电子设计竞赛过程总结和注意事项

电子设计竞赛过程总结和注意事项

1.方案论证

方案设计是整个设计过程中最重要、关键的一步，直接影响设计的成败。

方案构思这方面主要由设计者的经验和阅历所决定，即所谓的见多识广，需经历一定的时间过程；在方案设计过程中，首先，其原理是完全可行的；其次，最好有成功的设计案例可查。以2011年全国电子竞赛为例，简易电阻测试仪其要求是测量10M的电阻，按经验来说，常用方法是恒流源和双积分，恒流源只适用于低阻值的电阻，双积分适用于高阻值电阻，这在数字万用表的设计中得到了充分的应用，是一个成功和大家认可应用实例，其原理不存在任何的问题。用双积分AD电路芯片可实现电阻的测量，在加上量程切换电路和单片机的控制显示完成方案的初步设计。在后面的模块电路设计和电路调试过程中，对方案进行不断的优化。

2.前期准备：以键盘显示板为例（成功案例）

常用模块和单元电路设计，依据是分析电子竞赛以往题目和案例，以及指导教师的经验总结，综合上述这些因素，以教师指导学生完成的方式，对模块进行设计和制作。

根据竞赛规则要求，键盘显示板可以事先制作完成，实际上可以把键盘显示板功能进行充分扩展，增加功能有：PIO口控制、模拟量和开关量数据采集、频率计数端口、PWM调制、通讯口（232、485 、SPI）和红外遥控功能，增加红外遥控功能可以大大地充分扩展键盘的功能，结果是键盘显示板很容易满足多种的应用场合。以2011年全国电子竞赛为例，帆板控制和简易电阻测试仪均可满足，如帆板装置目标板的控制、模拟数据采集、PWM 调制和红外遥控功能；简易电阻测试仪目标板的控制、双积分AD数据的采集、步进电机的控制和驱动。这样，只需完成一块目标板设计就可以了，节省了时间，加快了进度；另一优点是键盘显示板的可靠性高，通过改变软件设计，容易满足多种场合的需求。

模块电路设计，分析了以往题目和案例，感觉各类信号电平检测电路不同程度存在缺陷，如用常规的运放、RC、二极管来设计很难达到要求，常见问题是：频响问题、小信号大信号线性问题、电路一致性的问题，给出实验分析过程(电路图、测量数据、分析和结论)，

3.过程控制（组件的先期测试和准备）

在方案的实施过程中，需明确方案的关键点是什么，如何操作和控制，在方案的开始阶段，对关键的器件和IC进行测试、分析及资料阅读，把握了器件应用的关键要素，后续只是工作量问题。以2011年全国电子竞赛为例，对帆板控制来说，其核心是角度传感器，存在问题是：无资料、以往未接触过和应用先例，存在了解和认识过程。第一步查资料、了解其工作原理和典型应用实例；第二步按照典型应用电路，对传感器进行测试、数据采集和分析，最好是多测几次消除测量误差，可以借助EXCEL软件进行数据分析。实际分析结果表明，角度传感器的输出电压信号是一条非线性曲线（插入数据分析和曲线）。后续是非线性曲线进行线性化处理，按常规的处理方法，把曲线分成若干段的准线性化处理。根据题目设计要求，偏转角度是0-60°，考虑到传感器曲线的非线性度，以每5°为单位把曲线分成12等分，

使曲线准线性化，以实现转角的准确控制。根据已经测得的传感信号的电压值，求出最大的角度分辨率，大约0.5°，完全可以满足最大转角误差5°的技术要求。根据资料提供技术参数，角度传感器输出阻抗是20K，属于高阻输出状态，在长线传输时容易受到外界的干扰。因此，输出端加跟随器以实现低阻传输，提高信号的抗干扰性能。完成上述前期的重要工作后，后续可以按常规进行模块电路设计、制板、调试和测试等工作。总之，这项工作完成得越早越快，设计进展会更快、更顺利。在方案设计和实施的过程中，要抓住细节问题，往往是细节决定成败，如PWM调制的开关管，用晶体管必须考虑充分散热，因为电机工作电流1A时，其热耗≥0.5W，不小心会烧坏开关管，最理想的方法是用MOSFET作开关管，其热耗≤0.1W，保证电路安全可靠地工作。

4.人员配置和调用

根据电子竞赛实战过程的分析和检讨，感到现在软件工作量比以前更大，如果由一个人来完成，可能整个进度会受到严重的影响，甚至完不成任务。

其实，最佳的人员配置是硬件1人、软件1.5人、文档及其它是0.5人，2人写软件必须进行严格分工与相互之间严格的协议约定，这是以后竞赛实施过程中值得探讨和研究的问题。另一值得探讨的问题是如何解决女同学所处的位置和作用的问题，往往现在很多时候变成了一个摆设，可有可无，这是很可悲的事，其实该舍弃的时候，坚决放弃，毕竟竞赛结果是最重要的。

关于连续作战和合理休息的问题：根据本人观察，一个学生以连续作战方式，工作到第二个晚上时，其效率已十分低下且容易犯错，特别是软件编写的人员，预期这样，还是给他一个晚上的充分休息，以便是他第二天头脑清新工作，这是以后值得注意和进一步研究课题。

学生能力的准确评估：

学生的能力实际是很有限的，过高的评判会带来隐患，如果是一个悟性一般的人，要在短时间内有很大的提高几乎是不可能的，指导教师必须有清醒的认识，从电池内阻测试软件设计后续工作中就可以认识到这一点，值得深究的问题如何对学生进行强化训练以适应实战的要求？

暑期项目强化训练的时间节点控制问题，这样才能提高学生的能力，过于随意的话不利于学生提高能力。

5.软件调试注意事项（规划分配、寄存器的分配），软件重新下载后必须全面

调试和测试。

随着电子竞赛这项工作的不断发展，竞赛过程中软件工作量变得越来越大，已经成为竞赛项目能否按时完成的主要障碍，如何解决上述问题，从以下几方面考虑：

⑴人员素质和人员配置2人

⑵前期准对性的培训，并选择合适模拟项目进行训练。

⑶强调程序编写规范化，要有严格编写流程，谨防写到那里算那里。

⑷在程序编程前，设计软件流程，书写编程说明和协议。

⑸程序编程过程中，谨防滥用全局变量，强调模块化、程序注释。在程序

的模块之间引人测试或检测的标志，标志可以是声光指示，以便在程序

调试时，了解程序执行的进程。

⑹程序调试过程中，先对程序模块逐个进行调试，然后进行联调，逐步完

善。在整机联调过程中，每修改一次程序，必须进行严格的全面测试，

谨防修改后留下的设计隐患，这有很多先例可查。

6.对专家测评可能的条件、要求进行分析和预测

以简易电阻测试仪为例，根据题目的要求，按以下的步骤完成检测。

⑴制作标准电阻100、1K、10K、10M，用四位半或五位半仪器作标准测

试仪，10M电阻制作是最难的，经比较可得，用四位半万用表比LCR

测试仪更加合适，因为，LCR测试仪的最低工作频率是12Hz，非真正

直流测量。要求必须三位显示999，把满量程显示成999，这样设计精

度可达1‰。然后对被测电阻进行测量，用标准测试仪与自制仪器分别

测量比较，计算误差。电阻测量的单位分别是Ω、KΩ、MΩ，测量是必

须自动转换，这是基本要求。

⑵自动筛选功能：按常规理解，一批某阻值的电阻，有一定误差，自动选

一些精度高的电阻，必须有测试结果显示（阻值、误差量）和结论（合

格、不合格），最好有声光提示。

其实专家最后的测量方案是:

通过4.7K电位器和一只1K电阻串联后测量电阻值的方法来检测自动筛选功能。设定筛选值5K，误差值2%或100Ω，转动电位器使阻值

发生变化，若测量的显示值在4.9K-5.1K范围内，仪表显示合格指示（显

示或声响），认为具有该项功能。

⑶电位器的动态阻值测试（曲线测试）：

按要求测试电位器的起点电阻、终点电阻、曲线线性、测试点数和测试全程时间。原以为曲线能显示起点电阻、终点电阻足够了，其实坐

标是很难精确显示电阻值，因此，在曲线测试完成后显示起点电阻和终

点电阻。

补充检测：为例防止曲线作假，用一只1K的电阻与被测电位器串联，

若显示电位器曲线向上平移相应位置，认为合格。

7.容易犯错一些现象

⑴方案设计

方案设计草草完成，从原理上来说还是模棱两可的，这种方案存在巨大的隐患，容易造成多次更改设计方案，浪费了大量时间，影响设计

进程和设计任务的完成。

⑵硬件部分

⑶软件部分

⑷进程控制

⑸

⑹

8.竞赛副产品的利用和管理

部分项目可以转化为综合实训项目，如“键盘显示板”可更名为“基于STC12C5A16多功能开发板设计与制作”，方案设计充分考虑了多种场合的应用环境，在这次电子竞赛中其特点得到了充分的展示，在帆板控制题中，几乎不需作任何修改就可直接应用；简易电阻测试仪，稍作调整就可以满足控制和检测的要求，这样大大节省设计、制作的过程和时间。

9.模拟电路实验考试的培训

主要有：

⑴单电源、双电源小信号电压放大器

⑵ 双组15V 交流设计±12V 的稳压电源（用一组桥式整流电路）

⑶ 运放参数(增益带宽)解读与实际应用的关系

⑷ 三极管参数测量（直插、SMT 、小功率、中功率和达林顿管）

⑸ 如何来分配二级电压放大倍数并用电位器来估算电阻值

⑹ PCB 焊接完成后调试三部曲（机械检查、静态、动态测试）

⑺ 用晶体管设计交流电压放大器和射极跟随器

⑻ 完整测试音频功率放大器参数

⑼ 典型电路解读（激励信号源、三运放仪表放大器）

⑽ 常用有源滤波器的三种模式原理

⑾ 两种线性稳压电源设计与调试（分立元件、LM317）

⑿ MC34063电源三种拓扑原理与DC-DC 电源的测试

⒀ 几种运放振荡器典型电路及原理（文氏振荡器、RC 脉冲、三角波） ⒁ 示波器校准练习和测试

⒂ 万用表电容测试电路原理与测试

10. 综合测评题和分析

综合测评注意事项

⑴ 时间8:00-15:00

⑵ 本科高职共用此题

⑶ 以队为单位采用全封闭方式进行，现场不能上网、使用手机。

⑷ 测评结束时，制作实物及《综合测评测试记录与评分表》，委派专家封存。 测评题：集成运算放大器的应用

使用一片LM324组成电路框图见图1（a ），实现下列功能：

使用低频信号源产生100.1sin 2()i u f t π=, 0500f Hz =的正弦信号，加至加法器的输入端，加法器的另一输入由自制振荡器产生的信号1o u ，如图1（b ）所示，T1=0.5ms ，允许T1有±5%的误差。

（a ）

O

2

-2T

(b)

图中要求加法器的输出电压 21110i i o u u u =+。2i u 经选频滤波器滤除1o u 的频率分量，选出o f 的信号为2o u ，2o u 为峰峰值等于9V 的正弦信号，用示波器观察

无明显失真。2o u 信号与三角波比较后在1K 负载上得到峰峰值为2V 的输出电压

3o u 。

电源只能选用12V 和5V 两种单电源，由稳压电源供电，不得使用额外电源和其它运放电路。

要求预留1i u 、1o u 、2i u 、2o u 、3o u 的测试端子。

A. 分析题意

根据题意，难点是三角波产生器，因为产生器的线性和频率的稳定度很难达到满意的要求，因此，这种方法在工程中是很少应用的。实现的基本原理是RC 充放电过程，且单电源供电，要使三角波有良好的线性，只取三角波的起始部分，经分析其电源电压应该是12V ，而5V 应该是一个辅助电源，应用方式待进一步考证。

加法器的输出电压 Ui2=10 Ui1+ Uo1实际是用反相的方法实现的，因为其无明确的相位要求。

滤波器是用最简单的萨伦.基低通滤波器（带增益），一阶无源+二阶有源实现，完全可以满足要求。

比较器输出的是个方波信号，用分压的方法在1K 负载上得到峰峰值为2V 。 总体感觉，此题有几处表达不够确切，要用分析加猜想来完成。

B. 设计与实验过程：

三角波产生器

C. 培训如何适应考试

典型电路培训，主要是电源、放大器等，以分立元件和运放电路为主。

D. 考试现场存在问题以及防范

据学生考完反映，现场的工具不好使，焊锡丝品质较差，可焊性差；元件品种少、缺少某些必用的元件，如稳压管等；由于纸质参考材料不受限制，以后可以带一些典型电路图、可能用到器件的PDF 文件，便于学生有足够资料参考；其次带一套好使的工具（包括焊锡丝）、一些常用的RC 、二、三极管和稳压管等，节省时间就是赢得成功。

11.基本仪器和主要元器件清单的解剖

其实是倒过来分析，观察其是否有明显的相关性。