大学生电子竞赛设计与实践第一讲

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1、大学生电子设计竞赛大学生电子设计竞赛 设计与实践设计与实践 （第一讲）（第一讲） 课程开设目的、进程安排及考核方式课程开设目的、进程安排及考核方式 全国大学生电子设计竞赛基本情况及常见题型全国大学生电子设计竞赛基本情况及常见题型 20112011桂林全国大学生电子设计竞赛总结会经验分享桂林全国大学生电子设计竞赛总结会经验分享 针对全国大学生电子设计竞赛的特点和需求开设的一门综合针对全国大学生电子设计竞赛的特点和需求开设的一门综合设计性、实践性课程；设计性、实践性课程； 以电类创新人才技能培养为目标，调动同学们参与课外创新以电类创新人才技能培养为目标，调动同学们参与课外创新活动的积极性和主动性；

2、活动的积极性和主动性； 系统、科学地培养同学们的实际动手能力、创新设计能力、系统、科学地培养同学们的实际动手能力、创新设计能力、工程应用能力以及发现问题、解决问题的能力；工程应用能力以及发现问题、解决问题的能力； 通过该课程的学习可为同学们从事课外创新活动奠定理论与通过该课程的学习可为同学们从事课外创新活动奠定理论与实践基础，并为学校组队参加智能汽车、电子设计、机器人实践基础，并为学校组队参加智能汽车、电子设计、机器人等大型竞赛选拔优秀人才。等大型竞赛选拔优秀人才。课程背景与开设目的课程背景与开设目的教学手段与考核方式教学手段与考核方式 教学方法上以教师理论教学为辅、学生设计实践为主，教学方法

3、上以教师理论教学为辅、学生设计实践为主，重在启发学生开阔思路、发现问题、分析问题；重在启发学生开阔思路、发现问题、分析问题； 教学手段上以教师辅导答疑为辅、学生自主学习为主，教学手段上以教师辅导答疑为辅、学生自主学习为主，重在培养学生检索资料、独立研究的能力；重在培养学生检索资料、独立研究的能力； 在设计、制作、调试过程中，以指导老师负责、学生自愿在设计、制作、调试过程中，以指导老师负责、学生自愿组队方式进行分工协作，重在培养学生的团队合作精神。组队方式进行分工协作，重在培养学生的团队合作精神。 课程管理课程管理采用注册方式，取得合格成绩者才能认定学分；采用注册方式，取得合格成绩者才能认定学分

4、； 课程成绩课程成绩由方案设计、实物制作、性能测试和设计总结报告由方案设计、实物制作、性能测试和设计总结报告综合评定。综合评定。 时间时间名称名称主要内容主要内容主讲主讲地点地点第第2周六下午周六下午（25/2）专题讲座座11.1.大学生大学生电子子设计竞赛简介介2.2.大学生大学生电子子设计竞赛题型分析及型分析及经验分享分享3 3. .现场报名、初步分名、初步分组武武卫华东教一教一南南202第第3周日下午周日下午（4/3）专题讲座座21.1.高高频放大及放大及滤波系波系统分析与分析与设计2.2.结合合讲座布置座布置设计课题及具体要求及具体要求3.3.确定提交小确定提交小组成成员名名单游春豹游

5、春豹东教一教一南南202第第4周六下午周六下午（10/3）专题讲座座31.1.温度温度/ /角度角度/ /速度等参数速度等参数监控系控系统分析与分析与设计2.2.结合合讲座布置座布置设计课题及具体要求及具体要求3.3.以小以小组为单位提交前次位提交前次课题方案方案设计报告告王彦王彦东教一教一南南202第第5周日下午周日下午（18/3）专题讲座座41.1.整流、逆整流、逆变、功放、功放电路分析与路分析与设计2.2.结合合讲座布置座布置设计课题4 4及具体要求及具体要求3.3.以小以小组为单位提交前次位提交前次课题方案方案设计报告告骆雅琴雅琴东教一教一南南202第第6周六下午周六下午（24/3）专

6、题讲座座51.511.51单片机及其控制系片机及其控制系统分析与分析与设计2.2.结合合讲座布置座布置设计课题及具体要求及具体要求3.3.以小以小组为单位提交前次位提交前次课题方案方案设计报告告胡胡兴柳柳东教一教一南南202第第7周六下午周六下午（31/3）专题讲座座61.1.频率率计/ /相位相位计/ /数字存数字存储示波器分析与示波器分析与设计2.2.结合合讲座布置座布置设计课题及具体要求及具体要求3.3.以小以小组为单位提交前次位提交前次课题方案方案设计报告告武武卫华东教一教一南南202第第8周周第一次第一次选拔拔双双选组队1.1.以小以小组为单位提交前次位提交前次课题方案方案设计报告告

7、2.2.根据各根据各课题方案方案设计报告情况告情况评定成定成绩1 13.3.根据各根据各课题方案方案设计报告告评阅情况淘汰情况淘汰选拔拔4.4.以指以指导教教师为单位双位双选组队进行分行分项训练课程程组待定待定第第9周周购置器材置器材制作制作调试准准备1.1.以指以指导教教师为单位申位申报购置元器件清置元器件清单2.2.结合合讲座布置座布置课题内容内容筛选汇总购置元器件置元器件3.3.安排制作安排制作场地地/ /安装工具安装工具软件件/ /准准备测试仪器器4.4.安排学生安排学生实训批次与指批次与指导教教师值班班时间表表课程程组待定待定第第10周周综合合实训(分分组进行行)以小以小组为单位，位

8、，结合合讲座布置座布置课题内容，自内容，自选进行行专项电子系子系统的的设计、制作与、制作与调试课程程组(分分组值班班)工工创中心中心实验室室第第11周周综合合实训(分分组进行行)以小以小组为单位，位，结合合讲座布置座布置课题内容，自内容，自选进行行专项电子系子系统的的设计、制作与、制作与调试课程程组(分分组值班班)工工创中心中心实验室室第第12周周 第第18周周第二次第二次选拔拔组队调整整强强化化训练1.1.根据各小根据各小组综合合实训情况情况评定成定成绩2 22.2.指指导教教师负责进行第二次行第二次选拔拔/ /调整整组队3.3.指指导教教师负责进行行调整整组队后的后的强强化化训练指指导教教

9、师待定待定第第19周周成成绩评定定由成由成绩1 1、成、成绩2 2以及后以及后续的的实物制作、性能物制作、性能测试和和设计总结报告告综合合评定成定成绩课程程组课课程程开开设设安安排排表表 l 模拟电子技术模拟电子技术 童诗白编著童诗白编著 清华大学出版社清华大学出版社 l 数字电子技术数字电子技术 阎石编著阎石编著 清华大学出版社清华大学出版社l 高频电子技术高频电子技术 钟苏编著钟苏编著 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社l 数字系统与自动控制系统设计数字系统与自动控制系统设计 高吉祥编著高吉祥编著 电子工业出版社电子工业出版社l全国大学生电子设计竞赛系统设计全国大学生电子设计竞赛

10、系统设计黄智伟编著黄智伟编著 北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社l全国大学生电子设计竞赛制作实训全国大学生电子设计竞赛制作实训黄智伟编著黄智伟编著 北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社l全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编 全国大学生电子设计竞赛组委会编著全国大学生电子设计竞赛组委会编著 北京理工大学出版社北京理工大学出版社lhttp:/lhttp:/ 全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的四大学科竞赛之一全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的四大学科竞赛之一 ，竞赛内容既有理论，竞赛内容既有理论设计，又有实际制作，可以全面检验和促进参赛学生的理论

11、素养和工作能力；设计，又有实际制作，可以全面检验和促进参赛学生的理论素养和工作能力； 全国大学生电子设计竞赛由教育部高教司及信息产业部人事司负责组织；各赛区全国大学生电子设计竞赛由教育部高教司及信息产业部人事司负责组织；各赛区竞赛组委会由省、市、自治区教委、高校代表及电子类专家、企事业代表组成；竞赛组委会由省、市、自治区教委、高校代表及电子类专家、企事业代表组成； 参赛单位以普通高等学校为单位独立组队参赛单位以普通高等学校为单位独立组队( (不超过不超过20)20)参赛，每队由三名具有正式参赛，每队由三名具有正式学籍的在校学生组成（研究生除外）；学籍的在校学生组成（研究生除外）； 竞赛时间定于

12、竞赛举办年度的竞赛时间定于竞赛举办年度的9 9月初，赛期四天月初，赛期四天( (具体日期届时通知具体日期届时通知) )，全国性比赛，全国性比赛每二年举办一届每二年举办一届( (奇数年奇数年) )，安徽等省级比赛每年举办一届，安徽等省级比赛每年举办一届; ; 竞赛采用全国统一命题、分赛区组织，竞赛采用全国统一命题、分赛区组织，“半封闭半封闭/ /相对集中相对集中”的方式进行。竞赛期的方式进行。竞赛期间学生可以查阅有关文献资料，队内学生可集体商讨设计思想，确定设计方案，分间学生可以查阅有关文献资料，队内学生可集体商讨设计思想，确定设计方案，分工负责、团结协作，以队为基本单位独立完成竞赛任务；工负责

13、、团结协作，以队为基本单位独立完成竞赛任务； 竞赛题目于竞赛当日网上同时公布，一般有竞赛题目于竞赛当日网上同时公布，一般有5-65-6套题目任选，题型以工程应用综合套题目任选，题型以工程应用综合设计为主，也兼有侧重于某一方向（如模拟电路、数字电路、电力电子线路、仪器设计为主，也兼有侧重于某一方向（如模拟电路、数字电路、电力电子线路、仪器仪表、通信、自控、新型器件和集成电路应用等）的专业题型；仪表、通信、自控、新型器件和集成电路应用等）的专业题型； 每个赛题包括基本要求和提高发挥两部分，竞赛成绩按实际制作装置的现场测试每个赛题包括基本要求和提高发挥两部分，竞赛成绩按实际制作装置的现场测试和设计报

14、告来综合评定，每部分都制定了非常具体详细的评分标准和细则。和设计报告来综合评定，每部分都制定了非常具体详细的评分标准和细则。 全国大学生电子设计竞赛特点全国大学生电子设计竞赛始于全国大学生电子设计竞赛始于19941994年；年；9797年起每两年举办一次。年起每两年举办一次。教育部教育部倡导的大学生学科倡导的大学生学科竞赛之一，是面向大学生竞赛之一，是面向大学生的群众性科技活动。的群众性科技活动。竞赛的特点是与高等学校相关专业的课程体系和课程内容改革密切结合，以推动其课程教学、教学改革和实验室建设工作。全国大学生电子设计竞赛特点 竞赛的特色是竞赛的特色是: : 理论联系实际，并与理论联系实际，

15、并与学风建设紧密结合。学风建设紧密结合。竞赛内容既有理论设竞赛内容既有理论设计，又有实际制作，计，又有实际制作，以全面检验和加强以全面检验和加强参参赛赛学生学生的理论基础和的理论基础和实践创新能力。实践创新能力。王越院士颁奖竞赛竞赛关键关键是用四天三夜时间半封闭完成一件作品！是用四天三夜时间半封闭完成一件作品！挑战杯：开放制作、一年时间嵌入式：开放制作、4个月时间机器人：开放制作、超过3个月时间其他：开放制作、超过3个月时间专家命题封闭制作教学内容全国大学生电子设计竞赛特点电源类信号源类通信类放大器类数据处理类自动化类仪器类适应电类各专业学生全国大学生电子设计竞赛特点题目特色今年A题电子科学信

16、息通信电气传动检测仪表自动化机电一体（1）仪器仪表方向：）仪器仪表方向：传输性能分析仪：传输性能分析仪：2011年年E题题音频信号分析仪：音频信号分析仪：20092009年年A A题题数字取样示波器：数字取样示波器：20072007年年C C题题简易频谱分析仪：简易频谱分析仪：20052005年年C C题题简易逻辑分析仪：简易逻辑分析仪：20032003年年D D题题低频相位测量仪：低频相位测量仪：20032003年年C C题题数字存储示波器：数字存储示波器：20012001年年B B题题频率特性测量仪：频率特性测量仪：19991999年年C C题题数字工频多用表：数字工频多用表：199919

17、99年年B B题题简易数字频率计：简易数字频率计：19971997年年B B题题简易简易RLCRLC测量仪测量仪 ：19951995年年D D题题 难点：强调速度、处理能力、显示性难点：强调速度、处理能力、显示性能等。需要通过构建新技术硬能等。需要通过构建新技术硬件平台及运用信号处理算法来件平台及运用信号处理算法来实现。系统中的部分任务需要实现。系统中的部分任务需要在训练阶段完成。在训练阶段完成。训练：训练：DDSDDS任意信号产生、高速任意信号产生、高速/ /宽带宽带模拟电路、滤波器、高速模拟电路、滤波器、高速ADC/DACADC/DAC采样与回放、高速数据采样与回放、高速数据存储（存储（F

18、IFOFIFO）、算法（）、算法（FFTFFT、卷、卷积、相关、数字滤波等）、显积、相关、数字滤波等）、显示技术（示技术（LCDLCD、绘图、实时曲线、绘图、实时曲线等）、强实时性并发多任务软等）、强实时性并发多任务软件设计、件设计、FPGA/ CPLDFPGA/ CPLD与单片机与单片机的接口、仪器仪表原理、各类的接口、仪器仪表原理、各类电参数测量、等内容。电参数测量、等内容。放大器类放大器类电源类电源类信号源类信号源类控制类控制类无线电类无线电类仪器仪表类仪器仪表类数据采集类数据采集类全国大学生电子设计常见题型全国大学生电子设计常见题型全国大学生电子设计常见题型全国大学生电子设计常见题型

19、电源类：电源类：简易数控直流电源（第一届），直流稳压电源（第三届）；简易数控直流电源（第一届），直流稳压电源（第三届）； ； 信号源类：信号源类：实用信号源的设计和制作（第二届），波形发生器（第五届），实用信号源的设计和制作（第二届），波形发生器（第五届），电压控制电压控制LCLC振荡器（第六届）振荡器（第六届） ； 高频无线电类：高频无线电类：简易无线电遥控系统（第二届），调幅广播收音机（第三届）简易无线电遥控系统（第二届），调幅广播收音机（第三届）短波调频接收机（第四届），调频收音机（第五届）短波调频接收机（第四届），调频收音机（第五届） 放大器类：放大器类：实用低频功率放大器（第二届），

20、高效率音频功率放大器实用低频功率放大器（第二届），高效率音频功率放大器( (第五届）第五届）宽带放大器（第六届）宽带放大器（第六届） ; ; 仪器仪表类：仪器仪表类：简易电阻、电容和电感测试仪（第二届），简易数字频率计（第简易电阻、电容和电感测试仪（第二届），简易数字频率计（第三届），频率特性测试仪（第四届），数字式工频有效值多用表（第四届），简易三届），频率特性测试仪（第四届），数字式工频有效值多用表（第四届），简易数字存储示波器（第五届），低频数字式相位测量仪（第六届），简易逻辑分析仪数字存储示波器（第五届），低频数字式相位测量仪（第六届），简易逻辑分析仪（第六届）（第六届） ； 数据采集

21、与处理类：数据采集与处理类：多路数据采集系统（第一届），数字化语音存储与回放多路数据采集系统（第一届），数字化语音存储与回放系统（第四届），数据采集与传输系统（第五届）系统（第四届），数据采集与传输系统（第五届） ； 自动控制类：自动控制类：水温控制系统（第三届），自动往返电动小汽车（第五届）；水温控制系统（第三届），自动往返电动小汽车（第五届）；简易智能电动车（第六届）；液体点滴速度监控装置（第六届）。简易智能电动车（第六届）；液体点滴速度监控装置（第六届）。 （1）仪器仪表方向：）仪器仪表方向：传输性能分析仪：传输性能分析仪：2011年年E题题音频信号分析仪：音频信号分析仪：2009200

22、9年年A A题题数字取样示波器：数字取样示波器：20072007年年C C题题简易频谱分析仪：简易频谱分析仪：20052005年年C C题题简易逻辑分析仪：简易逻辑分析仪：20032003年年D D题题低频相位测量仪：低频相位测量仪：20032003年年C C题题数字存储示波器：数字存储示波器：20012001年年B B题题频率特性测量仪：频率特性测量仪：19991999年年C C题题数字工频多用表：数字工频多用表：19991999年年B B题题简易数字频率计：简易数字频率计：19971997年年B B题题简易简易RLCRLC测量仪测量仪 ：19951995年年D D题题 难点：强调速度、处理

23、能力、显示性难点：强调速度、处理能力、显示性能等。需要通过构建新技术硬能等。需要通过构建新技术硬件平台及运用信号处理算法来件平台及运用信号处理算法来实现。系统中的部分任务需要实现。系统中的部分任务需要在训练阶段完成。在训练阶段完成。训练：训练：DDSDDS任意信号产生、高速任意信号产生、高速/ /宽带宽带模拟电路、滤波器、高速模拟电路、滤波器、高速ADC/DACADC/DAC采样与回放、高速数据采样与回放、高速数据存储（存储（FIFOFIFO）、算法（）、算法（FFTFFT、卷、卷积、相关、数字滤波等）、显积、相关、数字滤波等）、显示技术（示技术（LCDLCD、绘图、实时曲线、绘图、实时曲线等

24、）、强实时性并发多任务软等）、强实时性并发多任务软件设计、件设计、FPGA/ CPLDFPGA/ CPLD与单片机与单片机的接口、仪器仪表原理、各类的接口、仪器仪表原理、各类电参数测量、等内容。电参数测量、等内容。训练实施方案训练实施方案训练实施方案训练实施方案（2）电路系统方向：）电路系统方向： LC LC谐振放大器：谐振放大器： 20112011年年D D题题宽带直流放大器：宽带直流放大器：20092009年年C C题题简易程控滤波器：简易程控滤波器：20072007年年D D题题正弦信号发生器：正弦信号发生器：20052005年年A A题题宽宽 带带 放放 大大 器：器：20032003

25、年年B B题题压控压控L/CL/C振荡器振荡器 ：20032003年年A A题题任意波形发生器：任意波形发生器：20012001年年A A题题简易测量放大器：简易测量放大器：19991999年年A A题题录音与回放系统：录音与回放系统：19991999年年E E题题实用信号源制作：实用信号源制作：19951995年年B B题题难点：特别强调指标，通常经典难点：特别强调指标，通常经典设计、通用设计、通用ICIC是难以完成是难以完成的。的。训练：（程控）放大器、（程控）训练：（程控）放大器、（程控）滤波器、振荡器、滤波器、振荡器、DDSDDS任意任意信号产生、基本模拟调理信号产生、基本模拟调理电路

26、、电性能指标测试电路、电性能指标测试（阻抗、相位、带宽（阻抗、相位、带宽）、）、开拓设计思路等。开拓设计思路等。训练实施方案训练实施方案（3）功率电子方向：）功率电子方向：开关电源并联供电：开关电源并联供电：20112011年年A A题题光伏发电模拟装置：光伏发电模拟装置：20092009年年A A题题电能收集充电器：电能收集充电器：20092009年年E E题题开关型稳压电源：开关型稳压电源：20072007年年E E题题数数 控控 恒恒 流流 源：源：20052005年年F F题题三相正弦变频电源三相正弦变频电源 ：20052005年年G G题题高效高效 D D 类放大器：类放大器：200

27、12001年年D D题题直流稳定电源：直流稳定电源： 19971997年年A A题题实用音频放大器：实用音频放大器：19951995年年A A题题难点：大电流、高效率要求。实验过程中难点：大电流、高效率要求。实验过程中烧毁事故率很高！烧毁事故率很高！训练：常见训练：常见DC-DCDC-DC开关拓扑（开关拓扑（Buck/Boost Buck/Boost / /Backboost/FlybackBackboost/Flyback）、常见）、常见PWMPWM控制器（电流控制器（电流/ /电压控制、单周期电压控制、单周期关断控制、双环反馈控制）、闭环关断控制、双环反馈控制）、闭环反馈与稳定性（补偿回路

28、、稳定性反馈与稳定性（补偿回路、稳定性与瞬态响应）、功率开关器件与瞬态响应）、功率开关器件（MOSFET/ IGBTMOSFET/ IGBT）及驱动）及驱动( (半桥半桥/ /全全桥桥/ /浮栅浮栅) )、SPWMSPWM正弦波逆变、磁性正弦波逆变、磁性元件基础知识（各种铁氧体、变压元件基础知识（各种铁氧体、变压器和电感设计及制作、磁隙调整等器和电感设计及制作、磁隙调整等动手能力）、动手能力）、MPPTMPPT控制算法及拓扑、控制算法及拓扑、同步整流同步整流。训练实施方案训练实施方案（4）自动控制方向：）自动控制方向：自由摆平衡控制：自由摆平衡控制： 20112011年年B B题题声音导引系统

29、：声音导引系统： 20092009年年B B题题电动车跷跷板：电动车跷跷板： 20072007年年F F题题悬挂运动控制系统：悬挂运动控制系统： 20052005年年E E题题液体点滴速度监控：液体点滴速度监控： 20032003年年F F题题简易智能电动车：简易智能电动车： 20032003年年E E题题自动往返电动小汽车：自动往返电动小汽车：20012001年年C C题题水温自动控制系统：水温自动控制系统： 19971997年年C C题题难点：构建稳定的反馈，以及设计控制算难点：构建稳定的反馈，以及设计控制算法是最大难点（要求基础功底），法是最大难点（要求基础功底），涉及机械、物理等非电专

30、业知识，涉及机械、物理等非电专业知识，动手能力挑战。动手能力挑战。【还有运气成分还有运气成分】训练：控制算法（训练：控制算法（PIDPID及其改进）、传感及其改进）、传感器（速度、温度、位移、倾角、红器（速度、温度、位移、倾角、红外光电等）、反馈稳定性与控制系外光电等）、反馈稳定性与控制系统调试技能、电机驱动（步进、直统调试技能、电机驱动（步进、直流、角度流、角度/ /速度舵机）、速度舵机）、PWM+PWM+功率功率开关及驱动。开关及驱动。（5）高频）高频/通信方向：通信方向：训练实施方案训练实施方案无线环境监测模拟装置：无线环境监测模拟装置：20092009年年D D题题无线识别装置：无线识

31、别装置： 20072007年年B B题题单工无线呼叫系统：单工无线呼叫系统： 20052005年年D D题题数据采集与传输系统：数据采集与传输系统： 20012001年年E E题题调频收音机：调频收音机： 20012001年年F F题题调幅广播收音机调幅广播收音机： 19971997年年D D题题简易无线电遥控系统：简易无线电遥控系统： 19951995年年C C题题难点：非常规的信道，非常规通信难点：非常规的信道，非常规通信方式，无现成方式，无现成ICIC可用。可用。训练：调制与解调（训练：调制与解调（ASKASK、FSKFSK、DPSKDPSK、OOKOOK）方法与电路、）方法与电路、振荡

32、器、丙类放大器、谐振振荡器、丙类放大器、谐振回路、天线与电磁场基础知回路、天线与电磁场基础知识、超低功耗设计。识、超低功耗设计。关注近年来的新技术：关注近年来的新技术：RFIDRFID（传递（传递能量）、无线自组网协议、能量）、无线自组网协议、物联网物联网20201111年年全全国国赛赛题题A A20201111年年全全国国赛赛题题B B20201111年年全全国国赛赛题题C C20201111年年全全国国赛赛题题D D20201111年年全全国国赛赛题题E E 从以上试题可见，试题具有强实用性、强综合性、技术水平发挥余地大从以上试题可见，试题具有强实用性、强综合性、技术水平发挥余地大等特点。

33、等特点。 涉及到的电子信息类专业的课程有：涉及到的电子信息类专业的课程有：低频电路低频电路、高频电路高频电路、数字电路数字电路、微机原理微机原理、电子测量电子测量、单片机单片机、可编程逻辑器件可编程逻辑器件、EDAEDA设计等；设计等； 可选用的器件有：可选用的器件有：晶体管晶体管、集成电路集成电路、大规模集成电路大规模集成电路、单片机单片机、可编可编程逻辑器件等程逻辑器件等； 设计手段必须采用现代电子设计方法与开发工具设计手段必须采用现代电子设计方法与开发工具: :如如VHDLVHDL语言语言、EDAEDAEDAEDA工具工具工具工具、 单片机编程器等单片机编程器等。 不难看出，电子设计竞赛

34、的试题既反映了电子技术的先进水平，又引导不难看出，电子设计竞赛的试题既反映了电子技术的先进水平，又引导高校在教学改革中对学生高校在教学改革中对学生工程实践能力工程实践能力和和创新设计能力创新设计能力培养的关注。培养的关注。 按照传统的按照传统的重理论、轻实践；重分析、轻综合；重个体、轻协作重理论、轻实践；重分析、轻综合；重个体、轻协作的教学的教学模式培养的学生在参加电子设计竞赛时往往会发生诸多问题：模式培养的学生在参加电子设计竞赛时往往会发生诸多问题：理论设计正确理论设计正确却无法在工程上实现却无法在工程上实现；单元电路正确却无法实现系统联调单元电路正确却无法实现系统联调；个人能力很强却个人能

35、力很强却各自为政，不能实现强强联合各自为政，不能实现强强联合等等。等等。 电子设计竞赛既不是单纯的电子设计竞赛既不是单纯的理论设计理论设计竞赛也不仅仅是竞赛也不仅仅是实验技能实验技能竞赛，而竞赛，而是由参赛队共同是由参赛队共同设计设计、制作制作完成一个完成一个有特定工程背景有特定工程背景的题目的的题目的优劣与快慢优劣与快慢的的竞赛。竞赛。它既强调理论设计，更强调系统实现它既强调理论设计，更强调系统实现。它考核学生综合运用基础知识。它考核学生综合运用基础知识的能力，更注重考察学生的创新意识。的能力，更注重考察学生的创新意识。题目涉及的内容是一个课程群，而非题目涉及的内容是一个课程群，而非单一的一

36、门课程。单一的一门课程。因此竞赛的形式与内容基本上符合面向因此竞赛的形式与内容基本上符合面向2121世纪人才培养的世纪人才培养的目标和需求，是对传统教学方法的一个挑战，同时竞赛成绩也能从一个侧面目标和需求，是对传统教学方法的一个挑战，同时竞赛成绩也能从一个侧面反映了这个课程群的教学水平和教学改革的成败。反映了这个课程群的教学水平和教学改革的成败。 1 1简述以下元件的类别和用途简述以下元件的类别和用途 74HC7474HC74 NE555 NE555 9013 9013 LM324LM324 2 2根据标注写出元件的参数根据标注写出元件的参数 电容：电容： 224 224 473473 电阻：

37、电阻： 棕红黑红棕棕红黑红棕 绿蓝红金绿蓝红金 金橙橙橙金橙橙橙 3 3如图所示电路中，如果用万用如图所示电路中，如果用万用表测得表测得T1T1集电极的静态电压为集电极的静态电压为12V12V，请判断电路是否正常；如果不，请判断电路是否正常；如果不正常，请简单分析故障的原因和正常，请简单分析故障的原因和确认方法。确认方法。 4 4简述测量放大器输入阻抗所需的仪器，简述测量放大器输入阻抗所需的仪器，画出测试框图、写出数据处理步骤。画出测试框图、写出数据处理步骤。考查基本技能掌握考查基本技能掌握训练思考题训练思考题训练思考题训练思考题 MC34063MC34063为一款常用的开关电为一款常用的开关

38、电源芯片，配合少量的外围元件即源芯片，配合少量的外围元件即可搭建开关电源。下图给出了可搭建开关电源。下图给出了MC34063MC34063芯片内部的等效电路，芯片内部的等效电路， 配合外部元件构成了某种开关电配合外部元件构成了某种开关电源，试分析电路并回答问题。源，试分析电路并回答问题。1 1）简述开关及反馈过程？）简述开关及反馈过程？2 2）计算输出电压？）计算输出电压？3 3）如何减小输出纹波，提出）如何减小输出纹波，提出2 2种种可行方案？可行方案？ 考查资料阅读与理解能力考查资料阅读与理解能力信号源题型分析举例信号源题型分析举例 “ “波形发生器波形发生器” ” （第五届，（第五届，2

39、0012001年）年） （1 1）任务）任务 设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形, ,如下图所示。如下图所示。信号源题型分析举例信号源题型分析举例（2 2）要求）要求 基本要求基本要求a. a. 具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能；具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能； b. b. 用键盘输入编辑生成上述三种波形（同周期）的线性组合波形，以及由用键盘输入编辑生成上述三种波形（同周期）的线性组合波形，以及由基波及其谐波（基波及其谐

40、波（5 5次以下）线性组合的波形；次以下）线性组合的波形； c. c. 具有波形存储功能；具有波形存储功能； d. d. 输出波形的频率范围为输出波形的频率范围为100Hz100Hz20kHz(20kHz(非正弦波频率按非正弦波频率按1010次谐波计算次谐波计算) )；重复频率可调，频率步进间隔重复频率可调，频率步进间隔100Hz100Hz； e. e. 输出波形幅度范围输出波形幅度范围0 05V5V（峰（峰- -峰值），可按步进峰值），可按步进0.1V0.1V（峰（峰- -峰值）调整；峰值）调整； f. f. 具有显示输出波形的类型、重复频率具有显示输出波形的类型、重复频率( (周期周期)

41、)和幅度的功能。和幅度的功能。 发挥部分发挥部分 a.a.输出波形频率范围扩展至输出波形频率范围扩展至100Hz100Hz200kHz200kHz； b.b.用键盘或其他输入装置产生任意波形；用键盘或其他输入装置产生任意波形；d. d. 具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置；具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置； e. e. 可产生单次或多次可产生单次或多次(1000(1000次以下次以下) )特定波形特定波形( (如产生如产生1 1个半周期三角波输出个半周期三角波输出) ) f. f. 其它其它( (如频谱分析、失真度分析、频率扩展如频谱分析、失真度分析、频率扩展

42、200kHz200kHz、扫频输出等功能、扫频输出等功能) )。 系统方案设计系统方案设计比较与论证比较与论证一、波形生成方案：一、波形生成方案：方案一：方案一：采用模拟分立元件或单片压控函数发生器采用模拟分立元件或单片压控函数发生器M MAX803AX8038 8，可产生正弦波、方波、，可产生正弦波、方波、三角波，通过调整外部元件可改变输出频率三角波，通过调整外部元件可改变输出频率；但但由由于模拟元器件参数分散性于模拟元器件参数分散性太太大大，因因而对而对波形波形频率频率的的稳定稳定性性影响影响很很大大，频率分辨率不高，且灵活性较差不能实现任意波形，频率分辨率不高，且灵活性较差不能实现任意波

43、形以及波形的运算输出等智能化功能。以及波形的运算输出等智能化功能。方案二：方案二：采用锁相式频率合成技术。首先通过频率合成技术产生所需要频率的方波采用锁相式频率合成技术。首先通过频率合成技术产生所需要频率的方波通过积分电路就可以得到同频率的三角波，再经过滤波器就可以得到正弦波，优点是通过积分电路就可以得到同频率的三角波，再经过滤波器就可以得到正弦波，优点是输出频率高，也可以达到较高的频率分辨率；缺点是要求滤波器通带可变，实现困难输出频率高，也可以达到较高的频率分辨率；缺点是要求滤波器通带可变，实现困难，还有一个致命的弱点，即无法实现任意波形功能。，还有一个致命的弱点，即无法实现任意波形功能。方

44、案三：方案三：采用直接数字频率合成技术。采用直接数字频率合成技术。DDFSDDFS技术以技术以Nyquist时域采样定理为基础，在时域采样定理为基础，在时域中进行频率合成，通过更换波形数据可以轻易实现任意波形功能，并且频率、相时域中进行频率合成，通过更换波形数据可以轻易实现任意波形功能，并且频率、相位、幅度都可利用单片机实现程控；缺点是输出频率受到单片机工作频率的制约位、幅度都可利用单片机实现程控；缺点是输出频率受到单片机工作频率的制约在输出频率要求不高的场合可考虑应用。在输出频率要求不高的场合可考虑应用。方案四：方案四：采用基于采用基于CPLD/FPGACPLD/FPGA的直接数字频率合成技

45、术。优点是可以轻易实现任意波的直接数字频率合成技术。优点是可以轻易实现任意波形功能且输出频率及其分辨率可以做得很高，但难以实现复杂分析算法。形功能且输出频率及其分辨率可以做得很高，但难以实现复杂分析算法。方案五：方案五：采用基于单片机采用基于单片机+CPLD/FPGA+CPLD/FPGA的直接数字频率合成技术。综合考虑了方案三的直接数字频率合成技术。综合考虑了方案三与方案四的优点并能弥补各自的不足。与方案四的优点并能弥补各自的不足。比较后选择方案五。比较后选择方案五。 核心原理核心原理: : 采样定理采样定理 组成部分：参考时钟组成部分：参考时钟fc 相位累加器相位累加器 波形数据查询表波形数

46、据查询表 D DA A转换器转换器 DDS技术原理=kc.注：最大频率需满足输出上限，注：最大频率需满足输出上限，而最小频率需满足输出步进要求而最小频率需满足输出步进要求不能同满足时需分段考虑。不能同满足时需分段考虑。系统方案设计系统方案设计比较与论证比较与论证二、输入设置方案：二、输入设置方案： 设计要求系统具有用户选择预设波形、调控波形和输入存储自定义波形的功能。设计要求系统具有用户选择预设波形、调控波形和输入存储自定义波形的功能。 方案一：方案一：采用键盘输入。这是最基本的方法。优点是输入值精确，实现方便；采用键盘输入。这是最基本的方法。优点是输入值精确，实现方便；但用户自定义输入时难以

47、自由输入想要的特殊波形。但用户自定义输入时难以自由输入想要的特殊波形。方案二：方案二：采用采用手写板输入。这对于用户输入想要的特殊波形非常方便，但接口电路手写板输入。这对于用户输入想要的特殊波形非常方便，但接口电路实现较为复杂，数值输人不够直观。实现较为复杂，数值输人不够直观。 考虑到键盘输入已能满足波形考虑到键盘输入已能满足波形预设、编辑组合等基本功能，比较后预设、编辑组合等基本功能，比较后选择方案一。选择方案一。三、输出显示方案：三、输出显示方案：方案一：方案一：采用采用LEDLED显示。可以显示有限的符号和数字，不易满足本设计的复杂功能。显示。可以显示有限的符号和数字，不易满足本设计的复

48、杂功能。方案二：方案二：采用字符式采用字符式LCDLCD显示。可显示较为清晰的字符和数字，基本可以满足设计要显示。可显示较为清晰的字符和数字，基本可以满足设计要求。但在用户输入波形时，无法显示其波形形状。求。但在用户输入波形时，无法显示其波形形状。方案三：方案三：采用点阵式采用点阵式LCDLCD显示。可以将用户输入的波形及时显示出来，但编程设计显示。可以将用户输入的波形及时显示出来，但编程设计工作量较大。工作量较大。 综合比较后选择方案二。综合比较后选择方案二。系统方案设计系统方案设计结构框图结构框图单片机单片机最小系统最小系统键键盘盘输输入入LCDLCD显示显示FPGAFPGA控制控制 波形

49、波形 ROM ROM存储存储 RAMRAM数模数模转换转换低通低通滤波滤波波形选择波形选择幅度控制幅度控制频率控制频率控制波形编辑波形编辑波形存储波形存储频谱频谱 分析分析 波形输出波形输出单片机开发板单片机开发板FPGA开发板开发板系统硬件设计系统硬件设计电路与参数电路与参数一、单片机控制单元一、单片机控制单元 单片机单元可选用单片机单元可选用89C5289C52开发板开发板( (含电源、晶振、复位、键盘、含电源、晶振、复位、键盘、LCDLCD等电路等电路) ) 单片机单元参数选择与资源配置单片机单元参数选择与资源配置( (端口电压、时钟频率、按键定义、存储容端口电压、时钟频率、按键定义、存

50、储容量、显示内容与方式等量、显示内容与方式等) )AT89C52单片机单片机单元电路单片机单元电路系统硬件设计系统硬件设计电路与参数电路与参数二、二、FPGAFPGA波形产生单元波形产生单元 FPGAFPGA单元可选用单元可选用EP1C6EP1C6开发板开发板( (含电源、晶振、复位、存储器等电路含电源、晶振、复位、存储器等电路) ) FPGAFPGA单元参数选择与资源配置单元参数选择与资源配置( (时钟频率及时钟频率及PLLPLL配置配置 、I/OI/O端口及引脚分配、端口及引脚分配、存储容量及定制方式等存储容量及定制方式等) )外部晶振：外部晶振：10MHz10MHz系统时钟：可通过系统时

51、钟：可通过PLLPLL配置为：配置为：10MHz 10MHz /20MHz /50MHz /100MHz/20MHz /50MHz /100MHz等等存储器个数：正弦波存储器个数：正弦波/ /三角波各三角波各1010个个存储器容量：可片内定制或片外配置存储器容量：可片内定制或片外配置 10*100010*1000正弦正弦ROM/10*1000ROM/10*1000三角三角ROMROM用户引脚数：用户引脚数：185185个个信号信号I/OI/O端口：端口：4 4位功能选择信号线位功能选择信号线 8 8位频率位频率/4/4位幅度控制口线位幅度控制口线 1010位外扩存储器地址线位外扩存储器地址线

52、8-108-10位波形数据总线位波形数据总线时钟信号与谐波选择产生模块PLL倍频模块倍频模块频率频率选择模块选择模块幅值幅值选择模块选择模块ADDR1ADDR2ADDR3ADDR10ROM1ROM2ROM3ROM10信号叠加模块DA转换.晶振信号频率控制幅度控制en1clk1clk2en2en3en20clk3clk20FPGA开发板开发板基于基于FPGAFPGA的正弦波形产生模块的正弦波形产生模块系统硬件设计系统硬件设计电路与参数电路与参数三、波形输出单元三、波形输出单元 波形输出单元由数波形输出单元由数- -模转换器与低通滤波器等电路组成模转换器与低通滤波器等电路组成 数数- -模转换器的

53、选择与参数配置模转换器的选择与参数配置(D/A(D/A芯片转换速度、转换精度、输出方式等芯片转换速度、转换精度、输出方式等) ) 低通滤波器的选择与参数配置低通滤波器的选择与参数配置( (滤波器结构、通带截止频率、输出幅度调节滤波器结构、通带截止频率、输出幅度调节与输出阻抗匹配等与输出阻抗匹配等) )系统硬件设计系统硬件设计电路原理框图电路原理框图系统软件设计系统软件设计思路与流程思路与流程K1为为 （ 1-3）频率选择频率选择(K2,K3,K4,K5,K6)输出功能输出功能/频率频率/幅度控制信号幅度控制信号数值输入数值输入(K2,K3)FPGA波形产生波形产生NYYN参参数数设设定定完完成

54、成?Y功能选择功能选择(K1)系统软件设计系统软件设计思路与流程思路与流程设计实现设计实现实物实物作品作品设计实现设计实现输出波形输出波形设计课题设计课题1 1 正弦信号发生器正弦信号发生器 （2005年全国第七届竞赛年全国第七届竞赛A题）题） 一、任务一、任务 设计制作一个正弦信号发生器。设计制作一个正弦信号发生器。二、要求二、要求1 1、基本要求、基本要求 （1 1）正弦波输出频率范围：）正弦波输出频率范围：1kHz1kHz10MHz10MHz； （2 2）具有频率设置功能，频率步进：）具有频率设置功能，频率步进：100Hz100Hz； （3 3）输出信号频率稳定度：优于）输出信号频率稳定

55、度：优于10-410-4； （4 4）输出电压幅度：在负载电阻上的电压峰）输出电压幅度：在负载电阻上的电压峰- -峰值峰值V Vopp1Vopp1V； （5 5）失真度：用示波器观察时无明显失真。）失真度：用示波器观察时无明显失真。2 2、发挥部分、发挥部分 （1 1）增加输出电压幅度：在频率范围内负载电阻上正弦信号输出电压的峰）增加输出电压幅度：在频率范围内负载电阻上正弦信号输出电压的峰- -峰值峰值V Voppopp=6V1V=6V1V； （2 2）产生模拟幅度调制）产生模拟幅度调制(AM)(AM)信号：在信号：在1MHz-10MHz1MHz-10MHz范围内调制度范围内调制度ma可在可在

56、10%10%100%100%之之间程控调节，步进量间程控调节，步进量10%10%，正弦调制信号频率为，正弦调制信号频率为1kHz1kHz，调制信号自行产生；，调制信号自行产生； （3 3）产生模拟频率调制）产生模拟频率调制(FM)(FM)信号：在信号：在100kHz10MHz100kHz10MHz频率范围内产生频率范围内产生10kHz10kHz最大频偏，最大频偏，且最大频偏可分为且最大频偏可分为5kHz/10kHz5kHz/10kHz二级程控调节，正弦调制信号频率为二级程控调节，正弦调制信号频率为1kHz1kHz，调制信号自，调制信号自行产生；行产生； （4 4）产生二进制）产生二进制PSKP

57、SK、ASKASK信号：在信号：在100kHz100kHz固定频率载波进行二进制键控，二进制固定频率载波进行二进制键控，二进制基带序列码速率固定为基带序列码速率固定为10kbps10kbps，二进制基带序列信号自行产生；，二进制基带序列信号自行产生；请转告（或转发）各小组组长：请转告（或转发）各小组组长：（1 1）召集小组成员共同讨论并确定系统设计方案；）召集小组成员共同讨论并确定系统设计方案；（2 2）进行系统功能划分并明确小组各成员工作；）进行系统功能划分并明确小组各成员工作；（3 3）确定各功能子系统方案设计报告提交时间；）确定各功能子系统方案设计报告提交时间；（4 4）进行系统集成并归纳撰写系统设计总结报告；）进行系统集成并归纳撰写系统设计总结报告；（5 5）第五周日前（）第五周日前（3 3月月2727日）由各小组组长将总结报告发至日）由各小组组长将总结报告发至 ；（请在报告中注明各部分设计的完成人请在报告中注明各部分设计的完成人）（6 6）若有问题可与武老师联系答疑（）若有问题可与武老师联系答疑（33891313389131） 设计报告提交方式设计报告提交方式