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電子電信技術 電子電信技術 一般性問題
 
 
 
 
電子系統綜合設計:基於精選案例與實戰指導
 叢書名稱: 高等學校電子信息類專業系列教材
 作  者: 陳小橋/張從新/胡明宇/陶琴
 出版單位: 清華大學
 出版日期: 2019.05
 進貨日期: 2019/6/4
 ISBN: 9787302517177
 開  本: 16 開    
 定  價: 368
 售  價: 294
  會 員 價: 270
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編輯推薦:

《電子系統綜合設計》本書涵蓋範圍廣泛,以電子設計大賽、Inter杯、Altera杯、教學案例競賽四大賽事為依託,加以大學生科研、畢業設計內容以及教學案例競賽中的優秀作品,旨在鍛煉學生解決實際問題的能力,為高校學生參加相關科研和競賽提供科學思路和實戰指導,為高等學校電子資訊類拔尖創新人才培養的探索與實踐提供借鑒和參考。


內容簡介:

本書涵蓋範圍廣泛,以全國大學生電子設計競賽、英特爾杯大學生電子設計競賽、Altera杯大學生電子設計競賽、全國電工電子基礎課程實驗教學案例設計競賽四大賽事為依託,加以大學生科研專案、本科生畢業設計的優秀作品,旨在鍛煉學生解決實際問題的能力,為高校學生參加相關科研和競賽提供科學思路和實戰指導,為高等學校電子資訊類拔尖創新人才培養的探索與實踐提供借鑒和參考。 本書定位準確、內容新穎、結構合理、案例豐富、深入淺出,對讀者具有重要的指導意義。本書可作為高等學校電子資訊工程、通信工程等專業的實踐教程和參考圖書,也可供相關工程技術人員參考。


圖書目錄:

本書涵蓋範圍廣泛,以全國大學生電子設計競賽、英特爾杯大學生電子設計競賽、Altera杯大學生電子設計競賽、全國電工電子基礎課程實驗教學案例設計競賽四大賽事為依託,加以大學生科研專案、本科生畢業設計的優秀作品,旨在鍛煉學生解決實際問題的能力,為高校學生參加相關科研和競賽提供科學思路和實戰指導,為高等學校電子資訊類拔尖創新人才培養的探索與實踐提供借鑒和參考。 本書定位準確、內容新穎、結構合理、案例豐富、深入淺出,對讀者具有重要的指導意義。本書可作為高等學校電子資訊工程、通信工程等專業的實踐教程和參考圖書,也可供相關工程技術人員參考。
目  錄
目錄

第1章大學生科研專案

1.1基於Nios的航空相機姿態矯正系統

1.1.1系統總體方案

1.1.2姿態角的處理——Kalman濾波

1.1.3相機姿態調整

1.1.4小結

1.2火力發電廠鍋爐內化學量分散式監測系統

1.2.1系統總體方案

1.2.2分散式前置工作站

1.2.3系統通信與佈局

1.2.4系統軟體設計

1.2.5系統測試

1.2.6小結

1.3鎖相環調頻發射接收系統

1.3.1系統硬體設計

1.3.2系統硬體測試

1.3.3小結

1.4天地波組網雷達信號處理系統

1.4.1海洋表面流場提取

1.4.2系統測試

1.4.3小結

1.5數位檢流計

1.5.1系統總體方案

1.5.2系統硬體設計

1.5.3小結

1.6智慧光伏供電與監測系統

1.6.1系統總體方案

1.6.2光伏供電系統

1.6.3監控系統

1.6.4光伏系統測試

1.6.5小結

1.7基於TFTQLCD的多路即時採集顯示系統

1.7.1系統總體方案

1.7.2系統測試

1.7.3小結

1.8基於H.265/HEVC的視頻品質參數評價

1.8.1H.265/HEVC演算法

1.8.2客觀視頻品質評價方法

1.8.3序列編解碼測試

1.8.4小結

第2章全國大學生電子設計競賽

2.1可控增益射頻寬頻放大器

2.1.1系統總體方案

2.1.2理論分析

2.1.3系統電路設計

2.1.4系統程式設計

2.1.5系統測試

2.1.6總結

2.2多旋翼自主飛行器系統

2.2.1系統總體方案

2.2.2理論分析

2.2.3系統電路設計和控制方法

2.2.4系統程式設計

2.2.5系統測試

2.2.6總結

2.380~100MHz頻譜分析儀

2.3.1系統總體方案

2.3.2理論分析

2.3.3系統電路設計

2.3.4系統程式設計

2.3.5系統測試

2.3.6總結

2.4雙向DCQDC變換器

2.4.1系統總體方案

2.4.2理論分析

2.4.3系統電路設計

2.4.4系統程式設計

2.4.5系統測試

2.4.6總結

2.5數位頻率計

2.5.1系統總體方案

2.5.2理論分析

2.5.3系統電路與程式設計

2.5.4系統測試

2.5.5總結

第3章本科生畢業設計優秀作品

3.1VHF航空波段接收機的研究

3.1.1系統總體方案及硬體設計

3.1.2系統測試

3.1.3小結

3.2濁度計的設計

3.2.1系統總體方案

3.2.2濁度計硬體設計

3.2.3濁度計軟體設計

3.2.4資料標定及測量結果

3.2.5小結

3.3基於DDS的高頻信號源設計

3.3.1基於FPGA的DDS設計

3.3.2DDS系統硬體設計

3.3.3系統實現與測試

3.3.4小結

3.4基於嵌入式雙目視覺測距系統的研究

3.4.1系統總體方案

3.4.2雙目視覺測距系統硬體設計

3.4.3基於嵌入式的圖像預處理

3.4.4基於嵌入式的SAD演算法

3.4.5小結

3.5嵌入式智慧小車無線控制與視頻傳輸系統設計

3.5.1系統總體方案

3.5.2智慧小車硬體設計

3.5.3智慧小車軟體設計

3.5.4系統測試

3.5.5小結

第4章英特爾杯大學生電子設計競賽和Altera杯大學生電子設計競賽

4.1基於EMG信號控制的智慧探險機器人

4.1.1系統總體方案

4.1.2Genius Arm硬體設計

4.1.3Genius Arm軟體設計

4.1.4Genius Arm系統測試

4.1.5小結

4.2基於SOPC的智慧輔助飲食系統設計

4.2.1系統總體方案

4.2.2圖像擷取處理模組

4.2.3語音交互模組

4.2.4機械臂控制模組

4.2.5系統測試

4.2.6小結

4.3“淩動”的飛舞——室內飛行器定位與控制系統

4.3.1系統總體方案

4.3.2系統原理

4.3.3系統硬體設計

4.3.4系統軟體設計

4.3.5系統測試

4.3.6小結

4.4知音識譜小琴手

4.4.1電子樂譜協定

4.4.2系統硬體設計

4.4.3系統軟體設計

4.4.4系統測試

4.4.5小結

4.5反無人機偵察兵

4.5.1系統總體方案

4.5.2系統硬體設計

4.5.3系統軟體設計

4.5.4系統測試

4.5.5小結

第5章全國電工電子基礎課程實驗教學案例設計競賽

5.1電子稱的設計

5.1.1實驗內容與任務

5.1.2實驗過程及要求

5.1.3相關知識及背景

5.1.4教學目的

5.1.5實驗教學與指導

5.1.6實驗框圖及方案

5.1.7實驗報告要求

5.1.8考核要求與方法

5.1.9專案特色與創新

5.2加法器的設計與實現

5.2.1實驗內容與任務

5.2.2實驗過程及要求

5.2.3相關知識及背景

5.2.4教學目的

5.2.5實驗教學與指導

5.2.6實驗原理及方案

5.2.7實驗報告要求

5.2.8考核要求與方法

5.2.9專案特色或創新

5.3嵌入式系統串口通信實驗

5.3.1實驗內容與任務

5.3.2實驗過程及要求

5.3.3相關知識及背景

5.3.4教學目的

5.3.5實驗教學與指導

5.3.6實驗原理及方案

5.3.7實驗報告要求

5.3.8考核要求與方法

5.3.9專案特色或創新

5.4數字調頻收音機

5.4.1實驗內容與任務

5.4.2實驗過程及要求

5.4.3相關知識及背景

5.4.4教學目的

5.4.5實驗教學與指導

5.4.6實驗原理及方案

5.4.7實驗報告要求

5.4.8考核要求與方法

5.4.9專案特色或創新

5.5射頻收發系統

5.5.1實驗內容與任務

5.5.2實驗過程及要求

5.5.3相關知識及背景

5.5.4教學目的

5.5.5實驗教學與指導

5.5.6實驗原理及方案

5.5.7實驗報告要求

5.5.8考核要求與方法

5.5.9專案特色或創新

參考文獻


章節試讀:

本書涵蓋範圍廣泛,以全國大學生電子設計競賽、英特爾杯大學生電子設計競賽、Altera杯大學生電子設計競賽、全國電工電子基礎課程實驗教學案例設計競賽四大賽事為依託,加以大學生科研專案、本科生畢業設計的優秀作品,旨在鍛煉學生解決實際問題的能力,為高校學生參加相關科研和競賽提供科學思路和實戰指導,為高等學校電子資訊類拔尖創新人才培養的探索與實踐提供借鑒和參考。 本書定位準確、內容新穎、結構合理、案例豐富、深入淺出,對讀者具有重要的指導意義。本書可作為高等學校電子資訊工程、通信工程等專業的實踐教程和參考圖書,也可供相關工程技術人員參考。
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第1章大學生科研專案

1.1基於Nios的航空相機姿態矯正系統

1.1.1系統總體方案

1.1.2姿態角的處理——Kalman濾波

1.1.3相機姿態調整

1.1.4小結

1.2火力發電廠鍋爐內化學量分散式監測系統

1.2.1系統總體方案

1.2.2分散式前置工作站

1.2.3系統通信與佈局

1.2.4系統軟體設計

1.2.5系統測試

1.2.6小結

1.3鎖相環調頻發射接收系統

1.3.1系統硬體設計

1.3.2系統硬體測試

1.3.3小結

1.4天地波組網雷達信號處理系統

1.4.1海洋表面流場提取

1.4.2系統測試

1.4.3小結

1.5數位檢流計

1.5.1系統總體方案

1.5.2系統硬體設計

1.5.3小結

1.6智慧光伏供電與監測系統

1.6.1系統總體方案

1.6.2光伏供電系統

1.6.3監控系統

1.6.4光伏系統測試

1.6.5小結

1.7基於TFTQLCD的多路即時採集顯示系統

1.7.1系統總體方案

1.7.2系統測試

1.7.3小結

1.8基於H.265/HEVC的視頻品質參數評價

1.8.1H.265/HEVC演算法

1.8.2客觀視頻品質評價方法

1.8.3序列編解碼測試

1.8.4小結

第2章全國大學生電子設計競賽

2.1可控增益射頻寬頻放大器

2.1.1系統總體方案

2.1.2理論分析

2.1.3系統電路設計

2.1.4系統程式設計

2.1.5系統測試

2.1.6總結

2.2多旋翼自主飛行器系統

2.2.1系統總體方案

2.2.2理論分析

2.2.3系統電路設計和控制方法

2.2.4系統程式設計

2.2.5系統測試

2.2.6總結

2.380~100MHz頻譜分析儀

2.3.1系統總體方案

2.3.2理論分析

2.3.3系統電路設計

2.3.4系統程式設計

2.3.5系統測試

2.3.6總結

2.4雙向DCQDC變換器

2.4.1系統總體方案

2.4.2理論分析

2.4.3系統電路設計

2.4.4系統程式設計

2.4.5系統測試

2.4.6總結

2.5數位頻率計

2.5.1系統總體方案

2.5.2理論分析

2.5.3系統電路與程式設計

2.5.4系統測試

2.5.5總結

第3章本科生畢業設計優秀作品

3.1VHF航空波段接收機的研究

3.1.1系統總體方案及硬體設計

3.1.2系統測試

3.1.3小結

3.2濁度計的設計

3.2.1系統總體方案

3.2.2濁度計硬體設計

3.2.3濁度計軟體設計

3.2.4資料標定及測量結果

3.2.5小結

3.3基於DDS的高頻信號源設計

3.3.1基於FPGA的DDS設計

3.3.2DDS系統硬體設計

3.3.3系統實現與測試

3.3.4小結

3.4基於嵌入式雙目視覺測距系統的研究

3.4.1系統總體方案

3.4.2雙目視覺測距系統硬體設計

3.4.3基於嵌入式的圖像預處理

3.4.4基於嵌入式的SAD演算法

3.4.5小結

3.5嵌入式智慧小車無線控制與視頻傳輸系統設計

3.5.1系統總體方案

3.5.2智慧小車硬體設計

3.5.3智慧小車軟體設計

3.5.4系統測試

3.5.5小結

第4章英特爾杯大學生電子設計競賽和Altera杯大學生電子設計競賽

4.1基於EMG信號控制的智慧探險機器人

4.1.1系統總體方案

4.1.2Genius Arm硬體設計

4.1.3Genius Arm軟體設計

4.1.4Genius Arm系統測試

4.1.5小結

4.2基於SOPC的智慧輔助飲食系統設計

4.2.1系統總體方案

4.2.2圖像擷取處理模組

4.2.3語音交互模組

4.2.4機械臂控制模組

4.2.5系統測試

4.2.6小結

4.3“淩動”的飛舞——室內飛行器定位與控制系統

4.3.1系統總體方案

4.3.2系統原理

4.3.3系統硬體設計

4.3.4系統軟體設計

4.3.5系統測試

4.3.6小結

4.4知音識譜小琴手

4.4.1電子樂譜協定

4.4.2系統硬體設計

4.4.3系統軟體設計

4.4.4系統測試

4.4.5小結

4.5反無人機偵察兵

4.5.1系統總體方案

4.5.2系統硬體設計

4.5.3系統軟體設計

4.5.4系統測試

4.5.5小結

第5章全國電工電子基礎課程實驗教學案例設計競賽

5.1電子稱的設計

5.1.1實驗內容與任務

5.1.2實驗過程及要求

5.1.3相關知識及背景

5.1.4教學目的

5.1.5實驗教學與指導

5.1.6實驗框圖及方案

5.1.7實驗報告要求

5.1.8考核要求與方法

5.1.9專案特色與創新

5.2加法器的設計與實現

5.2.1實驗內容與任務

5.2.2實驗過程及要求

5.2.3相關知識及背景

5.2.4教學目的

5.2.5實驗教學與指導

5.2.6實驗原理及方案

5.2.7實驗報告要求

5.2.8考核要求與方法

5.2.9專案特色或創新

5.3嵌入式系統串口通信實驗

5.3.1實驗內容與任務

5.3.2實驗過程及要求

5.3.3相關知識及背景

5.3.4教學目的

5.3.5實驗教學與指導

5.3.6實驗原理及方案

5.3.7實驗報告要求

5.3.8考核要求與方法

5.3.9專案特色或創新

5.4數字調頻收音機

5.4.1實驗內容與任務

5.4.2實驗過程及要求

5.4.3相關知識及背景

5.4.4教學目的

5.4.5實驗教學與指導

5.4.6實驗原理及方案

5.4.7實驗報告要求

5.4.8考核要求與方法

5.4.9專案特色或創新

5.5射頻收發系統

5.5.1實驗內容與任務

5.5.2實驗過程及要求

5.5.3相關知識及背景

5.5.4教學目的

5.5.5實驗教學與指導

5.5.6實驗原理及方案

5.5.7實驗報告要求

5.5.8考核要求與方法

5.5.9專案特色或創新

參考文獻


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前  言
前言
電子技術在國民經濟建設中發揮了重要作用,它已廣泛滲透到工業、農業、國防、科技及人們的日常生活中。隨著電子技術日新月異的快速發展和經濟需求的迅猛增長,社會對電子類拔尖人才的需求與人才培養模式的矛盾越來越突出,主要反映在高校培養計畫普遍重視理論課程教學,忽視了實踐環節;有些高校沒有達到教育部對各專業實踐教學所要求的學時數或學分數,導致學生的工程實踐能力、解決實際問題的能力較弱。多年的實踐證明,培養優秀人才不僅要有優秀的教師隊伍和優質課程,同時還必須重視實踐教學在人才培養中的作用和地位。然而重學輕術的現象在高校中還比較普遍,重科學研究、輕人才培養的畸形狀態在高校中還有相當大的市場,這不僅嚴重影響人才培養品質,也阻礙了高等教育發展。
教育部相繼啟動了“高等學校教學品質和教學改革工程”以及“卓越工程師教育培養計畫”,將培養學生的實踐能力提高到戰略高度。武漢大學電子資訊學院開展了一系列有益的探索,取得了相對豐碩的成果。
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第3章
CHAPTER 3


本科生畢業設計優秀作品





3.1VHF航空波段接收機的研究
甚高頻(Very High Frequency,VHF)是指電波頻率在30~300MHz範圍內的無線電波,在電臺和電視臺廣播等領域有廣泛的應用。VHF波段也用於航空和航海的溝通頻道,並在國內外機場都有著廣泛應用。民航客機進出場過程中和塔臺的聯繫、塔臺對場內飛機的調度、機場地勤人員與飛行員以及塔臺的聯繫都通過這個頻段的無線電波完成。因此,VHF航空波段接收機在協調機場各部門正常運行中發揮著不可或缺的作用,開發出靈敏度更高、選擇性更好、雜訊更小、性能更優異的航空波段接收機有著重要的意義和實用價值。
3.1.1系統總體方案及硬體設計
由於超外差接收機有著優異的選擇性、較好的靈敏度、較大的動態範圍以及對鏡像頻率干擾的抑制,次航空波段接收機設計採用超外差結構,系統總體結構如圖3.1所示。系統由天線、前端射頻濾波器、混頻器、檢波模組、音訊放大器和輸出模組等基本模組構成。在實際的接收機設計過程中,通常還要加入低雜訊放大器、中頻濾波器、中頻放大器以及自動增益控制(Automatic Gain Control,AGC)等模組,以提升無線接收機的性能以及可靠性。


圖3.1系統總體結構


1. 射頻前端濾波器
濾波器主要分為有源濾波器和無源濾波器兩大類。由於有源濾波器中運算放大器頻寬的限制,在頻率較高的甚高頻波段,濾波器系統的Q值較低,達不到無線接收機系統所需要的濾波效果。而且,射頻濾波器處於系統的第一級,對系統雜訊影響很大,如果濾波器本身的雜訊比較大,經過後續電路的一系列放大之後,雜訊將變得更大,甚至掩蓋實際需要接收的語音信號。因此,本航空波段接收機採用由L、C等無源器件構成的無源濾波器。
包括武漢天河機場在內的國內機場無線通訊頻率基本集中在118~138MHz,因此,接收機的前端濾波器必須完整覆蓋這個波段。帶通濾波器能夠讓指定範圍內的頻率信號通過並阻止其他頻率的信號通過,多應用於音響裝置以及無線收發裝置中,以獲得指定頻段音訊信號並濾除其他頻段的雜波干擾。因此,接收機前端濾波器採用帶通濾波器。
1) 濾波器參數

帶通濾波器存在上限頻率fH,下限頻率fL以及通帶頻寬BW。位於下限頻率fL和上限頻率fH之間的頻率的信號可以通過,其他頻率信號會因受到極大衰減而不能通過電路。無源帶通濾波器只由無源器件L、C等器件構成。帶阻濾波器的中心頻率f0、上限頻率fH、下限頻率fL以及阻帶頻寬BW的關係如式(3Q1)和式(3Q2)所示,其中Q為濾波器的品質因數,阻帶頻寬越窄的濾波器,品質因數越高。


Q=f0BW=f0fH-fL(3Q1)

f0=fH×fL(3Q2)


一個理想的帶通濾波器通帶邊緣是垂直的,通帶頂端是一條平坦的直線,而且在通帶內信號沒有衰減,在通帶外信號增益為0,上限頻率為fH,下限頻率為fL。但是實際應用中不存在理想的帶通濾波器,通帶邊緣並不是垂直下降的,而是有一個緩慢下降的過程,這個現象通常被稱為濾波器的滾降現象,一般用10倍頻的衰減幅度dB數來表示。一般情況下取3dB衰減點對應的兩個頻率FL與FH為帶通濾波器實際的上限頻率和下限頻率。通常在設計帶通濾波器時,應儘量保證通帶邊緣下降得越快越好。此外,實際濾波器的通帶頂部並不平坦,通帶頂部會有波紋出線,這種現象被稱為吉布斯現象。為降低該現象的影響,應保證帶通濾波器通帶頂部的平穩度,通帶頂部越平整,整個濾波器的效果就越好。理想帶通濾波器(實線)與實際帶通濾波器(虛線)的參數對比如圖3.2所示。


圖3.2理想帶通濾波器與實際帶通濾波器參數


考慮到帶通濾波器的滾降效應,接收機前端濾波器的頻寬要略大於118MHz和138MHz這兩個頻率的差值。對比國內機場無線通訊採用的頻率,同時為了方便最終的系統測試和調試,頻率應包含部分調頻廣播頻段,或者下限頻率儘量接近調頻廣播頻段,最終無線接收機系統的前端濾波器下限頻率fL=110MHz,上限頻率fH=150MHz,通帶頻寬BW=40MHz,由式(3Q2)可得,系統前端濾波器中心頻率f0=128.5MHz。經過實驗驗證,這一組上下限頻率以及頻寬選取適當,可以很好地覆蓋VHF航空接收機所需要接收的信號頻段,基本上保證了系統的可行性與可靠性,為最終完成一個性能優良的航空波段接收機提供了最基礎的保障。

2) 濾波器電路
濾波器電路如圖3.3所示,是一個五階巴特沃斯帶通濾波器,中心頻率f0為128MHz,通頻帶頻寬為40MHz。


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