張曉林(全國競賽專家組組長)老師課件

一、目標(biāo)與理念

全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、創(chuàng)業(yè)能力為重點，加強基礎(chǔ)、突出理論與實踐相結(jié)合、強化實踐教學(xué)，推動建立了以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的啟發(fā)式教學(xué)運行機制，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和勇于實踐、團結(jié)協(xié)作的精神。第一頁，共142頁。目標(biāo)與理念國家２０２０教育規(guī)劃

提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。牢固確立人才培養(yǎng)在高校工作中的中心地位，著力培養(yǎng)信念執(zhí)著、品德優(yōu)良、知識豐富、本領(lǐng)過硬的高素質(zhì)專門人才和拔尖創(chuàng)新人才。加大教學(xué)投入。教師要把教學(xué)作為首要任務(wù)，不斷提高教育教學(xué)水平；加強實驗室、校內(nèi)外實習(xí)基地、課程教材等教學(xué)基本建設(shè)。深化教學(xué)改革。推進(jìn)和完善學(xué)分制，實行彈性學(xué)制，促進(jìn)文理交融；支持學(xué)生參與科學(xué)研究，強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)；推進(jìn)創(chuàng)業(yè)教育。創(chuàng)立高校與科研院所、行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機制。全面實施高校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程。嚴(yán)格教學(xué)管理。健全教學(xué)質(zhì)量保障體系，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性，激勵學(xué)生刻苦學(xué)習(xí)，奮發(fā)有為，增強誠信意識。改進(jìn)高校教學(xué)評估。加強對學(xué)生的就業(yè)指導(dǎo)服務(wù)。

第二頁，共142頁。基于工程教育的電子信息類本科生應(yīng)具有的能力1．具有較好的人文社會科學(xué)素養(yǎng)、較強的社會責(zé)任感和良好的工程職業(yè)道德；2．具有從事工程工作所需的相關(guān)數(shù)學(xué)、自然科學(xué)知識以及一定的經(jīng)濟管理知識；3．掌握扎實的工程基礎(chǔ)知識和本專業(yè)的基本理論知識，了解本專業(yè)的前沿發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢；4．具有綜合運用所學(xué)科學(xué)理論和技術(shù)手段分析并解決工程問題的基本能力；5．掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢及運用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取相關(guān)信息的基本方法；6．具有創(chuàng)新意識和對新產(chǎn)品、新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備進(jìn)行研究、開發(fā)和設(shè)計的初步能力；7．了解與本專業(yè)相關(guān)的職業(yè)和行業(yè)的生產(chǎn)、設(shè)計、研究與開發(fā)的法律、法規(guī)，熟悉環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展等方面的方針、政策和法津、法規(guī)，能正確認(rèn)識工程對于客觀世界和社會的影響；8．具有一定的組織管理能力、較強的表達(dá)能力和人際交往能力以及在團隊中發(fā)揮作用的能力；

9．具有適應(yīng)發(fā)展的能力以及對終身學(xué)習(xí)的正確認(rèn)識和學(xué)習(xí)能力；10．具有國際視野和跨文化的交流、競爭與合作能力。第三頁，共142頁。美國工程教育的認(rèn)證由美國工程與技術(shù)認(rèn)證委員會(ABET)制定了11條工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，可視為一名合格的現(xiàn)代工程師應(yīng)具備的能力和素質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：（1）具備應(yīng)用數(shù)學(xué)、科學(xué)與工程等知識的能力；（2）具備設(shè)計、實驗分析與數(shù)據(jù)處理的能力；（3）具備根據(jù)需要設(shè)計一個部件、一個系統(tǒng)或一個過程的能力；（4）具備經(jīng)多種訓(xùn)練形成的綜合能力；（5）具備驗證、指導(dǎo)及解決工程問題的能力；（6）具備對職業(yè)道德及社會責(zé)任的了解；（7）具備有效表達(dá)與交流的能力；（8）懂得工程問題對全球環(huán)境和社會的影響；（9）具備終生學(xué)習(xí)的能力；（10）具備有關(guān)當(dāng)今時代問題的知識；（11）具備應(yīng)用各種技術(shù)和現(xiàn)代工程工具去解決實際問題的能力。第四頁，共142頁。歐洲工程協(xié)會聯(lián)合會（TheEuropeanFederationofNationalEngineeringAssociations，以下簡稱FEANI，）工程教育認(rèn)證體系工程師的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)和條件。有12條（1）理解工程專業(yè)及其服務(wù)于社會、職業(yè)和環(huán)境的責(zé)任，致力于專業(yè)行為規(guī)范的應(yīng)用。（2）熟練掌握以數(shù)學(xué)、相關(guān)科學(xué)學(xué)科與所在工程學(xué)科的綜合為基礎(chǔ)的工程原理。（3）了解所在工程領(lǐng)域的工程實踐知識，以及材料、部件和軟件的屬性、狀態(tài)、制造和使用。（4）具有應(yīng)用適當(dāng)?shù)睦碚摗嶋H方法來分析和解決工程問題的能力。（5）了解與所在專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)和新興技術(shù)。（6）具備工程經(jīng)濟學(xué)、質(zhì)量保證和維護(hù)的基本知識技能，并具有使用技術(shù)信息和統(tǒng)計數(shù)據(jù)的能力。（7）具有在多學(xué)科項目中與他人合作的能力。（8）具有包括管理、技術(shù)、財務(wù)和人文關(guān)懷的領(lǐng)導(dǎo)能力。（9）具有溝通技能和通過持續(xù)的專業(yè)拓展以保持競爭力的責(zé)任感。（10）了解所在專業(yè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)章制度。（11）具有不斷進(jìn)行技術(shù)革新的意識，培養(yǎng)在工程專業(yè)領(lǐng)域追求創(chuàng)新和創(chuàng)造的態(tài)度。（12）熟練掌握所需歐洲語言，以便在歐洲各國工作時能有效地溝通。歐洲工程師協(xié)會聯(lián)合會認(rèn)為，成為一個合格的工程師至少需要7年時間的積累。第五頁，共142頁。1998年教育部頒布的電氣信息類本科專業(yè)電子信息工程通信工程電子科學(xué)與技術(shù)電氣工程及其自動化自動化計算機科學(xué)與計算

生物醫(yī)學(xué)工程

第六頁，共142頁。電子信息科學(xué)與電氣信息類平臺課程教學(xué)基本要求1、“電路理論基礎(chǔ)”教學(xué)基本要求

2、“電路分析基礎(chǔ)”教學(xué)基本要求

3、“信號與系統(tǒng)”教學(xué)基本要求

4、“信號分析與處理”教學(xué)基本要求

5、

“電磁場”課程教學(xué)基本要求

6、“電磁場與電磁波”課程教學(xué)基本要求

7、

“電子線路(I)”課程教學(xué)基本要求

8、“電子線路(II)”課程教學(xué)基本要求

9、“數(shù)字電路與邏輯設(shè)計”課程教學(xué)基本要求

10、“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)基本要求

11、“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)基本要求

12、

“電工學(xué)”課程教學(xué)基本要求

第七頁，共142頁。““電子技術(shù)、電子線路基礎(chǔ)”課程組“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”“電子線路I”“電子線路II”“數(shù)字電路和邏輯設(shè)計”（含實驗要求）五門課程教學(xué)基本要求的修訂第八頁，共142頁。全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽(1994年開始11屆21年）全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽嵌入式系統(tǒng)專題邀請賽(2002年第一屆開始7屆12年）全國大學(xué)生信息安全技術(shù)專題邀請賽(2008年第一屆開始3屆6年）全國大學(xué)生模擬電子技術(shù)專題邀請賽(2012年第一屆開始1屆2年）第九頁，共142頁。

全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽自1994年開始至今已第21個年度，已經(jīng)成功舉辦了十一屆競賽，2013年完成的是第十一屆競賽。

2015年是第十二屆競賽。第十頁，共142頁。2013年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽情況2013年參賽的?。ㄊ?、自治區(qū)）共30個，組成28個獨立賽區(qū)，參賽高等學(xué)校1068所（全國設(shè)有電子信息類專業(yè)的學(xué)校），全國競賽評審、測試在南京大學(xué)和南京郵電大學(xué)進(jìn)行，評選出2013年全國一等獎191個隊，全國二等獎557個隊。報名參賽隊共11921隊，參賽學(xué)生,35763名。學(xué)校、省市、全國三個層次有二十多萬大學(xué)生參與。很多學(xué)校已經(jīng)將全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的題目和實踐納入教學(xué)環(huán)節(jié)，有的學(xué)校校級參加的學(xué)生數(shù)量超過3000。第十一頁，共142頁。序號賽區(qū)學(xué)校數(shù)量報名總隊數(shù)報名總?cè)藬?shù)本科組隊數(shù)本科組人數(shù)高職組隊數(shù)高職組人數(shù)1安徽3622266619257630902北京4254816445061518421263重慶21218654167501511534福建29559167740612181534595甘肅22139417104312351056廣東60532159641912571133397廣西4036610982286841384148貴州91073218124326789海南91644921213634312910河北382096271524565717111河南413259752587746720112黑龍江28469140741912575015013湖北57454136237011108425214湖南412507502006005015015吉林343299872888644112316江蘇66573171948714618625817江西311855551444324112318遼寧323269782928763410219寧夏2154515450020青海3226622660021山東636121836489146712336922山西13146438130390164823陜西41442132633099011233624上海212417232046123711125四川42532159646013807221626天津25327981296888319327西藏3618

6180028新疆78726171213164829云南14145435120360257530浙江5750415123771131127381合計92490482714473482204417005100超出2005年414455213656第十二頁，共142頁。屆

別年度賽區(qū)學(xué)校隊伍學(xué)生第一屆1994344219657第二屆199591226021806第三屆19971620710073021第四屆19992327914654395第五屆20012434620716213第六屆20032442630399117第七屆200525510449613488第八屆200727767693520805第九屆200928938876626298第十屆20112910691076632298第十三頁，共142頁。

二．競賽特點與特色

全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的特點是與高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)的課程體系和課程內(nèi)容改革密切結(jié)合，以推動其課程教學(xué)、教學(xué)改革和實驗室建設(shè)工作。競賽的特色是與理論聯(lián)系實際學(xué)風(fēng)建設(shè)緊密結(jié)合，競賽內(nèi)容既有理論設(shè)計，又有實際制作，以全面檢驗和加強參賽學(xué)生的理論基礎(chǔ)和實踐創(chuàng)新能力。第十四頁，共142頁。全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽是面向大學(xué)生的科技活動，也是高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)開展課程體系與教學(xué)內(nèi)容改革的實踐載體。目的在于按照緊密結(jié)合教學(xué)實際，著重基礎(chǔ)、注重前沿的原則，促進(jìn)電子信息類專業(yè)和課程的建設(shè)，引導(dǎo)高等學(xué)校在教學(xué)中注重培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力、協(xié)作精神和創(chuàng)業(yè)能力；加強學(xué)生動手能力的培養(yǎng)和工程實踐的訓(xùn)練，提高學(xué)生針對實際問題進(jìn)行電子設(shè)計、制作的綜合能力；吸引、鼓勵廣大學(xué)生踴躍參加科技活動，為優(yōu)秀人才脫穎而出創(chuàng)造條件。十六年來，該項競賽社會影響力日益提高。第十五頁，共142頁。

全國競賽使得那些具有良好的理論基礎(chǔ)、實踐動手能力強，特別是具有創(chuàng)新意識和協(xié)作精神的學(xué)生有了施展自己才能的空間。這些學(xué)生通過賽前的培訓(xùn)以及大賽的鍛煉，在眾多能力上有所提高。

參加全國競賽對學(xué)生的團隊協(xié)作能力和實際操作能力具有重要的促進(jìn)作用，通過參加全國競賽使學(xué)生更能體會團隊精神與團隊協(xié)作的重要。競賽中對學(xué)生的實際動手能力有很大的提高，對創(chuàng)新能力和理論掌握能力提高效果明顯。第十六頁，共142頁。創(chuàng)新能力是指人們面對社會和自然界進(jìn)行新發(fā)現(xiàn)與解決新問題、創(chuàng)造新知識的能力。原始創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、集成創(chuàng)新。大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)是建設(shè)創(chuàng)新型國家的需要，因而成為高等學(xué)校的基本任務(wù)。培養(yǎng)面向21世紀(jì)的、適應(yīng)國際電子信息科學(xué)發(fā)展新趨勢和國家與人類社會發(fā)展新需求的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才，是高等院校的重要歷史任務(wù)，也是高等院校在新世紀(jì)求得生存發(fā)展的需要。如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是擺在高校和每一個教師面前的重要的任務(wù)與研究課題。第十七頁，共142頁。思維與想象力比知識更重要。對學(xué)生創(chuàng)新理念、創(chuàng)新思維、想象力的培養(yǎng)，應(yīng)貫穿于人才培養(yǎng)過程中。在人才培育模式的探索中，要形成一種機制與氛圍，使學(xué)生能夠積極主動地探求知識，激發(fā)志趣與能動，發(fā)揮創(chuàng)造性，克服現(xiàn)在的教學(xué)環(huán)節(jié)上老師是主角，少數(shù)學(xué)生是配角，大多數(shù)學(xué)生是被動受教的問題。創(chuàng)新的過程需要學(xué)生的興趣和志向來維持，教師的責(zé)任在于激發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生發(fā)揮他們的不同特長，體會學(xué)習(xí)給他們帶來的成功機會和快樂，這是創(chuàng)新的原動力。第十八頁，共142頁。

三．組織運行模式

全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的組織運行模式為：“政府主辦、專家主導(dǎo)、學(xué)生主體、社會參與”十六字方針，以充分調(diào)動各方面的參與積極性。第十九頁，共142頁。全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽（2009-2012）組委會主任：王越

北京理工大學(xué)名譽校長

中國科學(xué)院、中國工程院院士副主任：張堯?qū)W

教育部高教司司長、中國工程院院士

尹衛(wèi)軍

工業(yè)和信息化部人教司副司長葛程遠(yuǎn)中國電子教育學(xué)會理事長趙顯利北京理工大學(xué)副校長教授張曉林北京航空航天大學(xué)教授第二十頁，共142頁。全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽（2009-2012）組委會委員：溫向明

北京郵電大學(xué)副校長教授傅豐林

西安電子科技大學(xué)教授徐國治

上海交通大學(xué)教授吳愛華

教育部高教司理工處副處長楊志宏

工業(yè)和信息化部人教司教育處處長閆達(dá)遠(yuǎn)

北京理工大學(xué)教務(wù)處處長教授胡克旺

北京信息工程學(xué)院校長助理于倩

北京理工大學(xué)教授韓力

北京理工大學(xué)教授組委會秘書處：北京理工大學(xué)秘書長：趙顯利（兼）常務(wù)副秘書長：閆達(dá)遠(yuǎn)（兼）副秘書長：胡克旺（兼）韓力（兼）秘書：谷千軍李印霞

第二十一頁，共142頁。專家主導(dǎo)（1）全國只組建一個全國專家組，主要由來自高等學(xué)校電子及其相關(guān)專業(yè)的專家組成，全國專家組由責(zé)任專家、專家和專家?guī)斐蓡T三個人員層面構(gòu)成，全國競賽的命題和評審工作以責(zé)任專家為主體。（2）各賽區(qū)成立賽區(qū)專家組，由賽區(qū)內(nèi)高校電子及其相關(guān)專業(yè)的專家組成，負(fù)責(zé)本賽區(qū)的競賽征題、評審工作。第二十二頁，共142頁。競賽活動的迅速發(fā)展對競賽組織工作的公正性、公開性和規(guī)范性提出了更高的要求。全國和賽區(qū)專家始終在競賽中起著關(guān)鍵的主導(dǎo)作用，進(jìn)一步規(guī)范各級專家的工作，對于競賽持續(xù)發(fā)展有重要意義。第二十三頁，共142頁。全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組織委員會建立了全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽專家?guī)旌蛯＜医M，全國專家?guī)鞂＜矣杀救松暾垺①悈^(qū)推薦、全國遴選產(chǎn)生。本屆全國專家?guī)煊?7名成員組成。全國專家組由全國專家?guī)熘械?7名成員組成，其中包括15名責(zé)任專家，全國專家組設(shè)組長1名、副組長2名。全國專家組專家、責(zé)任專家、組長和副組長由教育部高等教育司和工業(yè)與信息化部人事司聘任，任期四年。第二十四頁，共142頁。1、全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽專家組責(zé)任專家15名序號賽區(qū)姓名性別職稱單位1北京張曉林全國專家組組長男教授/博導(dǎo)北京航空航天大學(xué)2陜西傅豐林全國專家組副組長男教授/博導(dǎo)西安電子科技大學(xué)3上海徐國治全國專家組副組長男教授/博導(dǎo)上海交通大學(xué)4北京楊華中男教授/博導(dǎo)清華大學(xué)5北京王志軍男教授/博導(dǎo)北京大學(xué)6北京羅偉雄男教授/博導(dǎo)北京理工大學(xué)7北京趙振綱男教授北京郵電大學(xué)8黑龍江王立欣男教授/博導(dǎo)哈爾濱工業(yè)大學(xué)9湖北趙茂泰男教授武漢大學(xué)10江蘇胡仁杰男教授/博導(dǎo)東南大學(xué)11遼寧李景華男教授東北大學(xué)12上海岳繼光男教授/博導(dǎo)同濟大學(xué)13四川李玉柏男教授/博導(dǎo)電子科技大學(xué)14天津劉開華男教授/博導(dǎo)天津大學(xué)15浙江潘再平男教授/博導(dǎo)浙江大學(xué)第二十五頁，共142頁。第二十六頁，共142頁。第二十七頁，共142頁。第二十八頁，共142頁。舉例一

2009-2013年全國大學(xué)生

電子設(shè)計競賽題目分析

與綜合實踐第二十九頁，共142頁。題目類型（1）綜合題，應(yīng)涵蓋模-數(shù)混合電路，可涉及單片機和可編程邏輯器件的應(yīng)用，并盡可能適合不同類型學(xué)校和專業(yè)的學(xué)生選用；（2）側(cè)重于某一專業(yè)（如電子信息、計算機、通信、自控、電子技術(shù)應(yīng)用等）的題目；（3）側(cè)重于模擬電路、數(shù)字電路、電力電子技術(shù)等課程內(nèi)容的題目；例如：基本概念和設(shè)計方法，提高效率的有效手段及實現(xiàn)，及其補償或校正方法。機電、自動控制、數(shù)字邏輯電路、模擬信號放大、信號分析與信號處理、采樣、通信（信息調(diào)制、傳輸和解調(diào)）、低頻電子電路、高頻電子電路、電子測量（如示波器、信號源等等）、相關(guān)集成電路、穩(wěn)壓電源、軟件編程、實時數(shù)據(jù)存儲及顯示技術(shù)等知識（雙口RAM或FIFORAM等技術(shù)）的應(yīng)用能力。在基本任務(wù)部分要求學(xué)生至少掌握檢測技術(shù)、功率驅(qū)動電路技術(shù)及電子裝置的調(diào)試和故障排除的基本方法。（4）側(cè)重于新型集成電路應(yīng)用的題目；（5）側(cè)重于常用電子產(chǎn)品和電子儀器初步設(shè)計的題目。第三十頁，共142頁。2009年題目組別題目本科組光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置本科組聲音導(dǎo)引系統(tǒng)本科組寬帶直流放大器本科組無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置本科組電能收集充電器本科組數(shù)字幅頻均衡的功率放大器高職高專組低頻功率放大器高職高專組LED點陣書寫顯示屏高職高專組模擬路燈控制系統(tǒng)第三十一頁，共142頁。2011年題目組別題目本科組開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)本科組基于自由擺的平板控制系統(tǒng)本科組智能小車本科組LC諧振放大器本科組簡易數(shù)字信號傳輸性能分析儀高職高專組帆板控制系統(tǒng)高職高專組簡易自動電阻測試儀高職高專組波形采集、存儲與回放系統(tǒng)第三十二頁，共142頁。2013年全國組專家命題題號題目A單相AC-DC變換電路B四旋翼自主飛行器C簡易旋轉(zhuǎn)倒立擺及控制裝置D射頻寬帶放大器E簡易頻率特性測試儀F紅外光通信裝置G手寫繪圖板J電磁控制運動裝置K簡易照明線路探測儀L直流穩(wěn)壓電源及漏電保護(hù)裝置第三十三頁，共142頁。第三十四頁，共142頁。第三十五頁，共142頁。第三十六頁，共142頁。第三十七頁，共142頁。第三十八頁，共142頁。第三十九頁，共142頁。

2013年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽共出了10個題目，其中本科生組7個題目，高職高專生組3個題目。競賽題目包括“理論設(shè)計”和“實際制作”兩部分，以電子電路（含模擬和數(shù)字電路）設(shè)計應(yīng)用為基礎(chǔ)，涉及模-數(shù)混合電路、單片機、可編程器件、EDA軟件的應(yīng)用。競賽題目一般具有實際意義和應(yīng)用背景，并考慮到目前教學(xué)的基本內(nèi)容和新技術(shù)的應(yīng)用趨勢，以期對教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革起到一定的引導(dǎo)作用。競賽題目著重考核參賽學(xué)生綜合運用基礎(chǔ)知識進(jìn)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。競賽題目在難易程度上，既考慮了使一般參賽學(xué)生（對各參賽學(xué)校是由向?qū)W生）能在規(guī)定時間內(nèi)完成基本要求，能上手；又能使優(yōu)秀學(xué)生有充分發(fā)揮與創(chuàng)新的余地。第四十頁，共142頁。全國專家組在命題及評審工作中著重解決了以下四個方面的傾向性問題：1、重數(shù)字輕模擬的傾向。強化模擬電路的基礎(chǔ)性作用，不僅要掌握它的基本內(nèi)容，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生對這一類物理現(xiàn)象的思維能力和分析方法。這些觀念的提升對學(xué)生本身素質(zhì)的提高是非常重要的。2、重低頻怕高頻的傾向。信息電子科學(xué)發(fā)展的一個重要特征是工作頻率不斷向高頻寬帶方向延伸。因為頻率是非常重要的有限資源，從低頻電路到高頻電路的分析方法是從集中參數(shù)向分布參數(shù)過渡，如果沒有這方面知識積累，我們很難適應(yīng)信息時代發(fā)展對特定人才的需求。第四十一頁，共142頁。3、重軟件輕硬件的傾向。電子系統(tǒng)設(shè)計手段上越來越趨于軟件化，這是技術(shù)發(fā)展完善的結(jié)果，但從軟件仿真到實際硬件常常是有很大距離的，實際產(chǎn)品的成功常常蘊含著非軟件手段可以解決的問題，所以在工程實踐能力培養(yǎng)上要堅持軟硬并重。4、輕視基本知識的傾向。在測試與評審過程中，發(fā)現(xiàn)同學(xué)對一些基本概念、基本儀器的原理掌握有待提高，對實際知識比較缺乏。學(xué)生在完成一個功能或?qū)崿F(xiàn)一個指標(biāo)的過程，都反映出他對所學(xué)知識掌握的程度和綜合運用的能力。數(shù)萬大學(xué)生參加的電子設(shè)計競賽，正是大面積檢驗實踐教學(xué)效果和發(fā)現(xiàn)教學(xué)問題的有效平臺。第四十二頁，共142頁。四旋翼自主飛行器第四十三頁，共142頁。四旋翼自主飛行器小型遙控飛機—競技體育???第四十四頁，共142頁。45信息鏈：信息獲取、信息傳遞、信息處理、信息使用傳感網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)天基網(wǎng)空中服務(wù)網(wǎng)第四十五頁，共142頁。46四旋翼自主飛行器

四旋翼自主飛行器以瑞薩R5F100LEA開發(fā)板為控制板，利用PWM信號控制電機調(diào)制器調(diào)進(jìn)，進(jìn)而控制無刷直流電機。按鍵啟動飛行器，控制飛行器向前飛行，飛行過程中通過三軸陀螺儀和加速度傳感器進(jìn)行PID參數(shù)調(diào)節(jié)，校正加速度計采用四元數(shù)法。

采用紅外傳感器進(jìn)行循跡跟蹤，在發(fā)揮部分利用超聲波傳感器來檢測飛行器飛行的高度，在檢測過程中利用PID算法調(diào)節(jié)，控制四個電機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來控制飛行時間。關(guān)鍵詞：瑞薩R5F100LEA；PWM信號控制；三軸陀螺儀；無刷直流電機；PID算法。第四十六頁，共142頁。47第四十七頁，共142頁。48兩塊瑞薩單片機R5F100LEA為核心的飛行器控制、導(dǎo)航系統(tǒng)，主控制器采集處理九軸IMU姿態(tài)數(shù)據(jù)及驅(qū)動電機電調(diào)，副控制器采集處理線性CCD循跡及NRF905超聲波測距數(shù)據(jù)并通過串口發(fā)送給主控制器。并輔以外圍硬件設(shè)計電路和改進(jìn)姿態(tài)控制算法。第四十八頁，共142頁。49四旋翼自主飛行器；圖像處理；閉環(huán)控制；鐵片運輸?shù)谒氖彭?，?42頁。50PID控制算法結(jié)構(gòu)給定位置位置控制姿態(tài)控制電機控制飛行器機體姿態(tài)控制回路位置控制回路第五十頁，共142頁?！苞椦邸眱A轉(zhuǎn)旋翼無人機:歐洲的Sagem公司和Rheinmetall國防電子公司同美國的貝爾公司合作發(fā)展。兼顧了直翼機與旋翼機的特點,可垂直起降,并能高速度巡航現(xiàn)代無人機簡述(續(xù))

世界上已研制成功的幾種無人機先例第五十一頁，共142頁?，F(xiàn)代無人機簡述(續(xù))俄羅斯卡—137：屬于小型雙旋翼無人直升機。旋翼直徑5.3米，共軸雙旋翼采用合金材料制成。球的上部裝有活塞發(fā)動機動力裝置、控制系統(tǒng)和機載設(shè)備；下部可根據(jù)用途選配專用設(shè)備，進(jìn)行空中打擊、通信中繼、電子干擾、搜尋營救、探雷排雷等。第五十二頁，共142頁。無人直升機系統(tǒng)

無人直升機系統(tǒng)包括飛機系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、遙測遙控與電子系統(tǒng)。無人直升機遙測遙控與電子系統(tǒng)是一個復(fù)雜的設(shè)計研制難度大的系統(tǒng)，具有跟蹤、定位、遙測遙控、信息獲取處理與傳輸（包括位置、狀態(tài)、姿態(tài)、環(huán)境、使用效能等）等功能。第五十三頁，共142頁。系統(tǒng)組成飛機；飛控導(dǎo)航；遙控遙測；任務(wù)載荷第五十四頁，共142頁。作業(yè)程序

無人直升機外出執(zhí)行任務(wù)時，飛行階段一般分為五階段：

1從基地起飛，上升到工作高度；

2巡航飛出；

3在預(yù)定區(qū)域進(jìn)行作業(yè)；

4巡航返回

5下滑接近基地，著陸。第五十五頁，共142頁?？刂品绞?/p>

無人直升飛機可以自主飛行，也可以遙控飛行。在一般情況下，多以自主方式執(zhí)行任務(wù)，即按預(yù)先安排好的程序自動控制飛行。必要時也可遙控飛行，即由地面站發(fā)出指令控制直升機的運動。無人直升機到達(dá)預(yù)定區(qū)域后，在一定范圍內(nèi)盤旋偵察，隨時將載荷信號轉(zhuǎn)發(fā)給地面站，并按一定時間間隔向地面發(fā)送遙測信號。第五十六頁，共142頁。監(jiān)控分系統(tǒng)人機界面說明第五十七頁，共142頁。主要技術(shù)指標(biāo)使用升限 巡航速度 最大水平速度垂直爬升率有效載荷/續(xù)航力 3kg/30分鐘機體總高 旋翼直徑 直升機型式 四旋翼第五十八頁，共142頁。遙控遙測技術(shù)指標(biāo)測控頻率范圍遙控通道 路遙測通道 路誤碼率 ≤10-6抗干擾措施 差錯控制技術(shù)信源加密 調(diào)制方式 FDMA/DS-CDMA遙控遙測半徑 留有任務(wù)載荷數(shù)據(jù)接口第五十九頁，共142頁。任務(wù)載荷舉例傳感器：變焦TV照相機變焦前視紅外但不同時工作。第六十頁，共142頁。遙控遙測系統(tǒng)機載測控設(shè)備地面測控站第六十一頁，共142頁。機載測控設(shè)備第六十二頁，共142頁。飛控導(dǎo)航分系統(tǒng)飛控導(dǎo)航分系統(tǒng)的組成及其功用飛控導(dǎo)航系統(tǒng)性能指標(biāo)飛控導(dǎo)航系統(tǒng)性能要求第六十三頁，共142頁。飛控導(dǎo)航分系統(tǒng)的組成第六十四頁，共142頁。機載設(shè)備（1）

定位系統(tǒng)（2）

慣性系統(tǒng)（3）

機載計算機及接口（4）

陀螺系統(tǒng)（5）

高度測量計（6）

著陸系統(tǒng)（7）

舵系統(tǒng)及其操作系統(tǒng)第六十五頁，共142頁。軟件機載計算機系統(tǒng)組合導(dǎo)航軟件

姿態(tài)穩(wěn)定控制軟件

飛行軌跡控制軟件

自檢軟件地面計算機

起飛前初始化軟件

系統(tǒng)檢測軟件

單元及綜合測試軟件第六十六頁，共142頁。飛控導(dǎo)航分系統(tǒng)的功用

保證飛控導(dǎo)航系統(tǒng)各部分正常，可靠，協(xié)調(diào)一致的工作。保證全機各系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致的工作。保證直升機順利起飛升空。保證直升機穩(wěn)定飛行并到達(dá)要求空域。保證順利返航到達(dá)要求空域。保證順利自動定點著陸。系統(tǒng)具有自檢，單元測試和綜合測試能力，并具有起飛前測試檢查能力。第六十七頁，共142頁。姿態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)

無論在起飛，飛行和著陸階段，姿態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)都能使直升機在各種干擾作用下保持姿態(tài)運動的穩(wěn)定，在控制指令作用下能平穩(wěn)的將姿態(tài)過渡到要求的狀態(tài)。必須保證直升機在機體一次彈性震動碰撞下，在全部飛行階段具有足夠的穩(wěn)定裕度和良好的動態(tài)品質(zhì)。姿態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)必須具有足夠的魯棒性第六十八頁，共142頁。導(dǎo)航系統(tǒng)性能要求提供精度的定位信息。提供高度信息。提供飛行速度及其方向。提供俯仰角，傾斜角和航向角信息。提供上述動態(tài)信息。系統(tǒng)實現(xiàn)自初始對準(zhǔn)。系統(tǒng)具有自測試能力。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障而不能正常工作時，系統(tǒng)應(yīng)能輸出姿態(tài)角。第六十九頁，共142頁。監(jiān)控分系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)是通過對無人直升機的跟蹤，測量其運動參數(shù)，確定其空中位置，測量結(jié)果用計算機進(jìn)行處理，在人機界面環(huán)境中將無人直升機的飛行情況、飛機姿態(tài)、儀表指示、環(huán)境變化等顯示出來，實時接收顯示無人直升機的動態(tài)作業(yè)情況，便于監(jiān)視視距以外的飛機的姿態(tài)和航跡，為控制者提供良好的人機界面，完成遙控遙測等導(dǎo)航任務(wù)。第七十頁，共142頁。自動起飛和著陸系統(tǒng)自動起飛系統(tǒng)性能要求 保證在定點條件下自動無地效起飛 當(dāng)直升機升空到一定高度時平穩(wěn)地轉(zhuǎn)入巡航飛行。自動著陸系統(tǒng)要求 保證返航，下滑和著陸三階段平穩(wěn)和順利過渡。

保證自主著陸。第七十一頁，共142頁。射頻寬帶放大器第七十二頁，共142頁。73附圖一:雙模并行射頻/基帶單芯片設(shè)計技術(shù)第七十三頁，共142頁。74附圖二:雙系統(tǒng)兼容導(dǎo)航接收機芯片射頻部分第七十四頁，共142頁。75射頻芯片片內(nèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第七十五頁，共142頁。76模擬電路設(shè)計的八邊形法則第七十六頁，共142頁。射頻寬帶放大器第七十七頁，共142頁。78射頻放大器器件作品的選擇舉例：ERA-3SM+：

DC-3GHzERA-50SM：

DC-2GHzopa846或opa847芯片：BW=600MHz;HIGHGAINBANDWIDTH:3.9GHzMSA-03863分貝帶寬為DC-2.4GHz，典型增益為1GHz時12dB，典型輸出為1GHz時10dBm，最大輸出為23dBm。MSA-0886典型工作頻率在0.1Ghz時增益32.5dB，1Ghz時增益為22.5dB。TI公司LMH6518帶寬900MHz，可控增益范圍為40dB。THS3202為電流模運放，增益20dB、Rf=200Ω時帶寬550MHz。第七十八頁，共142頁。放大器增益帶寬積分析增益帶寬積BW·Au=常數(shù)，增益和帶寬的關(guān)系，增益越高，帶寬越窄，放大器設(shè)計時，應(yīng)在增益和帶寬之間進(jìn)行折中的選擇。按照題目發(fā)揮部分的要求，信號通頻帶為0.3M~100M，最大電壓增益AV≥60dB，則最小的增益帶寬積為：100M*1000=100G。電流反饋型（CFB）運算放大器的開環(huán)響應(yīng)是輸出電壓對輸入電流的響應(yīng)，與電壓反饋型運放不同，電流反饋運放沒有恒定的增益帶寬積，隨著頻率的增加，它可以在較寬的寬的頻率范圍內(nèi)保持高增益。但這是以犧牲反饋電阻的選擇范圍為代價的，當(dāng)設(shè)計特定的放大倍數(shù)時，應(yīng)根據(jù)所選用芯片的數(shù)據(jù)手冊選擇特定的阻值。例如：采用的OPA847的增益帶寬積是3.9GHZ，VCA821帶寬在小信號時為710MHz,大信號時為320MHZ，都是寬帶運放，可以使用。第七十九頁，共142頁。抗干擾措施和減少噪聲輸入信號有效值小于1mV，系統(tǒng)增益變化范圍為0~60dB，必須要有很好抗干擾措施，才能避免自激和減少噪聲。實際制作中可采用下述方法減少干擾，避免自激：（1）印制電路板采用雙層和四層的，匹配線寬、線間距，以及覆銅的區(qū)域，合理布置信號、電源的位置，減少干擾。（2）輸入部分通過低噪聲低溫漂的高速運算放大區(qū)，提高信噪比，減小前級噪聲引入及占整體的比例。（3）將輸入部分和增益控制部分裝在屏蔽盒中，避免級間干擾和高頻自激；（4）電源隔離，各級供電采用磁珠隔離，輸入級和功率輸出級采用隔離供電，在電路電源口接上0.1uF和10uF左右的電容，分別濾除高頻干擾及穩(wěn)壓，輸入級電源靠近屏蔽盒就近接上大電解電容，盒內(nèi)接高頻瓷片電容，可避免低頻自激，并且電源線采用雙絞線，以屏蔽干擾；（5）將整個運放用很寬的地線包圍，以吸收高頻信號，減少噪聲。（6）各模塊之間采用同軸電纜連接。

第八十頁，共142頁。實踐與思考１、系統(tǒng)級設(shè)計２、圖解法和等效電路法３、半導(dǎo)體基礎(chǔ)與溫度特性；單元電路與復(fù)雜電路４、線性放大電路的頻率范圍５、電路宏模型第八十一頁，共142頁。不失真輸出峰峰值最大不失真交流輸出動態(tài)范圍第八十二頁，共142頁。831MHz下滿增益輸出擺幅第八十三頁，共142頁。84射頻芯片片內(nèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)10MHz下滿增益輸出擺幅第八十四頁，共142頁。85射頻芯片片內(nèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)50MHz下滿增益輸出擺幅第八十五頁，共142頁。4.2集成運放電路簡介圖4.2.1741型運放原理電路第八十六頁，共142頁。圖4.2.2MC14573簡化電路第八十七頁，共142頁。2023/4/788放大器輸出動態(tài)性能的圖解法分析：第八十八頁，共142頁。實踐與思考１、系統(tǒng)級設(shè)計２、圖解法和等效電路法３、半導(dǎo)體基礎(chǔ)與溫度特性；單元電路與復(fù)雜電路４、線性放大電路的頻率范圍５、電路宏模型第八十九頁，共142頁。輸入輸出交流動態(tài)阻抗溫度特性與最大不失真輸出動態(tài)范圍第九十頁，共142頁。2023/4/791二極管的電阻:對應(yīng)不同的工作點有不同的交直流電阻（小信號線性）

直流等效電阻RD：交流（動態(tài)）電阻rd：第九十一頁，共142頁。2023/4/792PN結(jié)的溫度特性1.PN結(jié)正向電壓的溫度系數(shù)αvD保持二極管正向電流不變，溫度變化1℃所引起的vD

變化

αvD≈-(1.9～2.5)mV/℃2.PN結(jié)的反向飽和電流隨溫度按指數(shù)規(guī)律變化不論是硅管還是鍺管，反向電流大約隨溫度每變化10℃

而變化一倍。鍺管的IS（T0）要比硅管大3～6個數(shù)量級第九十二頁，共142頁。射頻寬帶放大器頻率特性與帶寬增益積第九十三頁，共142頁。2023/4/794圖3.1.2阻容耦合放大器的頻率特性第九十四頁，共142頁。2023/4/795增益函數(shù)：阻容放大電路的通頻帶：(3.1.2)圖直接耦合放大器頻率特性(3.1.1)第九十五頁，共142頁。2023/4/7961.3.6共射BJT的頻率參數(shù)fβ和fTfβ是共射BJT的截止頻率。fT是共射BJT的特征頻率。fT≈β0fββ0是共射BJT的低頻電流增益。第九十六頁，共142頁。2023/4/797β的幅頻特性：在f>>fβ的頻率范圍內(nèi)fT≈|β|.ffT是共射BJT應(yīng)用

的增益帶寬積。混

合π型模型在大約1/3fT內(nèi)適用。第九十七頁，共142頁。2023/4/7981.4.8.2MOSFET的小信號等效模型1.MOS管的等效電容襯底與漏區(qū)的勢壘電容Cbd襯底與源區(qū)的勢壘電容CbsG極與源區(qū)的電容

CgsG極與漏區(qū)的電容CgdG極與溝道重疊部分的電容C’溝道耗盡區(qū)的電容Csc第九十八頁，共142頁。2023/4/799MOSFET的小信號交流等效模型：第九十九頁，共142頁。2023/4/7100跨導(dǎo)的計算增大gm的方法：增大工藝參數(shù)W/L和工作電流ID（η=0.01～0.2）第一百頁，共142頁。2023/4/7101輸出電阻的計算第一百零一頁，共142頁。交流動態(tài)輸出范圍線性失真非線性失真第一百零二頁，共142頁。2023/4/7103

頻率失真和相位失真線性失真——輸出波形較輸入波形雖呈現(xiàn)失真，但輸出波形中不含有輸入信號中所沒有的任何新的頻率分量。頻率（幅度）失真：對輸入信號的各次諧波的放大倍數(shù)不同相位失真：對輸入信號各次諧波的相移不成比例增益帶寬積(3.1.3)第一百零三頁，共142頁。2023/4/7104圖3.1.5說明相位失真的輸入和輸出波形圖例圖3.1.4說明頻率失真的輸入和輸出波形圖例第一百零四頁，共142頁。簡易旋轉(zhuǎn)倒立擺及控制裝置(C題)第一百零五頁，共142頁。倒立擺系統(tǒng)是一種典型的多變量、非線性、強耦合、高階次的自然不穩(wěn)定系統(tǒng)，它的控制目標(biāo)就是實現(xiàn)倒立擺系統(tǒng)各擺桿的平衡，使之沒有過大的震蕩，并在加入隨機擾動的情況下系統(tǒng)能夠在擾動消失后迅速恢復(fù)到平衡狀態(tài)。

一級倒立擺旋轉(zhuǎn)倒立擺、線性倒立擺（機械裝置復(fù)雜）論證了8年競賽的題目是簡易旋轉(zhuǎn)倒立擺及控制裝置，一般采用角度傳感器和編碼器采集信號，利用單片機或者嵌入式系統(tǒng)技術(shù)通過雙閉環(huán)方法實現(xiàn)它的控制，使其能夠穩(wěn)定的起擺、保持豎直方向上平穩(wěn)并且旋轉(zhuǎn)360°以上。

第一百零六頁，共142頁。107第一百零七頁，共142頁。問題思考在倒立擺的制作過程中，使用傳統(tǒng)的pid控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，還有先進(jìn)的算法，例如模糊控制，LQR算法等，可能會有更好的效果。倒立擺系統(tǒng)的功能實現(xiàn)了，但是不足的是：倒立擺實現(xiàn)了擺臂的速度閉環(huán)，但是由于PI控制器參數(shù)的作用和擺臂劇烈運動的原因，把擺臂的速度閉環(huán)成0之后，擺臂也有可能在一個小角度范圍內(nèi)來回運動，而不是靜止直立?？梢钥紤]優(yōu)化控制器的參數(shù)，采用PID好的控制算法。

第一百零八頁，共142頁。舉例二

2011年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽綜合測評題

2013年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽綜合測評題

第一百零九頁，共142頁。綜合測評題波形發(fā)生器第一百一十頁，共142頁。4.3集成運放的等效模型及運算特性4.3.1理想集成運放理想集成運放具有以下主要特征（1）輸入失調(diào)電壓VIO，及其溫漂，時漂，隨電源電壓漂移均為零（2）輸入偏置電流IIB，失調(diào)電流IIO及其溫漂，時漂，隨電源電壓漂移均為零（3）等效輸入噪聲電壓及其噪聲電流為零（4）輸出電阻Ro＝0（5）開環(huán)差模電壓增益為無限大（6）開環(huán)差模輸入電阻為無限大（7）共模輸入電阻及共模抑制比為無限大（8）（－3dB)帶寬為無限大（9）轉(zhuǎn)換速率SR為無限大第一百一十一頁，共142頁。Rt=f(T°C)uoR1R1++A3R2R2++A1_+A2RRRW+E=+5VRRRRtui第一百一十二頁，共142頁。(4.4.21)(4.4.16)(4.4.17