電子競賽一講-課件

大學生電子設計競賽

設計與實踐

（第一講）

課程開設目的、進程安排及考核方式全國大學生電子設計競賽基本情況及常見題型信號源類題型實例分析及課題1布置大學生電子設計競賽（第一講）課程開設目的、進程安排及考核方1

針對全國大學生電子設計競賽的特點和需求開設的一門綜合設計性、實踐性課程；以電類創(chuàng)新人才技能培養(yǎng)為目標，調(diào)動同學們參與課外創(chuàng)新活動的積極性和主動性；系統(tǒng)、科學地培養(yǎng)同學們的實際動手能力、創(chuàng)新設計能力、工程應用能力以及發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力；通過該課程的學習可為同學們從事課外創(chuàng)新活動奠定理論與實踐基礎，并為學校組隊參加智能汽車、電子設計、機器人等大型競賽選拔優(yōu)秀人才。課程背景與開設目的

課程背景與開設目的2教學手段與考核方式

教學方法上以教師理論教學為輔、學生設計實踐為主，重在啟發(fā)學生開闊思路、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題；教學手段上以教師輔導答疑為輔、學生自主學習為主，重在培養(yǎng)學生檢索資料、獨立研究的能力；在設計、制作、調(diào)試過程中，以指導老師負責、學生自愿組隊方式進行分工協(xié)作，重在培養(yǎng)學生的團隊合作精神。

課程管理采用注冊方式，取得合格成績者才能認定學分；

課程成績由方案設計、實物制作、性能測試和設計總結(jié)報告綜合評定。

教學手段與考核方式

3時間名稱主要內(nèi)容主講地點第3周日下午（13/3）專題講座1大學生電子設計競賽簡介多功能信號源系統(tǒng)分析與設計3.結(jié)合講座布置設計課題1及具體要求武衛(wèi)華東教階101第4周日下午（20/3）專題講座2多路數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)分析與設計結(jié)合講座布置設計課題2及具體要求以小組為單位收/交課題1方案設計報告待定待定第5周日下午（27/3）專題講座3整流、逆變、功放電路分析與設計結(jié)合講座布置設計課題3及具體要求以小組為單位收/交課題2方案設計報告駱雅琴東教階101第6周日下午（3/4）專題講座4無線發(fā)射、接收系統(tǒng)分析與設計結(jié)合講座布置設計課題4及具體要求以小組為單位收/交課題3方案設計報告待定待定第7周日下午（10/4）專題講座51.溫度/角度/速度等參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)分析與設計2.結(jié)合講座布置設計課題5及具體要求3.以小組為單位收/交課題4方案設計報告李丹東教階101第8周日下午（17/4）專題講座6頻率計/相位計/數(shù)字存儲示波器分析與設計結(jié)合講座布置設計課題6及具體要求以小組為單位收/交課題5方案設計報告待定待定第9周第一次選拔雙選組隊以小組為單位收/交課題6方案設計報告根據(jù)各課題方案設計報告情況評定成績1根據(jù)各課題方案設計報告評閱情況淘汰選拔以指導教師為單位雙選組隊進行分項訓練課程組待定第10周購置器材制作調(diào)試準備以指導教師為單位申報購置元器件清單結(jié)合講座布置課題內(nèi)容篩選匯總購置元器件安排制作場地/安裝工具軟件/準備測試儀器安排學生實訓批次與指導教師值班時間表課程組待定第11周綜合實訓(分組進行)以小組為單位，結(jié)合講座布置課題內(nèi)容，自選進行專項電子系統(tǒng)的設計、制作與調(diào)試課程組(分組值班)工創(chuàng)中心實驗室第12周綜合實訓(分組進行)以小組為單位，結(jié)合講座布置課題內(nèi)容，自選進行專項電子系統(tǒng)的設計、制作與調(diào)試課程組(分組值班)工創(chuàng)中心實驗室第14周~第18周第二次選拔組隊調(diào)整強化訓練根據(jù)各小組綜合實訓情況評定成績2指導教師負責進行第二次選拔/調(diào)整組隊3.指導教師負責進行調(diào)整組隊后的強化訓練指導教師待定第19周成績評定由成績1、成績2以及后續(xù)的實物制作、性能測試和設計總結(jié)報告綜合評定成績課程組

課程開設安排表時間名稱主要內(nèi)容主講地點第3周日下午專題講座1大學生電子設計4

《模擬電子技術(shù)》童詩白編著清華大學出版社《數(shù)字電子技術(shù)》閻石編著清華大學出版社《高頻電子技術(shù)》鐘蘇編著西安電子科技大學出版社《數(shù)字系統(tǒng)與自動控制系統(tǒng)設計》高吉祥編著電子工業(yè)出版社《全國大學生電子設計競賽系統(tǒng)設計》黃智偉編著北京航空航天大學出版社《全國大學生電子設計競賽制作實訓》黃智偉編著北京航空航天大學出版社《全國大學生電子設計競賽獲獎作品選編》全國大學生電子設計競賽組委會編著北京理工大學出版社

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datasheet5參考教材及資料參考教材及資料5全國大學生電子設計競賽簡介

全國大學生電子設計競賽是教育部倡導的四大學科競賽之一，競賽內(nèi)容既有理論設計，又有實際制作，可以全面檢驗和促進參賽學生的理論素養(yǎng)和工作能力；全國大學生電子設計競賽由教育部高教司及信息產(chǎn)業(yè)部人事司負責組織；各賽區(qū)競賽組委會由省、市、自治區(qū)教委、高校代表及電子類專家、企事業(yè)代表組成；參賽單位以普通高等學校為單位獨立組隊(不超過20)參賽，每隊由三名具有正式學籍的在校學生組成（研究生除外）；競賽時間定于競賽舉辦年度的9月初，賽期四天(具體日期屆時通知)，全國性比賽每二年舉辦一屆(奇數(shù)年)，安徽等省級比賽每年舉辦一屆;競賽采用全國統(tǒng)一命題、分賽區(qū)組織，“半封閉/相對集中”的方式進行。競賽期間學生可以查閱有關文獻資料，隊內(nèi)學生可集體商討設計思想，確定設計方案，分工負責、團結(jié)協(xié)作，以隊為基本單位獨立完成競賽任務；競賽題目于競賽當日網(wǎng)上同時公布，一般有5-6套題目任選，題型以工程應用綜合設計為主，也兼有側(cè)重于某一方向（如模擬電路、數(shù)字電路、電力電子線路、儀器儀表、通信、自控、新型器件和集成電路應用等）的專業(yè)題型；每個賽題包括基本要求和提高發(fā)揮兩部分，競賽成績按實際制作裝置的現(xiàn)場測試和設計報告來綜合評定，每部分都制定了非常具體詳細的評分標準和細則。全國大學生電子設計競賽簡介

6全國大學生電子設計常見題型

電源類：簡易數(shù)控直流電源（第一屆），直流穩(wěn)壓電源（第三屆）；信號源類：實用信號源的設計和制作（第二屆），波形發(fā)生器（第五屆），電壓控制LC振蕩器（第六屆）

；高頻無線電類：簡易無線電遙控系統(tǒng)（第二屆），調(diào)幅廣播收音機（第三屆）短波調(diào)頻接收機（第四屆），調(diào)頻收音機（第五屆）

放大器類：實用低頻功率放大器（第二屆），高效率音頻功率放大器(第五屆）寬帶放大器（第六屆）

;儀器儀表類：簡易電阻、電容和電感測試儀（第二屆），簡易數(shù)字頻率計（第三屆），頻率特性測試儀（第四屆），數(shù)字式工頻有效值多用表（第四屆），簡易數(shù)字存儲示波器（第五屆），低頻數(shù)字式相位測量儀（第六屆），簡易邏輯分析儀（第六屆）

；數(shù)據(jù)采集與處理類：多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（第一屆），數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)（第四屆），數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)（第五屆）

；自動控制類：水溫控制系統(tǒng)（第三屆），自動往返電動小汽車（第五屆）；簡易智能電動車（第六屆）；液體點滴速度監(jiān)控裝置（第六屆）。

全國大學生電子設計常見題型

7從以上試題可見，試題具有強實用性、強綜合性、技術(shù)水平發(fā)揮余地大的特點。設計涉及到的電子信息類專業(yè)的課程有：低頻電路、高頻電路、數(shù)字電路、微機原理、電子測量、單片機、可編程邏輯器件、EDA設計等；設計可選用的器件有：晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路、單片機、可編程邏輯器件等；設計手段必須采用現(xiàn)代電子設計方法與開發(fā)工具:如VHDL語言、EDA工具、單片機編程器等。

不難看出，電子設計競賽的試題既反映了電子技術(shù)的先進水平，又引導高校在教學改革中對學生工程實踐能力和創(chuàng)新設計能力培養(yǎng)的關注。按照傳統(tǒng)的重理論、輕實踐；重分析、輕綜合；重個體、輕協(xié)作的教學模式培養(yǎng)的學生在參加電子設計競賽時往往會發(fā)生諸多問題：理論設計正確卻無法在工程上實現(xiàn)；單元電路正確卻無法實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；個人能力很強卻各自為政，不能實現(xiàn)強強聯(lián)合等等。電子設計競賽既不是單純的理論設計競賽也不僅僅是實驗技能競賽，而是由參賽隊共同設計、制作完成一個有特定工程背景的題目的優(yōu)劣與快慢的競賽。它既強調(diào)理論設計，更強調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)。它考核學生綜合運用基礎知識的能力，更注重考察學生的創(chuàng)新意識。題目涉及的內(nèi)容是一個課程群，而非單一的一門課程。因此競賽的形式與內(nèi)容基本上符合面向21世紀人才培養(yǎng)的目標和需求，是對傳統(tǒng)教學方法的一個挑戰(zhàn)，同時競賽成績也能從一個側(cè)面反映了這個課程群的教學水平和教學改革的成敗。從以上試題可見，試題具有強實用性、強綜合性、技術(shù)水平8信號源題型分析舉例“波形發(fā)生器”

（第五屆，2019年）

（1）任務

設計制作一個波形發(fā)生器，該波形發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和由用戶編輯的特定形狀波形,如下圖所示。信號源題型分析舉例“波形發(fā)生器”

（9信號源題型分析舉例（2）要求①基本要求a.具有產(chǎn)生正弦波、方波、三角波三種周期性波形的功能；b.用鍵盤輸入編輯生成上述三種波形（同周期）的線性組合波形，以及由基波及其諧波（5次以下）線性組合的波形；c.具有波形存儲功能；d.輸出波形的頻率范圍為100Hz～20kHz(非正弦波頻率按10次諧波計算)；重復頻率可調(diào)，頻率步進間隔≤100Hz；e.輸出波形幅度范圍0～5V（峰-峰值），可按步進0.1V（峰-峰值）調(diào)整；f.具有顯示輸出波形的類型、重復頻率(周期)和幅度的功能。②發(fā)揮部分

輸出波形頻率范圍擴展至100Hz～200kHz；用鍵盤或其他輸入裝置產(chǎn)生任意波形；d.具有掉電存儲功能，可存儲掉電前用戶編輯的波形和設置；e.可產(chǎn)生單次或多次(1000次以下)特定波形(如產(chǎn)生1個半周期三角波輸出)

f.其它(如頻譜分析、失真度分析、頻率擴展>200kHz、掃頻輸出等功能)。

信號源題型分析舉例（2）要求10系統(tǒng)方案設計—比較與論證一、波形生成方案：方案一：采用模擬分立元件或單片壓控函數(shù)發(fā)生器MAX8038，可產(chǎn)生正弦波、方波、三角波，通過調(diào)整外部元件可改變輸出頻率；但由于模擬元器件參數(shù)分散性太大，因而對波形頻率的穩(wěn)定性影響很大，頻率分辨率不高，且靈活性較差不能實現(xiàn)任意波形以及波形的運算輸出等智能化功能。方案二：采用鎖相式頻率合成技術(shù)。首先通過頻率合成技術(shù)產(chǎn)生所需要頻率的方波通過積分電路就可以得到同頻率的三角波，再經(jīng)過濾波器就可以得到正弦波，優(yōu)點是輸出頻率高，也可以達到較高的頻率分辨率；缺點是要求濾波器通帶可變，實現(xiàn)困難，還有一個致命的弱點，即無法實現(xiàn)任意波形功能。方案三：采用直接數(shù)字頻率合成技術(shù)。DDFS技術(shù)以Nyquist時域采樣定理為基礎，在時域中進行頻率合成，通過更換波形數(shù)據(jù)可以輕易實現(xiàn)任意波形功能，并且頻率、相位、幅度都可利用單片機實現(xiàn)程控；缺點是輸出頻率受到單片機工作頻率的制約在輸出頻率要求不高的場合可考慮應用。方案四：采用基于CPLD/FPGA的直接數(shù)字頻率合成技術(shù)。優(yōu)點是可以輕易實現(xiàn)任意波形功能且輸出頻率及其分辨率可以做得很高，但難以實現(xiàn)復雜分析算法。方案五：采用基于單片機+CPLD/FPGA的直接數(shù)字頻率合成技術(shù)。綜合考慮了方案三與方案四的優(yōu)點并能彌補各自的不足。比較后選擇方案五。

系統(tǒng)方案設計—比較與論證一、波形生成方案：方案一：采用模擬分11

核心原理:采樣定理組成部分：參考時鐘fc相位累加器波形數(shù)據(jù)查詢表D／A轉(zhuǎn)換器

DDS技術(shù)原理=kc.注：最大頻率需滿足輸出上限，而最小頻率需滿足輸出步進要求不能同滿足時需分段考慮。核心原理:采樣定理DDS技術(shù)原理=kc.注：最大頻12系統(tǒng)方案設計—比較與論證二、輸入設置方案：

設計要求系統(tǒng)具有用戶選擇預設波形、調(diào)控波形和輸入存儲自定義波形的功能。

方案一：采用鍵盤輸入。這是最基本的方法。優(yōu)點是輸入值精確，實現(xiàn)方便；但用戶自定義輸入時難以自由輸入想要的特殊波形。方案二：采用手寫板輸入。這對于用戶輸入想要的特殊波形非常方便，但接口電路實現(xiàn)較為復雜，數(shù)值輸人不夠直觀?？紤]到鍵盤輸入已能滿足波形預設、編輯組合等基本功能，比較后選擇方案一。三、輸出顯示方案：方案一：采用LED顯示?？梢燥@示有限的符號和數(shù)字，不易滿足本設計的復雜功能。方案二：采用字符式LCD顯示?？娠@示較為清晰的字符和數(shù)字，基本可以滿足設計要求。但在用戶輸入波形時，無法顯示其波形形狀。方案三：采用點陣式LCD顯示?？梢詫⒂脩糨斎氲牟ㄐ渭皶r顯示出來，但編程設計工作量較大。

綜合比較后選擇方案二。系統(tǒng)方案設計—比較與論證二、輸入設置方案：設計要求13系統(tǒng)方案設計—結(jié)構(gòu)框圖單片機最小系統(tǒng)鍵盤輸入LCD顯示FPGA控制

波形ROM存儲RAM數(shù)模轉(zhuǎn)換低通濾波波形選擇幅度控制頻率控制波形編輯波形存儲頻譜分析

波形輸出單片機開發(fā)板FPGA開發(fā)板系統(tǒng)方案設計—結(jié)構(gòu)框圖單片機鍵盤輸入LCD顯示FPGA控制14系統(tǒng)硬件設計—電路與參數(shù)一、單片機控制單元單片機單元可選用89C52開發(fā)板(含電源、晶振、復位、鍵盤、LCD等電路)單片機單元參數(shù)選擇與資源配置(時鐘頻率、端口分配、按鍵定義、存儲容量、顯示內(nèi)容與方式等)系統(tǒng)硬件設計—電路與參數(shù)一、單片機控制單元單片機單元可選用15AT89C52單片機單片機單元電路AT89C52單片機單片機單元電路16系統(tǒng)硬件設計—電路與參數(shù)二、FPGA波形產(chǎn)生單元

FPGA單元可選用EP1C6開發(fā)板(含電源、晶振、復位、存儲器等電路)

FPGA單元參數(shù)選擇與資源配置(時鐘頻率及PLL配置、I/O端口及引腳分配、存儲容量及定制方式等)外部晶振：10MHz系統(tǒng)時鐘：可通過PLL配置為：10MHz/20MHz/50MHz/100MHz等存儲器個數(shù)：正弦波/三角波各10個存儲器容量：可片內(nèi)定制或片外配置10*1000正弦ROM/10*1000三角ROM用戶引腳數(shù)：185個信號I/O端口：4位功能選擇信號線8位頻率/4位幅度控制口線10位外擴存儲器地址線8-10位波形數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)硬件設計—電路與參數(shù)二、FPGA波形產(chǎn)生單元FPGA單17時鐘信號與諧波選擇產(chǎn)生模塊PLL倍頻模塊頻率選擇模塊幅值選擇模塊ADDR1ADDR2ADDR3ADDR10ROM1ROM2ROM3ROM10信號疊加模塊DA轉(zhuǎn)換........晶振信號頻率控制幅度控制en1clk1clk2en2en3en20clk3clk20FPGA開發(fā)板基于FPGA的正弦波形產(chǎn)生模塊時PLL頻率幅值ADDR1ADDR2ADDR3ADDR10R18系統(tǒng)硬件設計—電路與參數(shù)三、波形輸出單元波形輸出單元由數(shù)-模轉(zhuǎn)換器與低通濾波器等電路組成數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的選擇與參數(shù)配置(D/A芯片轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、輸出方式等)低通濾波器的選擇與參數(shù)配置(濾波器結(jié)構(gòu)、通帶截止頻率、輸出幅度調(diào)節(jié)與輸出阻抗匹配等)系統(tǒng)硬件設計—電路與參數(shù)三、波形輸出單元波形輸出單元由數(shù)-19系統(tǒng)硬件設計—電路原理框圖系統(tǒng)硬件設計—電路原理框圖20系統(tǒng)軟件設計—思路與流程K1為（1-3）頻率選擇(K2,K3,K4,K5,K6)輸出功能/頻率/幅度控制信號數(shù)值輸入(K2,K3)FPGA波形產(chǎn)生NYYN參數(shù)設定完成?Y功能選擇(K1)系統(tǒng)軟件設計—思路與流程K1為（1-3）頻率選擇(K2,K321系統(tǒng)軟件設計—思路與流程系統(tǒng)軟件設計—思路與流程22設計實現(xiàn)—實物作品設計實現(xiàn)—實物作品23設計實現(xiàn)—輸出波形設計實現(xiàn)—輸出波形24設計課題1—正弦信號發(fā)生器（2019年全國第七屆競賽A題）

一、任務

設計制作一個正弦信號發(fā)生器。二、要求1、基本要求

（1）正弦波輸出頻率范圍：1kHz～10MHz；

（2）具有頻率設置功能，頻率步進：100Hz；

（3）輸出信號頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于10-4；

（4）輸出電壓幅度：在負載電阻上的電壓峰-峰值Vopp≥1V；（5）失真度：用示波器觀察時無明顯失真。2、發(fā)揮部分

（1）增加輸出電壓幅度：在頻率范圍內(nèi)負載電阻上正弦信號輸出電壓的峰-峰值Vopp=6V±1V；（2）產(chǎn)生模擬幅度調(diào)制(AM)信號：在1MHz-10MHz范圍內(nèi)調(diào)制度ma可在10%～100%之間程控調(diào)節(jié)，步進量10%，正弦調(diào)制信號頻率為1kHz，調(diào)制信號自行產(chǎn)生；（3）產(chǎn)生模擬頻率調(diào)制(FM)信號：在100kHz~10MHz頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生10kHz最大頻偏，且最大頻偏可分為5kHz/10kHz二級程控調(diào)節(jié)，正弦調(diào)制信號頻率為1kHz，調(diào)制信號自行產(chǎn)生；（4）產(chǎn)生二進制PSK、ASK信號：在100kHz固定頻率載波進行二進制鍵控，二進制基帶序列碼速率固定為10kbps，二進制基帶序列信號自行產(chǎn)生；設計課題1—正弦信號發(fā)生器一、任務二、要求25大學生電子設計競賽

設計與實踐

（第一講）

課程開設目的、進程安排及考核方式全國大學生電子設計競賽基本情況及常見題型信號源類題型實例分析及課題1布置大學生電子設計競賽（第一講）課程開設目的、進程安排及考核方26

針對全國大學生電子設計競賽的特點和需求開設的一門綜合設計性、實踐性課程；以電類創(chuàng)新人才技能培養(yǎng)為目標，調(diào)動同學們參與課外創(chuàng)新活動的積極性和主動性；系統(tǒng)、科學地培養(yǎng)同學們的實際動手能力、創(chuàng)新設計能力、工程應用能力以及發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力；通過該課程的學習可為同學們從事課外創(chuàng)新活動奠定理論與實踐基礎，并為學校組隊參加智能汽車、電子設計、機器人等大型競賽選拔優(yōu)秀人才。課程背景與開設目的

課程背景與開設目的27教學手段與考核方式

教學方法上以教師理論教學為輔、學生設計實踐為主，重在啟發(fā)學生開闊思路、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題；教學手段上以教師輔導答疑為輔、學生自主學習為主，重在培養(yǎng)學生檢索資料、獨立研究的能力；在設計、制作、調(diào)試過程中，以指導老師負責、學生自愿組隊方式進行分工協(xié)作，重在培養(yǎng)學生的團隊合作精神。

課程管理采用注冊方式，取得合格成績者才能認定學分；

課程成績由方案設計、實物制作、性能測試和設計總結(jié)報告綜合評定。

教學手段與考核方式

28時間名稱主要內(nèi)容主講地點第3周日下午（13/3）專題講座1大學生電子設計競賽簡介多功能信號源系統(tǒng)分析與設計3.結(jié)合講座布置設計課題1及具體要求武衛(wèi)華東教階101第4周日下午（20/3）專題講座2多路數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)分析與設計結(jié)合講座布置設計課題2及具體要求以小組為單位收/交課題1方案設計報告待定待定第5周日下午（27/3）專題講座3整流、逆變、功放電路分析與設計結(jié)合講座布置設計課題3及具體要求以小組為單位收/交課題2方案設計報告駱雅琴東教階101第6周日下午（3/4）專題講座4無線發(fā)射、接收系統(tǒng)分析與設計結(jié)合講座布置設計課題4及具體要求以小組為單位收/交課題3方案設計報告待定待定第7周日下午（10/4）專題講座51.溫度/角度/速度等參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)分析與設計2.結(jié)合講座布置設計課題5及具體要求3.以小組為單位收/交課題4方案設計報告李丹東教階101第8周日下午（17/4）專題講座6頻率計/相位計/數(shù)字存儲示波器分析與設計結(jié)合講座布置設計課題6及具體要求以小組為單位收/交課題5方案設計報告待定待定第9周第一次選拔雙選組隊以小組為單位收/交課題6方案設計報告根據(jù)各課題方案設計報告情況評定成績1根據(jù)各課題方案設計報告評閱情況淘汰選拔以指導教師為單位雙選組隊進行分項訓練課程組待定第10周購置器材制作調(diào)試準備以指導教師為單位申報購置元器件清單結(jié)合講座布置課題內(nèi)容篩選匯總購置元器件安排制作場地/安裝工具軟件/準備測試儀器安排學生實訓批次與指導教師值班時間表課程組待定第11周綜合實訓(分組進行)以小組為單位，結(jié)合講座布置課題內(nèi)容，自選進行專項電子系統(tǒng)的設計、制作與調(diào)試課程組(分組值班)工創(chuàng)中心實驗室第12周綜合實訓(分組進行)以小組為單位，結(jié)合講座布置課題內(nèi)容，自選進行專項電子系統(tǒng)的設計、制作與調(diào)試課程組(分組值班)工創(chuàng)中心實驗室第14周~第18周第二次選拔組隊調(diào)整強化訓練根據(jù)各小組綜合實訓情況評定成績2指導教師負責進行第二次選拔/調(diào)整組隊3.指導教師負責進行調(diào)整組隊后的強化訓練指導教師待定第19周成績評定由成績1、成績2以及后續(xù)的實物制作、性能測試和設計總結(jié)報告綜合評定成績課程組

課程開設安排表時間名稱主要內(nèi)容主講地點第3周日下午專題講座1大學生電子設計29

《模擬電子技術(shù)》童詩白編著清華大學出版社《數(shù)字電子技術(shù)》閻石編著清華大學出版社《高頻電子技術(shù)》鐘蘇編著西安電子科技大學出版社《數(shù)字系統(tǒng)與自動控制系統(tǒng)設計》高吉祥編著電子工業(yè)出版社《全國大學生電子設計競賽系統(tǒng)設計》黃智偉編著北京航空航天大學出版社《全國大學生電子設計競賽制作實訓》黃智偉編著北京航空航天大學出版社《全國大學生電子設計競賽獲獎作品選編》全國大學生電子設計競賽組委會編著北京理工大學出版社

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datasheet5參考教材及資料參考教材及資料30全國大學生電子設計競賽簡介

全國大學生電子設計競賽是教育部倡導的四大學科競賽之一，競賽內(nèi)容既有理論設計，又有實際制作，可以全面檢驗和促進參賽學生的理論素養(yǎng)和工作能力；全國大學生電子設計競賽由教育部高教司及信息產(chǎn)業(yè)部人事司負責組織；各賽區(qū)競賽組委會由省、市、自治區(qū)教委、高校代表及電子類專家、企事業(yè)代表組成；參賽單位以普通高等學校為單位獨立組隊(不超過20)參賽，每隊由三名具有正式學籍的在校學生組成（研究生除外）；競賽時間定于競賽舉辦年度的9月初，賽期四天(具體日期屆時通知)，全國性比賽每二年舉辦一屆(奇數(shù)年)，安徽等省級比賽每年舉辦一屆;競賽采用全國統(tǒng)一命題、分賽區(qū)組織，“半封閉/相對集中”的方式進行。競賽期間學生可以查閱有關文獻資料，隊內(nèi)學生可集體商討設計思想，確定設計方案，分工負責、團結(jié)協(xié)作，以隊為基本單位獨立完成競賽任務；競賽題目于競賽當日網(wǎng)上同時公布，一般有5-6套題目任選，題型以工程應用綜合設計為主，也兼有側(cè)重于某一方向（如模擬電路、數(shù)字電路、電力電子線路、儀器儀表、通信、自控、新型器件和集成電路應用等）的專業(yè)題型；每個賽題包括基本要求和提高發(fā)揮兩部分，競賽成績按實際制作裝置的現(xiàn)場測試和設計報告來綜合評定，每部分都制定了非常具體詳細的評分標準和細則。全國大學生電子設計競賽簡介

31全國大學生電子設計常見題型

電源類：簡易數(shù)控直流電源（第一屆），直流穩(wěn)壓電源（第三屆）；信號源類：實用信號源的設計和制作（第二屆），波形發(fā)生器（第五屆），電壓控制LC振蕩器（第六屆）

；高頻無線電類：簡易無線電遙控系統(tǒng)（第二屆），調(diào)幅廣播收音機（第三屆）短波調(diào)頻接收機（第四屆），調(diào)頻收音機（第五屆）

放大器類：實用低頻功率放大器（第二屆），高效率音頻功率放大器(第五屆）寬帶放大器（第六屆）

;儀器儀表類：簡易電阻、電容和電感測試儀（第二屆），簡易數(shù)字頻率計（第三屆），頻率特性測試儀（第四屆），數(shù)字式工頻有效值多用表（第四屆），簡易數(shù)字存儲示波器（第五屆），低頻數(shù)字式相位測量儀（第六屆），簡易邏輯分析儀（第六屆）

；數(shù)據(jù)采集與處理類：多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（第一屆），數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)（第四屆），數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)（第五屆）

；自動控制類：水溫控制系統(tǒng)（第三屆），自動往返電動小汽車（第五屆）；簡易智能電動車（第六屆）；液體點滴速度監(jiān)控裝置（第六屆）。

全國大學生電子設計常見題型

32從以上試題可見，試題具有強實用性、強綜合性、技術(shù)水平發(fā)揮余地大的特點。設計涉及到的電子信息類專業(yè)的課程有：低頻電路、高頻電路、數(shù)字電路、微機原理、電子測量、單片機、可編程邏輯器件、EDA設計等；設計可選用的器件有：晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路、單片機、可編程邏輯器件等；設計手段必須采用現(xiàn)代電子設計方法與開發(fā)工具:如VHDL語言、EDA工具、單片機編程器等。

不難看出，電子設計競賽的試題既反映了電子技術(shù)的先進水平，又引導高校在教學改革中對學生工程實踐能力和創(chuàng)新設計能力培養(yǎng)的關注。按照傳統(tǒng)的重理論、輕實踐；重分析、輕綜合；重個體、輕協(xié)作的教學模式培養(yǎng)的學生在參加電子設計競賽時往往會發(fā)生諸多問題：理論設計正確卻無法在工程上實現(xiàn)；單元電路正確卻無法實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；個人能力很強卻各自為政，不能實現(xiàn)強強聯(lián)合等等。電子設計競賽既不是單純的理論設計競賽也不僅僅是實驗技能競賽，而是由參賽隊共同設計、制作完成一個有特定工程背景的題目的優(yōu)劣與快慢的競賽。它既強調(diào)理論設計，更強調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)。它考核學生綜合運用基礎知識的能力，更注重考察學生的創(chuàng)新意識。題目涉及的內(nèi)容是一個課程群，而非單一的一門課程。因此競賽的形式與內(nèi)容基本上符合面向21世紀人才培養(yǎng)的目標和需求，是對傳統(tǒng)教學方法的一個挑戰(zhàn)，同時競賽成績也能從一個側(cè)面反映了這個課程群的教學水平和教學改革的成敗。從以上試題可見，試題具有強實用性、強綜合性、技術(shù)水平33信號源題型分析舉例“波形發(fā)生器”

（第五屆，2019年）

（1）任務

設計制作一個波形發(fā)生器，該波形發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和由用戶編輯的特定形狀波形,如下圖所示。信號源題型分析舉例“波形發(fā)生器”

（34信號源題型分析舉例（2）要求①基本要求a.具有產(chǎn)生正弦波、方波、三角波三種周期性波形的功能；b.用鍵盤輸入編輯生成上述三種波形（同周期）的線性組合波形，以及由基波及其諧波（5次以下）線性組合的波形；c.具有波形存儲功能；d.輸出波形的頻率范圍為100Hz～20kHz(非正弦波頻率按10次諧波計算)；重復頻率可調(diào)，頻率步進間隔≤100Hz；e.輸出波形幅度范圍0～5V（峰-峰值），可按步進0.1V（峰-峰值）調(diào)整；f.具有顯示輸出波形的類型、重復頻率(周期)和幅度的功能。②發(fā)揮部分

輸出波形頻率范圍擴展至100Hz～200kHz；用鍵盤或其他輸入裝置產(chǎn)生任意波形；d.具有掉電存儲功能，可存儲掉電前用戶編輯的波形和設置；e.可產(chǎn)生單次或多次(1000次以下)特定波形(如產(chǎn)生1個半周期三角波輸出)

f.其它(如頻譜分析、失真度分析、頻率擴展>200kHz、掃頻輸出等功能)。

信號源題型分析舉例（2）要求35系統(tǒng)方案設計—比較與論證一、波形生成方案：方案一：采用模擬分立元件或單片壓控函數(shù)發(fā)生器MAX8038，可產(chǎn)生正弦波、方波、三角波，通過調(diào)整外部元件可改變輸出頻率；但由于模擬元器件參數(shù)分散性太大，因而對波形頻率的穩(wěn)定性影響很大，頻率分辨率不高，且靈活性較差不能實現(xiàn)任意波形以及波形的運算輸出等智能化功能。方案二：采用鎖相式頻率合成技術(shù)。首先通過頻率合成技術(shù)產(chǎn)生所需要頻率的方波通過積分電路就可以得到同頻率的三角波，再經(jīng)過濾波器就可以得到正弦波，優(yōu)點是輸出頻率高，也可以達到較高的頻率分辨率；缺點是要求濾波器通帶可變，實現(xiàn)困難，還有一個致命的弱點，即無法實現(xiàn)任意波形功能。方案三：采用直接數(shù)字頻率合成技術(shù)。DDFS技術(shù)以Nyquist時域采樣定理為基礎，在時域中進行頻率合成，通過更換波形數(shù)據(jù)可以輕易實現(xiàn)任意波形功能，并且頻率、相位、幅度都可利用單片機實現(xiàn)程控；缺點是輸出頻率受到單片機工作頻率的制約在輸出頻率要求不高的場合可考慮應用。方案四：采用基于CPLD/FPGA的直接數(shù)字頻率合成技術(shù)。優(yōu)點是可以輕易實現(xiàn)任意波形功能且輸出頻率及其分辨率可以做得很高，但難以實現(xiàn)復雜分析算法。方案五：采用基于單片機+CPLD/FPGA的直接數(shù)字頻率合成技術(shù)。綜合考慮了方案三與方案四的優(yōu)點并能彌補各自的不足。比較后選擇方案五。

系統(tǒng)方案設計—比較與論證一、波形生成方案：方案一：采用模擬分36

核心原理:采樣定理組成部分：參考時鐘fc相位累加器波形數(shù)據(jù)查詢表D／A轉(zhuǎn)換器

DDS技術(shù)原理=kc.注：最大頻率需滿足輸出上限，而最小頻率需滿足輸出步進要求不能同滿足時需分段考慮。核心原理:采樣定理DDS技術(shù)原理=kc.注：最大頻37系統(tǒng)方案設計—比較與論證二、輸入設置方案：

設計要求系統(tǒng)具有用戶選擇預設波形、調(diào)控波形和輸入存儲自定義波形的功能。

方案一：采用鍵盤輸入。這是最基本的方法。優(yōu)點是輸入值精確，實現(xiàn)方便；但用戶自定義輸入時難以自由輸入想要的特殊波形。方案二：采用手寫板輸入。這對于用戶輸入想要的特殊波形非常方便，但接口電路實現(xiàn)較為復雜，數(shù)值輸人不夠直觀?？紤]到鍵盤輸入已能滿足波形預設、編輯組合等基本功能，比較后選擇方案一。三、輸出顯示方案：方案一：采用LED顯示?？梢燥@示有限的符號和數(shù)字，不易滿足本設計的復雜功能。方案二：采用字符式LCD顯示?？娠@示較為清晰的字符和數(shù)字，基本可以滿足設計要求。但在用戶輸入波形時，無法顯示其波形形狀。方案三：采用點陣式LCD顯示。可以將用戶輸入的波形及時顯示出來，但編程設計工作量較大。

綜合比較后選擇方案二。系統(tǒng)方案設計—比較與論證二、輸入設置方案：設計要求38系統(tǒng)方案設計—結(jié)構(gòu)框圖單片機最小系統(tǒng)鍵盤輸入LCD顯示FPGA控制

波形ROM存儲RAM數(shù)模轉(zhuǎn)換低通濾波波形選擇幅度控制頻率控制波形編輯波形存儲頻譜分析

波形輸出單片機開發(fā)板FPGA開發(fā)板系統(tǒng)方案設計—結(jié)構(gòu)框圖單片機鍵盤輸入LCD顯示FPGA控制39系統(tǒng)硬件設計—電路與參數(shù)一、單片機控制單元單片機單元可選用89C52開發(fā)板(含電源、晶振、復位、鍵盤、LCD等電路)單片機單元參數(shù)選擇與資源配置(時鐘頻率、端口分配、按鍵定義、存儲容量、顯示內(nèi)容與方式等)系統(tǒng)硬件設計—電路與參數(shù)一、單片機控制單元單片機單元可選用40AT89C52單片機單片機單元電路AT89C52單片機單片機單元電路41系統(tǒng)硬件設計—電路與參數(shù)二、FPGA波形產(chǎn)生單元

FPGA單元可選用EP1C6開發(fā)板(含電源、晶振、復位、存儲器等電路)

FPGA單元參數(shù)選擇與資源配置(時鐘頻率及PLL配置、I/O端口及引腳分配、存儲容量及定制方式等)外部晶振：10MHz系統(tǒng)時鐘：可通過PLL配置為：10MHz/20MHz/50MHz/100MHz