電子競賽訓(xùn)練與典型案例分析課件

1、 電子競賽訓(xùn)練 與典型案例分析山東大學(xué) 陳言俊 2010.11學(xué)生培養(yǎng)學(xué)生來源學(xué)生實習(xí)低年級學(xué)生創(chuàng)新實習(xí)課 選 修 課開設(shè)多門選修課培養(yǎng)學(xué)生興趣申報選拔公開招收選拔學(xué)生校內(nèi)競賽在二年級校內(nèi)競賽中發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀學(xué)生課堂發(fā)掘理論課和課程設(shè)計中表現(xiàn)突出的學(xué)生學(xué)生引導(dǎo)學(xué)生最了解學(xué)生，高年級學(xué)生引導(dǎo)協(xié)會推薦匯集一定數(shù)量的有專長的學(xué)生毛遂自薦時有拔尖人才相互吸引人以類聚，物以群分科技立項大學(xué)生科技創(chuàng)新立項（國家級、校級）選拔方式筆試+面試+實物制作+特招學(xué)生培養(yǎng)培養(yǎng)方式-業(yè)余訓(xùn)練 課余、周日周六、興趣小組、課堂制作、科協(xié)集中競賽模式集中選拔、集中訓(xùn)練、集中參賽長期培養(yǎng)模式長期培養(yǎng)，良性循環(huán)大學(xué)生科技創(chuàng)新立項（國

2、家級、校級）一至兩年學(xué)生培養(yǎng)大一大二大三大四優(yōu)秀人才創(chuàng)新立項報名校內(nèi)競賽發(fā)掘?qū)I(yè)課堂發(fā)掘競賽集中選拔培訓(xùn)： 講座 觀摩 小制作創(chuàng)新實驗訓(xùn)練競賽集中訓(xùn)練各項學(xué)科競賽課程設(shè)計畢業(yè)設(shè)計創(chuàng)新實驗作品各項競賽獲獎優(yōu)秀作品成果激發(fā)興趣發(fā)掘人才指導(dǎo)指導(dǎo)學(xué)生來源最終成果階段成果培養(yǎng)方式良性循環(huán)選修課學(xué)生實習(xí)科協(xié)社團招新研究生助研崗一、賽前培訓(xùn)二、競賽準備及競賽三、論文寫作要求四、競賽注意事項五、競賽典型題目分析要 點1.參 賽 隊 員暑期學(xué)校、自愿報名，多次篩選 ；校內(nèi)科技創(chuàng)新大賽是電子設(shè)計競賽預(yù)選賽。在理論和實訓(xùn)課程培訓(xùn)中分階段篩選，確 定參賽隊員；有競爭就有壓力，有壓力才有動力。一、賽前培訓(xùn)大三、大二學(xué)生

3、比例數(shù)約為3：1多學(xué)院、多專業(yè)、多學(xué)科相交叉隊員的組合與分工確定。一、賽前培訓(xùn)一、賽前培訓(xùn)2.具備基礎(chǔ)知識 增加專業(yè)基礎(chǔ)課的實驗學(xué)時數(shù):電路原理、模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)、電機與拖動；微機原理及單片機原理及應(yīng)用。新增EDA應(yīng)用、嵌入式技術(shù)應(yīng)用；電工電子實訓(xùn)、電子技術(shù)課程設(shè)計等編程：C語言、C+、VC、匯編語言3. 最小開發(fā)系統(tǒng)（MCU ） 熟練使用至少一種單片機，如51系列，61系列，PIC系列，摩托羅拉系列，430系列，或ARM，AVR，EDA，DSP等。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，原先的最小系統(tǒng)的概念已發(fā)生了很大變化，現(xiàn)在的單片機一般不再需要擴展，并且可在線下載程序，給使用帶來很大的方便。一、賽

4、前培訓(xùn)FPGA FPGA（FieldProgrammable Gate Array），即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。FPGA工作原理FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB（Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊IOB（Input Output Block）和內(nèi)部連線（Interconnect）三個部分。 FPGA

5、的基本特點1）采用FPGA設(shè)計ASIC電路(特定用途集成電路)，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。 2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。 3）FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和IO引腳。 4）FPGA是ASIC電路中設(shè)計周期最短、開發(fā)費用最低、風險最小的器件之一。 5) FPGA采用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。 可以說，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。 一、賽前培訓(xùn)對理論知識不作全面的展開單片機指令用多少學(xué)多少，根據(jù)實際編程需要講解注重仿真工具的使用接口電路的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練傳感與檢測技術(shù)按必需和夠用的原則來安排課程

6、內(nèi)容盡可能的利用現(xiàn)有的實驗設(shè)備多做實訓(xùn)一、賽前培訓(xùn)4.實踐環(huán)節(jié)培訓(xùn) 4.1儀器儀表使用訓(xùn)練 基礎(chǔ)訓(xùn)練包括實驗室工具使用方法、裝配工藝等器件識別與選用原則數(shù)字萬用表、示波器邏輯分析儀LC測試儀頻譜分析儀信號發(fā)生器等儀器儀表的使用 一、賽前培訓(xùn)4.2 鍵盤、顯示部分鍵盤部分（1x8;4x4等） 如果需要的鍵較少，可直接使用I/O口，也可以使用74LS148等編碼器。顯示部分 除了鍵盤部分外，可以用驅(qū)動LED或LCD顯示。 一般來說分兩大類：LED和LCD。一、賽前培訓(xùn)4.3 傳感器 熟悉常用傳感器的性能和使用。主要包括電壓、電流、溫度（熱電偶，Pt1000，AD590，DS18B20等）壓力，轉(zhuǎn)速

7、、位置（霍爾，碼盤等）； T6114（6124）超聲波開關(guān)模塊，紅外線反射傳感器。 如果有機器人方面的題目還要熟悉如紅外傳感器，接近開關(guān)，光敏電阻，金屬探測等傳感器，這一部分應(yīng)該是我們的長項。一、賽前培訓(xùn)單元電路訓(xùn)練包括自制直流穩(wěn)壓電源基本放大電路電機驅(qū)動電路LED和LCD驅(qū)動電路功率放大器單元波行發(fā)生器電路（DDS）比較器電路光電、紅外、超聲等傳感器電路A/D電路、D/A電路等電壓/頻率變換電路電壓/電流變換電路無線傳輸電路單元電路設(shè)計完備接口，備日后裝配使用4.4 單元電路訓(xùn)練一、賽前培訓(xùn)注意模擬電路設(shè)計（前向通道） 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、調(diào)理電路、放大、濾波、隔離等 學(xué)會使用常用普通精密放大器、

8、儀表放大器、隔離放大器等；這一部分的連線，制板等都顯得比較重要。集成運算放大器： 1.通用型運算放大器（A741，LM358雙，LM324四）2.高阻型運算放大器（輸入阻抗1091012） （LF356，LF355，LF347四，CA3130，CA3140）3.低溫漂型運算放大器（OP-07，AD508，ICL7650）4.高速型運算放大器（LM318， A715）5.低功耗型運算放大器（ICL7600）6.高壓大功率型運算放大器（ A791，D41）一、賽前培訓(xùn)A/D 根據(jù)指標要求，選擇合適的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如果需要A/D，該部分是報告的重點內(nèi)容之一。 常用的8位A/D：AD0809 常用的12

9、位A/D：AD574，MAX191，MAX197等 還有16位（AD7715）,24位（AD7714）等，內(nèi)含放大，調(diào)理，濾波等單元電路；即可單雙極性輸入，還可差動輸入。一、賽前培訓(xùn)4.5 后向通道 主要包括驅(qū)動顯示，打印，繼電器等；還有諸如PWM控制等。根據(jù)具體的題目而定。一、賽前培訓(xùn)4.5 單片機最小系統(tǒng)訓(xùn)練 單片機最小系統(tǒng)電路板硬件設(shè)計單片機最小系統(tǒng)電路板測試程序設(shè)計接口電路與程序設(shè)計、外擴電路設(shè)計。一、賽前培訓(xùn)4.6 單片機與編程單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理引腳端、內(nèi)部存儲器、中斷、I/O、T/C、指令系統(tǒng)，介紹基本結(jié)構(gòu)與工作原理，注重從應(yīng)用的角度出發(fā)，不過多的涉及內(nèi)部的電路。指令的應(yīng)用在

10、程序設(shè)計與開發(fā)系統(tǒng)使用中加深了解。 一、賽前培訓(xùn)單片機接口電路矩陣鍵盤圖形顯示高精度D/A、A/D接口電路與編程4.6 單片機與編程一、賽前培訓(xùn)5.軟件實戰(zhàn)分析單片機程序設(shè)計指令應(yīng)用、程序結(jié)構(gòu)，通過往屆考題分析指令特點，講解程序設(shè)計方法。void main()Unsigned int status;sum_timer=0status=check_state();/判斷狀態(tài)，基本還是發(fā)揮部分if(status=1)timer();/啟動時鐘car_go_line(700,200);/car_trace_start();while(R_flag|L_flag)/在這里完成尋跡函數(shù)的應(yīng)用,尋跡是在中

11、斷中調(diào)用的，其中每秒鐘調(diào)用10次尋跡函數(shù)，是用IRQ4的2khz中斷*P_Watchdog_Clear=1;一、賽前培訓(xùn)6.Protel電路設(shè)計 PCB基礎(chǔ)、環(huán)境設(shè)置、組件庫管理、報表輸出等，通過實際電路設(shè)計例講解 仿真元器件、仿真分析、參數(shù)設(shè)置，通過實際電路設(shè)計例講解其他仿真軟件的應(yīng)用。一、賽前培訓(xùn)7.制板與焊接 萬用板不能滿足高頻電路及復(fù)雜電路要求使用制板機獨立做板專有的焊接技巧培訓(xùn)。一、賽前培訓(xùn)一、電子電路的組裝 1.元器件的焊接技術(shù) (1)焊接工具 (2)焊料 (3)焊劑 (4)焊接技術(shù) 2.在面包板上的插接技術(shù) (1)集成電路的裝插 (2)元器件位置 (3)導(dǎo)線的選用和連接二、電子電

12、路的調(diào)試 方法： 1.一邊安裝一邊調(diào)試； 2.全部安裝完畢后，實行一次調(diào)試。一般調(diào)試步驟： 1.通電前檢查； 2.通電檢查； 3.單元電路測試； 4.整機聯(lián)調(diào)。 電路故障的排除方法： 1.信號尋跡法；2.對分法；3.分割測試法； 4.電容旁路法； 5.對比法；6.替代法；7.靜態(tài)測試法；8.動態(tài)測試法。一、賽前培訓(xùn)8、基本模塊及電路制作訓(xùn)練 直流穩(wěn)壓電源 顯示電路（LED、LCD）模塊 按鍵模塊 傳感器模塊（光電傳感器、溫度傳感器、霍爾傳 感器、金屬傳感器、超聲傳感器與應(yīng)用電路等） 電機驅(qū)動模塊 無線模塊 等等。一、賽前培訓(xùn)9.模擬題練習(xí) 選一部分歷屆競賽題練習(xí)。（基本一個月時間）； 一開始可

13、能一周做一個，時間逐漸縮短，基本在3-5天。 歷屆全國大學(xué)生電子競賽試題匯總.doc一、賽前培訓(xùn)歷年競賽題分析： 兩類：功能性題、指標題1指標題如下方面：放大器類：功率放大器：丙類、戊類、輸出功率、效率脈沖放大器：波形 上升時間寬帶放大器：帶寬、放大量，帶AGC （純數(shù)字電路題不出，增加模擬電路知識，學(xué)生模擬知識太差）電源類：電流源 穩(wěn)定度 負載變化，市電變化一、賽前培訓(xùn)2.功能性題如下：儀表類 1）信號發(fā)生器 高、低頻，穩(wěn)度，頻率范圍，輸出電壓。2）示波器3）邏輯分析4）相位計 5）電壓表 6）頻率特性測試儀7）頻譜儀3、通信類 （每年都有） 趣味類：語言存儲4、控制類：小汽車、溫度控制5、

14、強電：功率因數(shù)，DC-DC,AC-DC-AC一、賽前培訓(xùn) 10.小組活動：促進與提高各隊介紹拿手模塊應(yīng)用技巧，共享經(jīng)驗，優(yōu)化軟件，保留團隊創(chuàng)新點一、賽前培訓(xùn)強化訓(xùn)練 小組自選模擬題。 訓(xùn)練目標是模擬實際競賽，以歷年的競賽題目為模板，適當進行一些調(diào)整； 隊員集體商討設(shè)計思想，確定設(shè)計方案，分工負責、團結(jié)協(xié)作，限時完成 。 特別：硬件、軟件、設(shè)計報告分工（論文框架）。一、賽前培訓(xùn)模擬答辯參賽隊眾多，鍛煉學(xué)生精簡語言；強化表達，預(yù)防怯場發(fā)現(xiàn)新問題；增加成就感，增強自信心；論文寫作。一、賽前培訓(xùn)訓(xùn)練的目的使學(xué)生掌握：基本儀器儀表的使用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化儀器儀表的應(yīng)用能力數(shù)據(jù)信息的查詢基本電路設(shè)計和實現(xiàn)（模

15、擬電路）EDA軟件的應(yīng)用基本實驗方法實驗方案、實驗過程設(shè)計電路元器件類型及其參數(shù)的選擇實驗的基本測試方法實驗數(shù)據(jù)誤差分析數(shù)據(jù)處理與分析方法實驗及實驗實踐結(jié)果分析一、賽前培訓(xùn)第一階段時間內(nèi)容安排指導(dǎo)教師星期六（7.2）準備會陳言俊、秦峰、王延偉、儀維星期一（7.4）直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計制作同上星期二（7.5）同上星期三（7.6）功率驅(qū)動電路同上星期四（7.7）顯示電路（LED、LCD）同上星期五（7.8）星期六（7.9）時鐘模塊同上星期日（7.10）按鍵模塊同上 電子設(shè)計競賽暑期培訓(xùn)內(nèi)容安排星期一（7.11）信號放大電路同上星期二（7.12）信號產(chǎn)生電路同上星期三（7.13）信號處理電路同上星期

16、四（7.14）A/D轉(zhuǎn)換同上星期五（7.15）D/A轉(zhuǎn)換同上星期六（7.16）光電傳感器、溫度傳感器、霍爾傳感器、金屬傳感器與應(yīng)用電路同上星期日（7.17）同上星期一（7.18）超聲傳感器與應(yīng)用電路同上星期二（7.19）同上星期三（7.20）61板模塊實驗操作/51最小系統(tǒng)使用操作ARM最小系統(tǒng)使用操作同上星期四（7.21）同上星期五（7.22）同上星期六（7.23）競賽培訓(xùn)星期日（7.24）時間內(nèi)容安排指導(dǎo)教師 電子設(shè)計競賽暑期培訓(xùn)內(nèi)容安排 電子設(shè)計競賽暑期培訓(xùn)內(nèi)容安排第二階段時間內(nèi)容安排指導(dǎo)教師星期一（8.8）模擬練習(xí)題陳言俊、秦峰、王延偉、儀維星期二（8.9）星期三（8.10）星期四（8

17、.11）模擬練習(xí)題同上星期五（8.12）星期六（8.13）星期日（8.14）模擬練習(xí)題同上星期一（8.15）星期二（8.16）星期三（8.17）模擬練習(xí)題同上星期三（8.17）模擬練習(xí)題同上星期四（8.18）星期五（8.19）星期六（8.20）模擬練習(xí)題同上星期日（8.21）星期一（8.22）星期二（8.23）模擬練習(xí)題同上星期三（8.24）星期四（8.25）時間內(nèi)容安排指導(dǎo)教師 電子設(shè)計競賽暑期培訓(xùn)內(nèi)容安排1.賽前一周 通過對所公布的基本儀器和主要元器件清單進行分析，可以得到一些可能出現(xiàn)的題目和作品應(yīng)完成的功能。參賽隊員可以根據(jù)自己的訓(xùn)練情況，選擇一兩個題目方向進行準備。1. 儀器設(shè)備的準備

18、 2. 元器件準備 參賽隊員應(yīng)知道元器件庫中已有的元器件（儲備常用元器件及公布器件）。3. 最小系統(tǒng)和單元電路、模塊完善。5. 資料和論文準備 電路原理圖，基本程序段等 。6. 場地準備 競賽期間許多隊員都是通宵達旦的工作，需要在競賽場地附近安排臨時休息的場所。 二、競賽準備及競賽2.選題： 考慮到不同的專業(yè)，每年的題目涉及的范圍都比較廣，學(xué)生要根據(jù)自己所學(xué)的專業(yè)知識和特長，并且在培訓(xùn)或平時練習(xí)中最熟悉，最有把握的題目去做。 如果一個教學(xué)單位有很多組，最好多選幾個題目，不要集中在一個題目上，好評獎。二、競賽準備及競賽競賽題目的分析 分析方法可以采用基本要素組合法， 一是分析所需要的儀器儀表，

19、二是分析所需要的元器件（已有器件，題目要求所缺器件），將兩者結(jié)合進行綜合分析 。 考慮到不同的專業(yè)，每年的題目涉及的范圍都比較廣，要選擇一個最有把握的題目去做；如果一個教學(xué)單位有很多組，最好多做幾個題目，不要集中在一個題目上。二、競賽準備及競賽選擇熟悉的題目（十點前）審題、選題充分理解題目的、要求 方案兼顧基本要求和發(fā)揮部分工作重點的確定 分步實施，確?；静糠直荣悤r，三個同學(xué)要分工協(xié)作，各負其職。二、競賽準備及競賽制定進程 試題分析、選定方案 選定器件（十二點前）選擇、采購器件硬件設(shè)計軟件設(shè)計 模塊制作及單元調(diào)試 單元組合及整體調(diào)試 撰寫報告二、競賽準備及競賽測試選擇儀器設(shè)備充分預(yù)計測試現(xiàn)場

20、的條件測試的熟練程度測試點的標注現(xiàn)場可調(diào)整性二、競賽準備及競賽完善連接的可靠性固定的穩(wěn)定性測試數(shù)據(jù)的可重復(fù)性論文遞交（第四天20：00前）裝箱作品的固定和防震電源的準備備品備件的預(yù)備 工具的準備有時間模擬答辯二、競賽準備及競賽設(shè)計報告的要求及注意事項 1.格式與內(nèi)容任務(wù)的理解與分析方案設(shè)計與論證理論計算與模擬2. 硬件設(shè)計與軟件設(shè)計硬件結(jié)構(gòu)框圖電器原理圖軟件結(jié)構(gòu)框圖程序流程圖程序清單 實物照片三、論文寫作及要求3.測試方法與數(shù)據(jù) 測試方法的正確性 數(shù)據(jù)的準確性 數(shù)據(jù)的完整性 測量儀器的型號和測試條件4.測試結(jié)果分析 各部分要求的完成程度 超出要求部分的強調(diào)5、發(fā)揮部分 要盡量去做，突出亮點；其

21、他部分一定要做。三、論文寫作及要求6、答辯： 條理要清晰，亮點、特色要突出，發(fā)揮部分和其他部分要講明。不要答非所問，問什么答什么。設(shè)計的報告、字體、圖表、框圖規(guī)范、工整，條理清晰。三、論文寫作及要求7、測試與評分 處理好先進性與完整性的關(guān)系 基本要求與發(fā)揮提高 超出要求部分的現(xiàn)場測試申請 測試現(xiàn)場數(shù)據(jù)測量的速度與輕重緩急 對于測試不公正的投訴 確有問題可提出到外調(diào)試（不要在現(xiàn)場調(diào)）三、論文寫作及要求論文格式摘要一：方案設(shè)計與論證方案1：方案2：方案3：方案論證：方案選定：二：電路設(shè)計1、單元電路設(shè)計2、單元電路設(shè)計3、單元電路設(shè)計整機電路以及軟件設(shè)計的流程圖三：測試方法與測試結(jié)果1、測試儀器：

22、2、測試方法：3、測試結(jié)果：四：討論三、論文寫作及要求要求 文字簡練、措詞準確、表達清楚。達標程度要實事求是，特點、特色的敘述、措詞要考慮科學(xué)性、正確性。 至少提出3 個獨立的方案 。 要提出選擇所選方案的理由，并注意方案科學(xué)性、正確性、可行性、實施難度。 元件符號要用新的國標，布局簡潔明了。 設(shè)計思想、特色、創(chuàng)新要寫上。 事先進行測試方法設(shè)計，方法必須正確 。三、論文寫作及要求 論文很重要，作品在測試過后，論文占50分，因為評審的專家能看到的只有你的測試數(shù)據(jù)和論文。 論文的寫作必須按嚴格的格式來寫，相關(guān)的公式和圖片是必不能少的。所以一定要找到相關(guān)的公式，即使你不明白它的含義。其實也不是每一個

23、專家都能真正搞懂它的含義的，有時他們是不會仔細去研究的，但是你的論文如果沒有公式，他就會據(jù)此來扣你的分。圖片也一定要有，如電路原理圖，整體設(shè)計圖，仿真結(jié)果圖，測試數(shù)據(jù)圖等，有些可以在Protel和Electronics WorkBench里面畫，再把它添加到文檔就是了。三、論文寫作及要求 其它的一些如關(guān)鍵字，引言，原理，測試數(shù)據(jù)等都是固定的格式。怎樣把你的設(shè)計表述得清楚明白，把你的設(shè)計的特色展現(xiàn)出來，這就考你的寫作水平了。自己也不清楚的東西不要說太多。不要制造一些自己的術(shù)語，所有的術(shù)語都應(yīng)該是公認的。三、論文寫作及要求 論文評分參考表序號名稱滿分評分備注1摘要中文3英文22009年不要求2方案

24、論證10一種6分兩種以上6-10分3理論分析與計算84電路圖程序框架125測試方法及儀器76測試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析8合計50四、競賽注意事項競賽過程中應(yīng)注意的問題 方案的設(shè)計 （確定方案的時間不應(yīng)該超過4小時 ）元器件的采購（競賽中采購是必需的 ）設(shè)計裝配制作（不能為了追求更好的指標，或者附加功能，結(jié)果將已經(jīng)完成的部分給弄壞了，作品要妥善包裝 ）制作時間安排 注意休息和飲食 訓(xùn)練與競賽要點： 1、不要追求高精尖。電賽時間有限，單片機，F(xiàn)51系列，資源合適，指令與51兼容，上手比較快，之前沒有接觸DSP、FPGA、ARM之類高端的控制器，短短幾個月的時間是沒辦法摸透的，更別談熟練應(yīng)用，開發(fā)項目。 2

25、、不要貪多，要專，要深，平時訓(xùn)練要注意模塊的設(shè)計，要特別注意可移植性，穩(wěn)定性，可靠性。 3、控制類訓(xùn)練最好能設(shè)計一個好的通訊系統(tǒng)（多數(shù)控制類項目適合用多機系統(tǒng)簡化任務(wù)）。這樣競賽時就可以把項目分解成若干個小的模塊，各模塊間通過通訊連接。 四、競賽注意事項 4.電子設(shè)計競賽其實不是很難的，其中，模數(shù)電路基礎(chǔ)和單片機這兩方面最重要。 5.對于模數(shù)電路，書上最基本的東西要掌握，這些是基礎(chǔ)。雖然在競賽時碰到的東西可能都是你在書本上沒有看到過的，但是你可以上網(wǎng)找出它的原理圖和實現(xiàn)電路的參考圖。 6 .要實際演練項目。電賽前要模擬競賽兩次以上，要求在規(guī)定的時間內(nèi)完成項目。 四、競賽注意事項 7.注意論文寫

26、作、文檔整理、資料搜集。 8.不要花太多的時間在華麗的外觀（如顯示），要更多的做實際的功能性東西。 9.設(shè)計時應(yīng)該立足于基本要求，先把基本要求完成了再說創(chuàng)新的東西，不然，你所謂創(chuàng)新的東西根本無所依附。做出了完成基本要求的實際東西，你才在上面創(chuàng)新，添加一些花哨的功能，那就OK了。四、競賽注意事項競賽時應(yīng)該注意的問題： 1.軟件與硬件電路最好是同時做， 2.隊員分工好，最大限度發(fā)揮整個隊的能力，而且經(jīng)常討論，讓三個人都知道對方的進展 . 3.在競賽前就應(yīng)該做好準備：做好一兩個單片機最小系統(tǒng) （最好有下載口，支持在線編程）、5V/12V穩(wěn)壓電源和顯示板等小模塊，將各個模塊程序編寫好。如 7段數(shù)碼管的

27、顯示（建議使用串口，節(jié)省單片機的I/O口，如搭配74LS164或74HC595，使用兩塊74HC595芯片，一片位選，一片發(fā)送數(shù)碼）這樣可以節(jié)省很多時間。 四、競賽注意事項 4.至于焊接方面的，雖然說也要對布局是否合理和焊得是否美觀打分，但只要你的東西測試能過關(guān)，這個分一般是要給你的。但如果測試不能過關(guān)，你最合理最美觀也沒有。最重要的還要焊牢固，以防運送途中出現(xiàn)焊點脫落的情況。 5.測試時不要慌張，一步一步該怎么做，一定心里要清楚。一定要爭取自己操作儀器，不要讓其它學(xué)校的老師在瞎搞混。否則，把東西燒壞了，你可就要哭了。另外，帶些備用芯片過去是個明智的辦法。 四、競賽注意事項 6.由于前期已經(jīng)做

28、好各模塊板了，因此競賽時具體做板只需改進，從而達到題目要求。畫PCB板單面板好，好焊板。焊接芯片時能用插座的還是用吧。這樣既可以防止焊接時焊壞芯片，而且芯片可以多少使用。賽前自己也準備些常用的器件。 7.論文在賽前一定要試寫一兩篇，至少也應(yīng)該看過些論文，知道它的格式。論文可以一個人負責，后面大家一起修好下，也可以個人負責自己模塊的，最后再匯總。 8.賽期是4天3夜，時間還是很緊的，但也要注意休息。 四、競賽注意事項關(guān)于命題引入“性價比”與“系統(tǒng)功耗”指標 2009年在命題要求中引入“性價比”指標要求，這項建議對于調(diào)控“最小系統(tǒng)”使用具有積極作用。本著節(jié)能原則，專家提出設(shè)計作品應(yīng)有“系統(tǒng)功耗”的

29、指標要求?！跋到y(tǒng)功耗”是“性價比”的某一量化評測指標，增加這兩項指標要求。 競賽涉及的“最小系統(tǒng)”內(nèi)涵應(yīng)隨著技術(shù)發(fā)展而變化，對于這個問題要本著與時俱進的原則，可以通過競賽命題具體的約束條件予以調(diào)控。 四、競賽注意事項關(guān)于復(fù)測中的基礎(chǔ)知識測驗 復(fù)測期間首先進行基礎(chǔ)知識測驗?；A(chǔ)知識測驗采用閉卷筆試方式，時間2小時，每隊3名同學(xué)都參加。 筆試內(nèi)容包括基礎(chǔ)知識、分析設(shè)計兩部分測驗內(nèi)容。“基礎(chǔ)知識”主要涵蓋模擬、數(shù)字電子電路（技術(shù)）等技術(shù)基礎(chǔ)課程的基本知識點問答與簡單計算，“分析設(shè)計”可涉及電子電路、單片機與可編程器件系統(tǒng)的方案設(shè)計、參數(shù)設(shè)計、功能分析等內(nèi)容。 2011年全國一、二等獎都要復(fù)試，可能還

30、要有一天三個學(xué)生做一個小題目。 基礎(chǔ)知識測試成績和小題目成績都計入復(fù)測總成績。 2010年FPEA作為推廣重點。四、競賽注意事項年份20052006200720082009合計賽事全國賽山東省賽全國賽山東省賽全國賽獎勵等級 國一國二省一省一省二國一國二省一省一省二國一國二省一獲獎數(shù)133672371545763參賽隊101616192081 歷年電子競賽獲獎統(tǒng)計 2010工訓(xùn)中心參加山東省電子競賽獲獎名單A甲1036秦曉鵬 延廷芳 王佳山東大學(xué)姚福安 萬鵬 臧利林省一等獎A甲1034宋春龍 馬文濤 趙文斐山東大學(xué)姚福安 萬鵬 臧利林省一等獎A甲1010陳德馨 趙化森 劉智偉山東大學(xué)省一等獎A甲

31、1035雷燕婕 劉健 劉樹林山東大學(xué)姚福安 萬鵬 臧利林省一等獎A甲1030李雷 孟松 曹乘榕 （2007級）山東大學(xué) 陳言俊 秦峰 王延偉省一等獎B甲1004孫 超 何孟寧 司 陳山東大學(xué)省一等獎B甲1039孫文健 許 海 劉恩東山東大學(xué)姚福安 萬鵬 臧利林省一等獎B甲1031黃晨 李成 亓帥 （ 2007級）山東大學(xué) 陳言俊 王延偉 秦峰省一等獎B甲1038 陳立剛 劉 濤 歐陽林山東大學(xué)姚福安 萬鵬 臧利林省一等獎B甲1023李德帥 任麗行 于和善山東大學(xué)陳言俊 秦峰 王延偉省一等獎C甲1002李江濤 解俊杰 宋玉川山東大學(xué)姜威 陸小珊 趙子嬰 楊小革省一等獎C甲1007宋宏嘉 吳蘇 劉

32、俊良山東大學(xué)姜威、楊小革、趙子嬰、陸小珊省一等獎E甲1032田昊 張巖 （2007級）韓麗麗（2008級）山東大學(xué) 陳言俊 王雷 秦峰 省一等獎F甲1026姚登民 解春柳 （2007級） 孫哲（2008級） 山東大學(xué)陳言俊秦峰王延偉省一等獎F甲1047張煒軒 尤海鵬 徐菁山東大學(xué)姚福安 萬鵬 臧利林省一等獎F甲1048劉主福 蔣丹紅 朱亞軍山東大學(xué)姚福安 萬鵬 臧利林省一等獎F甲1045陶智仁 張慶賓 張泳山東大學(xué)姚福安 萬鵬 臧利林省一等獎F甲1001李大偉 仲梓源 高攀山東大學(xué)姜威路小珊楊小革趙子嬰省一等獎F甲1020肖邁 林優(yōu) 郭倍源山東大學(xué)陳言俊 秦峰 王延偉省一等獎F甲1003王磊

33、章元智 李佩山東大學(xué)姜威陸小珊楊小革趙子嬰省一等獎項 目數(shù) 量學(xué)期學(xué)生數(shù)全年學(xué)生數(shù)備 注選修課8門2805602010新增2門課程設(shè)計1門120120信息學(xué)院科技創(chuàng)新大賽114團隊550國家大學(xué)生訓(xùn)練計劃3個152010新增1項大學(xué)生科技創(chuàng)新結(jié)題17個60大學(xué)生科技創(chuàng)新立項21個80中國水球機器人大賽28冠軍2項、季軍2項省大學(xué)生電子設(shè)計競賽7520個一等、9二等中國機器人大賽28冠軍1項、季軍2項2010創(chuàng) 新 活 動 情 況機電產(chǎn)品設(shè)計競賽2組14國一1個、省一1個全國電腦鼠走迷宮競賽2組82個優(yōu)勝獎省電腦鼠走迷宮大賽9組40省一2個電子競賽培訓(xùn)暑期學(xué)校123機器人暑期學(xué)校46“飛思卡爾智

34、能車” 20組60國一2個畢昇杯全國大學(xué)生電子創(chuàng)新設(shè)計大賽12特等獎1個一等獎1個獲保研資格學(xué)生32受益學(xué)生人數(shù)1779人次項 目數(shù) 量學(xué)期學(xué)生數(shù)全年學(xué)生數(shù)備 注2010創(chuàng) 新 活 動 情 況 五、典型例題“高教社&XILINX杯”2010年北京市大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目說明 隨著電子技術(shù)迅速發(fā)展，全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會決定將新技術(shù)引入到競賽中，讓學(xué)生用新的技術(shù)來解決問題。2009年的競賽規(guī)定對復(fù)雜核心板的限制放開，允許參賽隊伍將SOPC（System-on-a-Programmable-Chip即可編程片上系統(tǒng)）核心板等復(fù)雜電路板帶入賽場使用。因而，在2010年，全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的

35、小年，進行SOC競賽。北京市大學(xué)生電子設(shè)計競賽工作由北京市教育委員會主辦、北京郵電大學(xué)承辦、高等教育出版社實驗課程研發(fā)中心暨北京中教儀裝備技術(shù)有限公司和美國賽靈斯公司聯(lián)合協(xié)辦。 一、題目說明 競賽題目著重考核參賽學(xué)生綜合運用模擬電路和數(shù)字電路基礎(chǔ)知識進行理論設(shè)計的能力、實踐創(chuàng)新和獨立工作的基本能力、實驗綜合技能（制作與調(diào)試），并鼓勵參賽學(xué)生發(fā)揚團隊協(xié)作的人文精神。 競賽題目將考核學(xué)生的模擬電路和數(shù)字電路的設(shè)計能力，整體將由EXCD-1可編程片上系統(tǒng)開發(fā)板并外加部分模擬電路實現(xiàn)，模擬器件將由競賽組委會在競賽當天統(tǒng)一發(fā)放。二、參考例題（此處配套外設(shè)為參考例題所需，不是競賽題目所需外設(shè)模塊，學(xué)校無需

36、購買） 為了參賽隊伍能夠更好備戰(zhàn)競賽，現(xiàn)提供參考例題，此例題僅限北京市競賽的本科組競賽參考，競賽題目將與此題不同。參考例題基于EXCD-1 可編程片上系統(tǒng)開發(fā)板及其外設(shè)模塊，資源列表如下：配套外設(shè)列表（僅為參考例題所需，學(xué)校無需購買）板載外設(shè)擴展外設(shè)LED顯示燈8個LCD液晶模塊1個撥動開關(guān)8個A/D模塊1個低電平有效按鈕8個D/A模塊1個VGA端口1個溫度模塊1個PS2端口1個旋鈕編碼器模塊1個RS232接口1個EEPROM1個4位七段數(shù)碼管1個紅外收發(fā)模塊1個直流電機模塊1個注：擴展外設(shè)是通過4個具備8 個IO 信號的12 腳擴展I/O 接口，分別為J5-EXPORT1、J6-EXPORT

37、2、J7-EXPORT3、J10-EXPORT5，每個接口1-8 號管腳與FPGA 的IO 引腳相連，另外四個管腳分別為DC +3.3V（VCC33D）與GND。其中J5-EXPORT1 受控于8 位DIP 開關(guān)JP2，J10-EXPORT5 受控于8 位DIP 開關(guān)JP1。 三、參考資料 （1）高教社提供：EXCD-1板卡和光碟2張 （2）XILINX提供：EDK例程 1個（基于HEP板的VGA游戲）和相關(guān)技術(shù)資料 下載地址：http:/down/?action=show&id=1689四、競賽細則（1）時間：定于5月29日 （2）競賽所需要的元器件均由組委會提供2010年北京市大學(xué)生電子設(shè)

38、計競賽試題 要求用指定的FPGA平臺結(jié)合SOPC技術(shù)構(gòu)造一個乒乓球游戲機。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如果所示，F(xiàn)PGA通過兩條I/O信號輸出兩組脈寬調(diào)制波，經(jīng)過低通濾波器提取脈寬調(diào)制的均值電壓，輸入到雙通道示波器中。示波器工作在X/Y模式。示波器屏幕上的光點代表乒乓球。乒乓球X/Y電壓的控制下在屏幕上移動。 FPGA平臺 4x七段數(shù)碼管 按鈕2低通放大低通放大按鈕1雙通道示波器I/OXI/OY基本要求：1.構(gòu)造兩組無源低通濾波器，使得FPGA可以用脈寬調(diào)制方式控制球的位置（20分）2.用給定的運放制作一放大器，使光點運動范圍在示波器的X軸，Y軸方向上可調(diào)（10分）3.乒乓球可按拋物線自動在屏幕上左右彈射，球的落

39、點為屏幕兩側(cè)邊的中間。（20分）擴展要求：1.使用兩個按鈕分別作為左側(cè)擊球鈕和右側(cè)擊球鈕。當乒乓球靠近屏幕左邊時按下左側(cè)擊球鈕，可將球擊回右側(cè)。右側(cè)擊球鈕亦然。（10分）2.建立成敗機制，即球抵達邊沿而未按下?lián)羟蜮o，記為擊球失敗，用LED燈光表示。（10分）3.建立記分機制，在七段數(shù)碼管上顯示雙方得分（10分）4.特殊功能，在不調(diào)整放大器的情況下，連按兩下?lián)羟蜮o能擊出高拋球，軌跡拋物線曲率變大（20分）2007年全國電子設(shè)計競賽 F題 電動車翹翹板五、典型案例分析81一、F題電動車翹翹板題目要求 設(shè)計并制作一個電動車蹺蹺板，在蹺蹺板起始端A一側(cè)裝有可移動的配重。配重的位置可以在從始端開始的20

40、0mm600mm范圍內(nèi)調(diào)整，調(diào)整步長不大于50mm；配重可拆卸。電動車從起始端A出發(fā)，可以自動在蹺蹺板上行駛。電動車蹺蹺板起始狀態(tài)和平衡狀態(tài)示意圖所示 。831.基本要求在不加配重的情況下，電動車完成以下運動：（1）電動車從起始端A出發(fā)，在30秒鐘內(nèi)行駛到中心點C附近；（2）60秒鐘之內(nèi)，電動車在中心點C附近使蹺蹺板處于平衡狀態(tài)，保持平衡5秒鐘，并給出明顯的平衡指示；841.基本要求（3）電動車從（2）中的平衡點出發(fā)，30秒鐘內(nèi)行駛到蹺蹺板末端B處（車頭距蹺蹺板末端B不大于50mm）；（4）電動車在B點停止5秒后，1分鐘內(nèi)倒退回起始端A，完成整個行程；（5）在整個行駛過程中，電動車始終在蹺蹺板

41、上，并分階段實時顯示電動車行駛所用的時間。852.發(fā)揮部分 配重在可調(diào)整范圍內(nèi)任一指定位置，電動車完成以下運動：（1）電動車在距起始端A點 300mm以外、90扇形區(qū)域內(nèi)某一指定位置，能夠自動駛上蹺蹺板。如圖：862.發(fā)揮部分（2）取得平衡，給出明顯的平衡指示，并保持平衡5秒鐘以上；（3）將配重放置在A至C間指定的位置，電動車能夠重新取得平衡，給出明顯的平衡指示，保持平衡5秒鐘以上；（4）電動車在3分鐘之內(nèi)完成（1）（3）全過程。（5）其他。87二、F題競賽制作方案舉例88F甲1024制作參賽方案團隊學(xué)生姓名及專業(yè)： 陳 云： 生物醫(yī)學(xué)工程 孫希偉： 軟件工程 王小靜：生物醫(yī)學(xué)工程賽前指導(dǎo)老師

42、：陳言俊 秦峰 王延偉文稿輔導(dǎo)老師：陳言俊1系統(tǒng)方案1.1系統(tǒng)設(shè)計與結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)主要由電源模塊，控制器模塊，電機驅(qū)動模塊，尋跡模塊微調(diào)模塊，語音模塊，顯示模塊，平衡檢測模塊，計時模塊等構(gòu)成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：F甲1024制作參賽方案90F甲1024制作參賽方案圖1 系統(tǒng)設(shè)計圖911.2方案論證1.2.1模塊選擇a.電源模塊：小車機動性 12V 電機供電 鋰電池 5V其它模塊供電 +體積小，容量大 DCDC芯片 F甲1024制作參賽方案92b.控制器選擇： 凌陽SPCE061簡易開發(fā)板F甲1024制作參賽方案93c.電機選擇： 方案一：采用步進電機 方案二：采用直流減速

43、電機 轉(zhuǎn)動力矩大，速度大，體積小，重量輕，因而成為我們的最終選擇。 為防止小車下坡時慣性過大而滑出蹺蹺板，在滿足時間要求基礎(chǔ)上，我們選擇 50轉(zhuǎn)/min減速電機以求較大力矩。F甲1024制作參賽方案94d.電機驅(qū)動模塊：L298N 可方便實現(xiàn)直流電機的四象限運行，分別對應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動。專用驅(qū)動芯片L298，響應(yīng)頻率高，一片可控制兩個直流電機，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。F甲1024制作參賽方案95e.平衡檢測模塊: 方案一：采用鉛垂線+光折斷器 方案二：采用角度傳感器 根據(jù)題目要求，平衡的定義為A、B兩端與地面的距離差d=|dAdB|不大于40mm,即蹺蹺板的傾角要小于1.

44、43（arcsin(0.02/0.8)=1.43）才能判定為平衡。ZCT245AL485角度傳感器計算出符合平衡的定義時蹺蹺板的傾角要小于1.43。 ZCT245AL485能直接輸出角度值，精度為0.1，15次/秒的測量頻率完全能滿足設(shè)計要求。采用鉛垂線+光折斷器，通過判斷垂線角度來判定平衡。但操作起來比較復(fù)雜，且誤差較大 F甲1024制作參賽方案96f.尋跡模塊：光電傳感器 方案一：通過開關(guān)型霍爾傳感器 方案二：采用光電傳感器 采用一體化結(jié)構(gòu)，利用黑、白線反射光的強弱尋跡，靈敏度高，體積小，且結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。g.微調(diào)模塊： 在小車位置調(diào)節(jié)達到一定程度后，很難更精密的控制它的移動距離，故我

45、們增加微調(diào)模塊。即在小車上安裝一舵機，由它來控制一重物前后運動，以此來調(diào)節(jié)小車一側(cè)的力矩。F甲1024制作參賽方案97h.顯示模塊：數(shù)碼管顯示 速度快，亮度高，我們用其來顯示路程、時間及角度等數(shù)字信息，且為節(jié)省端口，采用了串口通信芯片CH451作為驅(qū)動。i.路程測量模塊：采用CCD鼠標 采用鼠標CCD攝像測距，安裝方便，穩(wěn)定性好，且精度高，可精確到0.1mm以內(nèi)。F甲1024制作參賽方案98j.無線模塊： 無線單片收發(fā)芯片nRF2401 通過無線模塊來實現(xiàn)小車與上位機的通訊，體積小、功耗少、外圍元件少，有助于減輕小車重量。F甲1024制作參賽方案1.3實現(xiàn)方法 鋁合金自制車體采用L298驅(qū)動直

46、流減速電機實現(xiàn)行進，光電傳感器結(jié)合尋跡算法完成電動車尋線功能。利用角度傳感器的測量量作為被控量，實現(xiàn)電動車的閉環(huán)反饋控制，根據(jù)PID控制算法找到平衡點，這是本系統(tǒng)的核心部分。同時LED顯示模塊和PC無線通信模塊實現(xiàn)了良好的人機交互界面。我們確定的最終方案 .F甲1024制作參賽方案1.小車模塊：采用自制三角形車體結(jié)構(gòu)2.控制模塊：采用凌陽公司的SPCE061A單片機3.電源模塊：采用鋰電池結(jié)合DCDC芯片供電。4.電機模塊：采用直流減速電機，由L298來驅(qū)動。5.測角模塊：采用ZCT245AL485角度傳感器。6.微調(diào)模塊：采用舵機控制一重物在車上平滑緩慢移動來實現(xiàn)。7.尋跡模塊：采用反射式光

47、電傳感器。8.計時模塊：采用開2HZ中斷方式。9.顯示模塊：采用LED顯示時間、路程及角度,由CH451作為驅(qū)動。10.語音模塊：采用凌陽自帶語音功能。11.測距模塊：采用CCD鼠標測距。12.無線模塊：采用無線單片收發(fā)芯片nRF2401。F甲1024制作參賽方案1012.理論分析與算法實現(xiàn)a.尋跡測量與控制算法：第一，小車自動駛上蹺蹺板算法；第二，前進過程尋跡算法；第三，逆向行駛時尋跡算法。其中，登陸蹺蹺板的控制最為復(fù)雜。 為此，我們分別在車頭、車體中央、車尾處安裝了3、2、3個對管。尋跡線的鋪設(shè)完全與算法相結(jié)合。然后根據(jù)讀入的對管狀態(tài)值，來調(diào)節(jié)小車的行駛狀態(tài)。 F甲1024制作參賽方案AC

48、B90圖2尋跡線 在車頭、車體中央、車尾處安裝了3、2、3個對管。尋跡線的鋪設(shè)完全與算法相結(jié)合。然后根據(jù)讀入的對管狀態(tài)值，來調(diào)節(jié)小車的行駛狀態(tài)。尋跡線的鋪設(shè)如下圖.F甲1024制作參賽方案圖3對管安裝圖F甲1024制作參賽方案104b.平衡位置判定方法： 系統(tǒng)中，我們采用角度傳感器來測量小車與地面的夾角。 在小車由不平衡到平衡的過程中，蹺蹺板一定是處于振蕩狀態(tài)的。若在一段時間內(nèi)所測量到的角度值均在1.43以內(nèi)，則判定小車平衡。F甲1024制作參賽方案SpS1ASpS1圖4平衡計算示意 F甲1024制作參賽方案106最終采用的控制方法： 通過精確距離測量，在平衡調(diào)整區(qū)根據(jù)當前讀到的角度來修正小車

49、下一步的行進步長，通過微調(diào)模塊的微量調(diào)節(jié)，使小車逐步達到平衡。程序流程圖如下圖：F甲1024制作參賽方案3電路與程序設(shè)計檢測與驅(qū)動電路設(shè)計 電機驅(qū)動模塊： 尋跡模塊 角度傳感器模塊 顯示模塊 無線模塊 總體電路圖軟件設(shè)計與工作流程圖 F甲1024制作參賽方案108 圖7 主程序流程圖 模式選擇 A至C尋跡 找平衡，語音播報并延時5S 過C線否 C至B尋跡 停車并延時5S 原路返回 尋跡自動駛 上蹺蹺板 尋跡前進并 尋找平衡 停車延時5S 并語音播報 再次尋找平衡 平衡否 平衡否 到B點否否 停車延時5S 并語音播報 Y N N Y Y N N Y 1094功能測試與結(jié)果分析a.基本功能全部予以

50、實現(xiàn)：A至C的時間：5sC處平衡時間：30sC處平衡角度：0.5度C至B時間：4sB至A時間：9sF甲1024制作參賽方案110b.發(fā)揮部分功能實現(xiàn)情況：帶配重平衡角度：0.6度自動上板時間： 4s第一次平衡時間：36s移動配重第二次平衡時間：72sF甲1024制作參賽方案111c.創(chuàng)新發(fā)揮部分： 用CCD鼠標測量路程并由數(shù)碼管實時顯示，精度可達0.01cm； 通過無線收發(fā)芯片nRF2401與上位機實現(xiàn)通訊，在上位機上對蹺蹺板狀態(tài)形象化顯示； 無限次自動平衡功能。F甲1024制作參賽方案112煙臺答辯場外調(diào)試113北京復(fù)審答辯現(xiàn)場114復(fù)審結(jié)束留影索尼杯山大五個一等獎團隊代表陳云 孫希偉 王小

51、靜團隊獲全國一等獎周景博 高少銳 嚴冰團隊獲全國一等獎都是二年級學(xué)生年份20052006200720082009合計賽事全國賽山東省賽全國賽山東省賽全國賽獎勵等級 國一國二省一省一省二國一國二省一省一省二國一國二省一獲獎數(shù)133672371545763參賽隊101616192081 歷年電子競賽獲獎統(tǒng)計 謝謝大家聯(lián)系方式： 山東大學(xué)工程訓(xùn)練中心 電話手機郵箱：cyj舉例編號：F甲1011 數(shù)控直流電流源（F題） 于建水 梁海運 李春蕾 山東大學(xué)信息工程學(xué)院 賽 前 輔 導(dǎo) 教 師： 陳言俊 秦峰 王延偉 儀維 文稿整理輔導(dǎo)教師：陳言俊1.

52、 系統(tǒng)設(shè)計1.1 方案比較與論證 根據(jù)題目的要求，系統(tǒng)可劃分為控制模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、電流源模塊、電源模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、測量模塊，另外增加了語音模塊。系統(tǒng)框圖如圖1： 圖1 系統(tǒng)框圖為實現(xiàn)各模塊的功能，分別做了幾種不同的設(shè)計方案并進行了論證。電源模塊控制器模塊鍵盤模塊語音模塊顯示模塊電壓轉(zhuǎn)換模塊電流源模塊測量模塊1.1.1控制器模塊 方案1：采用可編程邏輯器件CPLD作為控制器。CPLD可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，體積小，穩(wěn)定性高，IO資源豐富，易于進行功能擴展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需復(fù)雜的邏輯功能，

53、對數(shù)據(jù)處理的速度要求也不高。因此我們放棄了這個方案。 方案2：采用單片機作為控制器。我們選擇了凌陽公司的SPCE061A，它是16位微處理器，具有體積小、集成度高、易擴展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、中斷處理能力強等特點，內(nèi)嵌32k字閃存FLASH，處理速度高，尤其適用于數(shù)字語音播報和識別等應(yīng)用領(lǐng)域。1.1.2 電流源模塊 方案1：晶體管恒流源。這類恒流源以晶體三極管為主要組成器件,利用晶體三極管集電極電壓變化對電流影響小,并在電路中采用電流負反饋來提高輸出電流之恒定性。 通常,還采用一定的溫度補償和穩(wěn)壓措施。 晶體管恒流源雖然能得到恒定的電流，但是得到的電流較小，根本達不到2000mA的要求

54、，而且不容易程控和步進。 方案2：采用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的開關(guān)恒流源電路。 開關(guān)恒流源電路雖然能實現(xiàn)題目的基本要求，但還存在兩個主要問題：對電流的程控步進通過改變滑阻來實現(xiàn)，只能采用數(shù)字電位器，數(shù)字電位器不僅價格昂貴，而且本題基本要求步進10mA，發(fā)揮部分要求1mA，用數(shù)字電位器達不到如此高的精度；輸出電流中存在7805的靜態(tài)電流，當輸出電流比較大是影響很小，但輸出電流到底限20mA時，10mA的靜態(tài)電流已經(jīng)太大了。 方案3：集成運放反饋型恒流源。集成運算放大器是一種高增益的直流放大器，一般工作在閉環(huán)狀態(tài)，只要外接少數(shù)幾個電阻，就可以構(gòu)成具有深度負反饋的放大器，因而可用作恒流源。通過負反饋作用,

55、便加到比較放大器兩個輸入端的電壓相等, 從而保持輸出電流的恒定。（見圖2） 圖2 集成運放構(gòu)成的恒流源電路 在反饋型恒流源電路中，用集成運放做比較器，其各項性能指標都得到顯著改善。以上幾種恒流源結(jié)構(gòu)簡單, 可靠性高, 調(diào)整方便, 在科研中已得到了應(yīng)用。但是經(jīng)過綜合比較，方案3更能達到題目要求。1.1.3 電壓轉(zhuǎn)換模塊 要程控電流的變化，必須改變電壓。我們選擇電壓型DA轉(zhuǎn)換器件。DA的精度取決于題目的要求。本題基本要求是200mA2000mA，步進10mA，分辨度是（2000200）/10=180,普通的8位DA分辨度是281255，已經(jīng)滿足要求。發(fā)揮部分要求是20mA2000mA，步進1mA，

56、分辨度為（200020）/1=1980,10位DA分辨度是2101=1023,達不到如此高的精度，12位DA分辨度為2121=4095，滿足了要求。因為無論怎樣解決，不可避免的都要存在誤差，因此要做的精度比要求的略高才能保證精確步進1mA，12位DA對于步進1mA還是有小的誤差，因此選擇了16位DA，盡量使誤差變得更小。1.1.4測量模塊 方案1：電路中串入電流表表頭測量。這種方案簡單易行，但需要人工讀數(shù)，而且電流范圍較寬，只用一個量程無法實現(xiàn)精確讀數(shù)，采用多量程又很麻煩。 方案2；采用AD轉(zhuǎn)換測量電流。把發(fā)射極所接電阻作為采樣電阻，對電壓進行采樣，把數(shù)據(jù)傳輸給單片機處理并送顯示模塊顯示。綜合

57、比較之后，選擇方案2。1.1.5電源模塊 題目需要輸出2000mA的電流，因此需要較大的電源功率。1.1.6語音模塊 方案1：選擇專門的語音存儲芯片，通過單片機控制放音。只能進行簡單的放音，不能實現(xiàn)復(fù)雜功能。 方案2：利用61單片機進行存儲和放音。凌陽61單片機是16位單片機，具有DSP功能，有很強的信息處理能力，最高時鐘可達49MHz，具備運算速度高的優(yōu)勢等，這些都為語音的播放、錄放、合成和辨識提供了條件。 為了顯示出凌陽單片機的優(yōu)勢，我們選擇方案2。1.1.7顯示模塊 方案1：采用LED數(shù)碼管顯示。按題目要求，至少要用4位動態(tài)數(shù)碼管顯示，這樣要占去大量的IO資源，而且數(shù)碼管只能顯示有限的數(shù)

58、字和符號。 方案2：采用帶字庫LCD顯示。為了避免占用大量的IO口，我們采用串行傳輸，雖然編程難度增大，但是節(jié)省了IO資源，避免外擴IO，減少了硬件電路的制作。LCD可以用全中文界面顯示，顯示內(nèi)容豐富，易于人機交流。 因此，我們采用方案2。1.1.8 鍵盤模塊 根據(jù)題目要求，我們需要44鍵盤。 方案1：由于61A單片機內(nèi)有下拉電阻，所以IO可以直接接44鍵盤，單片機掃描讀取。優(yōu)點是電路簡單，接口方便，但占用了較多IO口，而且必須編寫去抖程序，容易誤碼。 方案2：采用并行鍵盤控制芯片8279。8279是總線型數(shù)碼管和鍵盤管理芯片，對于61單片機來說編程比較麻煩，而且是并行工作方式，占用相當多的I

59、O口，這是最大的缺點。 方案3：采用串行鍵盤控制芯片7289。功能強大，只占用較少IO口，讀取精確，雖然增加編程復(fù)雜度，也是值得的。 因此，我們選用方案3。1.2 方案選定 經(jīng)過仔細的分析和論證，決定了系統(tǒng)各模塊的方案如下：控制模塊：采用凌陽SPCE061A16位單片機；電流源模塊：采用集成運放反饋型電流源方案1；DA模塊：采用16位DA芯片控制電壓轉(zhuǎn)換；測量模塊：采用12位AD芯片采樣電壓轉(zhuǎn)換成電流；電源模塊：采用大功率和小功率雙電源分開供電；語音模塊：采用61單片機進行存儲和放音顯示模塊：采用帶字庫的液晶顯示，串行傳輸方式；鍵盤模塊：采用串行鍵盤控制芯片7289。2 單元電路設(shè)計2.1 電

60、流源電路的設(shè)計 我們論證了兩種集成運放構(gòu)成的深度負反饋恒流源電路，電路原理分別如圖3和圖4所示。圖3 電流源電路設(shè)計1圖4 電流源電路設(shè)計2圖3中采用了電阻浮置而負載接地，因為浮置而需要兩個反饋電阻和，常規(guī)的反饋用于電流采樣，而接至的另一端用于提供基準電壓。若不用 ，則與負載均成為采樣電阻，就會和有關(guān)，不能成為恒流源。恒流源輸出電流與線路參數(shù)如下：此電路為同向輸入電路，由其性質(zhì)可列出方程(2) (1) 圖4所示電路，D/A輸出電壓作為恒流源的參考電壓，運算放大器與晶體管組成的達林頓電路構(gòu)成電壓跟隨器。利用晶體管平坦的輸出特性即可得到恒流輸出。由于跟隨器是一種深度的電壓負反饋電路，因此電流源具有