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电子竞赛经验交流 2009年11月29日 1 至少熟练使用一种MCU 如51系列 PIC系列 Freescale系列 430系列 AVR系列等等 随着电子技术的发展 原先的最小系统的概念已发生了很大变化 现在的单片机一般不再需要扩展 并且可在线下载程序 给使用带来很大的方便 1最小开发系统 MCU 2 电源是一个系统的能源部分 是一个系统必不可少的部分 如果没有能源 一个系统是无法工作的 电源质量的好坏会影响到系统的精度 甚至关系到一个系统能否正常工作 在电子竞赛设计中 一般的电源使用正负5 18V的直流电源即可 2直流电源 3 键盘部分 1x8 4x4等 如果需要的键较少 可直接使用I O口 但要注意去抖动处理 可使用软件方法 也可以使用单稳态触发器 RC电路等硬件去抖动方法 如果使用的键较多 可使用键盘管理芯片 如8279 7289A等 体积 功耗 成本会大一些 但比较好用 也容易使用 3键盘 显示部分 4 一般来说显示器件分两大类 LED和LCDLED比较经典 也比较常用 在一般的资料中都等查到 LCD分液晶片和液晶显示模块 又分字段式和点阵式两种 除非使用自带LCD驱动模块的MCU 液晶片接口和使用均十分方便外 其它单片机 为节省宝贵的时间 最好使用液晶模块 特别是自带汉字库的液晶模块 如12864 平时应学会使用 显示部分 5 LCD模块 6 LED显示器 最常见的八段数码管 公交车上的点阵显示器 广场上的彩色显示屏等 都是LED显示器 7 调理电路主要是对输入信号的处理 将外部采集的信号转换成MCU能接受 处理的信号形式 在调理电路中 最主要的可能就是OP的使用了 学会OP使用是非常重要的 集成运算放大器分类 1 通用型运算放大器 A741 LM358双 LM324四 2 高阻型运算放大器 输入阻抗 109 1012 LF356 LF355 LF347四 CA3130 CA3140 3 低温漂型运算放大器 OP 07 AD508 ICL7650 4 高速型运算放大器 LM318 A715 5 低功耗型运算放大器 ICL7600 6 高压大功率型运算放大器 A791 4前向通道 8 A D根据指标要求 选择合适的模数转换器 如果需要A D 该部分是报告的重点内容之一 常用的8位A D AD0809常用的12位A D AD574 MAX191 MAX197等还有型16位 AD7715 24位 AD7714 等 内含放大 调理 滤波等单元电路 即可单双极性输入 还可差动输入 常用集成运算放大器 1 通用型 A741 LM324四运放 2 高阻型 LF347四运放 CA3140 3 低温漂型 OP 07 ICL7650 4 高速型 LM318 5 低功耗型 ICL7600 常用仪表放大器 AD620 AD624等 集成运算放大器的使用要点 1 集成运算放大器的电源供电方式 1 对称双电源 2 单电源2 集成运算放大器的调零问题 1 内部调零 2 外部调零3 集成运算放大器的自激振荡问题4 集成运算放大器的保护问题 1 电源保护 2 输入保护 3 输出保护 9 熟悉常用传感器的性能和使用 主要包括电压 电流 温度 热电偶 Pt1000 AD590 DS18B20等 压力 转速 位置 霍尔 码盘等 如果对机器人方面比较感兴趣还要熟悉如红外传感器 接近开关 光敏电阻 金属探测等传感器 开关量信号的隔离I O口的扩展 传感器 10 5后向通道主要包括驱动显示 打印 继电器等 还有诸如PWM控制等 根据具体的情况而定 11 二 电子电路的组装 调试 一 电子电路的组装1 元器件的焊接技术 1 焊接工具 2 焊料 3 焊剂 4 焊接技术2 在面包板上的插接技术 1 集成电路的装插 2 元器件位置 3 导线的选用和连接 12 二 电子电路的调试方法 1 一边安装一边调试 2 全部安装完毕后 实行一次调试 一般调试步骤 1 通电前检查 2 通电检查 3 单元电路测试 4 整机联调 电路故障的排除方法 1 信号寻迹法 2 对分法 3 分割测试法 4 电容旁路法 5 对比法 6 替代法 7 静态测试法 8 动态测试法 13 电子竞赛知识准备 模拟系统设计1 模拟低频电路设计2 模拟高频电路设计3 模拟系统设计应注意的问题 14 所谓模拟系统通常是指信号源 信号处理与变换 传输 驱动及控制等主要单元基本上由模拟电路组成的系统 它更多的表现为某一复杂系统的子系统 如功率放大 信号调理等 1 模拟低频电路设计 15 波形发生器是一种典型的信号源 其核心部分是信号产生单元 产生的信号通常有正弦波 脉冲波 三角波及调制波等 它们可由分立元件 集成运放 数字集成电路 专用单片集成电路及单片机系统构成 1 模拟低频电路设计 模拟信号产生单元 16 1 模拟低频电路设计 模拟信号产生单元 17 1 模拟低频电路设计 模拟信号变换单元 精密电压 电流变换器XTRll0XTRll0是一种精密电压 电流变换器 它可将0 5V或1 10V电压信号变换成4 20mA 0 20mA和5 25mA电流输出 芯片上的精密电阻网络提供了输入比例和电流偏移 它广泛应用于压力 温度等信号变送 工业过程控制等领域 18 1 模拟低频电路设计 模拟信号变换单元 19 1 模拟低频电路设计 模拟信号控制单元 频率解码电路在通信系统中 常常需要对某一特定频率进行监视 即当存在这一特定频率信号输入时 该电路的输出为某一逻辑电平 如逻辑0 当不存在这一特定频率信号输入时 该电路则输出另一逻辑电平 如逻辑1 通常称完成这一功能的电路为频率解码器 用音频解码 锁相环集成电路NE567可以十分方便地实现上述频率解码功能 20 窄带频率检测器 1 模拟低频电路设计 模拟信号控制单元 21 2 模拟高频电路设计 从低频电路到高频电路的分析方法是从集中参数向分布参数发展 高频电路是包含非线性器件的电路 非线性器件往往具有复杂的物理特性 例如 实际的晶体二极管不仅具有非线性电阻特性 还具有因势垒电容和扩散电容引起的非线性电容特性 因此 分析高频电路的响应特性时 必须求解非线性方程 22 2 模拟高频电路设计 高频电路能够实现的功能及所采用的电路形式远比线性电子电路多 在分析非线性器件对输入信号的响应时 不能采用线性器件中的叠加原理 非线性电子电路可以实现频率加 减等更多的电路功能 利用电子器件的非线性可以完成振荡 频率变换等功能 23 调幅方式的无线电发射机的组成方框图 2 模拟高频电路设计 24 调幅方式的无线电接收机组成方框图 2 模拟高频电路设计 25 小信号调谐放大器主要性能指标 6个 谐振增益 通频带 抑制比 矩形系数 稳定性 噪声系数 调谐功率放大器主要技术指标 5个 输出功率 功率增益 工作效率 通频带及谐波抑制度等 正弦波振荡器主要技术指标 2个 振荡频率准确性和稳定性 重要指标30个以上 2 模拟高频电路设计 26 振幅检波电路的指标 3个 电压传输系数 检波效率 输入电阻 非线性失真 调频电路性能指标 4个 调频灵敏度 非线性失真系数 中心频率准确度和稳定度 调幅电路性能指标 3个 调幅系数 频谱宽度 调制功率 调频解调电路性能指标 鉴频特性 混频电路指标 5个 混频增益 噪声系数 混频失真 隔离度 1dB压缩电平 2 模拟高频电路设计 27 1 模拟系统不仅应满足一般的功能 指标要求 尤其应注意技术指标的精度及稳定性 应充分考虑元器件温度特性 电源电压波动 负载变化及干扰等因素的影响 不仅要注意各功能单元的静态与动态指标及其稳定性 尤其要注意组成系统后各单元之间的耦合形式 反馈类型 负载效应及电源内阻 地线电阻等对系统指标的影响 3 模拟系统设计应注意的问题 28 2 应十分重视级间阻抗匹配问题 例如一个多级放大器 其输入级与信号源之间的阻抗匹配有利于提高信噪比 中间级之间的阻抗匹配 有利于提高开环增益 输出级与负载之间的阻抗匹配有利于提高输出功率和效率等 3 模拟系统设计应注意的问题 29 3 元器件选择方面应注意参数的分散性及其温度的影响 在满足设计指标要求的前提下 应尽量选择来源广泛的通用型元器件 4 模拟系统技术实现的最大难点是安装与调试 通常遵循的原则是先单元后系统 先静态后动态 先粗调后细调 3 模拟系统设计应注意的问题 30 1 在提高宽带放大器的增益或带宽时反映出的增益带宽积的概念 2 做射频功放时反映出提高输出功率与效率的问题 在测试与评审过程中 同学存在问题 3 模拟系统设计应注意的问题 31 3 在做频响特性显示和简易存储示波器反映出对示波器原理特别对触发概念的理解与运用 4 在接收机中对自动增益控制 镜像频率 信噪比等概念的理解 5 在自动控制中调节时间和上升时间概念的区别 3 模拟系统设计应注意的问题 32 6 对阻抗概念的运用 像对信号源与电源内阻对系统的影响 输出阻抗对负载能力的影响等等 7 用微处理或集成器件控制电机或机床等强电设备时 很少考虑抗干扰措施 8 便携式系统中不太考虑节电措施 3 模拟系统设计应注意的问题 33 1 超声波发收T6114 6124 超声波开关模块T6114 6124 超声波开关主要有以下3大特点 1 采用收发一体化设计 探头采用防水探头 2 适应各种环境 不受灰尘 大雾和光线的影响 3 探测角度大 范围宽 反应距离5米以内 具体距离在定货时由我们在模块内设定 T6114模块4个通道距离一致 T6124可设定不同数据 4 可靠性高 抗电磁 抗干扰声波能力强 在使用过程中 不会出现误触发 长期使用 性能不发生变化 4 常用模块介绍 34 T6114 6124 超声波开关模块技术指标工作电压 DC5V DC5V DC12V工作电流 数字DC5V 50mA 静态 模拟DC5V 10mADC12V 5mA工作频率 40KHZ支持探头数量 1 2 3 4探头检测范围 0 1 5米输出方式 OC门TTL电平 低有效 吸收电流10 20MA 四路可联动 工作温度 40 80 应用范围 接近开关 计数 液位或料位控制等 4 常用模块介绍 35 T6114 6124 超声波开关模块模块电路 4 常用模块介绍 36 2 高稳定性抗干扰红外线反射传感器 4 常用模块介绍 37 3 4x4键盘电路在设计中 使用了标准的4x4键盘 其电路图如图所示 单片机的A口低8位为键盘的接口 尽管设计要求中只需要4个键对步进电机的状态进行控制 但考虑到对控制功能的扩展 我们使用了4x4的键盘 4 常用模块介绍 38 4 步进电机的驱动电路及应用 4 常用模块介绍 39 5 数码管显示电路的设计数码管的显示驱动使用74LS164 通过SPCE061A的IOB0和IOB1口对DATA和CLK发送数据 4 常用模块介绍 40 三 熟悉提前一周的清单并分析出题范围例 2005年全国大学生电子设计竞赛基本仪器和主要元器件清单 1 基本仪器清单20MHz普通示波器 双通道 外触发输入 有X轴输入 可选带Z轴输入 60MHz双通道数字示波器低频信号发生器 1Hz 1MHz 高频信号发生器 1MHz 40MHz 具有调频调幅及外调制功能低频毫伏表 高频毫伏表普通频率计失真度测试仪 直流稳压电源秒表10米卷尺单片机开发系统及EDA开发系统交流电压表和电流表 5A 单相自耦调压器 500W 位数字万用表 41 2 主要元器件清单单片机最小系统板 仅含单片机芯片 键盘与显示装置 存储器 A D D A A D D A转换器 数据采集 运算放大器 电压比较器可编程逻辑器件及其下载板话筒 耳机 语言的处理 61板有优势 显示器件小型电动机小型继电器康铜 锰铜电阻丝光电传感器隔离变压器 250W 220V 60V DDS集成芯片 数字频率合成 42 四 竞赛学生的选拔与培训 树立 以学生为本 的实践教学观念实践教学摆脱简单的知识传授 验证理论课程内容的传统模式 以引导学生自主学习 培养学生综合运用知识 系统设计和实践创新能力为目的 开展实践课程体系 教学模式 教学内容 教学方法 教学条件 教学管理 教学考核等方面的教改工作 为学生的实践和创新创造良好的外部环境 43 构建实践教学体系实践教学以传授实验方法 实验技能 动手能力 培养知识运用 系统综合设计 创新设计能力为主要目标以一系列精心选择的实验为载体 将实验方法 仪器仪表使用 信息查询 电路设计和实现 EDA工具应用 元器件及参数选择 测试方法 数据误差分析 数据处理与分析等基本实验技能和工程训练贯穿在各个实习单元之中 最后以综合性的大型实验对学生的知识掌握 系统设计 应用创新能力进行全面的考核 44 培训 基本仪器仪表的使用数字化 网络化仪器仪表的应用能力数据信息的查询基本电路设计和实现EDA软件的应用基本实验方法实验方案 实验过程设计电路元器件类型及其参数的选择实验的基本测试方法实验数据误差分析数据处理与分析方法实验及实验实践结果分析 45 因材施教培养创新能力在实践教学中实施因材施教 诱导和培养学生发挥个性 培养创新意识和创新能力 发现和培养创新人材 在综合设计实验中 让学生自主选题 自行制定电子系统的功能指标 自行设计 分析 实现 并制定测试和演示方案 在实践中充分发挥学生的创造性 想象力和主观能动性 培养学生的知识应用能力 信息获取和选择能力 创新能力 实践能力 46 一系列化制度化的创新实践活动实验设计竞赛项目设计方案宣讲学生创新成果展示学生创意竞赛科研项目科技创新项目学生科技立项项目校内科技创新竞赛 47 电子设计竞赛培训开设选修课单片机原理及应用在系统编程技术应用集成电路应用技术综合电子系统设计每年进行校内科技创新 电子设计竞赛 全国竞赛前的强化培训的暑期学校 竞赛知识点系列讲座电子系统方案设计训练常用部件设计模拟竞赛题设计 成立大赛教练组 集体指导 学校教师工作量按平时1 2倍计 获奖奖励 避免指导教师知识面对学生的影响 拓宽学生的知识面 48 五 暑期学校培训大纲培训时间 第一阶段2005年07月04日至2