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本书是全国大学生电子设计竞赛培训教程的第3分册，是针对全国大学生电子设计竞赛的特点和需求编写的。全书共4章，内容包括数字系统设计、自动控制系统设计、智能小车设计，以及智能飞行器设计。书中收集、整理了历届电子设计竞赛中和数字系统与自动控制系统设计相关的试题，内容丰富，叙述简明，概念清晰，工程性和实用性强。本书可作为高等学校电子信息类、电气类、自动化类和计算机类专业学生参加全国大学生电子设计竞赛的培训教材，也可作为课程设计、毕业设计的参考用书，还可作为电子工程师的参考书。

第1章  数字系统设计	001
1.1　数字化语音存储与回放系统	001
［1999年全国大学生电子设计竞赛（E题）］	001
1.1.1　任务与要求	001
1.1.2　题目分析	002
1.1.3　方案论证	002
1.1.4　硬件设计	009
1.1.5　软件设计	011
1.1.6　测试结果及结果分析	012
1.2　纸张计数显示装置	013
［2019年全国大学生电子设计竞赛（F题）］	013
1.2.1  任务与要求	013
1.2.2  题目分析	015
1.2.3  实例	017
第2章  自动控制系统设计	023
2.1　液体点滴速度监控装置	023
［2003年全国大学生电子设计竞赛（F题）］	023
2.1.1　任务与要求	023
2.1.2　题目分析	025
2.1.3　方案论证	025
2.1.4　硬件设计	027
2.1.5　软件设计	029
2.1.6　测试结果及结果分析	032
2.2　悬挂运动控制系统	032
［2005年全国大学生电子设计竞赛（E题）］	032
2.2.1　任务与要求	032
2.2.2　题目分析	034
2.2.3　方案论证	034
2.2.4　硬件设计	036
2.2.5　软件设计	038
2.2.6　测试结果及结果分析	044
2.3  基于自由摆的平板控制系统	045
［2011年全国大学生电子设计竞赛（B题）］	045
2.3.1　任务与要求	045
2.3.2  题目分析	048
2.3.3  系统方案	049
2.3.4  理论分析与计算	050
2.3.5  电路与程序设计	051
2.3.6  测试方案及测试结果	055
2.4  简易旋转倒立摆控制装置	056
［2013年全国大学生电子设计竞赛（C题）］	056
2.4.1　任务与要求	056
2.4.2  题目分析	058
2.4.3  系统方案	059
2.4.4  理论分析与计算	061
2.4.5  电路与程序设计	062
2.4.6  测试方案及测试结果	064
2.5  风力摆控制系统	066
［2015年全国大学生电子设计竞赛（B题）］	066
2.5.1　任务与要求	066
2.5.2  题目分析	068
2.5.3  方案论证	068
2.5.4  测控方法	070
2.5.5  系统设计	071
2.5.6  系统测试	074
2.6  模拟路灯控制系统	075
［2009年全国大学生电子设计竞赛（I题）（高职高专组）］	075
2.6.1　任务与要求	075
2.6.2　题目分析	077
2.6.3　模拟路灯控制系统（Ⅰ）	078
2.6.4　模拟路灯控制系统（Ⅱ）	081
2.7  帆板控制系统	085
［2011年全国大学生电子设计竞赛（F题）］	085
2.7.1  任务与要求	085
2.7.2  题目分析	087
2.7.3  方案论证	087
2.7.4  硬件设计	088
2.7.5  软件设计	094
2.7.6  测试结果及结果分析	099
2.8  电磁控制运动装置	101
［2013年全国大学生电子设计竞赛（高职高专组）］	101
2.8.1  任务与要求	101
2.8.2  题目分析	102
2.8.3  方案论证	103
2.8.4  理论分析与计算	105
2.8.5  程序设计	106
2.8.6  测试结果及结果分析	107
2.9  小球滚动控制系统	108
［2015年全国大学生电子设计竞赛（J题）（高职高专组）］	108
2.9.1  任务与要求	108
2.9.2  题目分析	109
2.9.3  方案论证	110
2.9.4  测控方法	111
2.9.5  系统设计	112
2.9.6  系统测试	116
2.10  滚球控制系统	118
［2017年全国大学生电子设计竞赛（B题）］	118
2.10.1  任务与要求	118
2.10.2  题目分析	120
2.10.3  系统方案	120
2.10.4  理论分析与计算	121
2.10.5  电路与程序设计	122
2.10.6  测试结果	126
2.11  管道内钢珠运动测量装置	128
［2017年全国大学生电子设计竞赛（M题）（高职高专组）］	128
2.11.1  任务与要求	128
2.11.2  题目分析	129
2.11.3  省级优秀设计作品案例	131
2.12　模拟电磁曲射炮	135
［2019年全国大学生电子设计竞赛（H题）］	135
2.12.1　任务与要求	135
2.12.2　题目分析	137
2.12.3　方案论证	138
2.12.4　硬件设计	139
2.12.5  软件设计	140
2.12.6　测试结果及结果分析	141

第3章  智能小车设计	142
3.1　自动往返小车	142
［2001年全国大学生电子设计竞赛（C题）］	142
3.1.1　任务与要求	142
3.1.2　题目分析	143
3.1.3　方案论证	143
3.1.4　硬件设计	144
3.1.5　软件设计	144
3.1.6　测试结果及结果分析	145
3.2　简易智能电动车	146
［2003年全国大学生电子设计竞赛（E题）］	146
3.2.1　任务与要求	146
3.2.2　题目分析	147
3.2.3　方案论证	148
3.2.4　硬件设计	149
3.2.5　软件设计	153
3.2.6　测试结果及结果分析	154
3.3　电动车跷跷板	155
［2007年全国大学生电子设计竞赛（F题）］	155
3.3.1　任务与要求	155
3.3.2　题目分析	157
3.3.3　系统方案	157
3.3.4　理论分析与计算	162
3.3.5　程序设计	163
3.4  声音导引系统	165
［2009年全国大学生电子设计竞赛（B题）］	165
3.4.1　任务与要求	165
3.4.2　题目分析	169
3.4.3　利用测量时差法的声音导引系统	174
3.4.4　利用测距定位法的声音导引系统	177
3.4.5　采用渐近法的声音导引系统	183
3.5  智能小车	184
［2011年全国大学生电子设计竞赛（C题）］	184
3.5.1　任务与要求	184
3.5.2  题目分析	186
3.5.3  方案论证	186
3.5.4  理论分析与计算	188
3.5.5  电路与程序设计	189
3.5.6  系统测试	192
3.5.7  设计总结	193
3.6  自动泊车系统	193
［2017年全国大学生电子设计竞赛（L题）高职高专题］	193
3.6.1　任务与要求	193
3.6.2  题目分析	195
3.6.3  系统方案	197
3.6.4  理论分析与计算	198
3.6.5  电路与程序设计	199
3.6.6  测试方案与测试结果	201
3.7　智能送药小车	201
［2021年全国大学生电子设计竞赛（F题）］	201
3.7.1　任务与要求	201
3.7.2  题目分析	204
3.7.3 实例	204
3.8  具有发电功能的储能小车	210
[2021年全国大学生电子设计竞赛（I题）（高职高专题）]	210
3.8.1 任务与要求	210
3.8.2  题目分析	211
3.8.3  实例	211
第4章  智能飞行器设计	216
4.1  四旋翼自主飞行器	216
［2013年全国大学生电子设计竞赛（B题）］	216
4.1.1  任务与要求	216
4.1.2  题目分析	218
4.1.3  系统方案	219
4.1.4  系统设计与论证	220
4.1.5  电路与程序设计	222
4.1.6  测试方案与测试结果	226
4.2  多旋翼自主飞行器	228
［2015年全国电子设计竞赛（C题）］	228
4.2.1  任务与要求	228
4.2.2  题目分析	230
4.2.3  系统方案	231
4.2.4  系统设计与论证	233
4.2.5  电路与程序设计	234
4.2.6  测试方案与测试结果	236
4.3  四旋翼自主飞行器探测跟踪系统	237
［2017年全国大学生电子设计竞赛（C题）］	237
4.3.1  任务与要求	237
4.3.2  题目分析	240
4.3.3  飞行控制器设计案例	241
4.4  巡线机器人	247
［2019年全国大学生电子设计竞赛（B题）］	247
4.4.1  任务与要求	247
4.4.2  题目分析	250
4.4.3  实例	250
4.5  植保飞行器	255
［2021年全国大学生电子设计竞赛（G题）］	255
4.5.1  任务与要求	255
4.5.2  题目分析	258
4.5.3  实例	259
参考文献	264

前言
全国大学生电子设计竞赛是由教育部高等教育司、工业和信息化部人事教育司共同主办的，面向全国高等学校本科、专科学生的一项群众性科技活动，目的在于推动普通高等学校在教学中培养大学生的创新意识、协作精神和理论联系实际的能力，加强学生工程实践能力的训练和培养；鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，把主要精力吸引到学习和能力培养上来，促进高等学校学生形成良好的学习风气；同时，也为优秀人才脱颖而出创造条件。
全国大学生电子设计竞赛自举办以来深受全国大学生的欢迎和喜爱，参赛学校、参赛队和参赛学生的数量逐年增加。对参赛学生而言，通过参加电子设计竞赛和赛前系列培训，获得了电子综合设计能力，巩固了所学知识，培养了用所学理论指导实践、团结一致、协同作战的综合素质；通过参加竞赛，可以发现学习过程中的不足，找到努力的方向，为毕业后从事专业技术工作打下更好的基础，为将来就业做好准备。对指导教师而言，电子设计竞赛是新、奇、特设计思路的充分展示，更是对各高等学校电子技术教学、科研水平的检验，通过参加竞赛，可以找到教学中的不足之处。对各高等学校而言，全国大学生电子设计竞赛现已成为学校评估不可缺少的项目之一，这种全国大赛是提高学校整体教学水平、改进教学的一种好方法。
全国大学生电子设计竞赛只在单数年份举办。然而，近年来，许多地区、省、市在双数年份也单独举办地区性或省内电子设计竞赛，许多学校甚至每年举办多次电子设计竞赛，目的在于通过这类比赛让更多的学生受益。
全国大学生电子设计竞赛组委会为组织好这项赛事，于2005年编写了《全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2005）》。为落实好立德树人根本任务，引导青年学子努力解决电子信息领域“卡脖子”难题，我们在组委会的支持下，从2007年开始，编写了“全国大学生电子设计竞赛培训教程”（共22册），深受参赛学生和指导教师的欢迎与喜爱。
培训教程出版发行后，已被数百所高校作为全国大学生电子设计竞赛及各类电子设计竞赛培训的主要教材或参考教材。读者纷纷来信、来电表示，这套教材写得很成功，很实用，同时也提出了许多宝贵的意见。因此，我们对培训教程进行了修订。新修订的5本培训教程包括《基本技能训练与综合测评》《模拟电子线路与电源设计》《数字系统与自动控制系统设计》《高频电子线路与通信系统设计》和《电子仪器仪表与测量系统设计》。
本书是培训教程的第3分册，是在前几版的基础上修订而成的，增加了2019年和2021年的竞赛内容，删除了部分陈旧内容。全书共4章，第1章介绍数字化语音存储与回放系统（1999年）和纸张计数显示装置（2019年）。第2章介绍液体点滴速度监控装置（2003年）、悬挂运动控制系统（2005年）、基于自由摆的平板控制系统（2011年）、简易旋转倒立摆控制装置（2013年）、风力摆控制系统（2015年）、模拟路灯控制系统（2009年）、帆板控制系统（2011年）、电磁控制运动装置（2013年）、小球滚动控制系统（2015年）、滚球控制系统（2017年）、管道内钢珠运动测量装置（2017年）和模拟电磁曲射炮（2019年）。第3章介绍自动往返小车（2001年）、简单智能电动车（2003年）、电动车跷跷板（2007年）、声音导引系统（2009年）、智能小车（2011年）、自动泊车系统（2017年）、智能送药小车（2021年）和具有发电功能的储能小车（2021年）。第4章介绍四旋翼自主飞行器（2013年）、多旋翼自主飞行器（2015年）、四旋翼自主飞行器探测跟踪系统（2017年）、巡线机器人（2019年）和植保飞行器（2021年）。
本书由刘通、程江华担任主编，唐先明、李宇航担任副主编，高吉祥担任主审；程榜、何佩林、陈朔、谢喜洋、齐洪毅等人参加了部分章节的编写；国防科技大学电子科学学院黄春琳教授为本书的立项和组织做了大量工作；南华大学王彦教授、湖南科技大学吴新开教授为本书的编写提供了大量优秀作品和论文资料；国防科技大学电子科学学院唐朝京教授、北京理工大学罗伟雄教授、武汉大学赵茂泰教授等人为本书的编写出谋划策，对本书的修订提出了宝贵意见，在此表示衷心的感谢。
由于时间仓促，本书难免存在疏漏和不足，欢迎广大读者和同行批评指正。

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全国大学生电子设计竞赛培训教程第3分册——数字系统与自动控制系统设计（第2版）