【课件】电子设计大赛培训.ppt

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1、电子设计大赛培训,http:/ 相信很多人参加国赛纯粹是为了将来找工作时可以在自己的简历上填上这个经历，这就不是一种热情了。 其次，我看到好多人都站在考研和参赛的抉择口，在此我额外补充一点。我觉得这种情况最好要不要迟疑太久，要明确自己的方向，当机立断，免得两头分心，吃力又不合算（毕竟一个人精力有限）。,http:/ 在软件、硬件、论文写作中各有所长。你想想3个只会C语言的家伙合一起能干什么。 选好团队后就要确定团队核心人物。大家一定都能想得到，一旦进入备战阶段，组员间的探讨是必然的，各抒己见固然好，但往往也比较容易起争执。这时如果有个核心人物，他的话在非常时期大家必须绝对服从，他说了算。 要想

2、获得成功，就必须认清自己团队的优势，充分调用组员中的优势资源，比如：某个组员在编程方面有优势，那么就应该合理分配编程工作给他，这样大家分工也就相对明确了，也都能充分发挥自己的所长，将团对协作的力量发挥到最大。,http:/ 这个方面，你需要连接常用的电路，如高增益放大电路，跟随电路，滤波电路的设计，学习protel制图软件，会划电路原理图，会PCB制板。 在准备期间一定要学会用万用板焊接电路，或者用三氯化铁腐蚀电路，这个效果非常好。 在正式比赛前，一定要于团队在4天内练习做一个完整的电子系统，时间安排在8月初最好（推荐凌阳大学计划赛前热身套件），不要以为你能做好各个模块，但是联机调试你就不一定

3、成功，总是会缺点什么，事实证明，大部分的竞赛队失败就失败在最后的联机。,http:/ CPU是电子设计竞赛的核心器件。现在的微处理器很多，如比较古老的8051单片机，AVR单片机，PIC单片机，MSP430单片机。现在也出了很多新型单片机，这类单片机含有很多的扩充资源，如大量的FLASH(这些FLASH对LCD字库很有帮助)、中速AD,DA、多定时器、PWM，语音功能等等，这些资源会给开发带来很多的方便。 从个人经验看，竞赛一定要用自己擅长的单片机，但根据题目的不同，不同的单片机实现起来难度也不一样。 现在很多人都喜欢上了嵌入式和DSP。根据09年竞赛的精神利用嵌入式与DSP参加电子竞赛也会逐

4、渐提到日程上来，如果做的是关于高速数据处理的的题目，比如高速数据采集，高速数据传输等等，这样这两个东西会有用武之地。,http:/ 如LED,LCD子电路，子程序。（这点凌阳的61板做的很好，有很多现成的标准函数可以调用）AD,DA电路，搞控制的总得选好步进电机的型号，驱动电路，驱动程序吧，那搞无线的应该准备什么呢？ 自己去想吧！有一个一等奖选手告诉过我， 他说“在竞赛前我就知道我会得奖，因为我把该准备的东西都准备了，而且在比赛前几天都梦到了比赛题目“,他说得有点夸张，但是也很可信，足以证明这个准备对整个比赛有举足轻重的作用。,http:/ 控制类的如简单的工业控制、小车； 传统题目如数据调理

5、、数据采集，无线传输系统； 电源设计； 简单仪器、仪表设计（每年必要一题)如2005年的简易频谱分析仪，2003年的简易逻辑分析器。 建议为了夺奖的朋友专注自己的强项。,http:/ 否则，千载难逢的机会就可能擦肩而过，留下的就将会是遗憾。,http:/ 比赛期间，肯定都会遇到这样那样的问题，如果没有善始善终，持之以恒的决心，三天打鱼，两天晒网，是走不到最后的。 要切切实实按照制定好的进程走，该做哪项任务，就要尽量克服一切困难做完，该今天做的，就不能留到明天。 具备以上条件后，你还应该做的就是自信了。,http:/ 切记现在不是酒香不怕巷子深的年代了，因为可以选择的对象太多，要学会主动出击。所

6、以说一个好的团队是成功的一半！,http:/ 节能性：为了维持社会的可持续性发展，我们的产品必须尽可能的节能。不能为完成某一功能我们就耗电、耗损很大，甚至于造成其它的污染。这是不行的。,http:/ 竞赛期间不允许任何教师或其他人员进行任何形式的指导或引导； 竞赛期间参赛队员不得与队外任何人员讨论商量。参赛学校应将参赛学生相对集中在一个或几个实验室内进行竞赛，便于组织人员巡查。 为保证竞赛工作，竞赛所需设备、元器件等均由各参赛学校负责提供。,http:/ 可以涉及单片机、可编程逻辑器件、EDA软件工具和PC机（主要用于开发）的应用。 题目包括“理论设计”和“实际制作与调试”两部分。 竞赛题目应

7、具有实际意义和应用背景，并考虑到目前教学基本内容和新技术应用趋势。,http:/ 题目原则上应包括基本要求部分和发挥部分，从而使绝大多数参赛学生能在规定时间内完成基本要求部分的设计工作，又能便一部分优秀学生有发挥与创新的余地。,http:/ 题目名称 题目名称要求简明扼要。 2. 设计任务和要求 设计任务和要求需要对题目作必要说明，明确提出设计任务和对功能指标的要求，文字描述准确，避免含混不清； 3. 评分标准 评分标准按设计报告、实际制作两部分提出具体评分细则，实际制作又分基本要求和发挥部分。总分一般是150分，其中设计报告占50分，基本要求占50分和发挥部分占50分。 4. 命题说明 命题

8、人应对命题的意图、涉及的主要知识范围及其它问题予以必要的说明，供全国专家组选题时参考。,http:/ 综合题 综合题应涵盖模-数混合电路，可涉及单片机和可编程逻辑器件的应用，并尽可能适合不同类型学校和专业的学生选用； 2. 专业题 专业题是侧重于某一专业（如计算机、通信、自控、电子技术应用等）的题目； 3. 电路题 电路题是侧重于模拟电路、数字电路、电力电子线路等的题目； 4. 新型器件和集成电路应用题 新型器件和集成电路应用题侧重于新型器件的应用、新型集成电路的应用； 5. 电子产品和仪器初步设计题 常用电子产品和电子仪器初步设计的题目侧重于某一产品的初步设计。 不同类型的题目之间，在难易程

9、度上允许有差别。,http:/ （1）电源类：简易数控直流电源，直流稳压电源 （2）信号源类：实用信号源的设计和制作，波形发生器，电压控制LC振荡器（A题）； （3）高频无线电类：简易无线电遥控系统，调幅广播收音机，短波调频接收机，调频收音机， （4）放大器类：实用低频功率放大器，高效率音频功率放大器，宽带放大器（B题) （5）仪器仪表类：简易电阻、电容和电感测试仪，简易数字频率计，频率特性测试仪，数字式工频有效值多用表，简易数字存储示波器，低频数字式相位测量仪（C题，简易逻辑分析仪（D题， （6）数据采集与处理类：多路数据采集系统，数字化语音存储与回放系统，数据采集与传输系统。 （7）控制类

10、：水温控制系统，自动往返电动小汽车，简易智能电动车（E题，液体点滴速度监控装置（F题),http:/ 涉及到的电子信息类专业的课程有：低频电路、高频电路、数字电路、微机原理、电子测量、单片机、可编程逻辑器件、EDA设计等； 实践性教学环节有：电子线路实验课、微机原理实验课、课程设计、生产实习等； 可选用的器件有：晶体管、集成电路、大规模集成电路、单片机、可编程逻辑器件等； 设计手段必须采用现代电子设计方法与开发工具，如VHDL语言、Xilinx Foundation Series EDA工具、 单片机编程器等。 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应注重培养学生

11、的工程实践能力和创新设计能力。,http:/ 电子设计竞赛既不是单纯的理论设计竞赛也不仅仅是实验竞赛，而是由一个参赛队共同设计、制作完成一个有特定工程背景的题目的优劣与快慢的竞赛。它既强调理论设计，更强调系统实现。它考核了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。题目涉及的内容是一个课程群，而非单一的一门课程。因此竞赛的形式与内容基本上符合面向21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反映了这个课程群的教学水平和教学改革的成败。,http:/ 、开关稳压电源（E题2007年）、电能收集充电器2009年、A题-光伏并网发电模拟装置2009年

12、 。 简易数控直流电源（第一届，1994年）要求设计制作一个输出电压数控可调直流稳压电源。涉及到的基础知识与制作能力包含：交流电源降压和整流，直流电压稳压和调节，单片机，数字显示与控制等。 直流稳压电源（第三届，1997年）要求设计制作一个交流变换为直流的稳定电源。涉及到的基础知识与制作能力包含：交流电源降压和整流，直流电压稳压和调节，恒流电流源，DC-DC变换器，单片机，数字显示与控制等。,http:/ 正弦信号发生器（A题） 2005年、音频信号分析仪（A题2007年） 。 实用信号源的设计和制作（第二届，1995年）要求设计制作一个正弦波和脉冲波信号源，频率范围20Hz20kHz，低频信

13、号源。涉及到的基础知识与制作能力包含：RC振荡器，脉冲振荡器，数字可调电位器，单片机，数字显示与控制等。 波形发生器（第五届，2001年）要求设计制作一个能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形的波形发生器，频率范围100Hz20kHz，低频信号源。涉及到的基础知识与制作能力包含：单片机或者可编程逻辑器件，存储器，数字显示与控制，滤波器等。 电压控制LC振荡器（第六届，2003年）要求设计制作一个电压控制LC振荡器，频率范围15MHz35MHz，高频信号源。涉及到的基础知识与制作能力包含：单片机或者可编程逻辑器件，PLL，LC振荡器，数字显示与控制，滤波器，高频功率放大器等。,ht

14、tp:/ 2009年 实用低频功率放大器（第二届，1995年）要求设计制作一个具有弱信号放大能力的低频功率放大器，额定输出功率POR10W，带宽BW（5010000）Hz。涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，方波信号发生器，低频功率放大器等。 测量放大器（第四届，1999年）要求设计制作一个测量放大器及所用的直流稳压电源。差模电压放大倍数 AVD1500。涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，信号变换放大器，测量放大器等。 高效率音频功率放大器（第五届，2001年）要求设计制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量、显示装置，3dB通频带为300Hz3400Hz，最大不失真输出功率1W。

15、涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，音频功率放大器等。 宽带放大器（第六届，2003年）要求设计并制作一个3dB通频带10kHz6MHz，最大增益40dB的宽带放大器。涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，AGC，宽带放大器等。,http:/ 2009年 简易无线电遥控系统（第二届，1995年）要求设计制作一个无线电遥控发射机和接收机，频率范围610MHz。涉及到的基础知识包含有：无线电发射与接收，编码与解码，单片机，数字显示等。 调幅广播收音机（第三届，1997年）要求设计制作一个中波广播收音机，接收频率范围540kHz1600kHz，材料由SONY公司提供。涉及到的基础知识包含有：无

16、线电调幅接收，变容二极管控制，单片机，数字显示等。 短波调频接收机（第四届，1999年）接收频率范围：8MHz10MHz。涉及到的基础知识包含有：无线电调频接收，变容二极管控制，单片机，数字显示等。 调频收音机（第五届，2001年）用SONY公司提供的FM/AM收音机集成芯片CXA1019和锁相频率合成调谐集成芯片BU2614，制作一台调频收音机, 接收FM信号频率范围88MHz108MHz。涉及到的基础知识包含有：无线电调频接收，PLL，变容二极管控制，单片机，数字显示等。,http:/ 、数字示波器（C题2007年）程控滤波器（D题2007年） 简易电阻、电容和电感测试仪（第二届，1995

17、年）要求设计制作一个测量范围：电阻1001M；电容100pF10000pF；电感100H10mH），测量精度：5%的电阻、电容和电感测试仪。涉及到的基础知识包含有：电阻、电容和电感参数变换，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。 简易数字频率计（第三届，1997年）要求设计制作一个测量范围 信号：方波、正弦波；幅度：0.5V5V；频率：1Hz1MHz；测量误差0.1%数字频率计。涉及到的基础知识包含有：信号变换与检测，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。 频率特性测试仪（第四届，1999年）要求设计制作一个频率范围100Hz100kHz；频率步进：10Hz；频率稳定度：10-4；测量精度：5

18、 ；能在全频范围和特定频率范围内自动步进测量的频率特性测试仪。涉及到的基础知识包含有：信号变换与检测，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。 数字式工频有效值多用表（第四届，1999年）要求设计制作一个能同时对一路工频交流电（频率波动范围为501Hz、有失真的正弦波）的电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数进行测量的数字式多用表。涉及到的基础知识包含有：电压电流变换与检测，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。 简易数字存储示波器（第五届，2001年）要求设计制作一个一台用普通示波器显示被测波形的简易数字存储示波器，频率范围为DC50kHz，误差5%。涉及到的基础知识包含有：A/

19、D和D/A变换，单片机或者可编程逻辑器件，存储器，数字显示等。 低频数字式相位测量仪（第六届，2003年）要求设计制作一个低频相位测量系统，包括相位测量仪、数字式移相信号发生器和移相网络三部分。频率范围：20Hz20kHz，相位测量绝对误差2。涉及到的基础知识包含有：相位检测，A/D和D/A变换，单片机或者可编程逻辑器件，存储器，RC移相网络，数字显示等。 简易逻辑分析仪（第六届，2003年）要求设计制作一个8路数字信号发生器与简易逻辑分析仪，能产生8路可预置的循环移位逻辑信号序列，输出信号为TTL电平，序列时钟频率为100Hz，并能够重复输出。涉及到的基础知识包含有：单片机或者可编程逻辑器件

20、，存储器，数字显示等。,http:/ 2009年。 多路数据采集系统（第一届，1994年）要求设计制作一个八路数据采集系统，对50米以外的各路数据，通过串行传输线进行采集和显示。涉及到的基础知识包含有： A/D变换，单片机或者可编程逻辑器件，存储器，数字显示等。 数字化语音存储与回放系统（第四届，1999年）要求设计制作一个数字化语音存储与回放系统。通带为300Hz3.4kHz ；ADC采样频率f s8kHz，字长8位；DAC：变换频率f c8kHz，字长8位；语音存储时间10秒。涉及到的基础知识包含有： A/D和D/A变换、单片机或者可编程逻辑器件、存储器和数字显示等。 数据采集与传输系统（

21、第五届，2001年）设计制作一个用于8路模拟信号采集与单向传输系统，被测电压为8路05V分别可调的直流电压。采用8位A/D变换器。涉及到的基础知识包含有： A/D变换、噪声模拟发生器、调制与解调、单片机或者可编程逻辑器件、存储器和数字显示等。,http:/ 电动车跷跷板（F题2007年）、悬挂运动控制系统（E题2005年）、电动车跷跷板（F题2007年） 水温控制系统（1997年）控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。温度设定范围为4090，最小区分度为1，标定温度1。涉及到的基础知识包含有：温度检测电路

22、，加热器控制电路，A/D和D/A变换，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。 自动往返电动小汽车（2001年）设计并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽车。车辆从起跑线出发（出发前，车体不得超出起跑线），到达终点线后停留10秒，然后自动返回起跑线（允许倒车返回）。到达终点线和返回起跑线时，停车位置离起跑线和终点线偏差应最小。在限速区，车辆往返均要求以低速通过，通过时间不得少于8秒。涉及到的基础知识包含有：光电检测电路，电机控制电路，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。 简易智能电动车（2003年）电动车从起跑线出发（车体不得超过起跑线），沿引导线到达B点。在“直道区”电动车检测到薄铁片

23、时需立即发出声光指示信息，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。电动车到达B点以后进入“弯道区”，沿圆弧引导线到达C点。C点下埋有边长为15cm的正方形薄铁片，要求电动车到达C点检测到薄铁片后在C点处停车5秒，停车期间发出断续的声光信息。电动车在光源的引导下，通过障碍区进入停车区并到达车库。电动车必须在两个障碍物之间通过且不得与其接触。电动车完成上述任务后应立即停车，但全程行驶时间不能大于90秒，行驶时间达到90秒时必须立即自动停车。涉及到的基础知识包含有：光电、金属、超声波检测电路，电机控制电路，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。 液体点滴速度监控装置（2003年）在滴斗处检测

24、点滴速度，并制作一个数显装置，能动态显示点滴速度（滴/分）。通过改变高度h2控制点滴速度；也可以通过控制输液软管夹头的松紧等其它方式来控制点滴速度。点滴速度可用键盘设定并显示，设定范围为20150(滴/分)，控制误差范围为设定值10%1滴。当高度h1降到警戒值（23cm）时，能发出报警信号。涉及到的基础知识包含有：光电检测电路，步进电机控制电路，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。,http:/ 设计步骤 设计好电路原理图； 根据所设计的原理图准备好所需要的元器件； 根据实物给原理图中的元器件制作或调用封装形式； 形成网络表连接文件； 在PCB设计环境下，规划电路板的大小、板层数量等； 调用

25、网络表连接文件，并布局元器件的位置（自动加手工布局）； 设置好自动布线规则，并自动布线； 形成第二个网络表连接文件，并比较两个网络表文件，若相同则说明没有问题，否则要查找原因； 手工布线并优化处理 输出PCB文件并制版。,http:/ 内容： 集成直流稳压电源电路 信号放大电路 信号产生电路 信号处理电路 声音报警电路 传感器及其应用电路 功率驱动电路 显示电路 A/D与D/A电路。,http:/ 本节重点介绍三端固定式（正、负压）集成稳压器、三端可调式（正、负压）集成稳压器以及DC-DC电路等组成的典型电路设计。,http:/ 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。,整流电路: 将交流电

26、压u2变为脉动的直流电压u3。,滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。,稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。,直流电源的组成及各部分的作用,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,http:/ 其中78后面的数字代表稳压器输出的正电压数值（一般有05、06、08、09、10、12、15、18、20、24伏共9种输出电压），各厂家在78前面冠以不同的英文字母代号。78系列稳压器最大输出电流分100mA、500mA、1.5A三种，以插入78和电压数字之间的字母来表示。插入L表示100mA、M表示500mA，如不插入字母则表示1.5A。此外，7

27、8（L、M）的后面往往还附有表示输出电压容差和封装外壳类型的字母。常见的封装形式有TO-3金属和TO-220的塑料封装。,http:/ UO=1.25（1+Rp/Rl） 式中，R1一般取值为（120240），输出端与调整压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V），所以流经电阻R1的泄放电流为510mA。 与LM317系列相比，负压输出的LM337系列除了输出电压极性、引脚定义不同外、其他特点都相同,典型电路如图3.1.7（b）。,http:/ （b）LM337塑料封装形式 图3.1.6常见三端可调稳压器的封装形式,http:/ 图3.1.8所示为正、负输出电压固定的稳压电源。它由输出电压极性

28、不同的两片集成稳压器MC7815和MC7915构成，电路十分简单。两芯片输入端分别加上20V的输入电压，输出端便能输出15V的电压，输出电流为1A。图中D1、D2为集成稳压器的保护二极管。当负载接在两输出端之间时，如工作过程中某一芯片输入电压断开而没有输出，则另一芯片的输出电压将通过负载施加到没有输出的芯片输出端，造成芯片的损坏。接入D1、D2起的箝位作用，保护了芯片。 图3.1.8 正、负输出固定稳压电源 图3.1.9所示是由LM317和LM337组成的正、负输出电压可调稳压电源，输出电压调节范围为1.2V20V，输出电流为1A。,http:/ 正、负输出固定稳压电源,http:/ 正、负输

29、出可调稳压电源,http:/ 它的输出电压决定于：,1.25为芯片内部产生的参考电压。通过计算，选取适当的R1和R2值，就可得到不同的电压输出范围。,http:/ 由于BUF634的供电范围为2.25V18V，故该电路可将+4.5+36V电源电压转换为上述电压。两个10K电阻要精密匹配。在正负负载不对称时，在输入电压过高的应用中，正负输出电流之差不应超过250mA。,http:/ 图所示为LM117和模拟开关CC4051构成的程控电源。设LM117的基准电压Vr=1.25V, CC4051的导通电阻为400，关断电阻为无穷大，其它元件参数如图所示，因而三位并行数字码取不同值时，电源可输出2V、

30、5V、12V、15V、18V、24V、30V等8种电压值。,http:/ 运算放大器一般可分为通用型、精密型、低噪声型、高速型、低电压低功率型、单电源型等几种。本节以美国TI公司的产品为例，说明其各类的主要特点。 (1)通用型运算放大器 通用型运算放大器的参数是按工业上的普通用途设定的，各方面性能都较差或中等，价格低廉，其典型代表是工业标准产品A741、LM358、OP07、LM324、LF412等。 (2)精密型运算放大器 要求运算放大器有很好的精确度，特别是对输入失调电压UIO、输入偏置电流IIB 、温度漂移系数、共模抑制比KCMR等参数有严格要求。如UIO不大于lmV，高精密型运算放大器

31、的UIO只有几十微伏，常用于需要精确测量的场合。其典型产品有 TLC4501TLC4502、TLE2027TLE2037、TLE2022、TLC2201、TLC2254等。 (3)低噪声型运算放大器 也属于精密型运算放大器，要求器件产生的噪声低，即等效输入噪声电压密度Vn15nV，另外需要考虑电流噪声密度，它跟输入偏流有关。双极型运算放大器通常具有较低的电压噪声，但电流噪声较大，而CMOS运算放大器的电压噪声较大，但电流噪声很小。低噪声型运算放大器的产品有TlE2027TLE2037、TLE2227TLE2237、TlC2201、TLV2362TLV2262等。,http:/ 要求运算放大器的运行速度快，即增益带宽乘积大、转换速率快，通常用于处理频带宽、变化速度快的信号。双极型运算放大器的输入级是JFET的运算放大器，通常具有较高的运行速度。典型产品有TlE2037TLE2237、TLV2362、TLE2141TLE2142TLE2144、TLE2071、TLE2072TLE2074、TLC4501等。 (5)低电压、低功率型运算放大器 用于低电压供电，如3V电源电压运行的系统或电池供电的系统。要求器件耗电小(500A)，能低电压运行(3V)，最好具有轨对轨（rail to rail）性能，可扩大动态范