电子系统设计――信号与通信系统篇

本书是全国大学生电子设计竞赛系列教材电子系统设计中的信号与通信系统篇。本书从实用性和优选性出发，介绍信号通信类大量的实用电路，既有理论知识的介绍，又有许多电路设计方法的讲解，还涉及部分现代电路系统设计相关的主题，如无线通信系统、电磁兼容等，最后结合全国大学生电子设计竞赛赛题列举了一些信号与通信系统的设计和制作案例。

第1 章 绪论 ........................................................ 1 1.1 全国大学生电子设计竞赛简介 ............... 1 1.2 信号与通信类考题解析 ........................... 2 1.3 信号与通信类赛题知识点 ....................... 5 第2 章 信号的产生 .......................................... 7 2.1 概述 ........................................................... 7 2.1.1 频率特性 ..................................... 8 2.1.2 输出特性 ..................................... 8 2.2 基本信号产生电路 ................................... 8 2.2.1 正弦信号产生电路 ...................... 8 2.2.2 非正弦信号产生电路 .................11 2.3 锁相式频率合成 ..................................... 16 2.3.1 锁相环简介 ................................ 16 2.3.2 PLL 频率合成器电路设计 ........ 19 2.4 直接数字频率合成 ................................. 24 2.4.1 DDS 简介................................... 24 2.4.2 基于FPGA 的DDS 波形 发生器 ....................................... 25 2.4.3 常用DDS 集成芯片 .................. 36 第3 章 无线通信系统 ................................... 45 3.1 信道、噪声与通信频段 ......................... 45 3.1.1 信道和信道模型 ........................ 45 3.1.2 噪声、信道容量和香农公式 .... 48 3.1.3 信号接收强度、灵敏度和 链路裕度 ................................... 49 3.1.4 常用通信频段 ............................ 50 3.2 常用调制解调方式 ................................. 51 3.2.1 模拟调制 ................................... 51 3.2.2 数字调制 ................................... 55 3.2.3 语音编码和声码器 .................... 60 3.3 通信系统的组成 ..................................... 63 3.3.1 常见接收机结构 ........................ 63 3.3.2 常见发射机结构 ........................ 65 3.3.3 信道复用和双工方式 ................ 65 3.4 集成调制解调器 ..................................... 67 3.4.1 通用数字无线通信芯片 ............ 68 3.4.2 专用数字无线通信芯片 ............ 83 第4 章 有线通信系统 .................................... 99 4.1 串行通信系统 ......................................... 99 4.1.1 RS232 通信系统 ........................ 99 4.1.2 RS485 通信系统 ...................... 102 4.1.3 CAN 通信系统 ........................ 103 4.2 光通信系统 ........................................... 109 4.2.1 光通信的基本概念 .................. 109 4.2.2 光纤通信系统 .......................... 116 4.2.3 无线光通信 .............................. 123 4.3 网络通信系统及其他 ........................... 126 4.3.1 网络通信的技术基础 .............. 127 4.3.2 有线通信网络 .......................... 128 4.3.3 无线通信网络 .......................... 134 4.3.4 移动通信网 .............................. 139 第5 章 电源及电磁兼容 ............................. 148 5.1 电源及电源管理 ................................... 148 5.1.1 直流稳压电源的主要 技术指标 .................................. 148 5.1.2 常用整流滤波电路 .................. 149 5.1.3 线性集成稳压电源 .................. 151 5.1.4 开关型稳压电源 ...................... 154 5.1.5 电荷泵型直流-直流变换器 ..... 157 5.1.6 基准电压源 .............................. 160 5.1.7 几种电源比较及设计 注意事项 ................................. 162 5.2 电磁兼容 ............................................... 162 5.2.1 电磁干扰源及其耦合途径 ...... 163 5.2.2 接地、屏蔽及滤波 .................. 166 第6 章 真题解析 ........................................... 174 6.1 调幅信号处理实验电路 ....................... 174 6.1.1 任务要求与评分标准 .............. 174 6.1.2 题目分析 ................................. 176 6.1.3 方案论证 ................................. 176 6.1.4 理论分析与电路设计 .............. 178 6.1.5 软件设计 ................................. 183 6.1.6 系统测试方案与测试结果 ...... 184 6.2 远程幅频特性测试系统 ....................... 186 6.2.1 任务要求及评分标准 .............. 186 6.2.2 题目分析 ................................. 187 6.2.3 方案论证 ................................. 187 6.2.4 理论分析与电路设计 .............. 188 6.2.5 软件设计 ................................. 191 6.2.6 系统测试方案与测试结果 ...... 192 6.3 自适应滤波器 ....................................... 194 6.3.1 任务要求及评分标准 .............. 194 6.3.2 题目分析 ................................. 195 6.3.3 方案论证 ................................. 195 6.3.4 理论分析与电路设计 .............. 196 6.3.5 软件设计 ................................. 200 6.3.6 系统测试方案与测试结果 ...... 200 6.4 增益可控射频放大器 ........................... 203 6.4.1 任务要求及评分标准 .............. 203 6.4.2 题目分析 ................................. 203 6.4.3 方案论证 ................................. 204 6.4.4 理论分析与电路设计 .............. 205 6.4.5 软件设计 ................................. 208 6.4.6 系统测试方案与测试结果 ...... 208 6.4.7 设计实现的实物图 .................. 211 6.5 80～100MHZ 频谱仪 ............................ 211 6.5.1 任务要求及评分标准 .............. 211 6.5.2 题目分析 .................................. 212 6.5.3 方案论证 .................................. 212 6.5.4 理论分析与电路设计 .............. 214 6.5.5 软件设计 .................................. 218 6.5.6 系统测试方案与测试结果 ...... 219 6.5.7 设计实现的实物图 .................. 220 6.6 短距视频信号无线通信网络 ............... 220 6.6.1 任务要求及评分标准 .............. 221 6.6.2 题目分析 .................................. 222 6.6.3 方案论证 .................................. 222 6.6.4 理论分析与电路设计 .............. 224 6.6.5 软件设计 .................................. 225 6.6.6 系统测试方案与测试结果 ...... 226 6.6.7 设计实现的实物图 .................. 227 6.7 简易幅频特性测试仪 ........................... 229 6.7.1 任务要求及评分标准 .............. 229 6.7.2 题目分析 .................................. 230 6.7.3 方案论证 .................................. 230 6.7.4 理论分析与电路设计 .............. 231 6.7.5 软件设计 .................................. 234 6.7.6 系统测试方案与测试结果 ...... 235 6.8 红外光通信装置 ................................... 236 6.8.1 任务要求及评分标准 .............. 236 6.8.2 题目分析 .................................. 238 6.8.3 红外光信道传输模拟信号 ...... 238 6.8.4 红外光信道传输数字信号 ...... 241 6.8.5 红外管发射驱动电路与 接收电路 .................................. 243 6.8.6 语音驱动及其他 ...................... 244 6.8.7 测试方案与测试结果 .............. 245