本書是全國大學生電子設計競賽培訓教程第1分冊，是針對全國大學生電子設計競賽的特點和需求編寫的。全書共7章，內容包括緒論、電子設計競賽制作基礎訓練、電路的設計與制作、單片機繫統的設計與制作、可編程邏輯器件繫統的設計與制作、電子設計競賽作品設計與制作的方法和步驟、全國大學生電子設計競賽綜合測評。本書內容豐富實用，敘述條理清楚、工程性強，可作為高等學校電子信息、自動化類、電氣類、計算機類專業的大學生參加全國及省級電子設計競賽、課程設計與制作、畢業設計的參考書，以及電子工程各類技術人員的參考書。

第1章 緒論 1
1．1 全國大學生電子設計競賽的目的和意義 1
1．2 競賽的命題原則與要求 1
1．3 競賽題涉及的知識面與知識點 3
1．4 出題趨勢 4
第2章 電子設計競賽制作基礎訓練 5
2．1常用電器件的識別與主要性能參數 5
2．1．1電阻器的簡單識別與型號命名法 5
2．1．2電容器的簡單識別與型號命名法 10
2．1．3電感器的簡單識別與型號命名法 15
2．1．4半導體器件的簡單識別與型號命名法 16
2．1．5半導體集成電路型號命名法 22
2．2裝配工具及使用方法 25
2．2．1裝配工具 25
2．2．2焊接材料 26
2．2．3焊接工藝和方法 27
2．3 印制電路板的設計與制作 31
2．3．1 印制電路板設計 31
2．3．2 電路板簡介 32
2．3．3 使用Create-SEM高精度電路板制作儀制板 34
第3章 電路的設計與制作 40
3．1 集成直流穩壓電源 40
3．1．1 直流穩壓電源的基本原理 40
3．1．2 三端固定式正壓穩壓器 41
3．1．3 三端固定式負壓穩壓器 42
3．1．4 三端可調式穩壓器 42
3．1．5 正、負輸出穩壓電源 43
3．1．6 斬波調壓電源電路 44
3．2 運算放大器電路 46
3．2．1 運算放大器的基本特性 46
3．2．2 基本運算放大器應用電路 48
3．2．3 測量放大電路 50
3．3 信號產生電路 52
3．3．1 分立模擬電路構成矩形波產生電路 52
3．3．2 正弦波產生電路 53
3．3．3 三角波產生電路 54
3．3．4 多種信號產生電路 54
3．4 信號處理電路 55
3．4．1 有源濾波電路 55
3．4．2 電壓-頻率、頻率-電壓變換電路 56
3．4．3 電流-電壓變換電路 58
3．5 聲音報警電路 58
3．5．1 采件制作的聲音報警電路 58
3．5．2 與單片機接口的聲音報警電路與程序 59
3．5．3 與可編程邏輯器件接口的聲音報警電路和程序 60
3．6 傳感器及其應用電路 61
3．6．1 傳感器種類介紹 61
3．6．2 霍爾傳感器與應用電路 61
3．6．3 金屬傳感器與應用電路 63
3．6．4 溫度傳感器與應用電路 65
3．6．5 光電傳感器與應用電路 70
3．6．6 超聲波傳感器與應用電路 72
第4章 單片機繫統的設計與制作 78
4．1 單片機繫統的設計與制作 78
4．1．1 單片機繫統硬件設計 78
4．1．2 單片機繫統時鐘電路和復位電路簡介 79
4．2 人機接口技術 83
4．2．1 A/D采樣鍵盤電路及其程序設計 83
4．2．2 矩陣式4×4鍵盤電路及其程序設計 85
4．2．3 專用按鍵顯示芯片電路及其程序設計 87
4．2．4 漢字液晶接口電路及程序設計 95
4．3 模數、數模轉換電路及其程序設計 105
4．3．1 STC12C5A60S2單片機內部的10位ADC簡介及其程序設計 105
4．3．2 串行模數轉換電路及其程序設計 108
4．3．3 串行數模轉換電路及其程序設計 110
4．4 片外存儲器擴展 114
4．4．1 片外靜態RAM擴展電路及其程序設計 114
4．4．2 單片機STC12C5A60S2內部E2PROM程序設計 116
4．4．3 片外串行E2PROM擴展電路及程序設計 120
4．5 單片機繫統與FPGA接口電路及其程序設計 129
4．6 單片機繫統故障分析與處理 132
第5章 可編程邏輯器件繫統的設計與制作 134
5．1 FPGA的發展與基本概念 134
5．1．1 FPGA發展簡史 134
5．1．2 FPGA的基礎概念 136
5．1．3 FPGA與嵌入式繫統 138
5．2 FPGA開發繫統結構 140
5．2．1 基於FPGA開發的優勢 140
5．2．2 FPGA最小繫統的核心電路 140
5．2．3 FPGA最小繫統的外圍擴展電路 142
5．2．4 FPGA調試及下載電路 142
5．3 Verilog HDL基礎 143
5．3．1 硬件描述語言概述 143
5．3．2 Verilog HDL基本語法 143
5．3．3 組合邏輯電路的HDL建模 147
5．3．4 鎖存器與觸發器的HDL建模 152
5．3．5 時序邏輯電路的HDL建模 156
5．3．6 復雜有限狀態機的HDL建模 158
5．4 基於Vivado的FPGA開發 160
5．4．1 Vivado簡介 160
5．4．2 使用Vivado構建一個最簡單的“3-8譯碼器” 160
5．4．3 使用Vivado驅動動態數碼管掃描 169
5．4．4 使用Vivado構建復雜有限狀態機 171
5．4．5 使用Vivado燒錄FPGA的配置Flash 175
第6章 電子設計競賽作品設計與制作的方法和步驟 178
6．1 電子設計競賽作品設計與制作的步驟 178
6．1．1 現代電子繫統的設計方法 178
6．1．2 EDA技術 180
6．2 電子設計競賽作品的設計與制作方法 182
6．2．1 題目選擇 182
6．2．2 題目分析 183
6．2．3 繫統方案論證 184
6．2．4 電子設計競賽作品設計與制作的全過程 185
6．2．5 子繫統的設計與制作步驟 185
6．2．6 仿真模擬 188
6．2．7 PCB繪圖及制板 189
6．2．8 裝配、調試與測試 190
6．2．9 電子設計競賽總結報告寫作 190
第7章 全國大學生電子設計競賽綜合測評 192
7．1 2011年全國大學生電子設計競賽綜合測評
―集成運算放大器的應用 192
7．1．1 任務與要求 192
7．1．2 LM324集成運算放大器簡介 193
7．1．3電路設計 193
7．2 2013年全國大學生電子設計競賽綜合測評
―波形生成器 196
7．2．1 任務與要求 196
7．2．2 555集成芯片介紹 197
7．2．3電路設計 198
7．3 2015年全國大學生電子設計競賽綜合測評
―多種波形產生電路 201
7．3．1 任務與要求 201
7．3．2 74LS74集成芯片介紹 202
7．3．3電路設計 203
7．4 2017年全國大學生電子設計競賽綜合測評
―復合信號生成器 206
7．4．1 任務與要求 206
7．4．2 READ2302G集成芯片介紹 207
7．4．3電路設計 208
參考文獻 211

全國大學生電子設計競賽是由教育部高等教育司、工業和信息化部人事教育司共同主辦的，面向全國高等學校本科、專科學生的一項群眾性科技活動，目的在於推動普通高等學校在教學中培養大學生的創新意識、協作精神和理論聯繫實際的能力，加強學生工程實踐能力的訓練和培養；鼓勵廣大學生踊躍參加課外科技活動，把主要精力吸引到學習和能力培養上來，促進高等學校形成良好的學習風氣；同時，也為優秀人纔脫穎而出創造條件。

全國大學生電子設計競賽自1994年至今已成功舉辦13屆，深受全國大學生的歡迎和喜愛，參賽學校、參賽隊和參賽學生的數量逐年增加。對參賽學生而言，電子設計競賽和賽前繫列培訓，使他們獲得了電子綜合設計能力，鞏固了所學知識，培養了他們用所學理論指導實踐，團結一致，協同作戰的綜合素質；通過參加競賽，參賽學生可以發現學習過程中的不足，找到努力的方向，為畢業後從事專業技術工作打下更好的基礎，為將來就業做好準備。對指導老師而言，電子設計競賽是新、奇、特設計思路的充分展示，更是各高等學校之間電子技術教學、科研水平的檢驗，通過參加競賽，可以找到教學中的不足之處。對各高等學校而言，全國大學生電子設計競賽現已成為學校評估不可缺少的項目之一，這種全國大賽是提高學校整體教學水平、改進教學的一種好方法。

全國大學生電子設計競賽隻在單數年份舉辦。然而，近年來，許多地區、省、市在雙數年份也單獨舉辦地區性或省內電子設計競賽，許多學校甚至每年舉辦多次電子設計競賽，目的在於通過這類電子設計大賽，讓更多的學生受益。

全國大學生電子設計競賽組委會為組織好這項賽事，於2005年編寫了《全國大學生電子設計競賽獲獎作品選編（2005）》。我們在組委會的支持下，從2007年開始至今，編寫了“全國大學生電子設計競賽培訓教程”（共14冊），深受參賽學生和指導教師的歡迎與喜愛。

據不完全統計，培訓教程出版發行後，已被數百所高校采用為全國大學生電子設計競賽及各類電子設計競賽培訓的主要教材或參考教材。讀者紛紛來信、來電表示，這套教材寫得很成功、很實用，同時也提出了許多寶貴的意見。因此，從2017年開始，我們對培訓教程進行了整編。新編寫的5本培訓教程包括《基本技能訓練與綜合測評》《模擬電子線路與電源設計》《數字繫統與自動控制繫統設計》《高頻電子線路與通信繫統設計》《電子儀器儀表與測量繫統設計》。

《基本技能訓練與綜合測評》是新編培訓教程的第1分冊，是在前幾版的基礎上撰寫而成的，刪除了一些陳舊的內容，新增了電路設計和歷屆綜合測評的內容。全書共7章，內容包括緒論、電子設計競賽制作基礎訓練、電路的設計與制作、單片機繫統的設計與制作、可編程邏輯器件繫統的設計與制作、電子設計競賽作品設計與制作的方法和步驟、全國大學生電子設計競賽綜合測評。

本書由高吉祥、蘇鋼擔任主編，王彥擔任副主編；黃國玉、馮璐、曾玫貞、王明華、鄧蓉、張濤等人參加了部分章節的編寫；西安電子科技大學傅豐林教授在百忙之中對本書進行了主審；長沙學院電子信息與電氣工程學院院長劉光燦教授為本書的立項和組織做了大量工作；北京理工大學羅偉雄教授、武漢大學趙茂泰教授等為本書的編寫出謀劃策，對本書的修訂提出了寶貴意見，在此表示衷心的感謝。

由於時間倉促，本書難免存在疏漏和不足之處，歡迎廣大讀者和同行批評指正。