - 2.3.5.1题目分析 - 86 - 2.3.5.2系统总体设计方案及实现方框图 - 87 - 2.3.5.3硬件电路设计和理论计算 - 87 - 2.3.5.4软件设计 - 91 - 2.3.5.5测试方法与数据 - 92 - 2.3.5.6结束语 - 93 - 2.3.6高功率因数电源(2008年湖北省赛题) - 93 - 2.3.6.1题目分析 - 93 - 2.3.6.2方案论证 - 94 - 2.3.6.3总体方案设计 - 96 - 2.3.6.4电路设计与参数计算 - 97 - 2.3.6.5软件设计与流程图 - 100 - 2.3.6.6测试方法与数据 - 100 - 2.3.6.7测试结果分析 - 101 - 2.3.7直流电源的均流 - 102 - 2.3.7.1系统指标分析 - 102 - 2.3.7.2系统整体框图 - 102 - 2.3.7.3系统方案论证 - 102 - 2.3.7.4理论分析 - 106 - 2.3.7.5硬件电路设计 - 107 - 2.3.7.6软件设计流程图 - 108 - 2.3.7.7系统测试方法和测试数据 - 109 - 2.4 逆变电源（DC-AC变换技术） - 111 - 2.4.1SPWM控制技术介绍 - 112 - 2.4.1.1单极性正弦脉宽调制 - 112 - 2.4.1.2双极性正弦脉宽调制 - 113 - 2.4.1.3三相正弦脉宽调制 - 114 - 2.4.1.4正弦脉宽调制（SPWM）控制信号的生成 - 114 - 2.4.2三相正弦波变频电源（2005年国赛G题） - 115 - 2.4.2.1 题目分析 - 115 - 2.4.2.2系统总体实现方案及设计框图 - 116 - 2.4.2.3方案论证与选取 - 117 - 2.4.2.4理论分析与计算 - 120 - 2.4.2.5硬件电路的设计与实现 - 122 - 2.4.2.6系统软件设计 - 125 - 2.4.2.7系统测试与分析 - 126 - 2.4.2.8总结分析与结论 - 127 - 2.4.3 UPS（不间断电源）介绍 - 127 - 2.4.3.1后备式UPS - 127 - 2.4.3.2在线式UPS - 128 - 2.4.4 24V交流单相在线式不间断电源(黑龙江08年省赛) - 129 - 2.4.4.1题目要求 - 129 - 2.4.4.2系统介绍 - 130 - 2.4.4.3方案论证与选择 - 130 - 2.4.4.4系统整体方案设计 - 132 - 2.4.4.5理论分析 - 132 - 2.4.4.6硬件计算和设计 - 134 - 2.4.4.7程序设计 - 135 - 2.4.4.8测试方法和数据 - 136 - 2.4.4.9附录 - 137 - 2.5 光复并网专题介绍 - 140 - 2.5.1 背景介绍 - 140 - 2.5.2 光伏并网发电原理 - 140 - 2.5.2.1并网动作方式分析 - 141 - 2.5.2.2并网功率控制理论分析 - 141 - 2.5.2.3同频同相控制方法 - 142 - 2.5.3 光复并网MPPT(最大功率点跟踪)介绍 - 143 - 2.5.3.1 MPPT内阻与负载关系分析 - 143 - 2.5.3.2最大功率点跟踪（MPPT）实现方案分析 - 143 - 2.5.3.3 MPPT控制方法流程 - 144 - 2.5.4 光复并网发电模拟装置（09年国赛A题） - 145 - 2.5.4.1题目要求及任务 - 145 - 2.5.4.2系统及功能介绍 - 146 - 2.5.4.3方案论证 - 147 - 2.5.4.4系统整体方案框图 - 148 - 2.5.4.5理论分析与计算 - 148 - 2.5.4.6电路与程序设计 - 150 - 2.5.4.7测试方案与测试结果 - 153 - 2.5.4.8附录 155 2.5.5 小功率光伏发电并网系统 159 2.5.5.1 系统任务及要求 159 2.5.5.2 题目分析与对比 160 2.5.5.3 系统简介 161 2.5.5.4方案论证 161 2.5.5.5系统整体设计 163 2.5.5.6电路设计和参数计算 163 2.5.5.7测试方法与数据 166 2.5.5.8测试结果分析 167 2.6.1 电池简介 167 2.6.1.1 铅酸蓄电池 167 2.6.1.2 镉镍、镍氢蓄电池 168 2.6.1.3 锂离子电池 169 2.6.2 电能收集充电器（09年国赛E题） 169 2.6.2.1系统任务及要求 169 2.6.2.2 系统介绍 170 2.6.2.3方案选择与论证 171 2.6.2.4理论分析与计算 172 2.6.2.5电路与程序设计 174 2.6.2.6测试条件与测试结果 176 2.6.2.7实验分析与结论 177 2.6.2.8附录 178 2.6.3 蓄电池充电管理集成芯片 178 2.6.3.1镉镍、镍氢电池集成管理芯片 178 2.6.3.2铅酸蓄电池管理集成芯片 179 2.7 D类功率放大器和AC-AC变换 181 2.7.1 D类功率放大器 181 2.7.1.1 D类功率放大器简介 181 2.7.1.2 D类功率放大器的PWM方式 182 2.7.1.3 D类功率放大器的开关频率和滤波器频率 184 2.7.1.4桥式开关电路 184 2.7.1.5 集成的D类功率放大电路 185 2.7.2 AC-AC变换 185 2.7.2.1交流稳压源方案论证 186 2.7.2.2 BUCK-BOOST电路的理论分析与计算 186 2.7.2.3主电路拓扑原理分析 187 2.7.2.4主回路器件选择与参数设计 188 第三章 控制系统 189 3.1 传感器 189 3.1.1传感器分类 189 3.1.2 霍尔传感器 190 3.1.3 温度传感器 191 3.1.4 光电传感器 192 3.1.5 红外传感器 192 3.1.6 超声传感器 193 3.1.6.1 基本原理 193 3.1.6.2 超声测距原理 194 3.1.6.3 误差来源和分析 195 3.1.6.4 注意事项 196 3.1.7金属应变片式传感器 196 3.1.8 接近开关 197 3.1.9 小结 198 3.2 控制系统的组成 198 3.2.1 超声测距 198 3.2.1.1发射部分 198 3.2.1.2 接收部分电路 199 3.2.2 红外传感器的应用 200 3.2.2.1 探测黑线 200 3.2.2.2 检测点滴速度 201 3.2.3 光敏电阻探测光源 202 3.2.4 温度传感器的应用 202 3.2.5 角度测量模块 206 3.2.5.1 角度测量方案 206 3.2.5.2 角度测量电路 206 3.2.6 直流电机的控制和驱动 208 3.2.6.1 电源方案 208 3.2.6.2 电机的驱动电路 208 3.2.7 步进电机的控制和驱动 210 3.2.7.1 步进电机控制原理 210 3.2.7.2 步进电机的的驱动电路 211 3.2.8 语音模块 214 3.2.8.1 前级通道 214 3.2.8.2 后向通道 216 3.2.9 无线收发模块 219 3.3 算法简介 220 3.3.1数字PID 控制算法 220 3.3.1.1 PID控制系统简介 220 3.3.1.2 PID参数控制效果分析 221 3.1.1.3数字PID控制的实现 221 3.3.1.4PID算法的饱和特性 222 3.3.1.5 PID参数整定方法 223 3.3.2大林算法 226 3.3.3模糊控制算法 228 3.3.3.1 模糊控制概述 228 3.3.3.2 模糊控制原理 228 3.3.3.3 模糊控制器设计 229 3.3.3.4 小结 229 3.3.4 运动控制算法 230 3.3.4.1产生线段的整数Bresenham算法 230 3.3.4.2产生圆的整数Bresenham算法 232 3.3.5 其它控制算法 235 3.3.6 压缩算法 236 3.3.6.1 无损压缩 236 3.3.6.2 有损压缩 237 3.3.6.3 压缩算法应用 239 3.3.7 软件滤波 239 3.3.7.1 限幅滤波 240 3.3.7.2 中值滤波 240 3.3.7.3 算术平均滤波 240 3.3.7.4 递推平均滤波 240 3.3.7.5 中值平均滤波 241 3.3.7.6 限幅平均滤波 241 3.3.7.7 一阶滞后滤波 241 3.3.7.8 加权递推平均滤波 241 3.3.7.9 消抖滤波 242 3.3.7.10 限幅消抖滤波 242 3.3.8 曲线拟合 242 3.3.9 控制算法的实际应用 243 3.3.9.1悬挂运动控制系统算法分析 243 3.3.9.2 水温控制系统中的控制算法 245 3.4 MSP430新版使用说明 247 3.4.1 MSP430新版描述 247 3.4.2 MSP430F449系列单片机工作原理和资源配置 247 3.4.3 常用底层模块实例 250 3.5 控制类系统设计 254 3.5.1 简易智能小车 254 3.5.1.1 电动车具体功能阐述 254 3.5.1.2 系统整体设计方案 254 3.5.1.3 理论分析与计算 254 3.5.1.4 系统设计实现 255 3.5.1.5 系统软件设计 256 3.5.1.6 测试结果 258 3.5.1.7总结 258 3.5.2 悬挂运动控制系统 258 3.5.2.1 系统设计指标 258 3.5.2.2方案论证 259 3.5.2.3 系统的总体设计 261 3.5.2.4 算法分析 262 3.5.2.5系统硬件实现 262 3.5.2.6 系统软件设计 263 3.5.2.7 系统调试 264 3.5.3 位移测量装置 264 3.5.3.1题目要求 264 3.5.3.2 方案论证 264 3.5.3.3系统总体方案设计及实现框图 266 3.5.3.4 理论分析与计算 266 3.5.3.5 主要功能电路设计 267 3.5.3.6 软件部分设计 270 3.5.3.7 测试与分析 271 3.5.3.8 总结 271 3.5.4 电梯控制模型 272 3.5.4.1 题目任务要求与相关指标分析 272 3.5.4.2 方案论证 273 3.5.4.3 系统总体方案与实现框图 273 3.5.4.4 主要功能电路的设计 274 3.5.4.5 系统软件的设计 274 3.5.4.6 测试数据与分析 275 3.5.4.7 总结 277 3.6.1 位移测量装置—2008年湖北省“TI”杯电子设计竞赛（本科组A题） 277 3.6.2 温度自动控制系统—2008年湖北省“TI”杯电子设计竞赛（本科组D题） 278 3.6.3 电动车跷跷板—2007年全国大学生电子设计竞赛F题 280 3.6.4 液体点滴速度监控装置 （F题） 281 3.6.5 简易智能电动车（E题） 283 3.6.6 悬挂运动控制系统（E题） 284 第四章 通信类 286 4.1通信系统基本知识 286 4.1.1 调制与解调原理 288 4.1.1.1模拟调制与解调 288 4.1.1.2数字调制与解调 293 4.1.2 信道 294 4.1.2.1自由空间电波的传播损耗 295 4.1.2.2信道容量 295 4.1.3 差错控制编码 296 4.1.4 同步原理 298 4.1.4.1载波同步 298 4.1.4.2码元同步 299 4.1.5 通信协议 299 4.2 通信系统典型电路设计 300 4.2.1载波发生电路 300 4.2.1.1锁相频率合成 300 4.2.1.2单片载波发生电路 302 4.2.2 调制解调电路 304 4.2.2.1 AM（ASK）的产生及解调电路 304 4.2.2.2 FM（FSK）的产生及解调电路 305 4.2.2.3 PSK的产生及解调电路 311 4.2.3 功率放大电路 312 4.2.4阻抗匹配网络 313 4.2.4.1 L形匹配网络 313 4.2.4.2 π形匹配网络 314 4.2.4.3 T形匹配网络 314 4.2.4.4传输线变压器 315 4.2.4.5软件仿真 315 4.2.5滤波器电路 317 4.2.6 电源电压转换电路 318 4.2.7 数字锁相环提取位同步信号电路 319 4.3通信系统设计实例 321 4.3.1单工无线通信系统 322 4.3.1.1系统设计指标 322 4.3.1.2系统设计及方案确定 322 4.3.1.3系统实现 325 4.3.1.4小结 329 4.3.2调频收音机 330 4.3.2.1系统设计指标 330 4.3.2.2系统设计及方案确定 330 4.3.2.3系统实现 332 4.3.2.4小结 334 4.3.3无线识别装置 334 4.3.3.1系统设计指标 334 4.3.3.2系统设计及方案确定 335 4.3.3.3系统实现 337 4.3.3.4小结 339 4.3.4超声数据传输系统 339 4.3.4.1系统设计指标 339 4.3.4.2系统设计及方案确定 340 4.3.4.3理论分析与计算 341 4.3.4.4系统实现 342 4.3.4.5小结 344 4.3.5单路语音处理与传输系统设计 344 4.3.5.1系统设计指标 345 4.3.5.2系统设计及方案确定 345 4.3.5.3理论分析 347 4.3.5.4系统实现 350 4.3.5.5小结 352 第五章 仪器仪表类 352 5.1滤波器 352 5.1.1有源滤波器 352 5.1.1.1 RC有源滤波器 352 5.1.1.2状态变量型有源滤波器 355 5.1.1.3UAF42的使用和性能分析 356 5.1.2无源滤波器 361 5.1.3开关电容滤波器 363 5.2 常用比较器 366 5.2.1比较器的选择和使用 366 5.2.2低频比较器——LM311 368 5.2.3双路低频比较器TLC372 370 5.2.4高频比较器TL3016 TL3116 372 5.3 功率放大器 373 5.3.1功率放大器的工作状态 374 5.3.1.1甲类功率放大器 375 5.3.1.2乙类功率放大器——互补推挽输出 375 5.3.1.3甲乙类功率放大器——准互补推挽输出 377 5.3.2集成运放THS3091实现功率放大 378 5.3.3集成功率放大器TDA2000DX实现音频功率放大 379 5.4 常用A/D转换芯片 383 5.4.1 A/D转换器的选择和使用 383 5.4.2 高精度A/D转换器——ADS1286 384 5.4.3高精度A/D转换器——ADS8505 387 5.4.4高速A/D转换器——ADS803/ADS805 391 5.5 常用D/A转换芯片 395 5.5.1 D/A转换器的分类和应用 395 5.5.2高精度D/A转换芯片——TLV5616 396 5.5.3高精度D/A转换芯片——TLV5618 398 5.5.4高速D/A转换器——DAC90X 401 5.6 相位测量 404 5.6.1移相信源的实现 405 5.6.1.1直接数字频率合成（DDS）技术实现移相信源 405 5.6.1.2移相网络实现移相信源 405 5.6.2相位测量 407 5.6.2.1相位—电压转换法 407 5.6.2.2计数法 408 5.6.2.3DFT相位测量 408 5.7.1频率测量的常用方式 410 5.7.1.1直接测频法 410 5.7.1.2测周法 411 5.7.1.3等精度测频法(相关计数测频法) 411 5.7.2提高频率测量精度 412 5.7.2.1比较器输出影响前级信号的解决方法 412 5.8 峰值、有效值测量的模拟实现 417 5.8.1模拟峰值检波电路 417 5.8.2模拟有效值检波 418 5.8.3数值峰值测量 419 5.8.4数字有效值测量 424 5.9 压缩编码 425 5.9.1无损压缩 425 5.9.2有损压缩 426 5.9.3 ADPCM——自适应差分脉冲编码调制 427 5.10 频谱分析 429 5.10.1频谱分析的常用方法 429 5.10.2基于FFT的音频信号分析仪 430 5.10.2.1 方案论证与比较 431 5.10.2.2系统总体框图 431 5.10.2.3理论分析与计算 432 5.10.2.4 功能电路分析 441 5.10.2.5系统软件设计 444 5.10.2.6总结 445 5.10.3基于扫频外差法的简易频谱分析仪 445 5.10.3.1方案论证与选择 445 5.10.3.2系统总体框图 446 5.10.3.3系统重要模块的理论分析与实际设计 447 5.10.3.4软件设计 450 5.11 自动增益控制电路 456 5.11.1场效应管和运放实现 456 5.11.2 CPU控制实现 457 5.11.3 VGA芯片（AD603）实现 457 5.12程控放大电路 461 5.12.1 VGA芯片（AD603）实现 461 5.12.2乘法器AD835实现 461 5.12.3 VCA芯片（VCA822、VCA824、VCA801）实现 462 5.12.4 PGA芯片（THS7001、THS7002）实现 463 5.13 集成运算放大器的使用 464 5.13.1运算放大器的结构分析 465 5.13.2精密型集成运算放大器 466 5.13.3宽带集成运算放大器 467 5.13.4 AD620的使用及其性能分析 467 5.13.4.1 AD620内部结构 468